CN103775249B - 内燃机重整器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机重整器设备，包括：a.内燃机(30)，b.混合装置(28)，该混合装置具有用于第一物质流的第一输入管路(11)以及用于第二物质流的第二输入管路(12)，其中，在混合装置(28)中能够由第一和第二物质流产生混合物，c.重整器(3)，用于将所述混合物重整为合成气，d.与混合装置(28)和重整器(3)连接的混合物导管(29)，以及e.与重整器(3)和内燃机(30)连接的合成气输入管路(6)，其中，在合成气输入管路(6)中设置有与第一输入管路(11)热耦合的第一热交换器(13)以及与第二输入管路(12)热耦合的第二热交换器(14)。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机重整器设备。
背景技术
同类的内燃机重整器设备例如由US 6,508,209B1，JP 2001 152846A或者WO2008/150370A1中得知。在那里公开的发明使用如下描述的原理。
在重整器中，由燃料、空气和可能水蒸汽和/或内燃机排气流的一部分产生合成气。随后，合成气与空气和可能其它的燃料一起被输送给内燃机。由此产生两个优点。一方面，减少在发动机排气中的不希望的气体/排放，例如氧化氮、一氧化碳或者未燃烧的烃。另一方面，合成气是富氢的，这改善了燃烧特性和效率。
因为，一方面指向重整器中的物质流必须被预热，并且另一方面合成气在进入内燃机前必须冷却，所以在两个物质流之间的热交换器是有利的。
在此有问题的是，用于指向重整器中的物质流的预热温度不能任意高地选择，因为该混合物是可燃烧的，并且因此高的表面温度构成安全风险。另外，在过高的温度时会产生燃料结焦的风险，因此产生包含在其中的烃的不希望的热分解。
发明内容
因此本发明的目的在于，提高这种设备的安全性和控制燃料的结焦倾向。另外，通过更有效地利用可供作用的能流，应该提高整个设备的能量效率。
该目的通过一种内燃机重整器设备解决，其包括：a.内燃机，b.混合装置，该混合装置具有用于第一物质流的第一输入管路(11)以及用于第二物质流的第二输入管路，其中，在混合装置中能够由第一和第二物质流产生混合物，c.重整器，用于将所述混合物重整为合成气，d.与混合装置和重整器连接的混合物导管，以及e.与重整器和内燃机连接的合成气输入管路，其特征在于，在合成气输入管路中设置有与第一输入管路热耦合的第一热交换器以及与第二输入管路热耦合的第二热交换器。
其方式为，燃料(可能与水蒸汽一起)以及空气(可能与排气一起)通过两个热交换器彼此分开地预热。首先，由于易燃气体的量在设备中保持低，这提高了设备的安全性。其次，用于燃料混合物的预热温度可选择比空气混合物的预热温度小，这抵抗燃料结焦，并且通过由此可能的在空气-排气-混合物预热中的高的温度提高能量效率。
本发明其他有利的实施形式在下述内容中定义。
为了用于燃料的较低的预热温度可以设定，将相应的热交换器串联设置在另外的热交换器的下游。
为同样的目的可以设定，与含有燃料的物质流热耦合的热交换器可由旁路导管绕过，由此较少的热合成气到达热交换器中。
此外可以设定，通过将蒸汽从蒸汽输入管路输送到排气-空气-物质流中，提高在第一热交换器中的热传递，由此合成气在进入第二热交换器时的温度能够被降低。
此外，可以通过在进入第二热交换器之前将蒸汽混入燃料气体中，有利地改变热力平衡；或者可以通过在热交换器设计时的结构上的措施将壁温或者表面温度保持在确定值之下。
如果尽管具有两个热交换器，合成气在进入内燃机时仍然具有对于其来说过高的温度，则可在合成气输入管路中设置合成气冷却部。该冷却部可构造为两个串联连接的冷却元件。这具有优点，即冷却元件的余热可用于加热内燃机重整器设备中的不同的其它物质流。为在将合成气输送给内燃机时确保优化的条件，合成气在进入内燃机时的温度应当为30至40℃。为提高整个设备的能量效率，合成气冷却部的第一热交换器向载热体(例如热水)的热传递在70℃到90℃的温度水平中进行。
优选设定，合成气冷却部串联连接在各热交换器的下游，以实现为重整器确定的物质流的高的预热温度。也可以设定，所述冷却单元中的一个或者两个包括用于分离水的冷凝分离器和/或分滴器，特别是当水蒸汽输送给重整器时。通过在合成气冷却部的第二热交换器中将合成气冷却到大约30℃的露点温度和紧接着借助加温元件将合成气加热到大约40℃，合成气的相对湿度可下降到对于发动机运转所允许的水平。加温元件可例如构造为与热流热耦合的热交换器，所述热流被合成气冷却部的第一冷却元件从合成气中抽出。
为在第一物质流中实现空气和排气的混合，可以设定，在第一输入管路中，在第一热交换器的上游串联连接有另一个混合装置，该另一个混合装置与空气输入管路和排气输入管路连接。
为在第二物质流中实现燃料和蒸汽的混合，可以设定，在第二输入管路中在第二热交换器的上游串联连接有另一个混合装置，该另一个混合装置与燃料输入管路和蒸汽输入管路连接。通过在进入第二热交换器之前将蒸汽这样混入燃料气体中，可以有利地改变热力平衡；或者可以通过在热交换器设计时的结构上的措施将壁温或者表面温度保持在确定值之下。
为了内燃机重整器设备的热有效的结构方式，可以设置水输入管路以及与水输入管路和蒸汽输入管路连接的蒸发器，其中，优选为蒸发水所需要的热量能通过发动机排气的部分流或者通过利用来自合成气的热量供给。
为在通向另一个混合装置的燃料输入管路中实现恒定的温度，可以设置用于预热燃料的预热元件。该预热元件可不同地设计。例如，该预热元件可构造为与合成气冷却部的第一冷却元件热耦合的热交换器。如果内燃机具有用于冷却液循环的冷却回路导管，则在燃料输入管路中的预热元件可构造为与冷却回路导管热耦合的热交换器。
此外，在燃料输入管路中的预热元件可构造为与合成气输入管路热耦合的热交换器。预热元件作为热交换器的此处所述的实施方式有利于内燃机重整器设备的热效率。
为特别简单地调节或者控制设备，可在空气输入管路中和/或在燃料输入管路中和/或在合成气输入管路中和/或在排气导管中和/或在蒸汽输入管路中和/或在第一输入管路中和/或在第二输入管路中分别设置有至少一个体积流量调节阀。
此外可以设定，在水输入管路中设置有用于预热给水的加热元件。为了热效率可在此设定，加热元件构造为――优选在合成气冷却部的第一冷却元件和第二冷却元件之间――与合成气输入管路热耦合的热交换器。
附图说明
本发明的优点和细节借助附图和所属的对附图的说明得出。附图如下：
图1按照本发明的内燃机重整器设备的热连接；
图2作为与排气导管热耦合的热交换器的蒸发器示例性设计。
具体实施方式
图1示出内燃机重整器设备的连接。示出主燃烧室1、预燃室2、通孔33以及重整器3。通过空气输入管路5，空气L被输送给内燃机30，通过燃料输入管路4，燃料从燃料贮器T被输送给内燃机，以及通过合成气输入管路6，合成气被输送给内燃机。第一可燃气体混合器24和第二可燃气体混合器25由此混合第一可燃混合物或者第二可燃混合物。第一可燃混合物通过第一混合物导管10输送给主燃烧室1，并且第二可燃混合物通过第二混合物导管10’输送给预燃室2。此外，内燃机30包括在第二混合物导管10’中的压缩机26，并且包括涡轮增压器27和排气导管9。然而用于本发明的内燃机30的确切设计并不重要，特别是预燃室2、压缩机26、涡轮增压器27和第二燃烧气体混合器25并不是强制需要的。
用于第一可燃气体混合器24和第二可燃气体混合器25的混合比例在控制或调节装置31中确定，其中，所述控制或调节装置31与两个可燃气体混合器连接。因为制图上困难并且对理解没有帮助，所述调节或控制装置31与所有体积流量调节阀的连接未示出。在燃料输入管路4、空气输入管路5、合成气输入管路6、蒸汽输入管路8以及排气导管9中分别存在至少一个体积流量调节阀32。
借助泵36，通过水输入管路7将水从水贮器W输送给蒸发器20。蒸发器20可以实施为不同的。在优选的实施形式中，蒸发器20实施为与排气导管9热耦合的热交换器或者实施为与合成气输入管路6热耦合的热交换器。
在水输入管路7中设置有用于预热给水的加热元件23。该加热元件也可以构造为热交换器。在此，加热元件23可以与第一冷却元件16和第二冷却元件17之间的合成气输入管路6热耦合，或者与第一冷却元件16热耦合。
在蒸发器20中产生的蒸汽通过蒸汽输入管路8输送给另一个第二混合装置19。此外通过燃料导管4将燃料输送给该另一个混合装置19。在所述另一个第二混合装置19中，第二物质流由蒸汽和燃料混合而成，并且通过第二输入管路12进一步输送。
此外，在燃料导管4中，在所述另一个第二混合装置19的上游连接有预热元件21，该预热元件可以构造为热交换器。在此，预热元件可以构造为与第一冷却元件16、与内燃机的冷却回路和/或与合成气输入管路6热耦合。由于其在现有技术中是熟知的，未示出冷却回路。
通过空气输入管路5和排气导管9将来自内燃机30的空气和排气输送给另一个第一混合装置18。由此第一物质流在该另一个第一混合装置18中被混合并且通过输入管路11进一步输送。
在第一输入管路和第二输入管路通过第一热交换器13或第二热交换器14之后，第一输入管路11和第二输入管路12通入混合装置28。在这里产生混合物，其通过混合物导管29输送给重整器3。从重整器3引导的合成气输入管路6引导通过第一热交换器13以及第二热交换器14，其中，可设置旁路导管22作为绕过第二热交换器14的旁路。此外，在合成气输入管路6中设置有合成气冷却部15，该合成气冷却部包括第一冷却元件16和第二冷却元件17。
借助在合成气冷却部下游的合成气输入管路6中的加温元件34，合成气能够被再次加热。通过冷却、水分离和加热的顺序，能够将合成气的相对湿度保持在对于发动机适宜的水平。
在排气导管9中设置有热交换器21。
在该实施例中，在空气输入管路5中设置有压缩机35。
图2示例性地示出作为与排气导管9热耦合的热交换器的蒸发器20的设计。其它在其中蒸发器20、预热元件21、加热元件23和加温元件34构造为与不同的物质流热耦合的热交换器的实施形式未在图中明确地示出，因为这些实施方式对于本领域技术人员是明显的。
Claims (21)
1.内燃机重整器设备，包括：
a.内燃机(30)，
b.混合装置(28)，该混合装置具有用于第一物质流的第一输入管路(11)以及用于第二物质流的第二输入管路(12)，其中，在混合装置(28)中能够由第一和第二物质流产生混合物，
c.重整器(3)，用于将所述混合物重整为合成气，
d.与混合装置(28)和重整器(3)连接的混合物导管(29)，以及
e.与重整器(3)和内燃机(30)连接的合成气输入管路(6)，
其特征在于，在合成气输入管路(6)中设置有与第一输入管路(11)热耦合的第一热交换器(13)以及与第二输入管路(12)热耦合的第二热交换器(14)。
2.按照权利要求1所述的内燃机重整器设备，其特征在于，第一热交换器(13)串联设置在第二热交换器(14)的上游。
3.按照权利要求1或2所述的内燃机重整器设备，其特征在于，设置有旁路导管(22)，所述旁路导管分别在第二热交换器(14)的上游和下游与合成气输入管路(6)连接。
4.按照权利要求1或2所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在合成气输入管路(6)中设置有合成气冷却部(15)。
5.按照权利要求4所述的内燃机重整器设备，其特征在于，合成气冷却部(15)构造为第一冷却元件(16)以及与第一冷却元件(16)串联连接的第二冷却元件(17)。
6.按照权利要求5所述的内燃机重整器设备，其特征在于，合成气冷却部(15)串联连接在第一热交换器(13)和第二热交换器(14)的下游。
7.按照权利要求5或6所述的内燃机重整器设备，其特征在于，第一冷却元件(16)和/或第二冷却元件(17)包括用于分离水的冷凝分离器和/或分滴器。
8.按照权利要求5所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在第一输入管路(11)中在第一热交换器(13)的上游串联连接有另一个第一混合装置(18)，该另一个第一混合装置与空气输入管路(5)和排气导管(9)连接，并且在该另一个第一混合装置中能够由空气和/或排气产生第一物质流。
9.按照权利要求8所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在第二输入管路(12)中在第二热交换器(14)的上游串联连接有另一个第二混合装置(19)，该另一个第二混合装置与燃料输入管路(4)和蒸汽输入管路(8)连接，并且在该另一个第二混合装置中能够由燃料和蒸汽产生作为混合物的第二物质流。
10.按照权利要求9所述的内燃机重整器设备，其特征在于，其具有与内燃机(30)连接的排气导管(9)，设置有水输入管路(7)以及与水输入管路(7)和蒸汽输入管路(8)连接的蒸发器(20)，其中，为蒸发水所需要的热量能通过在排气导管(9)中的排气的热含量供给。
11.按照权利要求9所述的内燃机重整器设备，其特征在于，设置有水输入管路(7)以及与水输入管路(7)和蒸汽输入管路(8)连接的蒸发器(20)，其中，为蒸发水所需要的热量能通过在合成气输入管路(6)中的合成气的热含量供给。
12.按照权利要求9所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在燃料输入管路(4)中设置有用于预热燃料的预热元件(21)。
13.按照权利要求12所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在燃料输入管路(4)中的预热元件(21)构造为与合成气冷却部(15)的第一冷却元件(16)热耦合的热交换器。
14.按照权利要求12所述的内燃机重整器设备，其特征在于，其具有用于使冷却液循环通过内燃机(30)的冷却回路导管，在燃料输入管路(4)中的预热元件(21)构造为与所述冷却回路导管热耦合的热交换器。
15.按照权利要求12所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在燃料输入管路(4)中的预热元件(21)构造为与合成气输入管路(6)热耦合的热交换器。
16.按照权利要求10或11所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在水输入管路(7)中设置有加热元件(23)。
17.按照权利要求16所述的内燃机重整器设备，其特征在于，加热元件(23)构造为与合成气输入管路(6)热耦合的热交换器。
18.按照权利要求16所述的内燃机重整器设备，其特征在于，加热元件(23)构造为与通过第一冷却元件(16)获取的热流热耦合的热交换器。
19.按照权利要求4所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在合成气输入管路(6)中串联地在合成气冷却部(15)的下游设置有加温元件(34)。
20.按照权利要求9所述的内燃机重整器设备，其特征在于，在空气输入管路(5)中和/或在燃料输入管路(4)中和/或在合成气输入管路(6)中和/或在排气导管(9)中和/或在蒸汽输入管路(8)中和/或在第一输入管路(11)中和/或在第二输入管路(12)中分别设置有至少一个体积流量调节阀(32)。
21.按照权利要求17所述的内燃机重整器设备，其特征在于，加热元件(23)构造为在合成气冷却部(15)的第一冷却元件(16)和第二冷却元件(17)之间与合成气输入管路(6)热耦合的热交换器。
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