一种具有可控冷却温度装置的发动机外置重整装置的制作方法

本发明涉及发动机外置重整装置，特别涉及具有可控冷却温度装置的发动机外置重整装置。

背景技术：

随着人类社会能源不断紧缺，环境日益恶化，各国政府纷纷制定法规以加大对汽车能耗与排放的限制。为了应对越来越严格的法律法规，国内外学者纷纷提出了一系列新型的燃烧方式，如均质压燃(hcci)、部分预混合燃烧(ppc)等等，这些燃烧方式都在不同程度上改善了发动机的性能。其中，燃料重整这一新型燃烧技术，由于可以使发动机在燃烧和排放两方面都得以改善，而逐渐吸引了学者的目光。peucheret等人利用简化的热力学平衡模型模拟了重整过程，同时进行了基于开式燃料废气重整hcci发动机系统试验，证明了发动机实现废气重整的可行性；天津大学的尧命发等人提出了灵活缸燃烧模式，即将重整缸的重整产物导入前几缸，从而改善发动机的燃烧和排放特性；伯明翰大学的tsolakis等人自制了一台发动机外置重整器，把燃料重整为h2和co，再导入到发动机进气道与空气混合，以增加燃料的可用能并加快燃料的燃烧速度来提高发动机的热效率。

然而，经过研究发现重整气不同冷却方式对低温氧化混合气活性影响较大。冷却方式的不同归因于温度变化的历程不同，如保温冷却、自然冷却、线性冷却等，图1是不同冷却温度方式图像示意图，显示了不同冷却温度曲线。目前而言，大部分重整装置对这一问题考虑较少。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以避免自然冷却温度过低造成大量重整气液化导致重整气管堵塞，减少了重整气液化也可以有效利用重整燃料的具有可控冷却温度装置的发动机外置重整装置。

一种具有可控冷却温度装置的发动机外置低温燃料重整装置，包括压气机，所述的压气机出口通过连接有流量计的空气进气管与一个外置低温燃料重整器的进口相连，所述流量计调节进入外置低温重整器的空气流量，一台燃料注射泵的出口通过燃料进样管依次连接燃料汽化罐和外置低温燃料重整器进口，在所述的燃料汽化罐上缠绕有燃料汽化罐电加热丝，所述的燃料汽化罐电加热丝与第一温控表相连，所述燃料注射泵按照所需的速率匀速将重整燃料注射进燃料进样管；

所述的外置低温燃料重整器为一个圆柱形金属空腔，在所述的外置低温燃料重整器上缠绕有重整器电加热丝，所述的重整器电加热丝与第二温控表相连，所述第二温控表控制外置低温燃料重整器的加热功率；所述的外置低温燃料重整器的出口与重整气气管的一端连通，一个可控冷却温度装置包括壳体，在所述的壳体内通过隔热材料分隔得到多个腔室作为温控分区，所述重整气气管另一端沿水平方向穿过可控温度冷却装置的隔热材料以及各个温控分区后与发动机进气管连通；

在所述外置低温燃料重整器出口与可控冷却温度装置之间的重整气气管上中连接有第一热电偶，以检测外置低温燃料重整器内的重整温度，并与第二温控表形成温度闭环反馈，在每一个温控分区内的重整气气管上缠绕有气管电加热丝用以保温，并在每相邻的两个温控分区之间的隔热材料内均设置有一个第二热电偶进行温度闭环反馈；各个温控分区内的电加热丝和第二热电偶均与一个多路温控表连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1.避免自然冷却温度过低造成大量重整气液化导致重整气管堵塞；

2.减少重整气液化也可以有效利用重整燃料，有利于经济性；

3.通过所需的保温冷却，控制重整气在冷却过程中的二次反应，最终得到所需的氧化产物。

附图说明

图1是不同冷却温度方式图像示意图；

图2是本发明具有可控冷却温度装置的发动机外置低温燃料重整装置的结构示意图；

图3是图2所示的装置中的可控冷却温度装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案做进一步描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明通过控制燃料重整后的冷却温度曲线来影响低温产物后续的氧化历程。

本发明主要是通过将在外置低温燃料重整器8中重整好的重整产物进行不同快慢的冷却，然后将最终所得的重整气通入发动机进气管14，最后导入到发动机气缸15中参与燃烧。

如图1所示，本发明的一种具有可控冷却温度装置的发动机外置低温燃料重整装置，包括压气机1，所述的压气机1出口通过连接有流量计3的空气进气管2与一个外置低温燃料重整器8的进口相连，所述流量计3调节进入外置低温重整器8的空气流量。一台燃料注射泵4的出口通过燃料进样管5依次连接燃料汽化罐6和外置低温燃料重整器8进口，在所述的燃料汽化罐6上缠绕有燃料汽化罐电加热丝，所述的燃料汽化罐电加热丝与第一温控表7相连。所述燃料注射泵4按照所需的速率匀速将重整燃料注射进燃料进样管5。

所述的外置低温燃料重整器8为一个圆柱形金属空腔，在所述的外置低温燃料重整器8上缠绕有重整器电加热丝9，所述的重整器电加热丝9与第二温控表10相连，所述第二温控表10控制外置低温燃料重整器8的加热功率，从而控制外置低温燃料重整器8的重整温度；所述的外置低温燃料重整器8的出口与重整气气管19的一端连通，一个可控冷却温度装置12包括壳体，在所述的壳体内通过隔热材料18分隔得到多个腔室(图中设置为十个作为实例)作为温控分区17，各个温控分区17由隔热材料18隔开以确保互不干扰。所述重整气气管19另一端沿水平方向穿过可控温度冷却装置12的隔热材料18以及各个温控分区17后与发动机进气管连通。

在所述外置低温燃料重整器8出口与可控冷却温度装置12之间的重整气气管19上中连接有第一热电偶11，以检测外置低温燃料重整器8内的重整温度，并与第二温控表10形成温度闭环反馈。

在每一个温控分区17内的重整气气管19上缠绕有气管电加热丝20用以保温，并在每相邻的两个温控分区17之间的隔热材料18内均设置有一个第二热电偶21进行温度闭环反馈；各个温控分区17内的电加热丝20和第二热电偶21均与一个多路温控表13连接，通过分别调节各个温控分区17内电加热丝20的发热功率即可实现保温冷却，获得可控的冷却温度，从而避免自然冷却温度过低造成大量重整气液化导致重整气管堵塞且可以有效利用重整燃料，并控制重整气在冷却过程中的二次反应，最终得到所需的氧化产物。

所述重整气气管19内产物经过可控温度冷却装置12的冷却后立即导入发动机进气管14，并与新鲜空气混合，最终导入发动机气缸15；所述发动机气缸15连接有发动机进气管14和发动机排气管16。

采用本装置的工作过程如下：

初始重整燃料由所述燃料注射泵4以匀速经燃料进样管5导入到燃料汽化罐6中，汽化为气态燃料。同时，压气机1将新鲜空气通过流量计3的调控导入到空气进气管2中。气态燃料和新鲜空气同时导入到外置低温燃料重整器8中。在所述外置低温燃料重整器8中，新鲜空气与气态燃料混合并进行低温重整，重整后的气态氧化产物由重整气气管19导出，并经过可控冷却温度装置12。调节可控冷却温度装置12控制冷却温度下降的快慢，将所需的气态氧化产物导入到发动机进气管14中，与新鲜空气混合，一同导入到发动机气缸15中，最终与缸内直喷的燃料形成混合气，实现混合气活性和浓度分层协同控制燃烧。

下面以chemkin模拟软件得出的计算结果举例。重整正庚烷燃料(一种类柴油燃料)，在重整器内低温重整后得到的重整产物通过可控冷却温度装置，如果控制冷却温度不低于680k，则重整产物中的h2o,co,h2o2和h2的摩尔分数急剧增加，当冷却温度低于680k，其摩尔分数增加趋势变缓。不同的是，c3ket13,ch2o,c7ket24和oh的摩尔分数在冷却温度为700k时达到峰值，之后随着冷却温度降低而下降，并在冷却温度降低到680k之后变化平缓。其中oh的摩尔分数在冷却温度降低到320k时几乎降低为零。事实上如果不进行保温冷却，重整气中所有自由基的摩尔分数最终都会降低到接近零。因此，如果利用可控冷却温度装置对重整产物进行保温冷却，最终可以获得大量的高活性物质(c3ket13,ch2o,c7ket24和oh)。之后将高活性重整气体迅速导入到发动机进气管中，与新鲜空气混合后导入到发动机气缸内，而后与工作缸喷入的新鲜燃料混合燃烧，发生可控燃油燃烧氧化反应，最终实现混合气活性及浓度分层协调控制的高效清洁燃烧的目标。

本发明是利用一套具有可控冷却温度装置的发动机外置重整装置，可控冷却温度装置的加入可以有效避免自然冷却温度过低造成大量重整气液化而导致重整气管堵塞，并且可以有效利用重整燃料。另外通过所需的保温冷却，可以控制重整气在冷却过程中的二次反应，最终得到所需的氧化产物。

综上，本发明具有可控冷却温度装置的发动机外置重整装置可以控制重整产物冷却温度下降的快慢，最终得到所需的气态重整气体。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出许多变形，这些均属于本发明的保护之内。