[發明專利]車載在線制氫的微波低溫等離子體重整器系統

有效

• 申請號: 201110341657.0
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102363521A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 王慶年;王治強;王軍年
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及燃料的微波等離子在線轉換制氫技術、車載低溫等離子轉換器控制領域，特 別是微波等離子反應腔的氫氣轉換器及其車載控制系統。

背景技術

氫或富氫氣體是一種很好的添加劑，可以顯著改善發動機碳氫燃料的燃燒特性。應用于 火花塞點火和壓縮著火發動機的局部富氫技術可以顯著減少燃料消耗和污染氣體排放。對于 車輛應用來說，使用如汽油、柴油、乙醇等碳氫燃料車載生成氫或富氫氣體是一項關鍵技術。

把碳氫燃料分子重整為氫或富氫氣體的技術主要有熱解和電解的方法。在熱解方法中， 高溫狀態輸入熱能來打開存在的C-H鍵和O-H鍵。然而，在電解方法中，碳氫燃料輸送到 強電場區域，C-H鍵和O-H鍵斷裂(電離成等離子狀態)，然后重新聚合為富氫氣體。乙醇和 水的化學反應是CH₃CH₂OH+H₂O→2CO+4H₂。在這個反應中，理論上每摩爾乙醇需要 255.43KJ的能量。

微波能量驅動的微波低溫等離子體重整器具有高效、易控制、即時啟動的優點。磁控管、 速調管或其他微波源可以產生驅動低溫等離子體重整器的微波能量。微波低溫等離子體重整 器最常用的頻率是2.45GHz。微波低溫等離子體重整器也可以使用其他頻率。

產生微波低溫等離子體不需要任何電極。在特殊設計的諧振腔里微波能量可以激發等離 子體。這一穩定持續的微波等離子體可以用于重整碳氫化合物以制氫。微波等離子體重整器 避免使用貴金屬催化劑。這使得制氫和凈化系統極大簡化。

一些研究者已經用不同方法研究了微波等離子體。Read利用了微波驅動的等離子體噴 射裝置進行均勻的高能噴射。等離子體噴射器沒有使用絕緣放電管，所以可以達到很高的微 波功率，用于推進器。Podder使用2.45GHz的3KW微波磁控管研究了氬等離子體的性質。 Sekiguchi作了微波放電生成大氣中的純蒸汽等離子體的研究，以及用等離子體重整碳氫化 合物制氫的研究。在實驗測試中，Sekiguchi使用了氬氣這種很容易被激發成等離子狀態的 氣體，來激發等離子體，并使用了一個不具有熱再生、微波功率和流控制的矩形諧振腔。 Nakanish研究了用微波蒸汽等離子體重整碳氫化合物，特別關注于不同碳氫化合物己烷和 異辛烷。

發明內容

本發明的目的是提供一種車載在線制氫的微波低溫等離子體重整器系統。它用汽油、柴 油、酒精、水及其混合物等來制備富氫氣體。本發明采用了新的微波等離子體重整器結構， 設計了初始激發微波等離子體的自啟動技術，用于點燃微波低溫等離子體。微波能量有效維 持著微波等離子體的燃料重整，微波發生磁控管用液體冷卻劑冷卻，傳遞給冷卻劑的熱量重 新利用來預熱液體燃料和水，微波的功率和氣體流速根據需要連續可控。所有的新重整器系 統使得微波等離子體在大氣壓下非常簡單和容易運行。本發明避免了許多微波低溫等離子體 應用中使用真空泵產生低壓的困難和復雜程度。

本發明的上述目的特點通過以下技術方案實現，結合附圖說明如下。

一種車載在線制氫的微波低溫等離子體重整器系統，主要由系統控制器1001、電源供 應調節器1019、微波發生磁控管1020、波導1021、共軸發射裝置1022、諧振腔1018、熱 交換器1007和蒸發器1008組成，所述系統控制器1001控制燃料和水的流速及微波功率， 所述的電源供應調節器1019用來調節微波發生磁控管1020的電源功率，微波發生磁控管 1020將電能轉化為2.45GHz頻率的微波，然后通過共軸發生裝置1022發射到諧振腔1018， 所述諧振腔1018也是等離子體反應重整器腔室，所述微波發生磁控管1020用液體冷卻劑 1006冷卻，熱量通過熱交換器1007傳遞給液體燃料和水，液體燃料和水進入蒸發器1008 蒸發形成蒸汽進入微波諧振腔1018，安裝在火花點火裝置連接座1017上的火花點火裝置將 重整器內腔的化學物質激發為等離子狀態，火花點火裝置通過火花點火裝置控制器1025控 制開與關。

微波低溫等離子體重整器系統

微波等離子體重整器系統的發明參閱圖1所示。一個電源供應調節器1019用于調節電 源功率，例如車載電池，來滿足微波發生磁控管1020的需要。微波發生磁控管1020把電能 轉化成2.45GHz頻率的微波輸出。微波在波導1021里傳播，然后被共軸發射裝置1022發射 到諧振腔1018即重整器腔室內。