三腔串聯式等離子體車載富氫氣體發生器的製作方法
2023-07-11 19:15:26
專利名稱：三腔串聯式等離子體車載富氫氣體發生器的製作方法
技術領域：
本發明專利屬於新能源領域，該裝置的作用是使碳氬燃料在常溫 常壓下快速地與空氣發生部分氧化反應，迅速產生富氫氣體。為發動
機提供富氫燃料，提高火焰傳播速度，改善內燃機燃燒；也可作為汽 車催化淨化器的還原氣體，提高還原效率，降低N0排放；當產生的 富氬氣體經過進一步淨化後，也可作為燃料電池汽車或燃料電池的制 氫裝備。
背景技術：
能源危機和環境汙染已成為日益嚴重的全球性問題。汽車消耗的 石油資源越來越多，其排出的氣體汙染物、微粒汙染物等也已成為城 市空氣汙染的主要因素。因此，提高內燃機汽車的能源轉換效率、降 低其有害排放和開發清潔、廉價的新型燃料已成為汽車工業最緊迫的 任務。
氫氣燃燒產物是水，唯一的有害排放物是N0x，因而被認為是理 想的內燃機燃料。由於純氫製備成本高，並且還存在氬罐的儲存、運 輸和安全等因素，故目前很難得到大規模的實際應用。而利用隨車攜 帶的傳統燃料採用隨車制氫的方案可以很好的解決以上問題，因此， 車載制氫被認為是最佳的選擇之一。目前，車載制氫的方法主要有傳 統的化學重整法和等離子體重整法兩種。
(1)化學重整法
化學重整法的原理是在催化劑的作用下，使>暖氫燃料發生化學變 化產生氫氣，依據重整部分供熱方式的不同可分為3種外熱式水蒸 氣重整、部分氧化重整、自熱重整。外熱式水蒸氣重整制氬產氫率較 高，但反應過程需外部供熱，且反應溫度較高，因此系統較複雜、啟 動緩慢、響應差且熱效率低。部分氧化重整制氫是比較成熟的技術， 其產氫率比水蒸氣重整的低，但由於該反應為放熱反應，故不需額外 供熱，系統相對簡單且熱效率較高，同時啟動時間短、動態響應較快。 自熱重整是將水蒸氣重整和部分氧化重整相結合，該重整方式的響應 較快且產氫率和能量利用率較高，但由於吸熱和放熱的不平衡容易出現局部過熱現象，使氫產氫率和轉化效率降低。 (2)等離子體重整法
等離子體法制氫是一種正在發展、不斷完善的新方法，它可以解 決或避免傳統化學催化重整法遇到的問題。用等離子體激發的制氫化 學反應原理和傳統的原理大致是相同的，不一樣的是激發化學反應的 活性物質不同。傳統方法的活性物質是催化劑，等離子體方法的活性 物質是高能電子和自由基。因為等離子體重整使用的是電，故反應具 有高度的可控性，可以在大範圍內調節氣體速率和組成，達到反應的 最優化。藉助於高活性的粒子像電子、離子、激發態物質，等離子體 能大大提高化學反應速度，或者為吸熱反應提供能源，並避免使用非 均相催化劑。這些優點以及其高能量密度並由此導致的反應時間減 少，為制氫反應器縮小尺寸、減輕重量提供了可能。另外等離子體轉 化制氫對原料要求不高，只要是含氫物質，像天然氣、醇類、生物燃 料等都可以成為等離子體法制氫的原料。
發明內容
本發明的目的是提出了 一種三腔串聯式等離子體車載富氫氣體 發生器，用於隨車富氫氣體的快速製取，減少汽車能源消耗和有害物 排放、並提供燃料電池汽車氫源的解決參考途徑。
本發明的技術方案是該發生器主要包括等離子體反應部分(l) 和等離子體發生部分(2 )。等離子體發生部分由三個均布的發生腔串 聯組成，發生腔橫截面的形狀為120°扇形，發生腔的半徑為6-8隨。 反應部分即等離子體反應腔，形狀為圓柱形。本裝置以安裝在扇形角 圓心的電極(3)為正極，以底座的弧形側壁(15)為負極，車載蓄 電池為電源，經放電控制(12)裝置在正負電極間放電。當碳氫燃料 或碳氫燃料與空氣的混合物進入發生腔，經過火花放電使反應物產生 等離子體。之後，反應物進入反應腔(1)進行部分氧化反應，迅速 變為富氫氣體。重整過程使用的是電，反應具有高度的可控性，可以 在大範圍內調節氣體速率和組成，達到反應的最優化。
本發明的優點是採用三腔串聯的結構，利用等離子體重整法對 碳氬燃料進行重整制氫，該反應器具有高效、迅速、輕便、易實現等 優點。
圖l是車載富氫氣體發生器分解圖。
圖2是車載富氫氣體發生器的應用示意圖。 圖中標號說明
l-反應部分；2-發生部分；3-正極；4-絕緣壓蓋；5-陶瓷外筒； 6-反應器底座；7-進氣口； 8-正極安裝孔；9-壓盤；10-反應器 端蓋；ll-出氣口； 12-放電控制單元；13-淨化裝置；14-富氫氣 體使用裝置；15-負極(搭鐵)
具體實施例方式
該車載制氫裝置的結構如圖1所示。碳氫燃料或碳氫燃料與空氣 的混合物從進氣口 7進入發生腔2，經過火花放電使反應物產生等離 子體。之後，反應物進入反應腔l進行充分的氧化反應，迅速得到富 氫氣體。反應後的富氬氣體由出氣口 ll排出。採用三個發生腔串聯 的結構，可使氣體與電弧的接觸時間和接觸機率增大，而且反應更充 分，可獲得較高氫氣含量的富氫氣體。
在實際應用中可設計為如圖2所示的車載制氫系統。由放電控制 裝置12控制等離子的發生，經電離和充分反應後的富氫氣體進入淨 化器13，處理後進入富氫氣體使用裝置14。根據實際流量需要可並 聯若干個發生器。
該發生裝置已用於二曱醚的等離子體重整制氫試驗，得到的富氫 氣體中氬氣的體積百分含量達30%,氫產率達40%。該裝置可用於多 種碳氫燃料(天然氣、石油液化氣以及汽化後的汽油和柴油等液體燃 料)的等離子體重整富氫氣體製備。實驗驗證結果表明，該裝置具有 高效、迅速、輕便、易實現等優點。
權利要求
1、一種三腔串聯式等離子體車載富氫氣體發生器，包括等離子體反應部分(1)，該部分形狀為圓柱形，內部由絕緣壓蓋(4)將反應腔與發生腔部分隔離；等離子體發生部分(2)，該部分由金屬底座(6)、絕緣壓蓋(4)和陶瓷外筒(5)形成的三個均布的發生腔串聯而成；進氣口(7)和出氣口(11)。
2、 如權利要求l所述的車載富氫氣體發生器，其特徵在於，反應腔與發生 腔由內部絕緣壓蓋部分隔離，採用三個扇形發生腔串聯的結構，使氣體與 電弧的接觸時間和接觸機率增大，使等離子體發生反應更充分。
3、 如權利要求1所述的車載富氫氣體發生器，其特徵在於，單個發生腔橫 截面的形狀為120。扇形，半徑可調整為6-8mm。以安裝在扇形角圓心的電 極(3)為正極，以底座的弧形側壁(15)為負極。
4、 如權利要求1所述的車載富氫氣體發生器，其特徵在於，進氣口 (7) 位於底部，沿軸向向上，經過三個串聯扇形發生腔進入上面的反應腔，最 後由上部出氣口 (ll)流出。頂部排氣，有利於氫氣和水蒸氣的排出。
全文摘要
本發明提出了一種高效、快捷、輕便的三腔串聯式等離子體車載富氫氣體發生器，該裝置外觀為圓筒形，用於隨車富氫氣體的快速製取。該發生器主要包括等離子體反應部分和等離子體發生部分。等離子體發生部分由三個均布的發生腔串聯組成，發生腔橫截面的形狀為120°扇形，發生腔的半徑為6-8mm。反應部分即反應腔，形狀為圓柱形。本裝置以安裝在扇形角圓心的電極為正極，以底座的弧形側壁為負極，車載蓄電池為電源，經放電控制裝置在正負電極間放電產生等離子體。當碳氫燃料或碳氫燃料與空氣的混合物由底部進氣口進入發生腔，經過火花放電使反應物產生等離子體。之後，反應物進入反應腔進行部分氧化反應，迅速變為富氫氣體，並由上方的出口排出。
文檔編號C01B3/00GK101671004SQ200910093729
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月15日 優先權日2009年10月15日
發明者李興虎, 馬奎峰 申請人:北京航空航天大學