[实用新型]车载制氢装置

说明书

(一)、技术领域 本实用新型涉及一种制取氢气的专用装置。具体地说，是一种利用内燃机废气余热将甲醇催化裂解重整的车载制氢装置。

(二)、背景技术 氢能以其清洁、高效、可再生被视为本世纪最具发展潜力的能源，而且现有燃烧石油燃料的汽车内燃机不做任何改动就可以掺氢混燃。氢燃料用于汽车时也有诸多优点，例如，氢的单位质量发热量高于汽油；氢的火焰传播速度较汽油快得多；氢比汽油具有更宽的着火界限、点火能量小等。醇氢代燃是二十一世纪的高科技产业热点，因此，氢能被认为是最具有前景的汽车内燃机代用燃料。由于掺氢混合燃料，易实现稀薄燃烧，可在宽广的工况内得到较好的燃油经济性。

近年国内外针对氢燃料难以直接随车储存的特点，以甲醇代替氢气随车携带，并利用发动机排气余热将甲醇水溶液重整为氢，将甲醇重整气与汽油或柴油混合作为发动机燃料，较好地解决了氢燃料在汽车发动机上的储存、携带，使氢燃料在汽车发动机上的推广应用成为可能。汽车上即时发生的氢气还可以即时再生尾气处理器中的催化剂。车载制氢还免去了氢能的储存与运输环节。

内燃机余热甲醇制氢方式产生的甲醇重整气，除含氢气以外还包含少量的CO、CO₂、O₂、N₂等气体。这种制氢方式产生的气体特别适合于内燃机的掺氢混燃，富氢燃油混合气界限比纯燃油混合气宽得多，能够在不同混合比下实现稳定的超稀薄燃烧，得到较好的燃油经济性。氢气在空气中的扩散速度和燃烧速度较快，有利于汽油和空气的均匀混合和快速燃烧，使得混氢内燃机排放减少、动力性提高、油耗降低并可替代30～40％的燃油。此外，回收部分尾气余热，较大程度降低了尾气排入大气的温度，减少了尾气的热污染和噪声污染。

车载甲醇重整制氢装置，目前多采用管式和板翅式结构。公开号为CN85109487的中国专利公开了一种“余热制氢发动机”，由10～20根薄壁不锈钢细管焊接到2块端板上，钢管内部通燃烧气，用于加热换热管，钢管外部涂上重整催化剂用于催化甲醇和水蒸气。由于钢管外表面面积较小，催化剂涂敷面积有限，使得处于重整器空腔的未接触到催化剂的甲醇和水蒸气难以发生重整反应，导致产氢率低、甲醇转化率低。

“板翅式反应器中甲醇水蒸气重整制氢”(潘立卫，王树东，，化工学报，2005，56(3)：468～473)公开了一种板翅式甲醇重整器。它由波浪状不锈钢薄板和围板焊接而成，采用尽可能多的波浪是为了增大催化剂涂敷和换热表面积，该重整器分为内腔-燃烧气腔和外腔-甲醇和水蒸气反应腔，由于只能在波浪板表面涂敷催化剂，使得反应腔内远离波浪板表面的甲醇和水蒸气难以发生重整反应，直接从排气口排出，导致产氢率低、甲醇转化率低。

上述余热裂解制氢装置皆为利用内燃机排气管尾气的余热直接加制氢装置的裂解催化反应床，难以保证裂解催化反应床的温度恒定，这将严重影响醇类燃料裂解富气气体的质量及制氢量，造成该类余热裂解制氢装置难以与内燃机配合协调工作。另一方面，由于对催化剂的加热方式是带火焰的内燃机尾气直接加热钢管，很容易导致催化剂失活，严重影响制氢装置中催化剂的使用寿命。

(三)、实用新型内容 本实用新型的目的是为了克服现有的车载重整制氢装置的缺陷，而提供一种新的车载制氢装置。本实用新型所要解决的技术问题是：第一、能够将汽车内燃机尾气热量储存于加热器中，以保持制氢反应具有合适、恒定的温度；第二、催化裂解重整反应由气雾加热代替带火焰的尾气直接加热，以延长催化剂的使用寿命；第三、本装置具有更加合理、灵活的安装方式。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案。

一种车载制氢装置，包括醇箱，其特征在于：醇箱的醇出口通过醇管连接有加热器，加热器的醇汽出口通过醇管连接有反应器，反应器带有用于与车辆发动机连接的裂解气出口；所述的加热器一端带有用于与车辆发动机连接的尾气进口，另一端带有用于与消音器连接的尾气出口。

还包括内腔设置有换热管的气水分离器；所述的醇出口与加热器之间的醇管经过该气水分离器内腔的换热管；所述的反应器的裂解气出口连接气水分离器的进氢口，该气水分离器带有用于与车辆发动机连接的出氢口。

所述的加热器包括圆筒状的壳体和壳体内部的内蓄热体；壳体的内腔空间一端连通尾气进口，另一端连通尾气出口；壳体的内腔空间内还设置有盘绕在内蓄热体上的螺旋状热交换管，该热交换管一端连接醇出口与加热器之间的醇管，另一端连接加热器与反应器之间的醇管；所述的内蓄热体由内蓄热管和设置于内蓄热管内壁上的若干径向走向的的内翅片组成。