CN205618250U - 利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车 - Google Patents

Abstract

一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，汽车发动机进气口通过氢气供气管连接氢气储备瓶，发动机排气管上的汽车催化转换器连接一利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置，该装置由相互连通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸气重整氢气箱构成，其重整氢气箱内设有尾气通过管和填充有催化剂，尾气通过管分别连接汽车催化转换器和汽化箱，汽化箱连接消声器，该汽化箱内设有乙醇水溶液汽化管，该汽化管的进口通过乙醇水溶液输送管与乙醇水溶液箱中的液体电动计量泵连接，该汽化管的出口通过汽管连接重整氢气箱的乙醇水蒸气进口，重整氢气箱的氢气出口经除湿冷却装置连通氢气输送管，氢气输送管连接氢气储备瓶。

Description

利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，特别涉及一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车。

背景技术

生物能源作为可再生的能源倍受人类青睐，目前以生物乙醇为代表的生物能源已得到一定范围的运用。以生物能源发展比较好的端典为例，生物乙醇多数采用玉米提取，这种用玉米提取生物乙醇的方案又给人类带来新的危机——粮食危机，而这种方案提取乙醇所需消耗的能源，占乙醇燃烧释放能量的3/4以上，由此决定了此方案注定不可持续。

目前，中国石油化工集团经过7年的努力，成功地攻克了以玉米秸秆为主的植物纤维制生物乙醇生产技术，形成全套植物纤维制生物乙醇生产技术。我国每年可收集的秸秆约7亿吨，按5亿吨秸秆产1亿吨生物乙醇计算，年产生物乙醇可达到1.4亿吨。2013年底，中石化技术团队完成年产5万吨纤维素制乙醇工艺开发，可为万吨级示范装置提供技术支撑。

生物乙醇作为燃料最大的优点就是环保，在燃烧或重整生物乙醇向大气排放CO₂(二氧化碳)时，应不计碳排放。其主要化学反应方程式为：

直接燃烧 C₂H₅OH+3O₂＝2CO₂+3H₂O

重整反应 CH₃CH₂OH+3H₂O→6H₂+2CO₂

因为生物乙醇中的“C”元素是植物通过光合作用，吸收大气中的CO₂生长成的纤维素(碳水化合物)，此元素通过燃烧再次释放大气中，只不过 是碳元素的一个大循环而已。

中国石化集团2013年就有万吨级工程化纤维素制乙醇的技术，那么为什么到2013后广大农村还在采用焚烧玉米秸秆来对秸秆进行处理呢？为什么纤维素制乙醇产业化如此小规模？分析主要原因：一、生物乙醇用途不广造成的局面。目前生物乙醇主要用途是掺合到汽油中供汽车使用，由于汽油的热值为46MJ/Kg，而乙醇的热值为29.7MJ/Kg，固我国采用的乙醇汽油为掺10％的乙醇，即市面上E10乙醇汽油。国外有掺15％、20％的，最高也不超过25％。生物乙醇除了汽车用一小部分外，其它只有通过蒸馏提纯给工业以及医用而已，所以限制了其发展。二、规模化制造乙醇粗产品成本虽然很低，但要提纯到99.5％的无水乙醇成本却很高，如以高成本的无水乙醇作为燃料应用，显然不被市场接受。

并且，以乙醇汽油作燃料还存在以下缺点：

1.乙醇的热值是常规车用汽油的64.57％，据有关资料的报道，若汽车不作任何改动就使用含乙醇10％的乙醇汽油时，发动机的油耗会增加5％。

2.乙醇的汽化潜热大，理论空燃比下的蒸发温度大于常规汽油。乙醇汽油影响混合气的形成及燃烧速度，导致汽车动力性，经济型，及冷启动性的下降，不利于汽车的加速性。

3.乙醇在燃烧过程中会产生乙酸，对汽车金属特别是铜有腐蚀作用。有关试验表明，在汽油中乙醇的含量在0～10％时，对金属基本没有腐蚀，但乙醇汽油中乙醇含量超过15％时，必须添加有效的腐蚀抑止剂。

4.乙醇是一种优良溶剂，乙醇汽油容易对汽车的密封橡胶及其他合成非金属材料产生轻微的腐蚀，溶涨，软化或龟裂作用。

5.乙醇极易溶于水，车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后，容易发生液相分离。因生物乙醇通过纤维素提取，粗产品一般是8-15％的乙醇水溶液，后经过多次的蒸馏、萃取等方式提纯，得到所谓的纯乙醇，但乙醇极易溶于水，95％的乙醇水溶液有共沸现象(78.15℃)，想要提纯到100％的乙醇浓度几乎不可能，目前掺混到汽油中乙醇浓度是99.5％，即所谓的纯乙醇。超过95％乙醇浓度的提纯成本极大，所以E10乙醇汽油中一定含有少量的水，这也是我国制定乙醇汽油只掺10％行业标准的原因。

以乙醇汽油作燃料的优点：由于乙醇分子式中含有氧元素，可使汽油燃烧更充分，利于尾气排放物达标。

然而，采用纯乙醇作燃料，需重新设计乙醇内燃机，目前此方案在巴西得到普遍便用。但存在开发费用大，内燃机开发费总和高的惊人，且乙醇的燃值低，开发出的乙醇内燃机升功率较小，同样造成资源浪费。

关于氢气汽车：

在2008年3月德国宝马公司宣布其单一氢气燃料的汽车“BMW HYDROGEN7 monofuel”已量产，考虑到氢气是世界上最轻的物质，以此作为汽车为唯一燃料，携带量与续航里程存在相互矛盾的问题，宝马公司采用液态氢，然而，液态氢又存在必需在低温下保存和加气点未普及等问题，故中国长安汽车集团公司等大型汽车公司都试制过氢气汽车，都因续航里程、液态氢携带和加气点未普及等问题，而无法量产和批量普及使用。

关于氢气燃料电池：

燃料电池其原理：一种电化学装置，其组成与一般电池相似。其单体电池是由正极(即氧化剂电极)、负极(即燃料电极)、电解质组成。不同的是一 般电池的活性物质一次性制造，贮备在电池内部，不可重复添加，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。燃料电池其实就是把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，在电池内部进行化学反应。理论上只要反应物不断输入，反应附产物不断排除，氢气燃料电池就能连续地发电。

氢气燃料电池的化学反应方程式为：

负极：H₂+2OH^-→2H₂O+2e^-

正极：1/2O₂+H₂O+2e^-→2OH^-

电池反应：H₂+1/2O₂＝＝H₂O

目前世界各大汽车制造公司都在大力开发氢气燃料电池电动车，其技术瓶颈是氢气的携带问题，一般用高压或低温存储的方式，不仅代价高昂，且存在极大的安全隐患。但如果加气点普及，其加气速度比锂电池充电速度快很多，一般80L的气瓶在加气压力20MPa下，充满只需10分钟左右，而锂电池的小汽车充满电需8小时以上。

氢气燃料电池与内燃机燃烧氢气两方案对比：

1.氢气燃料电池是化学能直接转化为电能，通过电动机做功，高效率电动机的效率95％以上，不需要经过化学能、热能和机械能(发电机)的中间变换；而内燃机燃烧氢气是化学能先转化为热能，再通过内燃机的转化为机械能做功，如需转化为电能，还需经发电机组发电，其平均热效率只有30％左右；燃料电池的理论效率85％，目前车用氢气燃料电池的效率平均为60％左右,所以氢气燃料电池方案的效率是内燃机燃烧氢气方案的二倍左右。

2.氢气燃料电池方案中氢气不是直接通过燃烧，是通过电化学反应，其 最终产物只有水；而内燃机燃烧氢气方案，其最终产物除了水外，还有小部分的CO(一氧化碳)、CH(碳氢)、NO_X(氮氧)等。

3.氢气燃料电池技术上目前不存在大的问题，制约其发展的是加气站、氢气携带、制造成本几个方面，但其节能和环保的优势至今无任何技术可憾动，可能成为未来汽车的终级目标。

汽车尾气余热的应用：

内燃机发展至今，其热效率高的已达40％以上(至今公布的最高内燃机热效率是日本丰田：汽油机38％、柴油机44％)，如以各种汽车的平均热效率计算在30％左右，则意味着有三分之二的热量被浪费，即近70％的能量被浪费，其中大约50％的热量随汽车尾气排出，20％左右的热量随内燃机冷却系统排出。故汽车尾气余热至今没有得到充分利用。几年前，德国宝马公司宣布一项技术：利用某一工质在汽车尾气中进行热交换，使得尾气中80％以上的能量得以回收，产生蒸汽压后被直接导入与曲轴相连接的膨胀单元(做功机)，大部分剩余的热量被发动机冷却循环系统吸收，成为涡轮蒸汽机的第二能量。经实验证明：汽油机的热效率提高15％，测试中宝马上1.8升四缸发动机油耗降低了15％，输出功率增加了10KW，扭矩增加了近20NM。此技术路线虽说有巨大的技术突破，但不难发现在浪费近70％的能量中，只回收利用了15％。其问题之一是：利用工质做为媒介，通过工质的温差(被加热的工质需冷却，被冷却的这部分能量绝大部分浪费，无法再使工质温度升高、产生高压强)产生压强差，然后通过膨胀单元和涡轮蒸汽机做功，所以其热效率只能提高15％，与近70％浪费的能量相比，利用率较低，这就是蒸汽机的最高热效率；问题之二是：膨胀单元和涡轮蒸汽机目前制造技术水平，其体 积较大，无法布置在小型汽车上；问题之三是：该套整置复杂、制造成本很高，不易被人接受。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在不足，提供一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车。它通过所设结构，能够使汽车以乙醇水溶液作原料，充分利用汽车发动机工作排放的尾气余热使乙醇水溶液形成乙醇水蒸气，并将乙醇水蒸气重整制作出氢气为发动机提供燃料，既能解决现有的乙醇汽油汽车和氢气汽车存在系列问题，提高汽车的动力和续航里程，既能节能，又能降低汽车的制作和使用成本，还能消除汽车的尾气碳排放，其尾气排放比现有的空气更清洁，有利于环保。

本实用新型的目的是这样实现的：一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，包括设置于汽车上的发动机，该发动机的排气歧管连接排气管，排气管上安装有汽车催化转换器，所述发动机为以氢气为燃料的发动机，所述发动机的燃料进气口通过氢气供气管经第一电控阀连接氢气储备瓶的出气口，一利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置连接在汽车催化转换器的下游端，该利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置由相互连通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸气重整氢气箱构成，其中，所述乙醇水蒸气重整氢气箱内设有与汽车催化转换器相连的尾气通过管和填充有催化剂，所述乙醇水溶液汽化箱连接消声器，该乙醇水溶液汽化箱内设有乙醇水溶液汽化管，该汽化管的乙醇水溶液进口通过乙醇水溶液输送管与设于乙醇水溶液箱中的液体电动计量泵连接，汽化管的乙醇水蒸气出口通过蒸汽管连接乙醇水蒸气重整氢气箱的乙醇水蒸气进口，乙醇水蒸气重整氢气箱的氢气出口 连通一除湿冷却装置的进口，该除湿冷却装置的出口通过氢气输送管经气体电动泵、单向阀连接氢气储备瓶的进气口，该氢气储备瓶的进气口设有氢气压力传感器；所述乙醇水蒸气重整氢气箱设有温度传感器，所述温度传感器、液体电动计量泵、气体电动泵、氢气压力传感器、第一电控阀与一控制模块电连接。

所述乙醇水溶液汽化箱由用于汽车尾气通过的筒状壳体和乙醇水溶液汽化管构成，所述乙醇水溶液汽化管设于筒状壳体内，该汽化管的乙醇水溶液进口设于筒状壳体下游端侧壁，汽化管的乙醇水蒸气出口设于筒状壳体上游端侧壁，汽化管与筒状壳体之间留有尾气通道。

所述用于尾气通过的筒状壳体的内腔设有多叶片式热交换支架，所述多叶片式热交换支架的轴向沿筒状壳体轴向延伸，该多叶片式热交换支架横截面的多个叶片呈放射状沿筒状壳体径向延伸，各叶片之间留有尾气通道，各叶片上沿轴向分别设有若干用于固定乙醇水溶液汽化管的定位槽，所述乙醇水溶液汽化管呈螺旋状环绕定位在叶片式热交换支架上。

所述乙醇水蒸气重整氢气箱包括尾气通过管和外筒，所述尾气通过管位于外筒腔内且两端外伸分别与汽车催化转换器、乙醇水溶液汽化箱连接，外筒与尾气通过管之间为密闭腔，该密闭腔由两个筛状挡板分隔成三个腔室，其中，位于中间的腔室填充Ir/CeO₂催化剂形成重整氢气室，所述温度传感器设于重整氢气室，位于尾气通过管上游一侧腔室的外筒壁设置乙醇水蒸气进口，乙醇水蒸气进口与前筛状挡板之间形成乙醇水蒸气室，位于尾气通过管下游一侧腔室的外筒壁设置氢气出口，氢气出口与后筛状挡板之间形成氢气室。

所述尾气通过管的管腔中设有多叶片式热交换器，多叶片式热交换器的轴向沿尾气通过管轴向延伸，多叶片式热交换器横截面的多个叶片呈放射状沿尾气通过管径向延伸，与尾气通过管的管壁相连，各叶片之间留有尾气通道。

多叶片式热交换支架、多叶片式热交换器横截面的多叶片呈米字形或十字形结构分布。

所述乙醇水溶液输送管的中段设有一热传导装置，乙醇水溶液输送管的后段与汽化管的乙醇水溶液进口相连，所述乙醇水溶液输送管后段的外表面覆盖有保温隔热层。

所述热传导装置为汽车散热器，或者与汽车散热器相贴的散热装置，所述乙醇水溶液输送管的中段呈蛇形弯曲，固定在汽车散热器上，或固定在与汽车散热器相贴的散热装置上。

所述乙醇水溶液汽化箱、乙醇水蒸气重整氢气箱、排气管的外表面均覆盖有保温隔热层。

所述氢气供气管通过一供气歧管连接氢气燃料电池，所述供气歧管上设置第二电控阀，该第二电控阀与控制模块电连接。

由于采用上述方案，本实用新型通过将一利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置连接在汽车催化转换器的下游端，该利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置由相互连通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸气重整氢气箱构成，其中，所述乙醇水蒸气重整氢气箱内设有与汽车催化转换器相连的尾气通过管和填充有催化剂，所述乙醇水溶液汽化箱连接消声器，该乙醇水溶液汽化箱内设有乙醇水溶液汽化管，该汽化管的乙醇水溶液进口通过乙醇水 溶液输送管与设于乙醇水溶液箱中的液体电动计量泵连接，汽化管的乙醇水蒸气出口通过蒸汽管连接乙醇水蒸气重整氢气箱的乙醇水蒸气进口，乙醇水蒸气重整氢气箱的氢气出口连通一除湿冷却装置的进口，该除湿冷却装置的出口通过氢气输送管经气体电动泵、单向阀连接氢气储备瓶的进气口，该氢气储备瓶的进气口设有氢气压力传感器；所述乙醇水蒸气重整氢气箱设有温度传感器，所述温度传感器、液体电动计量泵、气体电动泵、氢气压力传感器、第一电控阀与一控制模块电连接。这样能使发动机排放的高温尾气，在顺序经过利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置的乙醇水蒸气重整氢气箱和乙醇水溶液汽化箱时，利用尾气经过乙醇水溶液汽化箱的高温作用使流经乙醇水溶液汽化管中的乙醇水溶液形成蒸汽，然后通过汽管送至乙醇水蒸气重整氢气箱中，利用尾气经过乙醇水蒸气重整氢气箱中尾气通过管更高的温度和催化剂的作用重整乙醇水蒸气制成氢气，使氢气从乙醇水蒸气重整氢气箱设置的氢气出口进入除湿冷却装置，氢气经除湿冷却后，再由气体电动泵抽送至氢气储备瓶，达到预定的压力后从氢气储备瓶经氢气供气管送至发动机燃烧做功。由于原料是采用乙醇水溶液，只需采用通常汽车油箱的容积盛装乙醇水溶液，就能够满足本实用新型氢气汽车较长续航里程，而且这种乙醇水溶液也不需低温保存、不易爆，降低了汽车碰撞燃油箱爆炸的风险，也解决了现有氢气汽车难以解决的问题。同时，送至氢气储备瓶储存的氢气还解决了发动机启动所需的氢气燃料。

而且，因乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液进口设于筒状壳体下游端侧壁，汽化管的乙醇水蒸气出口设于筒状壳体上游端侧壁，汽化管与筒状壳体之间留有尾气通道，就形成了尾气进入筒状壳体上游端时温度高，尾气排出筒状 壳体下游端时温度经衰减后相对降低，流经乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液是从低向高温方向流动，形成逐渐汽化过程，更有利于增大乙醇水蒸气的产生量。

并且，用于尾气通过的筒状壳体的内腔设置的多叶片式热交换支架的轴向沿筒状壳体轴向延伸，该多叶片式热交换支架横截面的多个叶片呈放射状沿筒状壳体径向延伸，各叶片之间留有尾气通道，所述乙醇水溶液汽化管呈螺旋状环绕定位在多叶片式热交换支架上，热交换面积增大，热交换较充分，使尾气在经过时，能够与多叶片式热交换支架进行充分的热交换，通过多叶片式热交换支架吸收和释放热量，保持乙醇水溶液汽化箱的高温状态，以提高乙醇水溶液的汽化效果。所述多叶片式热交换支架横截面的多个叶片呈放射状延伸，通常可为米字形或十字形结构，各叶片上沿轴向分别设有若干用于固定乙醇水溶液汽化管的定位槽，这种结构的多叶片式热交换支架能够通过叶片上设置的定位槽，将呈螺旋状延伸环绕在多叶片式热交换支架上的乙醇水溶液汽化管牢牢地支撑固定在用于尾气通过的筒状壳体中，能防止乙醇水溶液汽化管因振动而损坏，同时还能将聚集的热量传导给乙醇水溶液汽化管，提高乙醇水溶液的汽化效果。

由于所述乙醇水蒸气重整氢气箱包括尾气通过管和外筒，尾气通过管位于外筒腔内且两端外伸分别与排气管、乙醇水溶液汽化箱连接，用于发动机排放的尾气通过；外筒与尾气通过管之间为密闭腔，该密闭腔由两个筛状挡板分隔成三个腔室，其中，位于中间的腔室填充Ir/CeO₂催化剂形成重整氢气室，位于尾气通过管上游一侧腔室的外筒壁设置乙醇水蒸气进口，乙醇水蒸气进口与前筛状挡板之间形成乙醇水蒸气室，位于尾气通过管下游一侧腔 室的外筒壁设置氢气出口，氢气出口与后筛状挡板之间形成氢气室。这种结构的乙醇水蒸气重整氢气箱能够将从乙醇水蒸气进口进入的乙醇水蒸气室，在尾气通过管传导的高温和重整氢气室中的Ir(铱)/CeO₂(二氧化铈)催化剂的作用下，通过重整方式转化为氢气，其反应式为

CH₃CH₂OH+3H₂O→6H₂+2CO₂，△H^θ＝174.2kJ/mol

此化学反应是乙醇产生H₂(氢气)的最理想的反应，不仅从乙醇分子中提取了H元素，还提取了H₂O(水)中H元素，产生的H₂中一半来自水，避免了电解水产生H₂的高耗能，因此是产H₂率最高的反应。按此反应式不难算出，1Kg CH₃CH₂OH(乙醇)蒸汽重整可产生H₂260.87g,CH₃CH₂OH的热值为29.7MJ/Kg、氢气的热值为143MJ/Kg，固260.87g H₂的热值为37.30MJ,比1Kg CH₃CH₂OH的热值多出7.6MJ，热值增加率为25.59％。其热值远远优于以下乙醇转化为氢气的其它化学反应效果：

1)氧化

CH₃CH₂OH+1/2O₂→3H₂+2CO，△H^θ＝14.1kJ/mol

CH₃CH₂OH+3/2O₂→3H₂+2CO₂，△H^θ＝-554.0kJ/mol

2)氧化重整

CH₃CH₂OH+2H₂O+1/2O₂→5H₂+2CO₂，△H^θ＝-68.5kJ/mol

CH₃CH₂OH+H₂O+O₂→4H₂+2CO₂，△H^θ＝-311.3kJ/mol

3)直接裂解

CH₃CH₂OH→CO+CH₄+H₂，△H^θ＝49.8kJ/mol

CH₃CH₂OH→CO+C+3H₂，△H^θ＝124.6kJ/mol

其氢气产生量又优于反应式为

CH₃CH₂OH+H₂O→4H₂+2CO，△H^θ＝256.8kJ/mol的水蒸气重整反应。

乙醇产生氢气的化学反应最终产物取决于对催化剂的选择。而采用Ir/CeO₂催化剂对乙醇水蒸气重整具有很高的催化活性和选择性，乙醇的转化率达到100％，产生的气体中H₂占73.8％，CO₂占24.2％，接近理论值(理论值：中H₂占75％，CO₂占25％)。其余的CH₄占2％，CO在整个乙醇重整过程中几乎为零，且化学反应的温度要求较低(350-650℃)，正好与发动机排放的尾气经过乙醇水蒸气重整氢气箱时的温度相适应，比其它贵金属(Pt、Ru、Rh、Pd)催化剂反应温度在650-800℃的催化活性和选择性更好。既能避免因温度过高易引起催化剂烧结报废，又有效地节约了能源。而Ir(铱)系催化剂的活性很强，对H₂的选择性很高，具有高活性和高选择性，是有很高价值的乙醇水蒸气重整反应催化剂；CeO₂(二氧化铈)催化剂的助剂，具有独特氧化还原性能和适宜酸碱性，CeO₂载体不仅有利于乙醇的分解和中间产物的低温转化，而且还有利于促进水汽变换反应，提高氢气选择性和催化剂的稳定性，大大地提高Ir的活性。

将此化学反应的温度控制在350-650℃为最佳，350℃时乙醇的转化率接近100％，反应过程中乙醇和中间体，如乙醛、丙酮等将全部转化为氢气、一氧化碳(CO)和甲烷，生成的CO通过水煤气的转移反应得到二氧化碳(CO₂)，在重整过程中CO的浓度几乎为0。为此，乙醇水蒸气重整氢气箱与发动机排气管连接，正好适应此温度段选择，并有利于本实用新型的利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置在轿车上的布置。

在尾气通过管的管腔中设有多叶片式热交换器，所述尾气通过管的管腔中设有多叶片式热交换器，多叶片式热交换器的轴向沿尾气通过管轴向延伸， 多叶片式热交换器横截面的多个叶片呈放射状沿尾气通过管径向延伸，与尾气通过管的管壁相连，各叶片之间留有尾气通道。通过设置的多叶片式热交换器的热传导，更有利于保持乙醇水蒸气重整氢气箱的温度。

进而，在所述乙醇水溶液输送管的中段设有一热传导装置，乙醇水溶液输送管的后段与汽化管的乙醇水溶液进口相连，所述乙醇水溶液输送管后段的外表面覆盖有保温隔热层。可以使乙醇水溶液输送管中流经的乙醇水溶液，在经过热传导装置时，能够得到预热后再进入汽化管，提高汽化效率。而所述热传导装置为汽车散热器，或者与汽车散热器相贴的散热装置，所述乙醇水溶液输送管的中段呈蛇形弯曲，固定在汽车散热器上，或固定在与汽车散热器相贴的散热装置上。这样能够利用发动机散热的温度将乙醇水溶液输送管中的乙醇水溶液预热至80℃左右，充分利用发动机散热技术为乙醇水溶液预热升温，不需再增加热源预热，极大降低成本。

并且，所述氢气供气管还可以通过一供气歧管连接氢气燃料电池，所述供气歧管上设置第二电控阀，该第二电控阀与控制模块电连接。这样可以使氢气提供给氢气燃料电池使用，解决氢气燃料电池连续发电问题。通过氢气燃料电池为电动机供电，还能解决汽车的电驱动问题，为实现混合动力车提供条件。

本实用新型旨在制造一简单的装置，充分利用汽车发动机尾气余热，首先汽化乙醇(CH₃CH₂OH)和水(H₂O)溶液，乙醇水蒸气在催化剂的作用下重整产生氢气(H₂)，以氢气作为燃料，替代汽车使用的汽油、柴油、天然气等燃料；并且，该技术方案也可以为氢气燃料电池提供氢气，通过氢气燃料电池为电动机供电，由电动机驱动汽车行驶，为混合动力车的实现提供条件。 由此既解决了汽车的氢气携带问题，也有效地解决了液相燃料在缸内汽化，所存在的需吸收能量和汽化的时间的问题。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置的结构图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为图2的B-B向剖视图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其应包括通常汽车所具有的底盘、车身、动力传动机构、行走系统、方向系统、制动系统、照明系统、控制系统等常规结构。本实施例重在阐述可以以氢气为燃料的汽车的氢气燃料输送管路、尾气排放装置，以及利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的装置。

参见图1至图4，一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，包括设置于汽车上的发动机，该发动机1的排气歧管2连接排气管3，排气管3上安装有汽车催化转换器3a，该汽车催化转换器3a可采用三元催化器或二元催化器，其作用是氧化消除发动机排放废气中的CH、CO。所述发动机为以氢气为燃料的发动机1，所述发动机1的燃料进气口通过氢气供气管33经第一电控阀17连接氢气储备瓶16的出气口16b。所述第一电控阀17可以直接安装在氢气储备瓶出气口16b上，也可以通过管道与氢气储备瓶出气口16b连接，通过第一电控阀17控制氢气储备瓶出气。一利用尾气余热重整乙 醇水蒸气制氢气的装置连接在汽车催化转换器3a的下游端，该利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置由相互连通的乙醇水溶液汽化箱19和乙醇水蒸气重整氢气箱5构成，乙醇水溶液汽化箱19和乙醇水蒸气重整氢气箱5通过法兰连接，也可采用焊接方式连接。其中，所述乙醇水蒸气重整氢气箱5内设有与汽车催化转换器3a相连的尾气通过管29和填充有催化剂18，所述乙醇水溶液汽化箱19连接消声器6。所述乙醇水溶液汽化箱19内设有乙醇水溶液汽化管24，该汽化管24的乙醇水溶液进口24a通过乙醇水溶液输送管10与设于乙醇水溶液箱8中的液体电动计量泵9连接，为防止防止高压乙醇水蒸气返流，也可以在乙醇水溶液输送管10中设置一单向阀；所述汽化管24的乙醇水蒸气出口24b通过蒸汽管13连接乙醇水蒸气重整氢气箱5设置的乙醇水蒸气进口5a。乙醇水蒸气重整氢气箱5设置的氢气出口5b连通一除湿冷却装置15的进口15a，氢气出口5b与除湿冷却装置15的进口15a之间通过氢气输出管14连通，可以有利于除湿冷却装置15在车上的安装布置。所述除湿冷却装置15的出口15b通过氢气输送管12经气体电动泵34、单向阀35连接氢气储备瓶16的进气口16a，该氢气储备瓶的进气口16a设有氢气压力传感器36。经除湿冷却装置15除湿后的氢气，能够被气体电动泵34抽送经单向阀35进入氢气储备瓶16内，并根据氢气压力传感器36采集的压力信息，调节乙醇水溶液的供给量，进而控制氢气的产生量。所述乙醇水蒸气重整氢气箱5设有温度传感器4，该温度传感器4用于采集乙醇水蒸气重整氢气箱5的温度信息。所述温度传感器4、液体电动计量泵9、第一电控阀17、气体电动泵34、氢气压力传感器36分别通过导线与一控制模块7电连接，由控制模块7处理数据进行控制。而除湿冷却装置15可采用通用的气体除湿器，也可 采用风冷式除湿器。该风冷式除湿器的壳体的内腔底部中间特设一用于冷凝水聚集的凹型集水区，凹型集水区设有机械压力阀，机械压力阀采用塑料外壳，密封活塞采用软的尼龙作为密封件，密封活塞由不锈钢弹簧施与预压力，当冷凝水聚集到一定量，超过预设的压力时，机械压力阀的密封活塞打开放水。风冷式除湿器上还可设置温度传感器和电子风扇，当汽车正常行驶时，由空气流冷却；当汽车停止怠速运转时，由温度传感器采集信号至控制模块7，通过控制模块7运算判断温度是否超过预设的温度来控制电子风扇工作，当风冷式除湿器的温度没有超过预设的温度，电子风扇不工作，当风冷式除湿器的温度超过预设的温度，电子风扇运转吹风对风冷式除湿器强制降温，以保证氢气能在风冷式除湿器中得到除湿冷却。所述乙醇水蒸气重整氢气箱5设有温度传感器4，该温度传感器4用于采集乙醇水蒸气重整氢气箱5的温度信息。所述温度传感器4、液体电动计量泵9、气体电动泵34、氢气压力传感器36、第一电控阀17分别通过导线与一控制模块7电连接，由控制模块7处理数据控制。

参见图2、图3，所述乙醇水溶液汽化箱19由用于汽车尾气通过的筒状壳体26和乙醇水溶液汽化管24构成。所述乙醇水溶液汽化管24设于筒状壳体26内，该汽化管24的乙醇水溶液进口24a设于筒状壳体26下游端侧壁，汽化管24的乙醇水蒸气出口24b设于筒状壳体26上游端侧壁，汽化管24与筒状壳体26之间留有尾气通道27。所述用于尾气通过的筒状壳体26的内腔设有多叶片式热交换支架23，所述多叶片式热交换支架23的纵向沿筒状壳体26轴向延伸，该多叶片式热交换支架23横截面的多个叶片呈放射状沿筒状壳体26径向延伸，与筒状壳体26连接固定，其固定方式可采用点焊固定或其 它方式固定，各叶片之间留有尾气通道27，所述乙醇水溶液汽化管24呈螺旋状延伸缠绕定位在多叶片式热交换支架23上，热交换面积增大，热交换较充分。所述叶片式热交换支架23的横截面一般为米字形或十字形结构，叶片的数量增多热交换效果更好，但需要考虑提过多的叶片对尾气通道27空间的占比，过高的占比会影响尾气的排放，使得排所背压增大，影响发动机的正常工作，可通过适当扩尾气通道27的内径来解决。各叶片上沿轴向分别设有若干用于固定乙醇水溶液汽化管24的定位槽28，这些定位槽28能够使螺旋状乙醇水溶液汽化管24牢固地支撑定位在多叶片式热交换支架23上。所述用于尾气通过的筒状壳体26的两端分别设有法兰连接盘22，用于分别与乙醇水蒸气重整氢气箱5的尾气通过管29和消声器6法兰连接固定，便于更换维修时的拆装。

参见图2、图4，所述乙醇水蒸气重整氢气箱5包括尾气通过管29和外筒30，所述尾气通过管29位于外筒30腔内且两端外伸分别与汽车催化转换器3a、乙醇水溶液汽化箱19连接。所述尾气通过管29两外伸端分别设置法兰连接盘22与汽车催化转换器3a、乙醇水溶液汽化箱19法兰连接，有利于更换维修时的拆装。外筒30与尾气通过管29之间为密闭腔，该密闭腔由两个筛状挡板分隔成三个腔室，其中，位于中间的腔室填充Ir/CeO₂催化剂形成重整氢气室18，所述温度传感器4设于重整氢气室18，温度传感器4以设置在重整氢气室18的中部位置为佳，用于检测重整氢气室18的温度。位于尾气通过管29上游一侧腔室的外筒壁设置乙醇水蒸气进口5a，乙醇水蒸气进口5a与前筛状挡板20a之间形成乙醇水蒸气室31。乙醇水蒸气室31能够使从狭小的汽管13进入乙醇水蒸气室31后，体积得到了几百倍的扩张，其压 强自然成几何倍数下降，不会产生过高的蒸汽压力，因为过高的蒸汽压强必然产生快速的气流，会导致乙醇水蒸气与催化剂接触时间过短，从而影响乙醇水蒸气重整化学反应。在位于尾气通过管29下游一侧腔室的外筒壁设置氢气出口5b，氢气出口5b与后筛状挡板20b之间形成氢气室32，有利于氢气聚集输送出乙醇水蒸气重整氢气箱5。在所述尾气通过管29的管腔中设有多叶片式热交换器25，多叶片式热交换器25的轴向沿尾气通过管29轴向延伸，多叶片式热交换器25横截面的多个叶片呈放射状沿尾气通过管29径向延伸，与尾气通过管29的管壁相连，可通过焊接固定，各叶片之间留有尾气通道27。所述叶片式热交换器25的横截面一般为米字形或十字形结构，叶片的数量增多热交换效果更好，能提高叶片式热交换器25的传热效率。

所述乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸气重整氢气箱5、排气管3的外表面均可以覆盖保温隔热层21。这样可以保持乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸气重整氢气箱5、排气管3内经过的发动机排放的尾气温度，防止在汽车行驶时产生气流带走乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸气重整氢气箱5和排气管3的表面温度，造成乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸气重整氢气箱5和排气管3的热能快速散失。

本实用新型不仅仅局限于上述实施例，为了提高乙醇水溶液的汽化效率，还可以在所述乙醇水溶液输送管10的中段10a设有一热传导装置38，乙醇水溶液输送管10的后段10b与汽化管24的乙醇水溶液进口24a相连，并在所述乙醇水溶液输送管10后段10b的外表面覆盖有保温隔热层。这样能使乙醇水溶液输送管中流经的乙醇水溶液，在经过热传导装置时，能够得到预热后再进入汽化管，提高汽化效率。而所述热传导装置38可以为汽车散热器，也 可以采用与汽车散热器相贴的散热装置，该散热装置吸收汽车散热器的热量并传导给乙醇水溶液输送管10。所述乙醇水溶液输送管10的中段10a呈蛇形弯曲，固定在汽车散热器上，或固定在与汽车散热器相贴的散热装置上，可以使乙醇水溶液在流经该蛇形弯曲段时，行程和通过时间更长，能够使乙醇水溶液预热达80℃左右后再通过乙醇水溶液输送管10的后段10b进入汽化管24，充分利用了汽车散热器传导的热能提高预热效果。

本实用新型不仅仅局限于上述实施例，还可以在所述氢气供气管33上设置一供气歧管33a，通过该供气歧管33a连接氢气燃料电池37，并在所述供气歧管33a上设置第二电控阀11，该第二电控阀11通过导线与控制模块7电连接。这样可以使氢气提供给氢气燃料电池使用，解决氢气燃料电池连续发电问题。通过氢气燃料电池为电动机供电，还能解决汽车的电驱动问题，为实现混合动力车提供条件。

由于氢气是世界上最轻的物质，其分子最小，为避免氢气泄漏，本实用新型的氢气供气管33、供气歧管33a、氢气输送管12、氢气输出管14、气体电动泵34、单向阀35、氢气压力传感器36、氢气储备瓶16，以及氢气储备瓶进气口16a、氢气储备瓶出气口16b，乙醇水蒸气重整氢气箱5的氢气出口5b、除湿冷却装置15的进口15a和出口15b、第一电控阀17、第二电控阀11等设置的管接头，以采用蒙耐尔合金材料制作为佳。

采用本实用新型的氢气汽车，为提高乙醇水溶液汽化箱19的热交换效率，可将3.5吨以下小型汽车排气管一般为6cm的直径，增大为12cm，其它大吨位的汽车也可效仿其外径翻倍的方法。

需说明的是，由于本实用新型使用的催化剂温度要求在350-650℃，乙醇 水蒸气重整氢气箱5布置在汽车排气管尾气温度在600℃左右处(此处安装空间较大)，经乙醇水蒸气重整反应后(此化学反应是吸热反应)，尾气温度衰减到350-400℃进入乙醇水溶液汽化箱19，此温度段正好达到水的临界温度(374.15℃)，可使乙醇水溶液完全被汽化，汽化乙醇水溶液过程的大量热交换，使汽化箱19出口处的温度将低于200℃。由于乙醇水溶液汽化管24是缠绕在叶片式热交换支架上吸热，热交换面积增大，热交换较充分，乙醇水溶液从低温区向高温区运动形成汽化。如果把乙醇水溶液汽化箱19设置到乙醇水蒸气重整氢气箱5的前面与发动机排气管3连接，乙醇水溶液的汽化不是问题，但尾气到达后面的乙醇水蒸气重整氢气箱5时，温度得不保证，且乙醇水溶液汽化箱19产生压力更高的高压乙醇水蒸气，会影响乙醇水蒸气重整化学反应。

本实用新型氢气汽车与燃油汽车的尾气能量回收分析(以1.8L小汽车发动机平均功率100KW/小时为例)。

采用燃油汽车，功率100KW/小时＝360MJ/小时，汽油的热值为46MJ/Kg,360MJ/小时÷46MJ/Kg＝7.826Kg/小时，即燃油汽车每小时消耗7.826Kg汽油，换算成体积为7.826Kg÷0.737Kg/L＝10.62L，即燃油汽车每小时消耗10.62升汽油，按汽车发动机平均热效率30％(108MJ用于做功)，发动机尾气释放50％(即180MJ),发动机冷却水循环释放20％(即72MJ)。

采用本实用新型氢气汽车，换算成乙醇的消耗，1Kg乙醇重整反应产生氢气260.87g的热值为37.30MJ，较1Kg的乙醇热值多出7.6MJ，热值增加率为25.59％(即燃烧同一单位质量地乙醇重整反应产生的氢气比燃烧同一单位质量地乙醇释放的能量多25.59％，即做同样的功节能25.59％)。该氢气汽车功 率360MJ/小时÷37.3MJ/Kg＝9.65Kg/小时，即该汽车每小时消耗9.65Kg乙醇；乙醇的临界温度为243.10℃，比热容为3.582KJ/Kg.℃，如果直接燃烧液态9.65Kg乙醇，理论上将9.65Kg液态乙醇在缸内汽化，由液相转变为气相需吸收能量为：9.65Kg×3.582KJ/Kg.℃×〔243.1℃(临界温度)-25℃(初始温度)〕＝28.86MJ。由于本实用新型改变了燃烧方式，所以这部分能量应视为本实用新型的节能，即节能增加28.86MJ/小时÷360MJ/小时＝8.02％,则本实用新型氢气汽车节能率为25.59％+8.02％＝33.61％。

乙醇水溶液汽化吸收的能量分析：

取生物乙醇的粗成品，含12.5％乙醇(质量)的水溶液，那么本实用新型氢气汽车每小时消耗12.5％的乙醇水溶液＝9.65Kg÷12.5％＝77.2Kg。水的比热容为4.2KJ/Kg.℃，乙醇的比热容为3.582KJ/Kg.℃，且比热容随温度和压力的升高而升高，在此就取初值，那么将77.2Kg12.5％的乙醇水溶液从25℃升高到375℃乙醇水蒸气所需吸收的能量为：水77.2Kg×87.5％×4.2KJ/Kg.℃×〔375℃(临界温度)-25℃(初始温度)〕+乙醇77.2Kg×12.5％×3.582KJ/Kg.℃×〔375℃(临界温度)-25℃(初始温度)〕＝111.397MJ。即该汽车每小时汽化77.2Kg12.5％的乙醇水溶液需从尾气中回收111.397MJ的能量。

乙醇水蒸气重整氢气反应吸收的能量分析：

根据乙醇水蒸气重整氢气的化学反应式：

CH₃CH₂OH+3H₂O→6H₂+2CO₂，△H^θ＝174.2kJ/mol

该化学反应是吸热反应，重整1molCH₃CH₂OH(46g)需吸收能量174.2kJ，那么将77.2Kg12.5％的乙醇水溶液中乙醇重整需要吸收能量为：77.2Kg×12.5％÷46g×174.2kJ＝36.544MJ。

由此可见乙醇水溶液汽化物理反应与乙醇水蒸气重整化学反应共回收尾气能量为111.397+36.544＝147.941MJ,能量回收率为147.941÷180(尾气能量)＝82.19％，82.19％的能量回收率符合现有的热交换回收较高水平。通过以上粗略的计算可以看出，1.8L小汽车发动机平均功率100KW/小时的尾气余热，约可汽化重整12.5％的乙醇水溶液产生氢气为77.2Kg×12.5％×260.87＝2.52Kg，而氢气的热值为143MJ/Kg，所以产生的氢气的总热值为143MJ/Kg×2.52Kg＝360.36MJ，大致符合假定的“1.8L小汽车发动机平均功率100KW/小时”条件。也就是说理论可以通过乙醇重整产生氢气的方案，满足以单一氢气为燃料的汽车发动机需要。

现有的家庭小汽车的油箱的容积一般在80升左右，大概只能装77.2Kg乙醇水溶液。本实用新型氢气汽车可直接利用纤维素制生物乙醇工业粗产品[10％左右乙醇(质量)的水溶液]，只需在粗产品基础上一次性的蒸馏提纯，去除粗产品中的矿物质和硫化物，因为矿物质和硫化物可使催化剂中毒失效，其粗成品价格应该很低。如考虑节约气化乙醇水溶液的能量和更大的继航里程，可考虑加大乙醇的占比，最大的乙醇水摩尔比为1比3[即为含46％乙醇(质量)的水溶液]，但较高的乙醇水比有利于乙醇水蒸气重整反应，较为理想的乙醇水摩尔比为1比6[即为含12.44％乙醇(质量)的水溶液]。

本实用新型利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车冷启动时，控制模块控制第一电控阀17开启，氢气储备瓶16储备的氢气经氢气供气管33进入发动机1燃烧做功，燃烧后的气体依次经排气管3、汽车催化转换器3a、乙醇水蒸气重整氢气箱5的尾气通过管29、乙醇水溶液汽化箱19、消声器6排出，汽车即可在发动机的动力作用下驱动行驶。当温度传感器4 检测到乙醇水蒸气重整氢气箱5的温度达到350℃，液体电动计量泵9在控制模块7的控制下工作，将乙醇水溶液箱8中的乙醇水溶液经乙醇水溶液输送管10输送到乙醇水溶液汽化箱19中的乙醇水溶液汽化管24内，乙醇水溶液在经过乙醇水溶液汽化管24的过程中，乙醇水溶液汽化管24吸收从乙醇水溶液汽化箱19通过的发动机尾气余热高温传导给乙醇水溶液，使乙醇水溶液在乙醇水溶液汽化管24内形成乙醇水蒸气，然后进入乙醇水蒸气重整氢气箱5中的重整氢气室18，乙醇水蒸气在重整氢气室18中的催化剂和尾气通过管29传导的发动机尾气余热高温作用下重整产生氢气，产生的氢气经除湿冷却装置15除湿冷却后，通过氢气输送管12上的气体电动泵34抽送氢气，经单向阀35、氢气压力传感器36，从氢气储备瓶进气口16a进入氢气储备瓶16，然后向发动机1提供氢气燃料。当氢气压力传感器36检测到氢气储备瓶16中压力达到预设压力范围上限时，反馈信号给控制模块7降低液体电动计量泵9的转速，减少乙醇水溶液的供给量；反之，当压力达到预设压力范围下限时，氢气压力传感器36反馈信号给控制模块7加快液体电动可变转速计量泵9的转速，增加乙醇水溶液的供给量，产生更多氢气。由于气体电动泵34布置在除湿冷却装置15后，避免了高温气体对其损坏的概率，其主要作用之一是迅速抽离氢气室32中的氢气，使重整氢气室18中的气体压力始终保持在低位，有利于乙醇水蒸气重整反应；作用之二确保氢气储备瓶16中气体的压力在预设范围。单向阀35的设置可防止氢气储备瓶16中较高压力气体返串，而影响氢气产生量。氢气储备瓶16作用之一是储备点火冷启动的燃料；作用之二是稳定氢气的压力，避免发动机因氢气的压力不稳，运转时产生波动。由于氢气储备瓶16只需储备点火启动的所需氢气，以及保持到温度传感 器4检测到350℃的这一时段的用气量，故氢气储备瓶16不需多大的体积即可满足需要。而盛装乙醇水溶液的乙醇水溶液箱8采用与现有燃油汽车油箱容积相同或稍大的箱体，就能保证本氢气汽车具备较长的续航能力。因而，使氢气汽车存在的燃料携带量和续航里程相互矛盾的问题得到解决，同时也使氢气汽车燃料携带的安全性问题得到解决，并且不需再建设氢气加气站，只需用现有加油站的设备储备乙醇水溶液，就能普及加乙醇水溶液的问题，加油站的安全也得到提高。

另外，当将供气歧管33a上的第二电控阀11开启后，还能为氢气燃料电池37提供氢气燃料，解决了氢气燃料电池连续发电问题。通过氢气燃料电池为电动机供电，还能解决汽车的电驱动问题，为实现混合动力车提供条件。

Claims (10)

1.一种利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，包括设置于汽车上的发动机，该发动机（1）的排气歧管（2）连接排气管（3），排气管（3）上安装有汽车催化转换器（3a），其特征在于：所述发动机为以氢气为燃料的发动机（1），所述发动机（1）的燃料进气口通过氢气供气管（33）经第一电控阀（17）连接氢气储备瓶（16）的出气口（16b），一利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置连接在汽车催化转换器（3a）的下游端，该利用尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气的装置由相互连通的乙醇水溶液汽化箱（19）和乙醇水蒸气重整氢气箱（5）构成，其中，所述乙醇水蒸气重整氢气箱（5）内设有与汽车催化转换器（3a）相连的尾气通过管（29）和填充有催化剂（18），所述乙醇水溶液汽化箱（19）连接消声器（6），该乙醇水溶液汽化箱（19）内设有乙醇水溶液汽化管（24），该汽化管（24）的乙醇水溶液进口（24a）通过乙醇水溶液输送管（10）与设于乙醇水溶液箱（8）中的液体电动计量泵（9）连接，汽化管（24）的乙醇水蒸气出口（24b）通过蒸汽管（13）连接乙醇水蒸气重整氢气箱（5）的乙醇水蒸气进口（5a），乙醇水蒸气重整氢气箱（5）的氢气出口（5b）连通一除湿冷却装置（15）的进口（15a），该除湿冷却装置（15）的出口（15b）通过氢气输送管（12）经气体电动泵（34）、单向阀（35）连接氢气储备瓶（16）的进气口（16a），该氢气储备瓶的进气口（16a）设有氢气压力传感器（36）；所述乙醇水蒸气重整氢气箱（5）设有温度传感器（4），所述温度传感器（4）、液体电动计量泵（9）、气体电动泵（34）、氢气压力传感器（36）、第一电控阀（17）与一控制模块（7）电连接。

2.根据权利要求1所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述乙醇水溶液汽化箱（19）由用于汽车尾气通过的筒状壳体（26）和乙醇水溶液汽化管（24）构成，所述乙醇水溶液汽化管（24）设于筒状壳体（26）内，该汽化管（24）的乙醇水溶液进口（24a）设于筒状壳体（26）下游端侧壁，汽化管（24）的乙醇水蒸气出口（24b）设于筒状壳体（26）上游端侧壁，汽化管（24）与筒状壳体（26）之间留有尾气通道（27）。

3.根据权利要求2所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述用于尾气通过的筒状壳体（26）的内腔设有多叶片式热交换支架（23），所述多叶片式热交换支架（23）的轴向沿筒状壳体（26）轴向延伸，该多叶片式热交换支架（23）横截面的多个叶片呈放射状沿筒状壳体（26）径向延伸，各叶片之间留有尾气通道（27），各叶片上沿轴向分别设有若干用于固定乙醇水溶液汽化管（24）的定位槽（28），所述乙醇水溶液汽化管（24）呈螺旋状环绕定位在叶片式热交换支架（23）上。

4.根据权利要求1所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述乙醇水蒸气重整氢气箱（5）包括尾气通过管（29）和外筒（30），所述尾气通过管（29）位于外筒（30）腔内且两端外伸分别与汽车催化转换器（3a）、乙醇水溶液汽化箱（19）连接，外筒（30）与尾气通过管（29）之间为密闭腔，该密闭腔由两个筛状挡板分隔成三个腔室，其中，位于中间的腔室填充Ir/ CeO₂催化剂形成重整氢气室（18），所述温度传感器（4）设于重整氢气室（18），位于尾气通过管（29）上游一侧腔室的外筒壁设置乙醇水蒸气进口（5a），乙醇水蒸气进口（5a）与前筛状挡板（20a）之间形成乙醇水蒸气室（31），位于尾气通过管（29）下游一侧腔室的外筒壁设置氢气出口（5b），氢气出口（5b）与后筛状挡板（20b）之间形成氢气室（32）。

5.根据权利要求4所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述尾气通过管（29）的管腔中设有多叶片式热交换器（25），多叶片式热交换器（25）的轴向沿尾气通过管（29）轴向延伸，多叶片式热交换器（25）横截面的多个叶片呈放射状沿尾气通过管（29）径向延伸，与尾气通过管（29）的管壁相连，各叶片之间留有尾气通道（27）。

6.根据权利要求2或5所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：多叶片式热交换支架（23）、多叶片式热交换器（25）横截面的多叶片呈米字形或十字形结构分布。

7.根据权利要求1所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述乙醇水溶液输送管（10）的中段（10a）设有一热传导装置（38），乙醇水溶液输送管（10）的后段（10b）与汽化管（24）的乙醇水溶液进口（24a）相连，所述乙醇水溶液输送管（10）后段（10b）的外表面覆盖有保温隔热层。

8.根据权利要求7所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述热传导装置（38）为汽车散热器，或者与汽车散热器相贴的散热装置，所述乙醇水溶液输送管（10）的中段（10a）呈蛇形弯曲，固定在汽车散热器上，或固定在与汽车散热器相贴的散热装置上。

9.根据权利要求1所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述乙醇水溶液汽化箱（19）、乙醇水蒸气重整氢气箱（5）、排气管（3）的外表面均覆盖有保温隔热层（21）。

10.根据权利要求1所述的利用汽车尾气余热重整乙醇水蒸气制氢气燃料的汽车，其特征在于：所述氢气供气管（33）通过一供气歧管（33a）连接氢气燃料电池（37），所述供气歧管（33a）上设置第二电控阀（11），该第二电控阀（11）与控制模块（7）电连接。