內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，包括：a.內(nèi)燃機(jī)(30)，b.混合裝置(28)，該混合裝置具有用于第一物質(zhì)流的第一輸入管路(11)以及用于第二物質(zhì)流的第二輸入管路(12)，其中，在混合裝置(28)中能夠由第一和第二物質(zhì)流產(chǎn)生混合物，c.重整器(3)，用于將所述混合物重整為合成氣，d.與混合裝置(28)和重整器(3)連接的混合物導(dǎo)管(29)，以及e.與重整器(3)和內(nèi)燃機(jī)(30)連接的合成氣輸入管路(6)，其中，在合成氣輸入管路(6)中設(shè)置有與第一輸入管路(11)熱耦合的第一熱交換器(13)以及與第二輸入管路(12)熱耦合的第二熱交換器(14)。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]同類的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備例如由US6，508, 209B1, JP2001152846A或者W02008 /150370A1中得知。在那里公開(kāi)的發(fā)明使用如下描述的原理。
[0003]在重整器中，由燃料、空氣和可能水蒸汽和/或內(nèi)燃機(jī)排氣流的一部分產(chǎn)生合成氣。隨后，合成氣與空氣和可能其它的燃料一起被輸送給內(nèi)燃機(jī)。由此產(chǎn)生兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一方面，減少在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的不希望的氣體/排放，例如氧化氮、一氧化碳或者未燃燒的烴。另一方面，合成氣是富氫的，這改善了燃燒特性和效率。
[0004]因?yàn)?，一方面指向重整器中的物質(zhì)流必須被預(yù)熱，并且另一方面合成氣在進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)前必須冷卻，所以在兩個(gè)物質(zhì)流之間的熱交換器是有利的。
[0005]在此有問(wèn)題的是，用于指向重整器中的物質(zhì)流的預(yù)熱溫度不能任意高地選擇，因?yàn)樵摶旌衔锸强扇紵?，并且因此高的表面溫度?gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，在過(guò)高的溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生燃料結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)，因此產(chǎn)生包含在其中的烴的不希望的熱分解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的在于，提高這種設(shè)備的安全性和控制燃料的結(jié)焦傾向。另外，通過(guò)更有效地利用可供作用的能流，應(yīng)該提高整個(gè)設(shè)備的能量效率。
[0007]該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備解決。
[0008]其方式為，燃料(可能與水蒸汽一起)以及空氣(可能與排氣一起)通過(guò)兩個(gè)熱交換器彼此分開(kāi)地預(yù)熱。首先，由于易燃?xì)怏w的量在設(shè)備中保持低，這提高了設(shè)備的安全性。其次，用于燃料混合物的預(yù)熱溫度可選擇比空氣混合物的預(yù)熱溫度小，這抵抗燃料結(jié)焦，并且通過(guò)由此可能的在空氣-排氣-混合物預(yù)熱中的高的溫度提高能量效率。
[0009]本發(fā)明其他有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中定義。
[0010]為了用于燃料的較低的預(yù)熱溫度可以設(shè)定，將相應(yīng)的熱交換器串聯(lián)設(shè)置在另外的熱交換器的下游。
[0011]為同樣的目的可以設(shè)定，與含有燃料的物質(zhì)流熱耦合的熱交換器可由旁路導(dǎo)管繞過(guò)，由此較少的熱合成氣到達(dá)熱交換器中。
[0012]此外可以設(shè)定，通過(guò)將蒸汽從蒸汽輸入管路輸送到排氣-空氣-物質(zhì)流中，提高在第一熱交換器中的熱傳遞，由此合成氣在進(jìn)入第二熱交換器時(shí)的溫度能夠被降低。
[0013]此外，可以通過(guò)在進(jìn)入第二熱交換器之前將蒸汽混入燃料氣體中，有利地改變熱力平衡；或者可以通過(guò)在熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)上的措施將壁溫或者表面溫度保持在確定值之下。
[0014]如果盡管具有兩個(gè)熱交換器，合成氣在進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)時(shí)仍然具有對(duì)于其來(lái)說(shuō)過(guò)高的溫度，則可在合成氣輸入管路中設(shè)置合成氣冷卻部。該冷卻部可構(gòu)造為兩個(gè)串聯(lián)連接的冷卻元件。這具有優(yōu)點(diǎn)，即冷卻元件的余熱可用于加熱內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備中的不同的其它物質(zhì)流。為在將合成氣輸送給內(nèi)燃機(jī)時(shí)確保優(yōu)化的條件，合成氣在進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)時(shí)的溫度應(yīng)當(dāng)為30至40°C。為提高整個(gè)設(shè)備的能量效率，合成氣冷卻部的第一熱交換器向載熱體(例如熱水)的熱傳遞在70°C到90°C的溫度水平中進(jìn)行。
[0015]優(yōu)選設(shè)定，合成氣冷卻部串聯(lián)連接在各熱交換器的下游，以實(shí)現(xiàn)為重整器確定的物質(zhì)流的高的預(yù)熱溫度。也可以設(shè)定，所述冷卻單元中的一個(gè)或者兩個(gè)包括用于分離水的冷凝分離器和/或分滴器，特別是當(dāng)水蒸汽輸送給重整器時(shí)。通過(guò)在合成氣冷卻部的第二熱交換器中將合成氣冷卻到大約30°C的露點(diǎn)溫度和緊接著借助加溫元件將合成氣加熱到大約40°C，合成氣的相對(duì)濕度可下降到對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的水平。加溫元件可例如構(gòu)造為與熱流熱耦合的熱交換器，所述熱流被合成氣冷卻部的第一冷卻元件從合成氣中抽出。
[0016]為在第一物質(zhì)流中實(shí)現(xiàn)空氣和排氣的混合，可以設(shè)定，在第一輸入管路中，在第一熱交換器的上游串聯(lián)連接有另一個(gè)混合裝置，該另一個(gè)混合裝置與空氣輸入管路和排氣輸入管路連接。
[0017]為在第二物質(zhì)流中實(shí)現(xiàn)燃料和蒸汽的混合，可以設(shè)定，在第二輸入管路中在第二熱交換器的上游串聯(lián)連接有另一個(gè)混合裝置，該另一個(gè)混合裝置與燃料輸入管路和蒸汽輸入管路連接。通過(guò)在進(jìn)入第二熱交換器之前將蒸汽這樣混入燃料氣體中，可以有利地改變熱力平衡；或者可以通過(guò)在熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)上的措施將壁溫或者表面溫度保持在確定值之下。
[0018]為了內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備的熱有效的結(jié)構(gòu)方式，可以設(shè)置水輸入管路以及與水輸入管路和蒸汽輸入管路連接的蒸發(fā)器，其中，優(yōu)選為蒸發(fā)水所需要的熱量能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的部分流或者通過(guò)利用來(lái)自合成氣的熱量供給。
[0019]為在通向另一個(gè)混合裝置的燃料輸入管路中實(shí)現(xiàn)恒定的溫度，可以設(shè)置用于預(yù)熱燃料的預(yù)熱元件。該預(yù)熱元件可不同地設(shè)計(jì)。例如，該預(yù)熱元件可構(gòu)造為與合成氣冷卻部的第一冷卻元件熱耦合的熱交換器。如果內(nèi)燃機(jī)具有用于冷卻液循環(huán)的冷卻回路導(dǎo)管，則在燃料輸入管路中的預(yù)熱元件可構(gòu)造為與冷卻回路導(dǎo)管熱耦合的熱交換器。
[0020]此外，在燃料輸入管路中的預(yù)熱元件可構(gòu)造為與合成氣輸入管路熱耦合的熱交換器。預(yù)熱元件作為熱交換器的此處所述的實(shí)施方式有利于內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備的熱效率。
[0021]為特別簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)或者控制設(shè)備，可在空氣輸入管路中和/或在燃料輸入管路中和/或在合成氣輸入管路中和/或在排氣導(dǎo)管中和/或在蒸汽輸入管路中和/或在第一輸入管路中和/或在第二輸入管路中分別設(shè)置有至少一個(gè)體積流量調(diào)節(jié)閥。
[0022]此外可以設(shè)定，在水輸入管路中設(shè)置有用于預(yù)熱給水的加熱元件。為了熱效率可在此設(shè)定，加熱元件構(gòu)造為一優(yōu)選在合成氣冷卻部的第一冷卻元件和第二冷卻元件之間——與合成氣輸入管路熱耦合的熱交換器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)借助附圖和所屬的對(duì)附圖的說(shuō)明得出。附圖如下:
[0024]圖1按照本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備的熱連接；
[0025]圖2作為與排氣導(dǎo)管熱耦合的熱交換器的蒸發(fā)器示例性設(shè)計(jì)。【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備的連接。示出主燃燒室1、預(yù)燃室2、通孔33以及重整器3。通過(guò)空氣輸入管路5，空氣L被輸送給內(nèi)燃機(jī)30，通過(guò)燃料輸入管路4，燃料從燃料貯器T被輸送給內(nèi)燃機(jī)，以及通過(guò)合成氣輸入管路6，合成氣被輸送給內(nèi)燃機(jī)。第一可燃?xì)怏w混合器24和第二可燃?xì)怏w混合器25由此混合第一可燃混合物或者第二可燃混合物。第一可燃混合物通過(guò)第一混合物導(dǎo)管10輸送給主燃燒室I，并且第二可燃混合物通過(guò)第二混合物導(dǎo)管10’輸送給預(yù)燃室2。此外，內(nèi)燃機(jī)30包括在第二混合物導(dǎo)管10’中的壓縮機(jī)26，并且包括渦輪增壓器27和排氣導(dǎo)管9。然而用于本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)30的確切設(shè)計(jì)并不重要，特別是預(yù)燃室2、壓縮機(jī)26、渦輪增壓器27和第二燃燒氣體混合器25并不是強(qiáng)制需要的。
[0027]用于第一可燃?xì)怏w混合器24和第二可燃?xì)怏w混合器25的混合比例在控制或調(diào)節(jié)裝置31中確定，其中，所述控制或調(diào)節(jié)裝置31與兩個(gè)可燃?xì)怏w混合器連接。因?yàn)橹茍D上困難并且對(duì)理解沒(méi)有幫助，所述調(diào)節(jié)或控制裝置31與所有體積流量調(diào)節(jié)閥的連接未示出。在燃料輸入管路4、空氣輸入管路5、合成氣輸入管路6、蒸汽輸入管路8以及排氣導(dǎo)管9中分別存在至少一個(gè)體積流量調(diào)節(jié)閥32。
[0028]借助泵36，通過(guò)水輸入管路7將水從水貯器W輸送給蒸發(fā)器20。蒸發(fā)器20可以實(shí)施為不同的。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，蒸發(fā)器20實(shí)施為與排氣導(dǎo)管9熱耦合的熱交換器或者實(shí)施為與合成氣導(dǎo)管6熱耦合的熱交換器。
[0029]在水輸入管路7中設(shè)置有用于預(yù)熱給水的加熱元件23。該加熱元件也可以構(gòu)造為熱交換器。在此，加熱元件23可以與第一冷卻元件16和第二冷卻元件17之間的合成氣導(dǎo)管6熱耦合，或者與第一冷卻元件16熱耦合。
[0030]在蒸發(fā)器20中產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)蒸汽輸入管路8輸送給另一個(gè)混合裝置19。此外通過(guò)燃料導(dǎo)管4將燃料輸送給該另一個(gè)混合裝置19。在所述另一個(gè)混合裝置19中，第二物質(zhì)流由蒸汽和燃料混合而成，并且通過(guò)第二輸入管路12進(jìn)一步輸送。
[0031]此外，在燃料導(dǎo)管4中，在所述混合裝置19的上游連接有預(yù)熱元件21，該預(yù)熱元件可以構(gòu)造為熱交換器。在此，預(yù)熱元件可以構(gòu)造為與第一冷卻元件16、與內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路和/或與合成氣導(dǎo)管6熱耦合。由于其在現(xiàn)有技術(shù)中是熟知的，未示出冷卻回路。
[0032]通過(guò)空氣輸入管路5和排氣導(dǎo)管9將來(lái)自內(nèi)燃機(jī)30的空氣和排氣輸送給另一個(gè)混合裝置18。由此第一物質(zhì)流在該另一個(gè)混合裝置18中被混合并且通過(guò)輸入管路11進(jìn)一步輸送。
[0033]在第一輸入管路和第二輸入管路通過(guò)第一熱交換器13或第二熱交換器14之后，第一輸入管路11和第二輸入管路12通入混合裝置28。在這里產(chǎn)生混合物，其通過(guò)混合物導(dǎo)管29輸送給重整器3。從重整器3引導(dǎo)的合成氣輸入管路6引導(dǎo)通過(guò)第一熱交換器13以及第二熱交換器14，其中，可設(shè)置旁路導(dǎo)管22作為繞過(guò)第二熱交換器14的旁路。此外，在合成氣輸入管路6中設(shè)置有合成氣冷卻部15，該合成氣冷卻部包括第一冷卻元件16和第二冷卻元件17。
[0034]借助在合成氣冷卻部下游的合成氣輸入管路6中的加溫元件34，合成氣能夠被再次加熱。通過(guò)冷卻、水分離和加熱的順序，能夠?qū)⒑铣蓺獾南鄬?duì)濕度保持在對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)適宜的水平。[0035]在排氣導(dǎo)管9中設(shè)置有熱交換器21。
[0036]在該實(shí)施例中，在空氣輸入管路5中設(shè)置有壓縮機(jī)35。
[0037]圖2示例性地示出作為與排氣導(dǎo)管9熱耦合的熱交換器的蒸發(fā)器20的設(shè)計(jì)。其它在其中蒸發(fā)器20、預(yù)熱元件21、加熱元件23和加溫元件34構(gòu)造為與不同的物質(zhì)流熱耦合的熱交換器的實(shí)施形式未在圖中明確地示出，因?yàn)檫@些實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。
【權(quán)利要求】
1.內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，包括: a.內(nèi)燃機(jī)(30)， b.混合裝置(28)，該混合裝置具有用于第一物質(zhì)流的第一輸入管路(11)以及用于第二物質(zhì)流的第二輸入管路(12)，其中，在混合裝置(28)中能夠由第一和第二物質(zhì)流產(chǎn)生混合物， c.重整器(3)，用于將所述混合物重整為合成氣， d.與混合裝置(28)和重整器(3)連接的混合物導(dǎo)管(29)，以及 e.與重整器(3)和內(nèi)燃機(jī)(30)連接的合成氣輸入管路(6)， 其特征在于，在合成氣輸入管路(6)中設(shè)置有與第一輸入管路(11)熱耦合的第一熱交換器(13)以及與第二輸入管路(12)熱耦合的第二熱交換器(14)。
2.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，第一熱交換器(13)串聯(lián)設(shè)置在第二熱交換器(14)的上游。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有旁路導(dǎo)管(22)，所述旁路導(dǎo)管分別在第二熱交換器(14)的上游和下游與合成氣輸入管路(6)連接。
4.按照權(quán)利要求1至3至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在合成氣輸入管路(6)中設(shè)置有合成氣冷卻部(15)。
5.按照權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，合成氣冷卻部(15)構(gòu)造為第一冷卻元件(16)以及與第一冷卻元件(16)串聯(lián)連接的第二冷卻元件(17)。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，合成氣冷卻部(15)串聯(lián)連接在第一熱交換器(13)和第二熱交換器(14)的下游。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，第一冷卻元件(16)和/或第二冷卻元件(17)包括用于分離水的冷凝分離器和/或分滴器。
8.按照權(quán)利要求1至7至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在第一輸入管路(11)中在第一熱交換器(14)的上游串聯(lián)連接有另一個(gè)混合裝置(18)，該另一個(gè)混合裝置與空氣輸入管路(5)和排氣導(dǎo)管(9)連接，并且在該另一個(gè)混合裝置中能夠由空氣和/或排氣產(chǎn)生第一物質(zhì)流。
9.按照權(quán)利要求1至8至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在第二輸入管路(12)中在第二熱交換器(14)的上游串聯(lián)連接有另一個(gè)混合裝置(19)，該另一個(gè)混合裝置與燃料輸入管路(4)和蒸汽輸入管路(8)連接，并且在該另一個(gè)混合裝置中能夠由燃料和蒸汽產(chǎn)生作為混合物的第二物質(zhì)流。
10.按照權(quán)利要求1至9至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其具有與內(nèi)燃機(jī)(30)連接的排氣導(dǎo)管(9)，其特征在于，設(shè)置有水輸入管路(7)以及與水輸入管路(7)和蒸汽輸入管路(8)連接的蒸發(fā)器(20)，其中優(yōu)選的是，為蒸發(fā)水所需要的熱量能通過(guò)在排氣導(dǎo)管(9)中的排氣的熱含量供給。
11.按照權(quán)利要求1至10至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有水輸入管路(7)以及與水輸入管路(7)和蒸汽輸入管路(8)連接的蒸發(fā)器(20)，其中優(yōu)選的是，為蒸發(fā)水所需要的熱量能通過(guò)在合成氣輸入管路(9)中的合成氣的熱含量供給。
12.按照權(quán)利要求1至11至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在燃料輸入管路(4)中設(shè)置有用于預(yù)熱燃料的預(yù)熱元件(21)。
13.按照權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在燃料輸入管路(4)中的預(yù)熱元件(21)構(gòu)造為與合成氣冷卻部(15)的第一冷卻元件(16)熱耦合的熱交換器。
14.按照權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其具有用于使冷卻液循環(huán)通過(guò)內(nèi)燃機(jī)(30)的冷卻回路導(dǎo)管，其特征在于，在燃料輸入管路(4)中的預(yù)熱元件(21)構(gòu)造為與所述冷卻回路導(dǎo)管熱耦合的熱交換器。
15.按照權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在燃料輸入管路(4)中的預(yù)熱元件(21)構(gòu)造為與合成氣輸入管路(6)熱耦合的熱交換器。
16.按照權(quán)利要求10或11所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在水輸入管路(7)中設(shè)置有加熱元件(23)。
17.按照權(quán)利要求1至16至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，加熱元件(23)構(gòu)造為一優(yōu)選在合成氣冷卻部(15)的第一冷卻元件(16)和第二冷卻元件(17)之間——與合成氣輸入管路(6)熱耦合的熱交換器。
18.按照權(quán)利要求16所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，加熱元件(23)構(gòu)造為與通過(guò)第一冷卻元件(16)獲取的熱流熱耦合的熱交換器。
19.按照權(quán)利要求1至18至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在合成氣輸入管路出)中串聯(lián)地在合成氣冷卻部(15)的下游設(shè)置有加溫元件(34)。
20.按照權(quán)利要求1至19至少一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)重整器設(shè)備，其特征在于，在空氣輸入管路(5)中和/或在燃料輸入管路(4)中和/或在合成氣導(dǎo)管(6)中和/或在排氣導(dǎo)管(9)中和/或在蒸汽輸管路(8)中和/`或在第一輸入管路(11)中和/或在第二輸入管路(12)中分別設(shè)置有至少一個(gè)體積流量調(diào)節(jié)閥(32)。
【文檔編號(hào)】F02M25/00GK103775249SQ201310553260
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月24日
【發(fā)明者】F·格魯貝爾, G·瓦爾, M·厄爾 申請(qǐng)人:Ge延巴赫兩合無(wú)限公司