CN1118407A - 余热制氢发动机 - Google Patents

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Abstract

余热制氢发动机，属于内燃机的技术领域。本发明是在原有发动机的排气管路上直接串接一个氢发生器，发动机的排气消声器和醇裂解反应器组合为一体。醇裂解反应器由气化过热室(10)，联通管(2)和反应室(19)组成U形结构。本发明结构紧凑，耗材少，重量减轻50％，催化剂装填量增加三倍。强度好，受热、传热均匀，升温速度快，安装和使用都很方便，有利于环境保护，是一种具有广阔用途和极好市场开发前景的产品。

Description

余热制氢发动机
本发明属于内燃机的技术领域，具体涉及一种可广泛用于现代汽车、飞机、机车、轮船内燃机、燃汽涡轮发动机的醇裂解技术和为实施该技术而专门设计的装置。
能源与环保是当今世界面临的重大问题，人类为了减少对石油资源的依赖和减少汽车排放对大气环境的污染，比较现实的抉择是醇—氢代燃。而实现醇氢代燃的关键技术就是余热制氢发动机—氢发生器。
本发明人在余热制氢发动机的技术领域进行了长期的试验，并先后获得了CN85109487、CN88108905.2和CN88100666.1等多项发明专利。随后，本发明人在此基础上作了进一步的探索和创新，对醇裂解器作了大量试验研究，取得了突破性的进展。
本发明的目的是针对社会化大生产与市场经济的迫切需要，设计一种结构更加合理、重量轻、耗材少、可增加催化剂的装填量，强度好，受热均匀，升温速度快，安装和使用都很方便的余热制氢发动机。
下面结合附图及附图所示的实施例，对本发明的内容作详细的描述，但本发明的内容不限于附图所示。
图1是本发明的关键设备醇裂解消声器的结构示意图；
图2是图1所示装置的主视图；
图3是图1所示装置的俯示图；
图4是图1中的A—A剖视图；
图5是图2中的B—B剖视图；
图6是图2中的C—C剖视图；
壳体(1)，联通管(2)，前封板(3)，进气管(4)，套管(5)、穿孔管(6)、分流进气管(7)，预热室前封板(8)，套管(9)，气化过热室(10)，预热室后封板(11)，隔板(12)，消声尾管(13)，隔板(14、15)，中间消声管(16)，隔板(17)，反应器前封板(18)，反应室(19)，套管(20)，反应器后封板(21)，反应器穿孔管(22)，法兰(23)，封盖(24)，螺钉(25)，热电偶接头(26)，后封板(27)，醇燃料输入管(28)，醇液气化分流板(29)，醇裂解气输出口(30)，醇裂解气输出管(31)，面板开口(32)。
本发明是一种利用发动机排气余热，首先对燃料醇进行催化裂解，将醇类转化成为氢气，然后使氢气与汽油混合进入发动机作为燃料的醇氢代燃方法，本发明是在原有发动机的排气管路上直接串接一个氢发生器，发动机的排气消声器和醇裂解反应器组合为一体。
为实现本发明提出的醇氢代燃方法，本发明专门设计了下述装置，该装置由裂解反应器、燃料混合器、排气温控分流器和供料控制器所组成。发动机排气消声器和醇裂解反应器组合为一个完整的醇裂解消声器，其中的醇裂解反应器由气化过热室(10)，联通管(2)和反应室(19)组成U形结构。其气化过热室在消声器排气进口端，而反应催化室在排气尾端，中间联通管(2)连接。过热室(10)和反应室(19)是用金属材料制作的全封闭的园筒壳体，其前后面板上均布穿孔管(6、22)和套管(9、20)、形成园或椭园形蜂窝状。在气化过热室(10)的一侧焊有醇燃料输入管(28)，它的外端与燃料箱的输料管相接。输入管的内端，焊有一个醇液气化分流板(29)，分流板上均布8—12个直径为3mm的园孔，反应室(19)的一侧焊有醇裂解气输出管(31)它与发动机的进气管相连。在反应室(19)另一侧的面板上有开口(32)，是供装填催化剂用。开口处配有法兰(23)，和封盖(24)，用螺钉(25)连接。封盖(24)中心孔上焊有螺纹管可插入热电偶，热电偶导线与温控电子仪表相连接。反应室(19)底部的联通管(2)的端口填有金属丝网和磁环，在反应室内，套管(20)和穿孔列管(22)外壁之间填有醇裂解催化剂，醇裂解器的构件可用铜、不锈钢或耐腐蚀铸铁材料制作。
所使用的裂解燃料的配方为：(重量百分比)
汽(柴、煤)油         0—50
甲(乙)醇             80—30
碳铵(尿素)           5—20
H2O(另外掺入)       20—50
本发明提供的裂解装置的工作原理是利用排气余热进行醇燃料催化裂解。排气由消声管口进入，通过中间消声管(16)转向消声尾管(13)排出机外，排气在消声器行进的通道中进行消声降噪，并同时对醇裂解气化过热和反应室壳体外壁，穿孔列管内壁供热，当热电偶信号传输达到醇催化裂解温度预定值时，自控仪表指令醇泵起动，醇燃料经由入口管进入气化室分流气化，在发动机进气管抽吸负压作用下已经气化的燃料，再经穿孔列管外壁逐步升温过热经由联通管(2)穿过金属丝网，进入反应室，醇蒸汽一旦与催化剂接触并穿过催化床，经催化裂解，即转化为醇裂解气(富氢气体，主要成分为2H2＋CO)，最后醇裂解气循管路进入进气管作为发动机燃料。由于醇裂解过程是吸热反应，需要耗用排气所携带的大量余热，降低排气的温度和压力，从而进一步降低由排气所产生的噪音。当热电偶信号传输超过醇裂解温度预定值时，自控仪表指令排气分流，此时为保护催化剂过热，高温排气转由分流进气管(7)进入消声尾管(13)后直接排出机外。
本发明与现有技术相比，具有以下突出的优点：
本发明与现有技术相比，具有以下突出的优点：
1、使用的醇裂解反应器，结构为蜂窝煤状的园柱形或椭园形，该结构紧凑，耗材少，重量减轻50％，催化剂装填量增加三倍。强度好，受热、传热均匀，升温速度快。
2、本发明的燃料混合器为盘形旋转混合器，混合均质。便于与现有汽车发动机组合安装。易实现发动机稀薄燃烧，掺氢节能。易实现发动机增压，提高功率。
3、本发明利用排气余热，从现有发动机排气管引出，对现有发动不需作任何改动，安装使用都十分方便。排气分流，催化床恒温由热敏元件自控，也可以利用排档机械联动，实现催化床衡温自控。
4、本发明的掺量为0—85％，并可以在0—85％的范围内随机可调。
5、经检测，在保证原机动力性，经济性的情况下，本发明能有效地实现醇—氢代燃。当平均代燃量为30—50％(重量比)时，醇对汽油的替代比率≤1。醇裂解气成分为：氢64.24％，一氧化碳31.61％，甲烷1.13％，二氧化碳2.24％，氮0.62％，氧0.16％。
6、有利于环境保护，本发明的排气与国家限排标准相比，一氧化碳降低50％，碳氢化合物降低30％，氮氧化物降低30％。

Claims (7)

1、一种利用发动机排气余热，首先对燃料醇进行催化裂解，将醇类转化成为氢气，然后使氢气与汽油混合进入发动机作为燃料的醇氢代燃方法，其特征是在原有发动机的排气管路上直接串接一个氢发生器，发动机的排气消声器和醇裂解反应器组合为一体。
2、一种为实现醇氢代燃方法而专门设计的余热制氢发动机，由醇解反应器、燃料混合器、排气温控分流器和供料控制器所组成，其特征是发动机排气消声器和醇裂解反应器组合为一个完整的醇裂解消声器，其中的醇裂解反应器由气化过热室(10)，联通管(2)和反应室(19)组成U形结构。
3、根据权利要求2所述的一种发动机，其特征是所述的气化过热室在消声器排气进口端，而反应催化室在排气管尾端，中间联通管(2)连接，过热室(10)和反应室(19)是用金属材料制作的全封闭的园筒壳体，其前后面板上均布穿孔管(6、22)和套管(9、20)、形成园或椭园形蜂窝状。
4、根据权利要求2所述的一种发动机，其特征是在气化过热室(10)的一侧焊有醇燃料输入管(28)，它的外端与燃料箱的输料管相接。输入管的内端，焊有一个醇液气化分流板(29)。
5、根据权利要求4所述的一种发动机，其特征是分流板上均布8—12个直径为3mm的园孔，反应室(19)的一侧焊有醇裂解气输出管(31)，它与发动机的进气管相连。在反应室(19)另一侧的面板上有开口(32)，是供装填催化剂用。开口处配有法兰(23)，和封盖(24)，用螺钉(25)连接，封盖(24)中心孔上焊有螺纹管可插入热电偶，热电偶导线与温控电子仪表相连接。反应室(19)底部的联通管(2)的端口应填有金属丝网和磁环，在反应室内，套管(20)和穿孔列管(22)外壁之间填有醇裂解催化剂。
6、根据权利要求2、3、4、5所述的一种发动机，其特征是醇裂解器的构件可用铜、不锈钢或耐腐蚀铸铁材料制作，所使用的裂解燃料的配方为：(重量百分比)
汽(柴、煤)油            0—50
甲(乙)醇                80—30
碳铵(尿素)              5—20
H2O(另外掺入)          20—50
7、一种权利要求2的余热制氢发动机，可用于现代汽车、飞机、机车、轮船内燃机、燃汽涡轮发动机。
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