專利名稱:車載制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種制取氫氣的專用裝置。具體地說,是一 種利用內(nèi)燃機(jī)廢氣余熱將甲醇催化裂解重整的車載制氫裝置。
(二) 、背景技術(shù)氫能以其清潔、高效、可再生被視為本世紀(jì)最具發(fā)展?jié)?力的能源,而且現(xiàn)有燃燒石油燃料的汽車內(nèi)燃機(jī)不做任何改動(dòng)就可以摻氫混燃。 氫燃料用于汽車時(shí)也有諸多優(yōu)點(diǎn),例如,氫的單位質(zhì)量發(fā)熱量高于汽油;氫的 火焰?zhèn)鞑ニ俣容^汽油快得多;氫比汽油具有更寬的著火界限、點(diǎn)火能量小等。 醇?xì)浯际嵌皇兰o(jì)的高科技產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn),因此,氫能被認(rèn)為是最具有前景的 汽車內(nèi)燃機(jī)代用燃料。由于摻氫混合燃料,易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒,可在寬廣的工況 內(nèi)得到較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
近年國(guó)內(nèi)外針對(duì)氫燃料難以直接隨車儲(chǔ)存的特點(diǎn),以甲醇代替氫氣隨車攜
帶,并利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱將甲醇水溶液重整為氫,將甲醇重整氣與汽油或柴 油混合作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,較好地解決了氫燃料在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的儲(chǔ)存、攜帶, 使氫燃料在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的推廣應(yīng)用成為可能。汽車上即時(shí)發(fā)生的氫氣還可以 即時(shí)再生尾氣處理器中的催化劑。車載制氫還免去了氫能的儲(chǔ)存與運(yùn)輸環(huán)節(jié)。
內(nèi)燃機(jī)余熱甲醇制氫方式產(chǎn)生的甲醇重整氣,除含氫氣以外還包含少量的 CO、 C02、 02、 N2等氣體。這種制氫方式產(chǎn)生的氣體特別適合于內(nèi)燃機(jī)的摻氫 混燃,富氫燃油混合氣界限比純?nèi)加突旌蠚鈱挼枚?,能夠在不同混合比下?shí)現(xiàn) 穩(wěn)定的超稀薄燃燒,得到較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。氫氣在空氣中的擴(kuò)散速度和燃燒 速度較快,有利于汽油和空氣的均勻混合和快速燃燒,使得混氫內(nèi)燃機(jī)排放減 少、動(dòng)力性提高、油耗降低并可替代30~40%的燃油。此外,回收部分尾氣余熱,較大程度降低了尾氣排入大氣的溫度,減少了尾氣的熱污染和噪聲污染。
車載甲醇重整制氫裝置,目前多采用管式和板翅式結(jié)構(gòu)。公開號(hào)為
CN85109487的中國(guó)專利公開了一種."余熱制氫發(fā)動(dòng)機(jī)",由10 20根薄壁不銹鋼細(xì)管焊接到2塊端板上,鋼管內(nèi)部通燃燒氣,用于加熱換熱管,鋼管外部涂上重整催化劑用于催化甲醇和水蒸氣。由于鋼管外表面面積較小,催化劑涂敷面積有限,使得處于重整器空腔的未接觸到催化劑的甲醇和水蒸氣難以發(fā)生重整反應(yīng),導(dǎo)致產(chǎn)氫率低、甲醇轉(zhuǎn)化率低。
"板翅式反應(yīng)器中甲醇水蒸氣重整制氫"(潘立衛(wèi),王樹東,,化工學(xué)報(bào),2005, 56 (3): 468 473)公開了一種板翅式甲醇重整器。它由波浪狀不銹鋼薄板和圍板焊接而成,采用盡可能多的波浪是為了增大催化劑涂敷和換熱表面積,該重整器分為內(nèi)腔一燃燒氣腔和外腔一甲醇和水蒸氣反應(yīng)腔,由于只能在波浪板表面涂敷催化劑,使得反應(yīng)腔內(nèi)遠(yuǎn)離波浪板表面的甲醇和水蒸氣難以發(fā)生重整反應(yīng),直接從排氣口排出,導(dǎo)致產(chǎn)氫率低、甲醇轉(zhuǎn)化率低。
上述余熱裂解制氫裝置皆為利用內(nèi)燃機(jī)排氣管尾氣的余熱直接加制氫裝置的裂解催化反應(yīng)床,難以保證裂解催化反應(yīng)床的溫度恒定,這將嚴(yán)重影響醇類燃料裂解富氣氣體的質(zhì)量及制氫量,造成該類余熱裂解制氫裝置難以與內(nèi)燃機(jī)配合協(xié)調(diào)工作。另一方面,由于對(duì)催化劑的加熱方式是帶火焰的內(nèi)燃機(jī)尾氣直接加熱鋼管,很容易導(dǎo)致催化劑失活,嚴(yán)重影響制氫裝置中催化劑的使用壽命。
(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的車載重整制氫裝置的缺陷,而提供一種新的車載制氫裝置。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是第一、能夠?qū)⑵噧?nèi)燃機(jī)尾氣熱量?jī)?chǔ)存于加熱器中,以保持制氫反應(yīng)具有合適、恒定的溫度;第二、催化裂解重整反應(yīng)由氣霧加熱代替帶火焰的尾氣直接加熱,以延長(zhǎng)催化劑的使用壽命;第三、本裝置具有更加合理、靈活的安裝方式。為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
一種車載制氫裝置,包括醇箱,其特征在于醇箱的醇出口通過醇管連接有加熱器,加熱器的醇汽出口通過醇管連接有反應(yīng)器,反應(yīng)器帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的裂解氣出口;所述的加熱器一端帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的尾氣進(jìn)口,另一端帶有用于與消音器連接的尾氣出口。
還包括內(nèi)腔設(shè)置有換熱管的氣水分離器;所述的醇出口與加熱器之間的醇管經(jīng)過該氣水分離器內(nèi)腔的換熱管;所述的反應(yīng)器的裂解氣出口連接氣水分離器的進(jìn)氫口,該氣水分離器帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的出氫口。
所述的加熱器包括圓筒狀的殼體和殼體內(nèi)部的內(nèi)蓄熱體;殼體的內(nèi)腔空間一端連通尾氣進(jìn)口,另一端連通尾氣出口;殼體的內(nèi)腔空間內(nèi)還設(shè)置有盤繞在內(nèi)蓄熱體上的螺旋狀熱交換管,該熱交換管一端連接醇出口與加熱器之間的醇管,另一端連接加熱器與反應(yīng)器之間的醇管;所述的內(nèi)蓄熱體由內(nèi)蓄熱管和設(shè)置于內(nèi)蓄熱管內(nèi)壁上的若干徑向走向的的內(nèi)翅片組成。
殼體內(nèi)部還可以設(shè)置有外蓄熱體,所述的熱交換管位于內(nèi)蓄熱體與外蓄熱體之間;所述的外蓄熱體由外蓄熱管和設(shè)置于外蓄熱管外壁上的若干徑向走向的的外翅片組成。
所述的加熱器可以是一個(gè)單元,也可以由兩個(gè)以上的加熱器單元串接而成;相鄰反應(yīng)器單元之間的殼體的內(nèi)腔空間相通,熱交換管相通。
所述的反應(yīng)器是兩端分別帶有醇汽入口與裂解氣出口的腔體,空腔體內(nèi)填裝催化裂解重整用的催化劑。
所述的反應(yīng)器可以是一個(gè)單元,也可以由兩個(gè)以上的反應(yīng)器單元連接而成;連接形式包括串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)。
本發(fā)明的積極效果在于(1)、將加熱汽化與催化裂解重整分為二個(gè)結(jié)構(gòu)單元。先將醇在加熱器中加熱霧化,具備足夠反應(yīng)溫度的汽霧進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行催化裂解重整,有效避免了內(nèi)燃機(jī)帶火尾氣對(duì)催化劑直接加熱導(dǎo)致的催化劑失活問題,較大幅度地提高了催化劑使用壽命。(2)、由于反應(yīng)器采用內(nèi)外翅片,換熱面積大幅度提高,吸熱、儲(chǔ)熱效果更好,能夠?qū)⑵噧?nèi)燃機(jī)尾氣熱量?jī)?chǔ)存于加熱器中,以保持制氫反應(yīng)具有合適、恒定的溫度。(3)、加熱器整體結(jié)構(gòu)緊湊,
反應(yīng)器升溫快、排氣阻力小,并且制造、運(yùn)營(yíng)成本低。(4)、根據(jù)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)室
安裝空間反應(yīng)器可以選擇不同的組合安裝方式,反應(yīng)器可以采用一組,也可以多組串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)結(jié)合,具有更加合理、靈活的安裝方式。采用本發(fā)明隨車制氫,可替代部分汽油并改善汽油的霧化、混合和燃燒,
提高汽油機(jī)的熱效率。經(jīng)過實(shí)際檢測(cè),摻氫比例在4.7wt。/。時(shí),可替代30~40%的燃油,尾氣中的碳?xì)浠衔?、氮氧化合物和一氧化碳總量減少90%以上。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明加熱器的縱截面示意圖。
圖4是本發(fā)明加熱器的內(nèi)蓄熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明加熱器的內(nèi)蓄熱體的縱截面示意圖。
圖6是本發(fā)明加熱器的外蓄熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明加熱器的外蓄熱體的縱截面示意圖。
圖8是本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1所示,本實(shí)施例包括裝盛甲醇或者乙醇的醇箱1,與醇箱1的醇出口6連接的醇管從氣水分離器入醇口 2穿入氣水分離器19內(nèi)腔,并與氣水分 器19內(nèi)腔中的換熱管4入醇端連通,從氣水分離器出醇口 7穿出醇管內(nèi)端連通換熱管4出醇端,外端連接加熱器。所述的換熱管4呈螺旋狀,利于換熱管內(nèi)醇與裂解氣之間的熱交換。
如圖2、 3所示,每個(gè)加熱器單元均包括圓筒狀的殼體21和殼體21內(nèi)部的內(nèi)蓄熱體23。殼體21為由巖棉及玻璃棉氈等保溫材料制成的保溫層。殼體21的內(nèi)腔空間一端連通尾氣進(jìn)口,另一端連通尾氣出口;殼體21的內(nèi)腔空間內(nèi)還設(shè)置有盤繞在內(nèi)蓄熱體23上的螺旋狀熱交換管22,該熱交換管22的入醇口 25通過醇管連接氣水分離器19,該熱交換管22的醇汽出口 20通過醇管反應(yīng)器。如圖4、 5所示,所述的內(nèi)蓄熱體23由內(nèi)蓄熱管和設(shè)置于內(nèi)蓄熱管內(nèi)壁上的若干徑向走向的的內(nèi)翅片26組成。
殼體21內(nèi)部還可以設(shè)置有外蓄熱休24,.所述的熱交換管22位于內(nèi)蓄熱體23與外蓄熱體24之間。如6、 7所示,所述的外蓄熱體24由外蓄熱管和設(shè)置于外蓄熱管外壁上的若干徑向走向的的外翅片27組成。本例中,加熱器為互相串接的三個(gè)加熱器單元。
所述的加熱器可以是一個(gè)單元,也可以由兩個(gè)以上的加熱器單元串接而成;相鄰反應(yīng)器單元之間的殼體21的內(nèi)腔空間相通,熱交換管22相通。本例中,加熱器為互相串接的三個(gè)單元,即第一加熱器13、第二加熱器14和第三加熱器15。其中,第三加熱器15的入醇口25通過醇管連接氣水分離器出醇口7,第三加熱器15的醇汽出口通過醇管連接第二加熱器14的入醇口,第二加熱器14的醇汽出口通過醇管連接第一加熱器B的入醇口,第一加熱器13的醇汽出口 20與反應(yīng)器的醇汽入口連接。第一加熱器13 —端帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)18連接的尾氣進(jìn)口,第三加熱器15 —端帶有用于與消音器9連接的尾氣出口。
所述的反應(yīng)器是兩端分別帶有醇汽入口與裂解氣出口的腔體,空腔體內(nèi)填裝催化裂解重整用的催化劑。所述的反應(yīng)器可以是一個(gè)單元,也可以由兩個(gè)以上的反應(yīng)器單元連接而成; 連接形式包括串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)。本例中,反應(yīng)器由第一反應(yīng)器10、第二反 應(yīng)器11和第三反應(yīng)器12并聯(lián)而成。三個(gè)反應(yīng)器單元的一端分別通過管路連接 并與第一加熱器13的醇汽出口 20連接,另一端分別通過管路連接并與氣水分
離器19的進(jìn)氫口 8連接。
仍如圖1,氣水分離器19帶有進(jìn)氫口 8和出氫口 5,還帶有排水口 3。其中, 出氫口5用于與發(fā)動(dòng)機(jī)18連接。
使用本發(fā)明時(shí),將本裝置安裝于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)。將本發(fā)明的加熱器連接 于發(fā)動(dòng)機(jī)18和消音器9之間,將出氫口 5與發(fā)動(dòng)機(jī)18連接,將燃油箱16與發(fā) 動(dòng)機(jī)18連接。所述的發(fā)動(dòng)機(jī)18帶有空氣濾清器17。
利用發(fā)動(dòng)機(jī)18排放的尾氣分別對(duì)第一加熱器13、第二加熱器14和第三加 熱器15加熱。當(dāng)加熱器中溫度達(dá)30(TC以上時(shí),醇箱1中的醇進(jìn)入到油氣分離 器19中的換熱管4,從油氣分離器19的出醇口 7到第三反應(yīng)器15,進(jìn)過第二 反應(yīng)器14和第一反應(yīng)器13到第一反應(yīng)器10、第二反應(yīng)器11和第三反應(yīng)器12, 氫氣從油氣分離器19的進(jìn)氫口 8進(jìn)入到氣水分離器19,與換熱管4冷卻分離出 水,分離出的水經(jīng)排水口 3排出,氫氣從油氣分離器19的出氫口5進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī) 18。
權(quán)利要求
1、一種車載制氫裝置,包括醇箱(1),其特征在于醇箱(1)的醇出口(6)通過醇管連接有加熱器,加熱器的醇汽出口通過醇管連接有反應(yīng)器,反應(yīng)器帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的裂解氣出口;所述的加熱器一端帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的尾氣進(jìn)口,另一端帶有用于與消音器連接的尾氣出口。
2、 如權(quán)利要求1所述的車載制氫裝置,其特征在于還包括內(nèi)腔設(shè)置有換 熱管(4)的氣水分離器(19);所述的醇出口 (6)與加熱器之間的醇管經(jīng)過該 氣水分離器(19)內(nèi)腔的換熱管(4);所述的反應(yīng)器的裂解氣出口連接氣水分離器(19)的進(jìn)氫口 (8),該氣水分離器(19)帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的 出氫口 (5)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的加熱器包 括圓筒狀的殼體(21)和殼體(21)內(nèi)部的內(nèi)蓄熱體(23);殼體(21)的內(nèi)腔 空間一端連通尾氣進(jìn)口,另一端連通尾氣出口;殼體(21)的內(nèi)腔空間內(nèi)還設(shè) 置有盤繞在內(nèi)蓄熱體(23)上的螺旋狀熱交換管(22),該熱交換管(22) —端 連接醇出口 (6)與加熱器之間的醇管,另一端連接加熱器與反應(yīng)器之間的醇管; 所述的內(nèi)蓄熱體(23)由內(nèi)蓄熱管和設(shè)置于內(nèi)蓄熱管內(nèi)壁上的若干徑向走向的 的內(nèi)翅片(26)組成。
4、 如權(quán)利要求3所述的車載制氫裝置,其特征在于殼體(21)內(nèi)部還設(shè) 置有外蓄熱體(24),所述的熱交換管(22)位于內(nèi)蓄熱體(23)與外蓄熱體(24) 之間;所述的外蓄熱體(24)由外蓄熱管和設(shè)置于外蓄熱管外壁上的若干徑向 走向的的外翅片(27)組成。
5、 如權(quán)利要求3所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的加熱器由兩個(gè) 以上的加熱器單元串接而成;相鄰反應(yīng)器單元之間的殼體(21)的內(nèi)腔空間相通,熱交換管(22)相通。
6、 如權(quán)利要求4所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的加熱器由兩個(gè)以上的加熱器單元串接而成;相鄰反應(yīng)器單元之間的殼體(21)的內(nèi)腔空間相 通,熱交換管(22)相通。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的反應(yīng)器是 兩端分別帶有醇汽入口與裂解氣出口的腔體,空腔體內(nèi)填裝催化裂解重整用的 催化劑。
8、 如權(quán)利要求7所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的反應(yīng)器由兩個(gè)以上的反應(yīng)器單元連接而成;連接形式包括串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)。
9、 如權(quán)利要求3所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的反應(yīng)器是兩端 分別帶有醇汽入口與裂解氣出口的腔體,空腔體內(nèi)填裝催化裂解重整用的催化 劑;所述的反應(yīng)器由兩個(gè)以上的反應(yīng)器單元連接而成;連接形式包括串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)。
10、 如權(quán)利要求4所述的車載制氫裝置,其特征在于所述的反應(yīng)器是兩端分別帶有醇汽入口與裂解氣出口的腔體,空腔體內(nèi)填裝催化裂解重整用的催化劑;所述的反應(yīng)器由兩個(gè)以上的反應(yīng)器單元連接而成;連接形式包括串聯(lián)、 并聯(lián)和串并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載制氫裝置,醇箱(1)的醇出口(6)通過醇管連接有加熱器,加熱器的醇汽出口通過醇管連接有反應(yīng)器,反應(yīng)器帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的裂解氣出口;所述的加熱器一端帶有用于與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接的尾氣進(jìn)口,另一端帶有用于與消音器連接的尾氣出口。采用本發(fā)明隨車制氫,可替代部分汽油并改善汽油的霧化、混合和燃燒,提高汽油機(jī)的熱效率。經(jīng)過實(shí)際檢測(cè),摻氫比例在4.7wt%時(shí),可替代30~40%的燃油,尾氣中的碳?xì)浠衔?、氮氧化合物和一氧化碳總量減少90%以上。
文檔編號(hào)C01B3/22GK101643202SQ200910169578
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者任春光, 徐光國(guó) 申請(qǐng)人:任春光