一种利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置的制作方法

本发明涉及发动机余热利用技术领域，特别是涉及一种利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置。

背景技术：

目前市场上的发动机一般为汽油直接启动或将天然气、醇类燃料加热启动，需要增加辅助油箱，结构相对复杂，成本高，故此种方式不能很好的解决低温启动问题。另外，一些装置加热效果很差，也不能很好地解决低温启动问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是为了解决低温启动问题，而提供一种利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置。

特别地，本发明提供了一种利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置，包括：

进气系统，包括进气管路，用于为进入发动机的气体提供流入通道；

发动机总成，用于燃烧从所述进气管路进入的气体以为车辆提供动力，包括第一进气口和第一出气口，所述第一进气口与所述进气管路连通；和

EGR-甲醇裂解集成器，与所述发动机总成的所述第一出气口连通，用于将从所述发动机总成中排出的部分废气重新引入所述进气系统以被所述发动机总成重复利用；

其中，所述EGR-甲醇裂解集成器在废气循环过程中，利用发动机废气余热将喷射其内的甲醇裂解成一氧化碳和氢气，以实现所述发动机低温冷启动工作。

可选地，EGR-甲醇裂解集成器包括：

EGR冷却器，内部设置有冷却水；和

设置于所述EGR冷却器内的催化裂解装置，所述废气从所述催化裂解装置通过，以利用所述废气的余热使所述催化裂解装置中的甲醇汽化、燃烧和裂解。

可选地，所述催化裂解装置包括:

至少一根管道，用于流通所述废气；

包裹于至少一根管道外部的壳体，所述壳体内与管道外之间具有空间，用于流通甲醇蒸汽，所述空间内设置有筛网，以承载低温催化剂，用于催化甲醇燃烧和裂解；

其中，从所述管道中流通的废气将热量传递至所述空间，以将所述甲醇汽化为甲醇蒸汽，同时，从所述管道中流通的废气将热量传递给所述空间内的低温催化剂，激活部分所述低温催化剂，以催化所述甲醇蒸汽燃烧放热，放出的热量进一步激活其他低温催化剂，从而催化所述甲醇蒸汽裂解。

可选地，所述低温催化剂为贵金属催化剂。

可选地，所述催化裂解装置与所述EGR混合器之间通过第一管道连通，以将所述催化裂解装置中的废气、未裂解的甲醇蒸汽、甲醇蒸汽裂解后产生的一氧化碳和氢气输入给所述EGR混合器。

可选地，还包括甲醇供给装置，所述甲醇供给装置包括：

储存器，用于存储甲醇液体；

进油管，其一端与所述储存器相连，用于输送高压的甲醇液体；和

喷油器，与所述进油管的另一端相连，设置于所述催化裂解装置内部，用于将所述甲醇液体雾化并喷进所述催化裂解装置。

可选地，所述进气管路的前端由前至后还包括：顺次连接的

第二进气口，用于输入新鲜空气；

节气门；和

EGR混合器，用于将从所述第二进气口输出的新鲜空气与从EGR-甲醇裂解集成器输出的混合气体混合，以输送给所述发动机，其中，从EGR-甲醇裂解集成器输出的混合气体包括进入到所述EGR-甲醇裂解集成器的废气、未裂解的甲醇蒸汽、甲醇蒸汽裂解后产生的一氧化碳和氢气。

可选地，所述发动机总成包括：

发动机；

与发动机进气侧连接的进气歧管总成，所述第一进气口设置于所述进气歧管总成的一侧，从所述第一进气口进入的气体通过所述进气歧管总成后输入给发动机；和

与发动机出气侧连接的排气歧管总成，所述排气歧管总成与所述第一出气口连接，以将所述发动机内的废气通过所述排气歧管总成后由所述第一出气口排出。

可选地，所述第一出气口与所述EGR-甲醇裂解集成器之间还设置有EGR管道，用于将所述排气歧管总成排出的部分废气引入到所述EGR-甲醇裂解集成器中被重复利用。

本发明的EGR-甲醇裂解集成器，将甲醇裂解装置集成于EGR-甲醇裂解集成器中，利用发动机废气的余热，在EGR循环过程中将热量传递给甲醇用于甲醇裂解，充分利用了发动机废气余热。

进一步地，本发明将催化裂解装置集成在EGR冷却器内，废气中的余热既能被冷却也能被催化裂解装置充分利用，将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，充分利用废热的同时，裂解后的气体进入到发动机燃烧，可以有效提高发动机燃烧效率。

进一步地，本发明将甲醇裂解装置集成在EGR冷却器内，设计理念先进，集成性优越，系统结构简单。本发明系统零件较少且较小，利于布置，成本低、安装方便，安全性可靠性好、易于产业化。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置的示意性透视图；

图2是根据本发明一个实施例的EGR-甲醇裂解集成器的示意性透视图；

图3是根据本发明一个实施例的催化裂解装置的示意性截面图；

图4是根据本发明一个实施例的催化裂解装置的侧面示意图以及甲醇被汽化、燃烧及裂解的空间分布示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置100的示意性透视图。本发明的利用发动机余热进行甲醇裂解的废气循环装置100一般性地可包括进气系统10、发动机总成20和EGR-甲醇裂解集成器30。其中，进气系统10包括进气管路11，用于为发动机进气气体提供流入通道。发动机总成20用于燃烧从进气管路11进入的气体为车辆提供动力，包括第一进气口21和第一出气口22，所述第一进气口21与所述进气管路11连通。EGR-甲醇裂解集成器30设置于所述发动机总成20的所述第一出气口22侧，用于将从所述发动机中排出的部分废气重新引入所述进气系统10被重复利用。其中，所述EGR-甲醇裂解集成器30在废气循环过程中，利用发动机废气余热将甲醇裂解成一氧化碳和氢气，以实现所述发动机低温冷启动工作。

本发明的EGR-甲醇裂解集成器30利用发动机废气的余热，在EGR循环过程中将热量传递给甲醇用于甲醇裂解，充分利用了发动机废气余热。

图2示出了本发明一个实施例的EGR-甲醇裂解集成器30的示意性透视图。作为一个具体的实施例，EGR-甲醇裂解集成器30可以包括集成于一体的EGR冷却器32和催化裂解装置31。其中，EGR冷却器32内部设置有冷却水。催化裂解装置31设置于所述EGR冷却器32内，所述废气从所述催化裂解装置31通过，以利用所述废气的余热使所述甲醇汽化、燃烧和裂解。

本发明将催化裂解装置31集成在EGR冷却器32内，废气中的余热既能被冷却又能被催化裂解装置31充分利用，将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，充分利用废热的同时，裂解后的气体进入到发动机燃烧，可以有效提高发动机燃烧效率。

作为一个具体实施例，如图1所示，本发明的所述进气管路11处还可以包括第二进气口12、节气门13和EGR混合器14。第二进气口12用于输入新鲜空气。EGR混合器14用于将从所述第二进气口12输出的新鲜空气与从EGR-甲醇裂解集成器30输出的混合气体混合，以输送给所述发动机，其中，从EGR-甲醇裂解集成器30输出的混合气体包括进入到所述EGR-甲醇裂解集成器30的废气、未裂解的甲醇蒸汽、甲醇蒸汽裂解后产生的一氧化碳和氢气。具体地，如图3所示，所述催化裂解装置31与所述EGR混合器14之间通过第一管道40连通，以将所述催化裂解装置31中的废气、未裂解的甲醇蒸汽、甲醇蒸汽裂解后产生的一氧化碳和氢气输入给所述EGR混合器14。具体地，由于催化裂解装置31中甲醇燃烧放出大量的热，使得，未裂解的甲醇蒸汽以及甲醇裂解产生的一氧化碳和氢气的温度较高，与废气一起在通过第一管道40时，混合气体温度都比较高，因此需要将第一管道40设置在EGR冷却器32内，第一管道40周围以及催化裂解装置31周围都是流通的冷却水，以冷却混合气体，使得在EGR混合器14中混合的气体温度大大降低。

作为具体实施例，如图1和图2所示，本发明的废气循环装置100还包括甲醇供给装置50，所述甲醇供给装置50可以包括储存器51、进油管52和喷油器53。储存器用于存储甲醇液体。进油管52一端与所述储存器51相连，用于输送高压的甲醇液体。喷油器53与所述进油管52的另一端相连，设置于所述催化裂解装置31内部，用于将所述甲醇液体雾化并喷进所述催化裂解装置31。具体地，存储在储存器51内的甲醇通过进油管52输送给喷油器53，所述喷油器53将甲醇液体以雾化的形式喷出到催化裂解装置31(图2所示)中进行反应。喷油器53以雾化的形式喷出甲醇使得甲醇更易在加热状态下汽化。

作为一个具体实施例，如图1所示，所述发动机总成20可以包括发动机25、进气歧管总成23和排气歧管总成24。其中，进气歧管总成23设置于发动机25进气侧连接，所述第一进气口21设置于所述进气歧管总成23的一侧，从所述第一进气口21进入的气体通过所述进气歧管总成23后输入给发动机25。排气歧管总成24设置于发动机25出气侧连接，所述排气歧管总成24与所述第一出气口22连接，以将所述发动机25内的废气通过所述排气歧管总成24后由第一出气口22排出。所述第一出气口22与所述EGR-甲醇裂解集成器30之间还设置有EGR管道60，用于将所述排气歧管总成24排出的部分废气引入到所述EGR-甲醇裂解集成器30中被重复利用。

本发明将甲醇裂解装置集成在EGR冷却器32，设计理念先进，集成性优越，系统结构简单。本发明系统零件较少且较小，利于布置。成本低、安装方便，安全性可靠性好、易于产业化。

图3示出了发明一个实施例的催化裂解装置31的示意性截面图。作为具体实施例，所述催化裂解装置31包括至少一根管道311和包裹于至少一根管道311外部的壳体312。其中，至少一根管道311用于流通所述废气。包裹于至少一根管道311外部的壳体312内与管道311外之间具有空间313，用于流通甲醇蒸汽，所述空间313内设置有筛网，以承载低温催化剂，用于催化甲醇燃烧和裂解。其中，从所述管道311中流通的废气将热量传递给所述空间313内，以将所述甲醇汽化为甲醇蒸汽，同时，从所述管道311中流通的废气将热量传递给所述空间313内的低温催化剂，激活部分所述低温催化剂，以催化所述甲醇蒸汽燃烧放热，放出的热量进一步激活其他低温催化剂，从而催化所述甲醇蒸汽裂解。

具体地，如图3所示，壳体312为圆柱形空心壳体312，管道311分布于壳体312内，并且管道311与管道311之间并排设置。发动机废气从管道311内部通过，甲醇及催化剂设置于空间313处，发动机废气的热量通过管道壁传递给处于空间313内部的甲醇及催化剂。当然，实际应用过程中，管道311以及壳体312的形状尺寸根据实际需求进行设计。

图4示出了本发明一个实施例的侧面示意图以及甲醇被汽化、燃烧及裂解的空间313分布示意图。如图4所示，发动机废气从管道311内部流通，管道311外空间313设置有筛网，筛网处设置低温催化剂。甲醇被输入到催化裂解装置31中后，由于发动机废热的热量传递给甲醇，甲醇受热汽化，该区域可以被称为汽化区。汽化的甲醇进一步前进，在部分催化剂被加热产生活性后，会催化甲醇燃烧，此时甲醇的燃烧为无焰燃烧，该区域为无焰燃烧区。甲醇蒸汽进一步前进，由于甲醇在无焰燃烧区燃烧时会产生大量的热量，进一步激活其他催化剂的活性，被激活的催化剂开始催化甲醇蒸汽裂解产生一氧化碳和氢气，该区域可以被称作催化裂解区。此时，从催化裂解区出来的气体就包含有未裂解的甲醇蒸汽以及甲醇裂解后产生的一氧化碳和氢气。如图4可以看出，本发明甲醇在催化裂解装置31中发生了三个反应，分别是汽化、燃烧和裂解，分别在汽化区、无焰燃烧区和催化裂解区进行。事实上，这些区域并没有明显的区分界限，在汽化区内可能存在甲醇的燃烧和裂解，在无焰燃烧区也存在甲醇的汽化和裂解反应的存在。在这些过程中，甲醇的汽化需要热量来加热甲醇，燃烧前催化剂激活也需要热量，因此，在甲醇汽化和燃烧时都充分利用了发动机废气的热量，降低了发动机的热负荷。具体地，所述低温催化剂为贵金属催化剂。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。