利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统技术方案

一种利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，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，富氢混合气喷射器安装在航空发动机上，高温尾气阀通过管路连接尾喷管和废气进口，甲醇流量阀通过管路连接重整甲醇进口和甲醇箱，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废气进口和尾喷管之间管路上的任意一点连通，甲醇喷射器安装在航空发动机上，并通过管路与甲醇箱连接，重整甲醇出口通过管道与甲醇箱连通，废气出口与尾喷管连通，ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、甲醇流量阀、高温尾气阀电连接，本实用新型专利技术实现了机载甲醇在线重整，改善航空发动机的燃烧及排放性能的目的。

Airborne methanol reforming system for producing hydrogen-rich gas from tail gas

【技术实现步骤摘要】
利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统
本技术属于航空发动机尾气余热利用
，具体涉及利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统。
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
为了解决现有技术存在的问题,本技术提供利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，技术方案如下：一种利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，包括航空发动机、重整器、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射器、富氢混合气喷射器、甲醇箱和ECU(ElectronicControlUnit、电子控制单元)，所述航空发动机包括发动机头部和尾喷管，所述重整器设有废气进口、废气出口、重整甲醇进口、重整甲醇出口、扫气用尾气进口和重整燃气出口，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，富氢混合气喷射器安装在航空发动机上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部的进气口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接尾喷管和废气进口，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接重整甲醇进口和甲醇箱，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废气进口和尾喷管之间管路上的任意一点连通，甲醇喷射器安装在航空发动机上，并通过管路与甲醇箱连接，用于向发动机头部的燃烧室喷射甲醇燃料，重整甲醇出口通过管道与甲醇箱连通，废气出口与尾喷管连通，甲醇箱用于存储甲醇，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、甲醇流量阀、高温尾气阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。所述重整器还包括重整器体、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与重整甲醇进口连通，甲醇反应通道的另一端与重整甲醇出口连通，重整产物通道的一端与扫气用尾气进口连通，重整产物通道的另一端与重整燃气出口连通，甲醇反应通道内的甲醇与废气通道内的高温废气流向相反。所述重整器还包括热电偶，所述热电偶固定在废气进口扩张段上，且热电偶的偶丝延伸至废气通道内部，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。所述废气进口扩张段还连通有燃气补气管。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、本技术采用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废气进口和尾喷管，甲醇流量阀通过管路连接重整甲醇进口和甲醇箱，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、高温尾气阀、甲醇流量阀和扫气用废气阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度；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航空发动机，改善航空发动机的燃烧及排放性能的目的。2、本技术通过剖面为拱形的甲醇反应通道螺旋缠绕于废气通道的外表面，可使甲醇反应通道内的液态甲醇与高温的废气通道充分接触，实现液态甲醇的快速蒸发，加快了甲醇裂解的反应速度，提高了工作效率。3、甲醇反应通道内的甲醇与废气通道内的高温废气流向相反，可使甲醇与高温废气之间始终保持最大温差，进一步提高换热效率。4、本技术甲醇反应通道的拱顶采用选择透过性材料制成，且甲醇反应通道螺旋缠绕于废气通道的外表面，液态甲醇与其裂解生成的富氢混合气组成的气液混合物在甲醇反应通道内流动时产生离心力，从而使富氢混合气迅速的从气液混合物中分离，穿过甲醇反应通道的拱顶到达重整产物通道中，提高了富氢混合气的分离效率，从而提高工作效率。5、富氢混合气生成后在离心力的作用下与甲醇反应通道内的液态甲醇发生对流，提高了气液混合物的混合均匀程度，使得液态甲醇与催化剂的接触面积增大，同时使液态甲醇与高温的废气通道之间的热交换效率提高，加快了甲醇裂解的反应速度，从而生成更多的富氢混合气，提高工作效率。6、本技术结构简单、合理，系统小巧，且既可单独使用重整器、也可与蒸发段配合使用，可满足不同设备及工况的需求。附图说明图1为现有技术的方案结构示意图；图2为本技术机载甲醇重整系统的结构示意图；图3为本技术机载甲醇重整控制方法的流程图；图4为本技术重整器的结构示意图；图5为本技术甲醇反应通道的剖面结构示意图；图6为本技术重整器的工作过程示意图。其中：航空发动机1；重整器2；废气进口21；废气进口法兰211；废气进口扩张段212；废气出口22；废气出口法兰221；废气出口收缩段222；重整甲醇进口23；重整甲醇出口24；扫气用尾气进口25；重整燃气出口26；富氢混合气阀3；高温尾气阀4；甲醇流量阀5；扫气用废气阀6；甲醇喷射器7；富氢混合气喷射器8；甲醇箱9；ECU1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，其特征在于，包括航空发动机、重整器、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射器、富氢混合气喷射器、甲醇箱和ECU，所述航空发动机包括发动机头部和尾喷管，所述重整器设有废气进口、废气出口、重整甲醇进口、重整甲醇出口、扫气用尾气进口和重整燃气出口，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，富氢混合气喷射器安装在航空发动机上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部的进气口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接尾喷管和废气进口，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接重整甲醇进口和甲醇箱，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废气进口和尾喷管之间管路上的任意一点连通，甲醇喷射器安装在航空发动机上，并通过管路与甲醇箱连接，用于向发动机头部的燃烧室喷射甲醇燃料，重整甲醇出口通过管道与甲醇箱连通，废气出口与尾喷管连通，甲醇箱用于存储甲醇，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、甲醇流量阀、高温尾气阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。...

【技术特征摘要】
1.一种利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，其特征在于，包括航空发动机、重整器、富氢混合气阀、扫气用废气阀、高温尾气阀、甲醇流量阀、甲醇喷射器、富氢混合气喷射器、甲醇箱和ECU，所述航空发动机包括发动机头部和尾喷管，所述重整器设有废气进口、废气出口、重整甲醇进口、重整甲醇出口、扫气用尾气进口和重整燃气出口，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，富氢混合气喷射器安装在航空发动机上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部的进气口，高温尾气阀用于控制高温尾气流量，其通过管路连接尾喷管和废气进口，甲醇流量阀用于控制液态甲醇的流量，其通过管路连接重整甲醇进口和甲醇箱，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废气进口和尾喷管之间管路上的任意一点连通，甲醇喷射器安装在航空发动机上，并通过管路与甲醇箱连接，用于向发动机头部的燃烧室喷射甲醇燃料，重整甲醇出口通过管道与甲醇箱连通，废气出口与尾喷管连通，甲醇箱用于存储甲醇，所述ECU分别与富氢混合气阀、扫气用废气阀、甲醇流量阀、高温尾气阀电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。2.根据权利要求1所述的一种利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统，其特征在于，所述重整器还包括重整器体、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...

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