CN205076798U

CN205076798U - 一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备

Info

Publication number: CN205076798U
Application number: CN201520669459.0U
Authority: CN
Inventors: 谢英英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2025-08-25

Abstract

一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备：是由水箱、水泵、电磁阀、发动机排气管、水分蒸发器、金属催化器、电加热器、温度传感器、智能控制器、等离子体电源、等离子体催化器、阻火器、发动机进气管、氢气喷管、转速传感器和氧传感器构成，其特征是电加热器的出气管连接水分蒸发器的进水管，水分蒸发器和金属催化器制成一体安装在排气管上，金属催化器的出气管连接等离子体催化器，等离体子催化器的出气管连接阻火器，阻火器连接氢气喷管，氢气喷管安装在发动机进气管上，智能控制器和等离子体电源制成一体，智能控制器和电加热器、温度传感器、氧传感器、发动机转速传感器、电磁阀、水泵电连接，等离子体电源和等离子体催化器电连接。

Description

一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备

技术领域

本实用新型涉及一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，属于汽车、机动车节能减排技术领域。

背景技术

目前我国已成为世界第一汽车大国，2014年汽车保有量已经超过1.4亿辆，随之而来的汽车排放污染也在持续增长，降低汽车燃料的消耗、提高汽车尾气的排放指标，成为国人关注的热点之一。长久以来，让水变成可重复利用的替代能源一直是人们的愿望，水分子是由氢和氧(H₂O)构成，按实质重量每公斤水大约含氢11％、含氧89％，氢可以燃烧、氧能助燃，氢燃烧的热值是汽油的三倍，而且氢燃烧之后所生成的是水，不污染环境，是一种非常洁净的燃料。传统的制氢方法是电解法和催化剂催化法，但是这两种方法都不适用于汽车发电机随车制氢，因为电解法耗能太高得不偿失，催化剂催化法尚不适于汽车发动机随车随机制氢。

近二十年来，等离子体技术在工业上的应用发展很快，例如：等离子体点火、等离子体喷涂、等离子体加热、等离子体切割、等离子电弧拉积焚化、废物处理等等。等离子体是在电离层或者放电现象下所形成的一种状态(俗称第四态)，伴随着放电现象将会生成激发原子、激发离子、离解原子、游离原子团、原子或者分子离子群的活性化学物、以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经过相互碰撞、震荡而产生高温，但是离子的温度仅仅略高于常温，因此在放电场内的温度接近常温。所以等离子体又有高温等离子体和低温等离子体之分。

目前等离子体技术也已应用于汽车的节能、减排领域，但是现有技术的实际效果很有限。例如专利号为200910310686.3所公开的技术方案，是在内燃机燃烧室和燃料喷嘴之间安装非平衡等离子体发生器以及在进气管路之间安装非平衡等离子体发生器，对燃料和空气进行等离子体活化处理，以期达到节能减排的目的。但是这类技术充其量也只能相应的提高部分排放指标和燃料的燃烧率，空气中的含氧量以及燃料的可燃物质并不会增加，对实际节能减排效果不会有较大的提高和改善，而对于采用多点电子喷射和缸内直接喷射技术的现代发动机来说是不适用的，何况还要对内燃机进气歧管和电子喷嘴位置等进行改造、增大发动机的体积，这对于汽车发动机的整体设计也增加了难度，很难被制造商所接受。

早在多年前，云南的董银谈先生等人曾经把催化剂分解水和甲醇蒸汽制氢的方法应用在汽车发动机上，但是由于汽车发动机工况、催化剂寿命等因素，结果是推广失败。以前的技术之所以失败，是没有解决发动机频繁启动、关机而影响催化剂寿命的问题。他们是把化工厂制氢的方法和催化剂搬过来用于发动机随车制氢，化工厂制氢的工况是连续工作的而且是相对固定的，是采用固体催化剂堆放床催化的。这样的方法用在汽车发动机上注定只会失败，因为发动机的启动、关机是频繁的，固体催化剂在汽车行驶时的震动非常大，很容易相互摩擦形成粉尘而损坏发动机，而且一般的铜基催化剂等对温度的要求非常苛刻，温度太低、不发生化学反应，温度太高、更容易失去活性而加快死亡，无法达到实际应用的要求。本发明实施例现在提供的全新的技术方案，可以解决以上技术的不足和存在的问题。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有汽车发发动机自动制氢技术设备的缺点和不足，提供一种耗能低、效率高、分解速度快的以水和甲醇为原料的“一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备”，以解决目前汽车、机动车发动机不能快速随车自动制氢的难题。本发明的实施例是把水作为制氢、制氧、可重复使用的原料、和甲醇一起重整制氢，从而达到氢油混燃或者以氢代燃，实现大幅度节约燃油、提高汽车、机动车节能减排指标的目的。

本实用新型的一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备的技术方案：是利用发动机排气余热，把水和甲醇混合液加热成蒸汽，用贵金属钯、钌、铂或铱的金属氧化物为催化剂和等离子体电化学催化的综合方法，迅速分解成氢气和氢氧离子，和空气混合后一起送入发动机燃烧室燃烧做功，可以达到增加或者替代部分燃油和增加氧气，实现大幅度提高汽车发动机节能减排指标的目标。

本实用新型的一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备：是由水箱、水泵、电磁阀、发动机排气管、水分蒸发器、金属催化器、电加热器、温度传感器、智能控制器、等离子体电源、等离子体催化器、阻火器、发动机进气管、氢气喷管、转速传感器和氧传感器构成。其特征是：水泵用硅胶管连接水箱，电磁阀的进水管用硅胶管连接水泵，电磁阀的2个出水管分别用硅胶管连接电加热器和水分蒸发器，2个温度传感器分别安装在水分蒸发器和电加热器上，电加热器的出气管用硅胶管连接水分蒸发器的进水管，水分蒸发器和金属催化器制成一体合并安装在发动机排气管上，金属催化器的出气管用硅胶管连接等离子催化器，等离子催化器的出气管用硅胶管连接阻火器，阻火器用硅胶管连接氢气喷管，氢气喷管安装在发动机进气管上。智能控制器和等离子体电源制成一体，智能控制器和电加热器、温度传感器、氧传感器、发动机转速传感器、电磁阀、水泵电连接，等离子体电源的高压输出端和等离子体催化器的放电电极电连接。水分蒸发器和金属催化器由壳体、废气加热管、水分蒸发室、内部支撑隔板、贵金属氧化物陶瓷组合体、废气加热腔、贵金属催化器腔体、废气排放腔、废气进口、废气出口、进水管、出气管构成。电加热器由电加热器壳体、PTC加热器、温度传感器、进水管和出气管构成。等离子体催化器由陶瓷壳体、金属放电电极、进气管和出气管构成。智能控制器由汽车电源供电。

本实用新型的一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，采用贵金属催化剂催化和等离子体催化器电弧放电、电化学催化的综合方法，活化、分解水和甲醇蒸汽，使之成为氢气和氢氧等离子团，在发动机爆发冲程2000-2300摄氏度的燃烧过程中，和柴油或者汽油混合反应并加快燃烧增加爆发力，提高发动机输出功率，节约燃油。其化学反应方程式如下：

CH₃OH-CO+2H₂(1)

CO+H₂O-CO₂+H₂(2)

CH₃OH+H₂O-CO₂+3H₂(总)

实际上，在发动机爆发冲程中，水和甲醇的分解物可以和燃油的碳氢化合物发生化合反应，可以使燃油燃烧的更加充分、迅速，水和甲醇分解的氢分子可以替代一部分燃油或者相当于增加一部分燃料，使发动机的输出功率提高，燃油的消耗率降低。本发明实施例在做发动机台架试验时，打开等离子自动制氢环保节能设备，输入1∶4水油比例、20％甲醇含量的水溶液分解的氢气以后，和没有使用本节能设备即、原机燃烧柴油的数据相比较：发动机功率提高14.1％，燃油消耗降低12.7％，综合节能26.8％，节能效果相当明显，达到了设计的预期要求。

甲醇是化工产品的副产品，而且价廉物美、市场存量丰富。甲醇和水分子分解以后生成的氢，在发动机燃烧室燃烧做工以后生成水分子和二氧化碳，基本无排放污染。和传统燃油相比较可以说是一种很好的清洁燃料。本发明一种汽车发动机自动制方法及其氢环保节能设备的实施例，在进一步优化配置以后，完全可以达到部分替代或者完全替代传统燃油，实现节能30--50％、提高排放指标20-80％的最终目标。

本实用新型的一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，不但可以使用分解水甲醇制氢，还可以使用分解含水乙醇、生物乙醇、粗醇、杂醇等醇类燃料制氢，同样可以达到提高节能减排指标的效果。

本实用新型实施例的水和甲醇的混合比例，可以在水含量10--95％、甲醇含量5--90％之间自由选配。当用于柴油发动机时，可在水中加入3--10％的(碳氨)消烟剂，可以更好地降低碳烟排放。

本实用新型的实施例和以往的发动机喷水、蒸汽喷射技术不同，发动机喷水和蒸汽喷射可引起汽缸壁与活塞、活塞环的过早磨损，降低发动机的使用寿命。而本发明的水分子是以已被裂化、分解为氢气分子、氢氧离子进入汽缸的，在参与燃烧做工之后以CO₂和H₂O的气体被排出汽缸，不会产生酸性物质或硫化物质，长期使用对发动机没有任何损坏。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明实施例作详细说明：

图1是本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备的整体结构图。

图2是本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备的水分蒸发器和贵金属催化器结构图。

图3是本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备的电加热器结构图。

图4是本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备的等离子体催化器结构图。

图中所示：(1).水箱，(2).水泵，(3).电磁阀，(4)发动机排气管，(5).水分蒸发器，(6).贵金属催化器，(7).电加热器，(8).温度传感器，(9).智能控制器，(10).等离子体电源，(11).等离子体催化器，(12).阻火器，(13).发动机进气管，(14).氢气喷管，(15).转速传感器，(16).水分蒸发器壳体，(17).废气加热管，(18).结构支撑隔板，(19).金属催化器陶瓷组件，(20).废气预热腔，(21).贵金属催化器腔体，(22).废气排放腔体，(23).废气进口，(24).废气出口，(25).进水管，(26).出气管，(27).蒸汽腔体喷口，(28).电加热器壳体，(29).PTC加热器，(30)水分蒸发室，(31).进水管，(32).出水管，(33).等离子体催化器壳体，(34).金属放电电极，(35).进气管，(36).氢气出气管，(37).电源线，(38).氧传感器。

具体实施方式

图1所示，本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：水泵(2)用硅胶管连接水箱(1)，电磁阀(3)的进水管用硅胶管连接水泵(2)，电磁阀(3)的2个出水管分别用硅胶管连接电加热器(7)和水分蒸发器(5)，2个温度传感器(8)分别安装在水分蒸发器(5)和电加热器(7)上，电加热器(7)的出气管(32)用硅胶管连接金属催化器(6)的进水管(25)，水分蒸发器(5)和金属催化器(6)制成一体合并安装在发动机排气管(4)上，金属催化器(6)的出气管(26)用硅胶管连接等离子催化器(11)的进气管(35)，等离子催化器(11)的出气管(36)用硅胶管连接阻火器(12)，阻火器(12)用硅胶管连接氢气喷管(13)，氢气喷管(13)安装在发动机进气管(14)上。智能控制器(9)和等离子体电源(10)制成一体，智能控制器(9)和电加热器(7)的温度传感器(8)、TPC加热器(29)电连接，智能控制器(9)和温度传感器(8)、发动机转速传感器(15)、电磁阀(3)、水泵(2)电连接，等离子体电源(10)的高压输出端和等离子体催化器(11)的金属放电电极(34)电连接。水分蒸发器(5)和金属催化器(6)由壳体(16)、废气加热管(17)、内部支撑隔板(18)、金属催化器陶瓷组合体(19)、废气加热腔(20)、蒸汽腔体(21)、蒸汽腔体喷口(27)、废气排放腔(22)、废气进口(23)、废气出口(24)、进水管(25)、出气管(26)构成。电加热器(7)由电加热器壳体(28)、PTC加热器(29)、温度传感器(8)、进水管(31)和出气管(32)构成。等离子体催化器(11)由陶瓷壳体(33)、金属放电电极(34)、进气管(35)和出气管(36)构成。智能控制器(9)由电源线(37)和汽车电源连接供电。

图2所示，本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：在水分蒸发器和贵金属催化器的壳体(16)内，设计安装有废气加热管(17)、内部支撑隔板(18)、贵金属催化器陶瓷组合体(19)、废气加热腔(20)、蒸汽腔体(21)、蒸汽腔体喷口(27)、废气排放腔(22)、废气进口(23)、废气出口(24)、进水管(25)和出气管(26)。在贵金属催化器陶瓷组合体(19)的网状格体内涂敷贵金属钯、钌、铂、铱的氧化物为催化剂，这些贵金属氧化物经过严格的老化处理过后，可以适应频繁温度变化的恶劣工况并持续保持活性，理论上其寿命可以达到15-20万公里有效。

图3所示，本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：电加热器(7)由电加热器壳体(28)、PTC加热器(29)、温度传感器(8)、进水管(31)和出气管(32)构成。温度传感器(8)安装在电加热器壳体(28)上，当温度达到180摄氏度时自动关闭电源，PTC加热器(29)采用12伏或者24伏电压的，可以根据需要的加热量确定其功率的大小，以节约电能。温度传感器(8)和PTC加热器(29)与智能控制器(9)电连接。

图4所示，本实用新型一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：等离子体催化器(11)由陶瓷壳体(33)、金属放电电极(34)、进气管(35)和出气管(36)构成。等离子体催化器的金属放电电极(34)用金属钨和金属铜制造。金属放电电极(34)和等离子体电源的高压输出电连接，工作时在两个放电电极之间产生等离子滑动放电电弧，等离子滑动放电电弧介于冷等离子体和热等离子体之间，它消耗能量低效率高，对于电极材料要求不十分严格，电极的损耗小寿命长，铜或钨电极的寿命可以达到10-20万公里。壳体用陶瓷材料制作，可以提高耐高温度和绝缘强度。

本实用新型实施例的工作情况是这样的：启动发动机，智能控制器给水泵、电磁阀、电加热器和等离子电源加电，当发动机温度低于正常温度80摄氏度时，水和甲醇的混合液按规定的流量进入电加热器，被PTC加热器加热成蒸汽，蒸汽由硅胶管送入水分蒸发器，然后经过蒸汽腔体喷口进入贵金属催化器催化，蒸汽被部分催化以后从出气口经硅胶管送入等离子体催化器，再被高强度等离子电弧进一步催化成为氢气和少量的氢氧离子，由氢气出口经硅胶管送入阻火器以后，再由硅胶管送入氢气喷管、喷入发动机进气管，和空气一起进入发动机燃烧室燃烧做工。

当发动机温度达到正常温度80摄氏度，或者温度传感器检测到水分蒸发器温度达到120摄氏度时，智能控制器发出指令使电磁阀转换液体的流向、关闭电加热器的电源，混合液顺着硅胶管进入水分蒸发器，改由发动机排气管余热加热水分子，因为此时水分蒸发器的温度已经达到120摄氏度以上，水和甲醇混合液迅速被加热成为蒸汽态，随着发动机排气温度的升高，水分子被汽化的速度也就更快。实际上发动机排气温度可以达到400摄氏度以上，高温度的水分子蒸汽在等离子电弧超高能电场的激荡下更容易分解。

本实用新型的实施例在实际工作时，当电加热器的加热温度达到120摄氏度时，水泵、电磁阀、氧传感器、转速传感器和等离子电源才开始通电工作，转速传感器感应到发动机转速达到1000转/每分钟以上时，智能控制器即刻根据发动机的转速和功率输出工况，调整或者增加水泵的泵水量，保证按照预定比例输入混合液、进入电加热器或者水分蒸发器、便于分解出预定量的氢气替代燃油燃烧做工。本实施例的水、油替代比例可以在1∶1-5之间调整，完全替代燃油时，可以使用1∶1-2的水醇比例，以保证有较高的产氢率。

当使用水35％和甲醇65％的混合液时，节能效果可以达到20-40％，目前甲醇的批发价是2000元/每吨，柴油的价格是7300元/每吨。理论上甲醇的热值是4650千卡/kg，但是和一定比例的水混合以后，可以分解产生1x74％＝0.74(kg氢)，氢的热值是28900千卡/kg，0.74x28900＝21386(千卡)，氢的热值是甲醇的4.599倍！柴油的热值是9600千卡/kg，1公斤水和甲醇的混合液分解制氢以后的热值是21386千卡、是柴油的(21386*9600＝2.2277)2.2277倍。保守的计算，实现综合节能20-40％的指标不成问题，提高排放指标20-80％也没有问题。单就柴油重型卡车这个细分市场而言，所孕育的财富非常巨大。就国内汽车和内燃发动机市场而言，本发明所带来的经济效益和社会效益更是无可限量。

目前国内也有甲醇汽车正在试用，但它是直接燃烧甲醇替代燃油，由于甲醇的热值比柴油、汽油低很多，自燃点比柴油高很多，所以甲醇汽车发动机在冬季和严寒地区不容易启动，节能效果也不十分理想。由于甲醇的分子结构特性决定了它对金属和橡胶密封件有腐蚀作用，在一定程度上会影响发动机的使用寿命。然而本发明的实施例则不同，本发明实施例是把水和甲醇混合液加热成为蒸汽以后，以气相方式在等离子体催化器高压等离子电弧的超能电场作用下、催化分解成氢气、进入发动机燃烧室燃烧做工的，因此不会产生酸性或者其他有害物质，对发动机没有任何损坏。相反的由于把甲醇转化成为氢气燃烧，提高了燃烧热值、提高了发动机输出功率、又降低了燃料成本，可谓是“一举三得”。由此可见；以水和甲醇混合液蒸汽催化剂加等离子催化器综合方法制氢，大有可为，节能减排效果非常显著，就目前公知的技术方案而言，尚无与伦比。

由于本实用新型采用贵金属催化剂催化和等离子体电弧分解水与甲醇混合蒸汽、气相制氢的综合方法，所消耗的电能要比传统电解方法低70-90％，发动机排量在2升以下的汽车大约需要50-100瓦特的电能，对于发动机排量在3升以上的汽车，大约需要80-250瓦特的电能。对于重型卡车等大功率发动机，可考虑用增加发电机功率的方法来解决。一般情况下发电机的功率设计都留有设计余量，不增加功率也可以正常工作。

本实用新型的实施例设计新颖，结构科学、独特，实用性强，节能减排效果显著。可广泛适用于汽车、机动车、轮船、农用机械、工业工程机械的汽油、柴油发动机，是汽车、机动车行业和发动机行业理想的节能减排高新技术产品，市场前景十分广阔。

Claims

1.一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备：是由水箱、水泵、电磁阀、发动机排气管、水分蒸发器、金属催化器、电加热器、温度传感器、智能控制器、等离子体电源、等离子体催化器、阻火器、发动机进气管、氢气喷管、转速传感器和氧传感器构成，其特征是：水泵用硅胶管连接水箱，电磁阀的进水管用硅胶管连接水泵，电磁阀的2个出水管分别用硅胶管连接电加热器和水分蒸发器，2个温度传感器分别安装在水分蒸发器和电加热器上，电加热器的出气管用硅胶管连接水分蒸发器的进水管，水分蒸发器和金属催化器制成一体合并安装在发动机排气管上，金属催化器的出气管用硅胶管连接等离子催化器，等离子催化器的出气管用硅胶管连接阻火器，阻火器用硅胶管连接氢气喷管，氢气喷管安装在发动机进气管上，智能控制器和等离子体电源制成一体，智能控制器和电加热器、温度传感器、氧传感器、发动机转速传感器、电磁阀、水泵电连接，等离子体电源的高压输出端和等离子体催化器的放电电极电连接。

2.根据权利要求1所述一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：在水分蒸发器和贵金属催化器的壳体(16)内，设计安装有废气加热管(17)、内部支撑隔板(18)、贵金属催化器陶瓷组合体(19)、废气加热腔(20)、蒸汽腔体(21)、蒸汽腔体喷口(27)、废气排放腔(22)、废气进口(23)、废气出口(24)、进水管(25)和出气管(26)，在贵金属催化器陶瓷组合体(19)的网状格体内涂敷贵金属钯、钌、铂或铱的金属氧化物催化剂。

3.根据权利要求1所述一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：电加热器由电加热器壳体(28)、PTC加热器(29)、温度传感器(8)、进水管(31)和出气管(32)构成，温度传感器(8)安装在电加热器壳体(28)上，温度传感器(8)和PTC加热器(29)与智能控制器(9)电连接。

4.根据权利要求1所述一种汽车发动机等离子体自动制氢环保节能设备，其特征是：等离子体催化器由陶瓷壳体(33)、金属放电电极(34)、进气管(35)和出气管(36)构成，等离子体催化器的金属放电电极(34)用金属钨和金属铜制造，金属放电电极(34)和等离子体电源的高压输出端电连接。