CN105819398A

CN105819398A - 电弧等离子氢能蒸汽发生器

Info

Publication number: CN105819398A
Application number: CN201510632767.0A
Authority: CN
Inventors: 关梦杰; 李宝伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-08-03

Abstract

一种电弧等离子氢能蒸汽发生器，包括带有支架的罐体，罐体上装有压力继电器、水位电极、进水管、排气阀、排污阀。在罐体底部装有电弧等离子加热制氢装置。其特征在于：所述电弧等离子加热制氢装置由底壳、组装在底壳内的陶瓷绝缘体，在陶瓷绝缘体中安装有石墨阳极，在陶瓷绝缘体外套有阴极罩，阳极罩由阴极导线铜铆钉与上压盖相连，与其传统电蒸汽发生器相比，其通过电弧加热等离子体蒸汽使水蒸气热裂解成氢气、氧气，氧气再燃烧释放热量加热水，氢气、氧气燃烧后的产物就是水，电弧等离子体加热的优点是一次能源得到两次利用，在加热水的过程中同时完成热裂解水蒸汽制氢。从而实现输入1KW的电能可以获得2-4KW热能。

Description

电弧等离子氢能蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及一种电弧等离子体电加热技术，特别是一种弃用传统电加热技术的蒸汽发生器，该加热技术是一种用蒸汽等离子体导电产生高温电弧加热，同时5000-20000℃高温电弧又将等离子体蒸汽热裂解成氢气、氧气，氢、氧气的燃烧又进一步的加热水的蒸汽，使水蒸气热裂解成氢、氧并参与燃烧。根据水的这一特性，水分子在加热950-2500℃时，可以热裂解成氢原子和氧原子，氢氧原子燃烧后又生成水，这种循环无止境。

电弧等离子体电加热技术正是利用水的这一特性，实现输入1KW的电能，可以获得2-4KW的热能，从而实现节能的目的，为电加热方式提供一种全新方案。

背景技术

能源是人类发展的根本保证，自英国工业革命以来，社会的所有进步，可以说都是使用了大量的化石燃料煤、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系，极大地推动了人类社会的发展，然而，人们在物质生活、精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模的使用化石能源所带来的严重后果，资源日益枯竭，环境不断恶化。

因此人类必须寻求一种新的清洁、安全、可靠的可持续能源。因为氢的特性，其燃烧后的产物是水，水对环境友好，没有污染，正因为这一点氢也称作零排放能源，因此得到了一些国家的重视和倡导资助，并为各界人士广为重视。氢的资源丰富，在地球上的氢主要以其他化合物如水（H ₂ O）、甲烷（CH ₄ ）、氨（NH ₃ ）、烃类（CnHm）等形式存在，而水是地球的主要资源，地球表面70%以上被水覆盖，即使在大陆也有丰富的地表和地下水，水是地球无处不在的“氢矿”。怎样从水中提取氢做能源，各国科学家通过不懈的努力，应经取得的数种提氢方法，这些提氢方法以能源应用为主要目的，同时存在很多问题。

据国内、外文献报导，作为清洁能源，氢能源锅炉的制造技术虽然已有诸多种，但真正意义上能形成批量生产及广泛应用的氢能源锅炉确不多。现有的氢能源锅炉主要有：如公开号为CN101650071A的“氢氧液体燃料气化锅炉”，如公开号为CN2913854Y的“一种助燃锅炉”，如公开号为CN2864469Y的“立式煤炭气化三室燃气锅炉”，如授权公告号为CN201104009Y的“氢氧助燃卧式锅炉”等，这些专利公开的内容主要是通过向燃煤的炉中喷射水蒸气，使水蒸汽热裂解成氢、氧气参与燃烧，达到增能减排的目的。但以上专利受其结构与燃料限制，很难形成稳定的2000℃以上高温热源将水蒸气热裂解成氢、氧气参与燃烧。如不能将水蒸气热裂解成氢、氧气，则加入的水蒸气是有害的，会与煤中的硫化合成硫化物，腐蚀炉体，污染空气。如公开号为CN145318A的“氢能锅炉”，其采用高压强脉冲电流向水中的电极板供电，瞬间将水汽化同时产生氢气、氧气参与燃烧，其想法是好的，但加入大量水蒸气的氢、氧气，根本无法点燃，就更谈不上作燃料了。如授权公告号为CN2376575Y的“燃氢热水锅炉”，公开了采用电解水制氢，氢燃烧加热锅炉的方法，其电解水制氢，再燃氢加热锅炉，其过程没有能量放大，还不如使用电锅炉安全效率高，也不存在节能。如公开号为CN1587801的“水原料燃氢锅炉的装置和方法”，其采用初期对水进行磁化为活性水，先期用电火天然气加热蜂窝状的钛钢板1000℃，再向钛钢板喷水蒸汽使水蒸气进一步细化增温热裂解成氢、氧气参与燃烧，试图达到烧水不烧油实现节能减排的目的，但因其热裂解氢的条件不够，水蒸气难以热裂解成氢、氧气。经过计算得知，如果钛板为1000℃，水蒸汽为350℃，其温度相加等于1350℃，1350℃÷2＝675℃，水的热裂解温度是900℃以上，其没有配备高温热源、热裂解很难持续进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种电弧等离子氢能蒸汽发生器。电弧等离子氢能蒸汽发生器改变了其它热裂解制氢所存在的制氢效率低，水蒸气达不到热解制氢条件缺陷。与其他热解制氢相比具有设计合理、结构紧凑、体积小的优点，通过电弧蒸汽等离子体加热制氢，氢气、氧气的进一步的燃烧释热，从而实现热能放大，以显著增加换热效率，有效的实现了环保、节能、降耗的效果。

本发明采用的技术方案是：该电弧等离子氢能蒸汽发生器，包括蒸汽发生器罐体，在蒸汽发生器中装有底壳、陶瓷绝缘体、阴极罩、石墨电极、阴极导线、上压盖组成的一个电弧等离子体加热制氢装置，在发生器上部设有水位电极、压力继电器、高频电源控制柜，高压上水泵等部件组成。其特征在于：所述的电弧等离子氢能蒸汽发生器的电弧等离子加热器由底壳及安装在底壳内的陶瓷绝缘体，在陶瓷绝缘体内装有石墨阳极，在陶瓷绝缘体外套有紫铜阴极罩，阴极罩由引进导线与上压盖相连。所述的底壳由圆螺母与蒸汽发生器罐体相连，圆螺母焊接在蒸汽发生器罐的罐体底部，在罐体上焊有进水口、蒸汽出口、压力继电器接口、水位电极接口。进水口与高压补水泵相连，压力继电器与水位电极与高频电源控制柜相连。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明电弧等离子氢能蒸汽发生器采用电弧加热水，使水产生高温蒸汽，蒸汽在一定的温度压力下，想成等离子导电体，蒸汽等离子体在阳极与阴极之间产生放点现象，形成5000-20000℃的高温蒸汽，瞬间将水蒸气热裂解成氢气、氧气，氢氧气再燃烧，循环往复，永无止境。水蒸气在热裂解成氧气，氢再燃烧过程释放大量热能。从而实现一次能源的两次利用，一是放电对水的加热，而是将水蒸气热裂解成氢气、氧气。完成热能的放大，从而实现氢能源的普及应用，从而实现节能减排。

附图说明

以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明的电弧等离子氢能加热器的刨面结构图。

图2是本发明的电弧等离子氢能蒸汽发生器外观结构图。

图中序号说明：1铜铆钉、2上压盖、3密封胶圈、4铜铆钉、5阴极导线、6通螺栓、7石墨阳极、8阴极罩、9陶瓷绝缘体、10底壳、11圆螺母、12出气口、13水位电极、14罐体、15支架、16阴极接线柱、17阳极接线柱、18进水口、19排污阀。

具体实施方式

下面结合图2对本发明的具体结构作进一步说明。该电弧等离子氢能发生罐体14。在蒸汽发生器罐体14上焊有蒸汽排出口12、水位电极13、进水管18、排污口19、圆螺母11。

圆螺母11上安装有底壳10，在底壳10内安装有陶瓷绝缘体9，在陶瓷绝缘体9内安装有石墨阳极9，外套阴极罩8，阴极罩8用阴极导线5和铜铆钉1，铜铆钉4与上压盖2相连接，上压盖2安装在底壳10上，将高频电源控制柜上的电源线阳极接到阳极接线柱17上，电源线阴极接到阴极接线柱16上，将罐体上的水位电极13与压力继电器和控制柜相连。

工作过程：按要求将电弧等离子氢能蒸汽发生器组装好，经打压试验合格后连接进水管路18与高压水泵相连，连接蒸汽出口阀门，同时接通向高频电源控制柜的电源线，向高频电源供电。启动高频电源控制柜的自动管理功能，控制柜根据水位信号通过高压水泵进止阀向蒸汽发生器罐体内供水，当水位达到管内三分之二位置后自动停机。这时加热电源通过交流接触自动合上，高频电流通过阳极接线柱17和阴极接线柱16进入电弧等离子加热器，在石墨阳极7与阴极罩8内交汇，在交汇点产生高速放电现象，产生高温电弧，高温电弧将阴极罩8内的水瞬间气化，升为高温等离子蒸汽，等离子蒸汽将阴极罩推起，顶在上压盖2上，这时石墨阳极7与阴极罩脱离接触，其进一步的放电加热靠的是蒸汽等离子体来完成的。这时的蒸汽等离子体被高频电流加热到5000-20000℃，这时的蒸汽被热裂解成氢气、氧气，在5000℃以上的高温环境下氢氧气完成急速燃烧，氢气燃烧与氧气结合生成水，水在5000℃的高温下又热裂成氢气、氧气，水的热裂解是分氢氧的燃烧是和水分子在高速的完成分合，分合在这一过程释放出大量的热。

在阴极罩顶部开有蒸汽排出孔，一直会有一定的蒸汽排出，同时会有一定的水又被气化，这过程保证等离子体蒸汽的一直存在，保证电弧加热与热裂解水的进行。

Claims

1.一种电弧等离子氢能蒸汽发生器，包括带有支架的蒸汽发生器罐体，罐体上装有压力继电器、水位电极、进水管、排气阀、排污阀,在罐体底部装有电弧等离子制氢装置,其特征在于：所述电弧等离子加热制氢装置由底壳组装在底壳内的陶瓷绝缘体，在陶瓷绝缘体中安装有石墨阳极，在陶瓷绝缘体外套有阴极罩，阴极罩有阴极导线、铜铆钉与上压盖相连。

2.根据权利要求1所述的电弧等离子氢能蒸发器发生器其特征在于：所述的蒸汽发生罐由全金属材料制成，所述的罐体上部焊接有蒸汽出口，在出口上连接有三通，一个三通口接在排气阀上，一个三通口接压力继电器，在罐体底部焊有支架、进水管，在进水管上安装有三通，一个三通口接排污阀，一个三通口接逆止阀，逆止阀与高压水泵相连，高压水泵与蓄水箱相连，在罐体底部焊接有连接电弧等离子加热制氢装置的圆螺母。

3.根据权利要求1所述的电弧等离子制氢能蒸汽发生器其特征在于所述的电弧等离子加热制氢装置由底壳及安装在底壳内的石墨阳极，在陶瓷绝缘体与底壳之间装有密封用Ο型密封圈，在陶瓷绝缘体外套有阴极罩，阴极罩由阴极导线、铜铆钉与上盖相连接。

4.根据权利要求1所述的电弧等离子加热装置其有底壳、陶瓷绝缘体、石墨阳极、阴极罩、阴极导线、上压盖组成一个圆柱体的电弧等离子加热制氢空间，这个电弧等离子加热制氢空间可以使圆形的、方形的、多边形等多种几何形态,以上的组件可以根据制氢空间的要求任意制造。