CN110312860B - 利用尾气的氢改性器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用尾气的氢改性器，上述利用尾气的氢改性器包括：催化剂反应部，若供给引擎产生的尾气和燃料，则产生含氢的改性气体；以及热交换腔室，安装于上述催化剂反应部的外部面，通过使尾气和催化剂反应部发生热交换，来供给上述催化剂反应部的吸热反应所需的热量，从而，通过将尾气的热量用到催化剂的吸热反应，来实现不必设置用于吸热反应的单独的热源。

Description

利用尾气的氢改性器
技术领域
本发明涉及利用尾气产生氢并将所产生的氢供给到引擎的一种利用尾气的氢改性器。
背景技术
当前，由于燃料电池等氢燃料技术的局限性，通过对混合氢和化石燃料的应用技术的开发及利用，创造出了氢相关产业，并行着对含氢改性气体的发生器等核心部件技术的开发成为趋势。
作为改性气体主要成分的氢具有燃烧反应及扩散速度比现有化石燃料快、实现不产生废气的清洁燃烧等非常理想的引擎燃料特性，因此，可通过混合现有化石燃料和合成气体的方式进行使用，来提高引擎的热效率并明显减少尾气。
如同在韩国授权专利公报10-1190233(2012年10月12日)中公开的内容，现有的设置有改性反应部的引擎系统包括：改性器，设置有第一改性反应部和第二改性反应部，上述第一改性反应部使燃料及空气流入并通过燃烧燃料来产生热源，上述第二改性反应部与第一改性反应部相连接，上述第二改性反应部包括改性催化剂反应器，在上述改性催化剂反应器的表面涂敷改性催化剂，用于使在第一改性反应部生成并从第一改性反应部流入的水蒸气、未产生反应的燃料及空气产生改性反应；以及热交换器，设置于改性器与引擎之间，用于使得从改性器排出的改性气体和向改性器流入的空气进行热交换。
在如上所述的引擎系统中，通过使得从改性器排出的改性气体和向改性器流入的空气进行热交换，来用作催化剂作用所需的热源。
但是，由于需要设置用于对向热交换器供给的空气进行加热的单独的热源，因而结构变得复杂，对于普通热交换器而言，存在热交换性能下降的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供如下的利用尾气的氢改性器，即，将尾气的热量用作催化剂的吸热反应所需的热源来无需设置用于吸热反应的单独的热源。
本发明的另一目的在于，提供可通过提高催化剂与尾气之间的热交换性能来提高改性器效率的利用尾气的氢改性器。
技术方案
根据本发明的一特征，本发明的氢改性器通过向催化剂反应部供给引擎产生的尾气和燃料，来产生含氢的改性气体，若向安装于催化剂反应部的外部面的热交换腔室供给尾气，则尾气和催化剂反应部发生热交换，来供给上述催化剂反应部的吸热反应所需的热量。
上述催化剂反应部可包括：外罩，形成有吸入口和排出口，上述吸入口用于供给尾气和燃料，上述排出口用于排出与催化剂发生反应后所产生的含氢的改性气体；以及金属催化剂载体，安装于上述外罩的内部，通过与尾气及燃料发生反应来产生改性气体。
上述吸入口可通过第一管路来与排出引擎产生的尾气的排气管相连接，上述吸入口可通过第二管路来与向引擎供给燃料的燃料供给管路相连接，上述排出口通过第三管路来与向引擎供给燃料的燃料供给管路相连接。
在上述金属催化剂载体中，交替排列平板和波纹板，来形成使得混合尾气和燃料而成的混合气体经过的通道，可在平板和波纹板的表面涂敷催化剂物质，上述催化剂物质通过与混合气体发生反应来产生含氢的改性气体。
上述热交换腔室可安装在上述外罩的外部面，来形成使得尾气经过的空间，在上述热交换腔室的一侧，可形成用于使尾气流入的气体流入口，在上述热交换腔室的另一侧，可形成用于排出结束热交换的尾气的气体排出口。
可在上述热交换腔室的内部设置热交换单元，上述热交换单元通过增加尾气与催化剂反应部之间的热交换面积、延长尾气的停留时间，来提高热交换性能。
上述热交换单元能够以隔着规定间隔缠绕的方式安装在外罩的外部面，来将上述热交换腔室的内部划分成多个空间，并使得尾气在外罩的外部面旋转经过。
上述热交换单元可以为安装在外罩的外部面并沿着外罩的长度方向形成使尾气经过的多个通道的蜂窝部件。
上述热交换单元可以为沿着外罩的长度方向形成使尾气经过的多个通道的蜂窝部件，上述蜂窝部件沿着外罩的长度方向被划分为多个，可在上述蜂窝部件之间形成用于使尾气均匀地分布到多个通道的分配空间。
上述热交换单元可使用以沿着垂直方向突出的方式安装在外罩的外部面的多个热交换翘片。
发明的效果
如上所述，根据本发明，可在外罩的外部面设置供给尾气的热交换腔室，因而可将尾气的热量用在催化剂反应部的吸热反应，从而可使结构变得简单并减少费用。
并且，可通过在热交换腔室的内部设置可提高热交换性能的热交换单元，来提高尾气与催化剂反应部之间的热交换性能，并提高改性器的效率。
附图说明
图1为设置有本发明一实施例的氢改性器的引擎系统的结构图。
图2为本发明第一实施例的氢改性器的横向剖视图。
图3为本发明第一实施例的氢改性器的纵向剖视图。
图4为本发明第二实施例的氢改性器的立体图。
图5为本发明第二实施例的氢改性器的剖视图。
图6为本发明第三实施例的氢改性器的剖视图。
图7为本发明第四实施例的氢改性器的剖视图。
图8为本发明第五实施例的氢改性器的剖视图。
图9为本发明第六实施例的氢改性器的立体图。
图10为本发明第六实施例的氢改性器的催化剂反应部和热交换单元交替层叠的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。在此过程中，为了说明的明确性和方便性，可夸张地示出附图中所示的结构要素的大小或形状等。并且，考虑到本发明的结构及作用而特别定义的术语可根据使用人员、应用人员的意图或惯例而不同。对这种术语的定义应根据本说明书的全文内容而定。
参照图1及图2，本发明一实施例的氢改性器10包括：催化剂反应部12，若供给引擎20的尾气和燃料，则产生含氢的改性气体；以及热交换腔室14，安装于催化剂反应部12的外部面，使用从引擎排出的尾气的热量来供给催化剂反应部12的吸热反应所需的热量。
催化剂反应部12包括：外罩50，形成有吸入口40和排出口42，上述吸入口40用于供给尾气和燃料，上述排出口42用于排出与催化剂发生反应后所产生的含氢的改性气体；以及金属催化剂载体52，安装于外罩50的内部，通过与尾气及燃料发生反应来产生改性气体。
其中，外罩50形成圆筒形状或多边形形状，吸入口40通过第一管路30来与用于排出引擎20产生的尾气的排气管22相连接，尾气中的一部分通过第一管路30来被供给到外罩50的内部。而且，吸入口40与供给燃料的第二管路32相连接，来使少量的燃料通过第二管路32来被供给到外罩50的内部。
在此情况下，通过第二管路32供给的燃料通过燃料喷射装置等来使得液态的燃料被雾化，被雾化的燃料与尾气混合，并通过吸入口40来被供给到外罩50的内部。
其中，可通过多种试验来适当调节尾气和燃料的混合比，可在第一管路30及第二管路32分别安装用于调节尾气的供给量及燃料的供给量的调节阀。
外罩50的排出口42通过第三管路34来与向引擎供给燃料的燃料供给管路24相连接，从而在燃料中混合含氢改性气体来向引擎供给。
对于适用化石燃料的引擎而言，若向引擎供给含氢的燃料，则将加快燃烧室内部的燃烧反应及扩散速度，实现不产生废气的清洁燃烧，因此，可在减少尾气的同时提高热效率。
引擎可使用汽油引擎、柴油引擎、液化石油气(LPG)引擎等，优选地，采用汽油引擎，向氢改性器供给的燃料使用汽油为佳。
如图3所示，金属催化剂载体52由平板54和波纹板56交替排列而成，根据外罩50的形状，在外罩50形成圆筒形状的情况下，平板54和波纹板56交替排列而成的金属催化剂载体52以被卷绕的形状配置于外罩50的内部。
而且，在外罩50形成四边形形状的情况下，可层叠多个平板54和波纹板56来配置于外罩50的内部。
平板54和波纹板56由耐热性金属薄板形成，优选地，其厚度为20～100μm。
波纹板56形成波浪形状或凹凸的形状，平板54形成平坦的板形状，若在外罩50的内部互相交替层叠，则形成使得混合尾气和燃料而成的混合气体经过的通道58。在这种平板54和波纹板56的表面涂敷可通过与混合气体发生反应来产生氢的催化剂物质。
热交换腔室14可安装在外罩50的外部面，来形成可使得尾气停留的空间60，在热交换腔室14的一侧，形成通过第四管路36来与排气管22相连接来吸入尾气的气体吸入口44，在热交换腔室14的另一侧，形成气体排出口46，通过气体吸入口44吸入的尾气在从热交换腔室14的一侧向另一侧移动的过程中与催化剂反应部12发生热交换，结束热交换的尾气将通过气体排出口46排出。
可在第四管路36设置可调节向热交换腔室14供给的尾气供给量的调节阀。
热交换腔室14以密封的形态形成在外罩50的外部面，具有可使尾气经过的空间60，可在热交换腔室14的外部面安装隔热材料，上述隔热材料通过对热交换腔室14进行隔热来防止经过空间60的尾气的热量向外部释放，可使热交换腔室14本身由具有隔热性能的材质形成。
气体排出口46与第五管路38相连接，第五管路38与向外部排出尾气的排气口相连接。
对于氢改性器而言，金属催化剂载体52的吸热反应需要热源。在将现有的供给电源后发热的加热器等用作热源的情况下，需使用在引擎的发电机产生的电或电池。但是，目前的车辆通过数字化、电子化来呈用电的各种电子设备增多的趋势，由于这种电子设备，导致车辆的耗电更加严重。
本实施例的氢改性器可将引擎产生的尾气热量用到催化剂反应部12的吸热反应，因而不需要单独的加热器，可减少车辆的耗电。
如图4及图5所示，第二实施例的氢改性器包括：催化剂反应部12，若供给引擎产生的尾气和燃料，则产生含氢的改性气体；热交换腔室14，形成使尾气经过的空间，使用尾气的热量来供给催化剂反应部12的吸热反应所需的热量；以及热交换单元70，设置于热交换腔室14的内部，用于提高尾气与催化剂反应部12之间的热交换性能。
热交换单元70包括螺旋式(Spiral Type)的热交换板72，上述热交换板72设置于热交换腔室14的内部面与外罩50的外部面之间，用于增加尾气停留在空间60的时间、扩大热交换面积来提高热交换性能。
热交换板72以隔着规定间隔缠绕成螺旋形的形态形成于外罩50的外部面，通过将热交换腔室14的内部划分成多个空间，来使尾气沿着热交换板72旋转移动，从而增加尾气停留在热交换腔室14内部的时间，并增加热传递面积。
这种热交换板72将使用热传递性能优异的金属材质。
因此，第二实施例的氢改性器可通过热交换板72来提高尾气与催化剂反应部12之间的热交换性能，由此，可提高催化剂反应部12的改性性能。
如图6所示，在第三实施例的氢改性器中，作为通过设置于热交换腔室14内部来提高热交换性能的热交换单元70，将使用具有多个通道76的蜂窝部件74。
蜂窝部件74在热交换腔室14的内部沿着长度方向形成多个通道76，可通过使尾气经过多个通道76，来使得热交换面积极大化。
而且，蜂窝部件74可采用在之前内容中说明的由金属催化剂载体52的平板54和波纹板56交替层叠而成的结构。
如图7所示，在第四实施例的氢改性器中，作为通过设置于热交换腔室14内部来提高热交换性能的热交换单元70，将使用具有多个通道的蜂窝部件80、82，蜂窝部件80、82可沿着热交换腔室14的长度方向划分成多个，在划分成多个的蜂窝部件之间形成分配尾气的分配空间84。
即，第四实施例的热交换单元70包括：第一蜂窝部件80，使得通过气体吸入口44吸入的尾气第一次经过；分配空间84，通过分配经过第一蜂窝部件80的尾气来使尾气均匀地分布到多个通道76；以及第二蜂窝部件82，使得在分配空间84分配的尾气第二次经过。
如上所述，第四实施例的热交换单元在蜂窝部件80、82之间设置分配空间84，来使得尾气均匀地经过在蜂窝部件80、82所形成的多个通道76，从而可更加提高热交换性能。
如图8所示，在第五实施例的氢改性器中，作为设置于热交换腔室14的内部来提高热交换性能的热交换单元，将使用安装在外罩50的外部面的多个热交换翘片86。
即，多个热交换翘片86以沿着垂直方向突出的方式形成于外罩50的外部面，使得尾气在经过的过程中与热交换翘片86发生热交换，通过扩大热交换面积来提高热交换性能。
如图9及图10所示，第六实施例的氢改性器包括：催化剂反应部120，层叠多个；热交换单元130与催化剂反应部120交替层叠，并以与催化剂反应部120正交的方式配置，用于向催化剂反应部120供给热量；以及外罩110，内置催化剂反应部120和热交换单元130。
外罩110在催化剂反应部的入口侧和出口侧分别形成吸入口112和排出口114，上述吸入口112用于向催化剂反应部120供给混合尾气和燃料而成的混合气体，上述排出口114用于排出在经过催化剂反应部120的过程中与金属催化剂载体发生反应而产生的含氢的改性气体。
而且，在形成外罩110的吸入口112和排出口114的前部面及后部面形成第一分配空间142及第二分配空间144，以便能够向多个催化剂反应部120均匀地供给通过吸入口112吸入的混合气体，并能够通过排出口114顺畅地排出从催化剂反应部120排出的改性气体。
而且，在外罩110分别形成供给部116及排出部118，上述供给部116用于向热交换单元130供给尾气，上述排出部118用于向外部排出经过热交换单元130来结束热交换的尾气，供给部116及排出部118分别以与吸入口112及排出口114互相正交的方式配置。
在外罩110的形成供给部116和排出部118的两侧侧面分别形成第三分配空间146及第四分配空间148，以便能够向多个热交换单元130均匀地供给尾气，并能够通过排出部118顺畅地排出经过热交换单元130的尾气。
催化剂反应部120的结构与在第一实施例中说明的催化剂反应部的结构相同，热交换单元130可形成形状与在第三实施例中说明的蜂窝部件或催化剂反应部的形状相同的具有多个通道的形状。
根据第六实施例的氢改性器，由尾气和燃料混合而成的混合气体在经过多个催化剂反应部120的过程中与金属催化剂载体发生反应来产生含氢的改性气体，接着通过燃料供给管路供给所产生的改性气体来与燃料混合，之后向引擎的燃烧室供给。
而且，通过向热交换单元130供给尾气来使得经过热交换单元130的尾气和催化剂反应部120发生热交换，从而供给催化剂反应部120的吸热反应所需的热量。
如上所述，可通过交替正交配置催化剂反应部120和热交换单元130，来提高热交换性能。
以上，以本发明的特定优选实施例为例进行了图示及说明，但本发明并不限定于如上所述的实施例，可在不脱离本发明的技术思想的范围内，由本发明所属技术领域的普通技术人员实施多种变更和修改。
产业上的可利用性
通过在使用化石燃料的引擎设置氢改性器来供给化石燃料中含氢的混合气体，从而可提高引擎的热效率并可减少尾气。

Claims (2)

1.一种利用尾气的氢改性器，
包括：
催化剂反应部，接收引擎产生的尾气和燃料来产生含氢的改性气体；以及
热交换腔室，安装于上述催化剂反应部的外部面，利用上述尾气的热量来供给上述催化剂反应部的吸热反应所需的热量，上述利用尾气的氢改性器的特征在于，
上述催化剂反应部包括：
外罩，形成有吸入口和排出口，上述吸入口用于供给尾气和燃料，上述排出口用于排出与催化剂发生反应后所产生的含氢的改性气体；以及
金属催化剂载体，安装于上述外罩的内部，通过与尾气及燃料发生反应来产生改性气体，
上述吸入口与第一管路及第二管路相连接，上述第一管路与排出引擎产生的尾气的排气管相连接，上述第二管路用于供给燃料，上述排出口通过第三管路来与向引擎供给燃料的燃料供给管路相连接，
上述热交换腔室安装在上述外罩的外部面，来形成使得尾气经过的空间，在上述热交换腔室的一侧，形成通过第四管路与上述排气管相连接来使尾气流入的气体流入口，在上述热交换腔室的另一侧形成气体排出口，通过上述气体流入口流入的尾气在从热交换腔室的上述一侧向上述另一侧移动的过程中在上述催化剂反应部发生热交换，结束热交换的尾气通过上述气体排出口排出，
在上述热交换腔室的内剖面与外罩的外部面之间，以隔着规定间隔缠绕成螺旋形的形态安装有热交换板，来将上述热交换腔室的内部划分成多个空间，并使尾气在外罩的外部面旋转的同时经过，
在上述第一管路及上述第二管路分别安装用于调节尾气的供给量及燃料的供给量的调节阀，
在上述第四管路设置用于调节向上述热交换腔室供给的尾气的供给量的调节阀。
2.根据权利要求1所述的利用尾气的氢改性器，其特征在于，在上述金属催化剂载体中，交替排列平板和波纹板，来形成使得混合尾气和燃料而成的混合气体经过的通道，在平板和波纹板的表面涂敷催化剂物质，上述催化剂物质通过与混合气体发生反应来产生含氢的改性气体。
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