专利名称：三腔串联式等离子体车载富氢气体发生器的制作方法
技术领域：
本发明专利属于新能源领域，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，迅速产生富氢气体。为发动
机提供富氢燃料，提高火焰传播速度，改善内燃机燃烧；也可作为汽 车催化净化器的还原气体，提高还原效率，降低N0排放；当产生的 富氬气体经过进一步净化后，也可作为燃料电池汽车或燃料电池的制 氢装备。
背景技术：
能源危机和环境污染已成为日益严重的全球性问题。汽车消耗的 石油资源越来越多，其排出的气体污染物、微粒污染物等也已成为城 市空气污染的主要因素。因此，提高内燃机汽车的能源转换效率、降 低其有害排放和开发清洁、廉价的新型燃料已成为汽车工业最紧迫的 任务。
氢气燃烧产物是水，唯一的有害排放物是N0x，因而被认为是理 想的内燃机燃料。由于纯氢制备成本高，并且还存在氬罐的储存、运 输和安全等因素，故目前很难得到大规模的实际应用。而利用随车携 带的传统燃料采用随车制氢的方案可以很好的解决以上问题，因此， 车载制氢被认为是最佳的选择之一。目前，车载制氢的方法主要有传 统的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>暖氢燃料发生化学变 化产生氢气，依据重整部分供热方式的不同可分为3种外热式水蒸 气重整、部分氧化重整、自热重整。外热式水蒸气重整制氬产氢率较 高，但反应过程需外部供热，且反应温度较高，因此系统较复杂、启 动緩慢、响应差且热效率低。部分氧化重整制氢是比较成熟的技术， 其产氢率比水蒸气重整的低，但由于该反应为放热反应，故不需额外 供热，系统相对简单且热效率较高，同时启动时间短、动态响应较快。 自热重整是将水蒸气重整和部分氧化重整相结合，该重整方式的响应 较快且产氢率和能量利用率较高，但由于吸热和放热的不平衡容易出现局部过热现象，使氢产氢率和转化效率降低。 (2)等离子体重整法
等离子体法制氢是一种正在发展、不断完善的新方法，它可以解 决或避免传统化学催化重整法遇到的问题。用等离子体激发的制氢化 学反应原理和传统的原理大致是相同的，不一样的是激发化学反应的 活性物质不同。传统方法的活性物质是催化剂，等离子体方法的活性 物质是高能电子和自由基。因为等离子体重整使用的是电，故反应具 有高度的可控性，可以在大范围内调节气体速率和组成，达到反应的 最优化。借助于高活性的粒子像电子、离子、激发态物质，等离子体 能大大提高化学反应速度，或者为吸热反应提供能源，并避免使用非 均相催化剂。这些优点以及其高能量密度并由此导致的反应时间减 少，为制氢反应器缩小尺寸、减轻重量提供了可能。另外等离子体转 化制氢对原料要求不高，只要是含氢物质，像天然气、醇类、生物燃 料等都可以成为等离子体法制氢的原料。
发明内容
本发明的目的是提出了 一种三腔串联式等离子体车载富氢气体 发生器，用于随车富氢气体的快速制取，减少汽车能源消耗和有害物 排放、并提供燃料电池汽车氢源的解决参考途径。
本发明的技术方案是该发生器主要包括等离子体反应部分(l) 和等离子体发生部分(2 )。等离子体发生部分由三个均布的发生腔串 联组成，发生腔横截面的形状为120°扇形，发生腔的半径为6-8隨。 反应部分即等离子体反应腔，形状为圆柱形。本装置以安装在扇形角 圆心的电极(3)为正极，以底座的弧形側壁(15)为负极，车载蓄 电池为电源，经放电控制(12)装置在正负电极间放电。当碳氢燃料 或碳氢燃料与空气的混合物进入发生腔，经过火花放电使反应物产生 等离子体。之后，反应物进入反应腔(1)进行部分氧化反应，迅速 变为富氢气体。重整过程使用的是电，反应具有高度的可控性，可以 在大范围内调节气体速率和组成，达到反应的最优化。
本发明的优点是采用三腔串联的结构，利用等离子体重整法对 碳氬燃料进行重整制氢，该反应器具有高效、迅速、轻便、易实现等 优点。
图l是车载富氢气体发生器分解图。
图2是车载富氢气体发生器的应用示意图。 图中标号说明
l-反应部分；2-发生部分；3-正极；4-绝缘压盖；5-陶瓷外筒； 6-反应器底座；7-进气口； 8-正极安装孔；9-压盘；10-反应器 端盖；ll-出气口； 12-放电控制单元；13-净化装置；14-富氢气 体使用装置；15-负极(搭铁)
具体实施例方式
该车载制氢装置的结构如图1所示。碳氢燃料或碳氢燃料与空气 的混合物从进气口 7进入发生腔2，经过火花放电使反应物产生等离 子体。之后，反应物进入反应腔l进行充分的氧化反应，迅速得到富 氢气体。反应后的富氬气体由出气口 ll排出。采用三个发生腔串联 的结构，可使气体与电弧的接触时间和接触几率增大，而且反应更充 分，可获得较高氢气含量的富氢气体。
在实际应用中可设计为如图2所示的车载制氢系统。由放电控制 装置12控制等离子的发生，经电离和充分反应后的富氢气体进入净 化器13，处理后进入富氢气体使用装置14。根据实际流量需要可并 联若干个发生器。
该发生装置已用于二曱醚的等离子体重整制氢试验，得到的富氢 气体中氬气的体积百分含量达30%,氢产率达40%。该装置可用于多 种碳氢燃料(天然气、石油液化气以及汽化后的汽油和柴油等液体燃 料)的等离子体重整富氢气体制备。实验验证结果表明，该装置具有 高效、迅速、轻便、易实现等优点。
权利要求
1、一种三腔串联式等离子体车载富氢气体发生器，包括等离子体反应部分(1)，该部分形状为圆柱形，内部由绝缘压盖(4)将反应腔与发生腔部分隔离；等离子体发生部分(2)，该部分由金属底座(6)、绝缘压盖(4)和陶瓷外筒(5)形成的三个均布的发生腔串联而成；进气口(7)和出气口(11)。
2、 如权利要求l所述的车载富氢气体发生器，其特征在于，反应腔与发生 腔由内部绝缘压盖部分隔离，采用三个扇形发生腔串联的结构，使气体与 电弧的接触时间和接触几率增大，使等离子体发生反应更充分。
3、 如权利要求1所述的车载富氢气体发生器，其特征在于，单个发生腔横 截面的形状为120。扇形，半径可调整为6-8mm。以安装在扇形角圆心的电 极(3)为正极，以底座的弧形侧壁(15)为负极。
4、 如权利要求1所述的车载富氢气体发生器，其特征在于，进气口 (7) 位于底部，沿轴向向上，经过三个串联扇形发生腔进入上面的反应腔，最 后由上部出气口 (ll)流出。顶部排气，有利于氢气和水蒸气的排出。
全文摘要
本发明提出了一种高效、快捷、轻便的三腔串联式等离子体车载富氢气体发生器，该装置外观为圆筒形，用于随车富氢气体的快速制取。该发生器主要包括等离子体反应部分和等离子体发生部分。等离子体发生部分由三个均布的发生腔串联组成，发生腔横截面的形状为120°扇形，发生腔的半径为6-8mm。反应部分即反应腔，形状为圆柱形。本装置以安装在扇形角圆心的电极为正极，以底座的弧形侧壁为负极，车载蓄电池为电源，经放电控制装置在正负电极间放电产生等离子体。当碳氢燃料或碳氢燃料与空气的混合物由底部进气口进入发生腔，经过火花放电使反应物产生等离子体。之后，反应物进入反应腔进行部分氧化反应，迅速变为富氢气体，并由上方的出口排出。
文档编号C01B3/00GK101671004SQ200910093729
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者李兴虎, 马奎峰 申请人:北京航空航天大学