CN112082153B - 等离子态氢氧原子发电机及其控制方法 - Google Patents

等离子态氢氧原子发电机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

等离子态氢氧原子发电机及其控制方法属于发电设备技术领域，具体涉及一种等离子态氢氧原子发电机及其控制方法。本发明一种燃烧效率高，降低能耗成本的等离子态氢氧原子发电机及其控制方法。本发明的等离子态氢氧原子发电机，包括燃烧机、汽轮机和底部具有加水泵的蓄水电热蒸汽发生器，其特征在于：所述燃烧机包括内壳体，内壳体外设置有冷却水套，内壳体一端为低温部，内壳体低温部的一端从耐热水套中伸出，内壳体低温部的一端设置有喷气阀，喷气阀与汽轮机相连；内壳体另一端为高温部，高温部内设置有耐火陶瓷内胆，耐火陶瓷内胆的开口朝向低温部，耐火陶瓷内胆高温部的一端设置有等离子火炬喷嘴；所述冷却水套上端通过蒸汽管与一集气室相连。

Description

等离子态氢氧原子发电机及其控制方法
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种等离子态氢氧原子发电机及其控制方法。
背景技术
能源问题，环境问题是当今社会尤为关注的问题，解决能源危机，改善生态环境是我们为之共同努力的方向。
能源是人类发展的根本保证，由于煤炭，石油、天然气等化石燃料都是不可再生能源，而且储量是有限的，所以现今全世界各国都很重视研究开发新能源，氢能源更是得到各国的重视，但制约氢的应用主要因素是制取氢气的成本高、氢不便储存、不便运输从而影响氢的应用，现国内外也有很多科技人员为氢的廉价应用做出了很多努力。例如：公告号为CN106981674A的“一种水燃料电池氢能发电机及其发电的方法” 即盐水浓差电池发电时水变氢气的现象，其中最典型的实例是反电渗析发电过程，反电渗析电池发电的同时其阴极是必然产生氢气和氢氧化钠，在阳极室氢元素必定来源于水，而这种浓差渗析电池水变氢气的现象，已经清楚地表明，不需要外界输入电能或光能或热能等任何能量，也不需要消耗铝等任何其他物质，仅仅凭借离子交换膜和离子浓度差的合力，就可以自发地将氯化钠和水转化为氢气和氢氧化钠和氯气，同时释放电能。该专利采用浓差渗析电池发电时水变氢气的现象，为氢能源的利用提供一种新的发电方法和模式。例如：公号为CN204103001U的“一种氢能发电机”，其结构是一个包括产氢装置和发电装置的氢能发电系统，采用制氢剂即时与水反应制氢，用所制得的氢气在燃料电池中发电的一种氢能利用方式，为氢能源的应用提供了一种新的应用途径。以上两种制氢发电方式，存在制氢效率低，发电功率小的缺点。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种燃烧效率高，降低能耗成本的等离子态氢氧原子发电机及其控制方法。
本发明的等离子态氢氧原子发电机，包括燃烧机、汽轮机和底部具有加水泵的蓄水电热蒸汽发生器，其特征在于：所述燃烧机包括内壳体，内壳体外设置有冷却水套，内壳体一端为低温部，内壳体低温部的一端从耐热水套中伸出，内壳体低温部的一端设置有喷气阀，喷气阀与汽轮机相连；内壳体另一端为高温部，高温部内设置有耐火陶瓷内胆，耐火陶瓷内胆的开口朝向低温部，耐火陶瓷内胆高温部的一端设置有等离子火炬喷嘴；所述冷却水套上端通过蒸汽管与一集气室相连；所述蓄水电热蒸汽发生器上端设置有上连通管，蓄水电热蒸汽发生器下端设置有下连通管，上连通管通过三通分别与集气室和等离子火炬喷嘴相连；三通和等离子火炬喷嘴之间设置有第一控制阀；所述下连通管与冷却水套下端相连。
作为本发明的一种优选方案，所述燃烧机上相对于内壳体和喷气阀连接处设置有第一温度传感器和第一压力传感器，相对于耐火陶瓷内胆的高温区一端设置有第三温度传感器，相对于耐火陶瓷内胆的另一端设置有第二温度传感器；所述冷却水套端部设置有蒸汽降温环道；所述燃烧器上相对于内壳体内的低温区设置有环形蒸汽降压通道，环形蒸汽降压通道和蒸汽降温环道之间设置有雾化水喷嘴；所述蒸汽降温环道通过第二控制阀与集气室相连；所述环形蒸汽降压通道通过第三控制阀与集气室相连；所述雾化水喷嘴通过具有第四控制阀的水流管路与蓄水电热蒸汽发生器的中部相连；所述蓄水电热蒸汽发生器上设置有水位传感器和第二压力传感器；所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、喷气阀、等离子火炬喷嘴、加水泵、水位传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均与一控制系统相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述冷却水套的下端设置有排污阀。
作为本发明的第三种优选方案，所述内壳体内表面相应于耐火陶瓷内胆设置有耐热钢阻热内胆。
本发明等离子态氢氧原子发电机的控制方法，其特征在于：1）启动控制系统，控制系统根据水位传感器的数据控制加水泵工作，为蓄水电热蒸汽发生器加水；水位传感器测得上水位后控制系统停止加水。
2）控制系统启动蓄水电热蒸汽发生器的电加热管，电加热管开始加热蓄水蒸汽发生器中的水，由于燃烧机冷却水套和集气室均与加热蓄水蒸汽发生器连通，因此冷却水套内的水被一同加热。
3）当第二压力传感器测得蓄水电热蒸汽发生器内压力升到13.4兆帕时。
4）控制系统启动第一控制阀向等离子火炬喷嘴输送水蒸汽。
5）等离子火炬喷嘴电源启动，等离子火炬点燃，产生5000～50000℃的高温等离子体火焰，5000～50000℃的高温等离子火焰将水蒸汽中的水分子热裂解成氢原子和氧原子。氢原子、氧原子燃烧后形成水分子，水分子又被裂解为氢原子、氧原子，这一过程是氢氧原子持续裂解燃烧，产生大量热能。
6）在等离子火炬喷嘴开始工作后，第二温度传感器和第三温度传感器测得耐火陶瓷内胆温度高于3000℃时，控制系统自动开启第二控制阀，通过蒸汽降温环道向内壳体内输送600℃的蒸汽，蒸汽经由蒸汽降温环道给耐热钢阻热内胆降温，耐热钢阻热内胆温度降至2900℃时，控制系统关闭第二控制阀，维持耐火陶瓷内胆的温度在2900～3000℃之间。
7）当第一温度传感器测得温度高于650℃时，控制系统开启第四控制阀，向燃烧机低温部内喷入220℃的降温雾化水，当第一温度传感器测得温度低于610℃时，控制系统关闭第四控制阀，维持换热区内的蒸汽温度在600～630℃输出。
8）当第一压力传感器测得压力达到13Mpa时，控制系统会自动开启喷气阀，这时符合温度压力要求的高温水蒸汽通过喷气阀进入汽轮机，汽轮机带动发电机发电。
9）当压力传感器测得蓄水电热蒸汽发生器内的压力高于13.6Mpa时，控制系统打开第三控制阀，这时集气室内的蒸汽会经第三控制阀进入环形蒸汽降压通道，再进入内壳体内的低温部内进行换热调温后外输。
10）当燃烧机内的燃烧正常后，燃烧机内壳体参与热交换后，会将冷确水夹层中的水加热至600℃，这时控制系统关闭蓄水电热蒸汽发生器的电加热管，从而完成等离子态氢氧原子发电机的工作过程。
本发明的有益效果：由于本发明等离子态氢氧原子发电机，燃烧机壳体内设置了内壳体及耐火陶瓷内胆，配合传感器和控制阀，能积极有效地控制燃烧室内的温度压力，所以其结构设计合理，布置紧凑。
本发明其采用喷水换热技术，高温高压密封持续式燃烧技术，最大的优点是实现了热能的放大，使能源的利用更加合理，对节能减排提供了有力的设备保证，为氢能源的应用拓宽了一条新路。
本发明等离子态氢氧原子发电机的能量放大功能是这样实现的，通过高频等离子火炬5000～50000℃高温将水蒸汽热裂解制氢，将水分子热裂成氢原子、氧原子。氢原子、氧原子在燃烧机内特定的高温3000℃以上、压力13Mpa，进行连续裂解持续燃烧，实现热能放大功能，其能量放大的量是输入电能的10～20倍。
本发明的燃烧窒保温效果好，能很好的阻止热量散失，可维持水蒸汽在等离子火炬热裂解后至低温段之间，一直保证其温度在3000℃以上，水分子实现完全裂解的温度是3000℃。
附图说明
图1是本发明燃烧机的结构示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是图2的侧视图。
附图中1为第一压力传感器、2为喷气阀、3为低温部、4为排污阀、5为雾化水喷嘴、6为第一温度传感器、7为环形蒸汽降压通道、8为高温部、9为蒸汽降温环道、10为蒸汽管、11为第二温度传感器、12为耐热钢阻热内胆、13为耐火陶瓷内胆、14为内壳体、15为冷却水套、16为第三温度传感器、17为燃烧机、18为等离子火炬喷嘴、19为第三控制阀、20为第二控制阀、21为集气室、22为安全阀、23为第一控制阀、24为三通、25为蓄水电热蒸汽发生器、26为加水泵、27为水流管路、28为水位传感器、29为第二压力传感器、30为电加热管、31为第四控制阀、32为上连通管、33为下连通管、34为汽轮机。
具体实施方式
本发明的等离子态氢氧原子发电机，包括燃烧机17、汽轮机34和底部具有加水泵26的蓄水电热蒸汽发生器25，其特征在于：所述燃烧机17包括内壳体14，内壳体14外设置有冷却水套15，内壳体14一端为低温部3，内壳体14低温部3的一端从耐热水套中伸出，内壳体14低温部3的一端设置有喷气阀2，喷气阀2与汽轮机34相连；内壳体14另一端为高温部8，高温部8内设置有耐火陶瓷内胆13，耐火陶瓷内胆13的开口朝向低温部3，耐火陶瓷内胆13高温部8的一端设置有等离子火炬喷嘴18；所述冷却水套15上端通过蒸汽管10与一集气室21相连；所述蓄水电热蒸汽发生器25上端设置有上连通管32，蓄水电热蒸汽发生器25下端设置有下连通管33，上连通管32通过三通24分别与集气室21和等离子火炬喷嘴18相连；三通24和等离子火炬喷嘴18之间设置有第一控制阀23；所述下连通管33与冷却水套15下端相连。
作为本发明的一种优选方案，所述燃烧机17上相对于内壳体14和喷气阀2连接处设置有第一温度传感器6和第一压力传感器1，相对于耐火陶瓷内胆13的高温区一端设置有第三温度传感器16，相对于耐火陶瓷内胆13的另一端设置有第二温度传感器11；所述冷却水套15端部设置有蒸汽降温环道9；所述燃烧器上相对于内壳体14内的低温区设置有环形蒸汽降压通道7，环形蒸汽降压通道7和蒸汽降温环道9之间设置有雾化水喷嘴5；所述蒸汽降温环道9通过第二控制阀20与集气室21相连；所述环形蒸汽降压通道7通过第三控制阀19与集气室21相连；所述雾化水喷嘴5通过具有第四控制阀31的水流管路27与蓄水电热蒸汽发生器25的中部相连；所述蓄水电热蒸汽发生器25上设置有水位传感器28和第二压力传感器29；所述第一控制阀23、第二控制阀20、第三控制阀19、第四控制阀31、喷气阀2、等离子火炬喷嘴18、加水泵26、水位传感器28、第一压力传感器1、第二压力传感器29、第一温度传感器6、第二温度传感器11和第三温度传感器16均与一控制系统相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述冷却水套15的下端设置有排污阀4。
作为本发明的第三种优选方案，所述内壳体14内表面相应于耐火陶瓷内胆13设置有耐热钢阻热内胆12。
作为本发明的第四种优选方案，所述集气室21上设置有安全阀22。
本发明等离子态氢氧原子发电机的控制方法，其特征在于：
1）启动控制系统，控制系统根据水位传感器28的数据控制加水泵26工作，为蓄水电热蒸汽发生器25加水；水位传感器28测得上水位后控制系统停止加水。
2）控制系统启动蓄水电热蒸汽发生器25的电加热管30，电加热管30开始加热蓄水蒸汽发生器中的水，由于燃烧机17冷却水套15和集气室21均与加热蓄水蒸汽发生器连通，因此冷却水套15内的水被一同加热。
3）当第二压力传感器29测得蓄水电热蒸汽发生器25内压力升到13.4兆帕时。
4）控制系统启动第一控制阀23向等离子火炬喷嘴18输送水蒸汽。
5）等离子火炬喷嘴18电源启动，等离子火炬点燃，产生5000～50000℃的高温等离子体火焰，5000～50000℃的高温等离子火焰将水蒸汽中的水分子热裂解成氢原子和氧原子。氢原子、氧原子燃烧后形成水分子，水分子又被裂解为氢原子、氧原子，这一过程是氢氧原子持续裂解燃烧，产生大量热能。
6）在等离子火炬喷嘴18开始工作后，第二温度传感器11和第三温度传感器16测得耐火陶瓷内胆13温度高于3000℃时，控制系统自动开启第二控制阀20，通过蒸汽降温环道9向内壳体14内输送600℃的蒸汽，蒸汽经由蒸汽降温环道9给耐热钢阻热内胆12降温，耐热钢阻热内胆12温度降至2900℃时，控制系统关闭第二控制阀20，维持耐火陶瓷内胆13的温度在2900～3000℃之间。
7）当第一温度传感器6测得温度高于650℃时，控制系统开启第四控制阀31，向燃烧机17低温部3内喷入220℃的降温雾化水，当第一温度传感器6测得温度低于610℃时，控制系统关闭第四控制阀31，维持换热区内的蒸汽温度在600～630℃输出。
8）当第一压力传感器1测得压力达到13Mpa时，控制系统会自动开启喷气阀2，这时符合温度压力要求的高温水蒸汽通过喷气阀2进入汽轮机34，汽轮机34带动发电机发电。
9）当压力传感器测得蓄水电热蒸汽发生器25内的压力高于13.6Mpa时，控制系统打开第三控制阀19，这时集气室21内的蒸汽会经第三控制阀19进入环形蒸汽降压通道7，再进入内壳体14内的低温部3内进行换热调温后外输。
10）当燃烧机17内的燃烧正常后，燃烧机17内壳体14参与热交换后，会将冷确水夹层中的水加热至600℃，这时控制系统关闭蓄水电热蒸汽发生器25的电加热管30，从而完成等离子态氢氧原子发电机的工作过程。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.等离子态氢氧原子发电机，包括燃烧机（17）、汽轮机（34）和底部具有加水泵（26）的蓄水电热蒸汽发生器（25），其特征在于：所述燃烧机（17）包括内壳体（14），内壳体（14）外设置有冷却水套（15），内壳体（14）一端为低温部（3），内壳体（14）低温部（3）的一端从耐热水套中伸出，内壳体（14）低温部（3）的一端设置有喷气阀（2），喷气阀（2）与汽轮机（34）相连；内壳体（14）另一端为高温部（8），高温部（8）内设置有耐火陶瓷内胆（13），耐火陶瓷内胆（13）的开口朝向低温部（3），耐火陶瓷内胆（13）高温部（8）的一端设置有等离子火炬喷嘴（18）；所述冷却水套（15）上端通过蒸汽管（10）与一集气室（21）相连；所述蓄水电热蒸汽发生器（25）上端设置有上连通管（32），蓄水电热蒸汽发生器（25）下端设置有下连通管（33），上连通管（32）通过三通（24）分别与集气室（21）和等离子火炬喷嘴（18）相连；三通（24）和等离子火炬喷嘴（18）之间设置有第一控制阀（23）；所述下连通管（33）与冷却水套（15）下端相连；所述内壳体（14）内表面相应于耐火陶瓷内胆（13）设置有耐热钢阻热内胆（12）；所述燃烧机（17）上相对于内壳体（14）和喷气阀（2）连接处设置有第一温度传感器（6）和第一压力传感器（1），相对于耐火陶瓷内胆（13）的高温区一端设置有第三温度传感器（16），相对于耐火陶瓷内胆（13）的另一端设置有第二温度传感器（11）；所述冷却水套（15）端部设置有蒸汽降温环道（9）；所述燃烧机（17）上相对于内壳体（14）内的低温区设置有环形蒸汽降压通道（7），环形蒸汽降压通道（7）和蒸汽降温环道（9）之间设置有雾化水喷嘴（5）；所述蒸汽降温环道（9）通过第二控制阀（20）与集气室（21）相连；所述环形蒸汽降压通道（7）通过第三控制阀（19）与集气室（21）相连；所述雾化水喷嘴（5）通过具有第四控制阀（31）的水流管路（27）与蓄水电热蒸汽发生器（25）的中部相连；所述蓄水电热蒸汽发生器（25）上设置有水位传感器（28）和第二压力传感器（29）；所述第一控制阀（23）、第二控制阀（20）、第三控制阀（19）、第四控制阀（31）、喷气阀（2）、等离子火炬喷嘴（18）、加水泵（26）、水位传感器（28）、第一压力传感器（1）、第二压力传感器（29）、第一温度传感器（6）、第二温度传感器（11）和第三温度传感器（16）均与一控制系统相连。
2.根据权利要求1所述的等离子态氢氧原子发电机，其特征在于：所述冷却水套（15）的下端设置有排污阀（4）。
3.根据权利要求1所述的等离子态氢氧原子发电机，其特征在于：所述集气室（21）上设置有安全阀（22）。
4.一种如权利要求1所述的等离子态氢氧原子发电机的控制方法，其特征在于：
1）启动控制系统，控制系统根据水位传感器（28）的数据控制加水泵（26）工作，为蓄水电热蒸汽发生器（25）加水；水位传感器（28）测得上水位后控制系统停止加水；
2）控制系统启动蓄水电热蒸汽发生器（25）的电加热管（30），电加热管（30）开始加热蓄水蒸汽发生器中的水，由于燃烧机（17）冷却水套（15）和集气室（21）均与加热蓄水蒸汽发生器连通，因此冷却水套（15）内的水被一同加热；
3）当第二压力传感器（29）测得蓄水电热蒸汽发生器（25）内压力升到13.4兆帕时；
4）控制系统启动第一控制阀（23）向等离子火炬喷嘴（18）输送水蒸汽；
5）等离子火炬喷嘴（18）电源启动，等离子火炬点燃，产生5000～50000℃的高温等离子体火焰，5000～50000℃的高温等离子火焰将水蒸汽中的水分子热裂解成氢原子和氧原子；氢原子、氧原子燃烧后形成水分子，水分子又被裂解为氢原子、氧原子，这一过程是氢氧原子持续裂解燃烧，产生大量热能；
6）在等离子火炬喷嘴（18）开始工作后，第二温度传感器（11）和第三温度传感器（16）测得耐火陶瓷内胆（13）温度高于3000℃时，控制系统自动开启第二控制阀（20），通过蒸汽降温环道（9）向内壳体（14）内输送600℃的蒸汽，蒸汽经由蒸汽降温环道（9）给耐热钢阻热内胆（12）降温，耐热钢阻热内胆（12）温度降至2900℃时，控制系统关闭第二控制阀（20），维持耐火陶瓷内胆（13）的温度在2900～3000℃之间；
7）当第一温度传感器（6）测得温度高于650℃时，控制系统开启第四控制阀（31），向燃烧机（17）低温部（3）内喷入220℃的降温雾化水，当第一温度传感器（6）测得温度低于610℃时，控制系统关闭第四控制阀（31），维持换热区内的蒸汽温度在600～630℃输出；
8）当第一压力传感器（1）测得压力达到13Mpa时，控制系统会自动开启喷气阀（2），这时符合温度压力要求的高温水蒸汽通过喷气阀（2）进入汽轮机（34），汽轮机（34）带动发电机发电；
9）当第二压力传感器测得蓄水电热蒸汽发生器（25）内的压力高于13.6Mpa时，控制系统打开第三控制阀（19），这时集气室（21）内的蒸汽会经第三控制阀（19）进入环形蒸汽降压通道（7），再进入内壳体（14）内的低温部（3）内进行换热调温后外输；
10）当燃烧机（17）内的燃烧正常后，燃烧机（17）内壳体（14）参与热交换后，会将冷确水夹层中的水加热至600℃，这时控制系统关闭蓄水电热蒸汽发生器25的电加热管（30），从而完成等离子态氢氧原子发电机的工作过程。
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