一种除碳设备的制作方法

本发明涉及除碳机技术领域，特别是涉及一种除碳设备。

背景技术：

氢氧除碳机是以水为原料，通电将水分解为氢气和氧气，以氢气为原料，以氧气助燃，通过进风口送入汽车发动机内部，与汽油、空气进行混合燃烧。氢氧混合气相当于汽油助燃的催化剂。

氢氧除碳机通过电解方式提取水中氢氧原子，形成氢氧混合气流，并经由发动机进气歧管输入发动机燃烧室，待布朗气充满发动机燃烧室后，点火引燃，运用氢氧催化原理(在高温燃烧过程中可产生o、h和oh等活性原子，一方面可促进汽油中中长碳氢链的高温裂解，使氧化反应的速度加快)、富氧燃烧原理(汽油中的蜡和胶质等不纯物也是由长碳氢链或者超长碳氢链构成，o、h和oh等活性原子也能加速其裂解，最终清除积碳)、水氢循环原理等布朗气特性对发动机积碳进行全面、彻底清除，恢复汽车动力，并且不会对发动机造成任何损害，避免了传统化学除碳剂的不足。

由于传统氢氧除炭机制气采用水为原料需要消耗大量的电能，生产1m³氢气的电能为3.55kw·h，允许范围为4.26kw·h。原因是氢气燃烧产物水是自然界最稳定物质之一，具有较低能态；因而，电解水制氢需要吸收较大能量。

由于传统氢氧除炭机采用的是氢氧混合出气方式，混合气体具有爆炸风险，具有极大的安全隐患。

由于传统氢氧除炭机受限于电源功率，产气量受到限制。3千瓦功率除炭机，产气量只能达到20l/min，氢气只有14l/min。而发动机气缸吸气量约15l/s(以四缸为例)，理论空燃比14:1，理论上氢氧混合气体使缸内温度提高40-50℃，除炭效果有限。

技术实现要素：

本发明提供一种除碳设备，以克服现有技术的缺陷。具体技术方案如下：

一种除碳设备，包括：壳体、物料储存装置、反应装置和加热装置；

物料储存装置，设置在所述壳体的内部，所述物料储存装置用于储存甲醇水溶液；

反应装置，设置在所述壳体的内部；所述反应装置用于以甲醇水溶液为原料发生重整制氢反应以得到富氢混合气；其中，所述反应装置包括：

外壳以及所述外壳形成的腔体；所述腔体具有第一出气口；所述反应装置还包括：进料管和反应室；其中：

进料管，所述进料管穿设在所述第一出气口中并延伸至所述腔体中；所述进料管设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口与所述物料储存装置相连接，所述物料储存装置与所述第一进料口之间设有进料泵；

所述反应室设置在所述腔体内，所述反应室设有第二进料口和第二出气口；所述第二进料口与所述第一出料口相连接，所述进料泵用于将所述物料储存装置中的甲醇水溶液通过所述进料管泵入至所述反应室内；所述第二出气口与所述腔体相连接以使所述富氢混合气能够流入所述腔体内，所述第一出气口能够排出所述富氢混合气；

加热装置；与所述反应室对应设置，用于对所述反应室加热。

优选地，所述反应室内能够容纳有甲醇重整催化剂，所述反应室用于以甲醇水溶液为原料发生重整制氢反应以得到富氢混合气。

作为解释和说明，本发明中所述的反应室，在甲醇重整催化剂存在的条件下，发生甲醇重整制氢的反应。反应方程式如下：

ch3oh→co+2h2

h2o+co→co2+h2

ch3oh+h2o→co2+3h2

甲醇重整制氢的反应会生成氢气，同时会产生一定的co和co2。

优选地，所述甲醇重整催化剂包括铜、锌、铝、钯等金属或铜、锌、铝、钯等金属的氧化物中的至少一种，例如cu-zn-al2o3(更例如采用商业渠道可获得的scst-401型催化剂)。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述的反应室的材质包括并不限于不锈钢、铜、银等金属材料和无机陶瓷材料。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述进料管包括主管和至少两个支管；所述第一进料口设置在所述主管的第一端，所述主管的第二端分别与各所述支管的第一端相连接，各所述支管的第二端为所述第一出料口。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述支管包括2-100个。

各所述支管可具有相同或不同的直径。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述腔体形成有热交换区，所述热交换区位于所述第一出气口与所述反应室之间，所述热交换区和所述反应室沿所述第一出气口的轴向延伸并沿所述第一出气口的轴向排列设置，所述进料管在所述热交换区内沿所述第一出气口的轴向延伸以使所述进料管内的甲醇水溶液能够与所述热交换区内的富氢混合气进行热交换；

所述热交换区和反应室在所述第一出气口的轴向上的长度比为(1-400)：(10-400)；优选在所述第一出气口的轴向上的长度比为(20-80)：100。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述反应室在所述第一出气口的轴向上的长度为50-2000单位长度，所述反应室的长径比在3-50之间；

所述热交换区在所述第一出气口轴向上的长度为5-2000单位长度；

更为优选地，所述反应室在所述第一出气口的轴向上的长度为100-1000单位长度，所述反应室的长径比在5-20之间；所述热交换区在所述第一出气口的轴向上的长度为10-500单位长度。

所述反应装置的第一横截面中，包括所述支管的横截面和腔体的横截面，在所述第一横截面中，各所述支管横截面中的中空部分面积和空腔横截面的面积的比例为1：(1-50)；优选为1：(10-30)。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：出气孔，所述出气孔设置在所述壳体上，所述出气孔与所述第一出气口相连接。

本领域技术人可以理解，所述出气孔与所述第一出气口通过管体相连；所述出气孔还可外接出气管，外接的出气管的端部可设有控制枪头。

本发明中所述的控制枪头，可以是除碳领域常用的控制枪头，需满足能够将所述反应装置生成的富氢混合气导入待除碳的环境中，同时可具有点火装置，可引燃所述富氢混合气。

作为优选地，本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述出气孔设置在所述壳体上，所述出气孔与所述第一出气口通过管体相连接；

所述的除碳设备还包括：外部出气管，所述外部出气管的第一端与所述出气孔相连，用于接收富氢混合气；所述外部出气管的第二端设有控制枪头，所述控制枪头包括相互连通的气体输入口和气体输出口，以及压感装置和阀门；所述气体输入口与所述外部出气管的第二端相连，所述压感装置用于在承受第一设定值的压力条件下开启所述阀门，以使所述富氢混合气由所述气体输入口流入后经所述气体输出口流出。

更为优选地，本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：泄压阀，所述泄压阀与所述反应装置相连接；所述泄压阀用于在所述反应装置内的气压达到第二设定值时开启，以连通所述反应装置和大气压。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：设置在所述壳体的进液口，所述进液口与所述物料储存装置相连。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：控制装置，所述控制装置分别与所述加热装置、反应装置、进料泵电连接；所述控制装置能够分别控制加热装置、反应装置、进料泵的开启或关闭。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，在所述除碳设备的高度方向上，所述物料储存装置位于所述反应装置的上方，所述进料泵设置在所述反应装置的下方。

本发明所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：防回火装置，所述防回火装置设置在所述出气孔与所述气体输出口之间；所述防回火装置设有防回火入口和防回火出口；在所述防回火装置的高度方向上，所述防回火入口低于所述防回火出口；所述防回火装置内用于容纳水，且所述水的液面高于所述防回火入口并低于所述防回火出口。

本发明所提供的除碳设备采用高能态物质甲醇为原料，理论生产1m³氢气的电能为0.33-2.55kw·h，具有明显的经济优势；

本发明所提供的除碳设备产生的混合气体(氢气、二氧化碳和微量的一氧化碳)不含氧化剂成分不易发生爆燃，即使遇明火只会在出气处安静燃烧，适用于对安全要求较高场所。

本发明所提供的除碳设备由于能耗较低。在供电线路满足条件下，同样3千瓦功率除炭机，产气中氢气量可以达到30-100l/min。同样以四缸发动机吸气量约15l/s为例，理论空燃比14:1，理论上氢氧混合气体使缸内温度提高约100-300℃，除碳的效率较现有技术具备改善明显。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明所提供的一种除碳设备的结构示意图；

图2为本发明所提供的除碳设备中，所述反应装置的结构示意图；

图3为本发明所提供的图2中，所述反应装置的a-a截面图。

附图标记如下：

10：壳体；

11：物料储存装置；

12：反应装置；

13：加热装置；

14：控制装置；

121：外壳；

122：腔体；

123：第一出气口；

124：进料管；

125：反应室；

126：进料泵；

127：第二进料口；

128：第二出气口；

129：主管；

130：支管。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合附图1-3，本实施例提供一种除碳设备，包括：壳体10、物料储存装置11、反应装置12和加热装置13；

物料储存装置11，设置在所述壳体10的内部，所述物料储存装置11用于储存甲醇水溶液；

反应装置12，设置在所述壳体10的内部；所述反应装置12用于以甲醇水溶液为原料发生重整制氢反应以得到富氢混合气；其中，所述反应装置12包括：

外壳121以及所述外壳121形成的腔体122；所述腔体122具有第一出气口123；所述反应装置12还包括：进料管124和反应室125；其中：

进料管124，所述进料管124穿设在所述第一出气口123中并延伸至所述腔体122中；所述进料管124设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口与所述物料储存装置11相连接，所述物料储存装置11与所述第一进料口之间设有进料泵126；

所述反应室125设置在所述腔体122内，所述反应室125设有第二进料口127和第二出气口128；所述第二进料口127与所述第一出料口相连接，所述进料泵126用于将所述物料储存装置11中的甲醇水溶液通过所述进料管124泵入至所述反应室125内；所述第二出气口128与所述腔体122相连接以使所述富氢混合气能够流入所述腔体122内，所述第一出气口123能够排出所述富氢混合气；

加热装置13；与所述反应室125对应设置，用于对所述反应室125加热。

优选地，所述反应室125内能够容纳有甲醇重整催化剂，所述反应室125用于以甲醇水溶液为原料发生重整制氢反应以得到富氢混合气。

作为解释和说明，本发明中所述的反应室125，能够使甲醇水蒸汽在甲醇重整催化剂存在的条件下，发生甲醇重整制氢的反应。反应方程式如下：

ch3oh→co+2h2

h2o+co→co2+h2

ch3oh+h2o→co2+3h2

甲醇重整制氢的反应会生成氢气，同时会产生一定的co和co2。

优选地，所述甲醇重整催化剂包括铜、锌、铝、钯等金属或铜、锌、铝、钯等金属的氧化物中的至少一种，例如cu-zn-al2o3(更例如采用商业渠道可获得的scst-401型催化剂)。

由此，本实施例所述的除碳设备在运行过程中，物料储存装置11储存的甲醇水溶液在进料泵126的作用下由进料管124的第一进料口进入所述反应装置12的腔体122内，并依次流经第一出料口、第二进料口127进入反应室125内，在反应室125中甲醇重整催化剂存在下、加热装置13的加热下发生甲醇重整制氢的反应得到富氢混合气，所述富氢混合气由反应室125的第二出气口128排出至所述反应装置12的腔体122内；由于所述进料管124设置在腔体122内，所以进料管124内的甲醇水溶液与腔体122内的富氢气体可以发生热交换，所述甲醇水溶液在高温作用下变为甲醇水蒸汽。

采用本实施例的除碳设备，采用高能态物质甲醇为原料，理论生产1m³氢气的电能为0.33-2.55kw·h，具有明显的经济优势；产生的混合气体(氢气、二氧化碳和微量的一氧化碳)不含氧化剂成分不易发生爆燃，即使遇明火只会在出气处安静燃烧，适用于对安全要求较高场所；由于能耗较低。在供电线路满足条件下，同样3千瓦功率除炭机，产气中氢气量可以达到30-100l/min。同样以四缸发动机吸气量约15l/s为例，理论空燃比14:1，理论上氢氧混合气体使缸内温度提高约100-300℃，除碳的效率较现有技术具备改善明显。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述的反应室125的材质包括并不限于不锈钢、铜、银等金属材料和无机陶瓷材料。

由此，以使反应室125的运行稳定可靠。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述进料管124包括主管129和至少两个支管130；所述第一进料口设置在所述主管129的第一端，所述主管129的第二端分别与各所述支管130的第一端相连接，各所述支管130的第二端为所述第一出料口。

由此，设置多个支管130可使热交换的效率提升。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述支管130包括2-100个。

经过验证，2-100个支管130可满足更好的热交换效率。

各所述支管130可具有相同或不同的直径。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述腔体122形成有热交换区，所述热交换区位于所述第一出气口123与所述反应室125之间，所述热交换区和所述反应室125沿所述第一出气口123的轴向延伸并沿所述第一出气口123的轴向排列设置，所述进料管124在所述热交换区内沿所述第一出气口123的轴向延伸以使所述进料管124内的甲醇水溶液能够与所述热交换区内的富氢混合气进行热交换；

所述热交换区和反应室125在所述第一出气口123的轴向上的长度比为(1-400)：(10-400)；优选所述第一出气口123的轴向上的长度比为(20-80)：100。

由此，所述热交换区和反应室125的比例在一定范围之内，可有效保证热交换的效率稳定，以及所述反应室125的反应稳定。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述反应室125的在所述第一出气口123的轴向上的长度为50-2000单位长度，所述反应室125的长径比在3-50之间；

所述热交换区的在所述第一出气口123的轴向上的长度为5-2000单位长度；

更为优选地，在所述第一出气口123的轴向上的长度为10-500单位长度。

作为本领域技术人员可以理解，上述技术方案中所述的“单位长度”可以为本领域公知的任意长度单位，如mm、cm、m等。

由此，采用上述规格的反应室125和热交换区以更好地利用热量，稳定甲醇重整制氢反应的效率。

所述反应装置12的第一横截面中，包括所述支管130的横截面和腔体122的横截面，在所述第一横截面中，各所述支管130横截面中的中空部分面积和空腔横截面的面积的比例为1：(1-50)；更优选地，面积的比例为1：(10-30)。

结合附图3，图中阴影部分为腔体122的横截面，即富氢混合气的流动通道，支管130横截面，即物料的流动通道。

由此，在特定的面积比例下，以保证良好的热交换效率。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：出气孔，所述出气孔设置在所述壳体10上，所述出气孔与所述第一出气口123相连接。

本领域技术人可以理解，所述出气孔与所述第一出气口123通过管体相连；所述出气孔还可外接出气管，外接的出气管的端部可设有控制枪头。

本实施例中所述的控制枪头，可以是除碳领域常用的控制枪头，需满足能够将所述反应装置12生成的富氢混合气导入待除碳的环境中，同时可具有点火装置，可引燃所述富氢混合气。

作为优选地，本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，所述出气孔设置在所述壳体10上，所述出气孔与所述第一出气口123通过管体相连接；还包括：外部出气管，所述外部出气管的第一端与所述出气孔相连，用于接收富氢混合气；所述外部出气管的第二端设有控制枪头，所述控制枪头包括相互连通的气体输入口和气体输出口，以及压感装置和阀门；所述气体输入口与所述外部出气管的第二端相连，所述压感装置用于在承受第一设定值的压力条件下开启所述阀门，以使所述富氢混合气由所述气体输入口流入后经所述气体输出口流出。

由此，在运作过程中，由反应装置12生成的富氢混合气流出后，由所述壳体10上设置的出气孔流入外部出气管中，所述外部出气管上设有的控制枪头，可在使用时通过向压感装置施加力量以满足压感装置承受第一设定值的压力，在此时，所述阀门开启，能够使所述富氢混合气由所述控制枪头的所述气体输入口流入后经所述气体输出口流出。

更为优选地，本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：泄压阀，所述泄压阀与所述反应装置12相连接；所述泄压阀用于在所述反应装置12内的气压达到第二设定值时开启，以连通所述反应装置12和大气压。

由此，在所述反应装置12内的气压过高时，泄压阀开启，以满足安全生产的需求。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：设置在所述壳体10的进液口，所述进液口与所述物料储存装置11相连。

由此，以便捷地对所述物料储存装置11进行补充物料。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：控制装置14，所述控制装置14分别与所述加热装置13、反应装置12、进料泵126电连接；所述控制装置14能够分别控制加热装置13、反应装置12、进料泵126的开启或关闭。

由此，以实现自动化生产。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，在所述除碳设备的高度方向上，所述物料储存装置11位于所述反应装置12的上方，所述进料泵126设置在所述反应装置12的下方。

本实施例所述的除碳设备，作为优选的技术方案，还包括：防回火装置，所述防回火装置设置在所述出气孔与所述气体输出口之间；所述防回火装置设有防回火入口和防回火出口；在所述防回火装置的高度方向上，所述防回火入口低于所述防回火出口；所述防回火装置内用于容纳水，且所述水的液面高于所述防回火入口并低于所述防回火出口。

由此，以使富氢气体通过水后才能由控制枪头流出；并且，在发生回火时，回流至所述防回火装置火焰即可熄灭，以保障安全生产。

本实施例所提供的除碳设备采用高能态物质甲醇为原料，理论生产1m³氢气的电能为0.33-2.55kw·h，具有明显的经济优势；

本实施例所提供的除碳设备产生的混合气体(氢气、二氧化碳和微量的一氧化碳)不含氧化剂成分不易发生爆燃，即使遇明火只会在出气处安静燃烧，适用于对安全要求较高场所。

本实施例所提供的除碳设备由于能耗较低。在供电线路满足条件下，同样3千瓦功率除炭机，产气中氢气量可以达到30-100l/min。同样以四缸发动机吸气量约15l/s为例，理论空燃比14:1，理论上氢氧混合气体使缸内温度提高约100-300℃，除碳的效率较现有技术具备改善明显。

需要说明的是，在本文中，除特殊说明以外的，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。