JP5832340B2 - Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same - Google Patents
Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5832340B2 JP5832340B2 JP2012051339A JP2012051339A JP5832340B2 JP 5832340 B2 JP5832340 B2 JP 5832340B2 JP 2012051339 A JP2012051339 A JP 2012051339A JP 2012051339 A JP2012051339 A JP 2012051339A JP 5832340 B2 JP5832340 B2 JP 5832340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- hydrocarbon
- catalyst
- flow rate
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 310
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 118
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 82
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 79
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 77
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 64
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 59
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- CRSBERNSMYQZNG-UHFFFAOYSA-N 1 -dodecene Natural products CCCCCCCCCCC=C CRSBERNSMYQZNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229940069096 dodecene Drugs 0.000 claims description 27
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 40
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 22
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 18
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 8
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 5
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 4
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N nonane Chemical compound CCCCCCCCC BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N tetradecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RSJKGSCJYJTIGS-UHFFFAOYSA-N undecane Chemical compound CCCCCCCCCCC RSJKGSCJYJTIGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 1-methylnaphthalene Chemical compound C1=CC=C2C(C)=CC=CC2=C1 QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical group CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N Propene Chemical compound CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N pentadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N tridecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCC IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 description 1
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Description
本発明は、超音速燃焼を行って推力を発生するスクラムジェットエンジンに関し、特に、スクラムジェットエンジンの燃料供給システムに関する。 The present invention relates to a scramjet engine that generates thrust by performing supersonic combustion, and more particularly to a fuel supply system for a scramjet engine.
炭化水素系燃料を用いた超音速燃焼を安定化させるためには、燃料に含まれる低炭素数の成分の割合を高くするとともに、燃料の組成を一定にすることが望ましい。一方、低炭素数の炭化水素は常温でガス状態であるため、低炭素数の炭化水素を燃料タンクに搭載すると、燃料の積載量を多くすることができず、長時間の超音速燃焼(超音速飛行)を行うことができない。このため、高炭素数の炭化水素を含んでいて常温で液体のジェット燃料を燃料タンクに搭載し、飛行中にジェット燃料をエンジンの熱で分解して低炭素数の炭化水素を生成することが考えられている。 In order to stabilize supersonic combustion using a hydrocarbon-based fuel, it is desirable to increase the proportion of the low carbon number component contained in the fuel and to make the fuel composition constant. On the other hand, low-carbon hydrocarbons are in a gaseous state at room temperature, so if low-carbon hydrocarbons are installed in fuel tanks, the amount of fuel loaded cannot be increased, and supersonic combustion (super (Sonic Flight) cannot be performed. For this reason, jet fuel that contains hydrocarbons with high carbon numbers and is liquid at room temperature can be mounted in a fuel tank, and the jet fuel can be decomposed by the heat of the engine during flight to produce hydrocarbons with low carbon numbers. It is considered.
特許文献1は、超音速及び極超音速航空機の推進エンジンの熱マネジメントシステムを開示している。そのシステムは、吸熱流体の単一の流れをエンジン燃料として及びエンジン冷却のためのヒートシンクとして用いる。そのシステムは、直列配置された複数の熱交換器を備える。各熱交換器は、触媒を備えた反応部をヒートソース部と熱交換関係を有するように備えている。その単一流体流れは、反応部及びヒートソース部の各々を通って流れる。反応部における反応のための熱はヒートソース部内の流体によって与えられ、その結果その流体が冷却される。この冷却された流体は、エンジンの高温部を流れる際に再加熱された後、他の反応部へ流れ、又は、エンジンの燃焼器へ流れて点火される。
特許文献2は、ラムジェット及びスクラムジェットエンジンのような高速推進ユニットにおいて燃焼速度を高め失火限界を拡大する方法を開示している。炭化水素系燃料の流れが触媒分解されて水素と低分子量の燃料分解物とを生成する。その水素及び低分子量の燃料分解物は分解されていない炭化水素系燃料の流れとともに高速推進ユニットの燃焼器に導入される。この方法により、燃焼器の運用範囲が拡大し、より高速の拡散混合により高い燃焼速度と火炎安定性の増大とが達成される。そのプロセスは、ガスタービン、特にラムジェット及びスクラムジェット燃焼器の運用限界を効果的に拡大させる。 Patent Document 2 discloses a method of increasing a combustion speed and extending a misfire limit in a high speed propulsion unit such as a ramjet and a scramjet engine. Hydrocarbon fuel streams are catalytically cracked to produce hydrogen and low molecular weight fuel cracked products. The hydrogen and low molecular weight fuel decomposition products are introduced into the combustor of the high speed propulsion unit along with the flow of undecomposed hydrocarbon fuel. This method extends the operating range of the combustor and achieves higher combustion rates and increased flame stability through faster diffusion mixing. The process effectively extends the operational limits of gas turbines, particularly ramjet and scramjet combustors.
特許文献2は、更に以下の内容を開示している。燃料は、触媒反応器で気化されて水素及び低分子量の燃料分解物に触媒分解される。どのような燃料分解物が生成されるかは、その反応器にどのような燃料が送られるかに依存する。その反応器で用いられる好ましい触媒は、プラチナ、ロジウム、イリジウム、パラジウムのような白金族金属を含む。ニッケル、クロミウム、コバルトのような他の金属を含む触媒も効果的であることが示されている。触媒は、単一の金属によって構成されてもよく、適切な金属の組み合わせによって構成されてもよい。 Patent Document 2 further discloses the following contents. The fuel is vaporized in a catalytic reactor and is catalytically decomposed into hydrogen and low molecular weight fuel decomposition products. What fuel breakdown is produced depends on what fuel is sent to the reactor. Preferred catalysts used in the reactor include platinum group metals such as platinum, rhodium, iridium, palladium. Catalysts containing other metals such as nickel, chromium, cobalt have also been shown to be effective. The catalyst may be composed of a single metal or a combination of suitable metals.
非特許文献1は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘキサン、及びヘプタンについて、最小点火エネルギーと当量比の関係を開示している。メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘキサン、及びヘプタンのいずれについても、最小点火エネルギーの最小値は0.25mJ付近である。メタンは、最小点火エネルギーの最小値が得られる当量比がエタン、プロパン、ブタン、ヘキサン、及びヘプタンよりも小さい。
Non-Patent
本発明の目的は、燃焼室からの熱で燃料を熱分解して改質燃料を生成し、燃焼室で改質燃料を燃焼するスクラムジェットエンジンにおいて、改質燃料の組成を一定に保ち、且つ、燃料の熱分解による燃焼室の冷却能と改質燃料の生成量とを別々に制御することができる燃料供給システム、スクラムジェットエンジン及びその動作方法を提供することである。 An object of the present invention is to maintain a constant composition of the reformed fuel in a scramjet engine that pyrolyzes fuel with heat from the combustion chamber to generate reformed fuel and burns the reformed fuel in the combustion chamber, and Another object of the present invention is to provide a fuel supply system, a scramjet engine, and an operation method thereof capable of separately controlling the cooling capacity of the combustion chamber by the thermal decomposition of the fuel and the generation amount of the reformed fuel.
以下に、(発明を実施するための形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 The means for solving the problem will be described below using the numbers used in the (DETAILED DESCRIPTION). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).
本発明の第1の観点による燃料供給システム(15)は、燃料改質部(60)と、第1流量調整弁(75)と、第2流量調整弁(76)とを具備する。前記燃料改質部は、第1炭化水素系燃料(73)及び前記第1炭化水素系燃料とは異なる組成の第2炭化水素系燃料(74)をスクラムジェットエンジン(11)の燃焼室(40)からの熱で熱分解して改質燃料(79)を生成するとともに前記燃焼室を冷却する。前記第1流量調整弁は、前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量を調整する。前記第2流量調整弁は、前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を調整する。前記改質燃料は前記燃焼室で燃焼する。前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒(83、84、85)を備える。 The fuel supply system (15) according to the first aspect of the present invention includes a fuel reformer (60), a first flow rate adjustment valve (75), and a second flow rate adjustment valve (76). The fuel reforming unit converts a first hydrocarbon fuel (73) and a second hydrocarbon fuel (74) having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel into a combustion chamber (40) of a scramjet engine (11). ) To generate reformed fuel (79) and cool the combustion chamber. The first flow rate adjusting valve adjusts a supply amount of the first hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit. The second flow rate adjustment valve adjusts the supply amount of the second hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit. The reformed fuel burns in the combustion chamber. The fuel reforming section includes a zeolite catalyst (83, 84, 85).
前記ゼオライト系触媒は、H−ZSM−5触媒を含む。 The zeolitic catalyst includes an H-ZSM-5 catalyst.
上記燃料供給システムは、前記燃焼室の温度を検出するセンサ(78)と、前記温度に基づいて前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御するコントロールユニット(77)とを更に具備する。 The fuel supply system further includes a sensor (78) for detecting the temperature of the combustion chamber, and a control unit (77) for controlling the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve based on the temperature. To do.
前記燃料改質部は、白金族触媒を備える。 The fuel reforming unit includes a platinum group catalyst.
前記ゼオライト系触媒に前記白金族触媒がドープされている。 The zeolite catalyst is doped with the platinum group catalyst.
前記第1炭化水素系燃料及び前記第2炭化水素系燃料は、ドデセン、JP−4燃料、及びJetA−1燃料から選択される任意の二つである。 The first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel are any two selected from dodecene, JP-4 fuel, and JetA-1 fuel.
前記第1炭化水素系燃料及び前記第2炭化水素系燃料は、JP−7燃料、JP−4燃料、及びJetA−1燃料から選択される任意の二つである。 The first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel are any two selected from JP-7 fuel, JP-4 fuel, and JetA-1 fuel.
本発明の第2の観点によるスクラムジェットエンジン(11)は、空気圧縮部(20)と、インジェクタ(30)と、燃焼室(40)と、燃料改質部(60)と、第1流量調整弁(75)と、第2流量調整弁(76)とを具備する。前記空気圧縮部は、空気を圧縮して圧縮空気(70)を生成する。前記インジェクタは、前記圧縮空気中に改質燃料(79)を噴射する。前記燃焼室で前記改質燃料が燃焼する。前記燃料改質部は、第1炭化水素系燃料(73)及び前記第1炭化水素系燃料とは異なる組成の第2炭化水素系燃料(74)を前記燃焼室からの熱で熱分解して前記改質燃料を生成するとともに前記燃焼室を冷却する。前記第1流量調整弁は、前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量を調整する。前記第2流量調整弁は、前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を調整する。前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒(83、84、85)を備える。 A scramjet engine (11) according to a second aspect of the present invention includes an air compression unit (20), an injector (30), a combustion chamber (40), a fuel reforming unit (60), and a first flow rate adjustment. A valve (75) and a second flow rate adjustment valve (76) are provided. The air compressing unit compresses air to generate compressed air (70). The injector injects reformed fuel (79) into the compressed air. The reformed fuel burns in the combustion chamber. The fuel reforming unit thermally decomposes the first hydrocarbon fuel (73) and the second hydrocarbon fuel (74) having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel with heat from the combustion chamber. The reformed fuel is generated and the combustion chamber is cooled. The first flow rate adjusting valve adjusts a supply amount of the first hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit. The second flow rate adjustment valve adjusts the supply amount of the second hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit. The fuel reforming section includes a zeolite catalyst (83, 84, 85).
本発明の第3の観点によるスクラムジェットエンジンの動作方法は、空気圧縮部(20)と、インジェクタ(30)と、燃焼室(40)と、燃料改質部(60)とを備えたスクラムジェットエンジン(11)の動作方法である。その動作方法は、前記空気圧縮部が空気を圧縮して圧縮空気(70)を生成することと、前記インジェクタが前記圧縮空気中に改質燃料(79)を噴射することと、前記燃焼室で前記改質燃料が燃焼することとを具備する。その動作方法は、前記燃料改質部が第1炭化水素系燃料(73)及び前記第1炭化水素系燃料とは異なる組成の第2炭化水素系燃料(74)を前記燃焼室からの熱で熱分解して前記改質燃料を生成するとともに前記燃焼室を冷却することと、前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量と前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を別々に調整することとを更に具備する。前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒(83、84、85)を備える。 A scramjet engine operating method according to a third aspect of the present invention is a scramjet comprising an air compression section (20), an injector (30), a combustion chamber (40), and a fuel reforming section (60). This is an operation method of the engine (11). The operating method is that the air compressor compresses air to generate compressed air (70), the injector injects reformed fuel (79) into the compressed air, and the combustion chamber Combusting the reformed fuel. The operation method is such that the fuel reforming section supplies the first hydrocarbon fuel (73) and the second hydrocarbon fuel (74) having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel by heat from the combustion chamber. Pyrolyzing to produce the reformed fuel and cooling the combustion chamber; supplying the first hydrocarbon-based fuel to the fuel reforming section; and second carbonizing to the fuel reforming section Adjusting the supply amount of the hydrogen-based fuel separately. The fuel reforming section includes a zeolite catalyst (83, 84, 85).
本発明によれば、燃焼室からの熱で燃料を熱分解して改質燃料を生成し、燃焼室で改質燃料を燃焼するスクラムジェットエンジンにおいて、改質燃料の組成を一定に保ち、且つ、燃料の熱分解による燃焼室の冷却能と改質燃料の生成量とを別々に制御することができる燃料供給システム、スクラムジェットエンジン及びその動作方法が提供される。 According to the present invention, in a scramjet engine that thermally decomposes fuel with heat from a combustion chamber to generate reformed fuel and burns the reformed fuel in the combustion chamber, the composition of the reformed fuel is kept constant, and There are provided a fuel supply system, a scramjet engine, and an operation method thereof capable of separately controlling the cooling capacity of a combustion chamber by thermal decomposition of fuel and the amount of reformed fuel produced.
添付図面を参照して、本発明による燃料供給システム、スクラムジェットエンジン及びその動作方法を実施するための形態を以下に説明する。 With reference to the attached drawings, a fuel supply system, a scramjet engine, and a mode for operating the same according to the present invention will be described below.
(第1の実施形態)
図1に示す航空機は、機体10と、本発明の第1の実施形態に係るスクラムジェットエンジン11とを備える。スクラムジェットエンジン11は、外から取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮部20と、圧縮空気の気流70中に改質燃料を噴射するインジェクタ30と、改質燃料が燃焼する燃焼室40と、改質燃料の燃焼により生成した燃焼ガスを排出するノズル50とを備える。
(First embodiment)
The aircraft shown in FIG. 1 includes a
ここで、燃焼室40は改質燃料の燃焼のために高温になる。燃焼室40の破損を防ぐために燃焼室40を冷却する必要がある。一方、燃焼室40における燃焼を適切に行うために、燃焼室40の状況を管理する必要がある。
Here, the
図2を参照して、スクラムジェットエンジン11は燃料供給システム15を備える。燃料供給システム15は、燃料改質部60と、燃料タンク71と、燃料タンク72と、流量調整弁75と、流量調整弁76と、エンジンコントロールユニット77と、センサ78とを備える。燃料タンク71は、炭化水素系燃料73を搭載し、流量調整弁75を介して炭化水素系燃料73を燃料改質部60に供給する。燃料タンク72は、炭化水素系燃料74を搭載し、流量調整弁76を介して炭化水素系燃料74を燃料改質部60に供給する。炭化水素系燃料74は、炭化水素系燃料73とは組成が異なる。流量調整弁75及び76は、燃料改質部60への炭化水素系燃料73及び74の供給量を別々に調節することができる。燃料改質部60は、炭化水素系燃料73及び74を燃焼室40からの熱で熱分解して改質燃料79を生成する。その熱分解が吸熱反応であるため、燃料改質部60は燃焼室40を冷却する。このような冷却は再生冷却と称される場合がある。インジェクタ30は、圧縮空気の気流70中に改質燃料79を噴射する。燃焼室40で改質燃料79が燃焼する。センサ78は、燃焼室40の状況を検出する。エンジンコントロールユニット77は、燃焼室40の状況に基づいて、流量調整弁75及び76を制御する。燃焼室40の状況に基づいて流量調整弁75及び76を制御することで、燃焼室40の状況に基づいて燃料改質部60への炭化水素系燃料73及び74の供給量が調節される。燃料改質部60への炭化水素系燃料73及び74の供給量が変化すると改質燃料79の生成量が変化する場合があるため、インジェクタ30による改質燃料79の噴射量は炭化水素系燃料73及び74の供給量と整合していることが望ましい。そのため、エンジンコントロールユニット77は、流量調整弁75及び76の制御と対応するようにインジェクタ30を制御する。
Referring to FIG. 2, the
炭化水素系燃料73及び74は、燃料改質部60に液体状態で供給され、燃料改質部60で気化と熱分解とが行われてもよい。或いは、炭化水素系燃料73及び74は、図示されない気化器によって気化されてから燃料改質部60に供給されてもよい。
The hydrocarbon fuels 73 and 74 may be supplied in a liquid state to the
図3を参照して、燃料改質部60は、燃焼室40を取り囲むように設けられた燃料配管80と、ゼオライト系触媒83とを備える。ゼオライト系触媒83は、燃料配管80の内壁81及び燃料配管80内に配置された粒状の担体82の表面に担持されている。燃料配管80を通過するときに炭化水素系燃料73及び74が燃焼室40からの熱で熱分解されて改質燃料79が生成される。この熱分解はゼオライト系触媒83により促進される。燃料改質部60がゼオライト系触媒83を備えるため、後述する試験結果がサポートするように、炭化水素系燃料73の供給量と炭化水素系燃料74の供給量の比率が変化しても、改質燃料79の組成が一定に保たれる。そのため、燃焼室40における燃焼が安定する。一方、後述する試験結果がサポートするように、炭化水素系燃料73の供給量と炭化水素系燃料74の供給量の比率が変化すると、燃料改質部60における炭化水素系燃料73及び74の熱分解による吸熱量が変化する。したがって、流量調整弁75及び76により炭化水素系燃料73及び74の供給量を別々に調節することで、炭化水素系燃料73及び74の熱分解による燃焼室40の冷却能と改質燃料79の生成量とを別々に制御することができる。
Referring to FIG. 3, the
尚、H−ZSM−5触媒は上記熱分解の促進効果が高いため、ゼオライト系触媒83としてH−ZSM−5触媒を用いると、燃料改質部60を小型化することができる。
Since the H-ZSM-5 catalyst has a high effect of promoting the above-described thermal decomposition, the use of the H-ZSM-5 catalyst as the
また、管理すべき燃焼室40の状況として燃焼室40の温度を選択した場合(センサ78が燃焼室40の温度を検出する場合)、炭化水素系燃料73及び74の熱分解による吸熱量を変化させることにより燃焼室40の温度を効率的に管理することができる。
Further, when the temperature of the
(燃料分解試験1)
燃料分解試験を行って、ゼオライト系触媒の一つであるH−ZSM−5触媒を用いて炭化水素系燃料を熱分解したときに炭化水素系燃料が異なっても熱分解生成物の組成が同じになることを示した。以下、燃料分解試験を説明する。
(Fuel decomposition test 1)
When the fuel cracking test is performed and the hydrocarbon fuel is pyrolyzed using the H-ZSM-5 catalyst, which is one of the zeolite catalysts, the composition of the pyrolysis product is the same even if the hydrocarbon fuel is different. Showed that Hereinafter, the fuel decomposition test will be described.
図4を参照して、燃料分解試験の試験方法を説明する。燃料分解試験装置は、シリンジ101と、気化器102と、反応管103と、H−ZSM−5触媒層104と、電気炉105と、温度センサ106と、GC−MS(ガスマス)107とを備える。気化器102を150℃に設定した。反応管103内にH−ZSM−5触媒層104を配置した。H−ZSM−5触媒層104の温度が600℃になるように、反応管103を電気炉105で加熱した。GC−MS107は、ガスクロマトグラフと、質量分析装置とを備える。キャリアガスとしてヘリウムガスを用いた。キャリアガス流量を10ml/minに設定した。燃料をシリンジ101で気化器102に注入した。シリンジ101による燃料注入量を0.1μlとした。燃料は気化器102で気化し、気化した燃料は反応管103内で熱分解された。熱分解生成物をGC−MS107で測定した。燃料として、JetA−1燃料、ドデセン、JP−4燃料を用いた。これらのジェット燃料は炭化水素系燃料である。
With reference to FIG. 4, the test method of the fuel decomposition test will be described. The fuel decomposition test apparatus includes a
次に、燃料分解試験の試験結果を説明する。 Next, test results of the fuel decomposition test will be described.
図5Aは、JP−4燃料のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、及びペンタデカンのピークが検出された。 FIG. 5A is a graph showing a GC-MS measurement result of JP-4 fuel. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. Pentane, hexane, heptane, cyclohexane, toluene, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tetradecane, and pentadecane peaks were detected.
図5Bは、JP−4燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。炭素数が1の成分(C1)、炭素数が2の成分(C2)、炭素数が3の成分(C3)、炭素数が4の成分(C4)、及び炭素数が6以上の成分(C6+)のピークが検出された。 FIG. 5B is a graph showing a GC-MS measurement result of a decomposition product when JP-4 fuel is thermally decomposed using an H-ZSM-5 catalyst. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. C1 component (C1), C2 component (C2), C3 component (C3), C4 component (C4), and C6 component (C6 +) ) Peak was detected.
図5Aと図5Bの比較から明らかなように、JP−4燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解することで、高炭素数の成分の割合が減少し、低炭素数の成分の割合が増加した。 As is clear from the comparison between FIG. 5A and FIG. 5B, the pyrolysis of JP-4 fuel using the H-ZSM-5 catalyst reduces the proportion of high carbon number components, and reduces the proportion of low carbon number components. The percentage increased.
図6Aは、ドデセンのGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。 FIG. 6A is a graph showing a GC-MS measurement result of dodecene. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area.
図6Bは、ドデセンをH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。エチレン、1−プロペン、ブテン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、p−キシレン、o−キシレン、スチレン、1,3,5−トリメチルベンゼン、ナフタレン、1−メチルナフタレンのピークが検出された。 FIG. 6B is a graph showing a GC-MS measurement result of a decomposition product when dodecene is thermally decomposed using an H-ZSM-5 catalyst. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. Peaks of ethylene, 1-propene, butene, benzene, toluene, ethylbenzene, p-xylene, o-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, naphthalene and 1-methylnaphthalene were detected.
図6Aと図6Bの比較から明らかなように、ドデセンをH−ZSM−5触媒を用いて熱分解することで、高炭素数の成分の割合が減少し、低炭素数の成分の割合が増加した。 As is clear from the comparison between FIG. 6A and FIG. 6B, the proportion of the high carbon number component is decreased and the proportion of the low carbon number component is increased by pyrolyzing dodecene using the H-ZSM-5 catalyst. did.
図7Aは、JetA−1燃料のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカンのピークが検出された。 FIG. 7A is a graph showing a GC-MS measurement result of JetA-1 fuel. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. Octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, and tetradecane peaks were detected.
図7Bは、JetA−1燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。炭素数が1の成分(C1)、炭素数が2の成分(C2)、炭素数が3の成分(C3)、及び炭素数が6以上の成分(C6+)のピークが検出された。 FIG. 7B is a graph showing a GC-MS measurement result of a decomposition product when JetA-1 fuel is thermally decomposed using an H-ZSM-5 catalyst. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. Peaks of the component (C1) having 1 carbon, the component (C2) having 2 carbons, the component (C3) having 3 carbons, and the component (C6 +) having 6 or more carbons were detected.
図7Aと図7Bの比較から明らかなように、JetA−1燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解することで、高炭素数の成分の割合が減少し、低炭素数の成分の割合が増加した。 As is clear from the comparison between FIG. 7A and FIG. 7B, the proportion of the high carbon number component is reduced by pyrolyzing the JetA-1 fuel using the H-ZSM-5 catalyst, and the low carbon number component. The percentage increased.
図5B、6B、及び7Bの比較から明らかなように、JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物は、組成が同一であった。一方、図5A、6A、及び7Aの比較から明らかなように、JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料の組成は互いに異なっていた。 As is clear from the comparison of FIGS. 5B, 6B, and 7B, the decomposition products obtained by pyrolyzing JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuel using H-ZSM-5 catalyst have the same composition. Met. On the other hand, as is apparent from the comparison of FIGS. 5A, 6A, and 7A, the compositions of JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuel were different from each other.
(分解反応熱評価試験)
JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料の組成は互いに異なっていたが、JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物の組成は同一であったため、JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料の熱分解による反応熱(吸熱量)は互いに異なっていると考えられる。分解反応熱評価試験を行って、このことをドデセン及びJP−4燃料について検証した。以下、分解反応熱評価試験を説明する。
(Decomposition reaction heat evaluation test)
The composition of JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuels were different from each other, but the cracked products of JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuel were pyrolyzed using H-ZSM-5 catalyst. Since the composition of the product was the same, the reaction heat (endothermic amount) by thermal decomposition of JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuel is considered to be different from each other. A cracking reaction heat evaluation test was conducted to verify this for dodecene and JP-4 fuels. Hereinafter, the decomposition reaction heat evaluation test will be described.
図8を参照して、分解反応熱評価試験の試験方法を説明する。燃料の熱分解反応における反応熱の評価装置は、反応管113と、H−ZSM−5触媒層114と、電気炉115と、熱電対116と、熱電対保護管117とを備える。反応管113は、外径が17.3mm、内径が12.7mm、長さが400mmである。反応管113の軸方向に平行な直線に沿ってZ座標が定義されている。反応管113は電気炉115内に配置されている。電気炉115は、反応管113の軸方向の長さが400mmである。反応管113の中に熱電対保護管117で保護された熱電対116が配置されている。熱電対保護管117は、外径が4mm、内径が2mmである。反応管113の中央のZ座標を0mmとする。反応管113内のZ座標が−145mmの位置から+145mmの位置までの範囲に複数の温度測定点116aが配置されている。H−ZSM−5触媒層114は、反応管113の中央(Z座標:0mm)に配置される。H−ZSM−5触媒層114は、図示されない目皿及びグラスウールによって支持される。H−ZSM−5触媒層114の厚さは10mmである。H−ZSM−5触媒層114がある場合とない場合とについて、気化した燃料120を反応管113に連続流通させながら、複数の温度測定点116aの温度を熱電対116で測定した。H−ZSM−5触媒層114がない場合における反応管113の中央(Z座標:0mm)の温度測定点116aの温度が600℃になるように電気炉115で反応管113を加熱した。燃料のLHSV(Liquid Hourly Space Velocity)を200に設定した。燃料として、ドデセン及びJP−4燃料を用いた。
The test method of the decomposition reaction heat evaluation test will be described with reference to FIG. The apparatus for evaluating reaction heat in the thermal decomposition reaction of fuel includes a
図9は、ドデセンについての温度測定結果を示している。横軸は温度測定位置(Z座標)を示し、縦軸は温度を示す。H−ZSM−5触媒層114がある場合の反応管113の中央(Z座標:0mm)の温度測定点116aの温度は、H−ZSM−5触媒層114がない場合に比べて90℃低下した。
FIG. 9 shows the temperature measurement results for dodecene. The horizontal axis indicates the temperature measurement position (Z coordinate), and the vertical axis indicates the temperature. The temperature at the
図10は、JP−4燃料についての温度測定結果を示している。横軸は温度測定位置(Z座標)を示し、縦軸は温度を示す。H−ZSM−5触媒層114がある場合の反応管113の中央(Z座標:0mm)の温度測定点116aの温度は、H−ZSM−5触媒層114がない場合に比べて50℃低下した。
FIG. 10 shows the temperature measurement results for JP-4 fuel. The horizontal axis indicates the temperature measurement position (Z coordinate), and the vertical axis indicates the temperature. The temperature at the
図9及び図10から明らかなように、JP−4燃料及びドデセンの熱分解による反応熱(吸熱量)は互いに異なった。 As is clear from FIGS. 9 and 10, the reaction heat (endothermic amount) due to thermal decomposition of JP-4 fuel and dodecene was different from each other.
上述の試験結果より、炭化水素系燃料73及び74として、例えば、JetA−1燃料、ドデセン、JP−4燃料から選択される任意の二つを用いることができる。尚、ドデセンはJP−7燃料に相当するため、ドデセンのかわりにJP−7燃料を用いてもよい。また、3以上の炭化水素系燃料を用いてもよい。 From the above test results, as the hydrocarbon fuels 73 and 74, for example, any two selected from JetA-1 fuel, dodecene, and JP-4 fuel can be used. Since dodecene corresponds to JP-7 fuel, JP-7 fuel may be used instead of dodecene. Three or more hydrocarbon fuels may be used.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃料供給システム15を説明する。本実施形態に係る燃料供給システム15は、燃料改質部60を除いて第1の実施形態に係る燃料供給システム15と同様である。
(Second Embodiment)
Next, a
図11を参照して、本実施形態に係る燃料改質部60は、白金族ドープゼオライト系触媒84を備える。白金族ドープゼオライト系触媒84は、プラチナ触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒のような白金族触媒がドープされたゼオライト系触媒である。白金族ドープゼオライト系触媒84は、燃料配管80の内壁81及び燃料配管80内に配置された粒状の担体82の表面に担持されている。燃料配管80を通過するときに炭化水素系燃料73及び74が燃焼室40からの熱で熱分解されて改質燃料79が生成される。この熱分解は白金族ドープゼオライト系触媒84により促進される。
Referring to FIG. 11, the
本実施形態では、ゼオライト系触媒による熱分解反応で生成した分解生成物が、白金族触媒による熱分解反応により更に分解される。したがって、改質燃料79の大部分は、燃焼が容易な低炭素数の炭化水素である。
In this embodiment, the decomposition product produced | generated by the thermal decomposition reaction by a zeolitic catalyst is further decomposed | disassembled by the thermal decomposition reaction by a platinum group catalyst. Therefore, most of the reformed
尚、H−ZSM−5触媒は熱分解の促進効果が高いため、H−ZSM−5触媒に白金族触媒をドープして白金族ドープゼオライト系触媒84を形成すると、燃料改質部60を小型化することができる。
In addition, since the H-ZSM-5 catalyst has a high effect of promoting thermal decomposition, when the platinum group-doped
(燃料分解試験2)
燃料分解試験を行って、プラチナ触媒をドープしたH−ZSM−5触媒を用いて炭化水素系燃料を熱分解したときの熱分解生成物の大部分が燃焼が容易なメタンであることを示した。以下、燃料分解試験を説明する。
(Fuel decomposition test 2)
A fuel cracking test showed that most of the pyrolysis products were methane, which is easily combusted, when hydrocarbon fuels were pyrolyzed using H-ZSM-5 catalyst doped with platinum catalyst. . Hereinafter, the fuel decomposition test will be described.
燃料分解試験の試験方法を説明する。図4に示す燃料分解試験装置を用いた。試験方法は、H−ZSM−5触媒層104にプラチナ触媒がドープされていることを除いて上述の試験方法と同じである。燃料としてドデセンを用いた。
A test method for the fuel decomposition test will be described. The fuel decomposition test apparatus shown in FIG. 4 was used. The test method is the same as the test method described above, except that the H-ZSM-5
次に、燃料分解試験の試験結果を説明する。 Next, test results of the fuel decomposition test will be described.
図12は、プラチナ触媒をドープしたH−ZSM−5触媒を用いてドデセンを熱分解したときの分解生成物のGC−MS測定結果を示すグラフである。横軸は保持時間を示し、縦軸はピーク面積を示す。メタンの大きいピークと、ベンゼンの小さいピークとが検出された。プラチナ触媒をドープしたH−ZSM−5触媒を用いた熱分解により、ドデセンの大部分がメタンに分解された。 FIG. 12 is a graph showing GC-MS measurement results of decomposition products when dodecene was thermally decomposed using an H-ZSM-5 catalyst doped with a platinum catalyst. The horizontal axis represents the retention time, and the vertical axis represents the peak area. A large peak for methane and a small peak for benzene were detected. Most of the dodecene was decomposed to methane by pyrolysis using H-ZSM-5 catalyst doped with platinum catalyst.
図6A及び図6Bに示されるように、H−ZSM−5触媒によるドデセンの熱分解によりベンゼンやトルエン等の芳香族化合物が多く生成した。これらの芳香族化合物は、直鎖の炭化水素に比べて安定で気化しにくく、粘性の高い固形成分として触媒上に堆積しやすい。触媒上に固形成分が堆積すると燃料と触媒との接触が阻害されるので、芳香族化合物はコーキングの原因となる場合がある。 As shown in FIGS. 6A and 6B, a large amount of aromatic compounds such as benzene and toluene were produced by thermal decomposition of dodecene with H-ZSM-5 catalyst. These aromatic compounds are more stable and less likely to vaporize than straight-chain hydrocarbons, and are easily deposited on the catalyst as a highly viscous solid component. When solid components are deposited on the catalyst, the contact between the fuel and the catalyst is hindered, and the aromatic compound may cause coking.
図6B及び図12に示されるように、H−ZSM−5触媒にドープしたプラチナ触媒によって、芳香族化合物が分解された。 As shown in FIGS. 6B and 12, the aromatic compound was decomposed by the platinum catalyst doped in the H-ZSM-5 catalyst.
図5B、6B、及び7Bに示されるように、JP−4燃料、ドデセン、及びJetA−1燃料をH−ZSM−5触媒を用いて熱分解したときの分解生成物の組成が同一であるため、JP−4燃料及びJetA−1燃料も、プラチナ触媒をドープしたH−ZSM−5触媒を用いた熱分解により、その大部分がメタンに分解されると考えられる。 As shown in FIGS. 5B, 6B, and 7B, the composition of cracked products is the same when JP-4 fuel, dodecene, and JetA-1 fuel are pyrolyzed using H-ZSM-5 catalyst. JP-4 fuel and JetA-1 fuel are also considered to be largely decomposed into methane by pyrolysis using an H-ZSM-5 catalyst doped with a platinum catalyst.
また、プラチナ触媒、ロジウム触媒、及びパラジウム触媒がともに白金族触媒であるため、プラチナ触媒のかわりにロジウム触媒やパラジウム触媒を用いても同様の効果が得られると考えられる。 Further, since the platinum catalyst, rhodium catalyst, and palladium catalyst are all platinum group catalysts, it is considered that the same effect can be obtained even when a rhodium catalyst or a palladium catalyst is used instead of the platinum catalyst.
尚、燃料改質部60が白金族ドープゼオライト系触媒84を備えるため、燃料改質部60が白金族触媒とゼオライト系触媒を別々に備える場合に比べて燃料改質部60が小型化される。
In addition, since the
(第2の実施形態の変形例)
次に、第2の実施形態の変形例に係る燃料供給システム15を説明する。本変形例に係る燃料供給システム15は、燃料改質部60が白金族触媒とゼオライト系触媒を別々に備える点を除いて第2の実施形態に係る燃料供給システム15と同様である。
(Modification of the second embodiment)
Next, a
図13を参照して、本変形例に係る燃料改質部60は、上流側部分61と、下流側部分62とを備える。炭化水素系燃料73及び74は、熱分解しながら上流側部分61から下流側部分62へ流れる。
Referring to FIG. 13, the
図14を参照して、上流側部分61は、ゼオライト系触媒85を備える。ゼオライト系触媒85は、燃料配管80の内壁81及び燃料配管80内に配置された粒状の担体82の表面に担持されている。上流側部分61の燃料配管80を通過するときに炭化水素系燃料73及び74が燃焼室40からの熱で熱分解されて中間分解生成物が生成される。この熱分解はゼオライト系触媒85により促進される。ゼオライト系触媒85は、H−ZSM−5触媒であることが好ましい。
Referring to FIG. 14, the
図15を参照して、下流側部分62は、白金族触媒86を備える。白金族触媒86は、燃料配管80の内壁81及び燃料配管80内に配置された粒状の担体82の表面に担持されている。下流側部分62の燃料配管80を通過するときに中間分解生成物が燃焼室40からの熱で熱分解されて改質燃料79が生成される。この熱分解は白金族触媒86により促進される。白金族触媒86は、プラチナ触媒、パラジウム触媒、又はロジウム触媒を含む。
Referring to FIG. 15, the
以上、実施の形態を参照して本発明による燃料供給システム、スクラムジェットエンジン及びその動作方法を説明したが、本発明による燃料供給システム、スクラムジェットエンジン及びその動作方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に変更を加えたり上記実施形態どうしを組み合わせたりすることが可能である。例えば、スクラムジェットエンジン11を航空機に適用するかわりに、飛しょう体やロケットに適用してもよい。
The fuel supply system, the scramjet engine, and the operation method thereof according to the present invention have been described above with reference to the embodiments. However, the fuel supply system, the scramjet engine, and the operation method thereof according to the present invention are not limited to the above embodiments. It is possible to add a change to the said embodiment or to combine the said embodiment. For example, the
10…機体
11…スクラムジェットエンジン
15…燃料供給システム
20…空気圧縮部
30…インジェクタ
40…燃焼室
50…ノズル
60…燃料改質部
61…上流側部分
62…下流側部分
70…圧縮空気の気流
71、72…燃料タンク
73、74…炭化水素系燃料
75、76…流量調整弁
77…エンジンコントロールユニット
78…センサ
79…改質燃料
80…燃料配管
81…内壁
82…担体
83…ゼオライト系触媒
84…白金族ドープゼオライト系触媒
85…ゼオライト系触媒
86…白金族触媒
101…シリンジ
102…気化器
103…反応管
104…H−ZSM−5触媒層
105…電気炉
106…温度センサ
107…GC−MS
113…反応管
114…H−ZSM−5触媒層
115…電気炉
116…熱電対
116a…温度測定点
117…熱電対保護管
120…気化した燃料
DESCRIPTION OF
113 ...
Claims (9)
前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量を調整する第1流量調整弁と、
前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を調整する第2流量調整弁と、
前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御するコントロールユニットと
を具備し、
前記改質燃料は前記燃焼室で燃焼し、
前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒を備え、
前記コントロールユニットは、前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御することにより、前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量と、前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量とを別々に調整する
燃料供給システム。 The first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel are pyrolyzed by heat from the combustion chamber of the scramjet engine to generate a reformed fuel and the combustion chamber A fuel reforming section for cooling the
A first flow rate adjusting valve for adjusting a supply amount of the first hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit;
A second flow rate adjusting valve that adjusts a supply amount of the second hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit ;
A control unit for controlling the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve ;
The reformed fuel burns in the combustion chamber;
The fuel reforming section includes a zeolite catalyst ,
The control unit controls the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve to supply the first hydrocarbon-based fuel to the fuel reforming unit and to the fuel reforming unit. A fuel supply system for separately adjusting a supply amount of the second hydrocarbon fuel.
前記ゼオライト系触媒は、H−ZSM−5触媒を含む
燃料供給システム。 The fuel supply system according to claim 1,
The zeolitic catalyst includes an H-ZSM-5 catalyst.
前記燃焼室の温度を検出するセンサ
を更に具備し、
前記コントロールユニットは、前記温度に基づいて前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御する
燃料供給システム。 The fuel supply system according to claim 1 or 2,
Sensor for detecting the temperature of the combustion chamber
Further comprising,
The control unit is a fuel supply system that controls the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve based on the temperature .
前記燃料改質部は、白金族触媒を備える
燃料供給システム。 The fuel supply system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel reforming unit includes a platinum group catalyst.
前記ゼオライト系触媒に前記白金族触媒がドープされている
燃料供給システム。 The fuel supply system according to claim 4,
A fuel supply system in which the platinum group catalyst is doped in the zeolite catalyst.
前記第1炭化水素系燃料及び前記第2炭化水素系燃料は、ドデセン、JP−4燃料、及びJetA−1燃料から選択される任意の二つである
燃料供給システム。 A fuel supply system according to any one of claims 1 to 5,
The first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel are any two selected from dodecene, JP-4 fuel, and JetA-1 fuel.
前記第1炭化水素系燃料及び前記第2炭化水素系燃料は、JP−7燃料、JP−4燃料、及びJetA−1燃料から選択される任意の二つである
燃料供給システム。 A fuel supply system according to any one of claims 1 to 5,
The first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel are any two selected from JP-7 fuel, JP-4 fuel, and JetA-1 fuel.
前記圧縮空気中に改質燃料を噴射するインジェクタと、
前記改質燃料が燃焼する燃焼室と、
第1炭化水素系燃料及び前記第1炭化水素系燃料とは異なる組成の第2炭化水素系燃料を前記燃焼室からの熱で熱分解して前記改質燃料を生成するとともに前記燃焼室を冷却する燃料改質部と、
前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量を調整する第1流量調整弁と、
前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を調整する第2流量調整弁と、
前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御するコントロールユニットと
を具備し、
前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒を備え、
前記コントロールユニットは、前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を制御することにより、前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量と、前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量とを別々に調整する
スクラムジェットエンジン。 An air compressor that compresses air to generate compressed air;
An injector for injecting reformed fuel into the compressed air;
A combustion chamber in which the reformed fuel burns;
A first hydrocarbon fuel and a second hydrocarbon fuel having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel are pyrolyzed by heat from the combustion chamber to generate the reformed fuel and cool the combustion chamber. A fuel reforming unit that performs
A first flow rate adjusting valve for adjusting a supply amount of the first hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit;
A second flow rate adjusting valve that adjusts a supply amount of the second hydrocarbon fuel to the fuel reforming unit ;
A control unit for controlling the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve ;
The fuel reforming section includes a zeolite catalyst ,
The control unit controls the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve to supply the first hydrocarbon-based fuel to the fuel reforming unit and to the fuel reforming unit. A scramjet engine that separately adjusts the supply amount of the second hydrocarbon fuel .
前記空気圧縮部が空気を圧縮して圧縮空気を生成することと、
前記インジェクタが前記圧縮空気中に改質燃料を噴射することと、
前記燃焼室で前記改質燃料が燃焼することと、
前記燃料改質部が第1炭化水素系燃料及び前記第1炭化水素系燃料とは異なる組成の第2炭化水素系燃料を前記燃焼室からの熱で熱分解して前記改質燃料を生成するとともに前記燃焼室を冷却することと、
前記燃料改質部への前記第1炭化水素系燃料の供給量と前記燃料改質部への前記第2炭化水素系燃料の供給量を別々に調整することと
を具備し、
前記燃料改質部は、ゼオライト系触媒を備える
スクラムジェットエンジンの動作方法。
An operation method of a scramjet engine including an air compression unit, an injector, a combustion chamber, and a fuel reforming unit,
The air compression unit compresses air to generate compressed air;
The injector injects reformed fuel into the compressed air;
Burning the reformed fuel in the combustion chamber;
The fuel reforming unit thermally decomposes the first hydrocarbon fuel and the second hydrocarbon fuel having a composition different from that of the first hydrocarbon fuel with heat from the combustion chamber to generate the reformed fuel. And cooling the combustion chamber,
Separately adjusting the supply amount of the first hydrocarbon fuel to the fuel reforming section and the supply amount of the second hydrocarbon fuel to the fuel reforming section,
The fuel reforming section includes a zeolite-based catalyst.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012051339A JP5832340B2 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012051339A JP5832340B2 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013185492A JP2013185492A (en) | 2013-09-19 |
| JP5832340B2 true JP5832340B2 (en) | 2015-12-16 |
Family
ID=49387138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012051339A Active JP5832340B2 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5832340B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6355106B2 (en) * | 2015-03-24 | 2018-07-11 | 三菱重工業株式会社 | Fuel reforming mechanism, fluid reforming mechanism, jet engine equipped with fuel reforming mechanism, and method for manufacturing fuel reforming mechanism |
| JP6441724B2 (en) * | 2015-03-25 | 2018-12-19 | 三菱重工業株式会社 | Jet engine and flying body |
| JP6806618B2 (en) * | 2017-04-10 | 2021-01-06 | 三菱重工業株式会社 | Ramjet engine regenerative cooler and its manufacturing method |
| CN110671210B (en) * | 2018-07-02 | 2021-02-05 | 北京动力机械研究所 | Electric heating element for aircraft engine active cooling ground test |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3667233A (en) * | 1969-11-14 | 1972-06-06 | Us Air Force | Dual mode supersonic combustion ramjet engine |
| JPH08334213A (en) * | 1995-06-09 | 1996-12-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Supersonic combustor and its ignition method |
| US7334407B2 (en) * | 2004-03-22 | 2008-02-26 | United Technologies Corporation | Method of suppressing coke in endothermic fuel processing |
| US20070175222A1 (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-02 | United Technologies Corporation | Multipurpose gas generator ramjet/scramjet cold start system |
-
2012
- 2012-03-08 JP JP2012051339A patent/JP5832340B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013185492A (en) | 2013-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6021661B2 (en) | Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same | |
| Fan et al. | Combustion and ignition of thermally cracked kerosene in supersonic model combustors | |
| US5207053A (en) | Method and system for staged rich/lean combustion | |
| AU649871B2 (en) | Method and system for lean premixed/prevaporized combustion | |
| Li et al. | Pyrolysis and heat sink of an endothermic hydrocarbon fuel EHF-851 | |
| Fan et al. | Catalytic cracking and heat sink capacity of aviation kerosene under supercritical conditions | |
| JP5832340B2 (en) | Fuel supply system, scramjet engine and method of operating the same | |
| Yue et al. | Heat transfer and cracking performance of endothermic hydrocarbon fuel when it cools a high temperature channel | |
| Sun et al. | Effects of molecular structures on the pyrolysis and anti-coking performance of alkanes for thermal management | |
| Hubesch et al. | Endothermic catalytic cracking of liquid hydrocarbons for thermal management of high-speed flight vehicles | |
| Liu et al. | Performance of Pt/ZrO2–TiO2–Al2O3 and coke deposition during methylcyclohexane catalytic cracking | |
| US20180223769A1 (en) | Catalytic N2O Pilot Ignition System for Upper Stage Scramjets | |
| Song et al. | Pre-combustion cracking characteristics of kerosene | |
| Zhang et al. | Controllable decomposition of methanol for active fuel cooling technology | |
| Salganskaya et al. | Experimental study of hexamethylenetetramine gasification at different temperatures of gas flow | |
| Wang et al. | Effects of the mixing ratios of n-decane/methylcyclohexane binary fuel on the thermal cracking and carbon deposition propensity | |
| Zhang et al. | The effect of methanol additive on n-decane cracking and coking over TiN coating | |
| Li et al. | Excessively fuel-rich conditions for cold starting of liquid-fuel pulse detonation engines | |
| JP2013185493A (en) | Fuel supply system, scram jet engine and method of operating the engine | |
| Sun et al. | Theoretic heat sink simulation and experimental investigation of the pyrolysis of substituted cyclohexanes | |
| Sim | Understanding the role of multifunctional nanoengineered particulate additives on supercritical pyrolysis and combustion of hydrocarbon fuels/propellants | |
| Fan et al. | Catalytic cracking of china No. 3 aviation kerosene under supercritical conditions | |
| Yu et al. | Characterization of a supersonic model combustor with partially-cracked kerosene | |
| Blust et al. | Emissions characteristics of liquid hydrocarbons in a well stirred reactor | |
| Berta et al. | Experimental and numerical investigation of n-heptane/air counterflow nonpremixed flame structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140925 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150617 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150623 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150710 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151005 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151027 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5832340 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |