CN101139087A - 一种车用醇类制氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种车用醇类制氢装置。包括蒸发室、过热室、裂解室，与裂解室进、出口连接的醇蒸汽总输出管和富氢气输出总管，冷凝装置等，其主要特点是蒸发室与裂解室设置为至少两个蒸发室和至少二个裂解室；或者一个蒸发室与至少两个裂解室。本发明的裂解室体积很小，重量较轻，加热非常均匀，反应长度较大，升温响应速度快，填充催化剂量可成倍增加，裂解室的效果更好。裂解室产生的富氢气大大增加，提高工作效率。本发明只需对催化剂的温度进行控制，简化了控制装置。本发明的装置控制醇蒸汽量或富氢气量非常简单和方便。

Description

一种车用醇类制氢装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种车用醇类制氢装置。

背景技术

众所周知，能源问题是目前摆在人类面前的重大问题，为了摆脱能源对石油的依赖，人们正积极寻找新能源醇氢的应用方法，醇氢能源的研究已成为我国的热点，各种有关醇类裂解制氢的专利不断出现。

现有的有关醇类裂解制氢专利中，醇都要经过蒸发室进行蒸发汽化，而且蒸发室只有一个。蒸发室一般有两种形式，第一种形式是在蒸发室内预先装满醇(甲醇或乙醇)用汽车尾气加热，让醇液体蒸发为醇蒸汽，然后进入有催化剂的裂解室中裂解为富氢气(氢含量约为60％以上，和其它气体)。这种装置必须控制蒸发室内醇的液面高低，醇多了会溢出蒸发室，少了会烧干，而且蒸发量不易控制，因为只要达到醇的蒸发温度(甲醇为65℃，乙醇为78℃)就要蒸发，所以应有一套控制液面高低和一套控制加热温度或控制蒸汽流量的装置。第二种形式是平时蒸发室内不积存醇液体，需要时用泵将醇打入蒸发室内。这种形式必须要控制泵的流量，泵打多了蒸发室温度供不上，蒸汽量少，甚至醇会从蒸发室内溢出，泵打少了蒸汽供不上，因此控制比较麻烦，加之汽车所需的氢气是变化的，功率大时需多供氢气，功率小时供氢量可少。富氢气是由醇蒸汽裂解反应而成，所以，相应蒸发室内的醇蒸汽最好能够根据汽车功率大小及时调节。现有的专利中裂解室也只有一个，有的是将其分为两半，裂解室内装有催化剂，为了让汽车尾气加热，在裂解室内装有许多传热管道。有些专利是将催化剂放在管道中，将醇通入其中，让热尾气在管道周围通过并集中后排出。有的是把尾气引入管道中，在管道周围填满催化剂，并通入醇蒸汽。上述不论哪种方法，对催化剂的加热都不会很均匀，而且醇蒸气的反应路线也不可能很长。如果对催化剂加热不均匀，醇蒸汽反应路线不够长以及催化剂填充量较小的话，富氢气含量和产量都要降低，其它气体含量增加，甚至醇蒸汽没有反应完全，就从裂解室的输出管道中输出，如果甲醇留在排气管中，对人是很有害的。现有专利中是将蒸发室、过热室、裂解室布置在一起，或是将蒸发室、裂解室布置在一起(即一个箱体内)，用一个阀门来控制热尾气的进入或旁路，使用时要么蒸发室、过热室、裂解室都同时在热尾气中工作，要么把进入三室的热尾气同时关闭，不让其进入三室，使温度降低，避免烧坏催化剂，而把热尾气引到另一通道(旁路)直接排放。实际上蒸发室、过热室和裂解室应工作在不同环境中。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种制氢效果更好，效率更高，使用更安全的车用醇类制氢装置。

本发明是利用汽车尾气的热量对装置内的醇类和催化剂进行加热，使醇裂解为富氢气，作为汽车的燃料，达到部份或全部替代汽油使用，从而节约石油资源，并减少废气污染。

具体技术方案为：本装置包括蒸发室、过热室、裂解室，与裂解室进、出口连接的醇蒸汽总输出管和富氢气输出总管，冷凝装置，其特征在于蒸发室与裂解室的设置为至少两个蒸发室和至少二个裂解室；或者一个蒸发室与至少两个裂解室。

本发明所用的蒸发室为三个，裂解室为6个。平时三个小蒸发室都不积存醇液体，因此，不存在液面控制问题，只用一个恒转速、恒压力的泵供醇，在三个蒸发室的入口处装有三个电磁阀，分别控制三个蒸发室的进醇量，并在三个电磁阀后面分别装有固定的节流孔，或者蒸发室只用一个并在其入口处装有电喷车的喷油咀，使进入蒸发室的醇雾化并全部蒸发为醇蒸汽。

在蒸发室与过热室、过热室与裂解室之间装有隔板，裂解室外形为扁长方体，裂解室部分(区域)也装有隔板，使热尾气绕行于每个裂解室之间，各裂解室通过连通管连接，裂解室进、出口分别连接醇蒸汽总输出管和富氢气输出总管。

本发明的过热室、蒸发室放置在一个箱体内，裂解室放置在另一个箱体内。

本发明的过热室用薄不锈钢板焊成圆形或长方形管道串联而成，并置于蒸发室与裂解室之间。

本发明的富氢气输出总管连接有电磁阀，电磁阀操作由电脑控制，并且泵、仪表板等也可以由电脑控制。

本发明的富氢气输出总管后、储气筒前有一个小型压缩机，使富氢气压力提高至3～5kg/cm²，便于从原有电喷车的喷油咀中直接喷入汽缸。

本发明的冷凝装置是将冷凝铜管置于醇箱内。

本发明的装置还增加了一个副油箱，副油箱设置了射流元件。

本发明的三个蒸发室的设计，能供汽车低速时、中速时和高速时使用，通过裂解室产生的富氢气大大增加。这种结构使控制醇蒸汽量，或者说控制富氢气量变得非常简单和方便(即控制3个电磁阀的“1”开和“0”关)，控制三个电磁阀的开和关即可。另外，也可以用电喷车的电控喷咀代替电磁阀和节流孔，只要通电打开电喷咀，就可把醇喷入蒸发室雾化并蒸发，通电时间越长，喷入的醇量越多，可以通过电脑控制喷咀的通电时间，来控制醇蒸汽量(也即富氢气量)。

本发明的裂解室由2个以上组成，可多个裂解室串联或者并联。隔板使热尾气绕裂解器像迷宫一样通过，使裂解器的六个面都能迅速均匀加热。本发明的裂解室体积很小，重量较轻，加热非常均匀，反应长度较大，升温响应速度快，填充催化剂量可成倍增加。

本发明的过热室用传热性能很好的用不锈钢薄板焊成长方形或圆形管道串联而成。其作用是再将从蒸发室出来的醇蒸汽加热，(即呈过热状态)，以提高醇蒸汽的温度和压力，使其进入裂解室的效果更好。

本发明将过热室、蒸发室放置在一个箱体内，裂解室放置在另一个箱体内，用一个阀门来控制热尾气进入裂解室。工作时，裂解室、过热室、蒸发室都同时在热尾气中工作，温度过高时，打开旁路电磁阀，使裂解室温度降低，避免烧坏催化剂，而把热尾气引到另一通道(旁路)直接排放。由于只需对催化剂的温度进行控制，过热室和蒸发室的温度高低并无影响，故不需专门控制，这样简化了控制装置。

本发明增加了一个副油箱，这样可以分别用三种燃料工作，一是只用汽油工作，二是用汽油渗富氢气工作，三是完全用富氢气工作。并且富氢气不会进入大油箱，汽油也不会进入裂解室，非常安全。副油箱还设置了射流元件，使汽油和富氢气能充分混合，或者使富氢气与空气充分混合后进入汽车气缸。以上三种工作的转换及控制可用电脑控制。

本发明醇箱可作为冷凝器，从裂解器出来的高温富氢气通过弹簧状的铜管与醇液体进行热交换。一是把醇液体预热，可以减少醇在蒸发时所需温度，另一方面把富氢气冷却，增加富氢气的密度。

本发明全部用单片机(电脑)控制。对于电喷车来说原来就有一个单片机，再增加一个单片机对裂解室、蒸发室及三种燃料的转换等进行控制。只要对原有的电脑稍加调整与新装的电脑进行调整配合即可工作。

附图说明

图1是本发明的蒸发室、过热室、裂解室的结构示意图(主视)；

图2是本发明的整机结构示意图(相对于图1的俯视图)；

图3是本发明的副油箱部分的结构示意图；

图4是本发明的电脑控制示意图；

图5是本发明的过热室与蒸发室、裂解室连接的结构示意图；

图6是图5的A-A剖面图。

图中，1-进气口法兰，2-进热尾气口，3-隔板，4-蒸发室，5-保温层，6-隔板，7-过热室，8-隔板，9-保温层保护圈，10-保温层，11-热电偶，12-出热尾气口，13-电磁阀，14-进醇管，15-隔板，16-富氢输出总管，17-电磁阀，18-旁路电磁阀，19-保温层，20-裂解室，21-进醇调压阀，22-醇泵，23-冷凝铜管，24-旁路管道，25-储气筒，26-三通电磁阀，27-喷油咀，28-三通电磁阀，29-原进油管，30-副油箱加油管，31-隔氢气室，32-进油射流原件，33-进油调压阀，34-富氢气射流原件，35-电磁阀，36-副油箱，37-富氢空气混合输出管，38-富氢气鼓泡管，39-副油箱油泵，40-连通管，41-催化剂，42-醇蒸汽总输出管，43-过热铜管，44-醇蒸汽总输出管，45-节流孔，46-副油箱加油泵，47-副油箱油面探测棒，48-电脑装置，49-仪表板，50-原车油泵，51-原车油路调压阀，52-副油箱加油管路调压阀，53-针形阀，54-单向阀，55-单向阀，56-醇箱，57-针形阀，58-原汽油箱，59-浮子，60-工作指示灯，61-工作开关，62-小型压缩机，63-单向阀，64-压力表，65-单向阀，66-电磁阀，67-减压阀，68-三通电磁阀，69-三通电磁阀，70-通热尾气管，71-电喷咀，72-连通管，73-进蒸汽口，74-出蒸汽口。

具体实施方式

如图1所示，本发明的车用醇类制氢装置分为三个蒸发室4，六个裂解室20。平时三个小蒸发室都不积存醇液体，因此，不存在液面控制问题，只用一个恒转速、恒压力的泵供醇，在三个蒸发室的入口处装有三个电磁阀13，分别控制三个蒸发室的进醇量，并在三个电磁阀后面分别装有固定的节流孔45，使进入蒸发室的醇全部蒸发为醇蒸汽。如果泵启动后，三个电磁阀不通电打开，醇可由调压阀回流，此时三个蒸发室内都没有醇蒸汽，自然在裂解室内也不产生富氢气。当打开第一个电磁阀后，醇只进入第一蒸发室a，而且全部被蒸发，只产生一定量醇蒸汽，进入裂解室产生一定量的富氢气(供汽车低速时使用)。当打开第二个电磁阀时，醇进入第二个蒸发室b，而且全部被蒸发，又产生一定量的醇蒸汽，进入裂解室后，也产生一定量的富氢气，如果第一个蒸发室a可产生的醇蒸汽量假设为1，那么再打开第二个电磁阀时，总出口处的醇蒸发量为1+1＝2，醇蒸汽总量的增加，所产生的富氢气也增加，供汽车中速时使用，再打开第三个电磁阀时，醇进入第三个蒸发室c，又产生一定量的醇蒸汽(醇全部被蒸发)，此时全部出口处醇蒸汽量为1+1+1＝3，通过裂解室产生的富氢气大大增加，可供汽车高速时使用，这种结构控制醇蒸汽量，或者说控制富氢气量变得非常简单和方便(即控制3个电磁阀的“1”开和“0”关)，控制三个电磁阀的开和关即可。另外，也可以用电喷车的电控喷咀代替电磁阀和节流孔，只要通电打开电喷咀，就可把醇喷入蒸发室，通电时间越长，喷入的醇量越多，可以通过电脑控制喷咀的通电时间，来控制醇蒸汽量(也即富氢气量)。以上三种工作的转换及控制可用电脑控制。

过热室7用传热性能很好的过热室用不锈钢薄板焊成长方形或圆形管道串联而成(如图5和图6所示)，并置于蒸发室与裂解室之间。其作用是再将从蒸发室出来的醇蒸汽加热(即呈过热状态)。

裂解室20外形为扁长方体，六个裂解室由连通管40连通，裂解室进、出口分别连接醇蒸汽总输出管42和富氢气输出总管16，16连接有电磁阀17，16连接冷凝铜管23，将冷凝铜23管置于醇箱56内，23与压缩机62、单向阀63再与储气筒25连接。

过热室、蒸发室放置在一个箱体内，裂解室放置在另一个箱体内，用一个电磁阀门18来控制热尾气的全部或部分进入。过热室两边装有隔板6和8，裂解室区域内也装有隔板15。工作时，裂解室、过热室、蒸发室都同时在热尾气中工作，电磁阀18可控制裂解室温度的高低，避免烧坏催化剂，而把热尾气引到另一通道(旁路)直接排放。

如图3所示，本装置增加了一个副油箱36，这样可以分别用三种燃料工作，一是只用汽油工作，二是用汽油渗富氢气工作，三是完全用富氢气工作。副油箱还设置了射流元件32和34，32两端分别连接油泵39和三通电磁阀68，三通电磁阀68一端连接三通电磁阀28，通过它可连接喷油咀27，68的另一端连接射流元件34，通过射流元件34与三通电磁阀26相连，三通电磁阀26一端通过减压阀67与鼓泡管38相连，另一端通过电磁阀66、单向阀65与储气筒25相连，而储气筒另一端通过单向阀63与小型压缩机62一端相连，62另一端与冷凝管23、电磁阀17相连，电磁阀17与富氢气输出总管16相连，电磁阀由电脑控制。

工作时，先接通控制仪表电源(有指示灯显示见图4)，然后接通汽车电源。先用全汽油的方式(按下红色按钮)，红色指示灯亮，表示已进入第一种工作程序(见表1)，汽车发动机工作后，尾气管即有热气排出，给蒸发室、过热室、裂解室加热。当裂解室温度达到催化剂最低工作温度时，指示灯亮，表示可以使用富氢气了。只要打开蒸发室的电磁阀，很快就有富氢气产出，这时可根据需要按下任何一个按钮，如按下绿色按钮，绿色灯亮，表示进入第二个工作程序(见表1)，此时富氢气由富氢鼓泡管38进入副油箱，用鼓泡搅拌，使富氢气与油混合，油泵39开动，经过射流元件32再度使富氢气、汽油、空气混合，经三通电磁阀69、28和喷咀27喷入汽车汽缸内燃烧。若按下黄色按钮，黄灯亮，表示进入第三个工作程序(见表1)，此时富氢气经过射流元件34与空气混合，经三通电磁阀68、28和喷咀27进入气缸燃烧。副油箱内的汽油，由主油箱用泵46供给，泵的开动与停止，由液面探测棒47通过电脑控制，或者用浮子57自动控制。以上三种工作状态均用按钮进行控制，操作简单、方便。

表1：

状态	26	28	68	69	12	62	66	67	32	34	50	39	27
														三通	三通	三通	三通	电磁阀	压缩机	电磁阀	减压阀	射流元件	射流元件	泵	泵	三通
	全汽油	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	/	0														/
氢和油														0	/	/	/	/	/	/	/	/	0	0	/	/
	全氢气	/	/	0	/	/	/	/	0	0	/	0	0														/

Claims (10)

1.一种车用醇类制氢装置，包括蒸发室、过热室、裂解室，与裂解室进、出口连接的醇蒸汽总输出管和富氢气输出总管，冷凝装置，其特征在于蒸发室与裂解室设置为至少两个蒸发室和至少二个裂解室；或者一个蒸发室与至少两个裂解室。

2.根据权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于在蒸发室与过热室、过热室与裂解室之间装有隔板，裂解室区域也装有隔板。

3.根据权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于裂解室外形为扁长方体，各裂解室通过连通管连接。

4.根据权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于在三个蒸发室的入口处装有三个电磁阀，电磁阀后面设有节流孔；或者在一个蒸发室的情况下入口处装有电喷车的喷油咀。

5.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于过热室用不锈钢薄板焊成长方形或圆形管道串联而成，并置于蒸发室与裂解室之间。

6.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于过热室、蒸发室放置在一个箱体内，并置于热尾气进口前端，裂解室放置在另一个箱体内，置于热尾气进口后端。

7.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于富氢气输出总管连接有电磁阀，电磁阀连接控制电脑。

8.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于富氢气输出总管后、储气筒前有一个小型压缩机。

9.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于冷凝装置是将冷凝铜管置于醇箱内。

10.权利要求1所述的车用醇类制氢装置，其特征在于本装置有一个副油箱，副油箱上设置了射流原件。

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