恒温裂解器及车辆的制作方法

本实用新型涉及尾气处理技术领域，具体涉及一种恒温裂解器及车辆。

背景技术：

醇氢技术充分利用发动机尾气余热，通过吸收尾气的热量，将甲醇裂解为氢气和一氧化碳裂解气(统称为富氢气体)，再把富氢气体与甲醇混合燃烧。醇氢技术的经济性好，排放污染少。但是由于汽车行驶过程中尾气温度的不确定性，致使恒温裂解器中甲醇裂解床层的温度的均温性一直无法控制，而在甲醇裂解过程中，恒温裂解器的均温性直接影响甲醇的裂解率。

目前公开的各种余热制氢装置是利用内燃机排出废气的显热将醇类裂解成氢和一氧化碳等可燃气体，引入内燃机中与汽油或柴油混合掺烧，由于氢气的燃烧速度大大高于雾状的汽油或柴油，故掺入氢后引燃了其他燃油雾，使其在内燃机中燃烧完全，从而提高了内燃机的热效率，实现尾气在机内的自净，减少了排气中的一氧化碳和碳氢化合物等有害气体。

专利号为9411632.2、名称为《余热制氢发动机》的专利文献，公开了一种余热制氢装置，其特点在于发动机的排气消声器和环保节能的汽车余热裂解制氢装置组合为一体，其结构比较复杂，增加了尾气排放的背压，使发动机的动力下降。

专利号为98225685.X、名称为《汽车节油降污器上的催化裂解反应器》和专利号为99248815.X、名称为《具有外置采热结构的余热制氢装置》的专利文献在专利号为88108905.2、名称为《醇裂解反应器》和专利号为89203685.0、名称为《车用醇类改质装置》的专利文献的基础上，公开了一种将恒温裂解器，输气管，燃料贮存箱集成为一体，使其安装位置不受限制。但其结构复杂。

以上各种余热制氢装置，其裂解床加热方式均采用烟道通道式加热，在实际使用过程中存在升温速度慢、裂解床受热不均匀问题，温差很大。特别是当汽车行驶时，由于车速不稳定，发动机排气温度波动大，催化剂床层内部温度存在不同温差，致使恒温裂解器不能处于最佳工作温度，甲醇裂解率下降，甚至直接影响催化剂使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供一种恒温裂解器，该恒温裂解器可以解决现有余热制氢装置的上述不足，具有结构简单、升温速度快、催化剂管道受热均匀、温差小的特点。

本实用新型的第二目的在于提供一种车辆，该车辆采用上述的恒温裂解器与内燃机配合使用，从而能够达到提高内燃机的热效率，降低油耗的效果。

基于上述第一目的，本实用新型提供的恒温裂解器，包括：主壳体以及设置在所述主壳体内的热废气分配管和催化剂仓；

所述主壳体具有用以通入和排出热废气的进气通道和排气通道；

所述热废气分配管一端连通所述进气通道用以接入热废气，另一端延伸至靠近所述排气通道位置；并且，所述热废气分配管的管壁沿轴向设置有若干个用以排出热废气的气孔；

所述催化剂仓沿主壳体轴向环绕设置在所述热废气分配管的外部，并且，所述催化剂仓一端具有用以通入气态甲醇的仓入口，另一端具有用以排出富氢气体的仓出口。

上述技术方案中，热废气在进入裂解器后通过分布于沿热废气分配管轴向管壁上不同位置的气孔，均匀的对催化剂仓进行加热，由于进入热废气分配管内热废气未与催化剂仓接触，不产生热交换，通过气孔流出分配管后各点废气温度相同，催化剂仓各点温度相同，可保证催化剂在工作时各部的均温温差较小，使裂解更充分、延长催化剂使用寿命。

进一步的，所述催化剂仓设置为单螺旋管或多螺旋管状。

上述技术方案中，采用螺旋管形式具有单位体积内布管少、焊接点少、容积大的特点，由于螺旋管特性，甲醇流经路径长，与催化剂接触充分，易于裂解。

进一步的，该恒温裂解器还包括甲醇汽化过热室，其设置在靠近所述主壳体的排气通道的一侧，所述甲醇汽化过热室出气口通过气态甲醇输送管与催化剂仓的仓入口相连通。

进一步的，所述甲醇汽化过热室包括甲醇汽化室和甲醇过热室，所述甲醇汽化室套设于所述甲醇过热室外侧，所述甲醇过热室靠近甲醇汽化室的内壁具有用以连通甲醇汽化室和甲醇过热室的通孔。

进一步的，所述甲醇汽化室和甲醇过热室设置为自进气至排气方向直径递增的锥形体。为甲醇提供了气体体积逐步增大的空间，使得甲醇汽化、过热更充分。

进一步的，该恒温裂解器还包括汽化甲醇分配腔，其设置所述壳体内靠近所述催化剂仓的仓入口的一侧并与所述仓入口连通以输出气态甲醇至催化剂仓内，所述汽化甲醇分配腔通过气态甲醇输送管道接收来自所述甲醇汽化过热室出气口排出的气态甲醇。

进一步的，该恒温裂解器还包括副壳体，所述副壳体套设于所述主壳体的外部，所述副壳体包括第一分接头、第二分接头以及分别连通所述第一分接头和第二分接头的至少一个热废气旁路管道，所述第一分接头套设在所述主壳体的进气通道外侧，所述第一分接头能够通过热废气换向装置与所述主壳体的进气通道连通或隔断，所述第二分接头套设在所述甲醇汽化过热室的外部以对甲醇汽化过热室内甲醇加热。

上述技术方案中，由于第一分接头能够通过热废气换向装置与主壳体的进气通道连通或隔断，因此，在催化剂仓内温度过高时，可以使热废气直接经第一分接头、热废气旁路管道、第二分接头排出至主壳体的排气通道内，不再对催化剂仓进行加热，同时，还能够利用第二分接头对甲醇汽化过热室进行加热，以提升甲醇的汽化效果。

进一步的，所述热废气换向装置设置在主壳体的进气通道内，并且进气通道内还具有用以连通第一分接头的热废气分出口；

所述热废气换向装置能够封闭所述热废气分出口，以使热废气由进气通道进入至热废气分配管；

或者，所述热废气换向装置能够打开所述热废气分出口同时封闭热废气分配管的入口，以使热废气由热废气分出口进入至第一分接头。

进一步的，该恒温裂解器还包括控制器以及分别用以检测所述催化剂仓内温度的至少一个温度传感器，所述温度传感器用以输出温度信号至所述控制器，所述控制器根据所述温度信号输出控制指令以控制热废气换向装置的连通热废气分配管或第一接头。

基于上述第二目的，本实用新型提供的一种车辆，包括内燃机以及上述的恒温裂解器，所述内燃机的尾气能够通过管道输出至所述恒温裂解器中的所述进气通道内，所述恒温裂解器中的所述催化剂仓的仓出口能够通过管道排出富氢气体至所述内燃机的燃料管道中。

采用上述技术方案，本实用新型提供的恒温裂解器的技术效果有：

本实用新型提供恒温裂解器中，热废气分配管用以通入热废气，并且在热废气分配管的管壁沿轴向设置有若干个用以排出热废气的气孔；催化剂仓沿主壳体轴向环绕设置在热废气分配管的外部；热废气在进入裂解器后通过分布于沿热废气分配管轴向管壁上不同位置的气孔，均匀的对催化剂仓进行加热，由于进入热废气分配管内热废气未与催化剂仓接触，不产生热交换，通过气孔流出分配管后各点废气温度相同，催化剂仓各点温度相同，可保证催化剂在工作时各部的均温温差较小，使裂解更充分、延长催化剂使用寿命。

本实用新型提供的车辆的技术效果有：

由于该车辆包括内燃机以及上述的恒温裂解器，内燃机的尾气能够通过管道输出至所述恒温裂解器中的进气通道内，恒温裂解器中的催化剂仓的仓出口能够通过管道排出富氢气体至所述内燃机的燃料管道中，提高了内燃机的热效率，达到降低油耗的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的恒温裂解器的外观结构示意图；

图2是图1的B-B处剖视图；

图3是图1的左视图；

图4是图3中A-A处剖视图；

图5是图4中C-C处剖视图；

图6是图4中D-D处剖视图；

图7是本实用新型实施例一提供的恒温裂解器中的热废气换向装置的结构示意图。

附图标记：100-主壳体；110-进气通道；120-排气通道；130-甲醇输入管道；140-富氢气体输出管道；200-热废气分配管；210-气孔；300-催化剂仓；310-仓入口；320-仓出口；400-甲醇气化过热室；410-甲醇气化室；420-甲醇过热室；500-气化甲醇分配腔；600-第一分接头；610-第二分接头；620-热废气旁路管道；700-热废气换向装置；710-挡板；720-驱动装置；730-活动连杆；800-温度传感器；900-气态甲醇输送管道。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

醇氢技术充分利用发动机尾气余热，通过吸收尾气的热量，将甲醇裂解为氢气和一氧化碳混合气体(统称为富氢气体)，再把富氢气体与甲醇混合燃烧。醇氢技术的经济性好，排放污染少，但是由于汽车行驶过程中尾气温度的不确定性，致使裂解器中甲醇裂解床层的温度的均温性一直无法控制，而在甲醇裂解过程中，裂解器的均温性直接影响甲醇的裂解率。本申请的技术方案中提供的恒温裂解器，通过结构改进，裂解器的均温性得到了很好的控制，从而使甲醇的裂解率得到大幅提高。

请参照图1至图4所示，本实用新型实施例提供的恒温裂解器，包括：主壳体100以及设置在主壳体100内的热废气分配管200和催化剂仓300；

主壳体100优选设置为筒状，主壳体100一端具有用以通入热废气的进气通道110，另一端具有用以排出热废气排气通道120。

热废气分配管200优选设置为直管状，热废气分配管200的一端连通主壳体100的进气通道110用以接入热废气，热废气分配管200的另一端延伸至靠近排气通道120位置；并且，在热废气分配管200的管壁沿轴向设置有若干个用以排出热废气的气孔210；该气孔210在具体设置时，均匀分布在热废气分配管200的管壁上，利用该气孔210，能够使通入该分配管中的热废气经气孔210排放至主壳体100内，从而实在均匀对催化剂仓300进行加热。

催化剂仓300沿主壳体100轴向环绕设置在热废气分配管200的外部，并且，催化剂仓300一端具有用以通入气态甲醇的仓入口310，另一端具有用以排出富氢气体的仓出口320。

优选地，上述的热废气分配管200靠近主壳体100的排气通道120位置的一端可以设置为开放形式或者封闭形式，本实施例中，优选设置为封闭形式，从而可以使热废气分配管200内的热废气全部由气孔210均匀排放至主壳体100内对催化剂仓300进行加热。当采用开放形式时，热废气分配管200的该端部可以设置为自轴向的排气方向直径递减，从而延缓热废气直线流动性，使热废气能够通过气孔210排出。

本实施例技术方案中，热废气在进入裂解器后通过分布于沿热废气分配管200轴向管壁上不同位置的气孔210，均匀的对催化剂仓300进行加热，由于进入热废气分配管200内热废气未与催化剂仓300接触，不产生热交换，通过气孔210流出分配管后各点废气温度相同，催化剂仓300各点温度相同，可保证催化剂在工作时各部的均温温差较小，使裂解更充分、延长催化剂使用寿命。

本实施例提供的恒温裂解器中，催化剂仓300用以容纳催化剂，对气态甲醇进行裂解反应的作用，该催化剂仓300可以设置为单螺旋管或多螺旋管状。本实施例中的该催化剂仓300优选设置为双螺旋管状，具有单位体积内布管少、焊接点少、容积大的特点，由于螺旋管特性，甲醇流经路径长，与催化剂接触充分，易于裂解。

由于甲醇液体不能直接参与裂解反应，需要在进入催化剂仓300前转化为气态甲醇，因此，本实施例提供的恒温裂解器中，还包括用以将液态甲醇转化为气态甲醇的甲醇气化过热室400，其设置在靠近主壳体100的排气通道120的一侧，甲醇气化过热室400出气口通过气态甲醇输送管与催化剂仓300的仓入口310相连通；利用该甲醇气化过热室400，能够将甲醇加热至处于裂解温度正负10度范围内。

如图4所示，优选地，该甲醇气化过热室400包括甲醇气化室410和甲醇过热室420，甲醇气化室410套设于甲醇过热室420外侧，甲醇过热室420靠近甲醇气化室410的内壁具有用以连通甲醇气化室410和甲醇过热室420的通孔。

并且，甲醇气化室410和甲醇过热室420设置为自进气至排气方向直径递增的锥形体。为甲醇提供了气体体积逐步增大的空间，使得甲醇气化、过热更充分。

由于甲醇气化室410和甲醇过热室420均采用锥体结构，车辆热废气在完成对催化剂仓300加热的热交换后，其剩余热量在甲醇过热室420内壁汇聚后经主壳体100的排气通道120排出，锥体结构使甲醇过热室420与热废气的接触面积大，故受热面积大，升温快，甲醇气化、过热完全。此外，由于甲醇是由用椭圆形锥体小径端进入甲醇气化室410，甲醇随温度升高气化膨胀，椭圆形锥体形状给甲醇提供了气体体积逐步增大的空间(甲醇过热室420采用相同原理)使得甲醇气化、过热更完全。

本实施例提供的恒温裂解器还包括气化甲醇分配腔500，其设置壳体内靠近催化剂仓300的仓入口310的一侧并与仓入口310连通以输出气态甲醇至催化剂仓内，气化甲醇分配腔500通过气态甲醇输送管道900接收来自甲醇气化过热室400出气口排出的气态甲醇。

具体实施时，由于本实施例中优选采用的双螺旋管形式的催化剂仓300，双螺旋管分别连通该气化甲醇分配腔500，液体甲醇经过甲醇气化过热室400加热至气态后通过气态甲醇输送管道900输送至气化甲醇分配腔500内，然后经该分配腔使气态甲醇分别输入至两个螺旋管的仓入口310内，然后在两个螺旋管内催化剂的作用下进行裂解反应，反应后生成的富氢气体经过双螺旋管在主壳体100的排气通道120附近的汇集的仓出口320排出至相应的管道中，以供相应的设备收集或者使用。

考虑到经过热废气分配管200的热废气对催化剂仓300加热至裂解对应的温度后，过热可能对裂解反应造成影响，需要即使切换通道使热废气不再对催化剂仓300进行加热。

因此，本实施例提供的恒温裂解器还设置有副壳体，请参照图1、图4-图6所示，该副壳体套设于主壳体100的外部，副壳体包括第一分接头600、第二分接头610以及分别连通第一分接头600和第二分接头610的至少一个热废气旁路管道620，第一分接头600套设在主壳体100的进气通道110外侧，第一分接头600能够通过热废气换向装置700与主壳体100的进气通道110连通或隔断，第二分接头610套设在甲醇气化过热室400的外部以对甲醇气化过热室400内甲醇加热。

优选地，上述第一分接头600和第二分接头610分别设置锥体状。特别是第二分接头610，与甲醇气化过热室400的形状相匹配，在排出过热废气时能够对甲醇气化过热室400进行有效加热。

上述技术方案中，由于第一分接头600能够通过热废气换向装置700与主壳体100的进气通道110连通或隔断，因此，在催化剂仓300内温度过高时，可以使热废气直接经第一分接头600、热废气旁路管道620、第二分接头610排出至主壳体100的排气通道120内，不再对催化剂仓300进行加热，同时，还能够利用第二分接头610对甲醇气化过热室400进行加热，以提升甲醇的气化效果。

上述的热废气换向装置700设置在主壳体100的进气通道110内，并且进气通道110内还具有用以连通第一分接头600的热废气分出口；

热废气换向装置700能够封闭热废气分出口，以使热废气由进气通道110进入至热废气分配管200；

或者，热废气换向装置700能够打开热废气分出口同时封闭热废气分配管200的入口，以使热废气由热废气分出口进入至第一分接头600。

具体的，请参照图7，上述的热废气换向装置700包括挡板710、驱动装置720和活动连杆730，挡板710通过轴铰接在进气通道110内，驱动装置720设置在主壳体100外部，驱动装置720通过活动连杆730与轴连接，通过驱动装置720推动活动连杆730运动能够使轴转动，从而带动挡板710转动；挡板710的尺寸大于热废气分出口的尺寸，从而使挡板710切换到第一状态时能够覆盖该热废气分出口；并且挡板710与进气通道110的尺寸相适配，从而使挡板710切换到第二状态时能够打开热废气分出口，挡住进气通道110(即挡住热废气分配管200的入口)。

上述的驱动装置720优选采用气缸。具有结构简单、安装方便的特点。

本实施例提供的恒温裂解器还包括控制器以及分别用以检测催化剂仓300内温度的至少一个温度传感器800，温度传感器800用以输出温度信号至控制器，控制器根据温度信号输出控制指令以控制热废气换向装置700的连通热废气分配管200或第一接头。

具体的，温度传感器800设置有多个，例如三个或者四个，沿催化剂仓300的轴向均布，用以检测催化剂仓300不同位置的温度值，从而输出温度信号至控制器，经控制器计算出平均值；并且控制器还预存裂解温度的阈值范围，通过平均值与该阈值范围进行比较，当平均值高于该阈值范围时，控制器判定催化剂仓300内温度过高，控制器输出控制信号至驱动装置720，利用驱动装置720中挡板710切换到第二状态，即打开热废气分出口，挡住进气通道110(即挡住热废气分配管200的入口)，使热废气全部由进气通道110进入到副壳体内，达到热废气与催化剂仓300隔离的作用。

当催化剂仓300内的温度平均值低于裂解温度阈值范围时，控制器输出控制信号至驱动装置720，利用驱动装置720中挡板710切换到第一状态，即关闭热废气分出口，开打进气通道110(即打开热废气分配管200的入口)，使热废气全部由进气通道110进入到热废气分配管200内，达到热废气对催化剂仓300均匀加热的作用。如此进行循环，即可实现对热废气余热制氢自动利用的目的。

此外，本实施例中还具有甲醇输入管道130和富氢气体输出管道140，甲醇输入管道130与甲醇气化过热室400中的甲醇气化室410连通，用以输出液态甲醇；富氢气体输出管道140与催化剂仓300的仓出口相连通，用以输出经裂解反应产生的富氢气体，以供其他设备储存或者使用。

实施例二

此外，本实施例中还提供了一种车辆，该车辆包括内燃机以及上述实施例一中提供的的恒温裂解器，内燃机的尾气能够通过管道输出至恒温裂解器中的进气通道内，恒温裂解器中的催化剂仓的仓出口320能够通过管道排出富氢气体至内燃机的燃料管道中。

本实施例提供的车辆与现有技术中柴油掺入甲醇燃烧的技术相比，本实施例技术方案是在燃料中增加了富氢气体，由于有富氢气体的存在，使柴油/甲醇DMDF的加入甲醇燃烧的条件取消，在整个内燃机的工作过程中均可实现甲醇/富氢气体/柴油的混合燃烧，包括冷启动。同时，由于有富氢气体的存在，使得柴油和甲醇的燃烧效果更好，排放与功率输出得到改善和提高。由于有富氢气体的存在，可以提高掺入甲醇的比例，降低柴油的比例，取得更大的柴油替代比。由于富氢气体的产生是通过吸收尾气的热量把甲醇裂解，因此提高了发动机系统的热效率，达到降低油耗的效果。

本实施例提供的车辆与现有技术中柴油掺氢的技术相比，本实施例技术方案是增加了甲醇。由于氢气的自燃温度较高，因而氢气需要被柴油引燃，在冷起动或加速过程中加入氢气反而会抑制燃烧，使柴油机出现功率下降，燃料燃烧不充分的问题。由于增加了甲醇，甲醇是带氧的燃料，同时，甲醇燃烧温度较低，这时所掺入氢的量可以减少，避免了加入氢气反而会抑制燃烧的现象。保证柴油机的功率输出。由于富氢气体的产生是通过吸收尾气的热量把甲醇裂解，因此提高了发动机系统的热效率，达到降低油耗的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。