[發明專利]內燃機余熱回收富氫排氣再循環裝置

有效

• 申請號: 201310014871.4
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103075275A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李鐵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F02M25/07
• 分類號: F02M25/07;F02M25/12;F01N5/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種內燃機技術領域的排氣再循環系統，特別是一種利用內燃機余熱催化裂解氫能載體（包括甲醇、乙醇、氨水及汽油等）的富氫排氣再循環系統。

背景技術

節能與環保是人類實現可持續發展的重要主題之一。鑒于中長期內交通運輸用動力裝置主流仍將為內燃發動機，降低內燃機油耗及有害物排放乃為可代替動力裝置大規模普及前實現節能減排的最為有效之策略。

排氣再循環技術是降低內燃機氮氧化物排放的有效手段之一。此外，應用排氣再循環可以降低發動機缸內傳熱損失，提高工質比熱比，增加燃燒放熱的等容度，改善發動機抗爆性能，從而提高發動機熱效率10～15%。然而，過量的排氣再循環在低負荷時使得發動機穩定性惡化，在高負荷時增加對進氣增壓的要求，因而限制了排氣再循環更有效的應用。再循環氣中加入少量的氫氣可以增加發動機對排氣再循環的容許度，從而可以利用排氣再循環更大限度地改進發動機油耗和排放。然而，目前的相關工作基本上停留在排氣再循環中添加氫氣對發動機性能影響的探討之上，實際應用中怎樣實現富氫排氣再循環方面還鮮有公開報道。

利用發動機排氣余熱催化裂解氫能載體不僅可以有效地生產富氫氣體，而且可以部分回收排氣熱能，改進發動機燃油經濟性。專利CN85109487A利用碳氫燃料、水和氣化劑按一定比例供入催化反應器，利用發動機的高壓燃氣提供熱能，催化裂解生產氫和一氧化碳再生氣，同汽油混合作為發動機燃料，從而降低發動機油耗。在專利號94116320.2的文獻中，發明人對原有技術進行了進一步改進：在原有發動機排氣管上直接串接一個氫發生器來利用余熱，使得尾氣消聲器和醇類燃料裂解反應器組合為一體，生產富氫氣體同汽油混合進入發動機作為代用燃料。專利號99122107.9的文獻公開了一種具有外置采熱結構的余熱制氫裝置，提高了催化反應床溫度穩定性，從而改善了氫氣摻燒時發動機的穩定性。然而，上述專利技術存在以下缺點和不足：

1.上述專利技術都是以一定量的氫氣摻燒作為手段來改進發動機燃燒特性，沒有注意到EGR改善發動機熱效率和排放的更大效果。

2.專利CN85109487A利用活塞運動到做功沖程的1/2～2/3時缸內高壓燃氣通過缸壁開孔導入反應器的方法加熱制氫。此種方案勢必降低發動機的動力輸出特性。

3.專利94116320.2與專利99122107.9中，反應器所需熱量通過排氣的壁面傳熱來獲取，這使得催化反應床升溫速度慢，影響制氫效率。

4.專利94116320.2采用制氫器與消音器一體化設計勢必增加反應器至發動機排氣閥口距離，增加排氣熱損失，降低排氣余熱利用效率，使得反應器升溫困難，影響催化制氫效率。

5.由于上述專利的技術特點，其高效制氫操作局限于發動機排氣溫度高的大負荷工況。發動機長期運轉時，氫氣的不足及添加濃度變動帶來發動機動力輸出不穩定的隱患。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種利用內燃機余熱催化裂解氫能載體的富氫排氣再循環系統。