利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車的制作方法
【專利摘要】一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，汽車發(fā)動機進氣口通過氫氣供氣管連接氫氣儲備瓶，發(fā)動機排氣管上的汽車催化轉換器連接一利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置，該裝置由相互連通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸汽重整氫氣箱構成，其重整氫氣箱內設有尾氣通過管和填充有催化劑，尾氣通過管分別連接汽車催化轉換器和汽化箱，汽化箱連接消聲器，該汽化箱內設有乙醇水溶液汽化管，該汽化管的進口通過乙醇水溶液輸送管與乙醇水溶液箱中的液體電動計量泵連接，該汽化管的出口通過汽管連接重整氫氣箱的乙醇水蒸汽進口，重整氫氣箱的氫氣出口經(jīng)除濕冷卻裝置連通氫氣輸送管，氫氣輸送管連接氫氣儲備瓶。
【專利說明】
利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及新能源汽車領域，特別涉及一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車。
【背景技術】
[0002]生物能源作為可再生的能源倍受人類青睞，目前以生物乙醇為代表的生物能源已得到一定范圍的運用。以生物能源發(fā)展比較好的端典為例，生物乙醇多數(shù)采用玉米提取，這種用玉米提取生物乙醇的方案又給人類帶來新的危機一一糧食危機，而這種方案提取乙醇所需消耗的能源，占乙醇燃燒釋放能量的3/4以上，由此決定了此方案注定不可持續(xù)。
[0003]目前，中國石油化工集團經(jīng)過7年的努力，成功地攻克了以玉米秸桿為主的植物纖維制生物乙醇生產技術，形成全套植物纖維制生物乙醇生產技術。我國每年可收集的秸桿約7億噸，按5億噸秸桿產I億噸生物乙醇計算，年產生物乙醇可達到1.4億噸。2013年底，中石化技術團隊完成年產5萬噸纖維素制乙醇工藝開發(fā)，可為萬噸級示范裝置提供技術支撐。
[0004]生物乙醇作為燃料最大的優(yōu)點就是環(huán)保，在燃燒或重整生物乙醇向大氣排放⑶2(二氧化碳)時，應不計碳排放。其主要化學反應方程式為:
[0005]直接燃燒C2H50H+302 = 2C02+3H20
[0006]重整反應CH3CH2OH+3H2O46H2+2CO2
[0007]因為生物乙醇中的“C”元素是植物通過光合作用，吸收大氣中的CO2生長成的纖維素(碳水化合物)，此元素通過燃燒再次釋放大氣中，只不過是碳元素的一個大循環(huán)而已。
[0008]中國石化集團2013年就有萬噸級工程化纖維素制乙醇的技術，那么為什么到2013后廣大農村還在采用焚燒玉米秸桿來對秸桿進行處理呢?為什么纖維素制乙醇產業(yè)化如此小規(guī)模?分析主要原因:一、生物乙醇用途不廣造成的局面。目前生物乙醇主要用途是摻合到汽油中供汽車使用，由于汽油的熱值為46MJ/Kg，而乙醇的熱值為29.7MJ/Kg，固我國采用的乙醇汽油為摻10%的乙醇，即市面上ElO乙醇汽油。國外有摻15%、20%的，最高也不超過25%。生物乙醇除了汽車用一小部分外，其它只有通過蒸餾提純給工業(yè)以及醫(yī)用而已，所以限制了其發(fā)展。二、規(guī)模化制造乙醇粗產品成本雖然很低，但要提純到99.5%的無水乙醇成本卻很高，如以高成本的無水乙醇作為燃料應用，顯然不被市場接受。
[0009]并且，以乙醇汽油作燃料還存在以下缺點:
[0010]1.乙醇的熱值是常規(guī)車用汽油的64.57%，據(jù)有關資料的報道，若汽車不作任何改動就使用含乙醇10%的乙醇汽油時，發(fā)動機的油耗會增加5%。
[0011 ] 2.乙醇的汽化潛熱大，理論空燃比下的蒸發(fā)溫度大于常規(guī)汽油。乙醇汽油影響混合氣的形成及燃燒速度，導致汽車動力性，經(jīng)濟型，及冷啟動性的下降，不利于汽車的加速性。
[0012]3.乙醇在燃燒過程中會產生乙酸，對汽車金屬特別是銅有腐蝕作用。有關試驗表明，在汽油中乙醇的含量在O?1 %時，對金屬基本沒有腐蝕，但乙醇汽油中乙醇含量超過15 %時，必須添加有效的腐蝕抑止劑。
[0013]4.乙醇是一種優(yōu)良溶劑，乙醇汽油容易對汽車的密封橡膠及其他合成非金屬材料產生輕微的腐蝕，溶漲，軟化或龜裂作用。
[0014]5.乙醇極易溶于水，車用乙醇汽油的含水量超過標準指標后，容易發(fā)生液相分離。因生物乙醇通過纖維素提取，粗產品一般是8-15%的乙醇水溶液，后經(jīng)過多次的蒸餾、萃取等方式提純，得到所謂的純乙醇，但乙醇極易溶于水，95%的乙醇水溶液有共沸現(xiàn)象(78.150C )，想要提純到100%的乙醇濃度幾乎不可能，目前摻混到汽油中乙醇濃度是99.5%，即所謂的純乙醇。超過95%乙醇濃度的提純成本極大，所以ElO乙醇汽油中一定含有少量的水，這也是我國制定乙醇汽油只摻1 %行業(yè)標準的原因。
[0015]以乙醇汽油作燃料的優(yōu)點:由于乙醇分子式中含有氧元素，可使汽油燃燒更充分，利于尾氣排放物達標。
[0016]然而，采用純乙醇作燃料，需重新設計乙醇內燃機，目前此方案在巴西得到普遍便用。但存在開發(fā)費用大，內燃機開發(fā)費總和高的驚人，且乙醇的燃值低，開發(fā)出的乙醇內燃機升功率較小，同樣造成資源浪費。
[0017]關于氫氣汽車:
[0018]在2008年3月德國寶馬公司宣布其單一氫氣燃料的汽車“BMW HYDR0GEN7monofuel”已量產，考慮到氫氣是世界上最輕的物質，以此作為汽車為唯一燃料，攜帶量與續(xù)航里程存在相互矛盾的問題，寶馬公司采用液態(tài)氫，然而，液態(tài)氫又存在必需在低溫下保存和加氣點未普及等問題，故中國長安汽車集團公司等大型汽車公司都試制過氫氣汽車，都因續(xù)航里程、液態(tài)氫攜帶和加氣點未普及等問題，而無法量產和批量普及使用。
[0019]關于氫氣燃料電池:
[0020]燃料電池其原理:一種電化學裝置，其組成與一般電池相似。其單體電池是由正極(即氧化劑電極)、負極(即燃料電極)、電解質組成。不同的是一般電池的活性物質一次性制造，貯備在電池內部，不可重復添加，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。燃料電池其實就是把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，在電池內部進行化學反應。理論上只要反應物不斷輸入，反應附產物不斷排除，氫氣燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
[0021 ]氫氣燃料電池的化學反應方程式為:
[0022]負極:H2+20H——2H20+2e—
[0023]正極:l/202+H20+2e——20H—
[0024]電池反應:Η2+1/202==Η20
[0025]目前世界各大汽車制造公司都在大力開發(fā)氫氣燃料電池電動車，其技術瓶頸是氫氣的攜帶問題，一般用高壓或低溫存儲的方式，不僅代價高昂，且存在極大的安全隱患。但如果加氣點普及，其加氣速度比鋰電池充電速度快很多，一般80L的氣瓶在加氣壓力20MPa下，充滿只需10分鐘左右，而鋰電池的小汽車充滿電需8小時以上。
[0026]氫氣燃料電池與內燃機燃燒氫氣兩方案對比:
[0027]1.氫氣燃料電池是化學能直接轉化為電能，通過電動機做功，高效率電動機的效率95%以上，不需要經(jīng)過化學能、熱能和機械能(發(fā)電機)的中間變換;而內燃機燃燒氫氣是化學能先轉化為熱能，再通過內燃機的轉化為機械能做功，如需轉化為電能，還需經(jīng)發(fā)電機組發(fā)電，其平均熱效率只有30 %左右;燃料電池的理論效率85 %，目前車用氫氣燃料電池的效率平均為60%左右，所以氫氣燃料電池方案的效率是內燃機燃燒氫氣方案的二倍左右。
[0028]2.氫氣燃料電池方案中氫氣不是直接通過燃燒，是通過電化學反應，其最終產物只有水;而內燃機燃燒氫氣方案，其最終產物除了水外，還有小部分的CO(—氧化碳)、CH(碳氫)、Ν0χ(氮氧)等。
[0029]3.氫氣燃料電池技術上目前不存在大的問題，制約其發(fā)展的是加氣站、氫氣攜帶、制造成本幾個方面，但其節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢至今無任何技術可憾動，可能成為未來汽車的終級目標。
[0030]汽車尾氣余熱的應用:
[0031]內燃機發(fā)展至今，其熱效率高的已達40%以上(至今公布的最高內燃機熱效率是日本豐田:汽油機38%、柴油機44% )，如以各種汽車的平均熱效率計算在30%左右，則意味著有三分之二的熱量被浪費，即近70%的能量被浪費，其中大約50%的熱量隨汽車尾氣排出，20%左右的熱量隨內燃機冷卻系統(tǒng)排出。故汽車尾氣余熱至今沒有得到充分利用。幾年前，德國寶馬公司宣布一項技術:利用某一工質在汽車尾氣中進行熱交換，使得尾氣中80%以上的能量得以回收，產生蒸汽壓后被直接導入與曲軸相連接的膨脹單元(做功機)，大部分剩余的熱量被發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)吸收，成為渦輪蒸汽機的第二能量。經(jīng)實驗證明:汽油機的熱效率提高15%，測試中寶馬上1.8升四缸發(fā)動機油耗降低了 15%，輸出功率增加了10KW，扭矩增加了近20匪。此技術路線雖說有巨大的技術突破，但不難發(fā)現(xiàn)在浪費近70%的能量中，只回收利用了 15%。其問題之一是:利用工質做為媒介，通過工質的溫差(被加熱的工質需冷卻，被冷卻的這部分能量絕大部分浪費，無法再使工質溫度升高、產生高壓強)產生壓強差，然后通過膨脹單元和渦輪蒸汽機做功，所以其熱效率只能提高15%，與近70%浪費的能量相比，利用率較低，這就是蒸汽機的最高熱效率；問題之二是:膨脹單元和渦輪蒸汽機目前制造技術水平，其體積較大，無法布置在小型汽車上；問題之三是:該套整置復雜、制造成本很尚，不易被人接受。

【發(fā)明內容】

[0032]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在不足，提供一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車。它通過所設結構，能夠使汽車以乙醇水溶液作原料，充分利用汽車發(fā)動機工作排放的尾氣余熱使乙醇水溶液形成乙醇水蒸汽，并將乙醇水蒸汽重整制作出氫氣為發(fā)動機提供燃料，既能解決現(xiàn)有的乙醇汽油汽車和氫氣汽車存在系列問題，提高汽車的動力和續(xù)航里程，既能節(jié)能，又能降低汽車的制作和使用成本，還能消除汽車的尾氣碳排放，其尾氣排放比現(xiàn)有的空氣更清潔，有利于環(huán)保。
[0033]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，包括設置于汽車上的發(fā)動機，該發(fā)動機的排氣歧管連接排氣管，排氣管上安裝有汽車催化轉換器，所述發(fā)動機為以氫氣為燃料的發(fā)動機，所述發(fā)動機的燃料進氣口通過氫氣供氣管經(jīng)第一電控閥連接氫氣儲備瓶的出氣口，一利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置連接在汽車催化轉換器的下游端，該利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置由相互連通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸汽重整氫氣箱構成，其中，所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱內設有與汽車催化轉換器相連的尾氣通過管和填充有催化劑，所述乙醇水溶液汽化箱連接消聲器，該乙醇水溶液汽化箱內設有乙醇水溶液汽化管，該汽化管的乙醇水溶液進口通過乙醇水溶液輸送管與設于乙醇水溶液箱中的液體電動計量栗連接，汽化管的乙醇水蒸汽出口通過蒸汽管連接乙醇水蒸汽重整氫氣箱的乙醇水蒸汽進口，乙醇水蒸汽重整氫氣箱的氫氣出口連通一除濕冷卻裝置的進口，該除濕冷卻裝置的出口通過氫氣輸送管經(jīng)氣體電動栗、單向閥連接氫氣儲備瓶的進氣口，該氫氣儲備瓶的進氣口設有氫氣壓力傳感器;所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱設有溫度傳感器，所述溫度傳感器、液體電動計量栗、氣體電動栗、氫氣壓力傳感器、第一電控閥與一控制模塊電連接。
[0034]所述乙醇水溶液汽化箱由用于汽車尾氣通過的筒狀殼體和乙醇水溶液汽化管構成，所述乙醇水溶液汽化管設于筒狀殼體內，該汽化管的乙醇水溶液進口設于筒狀殼體下游端側壁，汽化管的乙醇水蒸汽出口設于筒狀殼體上游端側壁，汽化管與筒狀殼體之間留有尾氣通道。
[0035]所述用于尾氣通過的筒狀殼體的內腔設有多葉片式熱交換支架，所述多葉片式熱交換支架的軸向沿筒狀殼體軸向延伸，該多葉片式熱交換支架橫截面的多個葉片呈放射狀沿筒狀殼體徑向延伸，各葉片之間留有尾氣通道，各葉片上沿軸向分別設有若干用于固定乙醇水溶液汽化管的定位槽，所述乙醇水溶液汽化管呈螺旋狀環(huán)繞定位在葉片式熱交換支架上。
[0036]所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱包括尾氣通過管和外筒，所述尾氣通過管位于外筒腔內且兩端外伸分別與汽車催化轉換器、乙醇水溶液汽化箱連接，外筒與尾氣通過管之間為密閉腔，該密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于中間的腔室填充Ir/Ce02催化劑形成重整氫氣室，所述溫度傳感器設于重整氫氣室，位于尾氣通過管上游一側腔室的外筒壁設置乙醇水蒸汽進口，乙醇水蒸汽進口與前篩狀擋板之間形成乙醇水蒸汽室，位于尾氣通過管下游一側腔室的外筒壁設置氫氣出口，氫氣出口與后篩狀擋板之間形成氫氣室。
[0037]所述尾氣通過管的管腔中設有多葉片式熱交換器，多葉片式熱交換器的軸向沿尾氣通過管軸向延伸，多葉片式熱交換器橫截面的多個葉片呈放射狀沿尾氣通過管徑向延伸，與尾氣通過管的管壁相連，各葉片之間留有尾氣通道。
[0038]多葉片式熱交換支架、多葉片式熱交換器橫截面的多葉片呈米字形或十字形結構分布O
[0039]所述乙醇水溶液輸送管的中段設有一熱傳導裝置，乙醇水溶液輸送管的后段與汽化管的乙醇水溶液進口相連，所述乙醇水溶液輸送管后段的外表面覆蓋有保溫隔熱層。
[0040]所述熱傳導裝置為汽車散熱器，或者與汽車散熱器相貼的散熱裝置，所述乙醇水溶液輸送管的中段呈蛇形彎曲，固定在汽車散熱器上，或固定在與汽車散熱器相貼的散熱裝置上。
[0041]所述乙醇水溶液汽化箱、乙醇水蒸汽重整氫氣箱、排氣管的外表面均覆蓋有保溫隔熱層。
[0042]所述氫氣供氣管通過一供氣歧管連接氫氣燃料電池，所述供氣歧管上設置第二電控閥，該第二電控閥與控制模塊電連接。
[0043]由于采用上述方案，本發(fā)明通過將一利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置連接在汽車催化轉換器的下游端，該利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置由相互連通的乙醇水溶液汽化箱和乙醇水蒸汽重整氫氣箱構成，其中，所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱內設有與汽車催化轉換器相連的尾氣通過管和填充有催化劑，所述乙醇水溶液汽化箱連接消聲器，該乙醇水溶液汽化箱內設有乙醇水溶液汽化管，該汽化管的乙醇水溶液進口通過乙醇水溶液輸送管與設于乙醇水溶液箱中的液體電動計量栗連接，汽化管的乙醇水蒸汽出口通過蒸汽管連接乙醇水蒸汽重整氫氣箱的乙醇水蒸汽進口，乙醇水蒸汽重整氫氣箱的氫氣出口連通一除濕冷卻裝置的進口，該除濕冷卻裝置的出口通過氫氣輸送管經(jīng)氣體電動栗、單向閥連接氫氣儲備瓶的進氣口，該氫氣儲備瓶的進氣口設有氫氣壓力傳感器;所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱設有溫度傳感器，所述溫度傳感器、液體電動計量栗、氣體電動栗、氫氣壓力傳感器、第一電控閥與一控制模塊電連接。這樣能使發(fā)動機排放的高溫尾氣，在順序經(jīng)過利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置的乙醇水蒸汽重整氫氣箱和乙醇水溶液汽化箱時，利用尾氣經(jīng)過乙醇水溶液汽化箱的高溫作用使流經(jīng)乙醇水溶液汽化管中的乙醇水溶液形成蒸汽，然后通過汽管送至乙醇水蒸汽重整氫氣箱中，利用尾氣經(jīng)過乙醇水蒸汽重整氫氣箱中尾氣通過管更高的溫度和催化劑的作用重整乙醇水蒸汽制成氫氣，使氫氣從乙醇水蒸汽重整氫氣箱設置的氫氣出口進入除濕冷卻裝置，氫氣經(jīng)除濕冷卻后，再由氣體電動栗抽送至氫氣儲備瓶，達到預定的壓力后從氫氣儲備瓶經(jīng)氫氣供氣管送至發(fā)動機燃燒做功。由于原料是采用乙醇水溶液，只需采用通常汽車油箱的容積盛裝乙醇水溶液，就能夠滿足本發(fā)明氫氣汽車較長續(xù)航里程，而且這種乙醇水溶液也不需低溫保存、不易爆，降低了汽車碰撞燃油箱爆炸的風險，也解決了現(xiàn)有氫氣汽車難以解決的問題。同時，送至氫氣儲備瓶儲存的氫氣還解決了發(fā)動機啟動所需的氫氣燃料。
[0044]而且，因乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液進口設于筒狀殼體下游端側壁，汽化管的乙醇水蒸汽出口設于筒狀殼體上游端側壁，汽化管與筒狀殼體之間留有尾氣通道，就形成了尾氣進入筒狀殼體上游端時溫度高，尾氣排出筒狀殼體下游端時溫度經(jīng)衰減后相對降低，流經(jīng)乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液是從低向高溫方向流動，形成逐漸汽化過程，更有利于增大乙醇水蒸汽的產生量。
[0045]并且，用于尾氣通過的筒狀殼體的內腔設置的多葉片式熱交換支架的軸向沿筒狀殼體軸向延伸，該多葉片式熱交換支架橫截面的多個葉片呈放射狀沿筒狀殼體徑向延伸，各葉片之間留有尾氣通道，所述乙醇水溶液汽化管呈螺旋狀環(huán)繞定位在多葉片式熱交換支架上，熱交換面積增大，熱交換較充分，使尾氣在經(jīng)過時，能夠與多葉片式熱交換支架進行充分的熱交換，通過多葉片式熱交換支架吸收和釋放熱量，保持乙醇水溶液汽化箱的高溫狀態(tài)，以提高乙醇水溶液的汽化效果。所述多葉片式熱交換支架橫截面的多個葉片呈放射狀延伸，通?？蔀槊鬃中位蚴中谓Y構，各葉片上沿軸向分別設有若干用于固定乙醇水溶液汽化管的定位槽，這種結構的多葉片式熱交換支架能夠通過葉片上設置的定位槽，將呈螺旋狀延伸環(huán)繞在多葉片式熱交換支架上的乙醇水溶液汽化管牢牢地支撐固定在用于尾氣通過的筒狀殼體中，能防止乙醇水溶液汽化管因振動而損壞，同時還能將聚集的熱量傳導給乙醇水溶液汽化管，提高乙醇水溶液的汽化效果。
[0046]由于所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱包括尾氣通過管和外筒，尾氣通過管位于外筒腔內且兩端外伸分別與排氣管、乙醇水溶液汽化箱連接，用于發(fā)動機排放的尾氣通過;外筒與尾氣通過管之間為密閉腔，該密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于中間的腔室填充Ir/Ce02催化劑形成重整氫氣室，位于尾氣通過管上游一側腔室的外筒壁設置乙醇水蒸汽進口，乙醇水蒸汽進口與前篩狀擋板之間形成乙醇水蒸汽室，位于尾氣通過管下游一側腔室的外筒壁設置氫氣出口，氫氣出口與后篩狀擋板之間形成氫氣室。這種結構的乙醇水蒸汽重整氫氣箱能夠將從乙醇水蒸汽進口進入的乙醇水蒸汽室，在尾氣通過管傳導的高溫和重整氫氣室中的Ir(銥)/Ce02(二氧化鈰)催化劑的作用下，通過重整方式轉化為氫氣，其反應式為
[0047]CH3CH2OH+3H2O46H2+2CO2，ΔΗΘ = 174.2kJ/mol
[0048]此化學反應是乙醇產生出(氫氣)的最理想的反應，不僅從乙醇分子中提取了 H元素，還提取了H20(水)中H元素，產生的出中一半來自水，避免了電解水產生出的高耗能，因此是產H2率最高的反應。按此反應式不難算出，IKg CH3CH2OH(乙醇)蒸汽重整可產生H2260.878，0130120!1的熱值為29.7111/1^、氫氣的熱值為14310/1^，固260.878 H2的熱值為37.30MJ，比IKg CH3CH2OH的熱值多出7.6MJ，熱值增加率為25.59%。其熱值遠遠優(yōu)于以下乙醇轉化為氫氣的其它化學反應效果:
[0049]I)氧化
[0050]CH3CH2OH+1/202^3H2+2C0, ΔΗΘ = 14.lkj/mol[0051 ] CH3CH2OH+3/2O243H2+2CO2，ΔΗθ = -554.0kJ/mol
[0052]2)氧化重整
[0053]CH3CH2OH+2H2O+I/2O245H2+2CO2，ΔΗθ = -68.5kJ/mol
[0054]CH3CH20H+H20+02^4H2+2C02, ΔΗΘ = -311.3kJ/moI
[0055]3)直接裂解
[0056]CH3CH20H^C0+CH4+H2, ΔΗΘ = 49.8k J/mo I
[0057]CH3CH2OH^CO+C+3H2，ΔΗΘ = 124.6k J/mo I
[0058]其氫氣產生量又優(yōu)于反應式為
[0059 ] CH3CH20H+H20^4H2+2C0，ΛΗΘ = 256.8kJ/mo I 的水蒸汽重整反應。
[0060]乙醇產生氫氣的化學反應最終產物取決于對催化劑的選擇。而采用Ir/Ce02催化劑對乙醇水蒸氣重整具有很高的催化活性和選擇性，乙醇的轉化率達到100%，產生的氣體中H2占73.8%，C02占24.2%，接近理論值(理論值:中H2占75%，C02占25%)。其余的CH4占2 %，CO在整個乙醇重整過程中幾乎為零，且化學反應的溫度要求較低(350-650 °C)，正好與發(fā)動機排放的尾氣經(jīng)過乙醇水蒸汽重整氫氣箱時的溫度相適應，比其它貴金屬(Pt、Ru、Rh、Pd)催化劑反應溫度在650-800°C的催化活性和選擇性更好。既能避免因溫度過高易引起催化劑燒結報廢，又有效地節(jié)約了能源。而Ir(銥)系催化劑的活性很強，對出的選擇性很高，具有高活性和高選擇性，是有很高價值的乙醇水蒸氣重整反應催化劑;Ce02( 二氧化鈰)催化劑的助劑，具有獨特氧化還原性能和適宜酸堿性，CeO2載體不僅有利于乙醇的分解和中間產物的低溫轉化，而且還有利于促進水汽變換反應，提高氫氣選擇性和催化劑的穩(wěn)定性，大大地提高Ir的活性。
[0061 ]將此化學反應的溫度控制在350-650°C為最佳，350°C時乙醇的轉化率接近100%，反應過程中乙醇和中間體，如乙醛、丙酮等將全部轉化為氫氣、一氧化碳(CO)和甲烷，生成的CO通過水煤氣的轉移反應得到二氧化碳(CO2)，在重整過程中CO的濃度幾乎為O。為此，乙醇水蒸汽重整氫氣箱與發(fā)動機排氣管連接，正好適應此溫度段選擇，并有利于本發(fā)明的利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置在轎車上的布置。
[0062]在尾氣通過管的管腔中設有多葉片式熱交換器，所述尾氣通過管的管腔中設有多葉片式熱交換器，多葉片式熱交換器的軸向沿尾氣通過管軸向延伸，多葉片式熱交換器橫截面的多個葉片呈放射狀沿尾氣通過管徑向延伸，與尾氣通過管的管壁相連，各葉片之間留有尾氣通道。通過設置的多葉片式熱交換器的熱傳導，更有利于保持乙醇水蒸汽重整氫氣箱的溫度。
[0063]進而，在所述乙醇水溶液輸送管的中段設有一熱傳導裝置，乙醇水溶液輸送管的后段與汽化管的乙醇水溶液進口相連，所述乙醇水溶液輸送管后段的外表面覆蓋有保溫隔熱層?？梢允挂掖妓芤狠斔凸苤辛鹘?jīng)的乙醇水溶液，在經(jīng)過熱傳導裝置時，能夠得到預熱后再進入汽化管，提高汽化效率。而所述熱傳導裝置為汽車散熱器，或者與汽車散熱器相貼的散熱裝置，所述乙醇水溶液輸送管的中段呈蛇形彎曲，固定在汽車散熱器上，或固定在與汽車散熱器相貼的散熱裝置上。這樣能夠利用發(fā)動機散熱的溫度將乙醇水溶液輸送管中的乙醇水溶液預熱至80°C左右，充分利用發(fā)動機散熱技術為乙醇水溶液預熱升溫，不需再增加熱源預熱，極大降低成本。
[0064]并且，所述氫氣供氣管還可以通過一供氣歧管連接氫氣燃料電池，所述供氣歧管上設置第二電控閥，該第二電控閥與控制模塊電連接。這樣可以使氫氣提供給氫氣燃料電池使用，解決氫氣燃料電池連續(xù)發(fā)電問題。通過氫氣燃料電池為電動機供電，還能解決汽車的電驅動問題，為實現(xiàn)混合動力車提供條件。
[0065]本發(fā)明旨在制造一簡單的裝置，充分利用汽車發(fā)動機尾氣余熱，首先汽化乙醇(CH3CH2OH)和水(H2O)溶液，乙醇水蒸汽在催化劑的作用下重整產生氫氣(H2)，以氫氣作為燃料，替代汽車使用的汽油、柴油、天然氣等燃料;并且，該技術方案也可以為氫氣燃料電池提供氫氣，通過氫氣燃料電池為電動機供電，由電動機驅動汽車行駛，為混合動力車的實現(xiàn)提供條件。由此既解決了汽車的氫氣攜帶問題，也有效地解決了液相燃料在缸內汽化，所存在的需吸收能量和汽化的時間的問題。
[0066]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
【附圖說明】
[0067]圖1為本發(fā)明的結構不意圖；
[0068]圖2為利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置的結構圖；
[0069]圖3為圖2的A-A向剖視圖；
[0070]圖4為圖2的B-B向剖視圖。
【具體實施方式】
[0071]本發(fā)明涉及一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其應包括通常汽車所具有的底盤、車身、動力傳動機構、行走系統(tǒng)、方向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等常規(guī)結構。本實施例重在闡述可以以氫氣為燃料的汽車的氫氣燃料輸送管路、尾氣排放裝置，以及利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的裝置。
[0072]參見圖1至圖4，一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，包括設置于汽車上的發(fā)動機，該發(fā)動機I的排氣歧管2連接排氣管3，排氣管3上安裝有汽車催化轉換器3a，該汽車催化轉換器3a可采用三元催化器或二元催化器，其作用是氧化消除發(fā)動機排放廢氣中的CH、C0。所述發(fā)動機為以氫氣為燃料的發(fā)動機1，所述發(fā)動機I的燃料進氣口通過氫氣供氣管33經(jīng)第一電控閥17連接氫氣儲備瓶16的出氣口 16b。所述第一電控閥17可以直接安裝在氫氣儲備瓶出氣口 16b上，也可以通過管道與氫氣儲備瓶出氣口 16b連接，通過第一電控閥17控制氫氣儲備瓶出氣。一利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置連接在汽車催化轉換器3a的下游端，該利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置由相互連通的乙醇水溶液汽化箱19和乙醇水蒸汽重整氫氣箱5構成，乙醇水溶液汽化箱19和乙醇水蒸汽重整氫氣箱5通過法蘭連接，也可采用焊接方式連接。其中，所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱5內設有與汽車催化轉換器3a相連的尾氣通過管29和填充有催化劑18，所述乙醇水溶液汽化箱19連接消聲器6。所述乙醇水溶液汽化箱19內設有乙醇水溶液汽化管24，該汽化管24的乙醇水溶液進口 24a通過乙醇水溶液輸送管10與設于乙醇水溶液箱8中的液體電動計量栗9連接，為防止防止高壓乙醇水蒸汽返流，也可以在乙醇水溶液輸送管10中設置一單向閥；所述汽化管24的乙醇水蒸汽出口 24b通過蒸汽管13連接乙醇水蒸汽重整氫氣箱5設置的乙醇水蒸汽進口 5a。乙醇水蒸汽重整氫氣箱5設置的氫氣出口 5b連通一除濕冷卻裝置15的進口15a，氫氣出口 5b與除濕冷卻裝置15的進口 15a之間通過氫氣輸出管14連通，可以有利于除濕冷卻裝置15在車上的安裝布置。所述除濕冷卻裝置15的出口 15b通過氫氣輸送管12經(jīng)氣體電動栗34、單向閥35連接氫氣儲備瓶16的進氣口 16a，該氫氣儲備瓶的進氣口 16a設有氫氣壓力傳感器36。經(jīng)除濕冷卻裝置15除濕后的氫氣，能夠被氣體電動栗34抽送經(jīng)單向閥35進入氫氣儲備瓶16內，并根據(jù)氫氣壓力傳感器36采集的壓力信息，調節(jié)乙醇水溶液的供給量，進而控制氫氣的產生量。所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱5設有溫度傳感器4，該溫度傳感器4用于采集乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的溫度信息。所述溫度傳感器4、液體電動計量栗9、第一電控閥17、氣體電動栗34、氫氣壓力傳感器36分別通過導線與一控制模塊7電連接，由控制模塊7處理數(shù)據(jù)進行控制。而除濕冷卻裝置15可采用通用的氣體除濕器，也可采用風冷式除濕器。該風冷式除濕器的殼體的內腔底部中間特設一用于冷凝水聚集的凹型集水區(qū)，凹型集水區(qū)設有機械壓力閥，機械壓力閥采用塑料外殼，密封活塞采用軟的尼龍作為密封件，密封活塞由不銹鋼彈簧施與預壓力，當冷凝水聚集到一定量，超過預設的壓力時，機械壓力閥的密封活塞打開放水。風冷式除濕器上還可設置溫度傳感器和電子風扇，當汽車正常行駛時，由空氣流冷卻；當汽車停止怠速運轉時，由溫度傳感器采集信號至控制模塊7，通過控制模塊7運算判斷溫度是否超過預設的溫度來控制電子風扇工作，當風冷式除濕器的溫度沒有超過預設的溫度，電子風扇不工作，當風冷式除濕器的溫度超過預設的溫度，電子風扇運轉吹風對風冷式除濕器強制降溫，以保證氫氣能在風冷式除濕器中得到除濕冷卻。所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱5設有溫度傳感器4，該溫度傳感器4用于采集乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的溫度信息。所述溫度傳感器4、液體電動計量栗9、氣體電動栗34、氫氣壓力傳感器36、第一電控閥17分別通過導線與一控制模塊7電連接，由控制模塊7處理數(shù)據(jù)控制。
[0073]參見圖2、圖3，所述乙醇水溶液汽化箱19由用于汽車尾氣通過的筒狀殼體26和乙醇水溶液汽化管24構成。所述乙醇水溶液汽化管24設于筒狀殼體26內，該汽化管24的乙醇水溶液進口 24a設于筒狀殼體26下游端側壁，汽化管24的乙醇水蒸汽出口 24b設于筒狀殼體26上游端側壁，汽化管24與筒狀殼體26之間留有尾氣通道27。所述用于尾氣通過的筒狀殼體26的內腔設有多葉片式熱交換支架23，所述多葉片式熱交換支架23的縱向沿筒狀殼體26軸向延伸，該多葉片式熱交換支架23橫截面的多個葉片呈放射狀沿筒狀殼體26徑向延伸，與筒狀殼體26連接固定，其固定方式可采用點焊固定或其它方式固定，各葉片之間留有尾氣通道27，所述乙醇水溶液汽化管24呈螺旋狀延伸纏繞定位在多葉片式熱交換支架23上，熱交換面積增大，熱交換較充分。所述葉片式熱交換支架23的橫截面一般為米字形或十字形結構，葉片的數(shù)量增多熱交換效果更好，但需要考慮提過多的葉片對尾氣通道27空間的占比，過高的占比會影響尾氣的排放，使得排所背壓增大，影響發(fā)動機的正常工作，可通過適當擴尾氣通道27的內徑來解決。各葉片上沿軸向分別設有若干用于固定乙醇水溶液汽化管24的定位槽28，這些定位槽28能夠使螺旋狀乙醇水溶液汽化管24牢固地支撐定位在多葉片式熱交換支架23上。所述用于尾氣通過的筒狀殼體26的兩端分別設有法蘭連接盤22，用于分別與乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的尾氣通過管29和消聲器6法蘭連接固定，便于更換維修時的拆裝。
[0074]參見圖2、圖4，所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱5包括尾氣通過管29和外筒30，所述尾氣通過管29位于外筒30腔內且兩端外伸分別與汽車催化轉換器3a、乙醇水溶液汽化箱19連接。所述尾氣通過管29兩外伸端分別設置法蘭連接盤22與汽車催化轉換器3a、乙醇水溶液汽化箱19法蘭連接，有利于更換維修時的拆裝。外筒30與尾氣通過管29之間為密閉腔，該密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于中間的腔室填充Ir/Ce02催化劑形成重整氫氣室18，所述溫度傳感器4設于重整氫氣室18，溫度傳感器4以設置在重整氫氣室18的中部位置為佳，用于檢測重整氫氣室18的溫度。位于尾氣通過管29上游一側腔室的外筒壁設置乙醇水蒸汽進口5a，乙醇水蒸汽進口 5a與前篩狀擋板20a之間形成乙醇水蒸汽室31。乙醇水蒸汽室31能夠使從狹小的汽管13進入乙醇水蒸汽室31后，體積得到了幾百倍的擴張，其壓強自然成幾何倍數(shù)下降，不會產生過高的蒸汽壓力，因為過高的蒸汽壓強必然產生快速的氣流，會導致乙醇水蒸汽與催化劑接觸時間過短，從而影響乙醇水蒸汽重整化學反應。在位于尾氣通過管29下游一側腔室的外筒壁設置氫氣出口 5b，氫氣出口 5b與后篩狀擋板20b之間形成氫氣室32，有利于氫氣聚集輸送出乙醇水蒸汽重整氫氣箱5。在所述尾氣通過管29的管腔中設有多葉片式熱交換器25，多葉片式熱交換器25的軸向沿尾氣通過管29軸向延伸，多葉片式熱交換器25橫截面的多個葉片呈放射狀沿尾氣通過管29徑向延伸，與尾氣通過管29的管壁相連，可通過焊接固定，各葉片之間留有尾氣通道27。所述葉片式熱交換器25的橫截面一般為米字形或十字形結構，葉片的數(shù)量增多熱交換效果更好，能提高葉片式熱交換器25的傳熱效率。
[0075]所述乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸汽重整氫氣箱5、排氣管3的外表面均可以覆蓋保溫隔熱層21。這樣可以保持乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸汽重整氫氣箱5、排氣管3內經(jīng)過的發(fā)動機排放的尾氣溫度，防止在汽車行駛時產生氣流帶走乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸汽重整氫氣箱5和排氣管3的表面溫度，造成乙醇水溶液汽化箱19、乙醇水蒸汽重整氫氣箱5和排氣管3的熱能快速散失。
[0076]本發(fā)明不僅僅局限于上述實施例，為了提高乙醇水溶液的汽化效率，還可以在所述乙醇水溶液輸送管10的中段1a設有一熱傳導裝置38，乙醇水溶液輸送管10的后段1b與汽化管24的乙醇水溶液進口 24a相連，并在所述乙醇水溶液輸送管10后段1b的外表面覆蓋有保溫隔熱層。這樣能使乙醇水溶液輸送管中流經(jīng)的乙醇水溶液，在經(jīng)過熱傳導裝置時，能夠得到預熱后再進入汽化管，提高汽化效率。而所述熱傳導裝置38可以為汽車散熱器，也可以采用與汽車散熱器相貼的散熱裝置，該散熱裝置吸收汽車散熱器的熱量并傳導給乙醇水溶液輸送管10。所述乙醇水溶液輸送管10的中段1a呈蛇形彎曲，固定在汽車散熱器上，或固定在與汽車散熱器相貼的散熱裝置上，可以使乙醇水溶液在流經(jīng)該蛇形彎曲段時，行程和通過時間更長，能夠使乙醇水溶液預熱達80°C左右后再通過乙醇水溶液輸送管10的后段1b進入汽化管24，充分利用了汽車散熱器傳導的熱能提高預熱效果。
[0077]本發(fā)明不僅僅局限于上述實施例，還可以在所述氫氣供氣管33上設置一供氣歧管33a，通過該供氣歧管33a連接氫氣燃料電池37，并在所述供氣歧管33a上設置第二電控閥11，該第二電控閥11通過導線與控制模塊7電連接。這樣可以使氫氣提供給氫氣燃料電池使用，解決氫氣燃料電池連續(xù)發(fā)電問題。通過氫氣燃料電池為電動機供電，還能解決汽車的電驅動問題，為實現(xiàn)混合動力車提供條件。
[0078]由于氫氣是世界上最輕的物質，其分子最小，為避免氫氣泄漏，本發(fā)明的氫氣供氣管33、供氣歧管33a、氫氣輸送管12、氫氣輸出管14、氣體電動栗34、單向閥35、氫氣壓力傳感器36、氫氣儲備瓶16，以及氫氣儲備瓶進氣口 16a、氫氣儲備瓶出氣口 16b，乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的氫氣出口 5b、除濕冷卻裝置15的進口 15a和出口 15b、第一電控閥17、第二電控閥11等設置的管接頭，以采用蒙耐爾合金材料制作為佳。
[0079]采用本發(fā)明的氫氣汽車，為提高乙醇水溶液汽化箱19的熱交換效率，可將3.5噸以下小型汽車排氣管一般為6cm的直徑，增大為12cm，其它大噸位的汽車也可效仿其外徑翻倍的方法。
[0080]需說明的是，由于本發(fā)明使用的催化劑溫度要求在350-650°C，乙醇水蒸汽重整氫氣箱5布置在汽車排氣管尾氣溫度在600 °C左右處(此處安裝空間較大)，經(jīng)乙醇水蒸汽重整反應后(此化學反應是吸熱反應)，尾氣溫度衰減到350-40(TC進入乙醇水溶液汽化箱19，此溫度段正好達到水的臨界溫度(374.15°C)，可使乙醇水溶液完全被汽化，汽化乙醇水溶液過程的大量熱交換，使汽化箱19出口處的溫度將低于200°C。由于乙醇水溶液汽化管24是纏繞在葉片式熱交換支架上吸熱，熱交換面積增大，熱交換較充分，乙醇水溶液從低溫區(qū)向高溫區(qū)運動形成汽化。如果把乙醇水溶液汽化箱19設置到乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的前面與發(fā)動機排氣管3連接，乙醇水溶液的汽化不是問題，但尾氣到達后面的乙醇水蒸汽重整氫氣箱5時，溫度得不保證，且乙醇水溶液汽化箱19產生壓力更高的高壓乙醇水蒸汽，會影響乙醇水蒸汽重整化學反應。
[0081 ]本發(fā)明氫氣汽車與燃油汽車的尾氣能量回收分析(以1.8L小汽車發(fā)動機平均功率100KW/小時為例)
[0082]采用燃油汽車，功率100KW/小時= 360MJ/小時，汽油的熱值為46MJ/Kg，360MJ/小時+ 46MJ/Kg = 7.826Kg/小時，即燃油汽車每小時消耗7.826Kg汽油，換算成體積為7.826Kg+ 0.737Kg/L=10.62L，即燃油汽車每小時消耗10.62升汽油，按汽車發(fā)動機平均熱效率30 % (108MJ用于做功)，發(fā)動機尾氣釋放50 % (即180MJ)，發(fā)動機冷卻水循環(huán)釋放20 % (即72MJ)。
[0083]采用本發(fā)明氫氣汽車，換算成乙醇的消耗，IKg乙醇重整反應產生氫氣260.87g的熱值為37.30MJ，較IKg的乙醇熱值多出7.6MJ，熱值增加率為25.59%(即燃燒同一單位質量地乙醇重整反應產生的氫氣比燃燒同一單位質量地乙醇釋放的能量多25.59%，即做同樣的功節(jié)能25.59% )。該氫氣汽車功率360MJ/小時+ 37.3MJ/Kg = 9.65Kg/小時，即該汽車每小時消耗9.65Kg乙醇；乙醇的臨界溫度為243.10 °C，比熱容為3.582KJ/Kg.V，如果直接燃燒液態(tài)9.65Kg乙醇，理論上將9.65Kg液態(tài)乙醇在缸內汽化，由液相轉變?yōu)闅庀嘈栉漳芰繛?9.65Kg X 3.582KJ/Kg.°C X (243.1 °C (臨界溫度)_25°C (初始溫度)〕=28.86MJ。由于本發(fā)明改變了燃燒方式，所以這部分能量應視為本發(fā)明的節(jié)能，即節(jié)能增加28.86MJ/小時+360MJ/小時= 8.02%，則本發(fā)明氫氣汽車節(jié)能率為25.59% +8.02% = 33.61 %。
[0084]乙醇水溶液汽化吸收的能量分析:
[0085]取生物乙醇的粗成品，含12.5%乙醇(質量)的水溶液，那么本發(fā)明氫氣汽車每小時消耗12.5 %的乙醇水溶液=9.65Kg +12.5 % = 77.2Kg。水的比熱容為4.2KJ/Kg.°C，乙醇的比熱容為3.582KJ/Kg.°C，且比熱容隨溫度和壓力的升高而升高，在此就取初值，那么將77.2Kgl2.5%的乙醇水溶液從25°C升高到375°C乙醇水蒸汽所需吸收的能量為:水77.2KgX 87.5 % X 4.2KJ/Kg.°C X〔 375 °C (臨界溫度)-25 °C (初始溫度)〕+ 乙醇77.2Kg X 12.5 % X3.582KJ/Kg.°C X〔 375 °C (臨界溫度)_25°C (初始溫度)〕= 111.397MJ。即該汽車每小時汽化77.2Kgl2.5 %的乙醇水溶液需從尾氣中回收111.397MJ的能量。
[0086]乙醇水蒸汽重整氫氣反應吸收的能量分析:
[0087]根據(jù)乙醇水蒸汽重整氫氣的化學反應式:
[0088]CH3CH2OH+3H2O46H2+2CO2，ΔΗΘ = 174.2k J/mo I
[0089]該化學反應是吸熱反應，重整lmolCH3CH20H(46g)需吸收能量174.2kJ，那么將77.2Kgl2.5%的乙醇水溶液中乙醇重整需要吸收能量為:77.2Kg X 12.5% + 46g X 174.2kJ= 36.544MJ0
[0090]由此可見乙醇水溶液汽化物理反應與乙醇水蒸汽重整化學反應共回收尾氣能量為111.397+36.544= 147.941MJ,能量回收率為147.941+ 180(尾氣能量)=82.19%，82.19%的能量回收率符合現(xiàn)有的熱交換回收較高水平。通過以上粗略的計算可以看出，1.8L小汽車發(fā)動機平均功率100KW/小時的尾氣余熱，約可汽化重整12.5%的乙醇水溶液產生氫氣為77.2Kg X 12.5% X 260.87 = 2.52Kg，而氫氣的熱值為143MJ/Kg，所以產生的氫氣的總熱值為143MJ/KgX 2.52Kg = 360.36MJ，大致符合假定的“1.8L小汽車發(fā)動機平均功率100KW/小時”條件。也就是說理論可以通過乙醇重整產生氫氣的方案，滿足以單一氫氣為燃料的汽車發(fā)動機需要。
[0091 ]現(xiàn)有的家庭小汽車的油箱的容積一般在80升左右，大概只能裝77.2Kg乙醇水溶液。本發(fā)明氫氣汽車可直接利用纖維素制生物乙醇工業(yè)粗產品[10%左右乙醇(質量)的水溶液]，只需在粗產品基礎上一次性的蒸餾提純，去除粗產品中的礦物質和硫化物，因為礦物質和硫化物可使催化劑中毒失效，其粗成品價格應該很低。如考慮節(jié)約氣化乙醇水溶液的能量和更大的繼航里程，可考慮加大乙醇的占比，最大的乙醇水摩爾比為I比3[即為含46%乙醇(質量)的水溶液]，但較高的乙醇水比有利于乙醇水蒸汽重整反應，較為理想的乙醇水摩爾比為I比6[即為含12.44%乙醇(質量)的水溶液]。
[0092]本發(fā)明利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車冷啟動時，控制模塊控制第一電控閥17開啟，氫氣儲備瓶16儲備的氫氣經(jīng)氫氣供氣管33進入發(fā)動機I燃燒做功，燃燒后的氣體依次經(jīng)排氣管3、汽車催化轉換器3a、乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的尾氣通過管29、乙醇水溶液汽化箱19、消聲器6排出，汽車即可在發(fā)動機的動力作用下驅動行駛。當溫度傳感器4檢測到乙醇水蒸汽重整氫氣箱5的溫度達到350°C，液體電動計量栗9在控制模塊7的控制下工作，將乙醇水溶液箱8中的乙醇水溶液經(jīng)乙醇水溶液輸送管10輸送到乙醇水溶液汽化箱19中的乙醇水溶液汽化管24內，乙醇水溶液在經(jīng)過乙醇水溶液汽化管24的過程中，乙醇水溶液汽化管24吸收從乙醇水溶液汽化箱19通過的發(fā)動機尾氣余熱高溫傳導給乙醇水溶液，使乙醇水溶液在乙醇水溶液汽化管24內形成乙醇水蒸汽，然后進入乙醇水蒸汽重整氫氣箱5中的重整氫氣室18，乙醇水蒸汽在重整氫氣室18中的催化劑和尾氣通過管29傳導的發(fā)動機尾氣余熱高溫作用下重整產生氫氣，產生的氫氣經(jīng)除濕冷卻裝置15除濕冷卻后，通過氫氣輸送管12上的氣體電動栗34抽送氫氣，經(jīng)單向閥35、氫氣壓力傳感器36，從氫氣儲備瓶進氣口 16a進入氫氣儲備瓶16，然后向發(fā)動機I提供氫氣燃料。當氫氣壓力傳感器36檢測到氫氣儲備瓶16中壓力達到預設壓力范圍上限時，反饋信號給控制模塊7降低液體電動計量栗9的轉速，減少乙醇水溶液的供給量;反之，當壓力達到預設壓力范圍下限時，氫氣壓力傳感器36反饋信號給控制模塊7加快液體電動可變轉速計量栗9的轉速，增加乙醇水溶液的供給量，產生更多氫氣。由于氣體電動栗34布置在除濕冷卻裝置15后，避免了高溫氣體對其損壞的概率，其主要作用之一是迅速抽離氫氣室32中的氫氣，使重整氫氣室18中的氣體壓力始終保持在低位，有利于乙醇水蒸汽重整反應;作用之二確保氫氣儲備瓶16中氣體的壓力在預設范圍。單向閥35的設置可防止氫氣儲備瓶16中較高壓力氣體返串，而影響氫氣產生量。氫氣儲備瓶I6作用之一是儲備點火冷啟動的燃料;作用之二是穩(wěn)定氫氣的壓力，避免發(fā)動機因氫氣的壓力不穩(wěn)，運轉時產生波動。由于氫氣儲備瓶16只需儲備點火啟動的所需氫氣，以及保持到溫度傳感器4檢測到350°C的這一時段的用氣量，故氫氣儲備瓶16不需多大的體積即可滿足需要。而盛裝乙醇水溶液的乙醇水溶液箱8采用與現(xiàn)有燃油汽車油箱容積相同或稍大的箱體，就能保證本氫氣汽車具備較長的續(xù)航能力。因而，使氫氣汽車存在的燃料攜帶量和續(xù)航里程相互矛盾的問題得到解決，同時也使氫氣汽車燃料攜帶的安全性問題得到解決，并且不需再建設氫氣加氣站，只需用現(xiàn)有加油站的設備儲備乙醇水溶液，就能普及加乙醇水溶液的問題，加油站的安全也得到提高。
[0093]另外，當將供氣歧管33a上的第二電控閥11開啟后，還能為氫氣燃料電池37提供氫氣燃料，解決了氫氣燃料電池連續(xù)發(fā)電問題。通過氫氣燃料電池為電動機供電，還能解決汽車的電驅動問題，為實現(xiàn)混合動力車提供條件。
【主權項】
1.一種利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，包括設置于汽車上的發(fā)動機，該發(fā)動機(I)的排氣歧管(2)連接排氣管(3)，排氣管(3)上安裝有汽車催化轉換器(3a)，其特征在于:所述發(fā)動機為以氫氣為燃料的發(fā)動機(I )，所述發(fā)動機(I)的燃料進氣口通過氫氣供氣管(33)經(jīng)第一電控閥(17)連接氫氣儲備瓶(16)的出氣口(16b)，一利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置連接在汽車催化轉換器(3a)的下游端，該利用尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣的裝置由相互連通的乙醇水溶液汽化箱(19 )和乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)構成，其中，所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)內設有與汽車催化轉換器(3a)相連的尾氣通過管(29)和填充有催化劑(18)，所述乙醇水溶液汽化箱(19)連接消聲器(6)，該乙醇水溶液汽化箱(19)內設有乙醇水溶液汽化管(24)，該汽化管(24)的乙醇水溶液進口(24a)通過乙醇水溶液輸送管(1 )與設于乙醇水溶液箱(8 )中的液體電動計量栗(9 )連接，汽化管(24)的乙醇水蒸汽出口(24b)通過蒸汽管(13)連接乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)的乙醇水蒸汽進口(5a)，乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)的氫氣出口(5b)連通一除濕冷卻裝置(15)的進口(15a)，該除濕冷卻裝置(15)的出口(15b)通過氫氣輸送管(12)經(jīng)氣體電動栗(34)、單向閥(35)連接氫氣儲備瓶(16)的進氣口(16a)，該氫氣儲備瓶的進氣口( 16a)設有氫氣壓力傳感器(36);所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)設有溫度傳感器(4)，所述溫度傳感器(4)、液體電動計量栗(9)、氣體電動栗(34)、氫氣壓力傳感器(36)、第一電控閥(17)與一控制模塊(7)電連接。2.根據(jù)權利要求1所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述乙醇水溶液汽化箱(19)由用于汽車尾氣通過的筒狀殼體(26)和乙醇水溶液汽化管(24)構成，所述乙醇水溶液汽化管(24)設于筒狀殼體(26)內，該汽化管(24)的乙醇水溶液進口( 24a)設于筒狀殼體(26 )下游端側壁，汽化管(24)的乙醇水蒸汽出口( 24b)設于筒狀殼體(26)上游端側壁，汽化管(24)與筒狀殼體(26)之間留有尾氣通道(27)。3.根據(jù)權利要求2所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述用于尾氣通過的筒狀殼體(26)的內腔設有多葉片式熱交換支架(23)，所述多葉片式熱交換支架(23)的軸向沿筒狀殼體(26)軸向延伸，該多葉片式熱交換支架(23)橫截面的多個葉片呈放射狀沿筒狀殼體(26)徑向延伸，各葉片之間留有尾氣通道(27)，各葉片上沿軸向分別設有若干用于固定乙醇水溶液汽化管(24)的定位槽(28)，所述乙醇水溶液汽化管(24)呈螺旋狀環(huán)繞定位在葉片式熱交換支架(23)上。4.根據(jù)權利要求1所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)包括尾氣通過管(29)和外筒(30)，所述尾氣通過管(29)位于外筒(30)腔內且兩端外伸分別與汽車催化轉換器(3a)、乙醇水溶液汽化箱(19)連接，外筒(30)與尾氣通過管(29)之間為密閉腔，該密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于中間的腔室填充Ir/ CeO2催化劑形成重整氫氣室(18)，所述溫度傳感器(4)設于重整氫氣室(18)，位于尾氣通過管(29)上游一側腔室的外筒壁設置乙醇水蒸汽進口(5a)，乙醇水蒸汽進口(5a)與前篩狀擋板(20a)之間形成乙醇水蒸汽室(31)，位于尾氣通過管(29)下游一側腔室的外筒壁設置氫氣出口(5b)，氫氣出口(5b)與后篩狀擋板(20b)之間形成氫氣室(32)。5.根據(jù)權利要求4所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述尾氣通過管(29)的管腔中設有多葉片式熱交換器(25)，多葉片式熱交換器(25)的軸向沿尾氣通過管(29)軸向延伸，多葉片式熱交換器(25)橫截面的多個葉片呈放射狀沿尾氣通過管(29)徑向延伸，與尾氣通過管(29)的管壁相連，各葉片之間留有尾氣通道(27)。6.根據(jù)權利要求2或5所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:多葉片式熱交換支架(23)、多葉片式熱交換器(25)橫截面的多葉片呈米字形或十字形結構分布。7.根據(jù)權利要求1所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述乙醇水溶液輸送管(10)的中段(1a)設有一熱傳導裝置(38)，乙醇水溶液輸送管(1 )的后段(I Ob )與汽化管(24 )的乙醇水溶液進口( 24a )相連，所述乙醇水溶液輸送管(10)后段(1b)的外表面覆蓋有保溫隔熱層。8.根據(jù)權利要求7所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述熱傳導裝置(38)為汽車散熱器，或者與汽車散熱器相貼的散熱裝置，所述乙醇水溶液輸送管(10)的中段(1a)呈蛇形彎曲，固定在汽車散熱器上，或固定在與汽車散熱器相貼的散熱裝置上。9.根據(jù)權利要求1所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述乙醇水溶液汽化箱(19)、乙醇水蒸汽重整氫氣箱(5)、排氣管(3)的外表面均覆蓋有保溫隔熱層(21)。10.根據(jù)權利要求1所述的利用汽車尾氣余熱重整乙醇水蒸汽制氫氣燃料的汽車，其特征在于:所述氫氣供氣管(33)通過一供氣歧管(33a)連接氫氣燃料電池(37)，所述供氣歧管(3 3 a )上設置第二電控閥(11 )，該第二電控閥(11)與控制模塊(7 )電連接。
【文檔編號】F02B43/10GK105822409SQ201610312228
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王東亮
【申請人】王東亮