CN110255496B - 一种阵列式非平衡等离子体重整器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列式非平衡等离子体重整器，属于在线重整制氢技术领域，包括多个相连接且结构相同的重整器本体，多个重整器本体的绝缘套相连形成绝缘套组，多个重整器本体的出口盖板连接形成出口盖板组，所述绝缘套组上开设有多个连接口组，所述连接口组数量与重整器本体数量一致，每个连接口组包括相邻设置的液态燃料入口、载气入口和集液出口，所述集液出口与接地电极集液口相通；所述出口盖板组上开设有与重整器本体数量一致的重整器出口；重整效率高，结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及在线重整制氢技术领域，具体涉及一种阵列式非平衡等离子体重整器。
背景技术
氢气燃烧清洁，无颗粒、碳氢、一氧化碳等排放，若采用稀薄燃烧技术，氢气燃烧可进一步实现零排放。然而，氢气在常温常压下为气态，使用时需采用低温将其液化，或者加压将其压缩为高压高密度的压缩氢气，导致氢气在储运过程中均需储存于高压容器中，使用成本增加，并具有安全隐患；而且氢气的爆炸极限宽、燃烧速度快，直接用作发动机燃料时容易发生回火，这些性质导致使用氢气燃料的危险性很高，发动机的工作安全性及可靠性无法保证。
将甲醇、乙醇等含氢液态燃料在一定条件下进行重整反应，可使含氢燃料发生裂解反应，生成富含氢气的可燃气体，这些生成气可直接的用作发动机燃料，有效改善发动机的点火及燃烧性能，并降低排放，然而现有制氢装置将工作空间隔离为蒸发空间和裂解空间两部分，占用空间大，无法保证含氢液态燃料与催化剂、废气充分接触，工作效率和速度较为低下，且用在车载、机载等领域受到空间及重量的限制，使用不便。现有在线重整制氢技术必须使用催化剂，增加了使用成本，而且催化剂在使用中对于不同的使用工况其催化效果不同，在某些工况下易发生催化剂中毒，导致重整器失效。
发明内容
为解决现有技术中存的不足，本发明提供一种阵列式非平衡等离子体重整器，重整效率高，结构简单，使用方便。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阵列式非平衡等离子体重整器，包括多个相连接且结构相同的重整器本体，所述重整器本体包括绝缘套、连接于绝缘套侧壁的接地电极、连接于绝缘套一端的出口盖板、连接于绝缘套另一端且位于绝缘套中部的高压电极、集液管；所述集液管一端连接至绝缘套侧壁开设的绝缘套集液入口，另一端连接至接地电极上开设的接地电极集液口；所述绝缘套、高压电极与出口盖板之间形成电离腔；多个重整器本体的绝缘套相连形成绝缘套组，多个重整器本体的出口盖板连接形成出口盖板组，所述绝缘套组上开设有多个连接口组，所述连接口组数量与重整器本体数量一致，每个连接口组包括相邻设置的液态燃料入口、载气入口和集液出口，所述集液出口与接地电极集液口相通；所述出口盖板组上开设有与重整器本体数量一致的重整器出口；
第一个连接口组的液态燃料入口a通过燃料喷射管道与燃料箱连接，载气入口a通过载气喷射管道与高压载气瓶连接，集液出口a通过集液管道与集液箱连接，所述燃料箱通过管道与集液箱连接；所述的多个重整器本体的高压电极均与高压电源连接。
进一步的，燃料喷射管道上设有液态燃料喷射阀a，载气喷射管道上设有载气喷射阀a，集液管道上设有集液阀a和集液泵。
进一步的，除第一个连接口组以外其余连接口组的液态燃料入口b通过管道连接于液态燃料喷射阀b一端，所述液态燃料喷射阀b另一端通过管道连接至燃料管道，所述燃料管道与燃料喷射管道连接；
载气入口b通过管道连接于载气喷射阀b一端，所述载气喷射阀b另一端通过管道连接至载气管道，所述载气管道与载气喷射管道连接；
集液出口b通过管道连接于集液阀b一端，所述集液阀b另一端连接至集液连通管道，所述集液连通管道与集液管道连接。
进一步的，出口盖板组上开设的每个重整器出口均通过管道依次连接出气阀和出口气体流量计。
本发明的有益效果是：采用非平衡等离子体技术，对含氢液态燃料进行重整制氢，重整效率高，且结构简单，无需使用其他催化剂，降低了成本，避免了催化剂中毒导致的系统可靠性下降的问题；本发明绝缘套、接地电极、出口盖板模块化设计，方便使用时的安装及拆卸，维修更加便捷。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明实施例1结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图；
图4为本发明实施例4结构示意图。
图中附图标记如下：1、绝缘套组，111、液态燃料入口a，121、载气入口a，131、集液出口a，112，液态燃料入口b，122、载气入口b，132、集液出口b，113、液态燃料入口c，123、载气入口c，133、集液出口c，151、绝缘套集液入口，2、接地电极，21、接地电极集液口，22、接地接头，3、出口盖板组，31、重整器出口，311、重整气出口a，312、重整气出口b，313、重整气出口c，4、高压电极，41、接线板，411、接线板燃料入口a，412、接线板载气入口a，413、接线板集液出口a，414、接线板燃料入口b，415、接线板载气入口b，416、接线板集液出口b，417、接线板燃料入口c，418、接线板载气入口c，419、接线板集液出口c，5、集液管，61、出气阀，611、出气阀a，612、出气阀b，613、出气阀c，621、液态燃料喷射阀a，622、液态燃料喷射阀b，623、液态燃料喷射阀c，631、载气喷射阀a，632、载气喷射阀b、633、载气喷射阀c，641、集液阀a，642、集液阀b，643、集液阀c，7、出口气体流量计，71、出口气体流量计a，72、出口气体流量计b、73、出口气体流量计c，8、燃料箱，9、高压载气瓶，10、集液箱，11、高压电源，12、集液泵，13、燃料喷射管道，14、载气喷射管道，15、集液管道，16、燃料管道，17、载气管道，18、集液连通管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
如图2所示，本实施例优选的重整器本体数量为3个，一种阵列式非平衡等离子体重整器，包括依次相连且结构相同的重整器本体a、重整器本体b和重整器本体c，所述重整器本体a包括绝缘套a1、连接于绝缘套a1侧壁的接地电极2、连接于绝缘套a1一端的出口盖板a3、连接于绝缘套a1另一端且位于绝缘套a1中部的高压电极4和集液管5；所述集液管5一端连接至绝缘套a1侧壁开设的绝缘套集液入口151，另一端连接至接地电极2侧壁开设的接地电极集液口21；所述绝缘套a1、高压电极4与出口盖板a3之间形成电离腔；所述绝缘套a1上开设有液态燃料入口a111、载气入口a121和集液出口a131，所述集液出口a131与接地电极集液口21相通，所述出口盖板a3上开设有重整气出口a311；所述绝缘套a1与重整器本体b的绝缘套b、重整器本体c的绝缘套c依次连接，所述出口盖板a3与重整器本体b的出口盖板b、重整器本体c的出口盖板c依次连接。
重整器本体a的出口盖板a3上开设的重整气出口a311通过管道依次连接出气阀a611和出口气体流量计a71，重整器本体b的出口盖板b上开设的重整气出口b312通过管道依次连接出气阀b612和出口气体流量计b72，重整器本体c的出口盖板c上开设的重整气出口c313通过管道依次连接出气阀c613和出口气体流量计c73；
重整器本体a的绝缘套a1上开设的液态燃料入口a111通过燃料喷射管道13与燃料箱8连接，燃料喷射管道13上设有液态燃料喷射阀a621；载气入口a121通过载气喷射管道14与高压载气瓶9连接，载气喷射管道14上设有载气喷射阀a631；集液出口a131通过集液管道15与集液箱10连接，集液管道15上设有集液阀a641和集液泵12。燃料箱8通过管道与集液箱10连接。
重整器本体b的绝缘套b上开设的液态燃料入口b112通过管道连接于液态燃料喷射阀b622一端，所述液态燃料喷射阀b622另一端通过管道连接至燃料管道16；重整器本体c的绝缘套c上开设的液态燃料入口c113通过管道连接于液态燃料喷射阀c623一端，所述液态燃料喷射阀c623另一端通过管道连接至燃料管道16；所述燃料管道16与燃料喷射管道13连接。
重整器本体b的绝缘套b上开设的载气入口b122通过管道连接于载气喷射阀b632一端，所述载气喷射阀b632另一端通过管道连接至载气管道17；重整器本体c的绝缘套c上开设的载气入口c123通过管道连接于载气喷射阀c633一端，所述载气喷射阀c633另一端通过管道连接至载气管道17；所述载气管道17与载气喷射管道14连接。
重整器本体b的绝缘套b上开设的集液出口b132通过管道连接于集液阀b642一端，所述集液阀b642另一端连接至集液连通管道18；重整器本体c的绝缘套c上开设的集液出口c133通过管道连接于集液阀c643一端，所述集液阀c643另一端连接至集液连通管道18；所述集液连通管道18与集液管道15连接。
重整器本体a、重整器本体b和重整器本体c的高压电极4均通过导线与高压电源11连接。
优选的，本实施例中绝缘套由聚四氟乙烯绝缘材料制成，接地电极2由紫铜、钨合金、不锈钢材质制成，出口盖板由聚四氟乙烯绝缘材料制成，高压电极4由紫铜、钨合金、不锈钢材质制成。
出气阀a611、出气阀b612、出气阀c613均为单向阀结构，安装在重整气出口a311、重整气出口b312、重整气出口c313下游，用以控制重整气的流量。所述出口气体流量计安装在出气阀的下游，用以监控制得的重整气流量。所述燃料箱8用以为重整器供给含氢液态燃料，所述高压载气瓶9用以为重整器供给高压载气，所述集液箱10用以收集由集液管收集的未反应完的液态燃料，并在一定条件下将所收集含氢液态燃料供给燃料箱8，高压电源11用于为高压电极4供电，所述集液泵12用于制造压差，将残余液态燃料抽出。
实施例2
工作时，高压电源11为每个重整器本体的高压电极4供电，使高压电极4-绝缘套-出口盖板之间的空间形成电场，随后，各个液态燃料喷射阀打开，燃料箱8中的液态燃料经由各个液态燃料入口喷入，同时，各个载气喷射阀打开，高压载气瓶9中的高压载气经由各个载气入口，本实施例优选载气为氮气；液态燃料与载气混合形成气液混合气，加入载气的作用是改善含氢液态燃料的雾化。
气液混合气向左流动、通过电场，在电场中被电离、进而发生反应，生成含有H2、CO的可燃气体，生成的重整气经过各个重整气出口流出，供给发动机及其他应用场合。
喷入一定量的液态燃料后，各个液态燃料喷射阀关闭，液态燃料喷射停止；此时各个载气喷射阀仍然打开，继续喷入载气；经过时间t1后，各个出气阀61关闭，同时各个载气喷射阀关闭。随后，每个重整器本体的集液管入口151打开，且各个集液阀打开，集液泵12开始工作，在压差作用下，残余液态燃料经由集液管5流出重整器，回到集液箱10。
本发明的整体控制方法如下：
(1)ECU向高压电源11发出指令，高压电源11开始为各个重整器本体的高压电极4供电；
(2)高压电极4与绝缘套、出口盖板围成的电离腔内形成电场；
(3)ECU向各个重整器本体的液态燃料喷射阀发出指令，各个液态燃料喷射阀打开，液体燃料开始喷射；与此同时，ECU控制各个重整器本体的载气喷射阀打开，高压载气开始喷射；液态燃料分别经各个重整器本体的液态燃料入口、载气分别经各个重整器本体的载气入口进入电离腔；
(4)燃料与载气在电离腔内混合，并经过电场，在电场作用下生成含有H2、CO的富氢可燃气体；
(5)ECU控制各个重整器本体的出气阀61打开，富氢气体经重整气出口31流出重整器；
(6)出口气体流量计7记录流量，当流量满足要求时，ECU控制各个液态燃料喷射阀关闭，此时载气喷射阀继续供气，将电离腔内剩余的燃料液滴推送出至重整气出口31；一定时间后，ECU控制出气阀61关闭，与此同时，ECU控制载气喷射阀关闭；
(7)经时间t1后，ECU向高压电源11发出指令，高压电源11断电，电离腔的电场消失；
(8)ECU控制各个绝缘套集液入口151处的阀门打开，同时ECU向各个集液阀及集液泵12发出指令，集液阀打开，随后集液泵12开始工作，电离腔内的残余液态燃料在压差的作用下经集液管5流出；
(9)经过时间t2后，ECU控制所有阀门关闭。
实施例3
如图3所示，本实施例的每个重整器本体的出口盖板分别单独设置，且出口盖板同时连接绝缘套一端和接地电极2一端，集液管5一端穿过出口盖板侧壁连接至绝缘套侧壁开设的绝缘套集液入口151，另一端连接至接地电极2侧壁开设的接地电极集液口21，多个重整器本体通过绝缘套相连。优选的，本实施例接地电极2一端设有接地接头22，所述接地接头22穿过绝缘套接地。
实施例4
如图4所示，本实施例的每个重整器本体的出口盖板分别单独设置，且出口盖板同时连接绝缘套一端和接地电极2一端，集液管5一端穿过出口盖板侧壁连接至绝缘套侧壁开设的绝缘套集液入口151，另一端连接至接地电极2侧壁开设的接地电极集液口21，每个重整器本体的高压电极4一端均连接接线板41，接线板41连接于绝缘套组1侧壁，接线板41上开设有分别与连接口组一一对应相通的接线板燃料入口、接线板载气入口以及接线板集液出口，图4中，接线板燃料入口a411与液态燃料入口a111相通，接线板燃料入口b414与液态燃料入口b112相通，接线板燃料入口c417与液态燃料入口c113相通；接线板载气入口a412与载气入口a121相通，接线板载气入口b415与载气入口b122相通、接线板载气入口c418与载气入口c123相通；接线板集液出口a413与集液出口a131相通，接线板集液出口b416与集液出口b132相通，接线板集液出口c419与集液出口c133相通。优选的，本实施例接地电极2一端设有接地接头22，所述接地接头22穿过绝缘套接地。
本申请不局限重整器本体的数量，可根据实际需要同理增加连接多个重整器本体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种阵列式非平衡等离子体重整器，其特征在于，包括多个相连接且结构相同的重整器本体，所述重整器本体包括绝缘套、连接于绝缘套侧壁的接地电极(2)、连接于绝缘套一端的出口盖板、连接于绝缘套另一端且位于绝缘套中部的高压电极(4)、集液管(5)；所述集液管(5)一端连接至绝缘套侧壁开设的绝缘套集液入口(151)，另一端连接至接地电极(2)上开设的接地电极集液口(21)；所述绝缘套、高压电极(4)与出口盖板之间形成电离腔；多个重整器本体的绝缘套相连形成绝缘套组(1)，多个重整器本体的出口盖板连接形成出口盖板组(3)，所述绝缘套组(1)上开设有多个连接口组，所述连接口组数量与重整器本体数量一致，每个连接口组包括相邻设置的液态燃料入口、载气入口和集液出口，所述集液出口与接地电极集液口(21)相通；所述出口盖板组(3)上开设有与重整器本体数量一致的重整器出口(31)；
第一个连接口组的液态燃料入口a(111)通过燃料喷射管道(13)与燃料箱(8)连接，载气入口a(121)通过载气喷射管道(14)与高压载气瓶(9)连接，集液出口a(131)通过集液管道(15)与集液箱(10)连接，所述燃料箱(8)通过管道与集液箱(10)连接；所述的多个重整器本体的高压电极(4)均与高压电源(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种阵列式非平衡等离子体重整器，其特征在于，燃料喷射管道(13)上设有液态燃料喷射阀a(621)，载气喷射管道(14)上设有载气喷射阀a(631)，集液管道(15)上设有集液阀a(641)和集液泵(12)。
3.根据权利要求1所述的一种阵列式非平衡等离子体重整器，其特征在于，除第一个连接口组以外其余连接口组的液态燃料入口b(112)通过管道连接于液态燃料喷射阀b(622)一端，所述液态燃料喷射阀b(622)另一端通过管道连接至燃料管道(16)，所述燃料管道(16)与燃料喷射管道(13)连接；
载气入口b(122)通过管道连接于载气喷射阀b(632)一端，所述载气喷射阀b(632)另一端通过管道连接至载气管道(17)，所述载气管道(17)与载气喷射管道(14)连接；
集液出口b(132)通过管道连接于集液阀b(642)一端，所述集液阀b(642)另一端连接至集液连通管道(18)，所述集液连通管道(18)与集液管道(15)连接。
4.根据权利要求1所述的一种阵列式非平衡等离子体重整器，其特征在于，出口盖板组(3)上开设的每个重整器出口(31)均通过管道依次连接出气阀(61)和出口气体流量计(7)。
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