[實用新型]車載燃料的微波等離子在線制氫系統

有效

• 申請號: 201220641184.6
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN202924719U
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 王治強;王慶年;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

本實用新型涉及燃料的微波等離子在線轉換制氫技術、車載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、控制策略。

背景技術

氫或富氫氣體是一種良好的助燃劑，可以顯著提高汽車發動機碳氫燃料的燃燒器特性。將局部富氫技術應用到發動機的點火和燃燒過程可以顯著減少燃料消耗和污染氣體的排放。對于車輛的發展前景而言，使車載汽油、柴油、乙醇等碳氫燃料生成氫或富氫氣體是一項關鍵技術。

將碳氫燃料分子重整為氫或富氫氣體的主要技術有熱解和電解的方法。在熱解方法中，例如天燃氣制氫工藝需要在高溫下(800℃～1100℃)進行，打開C-H和C-O鍵，形成富氫氣體。在電解過程中，碳氫燃料處于強電場區域，碳氫燃料被擊穿，C-H和C-O鍵斷裂形成等離子體狀態，然后重整成富氫氣體。與天然氣、汽油、甲醇等重組原料相比，乙醇重整制氫具有環境友好和氫氣收率高等特點，乙醇可以通過三種方式制取富氫氣體[李吉剛，孫杰，陳立泉，李弘，程玉龍，張立功，董中朝.于商業化前夜的乙醇低溫重整制氫催化技術[J].農業工程技術(新能源產業)，2009]。例如，乙醇和水的重整反應方程式為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。文獻[胡又平，李格升，高孝紅，嚴正.水乙醇等離子體重整制氫中乙醇裂解的關鍵路徑模擬[J].南京航空航天大學學報.2009]對含水乙醇等離子體制氫中乙醇裂解的關鍵路徑進行了模擬。

由于等離子體具有更高的溫度和能量密度，能夠產生活性成分，從而引發在常規化學反應中不能或難以實現的物理變化和化學反應。因此本專利設計一套通過微波驅動的等離子體重整器系統，具有高效、易啟動、易控制等優點。用于驅動微波等離子體重整器的微波能量可以通過磁控管、速調管、半導體微波發生器等微波源來產生。本系統采用的微波頻率為2.45GHz，微波傳輸線為矩形波導，具有結構簡單、機械強度大等優點，還可以避免外界干擾和輻射損耗。

一些研究者已經用不同方法研究了微波等離子體。激發等離子體的方式有火花塞點火、激光點火、脈沖電暈放電點火、介質阻擋放電等。通過對諧振腔的特殊設計也可以激發等離子體[United?States?Patent，No.5793013，August11，1998]、[United?States?Patent，No.6205769，B1，March27，2001]。文獻[S.P.Kuo,“A?microwave-augmented?plasma?torch?module?as?an?igniter/fuel?injector?of?a?scramjet?engine”，Department?of?Electrical&Computer?Engineering，Polytechnic?University，Six?Metrotech?Center，Brooklyn，NY11201]中介紹了一種小型化、低流速、注射點火一體化的等離子體產生裝置，利用特殊的波導形狀，產生的能量集中，可以有效實現點火。文獻[Hidetoshi?Sekiguchi?and?Yoshihiro?Mori，“Steam?plasma?reforming?using?microwave?discharge”，Thin?Solid?Films，Vol.453，pp.44-48，2003]做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，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。

發明內容

制取富氫氣體的方法有化學重整法和等離子體重整法，它們的不同之處是他們激發化學反應的化學物質不同。化學重整法的激活物質是催化劑，而等離子體重整法的活性物質是活性自由基。化學重整法往往需要高溫、持續加熱，反應啟動較慢。而等離子體重整法不需要催化劑，反應環境也容易獲得，因此本系統采用等離子體重整法制取富氫氣體。