[发明专利]利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统及控制方法

说明书

一种利用尾气制取富氢气体机载甲醇重整系统，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，本发明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。

技术领域

本发明属于航空发动机尾气余热利用技术领域，具体涉及利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统及控制方法。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题,本发明提供利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统及控制方法，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(Electronic Control Unit、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。