CN2371349Y - 自身合成氢气发动机 - Google Patents

Abstract

一种自身合成氢气发动机,属于动力机械领域。其产生合成气(氢气和二氧化碳)的工艺与普通石油化工生产合成工艺相同,可使用从天然气至汽油各种烃类燃料,特征是以电热元件加热管式反应器中的反应管。以发动机排出废气加热燃料,以反应后合成气加热水蒸气。被加热的燃料与水在反应管内反应所得合成气热值高于原燃料。进入发动机具有更高动力性和经济,没有普通氢气生产、运送、储存成本等问题,排气污染更低,广泛用于汽车车辆船舶等交通及固定式、工程机械、拖拉机及发电动力。

Description

自身合成氢气发动机

本专利属于动力机械领域。

氢气发动机具有能量转换效率高，动力性能好，污染非常小的重大优点。目前，已有的研究试验已取得相当进展。但其燃料——氢的生产，运送、储存、使用、安全成本等问题，使氢气发动机至今尚未进入实际应用阶段。

本专利的目的是，以普通石油产品生产合成气工艺，推广应用汽车动力上，创制运转中发动机能自身连续合成氢气的装置，从根本上解决以上问题，成为一种自身合成氢气、实用、高效的发动机。

本专利可采用从天然气至汽油中任一种烃类燃料和水反应合成氢气，其原理是：

一定温度时(约800℃-1100℃)成气态的烃(以一般分于式表示)与水蒸气在催化剂作用下，反应是：

其中一氧化碳与过量水蒸气又继续反应：

由此总的反应是：

原燃料——烃中含氢为Hm，含成氢气后含氢为(2n+1/2m)H₂，即含成反应后氢气比原燃料增加 ，由氢的热值(1大气压，18℃为68310KJ/kmol)和碳的热值(97000KJ/kmol)的不同，结果使燃料热值增加量ΔQ为：

ΔQ＝2n×68310-97000n＝39620nKJ/Kmol

这是本专利技术主要优点之一。

图1是本专利的原理及工艺结构，其中：1-发动机，2-排气管，3-进气管，4-混合器，5-供气管，6-单向伐，7-调压阀，8-气罐，9-输气管，10-入水管，11-水蒸发过热器，12-管式收应器，13-蒸气管，14-水压力调节器，15-水滤清器，16-回水管，17-电动水泵，18-水阀，19-水箱，20-保温罩，21-隔热插板，22-排气消音器23-燃料加热脱硫器，24-压力调节器，25-燃料滤清器，26-燃料管，27-电动燃料泵，28-燃料阀，29-燃料回流管，30-喷嘴，31-燃料箱，32-空气滤清器，33-点火开关，34-供气阀，35-压力传感器。

本专利制备合成氢气及二氧化碳与普通石化工业中合成氢气的工艺流程基本相同，所不同的是本专利特有的技术，特征是：管式反应器12中装有催化剂的反应管周围有电热元件，以可控制电加热方式实现所需反应温度(根据不同压力和燃料，此温度在800℃-1100℃之间)。电加热为常用的通过热电偶将温度变成电信号输入温度控制仪进行控制。

另一特征是其燃料加热脱硫器23与排气管2连接，利用发动机排出废气使燃料加热脱硫(温度400℃-450℃用氧化锌脱硫)。

第3特征是水箱19位于排气消音器22的上方，水箱与消音器之间有保温罩20和隔热插板21，消音器的辐射热使水箱的水温在冬季，不致冻结，其他季节气温较高时可以隔热插板21插入消音器上方(如图1需线所示)，隔断其辐射热影响，使水箱中水温不至升高。

第4特征是管式反应器12上方的输气管9装有水蒸发过热器11，以水冷却反应生成合成气，同时将水蒸发和过热。

第5特征是输气管9与气罐8之间装有单向伐6，气罐8的供气管路装有调压阀7和供气阀34，其中供气阀34与点火开关33连动操纵。开关点火开关时也连动开或关供气阀。

第6特征是气罐8装有压力传感器35，将罐内气压变成电信号以数字显示于压力表上，同时此电信号还通过控制电路分别控制电动燃料泵27和电动水泵17，当罐内压力超过规定值后，自动关停以上各电动泵，停止合成气输入。

本专利是这样实现的(如图1)，燃料箱31中的燃料，通过燃料阀28、电动燃料泵27、燃料滤清器25压力调节器24，至喷嘴30，成雾状喷入燃料脱硫器，受排气管2中废气予热至400℃经氧化锌等脱硫(除去燃料中微量的硫)。继续加热至500℃-550℃后流出，进入管式反应器12，其中过量的燃料通过燃料回流管29流回燃料箱。同时，水箱19中的水，通过水阀18、电动水泵17、水滤清器15、水压力调节器14(过量的水从水回流管16流回水箱)、入水管10进入水蒸发过热器，蒸发为水蒸气并过热至500℃-550℃，然后也进入管式反应器12。

过热燃料气和水蒸气进入管式反应器后，经混合加热至850℃-950℃，通过内部装有催化剂(含镍的氧化铝、高岭土等)的反应管。化学反应转换为氢和二氧化碳的合成气。通过输气管9单向阀6输入气罐，罐中合成气再通过调压阀7、供气管5、供气阀34进入混合器4，与通过空气滤清器32吸入的空气混合，流入发动机，用于发动机工作循环。发动机排气废气又通过排气管2，燃料加热脱硫器23，消音器22排出。如此不断自身生产合成气燃料供应发动机连续运转。

以下是本专利的一个实施例：

名称：自身合成氢气发动机

型式：直列四缸活塞式

冷却方式：水冷

气缸直径/活塞行程(毫米)81/86.4

压缩比：                    9

工作容积(升)：              1.78

比功率(千瓦/升)：           42

最大功率：(千瓦)            75(5000转/分时)

最大转矩：(牛顿.米)         160(3000转/分时)

使用燃料：粗汽油(石脑油)    水

比油耗：(克/千瓦小时)     270

水耗：(克/千瓦小时)       700

燃料予脱硫反应器温度：    400℃-450℃

燃料予热温度：            500℃一550℃

水蒸气过热温度：          500℃-550℃

合成气反应器反应温度：    850℃-950℃

合成气成份：3H₂+CO₂(其中含有微量CH₂及H₂O)

本专利的优点是：

1、已研制的氢气发动机都是储存氢气作为燃料，而本专利是以发动机系统自身生产合成氢气作为燃料自用。因而没有通常氢气生产，成本运输、储存等环节。也没有这方面一系列问题。便于实际普遍应用。而其合成气工艺也基本上与普通合成气工艺相同，容易实现。

2、本专利可使用燃料种类广泛，从甲烷(天然气)到汽油都可用于生产合成气，供应自身发动机。而且，天燃气和粗汽油的价格比普通90号和93号汽油低得多，特别是其中粗汽油，价格仅约上述普通汽油的1/2。因而采取本专利技术的汽车的运用费用将大大低于同类型普通汽车，也低于柴油发动机。

3、氢气的热值是汽油的2.77倍。能量转换效率高，能在很稀的混合气中燃烧工作，这就大大提高了其动力性和经济性，特别是部份负荷的经济性，而氢气燃烧速度高可能引起早燃和爆燃的问题。则由于本专利合成气中同时又含有相当的二氧化碳而得到充分抑制克服，并进一步降低废气中NO_x的排放量。

4、本专利采用的烃类燃料合成产出的合成气其热值分别要比原采用的烃类燃料热值高17％-24％。对应可提高其动力和经济性，减少其燃料消耗量。

5、本专利自身合成氢气发动机，其污染排放不仅远低于普通汽油机，而且也低于其他代用燃料(如甲醇、天然气、石油气等)发动机，因而是一种更清洁，更符合多种规范严格要求的动力装置。

本专利可用于各种固定式、运输式车辆及船舶等发动机上，也可用作拖拉机、工程机械及发电用动力，应用广泛。

Claims (6)

1、一种自身合成氢气发动机，特征是其管式反应器的反应管内装有催化剂，管外有电热元件。

2、根据权利要求1所述的发动机，特征是其燃料加热器与发动机排气管连接。

3、根据权利要求1所述的发动机，特征是水箱位于排气消音器的上方，水箱与消音器之间装有保温罩和隔热插板。

4、根据权利要求1所述的发动机，特征是管式反应器上方的输气管装有水蒸发过热器。

5、根据权利要求1所述的发动机，特征是输气管与气罐之间装有单向阀，气罐的供气管装有调压阀和供气阀，供气阀与点火开关连动操纵。

6、根据权利要求1所述的发动机，特征是气罐装有压力传感器，并通过控制电路分别控制电动燃料泵和电动水泵。