一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统及控制方法技术方案

采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，航空发动机设有发动机头部和尾喷管，重整装置包括重整器、蒸发段和折流分离段，富氢混合气阀通过管路连接重整燃气出口和富氢混合气喷射器，高温尾气阀通过管路连接蒸发段进口和尾喷管，甲醇流量阀通过管路连接甲醇蒸发管进口和甲醇箱，扫气用废气阀的出口通过管路与扫气用尾气进口连接，扫气用废气阀的进口与尾喷管连通，ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、补气用尾气阀、甲醇流量阀以及甲醇喷射流量控制阀电连接，本发明专利技术实现了利用航空发动机高温尾气的热量，实现机载甲醇在线重整并将甲醇燃料裂解为富氢可燃气体供应车用航空发动机，改善航空发动机的燃烧及排放性能的目的。

An on-line methanol reforming system and control method using baffle separation mechanism

Airborne methanol online reforming system with baffle separation mechanism is adopted. The aeroengine is equipped with engine head and tail nozzle. The reforming device includes reformer, evaporation section and baffle separation section. The hydrogen-rich mixture valve connects reforming gas outlet and hydrogen-rich mixture gas ejector through pipeline. The high temperature exhaust valve connects the inlet and tail nozzle of evaporation section through pipeline, and the methanol flow valve connects through pipeline. The outlet of the scavenging exhaust valve is connected with the scavenging exhaust inlet through the pipeline, the scavenging exhaust valve is connected with the exhaust nozzle, and the ECU is electrically connected with the hydrogen-rich mixture valve, the scavenging exhaust valve, the high temperature exhaust valve, the supplementary exhaust valve, the methanol flow valve and the methanol injection flow control valve, respectively. The heat of high temperature exhaust gas can realize on-line reforming of airborne methanol and decomposition of methanol fuel into hydrogen-rich combustible gas to supply automotive aero-engine, so as to improve the combustion and emission performance of aero-engine.

【技术实现步骤摘要】
一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统及控制方法
本专利技术属于汽车尾气余热利用
，具体涉及一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统及控制方法。
技术介绍
与汽油、柴油、天然气等传统化石燃料相比，氢气燃烧清洁，无颗粒、碳氢、一氧化碳等排放；若采用稀薄燃烧技术，氢气燃烧可进一步实现零排放。因此，氢气具有取代传统化石燃料、成为发动机主要燃料的巨大潜力。然而，氢气在常温常压下为气态，运输及储存不易，使用时需采取加压的方法将其压缩为高压高密度的压缩氢气、并储存于高压容器中；同时，其分子量小、爆炸极限宽、燃烧速度快，在用作发动机燃料时容易发生回火。氢气的这些性质，决定了其作为发动机燃料使用时问题较多；尤其从安全性、可靠性及系统重量方面考虑，氢气无法直接用作航空发动机燃料。研究表明，采用在线重整技术可使甲醇发生裂解反应，生成富含氢气的可燃气体，可有效改善航空发动机的点火及燃烧性能，并降低排放；而且，甲醇在常温常压条件下为液体，储存及运输十分方便。因此，可采用在线重整技术、将甲醇重整为富氢混合气作为辅助燃料供给航空发动机，使得甲醇及其重整燃料被用作航空动力燃料成为了可能。然而，目前的在线重整技术其系统的尺寸及重量往往比较庞大。这直接导致现有技术不适用于航空发动机的在线重整。实际上，甲醇燃料十分适合航空发动机使用，而且通过在线重整得到的富氢可燃气体更能够提高航空发动机的点火及燃烧性能。但是，涉及到将甲醇在线重整用于航空发动机领域的技术还未见报道。图1提供了一种利用汽车尾气余热进行甲醇重整制氢的装置(申请号：201310668754.X)。如图所示，将工作空间隔离为蒸发空间和裂解空间两部分。由于工作空间大，因此无法保证甲醇与催化剂、甲醇与废气充分接触，因此其工作效率和速度较为低下。而且，由图1可看出该方案尺寸较大，因此重量必定很大，所以该方案无法用在机载领域。
技术实现思路
为利用航空发动机高温尾气的热量，实现机载甲醇在线重整并将甲醇燃料裂解为富氢可燃气体供应航空发动机，改善航空发动机的燃烧及排放性能，本专利技术提供一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统及控制方法，技术方案如下：一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，包括ECU(ElectronicControlUnit、电子控制单元)、甲醇箱、航空发动机、重整装置、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射流量控制阀、冷凝甲醇回流阀、燃料喷嘴和富氢混合气喷射器，所述航空发动机设有发动机头部和尾喷管，所述重整装置包括重整器、蒸发段和折流分离段，重整装置用于实现液态甲醇的蒸发、在线重整及甲醇混合物气液分离，重整装置设置有蒸发段进口、甲醇蒸发管进口、扫气用尾气进口、重整燃气出口、气态甲醇出口和液态甲醇出口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接蒸发段进口和尾喷管，富氢混合气阀用于控制富氢混合气流量，其通过管路连接重整燃气出口和富氢混合气喷射器，富氢混合气喷射器固定在发动机头部上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接甲醇蒸发管进口和甲醇箱，扫气用废气阀具体为单向阀，用于将重整器内存留的富氢混合气排出，扫气用废气阀的出口通过管路与扫气用尾气进口连接，扫气用废气阀的进口与尾喷管连接，燃料喷嘴安装在航空发动机上，用于向航空发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，甲醇喷射流量控制阀用于控制燃料喷嘴喷射甲醇的流量，其通过管路与甲醇箱和燃料喷嘴连接，冷凝甲醇回流阀用于控制甲醇回流流量，其通过管路与液态甲醇出口和甲醇箱连接，甲醇箱用于存储甲醇，气态甲醇出口通过管路与重整燃气出口连通，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、冷凝甲醇回流阀、甲醇流量阀以及甲醇喷射流量控制阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。所述重整器包括废气进口、废气出口、重整器体、甲醇反应通道和重整产物通道，重整器体包括重整器外壳和废气通道，重整器外壳套设于废气通道外侧，废气通道的两端分别与废气出口和废气进口固定连接，甲醇反应通道为剖面为拱形的管状结构，其螺旋缠绕于废气通道的外表面，甲醇反应通道的拱顶采用选择性透过材料制成，甲醇反应通道的内壁设置有催化剂涂层，甲醇反应通道的拱顶与重整器外壳的内壁固定连接，甲醇反应通道的拱底与废气通道的外表面固定连接，重整器外壳内壁、废气通道外壁与甲醇反应通道外壁之间形成密封的重整产物通道，甲醇反应通道的一端连通有重整甲醇进口，甲醇反应通道的另一端连通有重整甲醇出口，重整产物通道的一端连通有扫气用尾气进口，重整产物通道的另一端连通有重整燃气出口。所述重整器还包括第一热电偶，所述第一热电偶固定在废气进口扩张段上，且第一热电偶的偶丝延伸至废气通道内部，第一热电偶与ECU电连接。所述废气进口包括废气进口法兰和废气进口扩张段，废气进口扩张段为一侧窄口另一侧宽口的筒体，其窄口一侧与废气进口法兰固定连接，其宽口一侧与废气通道固定连接，所述燃气补气管安装在废气进口扩张段上；所述废气出口包括废气出口法兰和废气出口收缩段，废气出口收缩段为一侧窄口另一侧宽口的筒体，其窄口一侧与废气出口法兰固定连接，其宽口一侧与废气通道固定连接。所述蒸发段包括蒸发段出口、蒸发段进口、甲醇蒸发管和蒸发段管体，蒸发段管体的两端分别与蒸发段出口和蒸发段进口固定连接，蒸发段出口与所述废气进口连通，甲醇蒸发管为剖面为拱形的管状结构，其螺旋缠绕于蒸发段管体的外表面，甲醇蒸发管的拱底与蒸发段管体的外表面固定连接，甲醇蒸发管的两端分别连通有甲醇蒸发管进口和甲醇蒸发管出口，甲醇蒸发管出口与重整甲醇进口连通。所述蒸发段出口包括蒸发段出口法兰和蒸发段出口渐缩段，蒸发段出口渐缩段为一侧窄口一侧宽口的筒体，其窄口一侧与蒸发段出口法兰固定连接，其宽口一侧与蒸发段管体固定连接；所述蒸发段进口包括蒸发段进口法兰和蒸发段进口渐扩段，蒸发段进口渐扩段为一侧窄口一侧宽口的筒体，其窄口一侧与蒸发段进口法兰固定连接，其宽口一侧与蒸发段管体固定连接；所述蒸发段还包括第二热电偶，所述第二热电偶固定在蒸发段进口渐扩段上，且第二热电偶的偶丝延伸至蒸发段管体内部，第二热电偶与ECU电连接。所述折流分离段包括上部冷却折流挡板、下部冷却折流挡板、分离段壳体、集液腔和隔离板，所述隔离板水平装配于分离段壳体的内壁上，隔离板下方与分离段壳体内壁之间形成所述集液腔，隔离板上设置有若干个集液孔，分离段壳体内壁顶部固定装配有若干个上部冷却折流挡板，隔离板上表面固定装配有若干个下部冷却折流挡板，上部冷却折流挡板与下部冷却折流挡板间隔设置，上部冷却折流挡板与下部冷却折流挡板在分离段壳体内形成S形冷却分离通道，分离段壳体顶部的两侧分别设置有甲醇混合物进口和气态甲醇出口，甲醇混合物进口与S形冷却分离通道的一端连通，气态甲醇出口与S形冷却分离通道的另一端连通，分离段壳体的底部设置有液态甲醇出口，液态甲醇出口与所述集液腔连通，甲醇混合物进口通过法兰与重整器的重整甲醇出口连通。上部冷却折流挡板和下部冷却折流挡板均弯折呈“＜”形或“＞”形，上部冷却折流挡板和下部冷却折流挡板的弯折方向一致。一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整控制方法，采用前述的一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，包括以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，包括ECU、甲醇箱、航空发动机、重整装置、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射流量控制阀、冷凝甲醇回流阀、燃料喷嘴和富氢混合气喷射器，所述航空发动机设有发动机头部和尾喷管，所述重整装置包括重整器、蒸发段和折流分离段，重整装置用于实现液态甲醇的蒸发、在线重整及甲醇混合物气液分离，重整装置设置有蒸发段进口、甲醇蒸发管进口、扫气用尾气进口、重整燃气出口、气态甲醇出口和液态甲醇出口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接蒸发段进口和尾喷管，富氢混合气阀用于控制富氢混合气流量，其通过管路连接重整燃气出口和富氢混合气喷射器，富氢混合气喷射器固定在发动机头部上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接甲醇蒸发管进口和甲醇箱，扫气用废气阀具体为单向阀，用于将重整器内存留的富氢混合气排出，扫气用废气阀的出口通过管路与扫气用尾气进口连接，扫气用废气阀的进口与尾喷管连接，燃料喷嘴安装在航空发动机上，用于向航空发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，甲醇喷射流量控制阀用于控制燃料喷嘴喷射甲醇的流量，其通过管路与甲醇箱和燃料喷嘴连接，冷凝甲醇回流阀用于控制甲醇回流流量，其通过管路与液态甲醇出口和甲醇箱连接，甲醇箱用于存储甲醇，气态甲醇出口通过管路与重整燃气出口连通，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、冷凝甲醇回流阀、甲醇流量阀以及甲醇喷射流量控制阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。...

【技术特征摘要】
1.一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，包括ECU、甲醇箱、航空发动机、重整装置、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射流量控制阀、冷凝甲醇回流阀、燃料喷嘴和富氢混合气喷射器，所述航空发动机设有发动机头部和尾喷管，所述重整装置包括重整器、蒸发段和折流分离段，重整装置用于实现液态甲醇的蒸发、在线重整及甲醇混合物气液分离，重整装置设置有蒸发段进口、甲醇蒸发管进口、扫气用尾气进口、重整燃气出口、气态甲醇出口和液态甲醇出口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接蒸发段进口和尾喷管，富氢混合气阀用于控制富氢混合气流量，其通过管路连接重整燃气出口和富氢混合气喷射器，富氢混合气喷射器固定在发动机头部上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接甲醇蒸发管进口和甲醇箱，扫气用废气阀具体为单向阀，用于将重整器内存留的富氢混合气排出，扫气用废气阀的出口通过管路与扫气用尾气进口连接，扫气用废气阀的进口与尾喷管连接，燃料喷嘴安装在航空发动机上，用于向航空发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，甲醇喷射流量控制阀用于控制燃料喷嘴喷射甲醇的流量，其通过管路与甲醇箱和燃料喷嘴连接，冷凝甲醇回流阀用于控制甲醇回流流量，其通过管路与液态甲醇出口和甲醇箱连接，甲醇箱用于存储甲醇，气态甲醇出口通过管路与重整燃气出口连通，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、冷凝甲醇回流阀、甲醇流量阀以及甲醇喷射流量控制阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。2.如权利要求1所述的一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，所述重整器包括废气进口、废气出口、重整器体、甲醇反应通道和重整产物通道，重整器体包括重整器外壳和废气通道，重整器外壳套设于废气通道外侧，废气通道的两端分别与废气出口和废气进口固定连接，甲醇反应通道为剖面为拱形的管状结构，其螺旋缠绕于废气通道的外表面，甲醇反应通道的拱顶采用选择性透过材料制成，甲醇反应通道的内壁设置有催化剂涂层，甲醇反应通道的拱顶与重整器外壳的内壁固定连接，甲醇反应通道的拱底与废气通道的外表面固定连接，重整器外壳内壁、废气通道外壁与甲醇反应通道外壁之间形成密封的重整产物通道，甲醇反应通道的一端连通有重整甲醇进口，甲醇反应通道的另一端连通有重整甲醇出口，重整产物通道的一端连通有扫气用尾气进口，重整产物通道的另一端连通有重整燃气出口。3.如权利要求2所述的一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，所述重整器还包括第一热电偶，所述第一热电偶固定在废气进口扩张段上，且第一热电偶的偶丝延伸至废气通道内部，第一热电偶与ECU电连接。4.如权利要求3所述的一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，所述废气进口包括废气进口法兰和废气进口扩张段，废气进口扩张段为一侧窄口另一侧宽口的筒体，其窄口一侧与废气进口法兰固定连接，其宽口一侧与废气通道固定连接，所述燃气补气管安装在废气进口扩张段上；所述废气出口包括废气出口法兰和废气出口收缩段，废气出口收缩段为一侧窄口另一侧宽口的筒体，其窄口一侧与废气出口法兰固定连接，其宽口一侧与废气通道固定连接。5.如权利要求4所述的一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，其特征在于，所述蒸发段包括蒸发段出口、蒸发段进口、甲醇蒸发管和蒸发段管体，蒸发段管体的两端分别与蒸发段出口和蒸发段进口固定连接，蒸发段出口与所述废气进口连通，甲醇蒸发管为剖面为拱形的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，李政楷，曾文，马洪安，刘凯，张维，杨聪，郑玮琳，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21