专利名称：一种气水混合装置和一种气水联供系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及为制氢提供水蒸气技术领域，更具体地说，涉及一种气水混合装置和 一种气水联供系统。
背景技术：
氢能以其来源丰富、清洁无污染、能量密度高、使用方便、应用广泛等优点被公认 为未来最具潜力的能源载体。高温电解水蒸气制氢、水蒸汽催化重整制氢等是目前国际上 最具有吸引力的制氢方法，其都需要将水蒸气与载体气体进行混合输运到指定空间内进行 制氢，需要控制水蒸气与气体载体的比例在适当范围内，因此必须要保证气水混合气的气 水比的精确控制，进而保证水蒸气的稳定供应。
目前主要通过以下几种方法获得气水混合气
第一种方法是采用水蒸气生成方案。在预热炉内使H2和O2反应生成水蒸气，然后 将生成的水蒸气直接通入指定空间。采用此种方法能够获得洁净的水蒸气，但由于反应会 不均匀，且较难控制水蒸气流量，导致较难控制的气水混合气的气水比，从而不能保证水蒸 气的稳定供应。
第二种方法是以控制露点温度的方法控制气水混合气中水蒸气含量。以氮气作为 气体载体，以自由调节水蒸气及氮气流量，水蒸气先与氮气混合，再进入到加湿器中，并在 加湿器中产生气水混合气。水蒸气通过露点传感器控制露点温度，从而控制气水混合气中 水蒸气的含量。但在实际使用中露点温度较难维持恒定温度，一般露点温度波动差值高达 IO0C，则相应的表征水蒸气含量的绝对湿度波动差值大于10%，且露点温度越高，绝对湿度 波动幅度越大，则较难控制水蒸气的含量，从而不能保证水蒸气的稳定供应。
综上所述,如何能使气水混合气的气水比较稳定,从而实现水蒸气较稳定的供应， 是目前本领域技术人员亟待解决的问题。发明内容
本发明的目的是提供一种气水混合装置，以使气水混合气的气水比较稳定，从而 实现水蒸气较稳定的供应。本发明的另一目的是提供一种具有上述气水混合装置的气水联 供系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案
一种气水混合装置，包括
具有第一混合腔的第一混合器；
位于所述第一混合器内部的第一混合管，所述第一混合管自所述第一混合器的顶 端向所述第一混合器的底端延伸；
分别与所述第一混合管相连通的液态水进管和气体载体进管，所述液态水进管和 所述气体载体进管分别位于所述第一混合器的顶端；
与所述第一混合腔相连通的第二混合器，所述第二混合器包括至少一个第二混合管；
与所述第二混合器相连通的第三混合器，所述第三混合器具有第三混合腔。
优选的，上述气水混合装置中，所述第一混合腔自其底端向其顶端渐缩。
优选的，上述气水混合装置中，所述第一混合管的出口与所述第一混合器的底端 具有间隔；所述第一混合器的底端顶面向所述第一混合器的顶端凸出。
优选的，上述气水混合装置中，所述第一混合器的底端顶面呈球形面。
优选的，上述气水混合装置中，所述第一混合器的底端顶面的最高点与所述第一 混合管的出口相对。
优选的，上述气水混合装置中，所述液态水进管的出口和所述气体载体进管的出 口平齐。
优选的，上述气水混合装置中，所述第二混合管的数量为8个，且所述第二混合管 均匀分布。
优选的，上述气水混合装置，还包括测量所述第一混合腔内的气水混合气温度的 热电偶；所述第一混合器设置有所述热电偶的安装管。
本发明提供的气水混合装置的工作过程为液态水通过液态水进管进入第一混合 管，与此同时，气体载体通过气体载体进管进入第一混合管，使得液态水与气体载体混合， 液态水与气体载体沿第一混合管流至第一混合腔，液态水在第一混合腔内汽化；水蒸气和 气体载体形成的气水混合气向第一混合器的顶端流动，并流至第二混合器内，使得气水混 合气在第二混合管内进一步均匀受热，气水混合气携带的液态水充分汽化；然后气水混合 气流至第三混合器的第三混合腔，使得气水混合气在第三混合腔内进一步均匀混合，使残 留的液态水汽化，使得气水混合气较稳定，最终保证了水蒸气与气体载体混合均匀，获得的 气水混合气的气水比较稳定。
本发明提供的气水混合装置，通过第一混合器、第二混合器和第三混合器，实现了 液态水与气体载体的混合以及水蒸气与气体载体的三次混合，使得气水混合气的气水比较 稳定，从而实现了水蒸气较稳定的供应。
基于上述提供的气水混合装置，本发明还提供了一种气水联供装置，该气水联供 装置包括加热炉和位于加热炉内的气水混合装置，其中，该气水混合装置为上述任意一项 所述的气水混合装置。
优选的，上述气水联供装置，还包括输送液态水并控制液态水流量的输送泵，该 输送泵与液态水进管相连通。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的气水混合装置的结构示意图2为本发明实施例提供的气水混合装置通入液态水和气体载体后，气水混合气 温度与时间的关系图3为本发明实施例提供的气水混合装置中第二混合器中第二混合管的分布示 意图4为本发明实施例提供的气水联供系统的流程示意图。
上图1-4 中
第一混合器1、第一混合管2、安装管3、气体载体进管4、液态水进管5、第二混合器 6、第二混合管61、第三混合器7。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种气水混合装置，使得气水混合气的气水比较稳定，从而 实现了水蒸气较稳定的供应。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1-3，图1为本发明实施例提供的气水混合装置的结构示意图；图2为 本发明实施例提供的气水混合装置通入液态水和气体载体后，气水混合气温度与时间的关 系图；图3为本发明实施例提供的气水混合装置中第二混合器中第二混合管的分布示意 图。
本发明实施例提供的气水混合装置，包括具有第一混合腔的第一混合器I ;位于 第一混合器I内部的第一混合管2，第一混合管2自第一混合器I的顶端向第一混合器I的 底端延伸；分别与第一混合管2相连通的液态水进管5和气体载体进管4，液态水进管5和 气体载体进管4分别位于第一混合器I的顶端；与第一混合腔相连通的第二混合器6，第二 混合器6包括至少一个第二混合管61 ;与第二混合器6相连通的第三混合器7，第三混合器 7具有第三混合腔。其中，第三混合器7上设置有出气管，以将混合均匀的气水混合器输送 出去。
本发明实施例提供的气水混合装置的工作过程为液态水通过液态水进管5进入 第一混合管2，与此同时，气体载体通过气体载体进管4进入第一混合管2，使得液态水与气 体载体混合，液态水与气体载体沿第一混合管2流至第一混合腔，液态水在第一混合腔内 汽化；水蒸气和气体载体形成的气水混合气向第一混合器I的顶端流动，并流至第二混合 器6内，使得气水混合气在第二混合管61内进一步均匀受热，气水混合气携带的液态水充 分汽化；然后气水混合气流至第三混合器7的第三混合腔，使得气水混合气在第三混合腔 内进一步均匀混合，使残留的液态水汽化，使得气水混合气较稳定，最终保证了水蒸气与气 体载体混合均匀，获得的气水混合气的气水比较稳定。
本发明实施例提供的气水混合装置，通过第一混合器1、第二混合器6和第三混合 器7，实现了液态水与气体载体的混合以及水蒸气与气体载体的三次混合，使得气水混合气 的气水比较稳定，从而实现了水蒸气较稳定的供应。
同时，本发明实施例提供的气水混合装置，气水混合气的气水比的控制精确度较 高，可精确提供气水混合气的气水比；该气水混合装置既可供实验室小规模实验，也可应用 于大规模生产，使用范围广；该气水混合装置的结构较简单，成本较低；该气水混合装置的连续工作稳定性较高，且连续使用寿命较长。
在实验过程中，当将4ml/min的液态水和1. 25L/min的气体载体通入气水混合装 置(将该气水混合装置放置在加热炉内，加热炉的温度为500°C)时，第一混合器I的第一混 合腔内的温度T1，第三混合器7的第三混合腔内的温度T2J1和T2分别经过24min和70min 后达到稳定，如图2所示；当将10ml/min的液态水和2L/min的气体载体通入气水混合装置 时，第一混合器I的第一混合腔内的温度IV，第三混合器7的第三混合腔内的温度T2’，T1' 和Τ2’分别经过120min和160min后达到稳定，如图2所示。
上述实验表明该气水混合装置能够使得气水混合气的气水比较稳定，从而实现了 水蒸气长期较稳定的供应。在上述实验中，液态水具体为去离子水，气体载体具体为氢气， 当然，液态水还可为其他水，气体载体也可为其他惰性气体。
上述实施例提供的气水混合装置，还可包括其他的混合器，或者增加第一混合器I 的数目，或者增加第二混合器6的数目，或者增加第三混合器7的数目。
优选的，上述实施例提供的气水混合装置中，第一混合腔自其底端向其顶端渐缩。 这样，便于液态水汽化，以及气水混合气流入第二混合器6内。
为了便于液态水汽化，上述实施例提供的气水混合装置中，第一混合管2的出口 与第一混合器I的底端具有间隔；第一混合器I的底端顶面向第一混合器I的顶端凸出。 底端顶面是指第一混合器I的底端朝向第一混合器I的顶端的面，即底端顶面是指能够与 液态水和气体载体接触的面。当液态水自第一混合管2流出时，液态水会落在第一混合器I 的底端顶面并发生碰撞，向四周飞溅开来，加强了液态水的汽化。第一混合器I的底端顶面 可呈锥面，也可呈球形面。为了便于制造以及便于液态水汽化，优先选择，第一混合器I的 底端顶面呈球形面。当然，第一混合器I的底端顶面还可为其他形状，本发明实施例对此不 作具体地限定。
为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供的气水混合装置中，第一混合器I 的底端顶面的最高点与第一混合管2的出口相对，保证水滴能落到底端顶面的最高点，这 样可使液态水向四周均匀飞溅开来，从而进一步加强了液态水的汽化，提供了充分的水蒸气。
优选的，上述实施例提供的气水混合装置中，第二混合管61的数量为8个，且第二 混合管61均匀分布，如图3所示，可使第二混合管61均匀受热，从而保证位于第二混合管 61内的气水混合气充分混合且均匀受热汽化。当然，第二混合管61的数量还可为其他值， 也可以其他方式分布，本发明实施例对第二混合管61的数量和分布不作具体地限定。
为了保证液态水能够与气体载体充分混合，上述实施例提供的气水混合装置中， 液态水进管5的出口和气体载体进管4的出口平齐，可保证自液态水进管5流入的液态水 能够立即与自气体载体进管4流入的气体载体混合，为获得较稳定的气水比提供前提。
优选的，上述实施例提供的气水混合装置，还包括测量第一混合腔内的气水混合 气温度的热电偶；第一混合器I设置有热电偶的安装管3。可观察热电偶的温度，当温度 维持定值时，即表明第一混合腔内的气水混合气的气水比较稳定。通过热电偶可确保第一 混合腔内的气水混合气的气水比较稳定。为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供 的气水混合装置，还可在第三混合器7上设置测量第三混合腔内的气水混合气温度的热电 偶。通过热电偶可确保气水混合气流出时，气水混合气的气水比较稳定。
基于上述实施例提供的气水混合装置，本发明实施例还提供了一种气水联供系 统，该气水联供系统包括加热炉和位于加热炉内的气水混合装置，其中，气水混合装置为 上述实施例中所述的气水混合装置。
由于上述实施例提供的气水联供系统包括气水混合装置，上述实施例提供的气水 混合装置具有上述技术效果，则本发明实施例提供的气水联供系统也具有相应的技术效 果O
优选的，上述实施例提供的气水联供系统，还包括输送液态水并控制液态水流量 的输送泵，该输送泵与液态水进管5相连通。为了便于计量液态水的流量，优先选择，输送 泵为蠕动泵。当然，输送泵还可为其他类型的泵，本发明实施例对此不作具体地限定。
如图4所示，上述实施例提供的气水联供系统中，液态水一般放置在储水箱内，输 送泵将液态水输送至液态水进管5内，同时也通过输送泵计量液态水的流量；气源通过减 压阀以及质量流量计与气体载体进管4相连，通过质量流量计计量气体载体的流量；气水 混合装置设置在加热炉内，通过加热炉对第一混合器1、第二混合器6和第三混合器7加热， 实现液态水汽化。上述气水联供系统中，还可通过其他部件实现对气体载体的流量的计量， 本发明实施例对此不作具体地限定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
1.一种气水混合装置，其特征在于，包括 具有第一混合腔的第一混合器； 位于所述第一混合器内部的第一混合管，所述第一混合管自所述第一混合器的顶端向所述第一混合器的底端延伸； 分别与所述第一混合管相连通的液态水进管和气体载体进管，所述液态水进管和所述气体载体进管分别位于所述第一混合器的顶端； 与所述第一混合腔相连通的第二混合器，所述第二混合器包括至少一个第二混合管； 与所述第二混合器相连通的第三混合器，所述第三混合器具有第三混合腔。
2.如权利要求1所述的气水混合装置，其特征在于，所述第一混合腔自其底端向其顶端渐缩。
3.如权利要求1所述的气水混合装置，其特征在于，所述第一混合管的出口与所述第一混合器的底端具有间隔；所述第一混合器的底端顶面向所述第一混合器的顶端凸出。
4.如权利要求3所述的气水混合装置，其特征在于，所述第一混合器的底端顶面呈球形面。
5.如权利要求3所述的气水混合装置，其特征在于，所述第一混合器的底端顶面的最高点与所述第一混合管的出口相对。
6.如权利要求1所述的气水混合装置，其特征在于，所述液态水进管的出口和所述气体载体进管的出口平齐。
7.如权利要求1所述的气水混合装置，其特征在于，所述第二混合管的数量为8个，且所述第二混合管均匀分布。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的气水混合装置，其特征在于，还包括测量所述第一混合腔内的气水混合气温度的热电偶；所述第一混合器设置有所述热电偶的安装管。
9.一种气水联供系统，包括加热炉和位于所述加热炉内的气水混合装置，其特征在于，所述气水混合装置为如权利要求1-8中任意一项所述的气水混合装置。
10.如权利要求9所述的气水联供系统，其特征在于，还包括输送液态水并控制液态水流量的输送泵，所述输送泵与所述液态水进管相连通。
全文摘要
本发明提供了一种气水混合装置，包括具有第一混合腔的第一混合器；位于第一混合器内的第一混合管，第一混合管自第一混合器的顶端向第一混合器的底端延伸；分别与第一混合管相连通的液态水进管和气体载体进管，液态水进管和气体载体进管分别位于第一混合器的顶端；与第一混合腔相连通的第二混合器，第二混合器包括至少一个第二混合管；与第二混合器相连通的第三混合器，第三混合器具有第三混合腔。本发明提供的气水混合装置，通过第一混合器、第二混合器和第三混合器，实现了液态水与气体载体的混合以及水蒸气与气体载体的三次混合，使得气水混合气的气水比较稳定，实现了水蒸气较稳定的供应。本发明还提供了一种气水联供系统。
文档编号B01F13/10GK103028339SQ201210583649
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者郑益锋, 覃朝晖, 王蔚国, 王成田, 吕新颜, 张庆生, 牛金奇, 官万兵 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所