分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置與方法

2023-07-06 06:34:26 2

專利名稱：分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置與方法
技術領域：
本發明涉及無碳新能源領域，尤其是涉及一種分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，以及通過該裝置來分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的方法。
背景技術：
地球上的礦物燃料已瀕臨枯竭，工業化燃燒礦物燃料所帶來的汙染已令地球不堪重負，人類社會需要非碳燃料取代含碳礦物燃料已成為國際共識。但是，現在的非碳能源， 例如太陽能、水能、風能以及原子能都不可能全部取代礦物含碳能源。人們希望的是以水取代礦物能源，可是現有的電解水技術，成本高，能效才60%左右，還不可能取代礦物能源。

發明內容
本發明提供了一種所述的分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，利用了射流和紅外諧振分解氣體的原理，可以大量、高效、廉價地生產氫氧燃料，有望取代含碳礦物能源。本發明所述的分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，包括射流噴嘴，供加壓至 0. 5Mpa及加溫至500°C或以上的水蒸汽通過並由噴嘴以射流方式噴射出來；以及氣體接受管，一端為進氣口，另一端為出氣口，管內分為以下三段接收段，是位於進氣口後的一段管腔，用於接收由射流噴嘴的噴嘴噴射的過熱水蒸汽以及因負壓效應由進氣口吸入的氣體； 混合段，是位於接收段後的一段管腔，供水蒸汽與吸入的氣體混合，產生湍流運動；以及擴壓段，是位於混合段後至出氣口的一段管腔，供處理後的混合氣體流出；其中，所述氣體接受管的材質具有能與水分子固有頻率ω0匹配共振的熱輻射頻率ω，設置為使在氣體接受管內流過的氣體滿足雷諾數大於4000的條件產生紊流運動。根據本發明所述的過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置的進一步特徵，所述射流噴嘴和氣體接受管安置在同一軸線上，對接組成一個反應單元。優選地，所述的反應單元組合如下從水蒸汽進入口直到排出口依次分級串聯連接為第一級反應單元、第二級反應單元，直至最後一級反應單元；每級反應單元的前端為氣體入口，後端為氣體排出口 ；每級反應單元內裝有並聯的至少兩個所述的反應單元。過熱水蒸汽通過一級反應單元時仍有部分氣體未充分分解，因此需要下一級反應單元繼續分解該氣體；又由於過熱水蒸汽的流量分布，所以每級設計為由若干個反應單元並聯組合。優選地，前一級反應單元內的氣體排出通道的方向與後一級反應單元內的氣體進入通道的方向互相錯開。優選地，所述各級反應單元被容納於用緻密的、氫原子及氧原子均不可透過的材質製造的容器內，該容器的一端為水蒸汽進入口，另一端為經過各級反應器逐級反應後形成的氫氧燃料的排出口。優選地，所述的緻密的、氫原子及氧原子均不可透過的材質選自儲氫合金或者封閉的不鏽鋼液套。本發明還提供了一種用上述的裝置分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的方法。
本發明所述的一種用上述的裝置分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的方法，包括以下步驟A.將待處理的水蒸汽加壓至0. 5Mpa，及加溫至500°C或以上；B.將上述過熱水蒸汽從射流噴嘴的噴嘴噴入氣體接受管內，在氣體接受管的熱輻射頻率ω與水分子固有頻率Oci匹配的情況下，水蒸汽分子發生共振激發；同時裝置內的氣體滿足雷諾數大於4000的條件形成紊流，在共振激發的分子熱運動和紊流的共同作用下，致使水分子相互高速碰撞，打破氫氧鍵，促使H2O — 2Η+0的分解反應；C.分解後的氣體排出並被收集。本發明所述的分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置及方法，利用了射流和紅外諧振分解氣體的原理，經實驗驗證，能有效將過熱水蒸汽分解為氫氧混合燃料。水蒸汽在所述的裝置內流動，滿足雷諾數大於4000的條件，產生紊流。由於紊流和分子熱運動的共同作用，被共振激發的水分子相互高速碰撞，打破氫氧鍵，實現水分子的分解反應=H2O — 2Η+0。 本發明對於水蒸汽的分解速度快，處理效率高，處理量大，應用成本低，因而可以大量、高效、廉價地生產氫氧燃料，因而有望取代含碳礦物能源，獲得一種無碳新能源。


圖1為本發明所述的分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置的示意圖。
具體實施例方式本發明所述的分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，如圖1所示，該裝置包括射流噴嘴a，供加壓至0. 5Mpa及加溫至500°C或以上的水蒸汽通過並由噴嘴以射流方式噴射出來；以及氣體接受管b，一端為進氣口，另一端為出氣口，管內分為以下三段接收段1， 是位於進氣口後的一段管腔，用於接收由射流噴嘴的噴嘴噴射的過熱水蒸汽以及因負壓效應由進氣口吸入的氣體；混合段2，是位於接收段後的一段管腔，供水蒸汽與吸入的氣體混合，產生湍流運動；以及擴壓段3，是位於混合段後至出氣口的一段管腔，供處理後的混合氣體流出；其中，所述氣體接受管的材質具有能與水分子固有頻率ω0匹配共振的熱輻射頻率ω，設置為使在氣體接受管內流過的氣體滿足雷諾數大於4000的條件產生紊流運動。以下詳細分析本發明的原理。1.水分子的固有頻率和氫氧鍵強度根據《分子的結構及物理性質》(Μ. B.伏肯斯坦著，沈文建等譯，科技出版社，1960 年4月第一版)的測試數據，氫氧鍵的數據列於表1。表1水分子的波數，固有波長和頻率
權利要求
1.一種分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，其特徵在於，包括射流噴嘴，供加壓至0. 5Mpa及加溫至500°C或以上的水蒸汽通過並由噴嘴以射流方式噴射出來；以及氣體接受管，一端為進氣口，另一端為出氣口，管內分為以下三段接收段，是位於進氣口後的一段管腔，用於接收由射流噴嘴的噴嘴噴射的過熱水蒸汽以及因負壓效應由進氣口吸入的氣體；混合段，是位於接收段後的一段管腔，供水蒸汽與吸入的氣體混合，產生湍流運動；以及擴壓段，是位於混合段後至出氣口的一段管腔，供處理後的混合氣體流出；其中，所述氣體接受管的材質具有能與水分子固有頻率ω0匹配共振的熱輻射頻率ω， 設置為使在氣體接受管內流過的氣體滿足雷諾數大於4000的條件產生紊流運動。
2.根據權利要求1所述的過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，其特徵在於所述射流噴嘴和氣體接受管安置在同一軸線上，對接組成一個反應單元。
3.根據權利要求2所述的過熱水蒸汽生產氫氧燃料的裝置，其特徵在於所述的反應單元組合如下從水蒸汽進入口直到排出口依次分級串聯連接為第一級反應單元、第二級反應單元， 直至最後一級反應單元；每級反應單元的前端為氣體入口，後端為氣體排出口 ；每級反應單元內裝有並聯的至少兩個所述的反應單元。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於前一級反應單元內的氣體排出通道的方向與後一級反應單元內的氣體進入通道的方向互相錯開。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述各級反應單元被容納於用緻密的、氫原子及氧原子均不可透過的材質製造的容器內，該容器的一端為水蒸汽進入口，另一端為經過各級反應器逐級反應後形成的氫氧燃料的排出口。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述的緻密的、氫原子及氧原子均不可透過的材質選自儲氫合金或者封閉的不鏽鋼液套。
7.一種用如權利要求1所述的裝置分解過熱水蒸汽生產氫氧燃料的方法，其特徵在於，包括以下步驟Α.將待處理的水蒸汽加壓至0. 5Mpa，及加溫至500°C或以上；B.將上述過熱水蒸汽從射流噴嘴的噴嘴噴入氣體接受管內，在氣體接受管的熱輻射頻率ω與水分子固有頻率Oci匹配的情況下，水蒸汽分子發生共振激發；同時裝置內的氣體滿足雷諾數大於4000的條件形成紊流，在共振激發的分子熱運動和紊流的共同作用下，致使水分子相互高速碰撞，促使H2O — 2Η+0的分解反應；C.分解後的氣體排出並被收集。
全文摘要
本發明提供了一種分解過熱水蒸氣生產氫氧燃料的裝置及方法。本發明所述裝置包括射流噴嘴，供加壓至0.5MPa及加溫至500℃或以上的水蒸汽通過並由噴嘴以射流方式噴射出來；以及氣體接受管，管內分為以下三段接收段，用於接收由射流噴嘴的噴嘴噴射的過熱水蒸汽以及因負壓效應由進氣口吸入的氣體；混合段，供水蒸汽與吸入的氣體混合，產生湍流運動；以及擴壓段，供處理後的混合氣體流出；其中，氣體接受管的材質具有能與水分子固有頻率ωo匹配共振的熱輻射頻率ω，設置為使在氣體接受管內流過的氣體滿足雷諾數大於4000的條件產生紊流運動。本發明利用了射流和紅外諧振分解氣體的原理，可大量、高效、廉價地生產氫氧燃料。
文檔編號C01B3/04GK102234103SQ20101016324
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者曾慶衿 申請人:曾慶衿