专利名称：一种高效、快速、结构紧凑的车载富氢气体制备装置的制作方法
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氬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。
技术背景目前，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、N0X、 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。水蒸气重整制氬是比较 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 ref orming)是近10年才出现的一种重整制氢的方法，3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， 产生物质的第四态一一等离子体。由于等离子体中存在活性自由基(如0、 0H、 O，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氬气的理想选择。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C0"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。
图l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l,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，最后进入氬燃料汽车发动机9。
权利要求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。
专利摘要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。
文档编号C01B3/36GK201165470SQ20072017332
公开日2008年12月17日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者宋凌珺, 宁 李, 李兴虎 申请人:北京航空航天大学