CN114130327A - 一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，包括用于分别存储进补气体的一气罐和二气罐，一气罐通过一气管与三通控制阀相连，二气罐通过二气管与三通控制阀相连，三通控制阀上连接有混气组件和进气总管，进气总管连接有气体重整组件，气体重整组件上通过出气总管连接有储气组件；混气组件用于对进入到气体重整组件内的气体进行混合；气体重整组件用于对混合气体进行净化重组；储气组件对净化重组后的气体进行存储；本发明解决多组分气体在气体放电作用下实现宽范围灵活重整问题。

Description

一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置
技术领域
本发明涉及气体重整装置技术领域，具体涉及一种基于纳秒脉冲快速 电离波的气体重整装置。
背景技术
化石燃料燃烧产物主要为二氧化碳。利用风力发电、地热发电的电能 激发等离子体反应，将包含二氧化碳的多组分气体(如氢气、水蒸气等) 重整转化为具有经济价值的气体。
利用等离子体反应实现气体重整的装置有很多，其核心是在多组分气 体中引发等离子体反应。与本发明近似的实现方案包括介质阻挡放电等离 子体发生器、火花等离子体发生器、滑动电弧等离子体发生器等等。(1) 介质阻挡放电裂解器的原理是在两个电极之间放置绝缘介质，给电极施加 高压后，气体间隙中会形成大面积等离子体放电从而起到重整气体的作用； (2)火花等离子体裂解器通常是在两个电极之间直接施加脉冲电压形成火花等离子体；(3)滑动电弧等离子体裂解器通过在两个电极之间施加 直流或者交流电压形成高温等离子体区域，引起气体分子的重整反应。
要想有效实现多组分气体分子的等离子体反应重整，就需要将电子加 速到足够高的速度从而将气体分子撞断重组，为此，等离子体放电区域应 当具有足够高的电场加速电子，应当具有足够高的比能量沉积并能够在较 大范围内放电实现大规模重整。然而，介质阻挡放电方案中，介质的存在 会导致电荷累积并迅速降低放电电场，难以将电子加速到足够高的速度； 火花放电局限在极小的空间中，难以大规模重整；滑动电弧放电的电场极低、比沉积能量高，能耗较高且放电路径随机、非常难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装 置，解决多组分气体在气体放电作用下实现宽范围灵活重整问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，包括用于分别存储进 补气体的一气罐和二气罐，一气罐通过一气管与三通控制阀相连，二气罐 通过二气管与三通控制阀相连，三通控制阀上连接有混气组件和进气总管， 进气总管连接有气体重整组件，气体重整组件上通过出气总管连接有储气 组件；
混气组件用于对进入到气体重整组件内的气体进行混合；
气体重整组件用于对混合气体进行净化重组；
储气组件对净化重组后的气体进行存储。
作为本发明进一步的方案：所述一气管上安装有流量控制阀一，二气 管上安装有流量控制阀二。
作为本发明进一步的方案：所述混气组件包括存储混合气体的混气罐， 混气罐通过连接管与三通控制阀相连。
作为本发明进一步的方案：所述混气罐上安装有用于对气体均匀混合 的混气片，若干组混气片设置在驱动轴上，驱动轴转动连接在混气罐上。
作为本发明进一步的方案：所述混气罐上安装有驱动缸，驱动缸用于 驱动压板移动将混合气体排出混气罐。
作为本发明进一步的方案：所述气体重整组件包括石英管，石英管上 设置有与进气总管相连的进气口和与出气总管相连的出气口。
作为本发明进一步的方案：石英管一端设置有与高压脉冲电源相连的 高压电极，石英管另一端设置有与地线相连的低压电极。
作为本发明进一步的方案：石英管外周设置有用于调控温度的加热管。
作为本发明进一步的方案：石英管外侧设置有用于连接同轴电缆外层 屏蔽网的屏蔽层。
作为本发明进一步的方案：所述储气组件包括用于存储重整气体的储 气罐和用于将重整气体吸入到储气罐内的吸气泵。
本发明的有益效果：
(1)由于快速电离波放电具有电场控制范围大、比沉积能量范围高、 均匀放电的特征，因此使用阵列式石英管快速电离波放电实现气体分子大 规模重整的目的；
(2)打开高压脉冲电源，将会在高压电极上形成脉冲电压和强电场， 强电场会将石英管内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电离波 并向低压电极端运动。电离波在运动的过程中，会形成含有大量激发态分 子原子和离子的等离子体区域，当电离波抵达低压端时，石英管中的电场 等于电极间的电势差和石英管长度之比，极高的电场将能够使气体分子迅 速重整。
(3)通过设置混气罐对气体进行提前混合均匀，确保在需要的情况 下充入混合均匀的气体，混气罐上设置的电热带和混气片均有利于气体的 均匀混合。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体的结构示意图；
图2是本发明气体重整组件的结构示意图；
图3是本发明混气组件的结构示意图。
图中：1、一气罐；2、一气管；3、二气罐；4、二气管；5、三通控 制阀；6、混气组件；61、混气罐；62、连接管；63、电机；64、驱动轴； 65、混气片；66、驱动缸；67、压板；68、导杆；69、电热带；7、进气 总管；8、气体重整组件；81、石英管；82、进气口；83、出气口；84、 高压电极；85、低压电极；86、加热管；87、屏蔽层；9、出气总管；10、 吸气泵；11、储气罐；12、流量控制阀一；13、流量控制阀二；14、进气 压力探针；15、出气压力探针。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的 范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整 装置，通过一气罐1和二气罐3分别存储包含二氧化碳的多组成气体，一 气罐1通过一气管2与三通控制阀5相连，同时二气罐3通过二气管4也 与三通控制阀5相连，在一气管2上安装有流量控制阀一12，二气管4 上安装流量控制阀二13，流量控制阀分别用于控制对应气管内气体的流 通速率，一气罐1和二气罐3可以通过三通控制阀5分别向混气组件6或 者气体重整组件8内补充气体，其中三通控制阀5可以控制一气管2与混 气组件6或者气体重整组件8相连通，同理三通控制阀5还可以控制二气 管4与混气组件6或者气体重整组件8相连通，进一步的三通控制阀5可 以控制混气组件6与气体重整组件8相连通，实现独立向气体重整组件8进行供气，也可以混合后向气体重整组件8进行供气。
包含二氧化碳的多组成气体通过进气总管7进入到气体重整组件8内 后，通过气体重整组件8对混合气体重整转化为具有经济价值的气体，当 气体转化完成后，通过吸气泵10工作，将转化后的气体通过出气总管9 抽入到储气罐11中进行存储，便于对气体的后续使用。
在进气总管7上安装有进气压力探针14，出气总管9上安装有出气 压力探针15，通过两组探针用于探测进出气管内和气体重整组件8内气 体的压力情况，从而便于及时对气体重整组件8内气压进行调节。
如图2所示，气体重整组件8包括石英管81，石英管81上设置有与 进气总管7相连的进气口82和与出气总管9相连的出气口83，石英管81 阵列设置有多组，由于快速电离波放电具有电场控制范围大、比沉积能量 范围高、均匀放电的特征，因此使用阵列式石英管81快速电离波放电实 现气体分子大规模重整的目的。
石英管81一端设置有与高压脉冲电源相连的高压电极84，石英管81 另一端设置有与地线相连的低压电极85。
石英管81外周设置有用于调控温度的加热管86。
石英管81外侧设置有用于连接同轴电缆外层屏蔽网的屏蔽层87。
打开高压脉冲电源，将会在高压电极84上形成脉冲电压和强电场， 强电场会将石英管81内的气体分子或原子激发，形成一道高速移动的电 离波并向低压电极85端运动。电离波在运动的过程中，会形成含有大量 激发态分子原子和离子的等离子体区域，当电离波抵达低压端时，石英管 81中的电场等于电极间的电势差和石英管81长度之比，极高的电场将能 够使气体分子迅速重整，并通过出气口83流入储气组件中去。
如图3所示，混气组件6包括存储混合气体的混气罐61，混气罐61 通过连接管62与三通控制阀5相连。混气罐61上安装有用于对气体均匀 混合的混气片65，若干组混气片65设置在驱动轴64上，驱动轴64转动 连接在混气罐61上，且混气罐61上安装有电机63，电机63用于带动驱 动轴64转动，从而带动混气片65旋转对混气罐61内的气体进行混合， 确保混气罐61内气体混合均匀。
混气罐61上安装有驱动缸66，驱动缸66用于驱动压板67移动将混 合气体排出混气罐61，且驱动压板67靠近混气片65的一侧设置有导杆 68，在驱动轴64轴心处设置有通孔，通孔的孔径大于导杆68的直径，使 得导杆68能够插入到驱动轴64内又不影响驱动轴64的正常转动，同时 在混气罐61外周还设置有电热带69用于对混气罐61进行加热，确保混气罐61内气体充分混合均匀。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明 的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请 范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，包括用于分别存储进补气体的一气罐(1)和二气罐(3)，一气罐(1)通过一气管(2)与三通控制阀(5)相连，二气罐(3)通过二气管(4)与三通控制阀(5)相连，三通控制阀(5)上连接有混气组件(6)和进气总管(7)，进气总管(7)连接有气体重整组件(8)，气体重整组件(8)上通过出气总管(9)连接有储气组件；
混气组件(6)用于对进入到气体重整组件(8)内的气体进行混合；
气体重整组件(8)用于对混合气体进行净化重组；
储气组件对净化重组后的气体进行存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述一气管(2)上安装有流量控制阀一(12)，二气管(4)上安装有流量控制阀二(13)。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述混气组件(6)包括存储混合气体的混气罐(61)，混气罐(61)通过连接管(62)与三通控制阀(5)相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述混气罐(61)上安装有用于对气体均匀混合的混气片(65)，若干组混气片(65)设置在驱动轴(64)上，驱动轴(64)转动连接在混气罐(61)上。
5.根据权利要求3所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述混气罐(61)上安装有驱动缸(66)，驱动缸(66)用于驱动压板(67)移动将混合气体排出混气罐(61)。
6.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述气体重整组件(8)包括石英管(81)，石英管(81)上设置有与进气总管(7)相连的进气口(82)和与出气总管(9)相连的出气口(83)。
7.根据权利要求6所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，石英管(81)一端设置有与高压脉冲电源相连的高压电极(84)，石英管(81)另一端设置有与地线相连的低压电极(85)。
8.根据权利要求6所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，石英管(81)外周设置有用于调控温度的加热管(86)。
9.根据权利要求6所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，石英管(81)外侧设置有用于连接同轴电缆外层屏蔽网的屏蔽层(87)。
10.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲快速电离波的气体重整装置，其特征在于，所述储气组件包括用于存储重整气体的储气罐(11)和用于将重整气体吸入到储气罐(11)内的吸气泵(10)。
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