CN110127599B - 用于微波等离子体裂解制氢的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微波等离子体裂解制氢的装置，装置包括顺次顺次连接的微波能提供单元(3)、等离子火炬提供单元(2)和裂解腔(1)；等离子火炬提供单元包括火炬基座(4)，火炬基座的底面形成为凸台(11)，凸台沿竖直方向形成有贯穿的通孔(12)，空腔内设置有喷管(5)，且喷管与凸台接触，喷管与通孔中沿竖直方向贯穿设置有喷杆(6)，火炬基座的侧壁上还设置有贯穿的气孔(13)；裂解腔包括外壳，且外壳的上表面和下表面上分别形成有与腔体相贯通的开口，火炬基座的上表面通过开口与腔体相贯通；微波能提供单元至少包括内导体(10)，以及设置于内导体外部的绝缘机构。实现了损耗低、裂解效率高，且安全可靠的效果。

Description

用于微波等离子体裂解制氢的装置

技术领域

本发明涉及制氢装置领域，具体地，涉及用于微波等离子体裂解制氢的装置。

背景技术

氢气被认为是取代矿物燃料的理想能源，世界各国已开展了氢燃料电池和氢内燃机的研究。目前廉价高效的纯氢制造技术尚不成熟，而利用浓碳氢燃料和空气的混合气体通过电弧放电区域时产生的等离子体中的活性自由基，引发部分氧化反应产生富氢气体，被认为是一种较好的富氢气体的制造方法。但通过电弧放电产生等离子体的电极易损耗，使用寿命短，且存在燃料裂解不充分的缺点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中廉价高效的纯氢制造技术尚不成熟，通过电弧放电产生等离子体的电极易损耗，使用寿命短，且存在燃料裂解不充分等问题，从而提供一种损耗低、裂解效率高，且安全可靠的用于微波等离子体裂解制氢的装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于微波等离子体裂解制氢的装置，其中，所述装置包括顺次顺次连接的微波能提供单元、等离子火炬提供单元和裂解腔；其中，

所述等离子火炬提供单元包括内部形成为空腔，且上表面开放的火炬基座，所述火炬基座的底面形成为向上凸起的凸台，所述凸台沿竖直方向形成有贯穿的通孔，所述空腔内还沿竖直方向设置有与所述通孔相连通的喷管，且所述喷管与所述凸台相接触，所述喷管的上表面不低于所述火炬基座的上表面，所述喷管与所述通孔中沿竖直方向贯穿设置有喷杆，且所述喷杆的上表面高于所述火炬基座的上表面，所述火炬基座的侧壁上还设置有贯穿的气孔；

所述裂解腔包括内部形成为腔体的外壳，且所述外壳的上表面和下表面上分别形成有与所述腔体相贯通的开口，所述火炬基座的上表面通过设置于所述外壳下表面上的开口与所述腔体相贯通；

所述微波能提供单元至少包括与所述凸台相接触，且能够提供微波能的内导体，以及设置于所述内导体外部的绝缘机构。

优选地，所述凸台的部分外底面向上凸起形成为对接槽，所述对接槽中设置有底座，所述喷杆贯穿延伸至所述对接槽中且与所述底座相连。

优选地，所述底座包括沿竖直方向设置且能够嵌合所述喷杆的嵌合部，以及设置于所述嵌合部外部且沿周向方向间隔设置的多个竖直孔，所述竖直孔与所述通孔相连通。

优选地，所述绝缘机构至少包括设置于所述内导体至少部分外表面上的绝缘瓷，以及设置于所述绝缘瓷外部的壳体。

优选地，所述火炬基座的侧壁上设置有贯通槽，所述壳体中靠近所述贯通槽的一端至少部分外表面与所述贯通槽相契合，所述气孔设置于所述火炬基座中与所述贯通槽相对的侧面上。

优选地，所述凸台包括自上而下顺次设置的第一阶梯和第二阶梯，且所述第一阶梯的横截面小于所述第二阶梯的横截面。

优选地，所述第一阶梯的外侧面上向内凹陷形成有缺口，所述内导体的一端延伸卡合于所述缺口中，且与所述缺口的内壁相接触。

优选地，所述贯通槽与所述缺口同轴设置。

优选地，所述喷管与所述喷杆之间形成为沿竖直方向延伸的环形孔。

通过上述技术方案，本发明通过微波能提供单元上的内导体输入微波能，经等离子火炬提供单元传导，同时通过气孔通入辅助气体，使得喷管的上端口处产生等离子体火炬，而裂解气通过凸台上的通孔进入，并喷出经喷管到达火炬基座上表面处，与等离子体火炬接触并至裂解腔中完成裂解并生成氢气。采用上述方式，使得裂解气从等离子体火炬中喷出，并在等离子体火炬中穿过，有效提高了裂解效率；整个裂解过程在裂解腔中进行，产生的氢气不与空气直接接触，提高了其安全可靠性。通过喷杆的设置，使得喷管的中间孔形成为环形，更好地降低其损耗，提高产生的等离子体的效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的一种用于微波等离子体裂解制氢的装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种等离子火炬提供单元的结构示意图；

图3是本发明提供的一种微波能提供单元的结构示意图。

附图标记说明

1-裂解腔 2-等离子火炬提供单元

3-微波能提供单元 4-火炬基座

5-喷管 6-喷杆

7-底座 8-壳体

9-绝缘瓷 10-内导体

11-凸台 12-通孔

13-气孔 14-对接槽

15-竖直孔 16-贯通槽

17-缺口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“竖直、水平、内、外、上、下”是指在实际使用时的各位置关系。

本发明提供了一种用于微波等离子体裂解制氢的装置，其中，如图1-图3所示，所述装置包括顺次顺次连接的微波能提供单元3、等离子火炬提供单元2和裂解腔1；其中，

所述等离子火炬提供单元2包括内部形成为空腔，且上表面开放的火炬基座4，所述火炬基座4的底面形成为向上凸起的凸台11，所述凸台11沿竖直方向形成有贯穿的通孔12，所述空腔内还沿竖直方向设置有与所述通孔12相连通的喷管5，且所述喷管5与所述凸台11相接触，所述喷管5的上表面不低于所述火炬基座4的上表面，所述喷管5与所述通孔12中沿竖直方向贯穿设置有喷杆6，且所述喷杆6的上表面高于所述火炬基座4的上表面，所述火炬基座4的侧壁上还设置有贯穿的气孔13；

所述裂解腔1包括内部形成为腔体的外壳，且所述外壳的上表面和下表面上分别形成有与所述腔体相贯通的开口，所述火炬基座4的上表面通过设置于所述外壳下表面上的开口与所述腔体相贯通；

所述微波能提供单元3至少包括与所述凸台11相接触，且能够提供微波能的内导体10，以及设置于所述内导体10外部的绝缘机构。

本发明通过微波能提供单元3上的内导体10输入微波能，经等离子火炬提供单元2传导，同时通过气孔13通入辅助气体，使得喷管5的上端口处产生等离子体火炬，而裂解气通过凸台11上的通孔12进入，并喷出经喷管5到达火炬基座4上表面处，与等离子体火炬接触并至裂解腔1中完成裂解并生成氢气。采用上述方式，使得裂解气从等离子体火炬中喷出，并在等离子体火炬中穿过，有效提高了裂解效率；整个裂解过程在裂解腔1中进行，产生的氢气不与空气直接接触，提高了其安全可靠性。通过喷杆6的设置，使得喷管5的中间孔形成为环形，更好地降低其损耗，提高产生的等离子体的效率。当然，这里的喷杆6可根据实际需要与合适的部件进行连接，以使得其能够稳定设置。当然，这里的裂解腔1上部的开口即为裂解后的裂解气出口，为了使得结构稳定，下部的开口的内侧壁可以和火炬基座4的侧壁上端通过焊接连接，当然，类似的连接方式在此均可以使用。

当然，为了使得结构更为稳定，这里的喷管5的上端口可以进一步选择与火炬基座4的上端口平齐，喷杆6高出喷管5上端口1mm。

在本发明的一种优选的实施方式中，裂解气提供装置通过与凸台11上的通孔12连通来进入喷管5中，并进而进入裂解腔1，当然，为了使得上述裂解气提供装置能够更好地与所述凸台相契合，避免操作过程中出现晃动甚至是脱离等问题，同时，也为了更好地固定喷杆6，所述凸台11的部分外底面向上凸起形成为对接槽14，所述对接槽14中设置有底座7，所述喷杆6贯穿延伸至所述对接槽14中且与所述底座7相连。当然，这里的底座7可以仅仅与对接槽14部分相契合，且设置在对接槽14的上部，以使得其能够与凸台11底面有效接触。而对接槽14的下部分则可以用于与裂解气提供装置进行契合设置。

进一步优选的实施方式中，所述底座7包括沿竖直方向设置且能够嵌合所述喷杆6的嵌合部，以及设置于所述嵌合部外部且沿周向方向间隔设置的多个竖直孔15，所述竖直孔15与所述通孔12相连通。当然，这里的通孔12的横截面既包括了喷杆6，也能够包括上述竖直孔15，从而使得竖直孔15能够与通孔12相连通。当然，因喷杆6的设置，从而使得通孔12为以喷杆6为中心的环形结构。

所述绝缘机构能够根据实际进行合适的设置，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，所述绝缘机构至少包括设置于所述内导体10至少部分外表面上的绝缘瓷9，以及设置于所述绝缘瓷9外部的壳体8。

为了使得壳体8能够更好地与所述火炬基座4的侧壁相连，并且内导体10能够更好地实现贯穿，一种优选的实施方式中，所述火炬基座4的侧壁上设置有贯通槽16，所述壳体8中靠近所述贯通槽16的一端至少部分外表面与所述贯通槽16相契合，所述气孔13设置于所述火炬基座4中与所述贯通槽16相对的侧面上。当然，这里的壳体8和贯通槽16的结构可以根据实际需要进行设置，只要使得二者能够紧密闭合即可，当然，二者的连接方式可以根据实际需要选择，例如，可以为焊接连接。其他本领域技术人员能够理解的方式在此均可以使用，在此不多作赘述。

进一步优选的实施方式中，所述凸台11包括自上而下顺次设置的第一阶梯和第二阶梯，且所述第一阶梯的横截面小于所述第二阶梯的横截面。

为了使得内导体10能够更好地与凸台11相接触，以更好地实现传导，所述第一阶梯的外侧面上向内凹陷形成有缺口17，所述内导体10的一端延伸卡合于所述缺口17中，且与所述缺口17的内壁相接触。

为了使得贯穿效果更好，一种优选的实施方式中，所述贯通槽16与所述缺口17同轴设置。

当然，所述喷管5与所述喷杆6之间的间隙形状可以根据实际进行选择，例如，一种优选的实施方式中，为了更好地提高其裂解效率，所述喷管5与所述喷杆6之间形成为沿竖直方向延伸的环形孔。即所述喷管5与所述喷杆6为同轴设置的圆柱。

喷管5、喷杆6、喷杆底座7与火炬基座4各自的连接可以采用钎焊焊料AgCu28钎焊连接，其他本领域技术人员能够理解和使用的方式在此也均可以使用。进一步地，绝缘瓷9也可以分别与壳体8和内导体10钎焊在一起。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于微波等离子体裂解制氢的装置，其特征在于，所述装置包括顺次连接的微波能提供单元（3）、等离子火炬提供单元（2）和裂解腔（1）；其中，

所述等离子火炬提供单元（2）包括内部形成为空腔，且上表面开放的火炬基座（4），所述火炬基座（4）的底面形成为向上凸起的凸台（11），所述凸台（11）沿竖直方向形成有贯穿的通孔（12），所述空腔内还沿竖直方向设置有与所述通孔（12）相连通的喷管（5），且所述喷管（5）与所述凸台（11）相接触，所述喷管（5）的上表面不低于所述火炬基座（4）的上表面，所述喷管（5）与所述通孔（12）中沿竖直方向贯穿设置有喷杆（6），且所述喷杆（6）的上表面高于所述火炬基座（4）的上表面，所述火炬基座（4）的侧壁上还设置有贯穿的气孔（13）；

所述裂解腔（1）包括内部形成为腔体的外壳，且所述外壳的上表面和下表面上分别形成有与所述腔体相贯通的开口，所述火炬基座（4）的上表面通过设置于所述外壳下表面上的开口与所述腔体相贯通；

所述微波能提供单元（3）至少包括与所述凸台（11）相接触，且能够提供微波能的内导体（10），以及设置于所述内导体（10）外部的绝缘机构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸台（11）的部分外底面向上凸起形成为对接槽（14），所述对接槽（14）中设置有底座（7），所述喷杆（6）贯穿延伸至所述对接槽（14）中且与所述底座（7）相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述底座（7）包括沿竖直方向设置且能够嵌合所述喷杆（6）的嵌合部，以及设置于所述嵌合部外部且沿周向方向间隔设置的多个竖直孔（15），所述竖直孔（15）与所述通孔（12）相连通。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述绝缘机构至少包括设置于所述内导体（10）至少部分外表面上的绝缘瓷（9），以及设置于所述绝缘瓷（9）外部的壳体（8）。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述火炬基座（4）的侧壁上设置有贯通槽（16），所述壳体（8）中靠近所述贯通槽（16）的一端至少部分外表面与所述贯通槽（16）相契合，所述气孔（13）设置于所述火炬基座（4）中与所述贯通槽（16）相对的侧面上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述凸台（11）包括自上而下顺次设置的第一阶梯和第二阶梯，且所述第一阶梯的横截面小于所述第二阶梯的横截面。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一阶梯的外侧面上向内凹陷形成有缺口（17），所述内导体（10）的一端延伸卡合于所述缺口（17）中，且与所述缺口（17）的内壁相接触。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述贯通槽（16）与所述缺口（17）同轴设置。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述喷管（5）与所述喷杆（6）之间形成为沿竖直方向延伸的环形孔。

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