CN109455668A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明属于汽车尾气余热利用技术领域，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。

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，本发明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(Electronic ControlUnit、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：

步骤1、航空发动机正常工作时，ECU控制甲醇喷射流量控制阀打开，甲醇箱为燃料喷嘴供应液态甲醇，驱动航空发动机工作，ECU根据其内部的传感器信号判断航空发动机所在工况，当判定需要使用富氢混合气辅助燃烧时，ECU控制高温尾气阀打开，航空发动机高温尾气从航空发动机排气道经蒸发段进口进入重整装置的蒸发段中，重整器进行预热；

步骤2、ECU读取重整装置内第一热电偶和第二热电偶的温度信号，当重整装置内温度达到工作要求时，在ECU控制下甲醇流量阀打开，液体甲醇经甲醇箱流入甲醇蒸发管进口，甲醇在蒸发段内部分蒸发，甲醇气液混合物通过重整甲醇进口进入重整器内发生裂解反应，未裂解的甲醇混合物经重整甲醇出口流至折流分离段中，进行分离，冷凝后的液态甲醇回到甲醇箱；

步骤3、甲醇裂解产生的富氢混合气从重整燃气出口流出，经富氢混合气阀流入富氢混合气喷射器，由富氢混合气喷射器将富氢混合气喷射到发动机头部，同时，步骤2中折流分离段中分离出的气态甲醇并入富氢混合气中，富氢混合气阀的开度由ECU控制；

步骤4、当重整装置停止工作时，ECU控制扫气用废气阀打开，少量高温尾气经扫气用尾气进口进入重整器，将剩余的富氢混合气经重整燃气出口带出，并输入至富氢混合气喷射器，确保重整器的工作安全。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置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，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，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、本发明通过设置分离段，分离段内设置由上部冷却折流挡板与下部冷却折流挡板形成的S形冷却分离通道，可快速实现重整器排出的甲醇混合物的气液分离，分离出的液态甲醇回流至甲醇箱进行储存，提高了重整器的工作效率。

3、通过弯折的上部冷却折流挡板和下部冷却折流挡板可进一步的增加S形冷却分离通道的通道长度，提高甲醇混合物的分离效率。

4、本发明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。

5、本发明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。

6、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。

附图说明

图1为现有技术的方案结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的控制方法的流程图；

图4为本发明重整装置的结构示意图；

图5为本发明甲醇反应通道的剖面结构示意图；

其中：废气出口法兰1；废气进口法兰2；重整器体3；扫气用尾气进口31；重整燃气出口32；重整器外壳33；废气通道34；甲醇反应通道4；重整甲醇进口41；重整甲醇出口42；拱顶43；催化剂涂层44；拱底45；燃气补气管5；重整产物通道6；第一热电偶7；废气出口收缩段8；废气进口扩张段9；蒸发段10；蒸发段出口法兰101；蒸发段进口法兰102；蒸发段出口渐缩段103；蒸发段进口渐扩段104；蒸发段管体105；甲醇蒸发管进口1051；甲醇蒸发管出口1052；甲醇管路接口法兰106；甲醇蒸发管107；第二热电偶108；折流分离段11；上部冷却折流挡板111；下部冷却折流挡板112；分离段壳体113；集液腔114；隔离板115；集液孔116；S形冷却分离通道117；甲醇混合物进口118；气态甲醇出口119；液态甲醇出口12；ECU 13；甲醇箱14；航空发动机15；重整装置16；富氢混合气阀17；扫气用废气阀18；高温尾气阀19；补气用尾气阀20；甲醇流量阀21；甲醇喷射流量控制阀22；燃料喷嘴23；富氢混合气喷射器24；发动机头部25；尾喷管26；重整器27；冷凝甲醇回流阀28。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图2至图5所示，本发明提供了一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整系统，包括ECU 13、甲醇箱14、航空发动机15、重整装置16、富氢混合气阀17、扫气用废气阀18、高温尾气阀19、补气用尾气阀20、甲醇流量阀21、甲醇喷射流量控制阀22、冷凝甲醇回流阀28、燃料喷嘴23和富氢混合气喷射器24，航空发动机15设有发动机头部25和尾喷管26，重整装置16包括重整器27、蒸发段10和折流分离段11，重整装置16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16设置有蒸发段进口、甲醇蒸发管进口1051、扫气用尾气进口31、重整燃气出口32、气态甲醇出口119、液态甲醇出口12和燃气补气管5，高温尾气阀19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26，富氢混合气阀17用于控制富氢混合气流量，其通过管路连接重整燃气出口32和富氢混合气喷射器24，富氢混合气喷射器24固定在发动机头部25上，用于将重整后生成的富氢混合气喷射到发动机头部25，甲醇流量阀21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1051和甲醇箱14，扫气用废气阀18具体为单向阀，用于将重整器27内存留的富氢混合气排出，扫气用废气阀18的出口通过管路与扫气用尾气进口31连接，扫气用废气阀18的进口与尾喷管26连接，燃料喷嘴23安装在航空发动机15上，用于向航空发动机15燃烧室内喷射甲醇燃料，甲醇喷射流量控制阀22用于控制燃料喷嘴23喷射甲醇的流量，其通过管路与甲醇箱14和燃料喷嘴23连接，冷凝甲醇回流阀28用于控制甲醇回流流量，其通过管路与液态甲醇出口12和甲醇箱14连接，用于将未裂解的液态甲醇送回至甲醇箱14中，继续利用，甲醇箱14用于存储甲醇，补气用尾气阀20用于控制补气用高温燃气的流量，其通过管路连接燃气补气管5和尾喷管26，当第一热电偶7和第二热电偶108判断重整装置16的温度低于工作温度时，则可通过燃气补气管5通入少量高温燃气用以提高重整装置16内的温度，气态甲醇出口119通过管路与重整燃气出口32连通，达到进一步利用折流分离段11分离出的气态甲醇的目的，ECU13分别与富氢混合气阀17、扫气用废气阀18、高温尾气阀19、补气用尾气阀20、甲醇流量阀21以及甲醇喷射流量控制阀22电连接，用于控制各阀门的开闭及开度。

富氢混合气喷射器24具体为燃气喷射器，其与燃料喷嘴23均为现有技术，在此便不再详述。

重整器27包括废气进口、废气出口、重整器体3、甲醇反应通道4和重整产物通道6，重整器体3包括重整器外壳33和废气通道34，重整器外壳33套设于废气通道34外侧，重整器外壳33与废气通道34之间通过甲醇反应通道4固定，废气通道34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4为剖面为拱形的管状结构，其螺旋缠绕于废气通道34的外表面，甲醇反应通道4的拱顶43采用选择性透过材料制成，选择性透过材料采用聚四氟乙烯膜等可分离富氢混合气与液态甲醇的材料，甲醇反应通道4的内壁设置有催化剂涂层44，催化剂采用CuZnAl等可催化甲醇裂解反应的催化剂，甲醇反应通道4的拱顶43与重整器外壳33的内壁固定连接，甲醇反应通道4的拱底45与废气通道34的外表面固定连接，重整器外壳33内壁、废气通道34外壁与甲醇反应通道4外壁之间形成密封的重整产物通道6，甲醇反应通道4的一端连通有重整甲醇进口41，甲醇反应通道4的另一端连通有重整甲醇出口42，重整产物通道6的一端连通有扫气用尾气进口31，重整产物通道6的另一端连通有重整燃气出口32。

重整器27还包括第一热电偶7，第一热电偶7固定在废气进口扩张段9上，且第一热电偶7的偶丝延伸至废气通道34内部，第一热电偶7与ECU 13电连接。

废气进口包括废气进口法兰2和废气进口扩张段9，废气进口扩张段9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2固定连接，其宽口一侧与废气通道34固定连接，燃气补气管5安装在废气进口扩张段9上；

废气出口包括废气出口法兰1和废气出口收缩段8，废气出口收缩段8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1固定连接，其宽口一侧与废气通道34固定连接。

蒸发段10包括蒸发段出口、蒸发段进口、甲醇蒸发管107和蒸发段管体105，蒸发段管体105的两端分别与蒸发段出口和蒸发段进口固定连接，蒸发段出口与废气进口连通，甲醇蒸发管107为剖面为拱形的管状结构，其螺旋缠绕于蒸发段管体105的外表面，甲醇蒸发管107的拱底与蒸发段管体105的外表面固定连接，甲醇蒸发管107的两端分别连通有甲醇蒸发管进口1051和甲醇蒸发管出口1052，甲醇蒸发管出口1052与重整甲醇进口41连通，甲醇蒸发管出口1052通过甲醇管路接口法兰106与重整甲醇进口41连通。

蒸发段出口包括蒸发段出口法兰101和蒸发段出口渐缩段103，蒸发段出口渐缩段103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101固定连接，其宽口一侧与蒸发段管体105固定连接；

蒸发段进口包括蒸发段进口法兰102和蒸发段进口渐扩段104，蒸发段进口渐扩段104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102固定连接，其宽口一侧与蒸发段管体105固定连接；

蒸发段10还包括第二热电偶108，第二热电偶108固定在蒸发段进口渐扩段104上，且第二热电偶108的偶丝延伸至蒸发段管体105内部，第二热电偶108与ECU 13电连接。

第一热电偶7和第二热电偶108分别用以监测废气通道34和蒸发段管体105内的温度。

折流分离段11包括上部冷却折流挡板111、下部冷却折流挡板112、分离段壳体113、集液腔114和隔离板115，隔离板115水平装配于分离段壳体113的内壁上，隔离板115下方与分离段壳体113内壁之间形成集液腔114，隔离板115上设置有若干个集液孔116，甲醇混合物中分离出的液态甲醇通过集液孔116流至集液腔114中，分离段壳体113内壁顶部固定装配有若干个上部冷却折流挡板111，隔离板115上表面固定装配有若干个下部冷却折流挡板112，上部冷却折流挡板111与下部冷却折流挡板112间隔设置，具体的，在本实施例中，上部冷却折流挡板111设置有四个，下部冷却折流挡板112设置有三个，通过实际需要，可以适当增加或减少上部冷却折流挡板111和下部冷却折流挡板112的数量，上部冷却折流挡板111与下部冷却折流挡板112在分离段壳体113内形成S形冷却分离通道117，分离段壳体113顶部的两侧分别设置有甲醇混合物进口118和气态甲醇出口119，甲醇混合物进口118与S形冷却分离通道117的一端连通，气态甲醇出口119与S形冷却分离通道117的另一端连通，分离段壳体113的底部设置有液态甲醇出口12，液态甲醇出口12与集液腔114连通，甲醇混合物进口118通过法兰与重整器27的重整甲醇出口42连通。

重整器27反应剩余的甲醇气液混合物经重整甲醇出口42流入甲醇混合物进口118，进入折流分离段11中，甲醇混合物通过S形冷却分离通道117，部分甲醇混合物在S形冷却分离通道117的通道壁上冷凝为液态甲醇，液态甲醇由于重力向下流动，经集液孔116流至集液腔114中，最后经液态甲醇出口12排出，回流至甲醇箱14进行储存，未冷凝的气态甲醇经气态甲醇出口119排出，直接输出至航空发动机15进行燃烧。

上部冷却折流挡板111和下部冷却折流挡板112均弯折呈“＜”形或“＞”形，上部冷却折流挡板111和下部冷却折流挡板112的弯折方向一致，通过弯折的上部冷却折流挡板111和下部冷却折流挡板112可进一步的增加S形冷却分离通道117的通道长度，提高甲醇混合物的分离效率。

本发明的重整装置16的工作原理如下：

首先，航空发动机15高温尾气经由蒸发段进口法兰102进入蒸发段10内部；经第二热电偶108测得蒸发段10内部的温度达到工作温度时，液态甲醇开始由甲醇蒸发管进口1051进入甲醇蒸发管107。

蒸发段管体105内的高温尾气的热量经由蒸发段管体105侧壁传递给甲醇蒸发管107内的液态甲醇，液态甲醇部分蒸发为气态；甲醇气液混合物经甲醇蒸发管出口1052进入重整甲醇进口41，在甲醇反应通道4内发生裂解反应，进一步提高了甲醇裂解反应的速度，同时，可通过调整进入蒸发段10内部的航空发动机15高温尾气量、保证有足够量的气态甲醇经甲醇蒸发管出口1052进入重整甲醇进口41。

废气通道34内的高温尾气的热量经由废气通道34侧壁传递给甲醇反应通道4内的甲醇气液混合物，甲醇气液混合物继续向甲醇反应通道4的下游流动，由于甲醇反应通道4的内壁涂有催化剂，甲醇在高温及催化剂的作用下发生裂解反应，生成富氢混合气；同时，由于甲醇反应通道4的拱顶43由选择性透过性材料制成，所生成的富氢混合气在离心力及透过性材料的作用下，经由甲醇反应通道4的拱顶43进入重整产物通道6内，且在离心力的作用下，液态甲醇位于富氢混合气外侧，富氢混合气与液态甲醇在重力的作用下对流，富氢混合气向上运动，同时一部分液态甲醇下行接触高温表面，提高了液态甲醇的蒸发效率，从而提高了加快了甲醇裂解的反应速度。

富氢混合气经由重整燃料出口流出，输入到航空发动机15燃油喷嘴、进气门、头部等需要该气体的位置；而未反应的液态甲醇经由重整甲醇出口42流至甲醇混合物进口118，进入折流分离段11中，甲醇混合物通过S形冷却分离通道117，部分甲醇混合物在S形冷却分离通道117的通道壁上冷凝为液态甲醇，液态甲醇由于重力向下流动，经集液孔116流至集液腔114中，最后经液态甲醇出口12排出，回流至甲醇箱14进行储存，未冷凝的气态甲醇经气态甲醇出口119排出，直接输出航空发动机15进行燃烧。

最后，在ECU 13的控制下，一小部分航空发动机15尾气经由扫气用尾气进口31流入，用以将残存在甲醇反应通道4中的富氢可燃混合气体推出，保证系统安全性。在此期间，热电偶随时监测废气通道34内的温度，并据此控制高温尾气流量。

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：

步骤1、航空发动机15正常工作时，ECU 13控制甲醇喷射流量控制阀22打开，甲醇箱14为燃料喷嘴23供应液态甲醇，驱动航空发动机15工作，ECU 13根据其内部的传感器信号判断航空发动机15所在工况，当判定需要使用富氢混合气辅助燃烧时，ECU 13控制高温尾气阀19打开，航空发动机15高温尾气从航空发动机15排气道经蒸发段进口进入重整装置16的蒸发段10中，重整装置16进行预热；

步骤2、ECU 13读取重整装置16内第一热电偶7和第二热电偶108的温度信号，当重整装置16内温度达到工作要求时，在ECU 13控制下甲醇流量阀21打开，液体甲醇经甲醇箱14流入甲醇蒸发管进口1051，甲醇在蒸发段10内部分蒸发，甲醇气液混合物通过重整甲醇进口41进入重整器27内发生裂解反应，未裂解的甲醇混合物经重整甲醇出口42流至折流分离段11中，进行分离，冷凝后的液态甲醇回到甲醇箱14；

步骤3、甲醇裂解产生的富氢混合气从重整燃气出口32流出，经富氢混合气阀17流入富氢混合气喷射器24，由富氢混合气喷射器24将富氢混合气喷射到发动机头部25的燃烧室内，同时，步骤2中折流分离段11中分离出的气态甲醇并入富氢混合气中，富氢混合气阀17的开度由ECU 13控制；

步骤4、当重整装置16停止工作时，ECU 13控制扫气用废气阀18打开，少量高温尾气经扫气用尾气进口31进入重整器27，将剩余的富氢混合气经重整燃气出口32带出，并输入至富氢混合气喷射器24，确保重整装置16的工作安全。

Claims (10)

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。

6.如权利要求5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。

7.如权利要求6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。

8.如权利要求7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。

9.如权利要求8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，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。

10.一种采用折流分离机构的机载甲醇在线重整控制方法，采用如权利要求9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，包括以下步骤：

步骤1、航空发动机正常工作时，ECU控制甲醇喷射流量控制阀打开，甲醇箱为燃料喷嘴供应液态甲醇，驱动航空发动机工作，ECU根据其内部的传感器信号判断航空发动机所在工况，当判定需要使用富氢混合气辅助燃烧时，ECU控制高温尾气阀打开，航空发动机高温尾气从航空发动机排气道经蒸发段进口进入重整装置的蒸发段中，重整器进行预热；

步骤2、ECU读取重整装置内第一热电偶和第二热电偶的温度信号，当重整装置内温度达到工作要求时，在ECU控制下甲醇流量阀打开，液体甲醇经甲醇箱流入甲醇蒸发管进口，甲醇在蒸发段内部分蒸发，甲醇气液混合物通过重整甲醇进口进入重整器内发生裂解反应，未裂解的甲醇混合物经重整甲醇出口流至折流分离段中，进行分离，冷凝后的液态甲醇回到甲醇箱；

步骤3、甲醇裂解产生的富氢混合气从重整燃气出口流出，经富氢混合气阀流入富氢混合气喷射器，由富氢混合气喷射器将富氢混合气喷射到发动机头部，同时，步骤2中折流分离段中分离出的气态甲醇并入富氢混合气中，富氢混合气阀的开度由ECU控制；

步骤4、当重整装置停止工作时，ECU控制扫气用废气阀打开，少量高温尾气经扫气用尾气进口进入重整器，将剩余的富氢混合气经重整燃气出口带出，并输入至富氢混合气喷射器，确保重整器的工作安全。