CN208294639U - 一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，包括工作气缸、重整气缸、天然气储存罐、乙醇存储罐、混合器，工作气缸的进口连通进气总管，工作气缸的出口连通排气总管，进气总管连通混合器，排气总管分别连通换热器和涡轮增压器的涡轮进口，涡轮增压器的压气机出口连通混合器，天然气储存罐的出口连通换热器，换热器的两个出口分别连通混合器和大气，重整气缸的进口连通乙醇储存罐，重整气缸的出口连通具备收集和储存富氢重整气功能的缓冲气罐，缓冲气罐连通混合器。本实用新型可避免单独制取、存储、运输氢气的麻烦，掺氢燃烧可有效发挥稀薄燃烧的优势，抑制爆震并防止失火现象，保证点火式天然气发动机高效清洁的燃烧。

Description

一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机

技术领域

本实用新型涉及的是一种内燃机，具体地说是天然气发动机。

背景技术

天然气因为发热量高、排放清洁及储量丰富等特点被广泛应用于发动机行业。对于点燃式天然气发动机，若以接近当量比的模式运行，远端混合气容易在火焰到达之前自燃，进而引发爆震。一般采用稀薄燃烧的方式(φa>1)来抑制这种现象发生。但当混合气较稀时，燃烧速度慢，导致天然气发动机的热效率低，碳氢化合物(HC)排放急剧增加。在极端情况下，甚至可能发生火焰淬熄或部分工作循环不发火的现象。

为了解决上述问题，有研究者提出在天然气中掺入适量氢气，利用氢气燃烧速度快的特点加速稀燃模式下混合气的燃烧过程，在抑制爆震的同时实现高效清洁的燃烧。但自然界中的纯氢含量极低，需要通过一定的方法消耗其它能源制取得到。

生物乙醇作为一种可再生能源，可通过谷物发酵、生物质降解等方式得到。且本身组成的碳水化合物是通过固定大气中的游离碳生成，燃烧或者重整不会给大气环境带来额外负担。经过一定的催化反应，可将乙醇重整形成富含氢气、一氧化碳等的混合气，用于辅助天然气发动机燃烧。但是单独的乙醇重整制氢装置系统结构和控制过程复杂，且氢气的存储、运输困难，增加了整体成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供能加速稀薄混合天然气的燃烧过程，同时避免爆震和失火现象，实现高效清洁燃烧的一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：包括工作气缸、重整气缸、天然气储存罐、乙醇存储罐、涡轮增压器、混合器，工作气缸的进口连通进气总管，工作气缸的出口连通排气总管，进气总管连通混合器，排气总管分别连通换热器和涡轮增压器的涡轮进口，涡轮增压器的压气机出口连通混合器，天然气储存罐的出口连通换热器，换热器的两个出口分别连通混合器和大气，重整气缸的进口连通乙醇储存罐，重整气缸的出口连通具备收集和储存富氢重整气功能的缓冲气罐，缓冲气罐连通混合器。

本实用新型还可以包括：

1、重整气缸的缸盖顶部设置乙醇喷射阀，重整气缸的活塞上设置海绵负载结构的CuO/ZnO/Al₂O₃催化模块。

2、涡轮增压器的压气机入口设置节气门，净化器与混合器之间设置天然气流量阀，缓冲气罐与混合器之间设置重整气流量阀，乙醇储存罐与重整气缸的进口之间设置乙醇流量阀。

3、节气门和天然气流量阀的联合作用，使得工作气缸内的空燃当量比大于1；冷启动或低负荷下，缓冲气罐内存储的富氢混合气通过重整气流量阀通入混合器。

本实用新型的优势在于：

1、使用天然气作为主要燃料，乙醇重整产生富氢混合气加速燃烧，可有效抑制点燃式天然气发动机的爆震及失火现象，实现高效清洁的燃烧；

2、乙醇在重整气缸内反应，高温环境使得转化效率更高，可有效提高混合气中的氢气含量；

3、采用CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂而非贵金属催化剂，降低成本；

4、设置有缓冲气罐储存重整气，使得天然气在冷启动或低负荷工况下同样能高效燃烧，保证发动机正常运转。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1，本实用新型一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，包括涡轮增压器5、中冷器6、混合器7、换热器2、缓冲气罐13、工作气缸10、重整气缸11和CuO/ZnO/Al₂O₃催化模块12等。气缸组分为工作气缸10和重整气缸11，通过节气门4与天然气流量阀3配合，控制工作气缸10内的空燃当量比大于1，保证稀薄燃烧。工作气缸10的缸盖上设置有火花塞，而重整气缸11的缸盖上设置乙醇喷射阀，重整气缸11的活塞上设置有海绵负载结构的CuO/ZnO/Al₂O₃催化模块12(该模块的厚度小于上止点余隙，避免碰撞)。工作气缸10的进气阀通过进气管与混合器7连接，而乙醇重整气缸11的喷射阀通过供给管路与乙醇储存罐14连接。天然气、空气和富氢重整气在混合器7内充分混合，然后经由进气管、进气阀进入工作气缸10内。换热器2的热源由工作气缸排除的燃烧废气提供，通过热交换使得液态天然气转换为气态天然气。缓冲气罐13具备收集和存储功能。当发动机处于冷启动或低负荷状态时，重整气缸11无法产生足够的重整气，缓冲气罐13可提供富氢混合气辅助该工况下的燃烧。

在工作气缸10的缸盖上设有火花塞，而乙醇重整气缸11的缸盖设有乙醇喷射阀，活塞上设有CuO/ZnO/Al₂O₃催化模块12；重整气缸11的排气阀通过管道与涡轮、换热器2连接，为空气增压和天然气汽化提供能量。重整气缸11内无燃烧现象，含水乙醇在高温条件及催化剂作用下生成氢气、一氧化碳和甲烷等组成的富氢混合气。乙醇重整气通向混合器7的回路中设置有缓冲气罐13和流量阀15，缓冲气罐13具备收集和储存富氢重整气的功能。

如图1所示，空气经节气门4进入涡轮增压装置5，然后经过中冷器6降温后进入混合器7。液态天然气由天然气储存罐1供应，经过汽化器2转换为气态天然气，通过天然气流量阀3控制流量，进入混合器7后与空气、重整气混合均匀，然后进入工作气缸。通过节气门4和天然气流量阀3控制进入工作气缸10的混合气的空燃当量比大于1，保证稀薄燃烧。工作气缸燃烧产生的废气一部分通向涡轮增压装置5为增压器提供能量，一部分通向汽化器2为天然气的相态转化提供热量。

乙醇重整气缸11中无点火装置，缸盖顶部装有乙醇喷射阀，活塞上设置有海绵负载结构的CuO/ZnO/Al2O3催化模块。通过高温环境及缸内强湍流作用，使得乙醇生成氢气、一氧化碳等的混合气。重整气缸11的排气阀通过排气管与缓冲气罐13连接，缓冲气罐具备收集和存储混合气的能力。缓冲气罐11与混合器7之间设置有重整气流量阀16，可根据发动机负荷调节重整气的流量。当发动机冷启动时，乙醇重整气缸内的反应不充分，可将存储的富氢混合气通入混合器7，保证天然气在冷启动、低负荷的情况下也能高效燃烧。

Claims (4)

1.一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：包括工作气缸、重整气缸、天然气储存罐、乙醇存储罐、涡轮增压器、混合器，工作气缸的进口连通进气总管，工作气缸的出口连通排气总管，进气总管连通混合器，排气总管分别连通换热器和涡轮增压器的涡轮进口，涡轮增压器的压气机出口连通混合器，天然气储存罐的出口连通换热器，换热器的两个出口分别连通混合器和大气，重整气缸的进口连通乙醇储存罐，重整气缸的出口连通具备收集和储存富氢重整气功能的缓冲气罐，缓冲气罐连通混合器。

2.根据权利要求1所述的一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：重整气缸的缸盖顶部设置乙醇喷射阀，重整气缸的活塞上设置海绵负载结构的CuO/ZnO/Al₂O₃催化模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：涡轮增压器的压气机入口设置节气门，净化器与混合器之间设置天然气流量阀，缓冲气罐与混合器之间设置重整气流量阀，乙醇储存罐与重整气缸的进口之间设置乙醇流量阀。

4.根据权利要求3所述的一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：节气门和天然气流量阀的联合作用，使得工作气缸内的空燃当量比大于1；冷启动或低负荷下，缓冲气罐内存储的富氢混合气通过重整气流量阀通入混合器。