CN1294260A

CN1294260A - 具有外置采热结构的余热制氢装置

Info

Publication number: CN1294260A
Application number: CN99122107A
Authority: CN
Inventors: 覃文华; 戴晓江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-05-09

Abstract

一种具有外置采热结构的余热制氢装置。为提供一种安装方便、采热充分、制氢定性定量、使用安全性能好、成本低的余热制氢装置,提出本发明,它包括外置采热结构、裂解结构、与裂解结构连接的输气管及经供料管与裂解结构连接的醇类燃料贮存箱;外置采热结构置于内燃机高温废气通路上;内燃机高温废气的余热经外置采热结构引导至裂解结构;裂解结构、输气管及醇类燃料贮存箱集成为一体。

Description

具有外置采热结构的余热制氢装置

本发明属于内燃机废热利用装置，特别是一种具有外置采热结构的余热制氢装置。

为改善内燃机工作状况、提高内燃机热效率、降低内燃机燃料消耗、减少内燃机污染物排放量，目前公开了各种利用串接在内燃机排气管上的用于助燃的余热裂解制氢装置，藉由内燃机排气管余热将甲醇、乙醇等醇类燃料催化裂解为含氢、一氧化碳、微量甲烷及醚类的富氢气体，并将该富氢气体输入内燃机燃烧腔内，使进入内燃机内的汽油呈可充分燃烧的掺氢燃烧状态，以提高内燃机热效率、降低内燃机燃料消耗、减少内燃机污染物排放量。

专利号为8810890．2及89203685．0的专利文献，公开了串接在内燃机排气管上的用于助燃的余热裂解制氢装置。这两种装置的共同特点为只能在内燃机排气管上安装的整体安装式。当其用于汽车发动机时，其必须安装在汽车底盘上，导致其难以在低底盘的车型上安装使用。

为此，专利号94116320．0专利文献，公开了组装在内燃机汽车尾气消声器中的用于助燃的余热裂解制氢装置。这种装置虽解决了在低底盘汽车上安装的问题，但却限制了制氢装置的工作体积，亦即限制了醇类燃料的裂解量。此外还增加了内燃机排气背压，使发动机动力下降，影响了内燃机掺氢燃烧的效果。

上述各种用于助燃的余热裂解制氢装置皆为利用内燃机排气管尾气的余热直接加热制氢装置的裂解催化反应床，难以保证裂解催化反应床的温度恒定，这将严重影响醇类燃料裂解富氢气体的质量及含氢量，造成该类余热裂解制氢装置难以与内燃机配合协调工作，并影响制氢装置中裂解催化剂的使用寿命。

本发明的目的是提供一种安装位置不受限制、能保持催化反应床恒温、使用性能好的具有外置采热结构的余热制氢装置。

本发明包括外置采热结构、裂解结构、与裂解结构连接的输气管及经供料管与裂解结构连接的醇类燃料贮存箱；外置采热结构置于内燃机高温废气通路上；内燃机高温废气的余热经外置采热结构引导至裂解结构；裂解结构、输气管及醇类燃料贮存箱集成为一体。

其中：

输气管外设有冷却箱，输气管一端设有富氢气体贮存箱；冷却箱及富氢气体贮存箱与裂解结构集为一体。

裂解结构包括壳体、复数热交换管及催化剂；壳体外设有由岩棉及玻璃棉毡等保温材料制成的保温层，壳体两端分别构成延设进入管及排出管的高温腔及低温腔，其中部构成分别设有与输气管连接的输出口的反应室及经供料管与醇类燃料贮存箱连接的输入口的汽化室；复数热交换管贯穿壳体的反应室及醇类燃料汽化室，其两端分别与壳体两端的高温腔及低温腔连通；催化剂充填于壳体的反应室内。

在裂解结构壳体与反应室之间及复数热交换管内设有复数蓄热体。

裂解结构壳体高温腔及低温腔的进入管及排出管构成扩张腔和穿孔管结构。

富氢气体贮存箱设有控制气阀及输出信号反馈控制供醇泵的压力传感器。

由于本发明包括外置采热结构、裂解结构、与裂解结构连接的输气管及经供料管与裂解结构连接的醇类燃料贮存箱；外置采热结构置于内燃机高温废气通路上；内燃机高温废气的余热经外置采热结构引导至裂解结构；裂解结构、输气管及醇类燃料贮存箱集成为一体。组装时，将外置采热结构置于内燃机汽缸内或排气管上，将集成为一体的裂解结构、输气管、冷却箱、醇类燃料贮存箱及富氢气体贮存箱安装在车辆上的任意位置，可大幅度降低其制造及安装成本，明显改善其工作环境，并可随内燃机负荷工况变化准确调节其工作参数，使内燃机在不同工况下获得富氢气体的最佳掺烧比例，不仅安装位置不受限制，而且能保持催化反应床恒温、使用性能好，从而达到本发明的目的。

图1、为本发明系统结构示意正视图。

图2、为集成为一体的裂解结构、输气管、冷却箱、醇类燃料贮存箱及富氢气体贮存箱结构示意正剖视图。

图3、为图2中A-A剖视图。

下面结合附图对发明进一步详细阐述。

如图1所示，本发明包括外置采热结构1和集成为一体的裂解结构2、输气管3、冷却箱4、醇类燃料贮存箱5及富氢气体贮存箱6。

外置采热结构1可为可调功率的高温热风机，亦可为包括为热交换介质的油及高温油泵的热交换器。藉由外置采热结构1，控制内燃机7排气废热引导至安装在任意位置的裂解结构2。

如图2、图3所示，裂解结构2包括壳体21、复数热交换管22、复数蓄热体23及催化剂24。

壳体21外设有由岩棉及玻璃棉毡等保温材料制成的保温层211，壳体21两端分别构成延设进入管212的高温腔213及延设排出管214的低温腔215，进入管212及排出管214构成扩张腔和穿孔管结构，对进入壳体21高温腔213及低温腔215的热气流进行减压，可起到消声作用；其中部构成分别设有输出口216的反应室217及输入口218的醇类燃料汽化室219。复数热交换管22贯穿壳体21的反应室217及醇类燃料汽化室219，其两端分别与壳体21两端的高温腔212及低温腔214连通。蓄热体23为金属网板或液态导热油等，并设于反应室217与壳体212之间的热气流通道及复数热交换管22内，以使反应室217保持恒温。催化剂24充填于壳体21的反应室217内。醇类燃料贮存箱5设有供料泵51，并藉由供料管52与壳体21醇类燃料汽化室219输入口218衔接。输气管3一端藉由法盖31与壳体21反应室217输出口216衔接，另一端贯穿冷却箱4后与富氢气体贮存箱6衔接。富氢气体贮存箱6衔接有控制气阀61及压力传感器62，藉由压力传感器62监测产氢量，并输出信号反馈控制供醇泵51，使醇燃料的供应量根据需要进行调节。

组装时，如图1所示，将外置采热结构1置于内燃机7排气管71上，将集成为一体的裂解结构2、输气管3、冷却箱4、醇类燃料贮存箱5及富氢气体贮存箱6安装在车辆上的任意位置，如行李箱内，藉由为热风机或热交换器的外置采热结构1，将内燃机7排出的高温废气的热量引导至裂解结构2的高温腔213，并经贯穿反应室217及汽化室219的热交换管22对首先对反应室217内催化剂24及汽化室219进行加温，随后对其内蓄热体23加温，使自供料管52进入的醇类燃料在汽化室219被加温后蒸发汽化，并进入其内，使其内的催化剂24被加热到250℃-300℃的反应室217，即可将汽化的醇燃料裂解为含氢量为60％以上的富氢气体，该富氢气体经与输出口216衔接并贯穿冷却箱4的输气管3输入富氢气体贮存箱6，并藉由富氢气体贮存箱6内压力传感器62控制醇类燃料贮存箱5的供料泵51，以调节醇燃料的供应量控制产氢量；打开衔接于富氢气体贮存箱6的控制气阀61，使富氢气体在内燃机7抽吸负压的作用下，经富氢气体输送管8送入内燃机7燃烧腔，实现内燃机7掺氢燃烧。余热已被吸收的废气经排气管末端的消声器排向大气。

本发明可大幅度降低其制造及安装成本，明显改善其工作环境，并可随内燃机负荷工况变化准确调节其工作参数，使内燃机在不同工况下获得富氢气体的最佳掺烧比例，在提高内燃机热效率的前堤下，使内燃机排气中的有害物质平均减少80％。

藉由外置采热结构，允许将本发明安装在任意位置，而不受内燃机排气管的限制，适用于各类轻、重车型的制造或改装，为汽车尾气排放污染的治理提供了实施容易、原料丰富、成本低、效果佳、适用范围广的先进方案。

Claims

1、一种具有外置采热结构的余热制氢装置，它包括裂解结构、与裂解结构连接的输气管及经供料管与裂解结构连接的醇类燃料贮存箱；其特征在于它还包括置于内燃机高温废气通路上的外置采热结构；内燃机高温废气的余热经外置采热结构引导至裂解结构；裂解结构、输气管及醇类燃料贮存箱集成为一体。

2、根据权利要求1所述的具有外置采热结构的余热制氢装置，其特征在于所述的输气管外设有冷却箱，输气管一端设有富氢气体贮存箱；冷却箱及富氢气体贮存箱与裂解结构集为一体。

3、根据权利要求1或2所述的具有外置采热结构的余热制氢装置，其特征在于所述的裂解结构包括壳体、复数热交换管及催化剂；壳体外设有由岩棉及玻璃棉毡等保温材料制成的保温层，壳体两端分别构成延设进入管及排出管的高温腔及低温腔，其中部构成分别设有与输气管连接的输出口的反应室及经供料管与醇类燃料贮存箱连接的输入口的汽化室；复数热交换管贯穿壳体的反应室及醇类燃料汽化室，其两端分别与壳体两端的高温腔及低温腔连通；催化剂充填于壳体的反应室内。

4、根据权利要求3所述的具有外置采热结构的余热制氢装置，其特征在于在所述的裂解结构壳体与反应室之间及复数热交换管内设有复数蓄热体。

5、根据权利要求3所述的具有外置采热结构的余热制氢装置，其特征在于所述的裂解结构壳体高温腔及低温腔的进入管及排出管构成扩张腔和穿孔管结构。

6、根据权利要求1或2所述的具有外置采热结构的余热制氢装置，其特征在于所述的富氢气体贮存箱设有控制气阀及输出信号反馈控制供醇泵的压力传感器。