[發明專利]緊湊型隨行制氫裝置

無效

• 申請號: 200810091438.X
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101293634A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 李鋼坤
• 申請（專利權）人: 李鋼坤
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種應用于動力機械的隨行制氫裝置，尤其是應用于機車的內燃機和燃氣渦輪發動機、以及燃料電池發動機或燃料電池移動發電設備的緊湊型隨行制氫裝置。

背景技術

氫氣發動機具有能量轉換效率高、動力性能好和污染非常小的突出有點。氫能將成為理想的清潔能源之一，并已引起極大的重視和廣泛使用。但氫能廣泛利用的最大障礙在于其儲存與配給的困難。其傳統的工業制備方法無法避免這一困難。

以液態低碳醇(或烴)燃料為氫載體，利用發動機排氣廢熱，將其通過公知的催化反應原理(直接裂解、或和水蒸汽重整、或和部份氧化)隨車轉化為以氫氣為主，同時含有一定二氧化碳等氣體的富氫混合氣體，并以此富氫混合氣體為發動機燃料的隨行制氫技術，不僅能較好地解決地面充氫機車的儲藏、配給和制造成本問題；同時能改變現有技術直接燃燒醇(或烴)類燃料的不科學的、高耗能的使用方式，因為將液態的醇(或烴)燃料轉化為氫氣后，其燃料的總熱值有20％以上增值，能較大地提高發動機的熱效率，是節能降耗的有效途徑；并能大大改善排氣質量。

現有代表性的技術有公開技術如CN1401890A(醇氫混燃發動機裝置)和CN1951718A(一種氫電混合動力汽車)、99211816.6(自身合成氫氣發動機)所涉及的隨行制氫裝置等。但這些公知技術的不足在于：

1、隨行制氫裝置中所產氫氣均為富氫混合氣體，使用混合氣體的發動機燃料系統在機車需要高負荷運行時會暴露出動力不足的弱點，因為富氫混合氣體中的不可燃燒成分稀釋了燃料氣體的熱值，當機車處于高負荷運行工況時，就會表現出燃料熱值不足導致發動機動力下降的現象；同時富氫混合氣體對大多數燃料電池也不適用。

2、為了提高隨行制氫發動機燃料系統的動力性或應用于燃料電池時，必須從富氫氣體中分離提純出氫氣，因此需要在其發動機或燃料電池的燃料系統中增加專門的分離提純氫氣的裝置，增加了系統結構的繁復性。

3、應用于烴類燃料時，發動機或燃料電池燃料系統中必須增設專門的脫硫裝置，增設脫硫裝置時，同樣要增加系統的復雜性，占用更多的移動空間。

減少或簡化發動機或燃料電池的燃料系統的自重、設備裝置數量、管道等，占用盡可能少的移動空間，對于機車和移動發電等場合十分重要。

發明內容

為了克服現有公知廢熱機載隨行制氫技術或裝置的不足，本發明將分離提純氫氣的分離膜集成于隨行制氫裝置中、將脫硫腔集成于隨行制氫裝置中、或同時將分離膜和脫硫腔集成于隨行制氫裝置中而構成緊湊型隨行制氫裝置，大大簡化發動機或燃料電池燃料系統的結構，節約移動機車的有限空間，更有利于隨行制氫技術實用化。

本發明中，采用公知的膜分離技術從富氫混合氣體中分離提純氫氣，其分離膜以金屬或合金無機復合分離膜為適當的選擇，分離膜的形態可以是管狀、平板狀或波紋板狀、卷膜等。作為實例之一，采用以具有均勻微孔、壁厚為約1毫米的陶瓷管為支撐骨架，應用化學氣相沉積法將鈀、鎳沉積于陶瓷管外(或內)壁，形成厚約2-5微米的薄膜，該膜的特性只有H₂為穿透相，工作溫度300-400℃，工作壓力0.8-1Mpa，氫氣回收率可達85％以上，氫氣純度可達99.5％。富氫混合氣體中的氫氣，吸附在管狀膜的表面并溶入膜相體中，溶解的氫在濃度差及(來自加壓泵或和燃料泵)壓力的推動下在相體中向膜的另一側擴散，擴散至管狀膜的內(或外)表面的氫進行脫附，在管狀膜的內(或外)側得到氫氣。因此，其工作方式可以有外壓式和內壓式之分。

改變鈀、鎳金屬復合膜的厚度，可以調整所得氫氣的純度。對于內燃發動機和渦輪發動機，直接燃燒的氫氣純度控制在95％以內(其余氣體主要為CO₂)，有利于防止或減少氫氣燃燒過程中的早然、爆燃現象，能有效地防止或減少NO_x的產生，并能提高氫氣的回收率至93％以上。

本發明的緊湊型隨行制氫裝置，其特征在于在隨行制氫裝置中集成管狀分離膜(用于氫氣發動機或燃料電池燃料系統)；在隨行制氫裝置中集成脫硫腔(用于以烴燃料隨行制氫)；在隨行制氫裝置中同時集成管狀分離膜和脫硫腔(用于以烴燃料隨行制取高純氫的發動機或燃料電池燃料系統)。