專利名稱：利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其主要利用引擎的廢熱作為甲醇重組器啟動工作所需的熱量，以制造氫氣，并送入引擎內(nèi)，使引擎內(nèi)的燃料完全燃燒，達(dá)到省油、減污的目的。
背景技術(shù)：
由于車輛使用本身既是溫室氣體排放重要來源，同時又是高度倚賴石油的使用部門，故車輛節(jié)能減碳為重要政策方向。查，一般的車輛用的內(nèi)燃機(jī)引擎為達(dá)成良好的點火燃燒效率，車廠于內(nèi)部設(shè)定其最佳的空燃比A值(空氣與燃料的混合比率，通常為14. 5-15. O)，在此數(shù)值下能使燃料發(fā)揮最大的燃燒效益。國際知名的汽車制造商在生產(chǎn)省油車輛時，在油、氣混合上，以精確的控制裝置使空燃比接近這最佳A值?？杖急仍礁弑硎救剂系暮吭缴?，越能省油，但常導(dǎo)致弓I擎不穩(wěn)定及震蕩，也欠缺足夠的馬力來行駛。當(dāng)空燃比大于A值時，表示燃料為相對稀薄。則點火時引擎內(nèi)為稀薄燃燒的狀態(tài)。稀薄燃燒會延遲爆炸的時間，使引擎內(nèi)發(fā)生爆震現(xiàn)象，以至于引擎運轉(zhuǎn)不順暢。當(dāng)汽車的引擎發(fā)生爆震現(xiàn)象時，車輛會產(chǎn)生劇烈震動，導(dǎo)致引擎效率的下降，且有熄火的顧慮，對車體及車內(nèi)裝置容易因爆震而損壞。油箱所送出的油與進(jìn)氣歧管輸入的空氣，在混合后進(jìn)入引擎內(nèi)點火燃燒、爆炸，而推動引擎內(nèi)的活塞作功。在燃燒過程中約有1/3的燃料未燃燒完全，而隨廢氣由排氣管排出，造成污染?？杖急冗^低時，會發(fā)生燃料燃燒不完全的現(xiàn)象，使廢氣污染度較高，影響空氣品質(zhì)，有害環(huán)保。由于氫氣的燃燒能階極低(0.017MJ;汽油，O. 29MJ)，快速燃燒而其火焰速度(3. 2-4.4M/S)遠(yuǎn)比汽油的火焰速度(O. 34M/s)快，因此，美國麻省理工學(xué)院的教授們在引擎內(nèi)加氫，通過氫氣的助燃以提高燃油在引擎的燃燒效率，使原來無法完全穩(wěn)定燃燒的燃料瞬間燃燒殆盡，也免除引擎的爆震，更使排放的廢氣中的含碳量降低，減少污染。即利用氫燃料輔助提高石油能源的效率與凈化其排氣，從而減低石油的消耗及溫室氣體排放。但困難是如何在行駛的車輛在車上連續(xù)提供安全而低廉的氫氣。現(xiàn)階段的作法，所要的氫氣一種來自高壓氫氣鋼瓶或儲氫罐，另一種來自水的電解或電衆(zhòng)重組(Plasma reforming)所產(chǎn)生的氫氣。前者所用的儲氫設(shè)備笨重，昂貴,儲存量有限，無法長期連續(xù)使用，這些缺點限制了這方法的實用性。電解水獲得氫氣的方法，有下列的缺點I)所產(chǎn)的氫氣與氧氣2比I的比例混合(67%氫氣及33%氧氣)，在氫氣的自燃范圍內(nèi)(4-74% H2)，有爆炸的危險，2)水電解所要的電力(4-5度/立方米氫氣)間接來自燃油在引擎的運作所產(chǎn)，如果氫氣量高則引起燃油的浪費，抵消氫氣助燃的效益，如果注入的氫氣量低，則效益不彰。故此方法也難于達(dá)成預(yù)期的效益。以電漿重組方法取得氫氣，必須抽用電池的電能，于車上將汽油轉(zhuǎn)制氫氣，來進(jìn)行氫氣的助燃。由美國麻省理工學(xué)院的研究人員所開發(fā)出，并由Arvin Meritor與德國汽車的汽車工程公司IAV改良的Hydrogen-Boosted Gasoline Engine憑借車上產(chǎn)氫設(shè)備,添加15 30%氫氣于現(xiàn)有汽車引擎，達(dá)成提升30%能源效率降低燃料成本，并且因為氫氣的幫助使燃料更完全的燃燒，降低廢氣的排放量，更有效降低NOx的排放至幾乎沒有，這方法的設(shè)備復(fù)雜，昂貴，且其氫氣濃度很低，約12-18%，效益有限。因此至今缺乏商業(yè)產(chǎn)品。為突破上述三種方法的缺點及限制，在不改變原有內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)情況下，本發(fā)明以新穎的設(shè)備利用引擎廢熱作為制氫能源，生產(chǎn)氫氣，注入引擎達(dá)成氫氣助燃的效益20-30%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的在提供一種利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其主要利用引擎的廢熱作為甲醇重組器啟動工作所需的熱量，以制造氫氣，并送入引擎內(nèi)，使引擎內(nèi)的燃料完全燃燒，降低廢氣中的碳含量，以降低污染。本發(fā)明次要目的在提供一種利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其能夠配合空燃比較高的進(jìn)油量，以及控制加氫時機(jī)，改善稀薄燃燒造成內(nèi)燃機(jī)發(fā)生震暴現(xiàn)象及運轉(zhuǎn)不順暢，達(dá)到省油的目的。本發(fā)明所提供的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，包含甲醇儲桶、甲醇重組器、連接甲醇儲桶與甲醇重組器之間的輸送管路、以及連接甲醇重組器與引擎進(jìn)氣歧管之間的氫氣輸送管路。該甲醇儲桶內(nèi)的甲醇水溶液能夠沿輸送管路送至甲醇重組器內(nèi)。該甲醇重組器包含設(shè)置有一體構(gòu)成的吸熱體及反應(yīng)用的觸媒床，該吸熱體吸收引擎內(nèi)燃料點火爆炸所產(chǎn)生廢氣的熱量，作為觸媒床對甲醇與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的熱源，而產(chǎn)生氫氣。該氫氣能夠沿氫氣輸送管路送入引擎內(nèi)，使燃料完全燃燒，降低廢氣中的碳含量，以降低污染。該甲醇重組器的吸熱體包圍部份或全部引擎排氣管，且與該排氣管呈貼合狀，以吸收廢氣的熱量提升溫度。該甲醇重組器的吸熱體設(shè)置在引擎排氣管內(nèi)吸取引擎廢氣的熱量提升溫度。該甲醇重組器設(shè)有能夠與排氣管連接的穿孔；該甲醇重組器能夠與排氣管連接成一體，以直接吸收引擎所排放廢氣的熱量。該甲醇重組器的吸熱體與引擎呈貼合狀，以吸收廢氣的熱量提升溫度。甲醇重組器的吸熱體為導(dǎo)熱性佳的金屬制成，該反應(yīng)用的觸媒床能夠由吸熱體延伸擴(kuò)大將觸媒床孔道包覆在一個整體內(nèi)。甲醇重組器的吸熱體為鋁合金、銅合金、銅等其中之一所制成。甲醇重組器的吸熱體為導(dǎo)熱性佳的金屬所制成，另以標(biāo)準(zhǔn)的觸媒床立方體緊密焊接在吸熱體的平臺上而構(gòu)成一體。該甲醇水溶液的輸送管路設(shè)置有一液泵，控制輸送管路的暢通或封閉。該液泵在甲醇重組器所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量時啟動，輸送甲醇水溶液至甲醇重組器。甲醇重組器的溫度達(dá)200°C時，該甲醇重組器所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量。
該甲醇水溶液的輸送管路設(shè)置有預(yù)熱區(qū)，該預(yù)熱區(qū)能夠?qū)状妓芤杭訜?，使甲醇水溶液氣化產(chǎn)生甲醇水蒸氣。該預(yù)熱區(qū)纏繞在排氣管上，以吸收引擎廢氣的剩余熱量。還設(shè)置有電熱器，該電熱器能夠?qū)状贾亟M器加熱，以加速甲醇重組器升溫。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明能夠在引擎14內(nèi)的燃料的空燃比較高的情形下，進(jìn)行加氫操作，就能夠達(dá)到降低耗油量的目的，同時也會使原來無法完全穩(wěn)定燃燒的燃料瞬間燃燒殆盡，使排放的廢氣中的含碳量降低，減少污染。


圖1為本發(fā)明第一實施例的加氫裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為甲醇重組器第一實施例的外觀圖；圖3為圖2所示甲醇重組器安裝在排氣管上的示意圖；圖4為圖2所示甲醇重組器的加熱體與觸媒床另一種結(jié)合型態(tài)的構(gòu)造圖；圖5為圖3所示甲醇重組器增設(shè)有凸部的使用狀態(tài)示意圖；圖6為甲醇重組器第二實施例安裝在排氣管上的示意圖；圖7為甲醇重組器第三實施例的外觀圖。附圖標(biāo)記說明10_甲醇儲槽；101_液面?zhèn)蓽y開關(guān)；11_甲醇重組器；111_加熱體；112-觸媒床；113-凹部；114-輸送管路；115-散熱風(fēng)扇；116-凸部；12_液泵；13-進(jìn)氣管；131-氣氣歧管；14_引擎；141-排氣管；142_活塞；15_輸送管路；151_預(yù)熱區(qū)；152_回流管路；153_電磁閥；16_油箱；11’ -甲醇重組器；111’ -加熱體；112’ -觸媒床；116’ -穿孔；20_工作溫度偵測開關(guān)；30_甲醇重組器；31_加熱體；32_觸媒床；33_凹部。
具體實施例方式在環(huán)保意識高漲與能源缺乏的今日，省油與少污染才是人類追求的目標(biāo)。本發(fā)明所揭示的引擎的加氫裝置，主要在控制甲醇溶液輸送時機(jī)，使甲醇溶液于甲醇重組器處產(chǎn)生氫氣，該氫氣能夠送入引擎內(nèi)達(dá)到對引擎的加氫的操作。請參閱圖1。本發(fā)明所揭示的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，主要利用引擎14內(nèi)燃料點火爆炸所產(chǎn)生的廢熱作為甲醇重組器11啟動工作所需的熱量，制造氫氣。將甲醇儲槽10內(nèi)的甲醇水溶液憑借液泵12作動，輸送到甲醇重組器11處作重組制氫。該氫氣經(jīng)引擎14進(jìn)氣管13的進(jìn)氣歧管131送入引擎14內(nèi)與燃油一起點火燃燒。本發(fā)明的引擎加氫裝置包含甲醇儲桶10、甲醇重組器11、連接甲醇儲桶10與甲醇重組器11之間的輸送管路15、以及連接甲醇重組器11與引擎14進(jìn)氣歧管131之間的氫氣輸送管路114。該甲醇儲桶10內(nèi)儲放甲醇水溶液，該甲醇水溶液能夠沿輸送管路15送至甲醇重組器11內(nèi)。該甲醇重組器11包含設(shè)置有一體構(gòu)成的吸熱體111及反應(yīng)用的觸媒床112。該吸熱體111吸收引擎點火爆炸所產(chǎn)生廢氣的熱量，作為觸媒床112對甲醇與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的熱源，而產(chǎn)生氫氣。該氫氣能夠沿氫氣輸送管路114及氣氣歧管131送入引擎14內(nèi)。圖1中編號16的構(gòu)件為油箱。圖2所示為甲醇重組器的第一實施例。該甲醇重組器11的吸熱體111設(shè)置有與引擎14排氣管141吻合的凹部113，以包圍部份或全部排氣管141，且與該排氣管141呈貼合狀，以吸收廢氣的熱量提升溫度，如圖3所示的狀態(tài)。甲醇重組器11的吸熱體111為鋁合金，該反應(yīng)用的觸媒床112可由吸熱體111延伸擴(kuò)大將觸媒床112包覆在一個整體內(nèi)，使甲醇重組器11的外部為一體成型，如圖2所示者。請參閱圖4，甲醇重組器11的吸熱體111為鋁合金，另以標(biāo)準(zhǔn)的觸媒床112立方體緊密焊接在吸熱體111的平臺上而構(gòu)成一體。請參閱圖5該甲醇重組器11的吸熱體111也可凸設(shè)一凸部116，該凸部116可凸入排氣管141內(nèi)，更直接地吸取引擎14廢氣的熱量，提升溫度。圖6所示為甲醇重組器的第二實施例。該甲醇重組器11’的吸熱體111’設(shè)置有一可與排氣管141連接的穿孔116’，以與排氣管141連接成一體，以直接吸收廢氣的熱量。該甲醇重組器11’可以標(biāo)準(zhǔn)的觸媒床112’立方體緊密焊接在吸熱體111’的平臺上而構(gòu)成一體。圖7所示為甲醇重組器的第三實施例。該甲醇重組器30的吸熱體31設(shè)置有可與引擎14貼合的凹部33，而可與引擎14外部貼合，以吸收引擎14內(nèi)部燃料點火爆炸后的廢氣的熱量，而提升溫度。其中，觸媒床32為設(shè)置加熱體31內(nèi)，為一體構(gòu)成。連接甲醇儲桶10與甲醇重組器11之間的輸送管路15設(shè)置有一液泵12，以控制輸送管路15的暢通或封閉。該液泵12在甲醇重組器11所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量時啟動，以適時地輸送甲醇水溶液至甲醇重組器11進(jìn)行重組制氫反應(yīng)，以產(chǎn)生氫氣。所產(chǎn)生的氫氣即沿氫氣輸送管路114及進(jìn)氣歧管131送入引擎13內(nèi)，與燃料一起點火燃燒，以推動引擎14內(nèi)的活塞142運動。甲醇重組器11的溫度達(dá)200°C時，表示甲醇重組器11所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量。故利用溫度偵測開關(guān)20來偵測甲醇重組器11的溫度，并在溫度達(dá)到200°C時導(dǎo)通液泵12的啟動電路，將甲醇水溶液輸送到甲醇重組器11內(nèi)，憑借觸媒床112對甲醇水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生引擎14加氫作業(yè)所需要的氫氣。本發(fā)明更可包含設(shè)置能夠?qū)状贾亟M器11加熱的電熱器17。甲醇重組器11由引擎廢熱所吸取的熱量尚未達(dá)到工作溫度200°C時，可啟動電熱器17對甲醇重組器11加熱，使甲醇重組器11能快速地達(dá)到工作溫度200°C，以產(chǎn)生氫氣，對引擎14作加氫作業(yè)。甲醇重組器的溫度達(dá)到200°C后，自動關(guān)閉電熱器17。該甲醇水溶液的輸送管路15設(shè)置有預(yù)熱區(qū)151，該預(yù)熱區(qū)151能夠?qū)状妓芤杭訜?，使甲醇水溶液氣化產(chǎn)生甲醇水蒸氣。該預(yù)熱區(qū)151纏繞在排氣管141上，以吸收引擎14廢氣的剩余熱量。本發(fā)明另設(shè)置一回流管路152，可將未作重組制氫的甲醇水溶液導(dǎo)回甲醇儲槽10內(nèi)。該回流管路152憑借一電磁閥153控暢通或封閉。該甲醇重組器11系架設(shè)在引擎的排氣管141或引擎的外部，除了能快速升溫外，還能進(jìn)一步的降低引擎14的溫度，使活塞142與引擎14壁面之間隙縮小到正常狀態(tài)。在引擎14內(nèi)添加氫氣，能夠憑借氫氣的燃燒能階極低的特性而做快速燃燒，使燃料完全燃燒殆盡，而凈化排氣，無污染。在引擎14運作的過程中進(jìn)行全程加氫作業(yè)，就可達(dá)到排氣無污染的目的。前述液泵12的啟動電路中包含設(shè)置有一液面?zhèn)蓽y開關(guān)101,該液面?zhèn)蓽y開關(guān)101偵測到甲醇儲槽10內(nèi)的甲醇溶液不足時，會切斷液泵12的啟動電路。該甲醇重組器11的超過300°C時，可開啟散熱風(fēng)扇115降溫，以降低甲醇重組器11工作環(huán)境的溫度，以提高安全性。
本發(fā)明另可憑借提高進(jìn)入引擎14內(nèi)燃料空燃比的方式，以及適時對引擎14內(nèi)加氫的作業(yè)，達(dá)到省油的目的。當(dāng)燃料空燃比高于引擎14出廠的最佳設(shè)定值時，可憑借氫氣的快速燃燒作用，使稀薄燃料加速燃燒，則引擎14內(nèi)不會發(fā)生延遲爆炸，即無爆震現(xiàn)象，使引擎14正常運作。以上所述的內(nèi)燃機(jī)引擎14可為汽車引擎。實車測試結(jié)果如下以現(xiàn)代汽車2005年款1300cc GETZ進(jìn)行測試，將本發(fā)明裝置安裝于該車上，以75% H2/25% C02鋼瓶供應(yīng)氫氣源，測試自動模式下，測試氫氣的供應(yīng)與否對油耗影響的差另O。測試路線為龜山文化一路加油站經(jīng)國道一號至內(nèi)湖交流道來回，共51. 3公理的路程，于高速公路上轉(zhuǎn)速維持在2000-2200rpm，時速維持在90_100km/hr之間，共測試三組數(shù)據(jù)
如下表。
權(quán)利要求
1.一種利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于，包含甲醇儲桶、甲醇重組器、連接甲醇儲桶與甲醇重組器之間的輸送管路、以及連接甲醇重組器與引擎進(jìn)氣歧管之間的氫氣輸送管路；該甲醇儲桶內(nèi)儲放甲醇水溶液，該甲醇水溶液能夠沿輸送管路送至甲醇重組器內(nèi)；該甲醇重組器包含設(shè)置有一體構(gòu)成的吸熱體及反應(yīng)用的觸媒床；該甲醇重組器的吸熱體吸收引擎內(nèi)燃料點火爆炸所產(chǎn)生廢氣的熱量，作為觸媒床對甲醇與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的熱源，而產(chǎn)生氫氣；該氫氣能夠沿氫氣輸送管路送入引擎內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇重組器的吸熱體包圍部份或全部引擎排氣管，且與該排氣管呈貼合狀，以吸收廢氣的熱量提升溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇重組器的吸熱體設(shè)置在引擎排氣管內(nèi)吸取引擎廢氣的熱量提升溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇重組器設(shè)有能夠與排氣管連接的穿孔；該甲醇重組器能夠與排氣管連接成一體，以直接吸收引擎所排放廢氣的熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇重組器的吸熱體與引擎呈貼合狀，以吸收廢氣的熱量提升溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于甲醇重組器的吸熱體為導(dǎo)熱性佳的金屬制成，該反應(yīng)用的觸媒床能夠由吸熱體延伸擴(kuò)大將觸媒床孔道包覆在一個整體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于甲醇重組器的吸熱體為鋁合金、銅合金、銅等其中之一所制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于甲醇重組器的吸熱體為導(dǎo)熱性佳的金屬所制成，另以標(biāo)準(zhǔn)的觸媒床立方體緊密焊接在吸熱體的平臺上而構(gòu)成一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇水溶液的輸送管路設(shè)置有一液泵，控制輸送管路的暢通或封閉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該液泵在甲醇重組器所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量時啟動，輸送甲醇水溶液至甲醇重組器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于甲醇重組器的溫度達(dá)200°C時，該甲醇重組器所吸收的熱量達(dá)到甲醇水溶液重組制氫反應(yīng)所需的熱量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該甲醇水溶液的輸送管路設(shè)置有預(yù)熱區(qū)，該預(yù)熱區(qū)能夠?qū)状妓芤杭訜?，使甲醇水溶液氣化產(chǎn)生甲醇水蒸氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于該預(yù)熱區(qū)纏繞在排氣管上，以吸收引擎廢氣的剩余熱量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其特征在于還設(shè)置有電熱器，該電熱器能夠?qū)状贾亟M器加熱，以加速甲醇重組器升溫。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用引擎廢熱啟動甲醇重組器的引擎加氫裝置，其主要利用引擎廢熱制氫，以及對引擎加氫，達(dá)到降低污染及省油的目的。本發(fā)明包含甲醇儲桶、甲醇重組器、連接甲醇儲桶與甲醇重組器之間的輸送管路、以及連接甲醇重組器與引擎進(jìn)氣歧管之間的氫氣輸送管路。該甲醇儲桶內(nèi)的甲醇水溶液能夠沿輸送管路送至甲醇重組器內(nèi)。該甲醇重組器包含設(shè)置有一體構(gòu)成的吸熱體及反應(yīng)用的觸媒床，該吸熱體吸收引擎內(nèi)燃料點火爆炸所產(chǎn)生廢氣的熱量，作為觸媒床對甲醇與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的熱源，而產(chǎn)生氫氣。該氫氣能夠沿氫氣輸送管路送入引擎內(nèi)，使燃料完全燃燒，降低廢氣中的碳含量，降低污染。
文檔編號F01N5/02GK103061924SQ201110322360
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者馮輝文, 鄭耀宗, 雷敏宏 申請人:火傳利能科技股份有限公司, 碧氫科技開發(fā)股份有限公司