将液态烃燃料注入燃料电池驱动装置转化炉中的方法及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于液态烃燃料转化炉／加工器（２）的燃料雾化器（４），它可以产生液态燃料和蒸汽的高速雾化物流，其中，所说的液态燃料被快速气化，从而抑制碳从燃料中沉积到燃料气化室（１０）的表面上。注射器包括小孔径的燃料注射管（６），通过该管液态燃料和蒸汽的混合物以相对高速射出。在该管中，液态燃料形成围绕蒸汽内芯的环状薄膜；液态液滴薄膜和蒸汽内芯的复合物从该管中喷射到过热蒸汽或过热蒸汽与经由输入管（１６）提供的空气的物流中。来自所说薄膜的燃料液滴在其离开注射管之后，立即被过热蒸汽物流气化。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将液态烃燃料注入燃料电池驱动装置转化炉中的方法及设备
本专利技术涉及一种转化粗液态烃燃料的系统；在优选的实施方案中，本专利技术涉及一种自热式燃料转化炉的液态燃料注射装置，该转化炉可减少或消除液态燃料在进入气化室而未进入转化炉前时因气化而产生的碳沉积。专利技术背景人们知道，自热式烃燃料转化炉可用于将粗烃燃料转化为富氢燃料，这种富氢燃料再经吸收净化，即可用作燃料电池驱动装置(fuel cell powerplant)的燃料气。如果加工的是重烃，通常使用自热转化炉，而不是常规的热蒸汽转化炉。象汽油等原料更适于在自热转化炉中进行转化。将空气、水蒸汽和粗燃料的混合物送入自热转化炉；该转化炉就会将该混合物催化转化为富氢的燃料气。从理论上讲，空气、水蒸汽和粗燃料流经转化炉的催化床层后，大多数烃原料可以转化为富氢的、燃料电池的反应物燃料。通常所发生的反应如下：然而，在实际操作中，有许多因素会限制转化炉发挥其所需的功能。液态粗燃料中的某些组份，特别是硫，会使转化炉催化剂中毒。另外，在气化室中，液态的粗燃料气体在气化前与热的气化室金属表面发生接触，形成碳沉积，从而使气化室结垢。此类碳沉积会阻塞气化室到转化炉的通道，从而使得气化室不能使用。当所加工的粗燃料是液态燃料时，-->如汽油、燃料油、煤油、石脑油、柴油机燃料等，气化室中碳沉积的问题会更加严重。在某些场合下，如可移动的、燃料电池作驱动力的应用场合下，希望能够利用液态的粗燃料如通常在加油站中可得到的汽油、柴油机燃料等，来作为燃料电池驱动装置中用于转化的反应燃料。这样，象小汽车、卡车、公共汽车等机动车辆，可以利用车上以液态燃料为氢源的燃料电池驱动装置所产生的电力进行驱动。然而，要达到这样的效果，所要处理的问题之一就是气化室中液态燃料的碳沉积问题。专利技术公开本专利技术涉及一种可以产生非常微细液滴的液态燃料雾化器。这些液滴在离开雾化器后，可以很容易地在几英寸距离内被热气流所气化。这正是本专利技术所希望的特性，因为这会防止燃料液滴接触气化室的热金属表面，从而防止了气化室中的碳沉积及由此所产生的气化室堵塞。上述的燃料雾化器包括一根小管，液态燃料和雾化气流如蒸汽一起导入该小管中。雾化气流的流速在100～500英尺/秒的范围内比较理想。燃料-蒸汽物流通过一个小孔径管以足够高的速率注射到混合室中，以使得在雾化室管内产生一个围绕蒸汽内芯的环形液态燃料物流。环形燃料物流的厚度是燃料速率与蒸汽速率之比以及燃料-蒸汽混合物中燃料与蒸汽之比的函数。液态燃料在接近所说管的内壁处形成环形薄膜；在雾化气流所产生的非常高的剪切力的作用下，从所说管中形成雾化的燃料液滴。所得的液滴非常小，其平均直径小于10微米。这一复合物流注射到外面的环状的过热蒸汽(温度约为538℃(1000°F))或热蒸汽与空气混合物中，该混合物基本上是在离开雾化管后瞬间被气化。例如，燃料-蒸汽混合物中的液态燃料组份在离开雾化管的1～3英寸距离内被热蒸汽所气化。由于液体燃料基本上瞬间被气化，从而使得液体燃料在转化炉各部-->件上的碳沉积达到最小。使用前面所述的燃料雾化系统，并结合自热转化炉的测试设备，来评估三百小时试运行后转化炉的性能。用雾化器以4.0千克/小时(gph)(8.8磅/小时)的流率来处理喷气式发动机燃料JP8。当所说燃料注射到流率为1千克/小时(2.2磅/小时)的、高速饱和蒸汽内芯中时，雾化器可以产生微细的液滴物流。将上述雾化器结合到测试设备的气化室段中，该气化室使用流率为13.6千克/小时(30.0磅/小时)、温度为482℃(900°F)的过热蒸汽，使得燃料液滴完全气化。经三百小时的试验后，对气化室进行试验后探测，在气化室内没有发现碳颗粒的痕迹。因而，本专利技术涉及一种抑制转化炉气化段中碳沉积的方法与设备，优选自热转化炉，该转化炉用于加工液体燃料如汽油等。所以，本专利技术的目的之一就是提供一种将液态燃料注入到燃料气化室中的方法及设备，从而使得气化室中的碳沉积达到最小。本专利技术的另一个目的是提供一种具有如此特征的方法及设备，使得液态燃料原料一进入气化室基本上被瞬间气化。本专利技术的又一个目的是提供一种具有如此特征的方法及设备，其中液态燃料和水蒸汽的混合物以燃料-蒸汽复合物的形式注入到气化室中，该复合物所具有的雾化的燃料液滴的平均直径小于约10微米。本专利技术的再一个目的是提供一种具有如此特征的方法及设备，其中，使燃料-蒸汽物流夹带在过热蒸汽-空气物流中，当燃料-蒸汽物流进入气化室时，过热蒸汽-空气物流使其中的燃料组份气化。下面，结合附图对本专利技术进行详细地描述，从而可以更清楚地看到本专利技术上述的这些及其它的目的和优点。附图简要说明图1是采用本专利技术方法和设备的自热式液态燃料转化炉的示意图；-->图2是本专利技术一实施方案中所制备的液态燃料-蒸汽注射管和蒸汽雾化装置的局部断面示意图。实施本专利技术的具体实施方案参看附图。图1是液态燃料雾化/气化和燃料处理系统的示意图，该系统概括地用数码2表示，并可用于机动车辆如汽车上和燃料加工系统中。所上所述，可以进行处理的燃料可以是汽油、柴油机燃料、石脑油或其它类似的液态燃料。系统2包括一个燃料雾化段4，在该段中，液态燃料物流被雾化，转化成粒径或直径小于约10微米的液滴。所说的液态燃料经燃料注射管6注射到雾化段4中，蒸汽则经蒸汽注射管8注射到雾化段4中。在管段9中，燃料和蒸汽形成一复合的流动模式，其中，蒸汽部分形成该模式的内芯，而燃料则形成该模式中的外部圆环。经管路12向燃料气化室10中注入过热蒸汽(约538℃)。利用来自管路12的蒸汽来气化从管段9射出的、已雾化的燃料液滴。离开气化室10的燃料/蒸汽的蒸气，在混合室14中与空气混合，所说的空气是经管路16注射到混合室14中的。然后，气化的燃料-空气混合物进入转化炉18，优选为自热转化炉(ATR)；在转化炉中燃料被转化成富氢气体。图2是图1之系统2中的燃料-蒸汽雾化段4和燃料气化-混合室段10的一实施方案的局部示意图。雾化管9从雾化段4中伸出，可以产生由蒸汽S和液态燃料F之薄膜构成的复合喷射流，其中蒸汽组份S构成复合喷射流的内芯，而燃料薄膜组份F则构成复合喷射流的外环。理想的情况是使燃料外环F的厚度达到最薄，这样可使得离开雾化管9之端口的液态燃料液滴D，在过热蒸汽物流中被快速气化。图中，过热蒸汽用箭头A标明。适当地组合各种雾化器的参数，如管烃、燃料/蒸汽速率比、蒸汽的温度和压力以及液态燃料的密度，可以实现这一目标。在雾化管9中，燃料薄膜F和蒸汽S的速率优选保持在约15～约153-->米/秒(50～约500英尺/秒)的范围内。当温热的(约52℃)液态燃料和少量的饱和蒸汽，以前面所述的高速送入内径约0.1397厘米(0.055英寸)的雾化管9中时，燃料-蒸汽物流中的燃料组份F在雾化管9的内壁上形成薄膜，而蒸汽S则形成燃料-蒸汽物流的内芯，见图2。蒸汽组份S的速率为约37米/秒(120英尺/秒)，它通常是燃料-蒸汽物流中燃料组份F的速率的两倍。当燃料蒸汽物流注射到来自管路12的过热-蒸汽物流A中，过热蒸汽A几乎立即将复合物流中的燃料组份气化。这部分是由于燃料液滴D的粒径非常小的原因。当雾化热蒸汽物流的速率为153米/秒(500英尺/秒)、燃料薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池驱动装置的燃料加工装置，所说的燃料加工装置包括： ａ） 燃料气化室； ｂ） 燃料雾化段，用于将雾化的燃料液滴和蒸汽导向所说燃料气化室； ｃ） 将过热气化物流注射到所说的燃料加工装置中的管路，所说的管路位于所说的雾化段和所说的气化室之间，过热气化物流由此能够注射到所说的燃料液滴和蒸汽的混合物中，使得在所说燃料液滴和蒸汽混合物中的所说燃料液滴气化；以及 ｄ） 燃料转化炉，它位于所说燃料气化室的下游，且能够接受来自所说燃料气化室的气化燃料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-8-19 09/136,7091、一种用于燃料电池驱动装置的燃料加工装置，所说的燃料加工装置包括：a)燃料气化室；b)燃料雾化段，用于将雾化的燃料液滴和蒸汽导向所说燃料气化室；c)将过热气化物流注射到所说的燃料加工装置中的管路，所说的管路位于所说的雾化段和所说的气化室之间，过热气化物流由此能够注射到所说的燃料液滴和蒸汽的混合物中，使得在所说燃料液滴和蒸汽混合物中的所说燃料液滴气化；以及d)燃料转化炉，它位于所说燃料气化室的下游，且能够接受来自所说燃料气化室的气化燃料。2、如权利要求1所述的燃料加工装置，其中，所说的雾化段产生燃料-蒸汽混合物，在该混合物中，由围绕蒸汽内芯的环状薄膜形成雾化的燃料液滴。3、如权利要求2所述的燃料加工装置，其中，所说的燃料薄膜的速率约为所说的蒸汽内芯的速率的一半。4、如权利要求3所述的燃料加工装置，其中，所说的燃料薄膜和蒸汽内芯的速率分别在15～153米/秒的范围内。5、如权利要求4所述的燃料加工装置，其中，所说的雾化燃料液滴的平均直径小于约10微米。6、如权利要求5所述的燃料加工装置，其中，所说的过热气化物流是过热蒸汽或过热蒸汽与空气的混合物。7、如权利要求6所述的燃料加工装置，其中，将所说的过热气化物流加热到约540℃的温度。8、如权利要求7所述的燃料加工装置，其中，所说的燃料转化炉是自热转化炉。9、一种用于燃料电池驱动装置的燃料加工装置，所说的燃料加工装置包括：a)燃料气化室；b)通向所说燃料气化室的燃料雾化段；c)将烃燃料物流注射到所说雾化段的第一管路；d)将蒸汽注射到所说雾化段的第二管路，所说第二管路位于所说第一管路的下游；e)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德F希德沃夫斯基，里查德A塞德奎斯特，
申请(专利权)人：UTC燃料电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]