一种基于发动机尾气预加热的车载甲醇和/或乙醇制氢装置的制作方法

本发明涉及一种基于发动机尾气预加热的车载甲醇和/或乙醇制氢装置，属于制氢技术领域。

背景技术：

氢气是一种清洁的二次能源，是现在世界上新能源领域发展的趋势。与传统的汽油、柴油、天然气等传统化石燃料相比，氢气燃烧清洁，无颗粒、碳氢、一氧化碳等排放；若采用稀薄燃烧技术，氢气燃烧可进一步实现零排放。因此氢气具有取代传统化石燃料，成为发动机主要燃料的巨大潜能。氢气一般是是通过一定的方法利用其它能源制取的，目前现有的制取氢气的方法有很多，例如：化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、乙醇重整制氢等多种技术。

化石燃料制氢适用于大规模制氢，一般用到的化石燃料是天然气，但受限于原料的供应，且具有污染性；工业副产物制氢采用变压吸附的工艺，从炼焦行业副产的焦炉气中提取氢气，其运转成熟、可靠、成本低，但具有污染性；电解水制氢技术成熟、效率高、过程简单，但是耗电量大、成本相对较高；相比之下，甲醇和/或乙醇重整制氢具有投资低、建成快、无污染等特点，并且甲醇和/或乙醇作为原料可以更容易获取。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于发动机尾气预加热的车载甲醇和/或乙醇制氢装置，本发明装置利用汽车尾气的热量给甲醇和/或乙醇重整提供能量，在催化剂的作用下使甲醇和/或乙醇反应产生氢气。

本发明所提供的基于发动机尾气预加热的车载制氢装置包括燃油箱、燃料汽化通道和制氢反应器；

所述燃料汽化通道的燃料入口和汽化后燃料出口分别与所述燃油箱和所述制氢反应器连接；

所述燃料汽化通道与所述燃油箱的连通管路上设有单向阀ⅰ；

所述燃料汽化通道设于发动机的排气管内；

所述制氢反应器内负载有催化燃料制氢的催化剂；

所述制氢反应器内设有加热棒；

所述制氢反应器上设有氢气出口，所述氢气出口连接氢气外输管路，所述氢气外输管路上设有冷却器、气水分离器和单向阀ⅱ，所述氢气外输管路的另一端连接氢气储存器或发动机；

所述燃油箱为甲醇油箱、乙醇油箱或甲醇乙醇混合燃料油箱。

上述的车载制氢装置中，所述燃料汽化通道与所述燃油箱的连通管路上还设有滤清器，所述滤清器设于所述单向阀ⅰ的入口处，通过所述滤清器过滤掉甲醇和/或乙醇中的杂质。

上述的车载制氢装置中，所述燃料汽化通道与所述燃油箱的连通管路上还依次设有溢流阀和压力调节阀，所述压力调节阀设于所述过所述滤清器的入口处；

所述溢流阀用于保持系统压力稳定，多余的甲醇和/或乙醇回流至所述燃油箱，所述压力调节阀用于调整系统压力。

上述的车载制氢装置中，所述燃油箱内设有燃油泵，所述燃油泵与所述溢流阀连接，通过所述燃油泵输送甲醇和/或乙醇。

上述的车载制氢装置中，所述燃料汽化通道与所述制氢反应器的连通管路上设有温度压力传感器；

所述温度压力传感器监测汽化甲醇和/或乙醇的温度和压力；

所述温度压力传感器与控制器连接，以实现对所述温度压力传感器的控制。

上述的车载制氢装置中，所述控制器与电源连接，为其供电；

所述控制器与所述燃油泵连接，以实现对所述燃油泵的控制；

所述控制器与所述加热棒连接，所述加热棒用于加热所述制氢反应器；

所述控制器与设于所述制氢反应内的热电偶连接，所述热电偶用于监测所述制氢反应器内部的温度，实时反馈给所述控制器，以使所述制氢反应器内部始终保持一定的温度。

上述的车载制氢装置中，所述燃料入口和所述汽化后燃料出口分别设于所述燃料汽化通道的两端部，且在所述燃料汽化通道内，燃料的流动方向与尾气的运行方向相反，以使甲醇和/或乙醇更充分的吸收热量，提高甲醇和/或乙醇汽化的效率。

上述的车载制氢装置中，所述燃料汽化通道与所述制氢反应器的底部连通，汽化的甲醇和/或乙醇从所述制氢反应器的底部喷出，以便可以充分分布到容器的各个角落。

上述的车载制氢装置中，所述氢气出口设于所述制氢反应器的底部。

本发明装置利用汽车尾气的热量给甲醇和/或乙醇重整提供能量，在催化剂的作用下使甲醇和/或乙醇反应产生氢气。本发明装置产生的氢气可以存储起来，也可以通过喷射装置将氢气喷射到发动机缸体内，供发动机燃烧使用，改善发动机的燃烧特性；同时氢气的加入也可以解决乙醇发动机的冷启动问题，使得甲醇和/或乙醇发动机在低温的情况下也可以启动。除此之外发动机掺氢燃烧能明显改善发动机的排放，降低油耗，提高热效率。

附图说明

图1为本发明基于发动机尾气预加热的车载甲醇和/或乙醇制氢装置的结构示意图。

图2为本发明制氢装置中制氢反应器的结构示意图。

图中各标记如下：

1控制器、2电源、3加热棒、4热电偶、5制氢反应器、6催化剂、7燃油箱、8燃油泵、9溢流阀、10压力调节阀、11滤清器、12单向阀ⅰ、13燃料汽化通道、14尾气、15温度压力传感器、16氢气出口、17单向阀ⅱ、18冷却器、19气水分离器、20发动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，为本发明基于发动机尾气预加热的车载甲醇和/或乙醇制氢装置的结构示意图，包括燃油箱7、燃料汽化通道13和制氢反应器5。燃料汽化通道13的燃料入口和汽化后燃料出口分别与燃油箱7和制氢反应器13连接。燃料汽化通道13与燃油箱7的连通管路上依次设有溢流阀9、压力调节阀10、滤清器11和单向阀ⅰ12，溢流阀9用于保持系统压力稳定，多余的甲醇和/或乙醇回流至燃油箱7，压力调节阀10用于调整系统压力，通过滤清器11过滤掉甲醇和/或乙醇中的杂质。燃油箱7内设有燃油泵8，燃油泵8与溢流阀9连接，通过燃油泵8输送甲醇和/或乙醇。燃料汽化通道13设于发动机的排气管内，甲醇和/或乙醇的流动方向与尾气14的运行方向相反，以使甲醇和/或乙醇更充分的吸收热量，提高和/或乙醇汽化的效率。燃料汽化通道13与制氢反应器5的连通管路上设有温度压力传感器15，监测汽化甲醇和/或乙醇的温度和压力。

如图2所示，制氢反应器5内负载有催化燃料制氢的催化剂6、加热棒3和热电偶4，加热棒3用于加热制氢反应器5。燃料汽化通道13与制氢反应器5的底部连通，汽化的甲醇和/或乙醇从制氢反应器5的底部喷出，以便可以充分分布到容器的各个角落。制氢反应器5的底部设有氢气出口16，氢气出口16连接氢气外输管路，氢气外输管路上依次设有冷却器18、气水分离器19、单向阀ⅱ17和发动机20。

本发明制氢装置中，控制器1与电源2(12v)连接，为其供电。控制器1分别与燃油泵8、温度压力传感器15、加热棒3和热电偶4连接，以是实现对燃油泵8的控制、监测汽化甲醇和/或乙醇的温度和压力、接收热电偶4反馈的温度，从而使制氢反应器5内部始终保持一定的温度。

本发明制氢装置的工作过程如下，以采用乙醇作为燃料为例：

当需要制备氢气时，控制器1将制氢反应器5内部的温度控制在合适的范围内，此时控制器1控制燃油泵8启动，将乙醇从燃油箱7吸出注入到燃料汽化通道13内，尾气14为乙醇汽化提供能量，溢流阀9用于保持系统压力稳定，多余的乙醇回流至燃油箱7，压力调节阀10用于调整系统压力，滤清器11用于过滤杂质，单向阀ⅰ12防止汽化的乙醇回流，温度压力传感器15监测汽化乙醇的温度和压力。随后汽化的乙醇进入到制氢反应器5内部，汽化的乙醇从制氢反应器的最远端(最底端)喷出，以便可以充分分布到容器的各个角落。此时乙醇在制氢反应器5内部发生化学反应，在催化剂6的作用下得到富含氢气的混合气体。富氢混合气从氢气出口16排出，流向冷却器18，冷却后的气体经过气水分离器19后得到干燥的氢气，经过单向阀ⅱ17之后进入发动机20参与燃烧。

本发明制氢装置利用汽车尾气的热量给甲醇和/或乙醇重整提供能量，在催化剂的作用下使甲醇和/或乙醇反应产生氢气，产生的氢气可以存储起来，也可以通过喷射装置将氢气喷射到发动机缸体内，供甲醇和/或乙醇发动机燃烧使用，改善发动机的燃烧特性。同时氢气的加入也可以解决甲醇和/或乙醇发动机的冷启动问题，使得甲醇和/或乙醇发动机在低温的情况下也可以启动。除此之外发动机掺氢燃烧能明显改善发动机的排放，降低了油耗，提高了热效率。