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CN201165470Y - 一种高效、快速、结构紧凑的车载富氢气体制备装置 - Google Patents

一种高效、快速、结构紧凑的车载富氢气体制备装置 Download PDF

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CN201165470Y
CN201165470Y CNU2007201733255U CN200720173325U CN201165470Y CN 201165470 Y CN201165470 Y CN 201165470Y CN U2007201733255 U CNU2007201733255 U CN U2007201733255U CN 200720173325 U CN200720173325 U CN 200720173325U CN 201165470 Y CN201165470 Y CN 201165470Y
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CN
China
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plasma
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CNU2007201733255U
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李兴虎
宋凌珺
李宁
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Beihang University
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Beihang University
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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Abstract

本实用新型涉及新能源领域，提供一种高效、快速、结构紧凑的车载富氢气体制备装置，用于在短时间内制备车载富氢气体，该装置为圆筒状结构，包括等离子体发生器(1)和等离子体反应器(2)两部分，两者相连接，等离子体发生器(1)具有进气口(4)，进气口(4)设置为偏心式，等离子体发生器(1)的内腔被分为两个气室，下气室为燃料的预混室，整个装置为立式，采用不锈钢材料制作，该装置基于等离子体化学反应特性，利用等离子体重整法对碳氢燃料进行重整制氢，具备启动快、效率高、成本低、易于实现等优点，大大提高了制氢速度与制氢效率。

Description

一种高效、快速、结构紧凑的车载富氢气体制备装置
技术领域
本实用新型属于新能源领域，该装置的作用是使碳氢燃料在常温常压下快速地与空气发生部分氧化反应，产生富氢气体，从而提高汽车的燃烧效率、降低有害排放。
背景技术
目前，世界性的能源危机、环境污染等问题日益严重。而汽车作为石油的主要消耗者，它消耗的石油资源越来越多，其行驶时排出的气体(态)污染物(CO、NOx、HC)、微粒污染物、蒸发排放物等也已成为城市空气污染的主要来源。因此，开发廉价、清洁的新能源已成为汽车工业迫在眉睫的任务。
氢气的热值是140kJ/g，大约为汽油的三倍，被认为是取代矿物燃料的理想能源。虽然氢罐的最大压力已达70MPa，但还是不能满足续驶里程的要求，并且还存在安全隐患等问题，而车载富氢气体制备装置则可以较好地解决上述问题，是最现实的移动氢源的选择之一。目前，车载碳氢燃料重整制氢的方法有化学重整法和等离子体重整法两种。
(1)化学重整法
化学重整法的原理是在催化剂的作用下，使碳氢燃料发生化学变化产生氢气，其中包括水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整。水蒸气重整制氢是比较成熟的技术，在催化剂的作用下，可将碳氢燃料中的氢与水中的氢都转化成氢气，因此其产氢率高，但由于该反应为吸热反应，故需外部供热，因此整个系统的热效率低。部分氧化重整制氢在工业制氢领域是比较成熟的技术，它甚至可将重油转化为富氢氢气，其产氢率比水蒸气重整的低，并且空气中的氮气会稀释产气中氢气的体积百分含量，但由于该反应为放热反应，故外部供热少，整个系统的热效率较高，并且启动时间短、动态响应快。自热重整即将吸热的水蒸气重整和放热的部分氧化重整结合到一起，并在一定条件下实现热量的自平衡，该重整方式的产氢效率高、能量利用率高，但是容易出现局部过热现象(即“热点”)。
(2)等离子体重整法
等离子体重整(Plasma reforming)是近10年才出现的一种重整制氢的方法，它是利用气体通过高压电极间的空间时，电极间流动的电子将使气体分子分裂，产生物质的第四态--等离子体。由于等离子体中存在活性自由基(如O、OH、O3等)，因而可引发部分化学反应的发生。由于等离子体的能量密度高，不需要催化反应器，因此可大幅度降低重整器的大小和质量。等离子体重整装置结构简单、制氢速度快、启动快、可以不用催化剂、可在常温常压下、极短的时间、较小的反应空间内引发制氢反应，因此被认为是多变条件下小规模生产氢气的理想选择。众所周知，PEMFC的阴极Pt催化剂会CO中毒，目前能够耐受的CO最大允许值约为10ppm，利用Plasma重整法可使碳氢燃料在高温下迅速发生分解反应，该反应的产物为炭和氢气，不产生使Pt催化剂中毒的气体CO，以及温室气体CO2。虽然等离子体发生器需要消耗电能来产生等离子体，但其消耗的电能仅为几十瓦，相当于一个车前照灯消耗的能量，相对其消耗的能量，其节省的能量更多，并且可以使燃烧产物更为清洁。等离子体重整的另一大优势是其可重整的燃料很多，像酒精、柴油、生物垃圾、天然气等。
由此可见，化学重整法与等离子体重整法制氢原理的不同之处是它们激发化学反应的活性物质不同。化学重整法的活性物质是催化剂，而等离子体重整法的活性物质是活性自由基。但是催化剂往往需要在高温下才能发挥其活性，因此需要加热，使得消耗的能量更多，并且加热时间一般需要几分钟，因此利用化学重整法的制氢装置启动较慢。但是等离子体重整法不需要催化剂，在常温下就可发生反应，因此利用等离子体重整法的制氢装置启动快。
实用新型内容：
为解决上述问题，本实用新型提供一种低成本、启动快、高效、结构紧凑的车载富氢气体制备装置。
采用的技术方案如下：车载富氢气体制备装置，其为圆筒状结构，包括相互连接的等离子体发生器和等离子体反应器两部分，等离子体发生器包括进气口，进气口设置为偏心式，等离子体发生器的内腔被分为两个气室，下气室为燃料的预混室，整个装置为立式，采用不锈钢材料制作。
偏心式进气口设计，使得进气产生涡流，增长了气体与电弧的接触时间，以便产生更多的等离子体，等离体发生器内腔的下气室作为燃料的预混室，使燃料能更好地混合，整个装置为立式，气体从下往上流，由于氢气的密度小，该结构有利于氢气的溢出。
车载富氢气体制备装置还以去除侧电极的火花塞作为负极，并将火花塞安装在等离子体发生器沿轴向的一端，制氢装置接地作为正极，以火花放电产生等离子体。在常温常压下，当碳氢燃料和空气的混合物进入等离子体发生器后，经火花放电产生等离子体。之后，反应物进入等离子体反应器，在该区域，等离子体将促进燃料与空气发生部分氧化反应，在短时间内产生富氢气体。
该车载富氢气体制备装置的特点是：利用等离子体重整法重整制氢，制氢速度与制氢效率高、成本低、启动快、结构紧凑，并且易于实现。
附图说明
图1是车载富氢气体制备装置的结构图；
图2是车载富氢气体制备装置的A-A向视图；
图3是车载富氢气体制备装置的应用举例示意图。
图中标号说明
1-等离子体发生器；2-等离子体反应器；3-电极安装孔；4-进气口；5-出气口；6-点火控制单元；7-已去除侧电极的火花塞；8-净化器；9-氢燃料汽车发动机；10-接地。
具体实施方式
该车载制氢装置的结构图如图1所示。碳氢燃料和空气的混合物从进气口4进入等离子体发生器1，经火花塞放电产生等离子体。之后，反应物进入等离子体反应器2，在该区域，等离子体促进燃料与空气发生部分氧化反应，在短时间内产生富氢气体。制得的富氢气体从出气口5流出。
在实际应用中，可单独使用一个该车载制氢装置，也可将两个或多个该车载制氢装置并联使用。可设计为如图2所示的氢燃料汽车车载制氢系统。该系统使用1个车载制氢装置，用点火控制器6控制火花放电。燃料与空气的混合气从进气口4进入车载制氢装置，在火花放电等离子体的作用下重整得到富氢气体，然后经过净化器8，最后进入氢燃料汽车发动机9。

Claims (1)

1.一种车载富氢气体制备装置，其为圆筒状结构，包括相互连接的等离子体发生器(1)和等离子体反应器(2)两部分，其特征在于：等离子体发生器(1)包括进气口(4)，进气口(4)设置为偏心式，等离子体发生器(1)的内腔被分为两个气室，下气室为燃料的预混室，整个装置为立式，采用不锈钢材料制作。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102802334A (zh) * 2012-07-31 2012-11-28 北京航空航天大学 一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置
CN104477848A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 中山大学 一种等离子体重整发动机燃油制氢方法
CN109896501A (zh) * 2017-12-11 2019-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种重整制氢装置及采用该装置制氢的方法

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C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081217

Termination date: 20100924