CN105420749A - 一种制氢装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氢能源技术领域，具体涉及一种等离子体分解水的制氢装置及其方法，装置包括高频高压发生装置及导电容器，导电容器与高频高压发生装置的负极电连接作为阴极装置，导电容器内设置有阳极装置，导电容器内设置有介质隔离装置，在介质隔离装置与导电容器内壁之间形成电离空间，所述导电容器电连接有接地装置。可实现大地中的电子通过接地装置的传递能够进入电离空间中被氢离子吸收，以实现能量向高品位转移，即将氢离子转化为氢气，作为能源使用，而大地中的电子是取之不尽用之不竭，充分提升了自然资源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于氢能源技术领域，具体涉及一种等离子体分解水的制氢装置及其方法。
背景技术
在众多的新能源中，氢能为最理想的能源。因为在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
氢在未来的最大发展潜力是在能源领域，氢能发电、氢燃料动力汽车将引领未来的发展潮流。但目前的一些制氢过程中会产生污染，且制氢能耗较大、投入成本多，如，氢的生产是通过重整甲烷，一个不可再生的过程。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构合理，工艺简单，无污染且能耗低的制氢装置及其方法。
本发明目的一的技术方案如下：
一种制氢装置，该装置包括高频高压发生装置及具有介质进口和介质出口的导电容器，导电容器与高频高压发生装置的负极电连接作为阴极装置，所述导电容器内设置有与高频高压发生装置正极电连接且能够产生高压电势的阳极装置，阳极装置与导电容器之间采用绝缘装置进行绝缘设置，所述导电容器内设置有将从介质进口进入导电容器内的介质与阳极装置进行隔离的介质隔离装置，在介质隔离装置与导电容器内壁之间形成电离空间，所述导电容器电连接有接地装置，在高频高压发生装置通电后，在电离空间内产生高频高压振荡电场，且在高频高压振荡电场作用下，接地装置中的电子被激活并通过导电容器内壁释放到电离空间中。
进一步地，所述阳极装置为处于导电容器内中部的阳极板或阳极棒。
进一步地，所述绝缘装置为设置于导电容器内对阳极装置形成支承的绝缘体。
采用了上述技术方案，通过介质进口向导电容器内注入水蒸气，即水蒸气能够进入电离空间中，并通过高频高压发生装置的通电，能够在阴极装置与阳极装置之间的电离空间中产生高频高压振荡电场，这样处于电离空间中的水蒸气便能够被分解为氢离子和负氧离子，并以等离子体状态留存于电离空间中，而在电离空间中产生高频高压振荡电场时，与大地连接的接地装置，能够将大地中的电子传递到电离空间中，由于电离空间中的高压电场，电子会被激活形成激发态电子，并通过阴极装置释放到电离空间中，而氢离子在高压电场的作用下，会向阴极装置进行靠拢，这样氢离子能够捕获从阴极装置中释放出的激发态电子，被还原成氢原子，最后氢原子之间自由结合从导电容器的介质出口排出，即实现制氢过程。本发明的制氢装置有益效果如下：
1、本发明可实现大地中的电子通过接地装置的传递能够进入电离空间中被氢离子吸收，以实现能量向高品位转移，即将氢离子转化为氢气，作为能源使用，而大地中的电子是取之不尽用之不竭，充分提升了自然资源的利用率。
2、由于该装置通过将水蒸气中的氢离子以及大地中的电子进行结合转换，形成可以作为能源的氢气，从投入成本上大大降低，且本装置制出的氢气可以替代传统的煤、天然气、石油等化石能源，使工业进入氢气时代。
3、由于氢气的燃烧生成物只为水，没有污染物的排放，可以有效解决人类生产生活中带来的大气污染问题，达到真正意义上的节能减排要求。
本发明另一目的技术方案如下：
一种制氢方法，包括如下步骤：
S1，采用抽真空装置对容器内的电离空间进行抽真空，
S2，将水蒸气从容器介质进口注入到电离空间中，
S3，通过高频高压发生装置给阳极装置、阴极装置通电，在容器内的电离空间中形成高频高压振荡电场，
S4，在高频高压振荡电场的作用下，与阴极装置连接的接地装置中电子被激活并释放到电离空间中；且进入电离空间中的水蒸气被电离成氢离子和负氧离子的等离子体，
S5，电离空间中的氢离子在高频高压振荡电场的作用下，向阴极装置靠拢，并捕获步骤S4中激发态电子，还原成氢原子，
S6，氢原子离开电离空间后，立即结合形成氢气和负氧离子从容器介质出口排出。
采用了上述技术方案，通过向电离空间中注入水蒸气，以及通过高压电场获取大地中的电子，促使水蒸气分解为氧离子和氢离子，而氢离子在能够捕获电离空间中激发态电子形成氢原子，再通过氢原子的自由结合获得氢气，这样的制氢方法，相对现有技术的一些制氢方法，步骤大大减少，且制氢效率有较大提升，且获取的是大地中的电子，也就充分的利用了自然资源，实现较低成本、环保节能的制氢过程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图中，1为介质进口，2为介质出口，3为导电容器，4为高频高压发生装置，5为阳极装置，6为绝缘装置，7为介质隔离装置，8为电离空间，9为接地装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1，一种制氢装置，该装置包括高频高压发生装置4及具有介质进口1和介质出口2的导电容器3，导电容器与高频高压发生装置的负极电连接作为阴极装置，在实施中，导电容器可以采用导电的金属材料制成来实现，或者也可以在一不导电的容器内壁增加贴合容器内壁的导电套来实现，导电套与高频高压发送装置的负极电连接作为本发明中的阴极装置。
导电容器内设置有与高频高压发生装置正极电连接且能够产生高压电势的阳极装置5，阳极装置与导电容器之间采用绝缘装置6进行绝缘设置，绝缘装置为设置于导电容器内对阳极装置形成支承的绝缘体，绝缘体的形状可以根据导电容器来进行设置，主要将阴极装置与阳极装置绝缘分隔开来。导电容器内设置有将从介质进口进入导电容器内的介质与阳极装置进行隔离的介质隔离装置7，介质隔离装置可采用将阳极装置密封套在其中的套管，套管的截面形状可以采用方形或圆形等，介质隔离装置可以将进入导电容器内的介质与阳极装置进行隔离，避免干扰，同时也能够使阳极装置形成的高压电势均布，在介质隔离装置与导电容器内壁之间形成电离空间8，阳极装置为处于导电容器内中部的阳极板或阳极棒，阳极装置处于导电容器内作一定的延伸，可以从导电容器内的一端延伸到另一端，以增加阳极装置通电后形成高压电势的面积，即增加电离空间的面积，提升电离效率。导电容器电连接有接地装置9，接地装置可以采用连接导电容器和大地的接地棒，在高频高压发生装置通电后，在电离空间内产生高频高压振荡电场，且在高频高压振荡电场作用下，接地装置中的电子被激活并通过导电容器内壁释放到电离空间中。本制氢装置的原理为：通过介质进口向导电容器内注入水蒸气，即水蒸气能够进入电离空间中，并通过高频高压发生装置的通电，能够在阴极装置与阳极装置之间的电离空间中产生高频高压振荡电场，这样处于电离空间中的水蒸气便能够被分解为氢离子和负氧离子，并以等离子体状态留存于电离空间中，而在电离空间中产生高频高压振荡电场时，与大地连接的接地装置，能够将大地中的电子传递到电离空间中，由于电离空间中的高压电场，电子会被激活形成激发态电子，并通过阴极装置释放到电离空间中，而氢离子在高压电场的作用下，会向阴极装置进行靠拢，这样氢离子能够捕获从阴极装置中释放出的激发态电子，被还原成氢原子，最后氢原子之间自由结合从导电容器的介质出口排出，即实现制氢过程。在制氢过程中，可以通过调整高频高压发生装置的发生参数，使制氢装置稳定工作在单位时间产气量最大或单位电能产气量最大的状态。
一种制氢方法，包括如下步骤：
S1，采用抽真空装置对容器内的电离空间进行抽真空，直到电离空间中无氧气为止，
S2，将水蒸气从容器介质进口注入到电离空间中，
S3，通过高频高压发生装置给阳极装置、阴极装置通电，在容器内的电离空间中形成高频高压振荡电场，阳极装置通过上面制氢装置中的介质隔离装置进行隔离，电离空间是在介质隔离装置外与容器内之间形成，阴极装置可将容器采用导电金属材料制成来实现，或者也可以在一不导电的容器内壁增加贴合容器内壁的导电套来实现，导电套与高频高压发送装置的负极电连接作为本发明中的阴极装置，
S4，在高频高压振荡电场的作用下，与阴极装置连接的接地装置中电子被激活并释放到电离空间中，接地装置中的电子通过阴极装置进行释放；且进入电离空间中的水蒸气被电离成氢离子和负氧离子的等离子体，
S5，电离空间中的氢离子在高频高压振荡电场的作用下，向阴极装置靠拢，并正好捕获从阴极装置中释放出来的激发态电子，从而将氢离子还原成氢原子，
S6，在电离空间中会形成无法计数的氢原子，在这些氢原子离开电离空间后，氢原子之间立即结合形成氢气和水蒸气电离留下的负氧离子从容器介质出口排出，排出后的氢气可以作为能源进行利用。当介质进口处水蒸气的流量为18kg/h时，检测出口处氢气流量约1.8kg/h，氢气产率为90％左右，产氢能力高，与其它制氢技术相比，本发明产氢能力高，且能够显著降低电能消耗和电极损耗，具有极大的现实意义。
通过上述的制氢装置及方法，不仅仅可以实现氢气的制备，还可以有效解决传统化石能源使用过程中产生的NOX、SOX等污染气体排放问题，变废为宝，还原出硫磺等有利用价值的资源；以及可以有效解决传统化石能源使用过程中产生的COX气体排放问题，变废为宝，还原成碳黑等有利用价值的资源。
Claims (4)
1.一种制氢装置，其特征在于，该装置包括高频高压发生装置及具有介质进口和介质出口的导电容器，导电容器与高频高压发生装置的负极电连接作为阴极装置，所述导电容器内设置有与高频高压发生装置正极电连接且能够产生高压电势的阳极装置，阳极装置与导电容器之间采用绝缘装置进行绝缘设置，所述导电容器内设置有将从介质进口进入导电容器内的介质与阳极装置进行隔离的介质隔离装置，在介质隔离装置与导电容器内壁之间形成电离空间，所述导电容器电连接有接地装置，在高频高压发生装置通电后，在电离空间内产生高频高压振荡电场，且在高频高压振荡电场作用下，接地装置中的电子被激活并通过导电容器内壁释放到电离空间中。
2.根据权利要求1所述的一种制氢装置，其特征在于，所述阳极装置为处于导电容器内中部的阳极板或阳极棒。
3.根据权利要求1所述的一种制氢装置，其特征在于，所述绝缘装置为设置于导电容器内对阳极装置形成支承的绝缘体。
4.一种制氢方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采用抽真空装置对容器内的电离空间进行抽真空，
S2，将水蒸气从容器介质进口注入到电离空间中，
S3，通过高频高压发生装置给阳极装置、阴极装置通电，在容器内的电离空间中形成高频高压振荡电场，
S4，在高频高压振荡电场的作用下，与阴极装置连接的接地装置中电子被激活并释放到电离空间中；且进入电离空间中的水蒸气被电离成氢离子和负氧离子的等离子体，
S5，电离空间中的氢离子在高频高压振荡电场的作用下，向阴极装置靠拢，并捕获步骤S4中激发态电子，还原成氢原子，
S6，氢原子离开电离空间后，立即结合形成氢气和负氧离子从容器介质出口排出。
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