CN221096666U - 一种等离子裂解甲醇水燃气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气发动机设备技术领域，尤其是一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，属于以甲醇水溶液作原料的燃气发动机：由罗茨风机将高压空气鼓入鼓泡气化器底部的可变孔径列管之中，由鼓泡所产生的微气泡在上升过程中带出甲醇水溶液，随后经管道送入电磁感应蒸发器被蒸发成甲醇蒸汽和水蒸气，此二者与空气一道被送进等离子裂解腔道，此腔道内设置有多个圆盘状的等离子激励器单元，导入等离子裂解腔道的甲醇水蒸气和空气就会被等离子激励器单元产生的高能电浆流所裂解，裂解后生成氢气、一氧化碳、臭氧和布朗气等混合气体，这是一种高热效率、高能量的绿色低碳清洁燃气，可以替代汽油、柴油、天然气、液化气等石化燃料用作各种发动机的清洁燃料。

Description

一种等离子裂解甲醇水燃气发动机

技术领域

本实用新型涉及燃气发动机技术领域，尤其是一种等离子裂解甲醇水燃气发动机。

背景技术

随着全球能源需求的不断增加，传统的化石燃料资源逐渐枯竭，同时燃煤和燃油燃烧产生的污染物也对环境造成了严重的影响。

当前，全世界发动机主要以汽油、柴油、煤油、重油等化石燃料为发动机燃料，普遍存在着燃烧尾气对环境造成污染的问题，其在燃烧过后会产生碳烟、氮氧化合物、烟尘微粒等污染物，要减轻或降低这些污染物的排放，往往需要给发动机附加配置很多尾气后处理系统，这将增不少生产成本和产品售价，另外，随着石油资源逐渐走向枯竭和国际形势的复杂多变，国际石油价格一直居高不降，这也造成国内油价居高不降，所以，以汽、柴油等化石燃料为动力的车辆和船舶的使用成本居高不降。

因此，开发一种尾气清洁环保、燃料热效率高、造价低廉且使用成本低廉的发动机成为当前亟待解决的问题。

实用新型内容

为解决上述背景技术中出现的问题，以清洁环保热效率高制造成本低且、使用成本低为目标，本实用新型发明一种等离子裂解甲醇水燃气发动机。

本实用新型具体实施的技术方案是，包括甲醇水溶液储罐，其中，所述甲醇水溶液储罐的出口端连通有鼓泡气化器，所述鼓泡气化器内设置有鼓泡器列管，所述鼓泡器列管的进气端设置有罗茨风机，所述罗茨风机的进气端设置有空气滤清器，所述鼓泡器列管上开设有若干个不同孔径的鼓泡孔，所述鼓泡气化器的上端设置有电磁感应蒸发器，所述电磁感应蒸发器的上端设置有等离子裂解腔道，所述等离子裂解腔道内设置有若干个圆盘状的等离子激励器单元，每个所述等离子激励器单元均包括七个等离子激励器发射头，所述等离子裂解腔道的输出端设置有发动机。

在上述或一些实施例中，所述等离子裂解腔道的出口管道上设置有若干个对应于发动机进气门的分支管口，分别通向所述发动机的相对应的进气门。

在上述或一些实施例中，每相邻的两个所述等离子激励器单元盘之间都设置有一个鱼鳃式催化剂丝网盘。

在上述或一些实施例中，所述鱼鳃式催化剂丝网盘用催化剂丝线编网而成。

在上述或一些实施例中，所述鱼鳃式催化剂丝网盘的丝网的表面上涂覆有催化剂涂层。

在上述或一些实施例中，所述鱼鳃式催化剂丝网盘中的催化剂选用Cu-ZnO、Cu-Al₂O₃中的至少一种。

在上述或一些实施例中，所述鼓泡气化器内的顶部设置有浮球式液位控制阀，此阀门进口管道与甲醇水溶液储罐的出口管相连通。

在上述或一些实施例中，所述鼓泡器列管包括限位管，所述限位管上开设有限位槽，所述限位槽内设置有可转动的转动管，所述转动管的外壁上均布有多种不同孔径的鼓泡孔，所述转动管的右侧贯穿鼓泡气化器且设置有驱动电机，所述驱动电机为伺服电机。

在上述或一些实施例中，所述电磁感应蒸发器包括蒸发器壳体，所述蒸发器壳体内设置有电磁感应线圈，所述蒸发器壳体的中部设置有蜂窝状加热体，所述蜂窝状加热体的材质选用不锈钢或者铝合金中的一种，所述蜂窝状加热体上开设有若干个蜂窝状通孔，所述的蜂窝状加热体与电磁感应线圈之间，以及所述电磁感应线圈与蒸发器壳体都设置有绝缘层，所述蒸发器壳体上设置有线圈的进出口。

本实用新型的技术方案及其系统构成零部件为：

设置甲醇水溶液储罐、鼓泡气化器、罗茨风机、电磁感应蒸发器、等离子裂解腔道和终端的发动机等组成，由罗茨风机将高压空气鼓入鼓泡气化器底部的可变孔径列管之中，由鼓泡所产生的微气泡在上升过程中带出甲醇水溶液，随后经管道送入电磁感应蒸发器被加热蒸发成甲醇蒸汽和水蒸气，随后，此二者与空气一道被送进等离子裂解腔道，此腔道内设置有多个圆盘状的等离子激励器单元，每个等离子激励器单元由七个等离子激励器发射头组成，每个等离子激励器发射头都设置有正负电极，等离子发生器高压电源与每个发射头的正负电极相连接，当正负极之间高压导通放电时造成周围气体被击穿电离，而产生形成由高能电子、离子、自由基等活性离子组成的等离子体，俗称电浆流，当导入等离子裂解腔道的甲醇水蒸气和空气就会被这种高能电浆流所裂解，裂解后生成氢气、一氧化碳、臭氧和布朗气等混合气体，这是一种高热效率、高能量的绿色低碳清洁燃气，它可以替代汽油、柴油、天然气、液化气等石化燃料用作各种发动机的清洁燃料；

采用本实用新型技术方案的优点很多，可以达到以下社会效益和经济效益：

①因为甲醇是全世界公认的可再生循环的低碳清洁环保燃料，中国是全球甲醇生产大国，有取之不尽的甲醇资源，以甲醇作发动机燃料替代汽柴等化石燃料可大大减少石油进口、有利于国家能源安全和能源独立。

②由于进入本实用新型燃气发动机气缸内的混合燃气是甲醇水溶液经等离子裂解后生成的氢气、一氧化碳、臭氧和布朗气的混合气体，此气体本质清洁高效，其燃烧的尾气极其清洁，无需附加后处理系统，就可以达标。

③本实用新型燃气发动机生产成本低，其使用费用更低。

正由于有以上优点本实用新型的技术方案在全球内燃机领域，特别在燃气发动机技术领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的轴测图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型的鼓泡气化器的剖视图。

图4为本实用新型的电磁感应蒸发器的剖视图。

图5为本实用新型的等离子裂解腔道的剖视图。

图6为本实用新型的鱼鳃式催化剂丝网盘的放大图。

图7为本实用新型的鼓泡器列管的放大图。

图8为本实用新型的转动管的放大图。

其中，1、甲醇水溶液储罐，2、鼓泡气化器，3、鼓泡器列管，4、罗茨风机，5、空气滤清器，6、鼓泡孔，7、电磁感应蒸发器，8、等离子裂解腔道，9、等离子激励器单元，10、发动机，11、鱼鳃式催化剂丝网盘，12、浮球式控制阀，13、限位管，14、转动管，15、驱动电机，16、蒸发器壳体，17、电磁感应线圈，18、蜂窝状加热体，19、绝缘层。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围，在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，包括甲醇水溶液储罐1，具体的一种实施例为，甲醇水溶液储罐1用于储存甲醇水溶液，其内部的甲醇水溶液中甲醇与水的含量可以选用多种比例，具体的优选重量比例可为甲醇：水＝64%：36%。在本实施例中，所述的甲醇水溶液储罐1固定在安装框架上，其下侧设置有排液口与鼓泡气化器进液口连通，其顶部设置为进液口与车载的大型甲醇水溶液储罐相连。所述的甲醇水溶液储罐1的罐体材料可用不锈钢板、钢板或者铝合金板中的至少一种。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，甲醇水溶液储罐1的出口端连通固定有鼓泡气化器2，鼓泡气化器2用于形成甲醇水溶液气泡并从甲醇水溶液中带出甲醇和水分混合状的气泡，鼓泡气化器2内固定连接有鼓泡器列管3，鼓泡器列管3的进气端固定连接有罗茨风机4，在本实施例中，鼓泡气化器2固定连接在安装框架上，鼓泡气化器2的进液端与甲醇水溶液储罐1连通，鼓泡气化器2的进气端与罗茨风机4连通，通过罗茨风机4向鼓泡气化器2内通入空气，空气进入到鼓泡气化器2的鼓泡器列管3内，并通过鼓泡器列管3进入到甲醇水溶液中。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，罗茨风机4的进气端固定连接有空气滤清器5，空气滤清器5通过螺栓固定在安装框架上，通过空气滤清器5，对进入罗茨风机4的空气进行过滤，为鼓泡气化器2内提供干净的空气。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，鼓泡器列管3上开设有多个不同孔径的鼓泡孔6，具体的讲，鼓泡器列管3包括主管道，由主管道分出四个支管道，每个支管道上均固定焊接有限位管13，限位管13上开设有限位槽，限位槽的槽口向上，限位槽内转动连接有可转动的转动管14，在本实施例中，转动管14的管壁上均布有三种不同孔径的鼓泡孔6，鼓泡孔6的孔径开设为微纳米级鼓泡孔6，且其孔径范围在100nm-1000nm之间，不同孔径的鼓泡孔6在孔径范围内选用孔径相差较大的三种或者更多种，以对鼓泡气化器2鼓出的气泡的大小进行调整，进而可以使得鼓泡孔6带出不同含量比例的甲醇水气泡，转动管14的右侧贯穿鼓泡气化器2且固定连接有驱动电机15，驱动电机15为伺服电机，均由发动机10整机的ECU电控系统发出的指令工作，驱动电机15固定连接在安装框架上，通过伺服电机，带动转动管14发生转动至特定位置，进而使得转动管14上特定孔径的鼓泡孔6处于限位槽的槽口内，以鼓出特定孔径的气泡，进而通过控制系统对鼓泡孔6带出的甲醇水气泡的含量进行精确控制，在本实施例中，通过鼓泡孔6鼓出大量的气泡，气泡在上升过程中，其表面会附着甲醇水溶液，进而形成了甲醇水溶液气泡，便于在后续经过蒸发和裂解过程形成更为清洁高能的燃气。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，鼓泡气化器2的上端连通固定有电磁感应蒸发器7，电磁感应蒸发器7包括蒸发器壳体16，蒸发器壳体16内固定连接有螺旋状的电磁感应线圈17，蒸发器壳体16的中部固定连接有蜂窝状加热体18，蜂窝状加热体18上开设有多个蜂窝状通孔，蒸发器的加热体用不锈纲或铝合金材料制成的型材，蜂窝状通气孔的横截面为正六边形，其边长为5mm～10mm，其板厚度为0.5mm～1.5mm，蜂窝状加热体18与电磁感应线圈17之间固定连接有绝缘层19，通过电磁感应蒸发器7的甲醇水气泡被加热蒸发成甲醇蒸汽和水蒸气。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，电磁感应蒸发器7的上端固定连通有等离子裂解腔道8，等离子裂解腔道8内固定连接有若干个圆盘状且依次首尾相连的等离子激励器单元9，每个等离子激励器单元9均包括七个等离子激励器发射头，具体的讲，等离子裂解腔道8还包括腔体，等离子激励器单元9设置在腔体内部，每个等离子激励器单元9均包括多个等离子激励器发射头构成，本实施为七个，中间一个，周围6个，通过等离子激励器单元9发出的高能电浆对混合气体进行裂解，具体的讲，每个等离子激励器单元9由七个等离子激励器发射头组成，每个等离子激励器发射头都设置有正负电极，等离子发生器高压电源与每个发射头的正负电极相连接，当正负极之间高压导通放电时造成周围气体被击穿电离，而产生形成由高能电子、离子、自由基等活性离子组成的等离子体，俗称电浆流，在具体实施时，等离子激励头的优选数量可以有七个或者更多，甲醇蒸汽被裂解为氢气和一氧化碳，水蒸气被裂解为氢气和氧气以及臭氧，并进一步形成了布朗气，在氢气、臭氧、一氧化碳和布朗气的混合气体状态下，形成了一种高热效率、高能量的绿色低碳清洁燃气。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，相邻的两个等离子激励器单元9之间固定连接有鱼鳃式催化剂丝网盘11，鱼鳃式催化剂丝网盘11用催化剂丝线编网而成，或者在鱼鳃式催化剂丝网盘11的表面上涂覆有催化剂涂层，通过上述方法制得，同时鱼鳃式催化剂丝网盘11采用多层丝网组合形成，其层数为7~10层，每层催化剂丝网的网格细度为：100目～1000目，催化剂涂层为Cu-ZnO、Cu-Al₂O₃中的至少一种，被等离子激励器单元9裂解后的混合气体在经过鱼鳃式催化剂丝网盘11时，能够加速甲醇蒸汽的裂解催化，提高了对甲醇蒸汽的裂解效率。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，等离子裂解腔道8的输出端固定连接有发动机10，发动机10位于整个装置的末端，其最主要的作用是将从等离子裂解腔道8处裂解的燃气从热能转化为动能，并向外提供动力，等离子裂解腔道的出口管道上设置4个分支管口，分别通向发动机10的4个进气门，另一种实施例中，等离子裂解腔道8的出口管道上设置6个分支管口，分别通向发动机10的6个进气门。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，鼓泡气化器2内的顶部固定连接有浮球式控制阀12，浮球式控制阀12上的浮球根据鼓泡气化器2内液面的高度发生上下移动，通过浮球式控制阀12控制鼓泡气化器2内的液体的液面高度，在液面高度不足时，浮球式控制阀12自动打开对鼓泡气化器2内的液体进行补充，使鼓泡气化器2内的液体始终保持在合适的范围内。

如图1~图8所示的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，具体的一种实施例为，鼓泡气化器2与罗茨风机4之间设置有气体流量计，以随时测量罗茨风机4鼓入鼓泡气化器2中的空气流量。

此外，本装置还包括有控制系统，控制系统用于对鼓泡气化器2、罗茨风机4、电磁感应蒸发器7、等离子裂解腔道8，气体流量计等各个构件的运行状态进行控制，便于对整个装置进行自动化操作控制，其控制程序为本领域技术人员容易获知的常规技术，此处不对其作具体的描述。

本装置的工作原理为：本装置在使用时，由罗茨风机4将高压空气鼓入鼓泡气化器2底部的可变孔径列管之中，由鼓泡所产生的微气泡在上升过程中带出甲醇水溶液，随后经管道送入电磁感应蒸发器7被加热蒸发成甲醇蒸汽和水蒸气，随后，此二者与空气一道被送进等离子裂解腔道8，此腔道内设置有多个圆盘状的等离子激励器单元9，每个等离子激励器单元9由七个等离子激励器发射头组成，每个等离子激励器发射头都设置有正负电极，等离子发生器高压电源与每个发射头的正负电极相连接，当正负极之间高压导通放电时造成周围气体被击穿电离，而产生形成由高能电子、离子、自由基等活性离子组成的等离子体，俗称电浆流，当导入等离子裂解腔道8的甲醇水蒸气和空气就会被这种高能电浆流所裂解，裂解后生成氢气、一氧化碳、臭氧和布朗气等混合气体，这是一种高热效率、高能量的绿色低碳清洁燃气，它可以替代汽油、柴油、天然气、液化气等石化燃料用各种发动机10的清洁燃料，最后混合气体通过管道进入到发动机10内。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，包括甲醇水溶液储罐（1），其特征在于，所述甲醇水溶液储罐（1）的出口端连通有鼓泡气化器（2），所述鼓泡气化器（2）内设置有鼓泡器列管（3），所述鼓泡器列管（3）的进气端设置有罗茨风机（4），所述罗茨风机（4）的进气端设置有空气滤清器（5），所述鼓泡器列管（3）上开设有若干个不同孔径的鼓泡孔（6），所述鼓泡气化器（2）的上端设置有电磁感应蒸发器（7），所述电磁感应蒸发器（7）的上端设置有等离子裂解腔道（8），所述等离子裂解腔道（8）内设置有若干个圆盘状的等离子激励器单元（9），每个所述等离子激励器单元（9）均包括七个等离子激励器发射头，所述等离子裂解腔道（8）的输出端设置有发动机（10）。

2.根据权利要求1所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述等离子裂解腔道（8）的出口管道上设置有若干个对应于发动机（10）进气门的分支管口，分别通向所述发动机（10）的相对应的进气门。

3.根据权利要求1所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，每相邻的两个所述等离子激励器单元（9）盘之间都设置有一个鱼鳃式催化剂丝网盘（11）。

4.根据权利要求3所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述鱼鳃式催化剂丝网盘（11）用催化剂丝线编网而成。

5.根据权利要求3所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述鱼鳃式催化剂丝网盘（11）的丝网的表面上涂覆有催化剂涂层。

6.根据权利要求1所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述鼓泡气化器（2）内的顶部设置有浮球式液位控制阀，此阀门进口管道与甲醇水溶液储罐（1）的出口管相连通。

7.根据权利要求1所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述鼓泡器列管（3）包括限位管（13），所述限位管（13）上开设有限位槽，所述限位槽内设置有可转动的转动管（14），所述转动管（14）的外壁上均布有多种不同孔径的鼓泡孔（6），所述转动管（14）的右侧贯穿鼓泡气化器（2）且设置有驱动电机（15），所述驱动电机（15）为伺服电机。

8.根据权利要求1所述的一种等离子裂解甲醇水燃气发动机，其特征在于，所述电磁感应蒸发器（7）包括蒸发器壳体（16），所述蒸发器壳体（16）内设置有电磁感应线圈（17），所述蒸发器壳体（16）的中部设置有蜂窝状加热体（18），所述蜂窝状加热体（18）的材质选用不锈钢或者铝合金中的一种，所述蜂窝状加热体（18）上开设有若干个蜂窝状通孔，所述的蜂窝状加热体（18）与电磁感应线圈（17）之间，以及所述电磁感应线圈（17）与蒸发器壳体（16）都设置有绝缘层（19），所述蒸发器壳体（16）上设置有线圈的进出口。