CN1245474A - 用等离子体转化炉生产氢气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括:一个具有冷等离子体的反应腔,用以将含有可燃气体(烃或酒精)及氧气和/或水蒸汽转化为含有氢气、二氧化碳和一氧化碳的二级混合物、用以混合并与附有燃烧腔(40)的燃烧器(42)合作的进口部(18)在主混合物进入反应腔(10a)之前加热到高温,一环形烟道(48)封闭反应腔从而使它保持在较高温度上,一个由周期性的低频脉冲调制的高频交流高压的装置(58)和电极(62－66)在反应腔(10b)中产生静态电荷放电,因此产生使气体混合物具有高化学活性的冷等离子体,一个对吸附氢气具有高选择的透气性的隔膜(12)装在腔(10)和氢气收集腔(14)之间,一个热绝缘壳(50)包住整个设备。本发明宜于装在电车上或小型发电设备上的PEM型燃料电池上。

Description

用等离子体转化炉生产氢气的方法和装置
本发明关于用等离子体转化操作来生产氢气的方法和装置。
有关这类装置，本发明关于氢气发生器，它宜于运输，比较便宜，并宜于生产用于任何目的的大致纯净的氢气。
有关这类方法，本发明关于含氢气流的生产，该气流由一种由可燃气体和蒸汽和/或氧气或空气组成的主气体混合物产生，用于供给低温操作的燃料电池。
本发明有关的氢气发生器包括一个反应腔该腔总是保持在较高温度上，从而宜于反应状态中主气体混合物的转化。这种主混合物包括可燃气体(烃，酒精，一氧化碳等)、氧气和/或蒸汽。在反应腔中，主混合物进行或多或少的完全的放热或吸热转化，并按下面的化学方程式(1)～(4)转化，这些方程式描述了甲烷、氧气和蒸汽的化学计量混合物的转化。
    (1)强吸热反应
       (2)中等吸热反应
        (3)中等放热反应
      (4)强放热反应
在包含其它烃或酒精的主气体混合物转化的情况下可以写出类似的方程式。
这样的转化使主气体混合物转化为二级气体混合物，该二级混合物包括氢、二氧化碳，通常还包括一氧化碳及未转化的主混合物。
上述中间步骤的方程式(2)和(3)通常包含在按方程式(1)进行的转化中。
因此在任何转化烃和酒精的操作期间通常都产生一氧化碳，人们知道，对于在低温下工作，具有固态等离子体电解质(质子交换膜(PEM)电池)人们最感兴趣的燃料电池来说，一氧化碳是有毒的。因此，如果所得到的氢气直接用在这类燃料电池上，必须对二级混合物进行附加的处理，以消除一氧化碳。
在采用催化剂和用热等离子体构成反应介质的先有技术的转化反应腔之间可以看出有一些差别，下面详述的文件将描述三种类型的反应腔。
1991年授予Minet等的美国专利No.4981676描述了一种转化烃和蒸汽的主气体混合物的方法。该转化在一个长的小直径的环形反应腔中进行，腔内包含由涂镍颗粒构成的催化材料。反应腔的外壁是一个金属壳，内壁是具有有选择地透过氢气的隔膜，它由多孔陶瓷构成，若干层多孔陶瓷材料以增加厚度，并具有从内到外侧的孔隙，在其外侧上具有薄的催化剂金属层。隔膜构成收集所产生的氢气的腔室，反应腔由气体燃烧器从外部加热。
上述方法的优点是有选择地原地吸收所产生的氢气，这就变换了按方程式(1)，(2)和(3)在更完全反应的方向中转换的动态热平衡点、增大了转化速度、亦即从烃到氢的转化速度。该方法有很多缺点，其中包括：(1)限制了蒸汽转化的应用，(2)催化剂衰变较快，要求周期性进行置换，(3)产生由CO2，CO和H2构成的气体混合物。
因此上述方法必须至少包括一种附加的步骤，用以生产大致纯净的氢气或宜用于低温工作的燃料电池的含氢混合物。
在由ELSEVIER发行的“今日催化剂25”(1995)，第333-337页中，E.Kikuchi有一篇文章描述了实验室获得的基本相同的结果。在上述文章中，反应器还包括包围一环形空间的壳，环形空间包含标准的催化材料和选择性的氢吸附隔膜。该隔膜是一种复合材料，由一薄层(5～13μm厚)的钯或钯-银合金沉积在空心的多孔陶瓷支承体上构成。在这种情况下。由上述方程式(1)，(2)和(3)描述的转化如果压力达9巴、温度达500℃时是完全的。这是因为生产中排出的氢吸附的缘故，转换了较为完全的转化方向的动态热平衡。本方法的缺点类似于Minet专利的缺点。
在1993年由ROLLS-ROYCECE提出的已公开的欧洲专利申请No.0 600 621 A1描述了一种用于转化烃和蒸汽的设备，它包括对包含在已生产的二级混合物中的一氧化碳进行附加处理的装置。该设备包括含大量催化材料以确保按方程式(1)和(2)吸热转化的反应腔。结果由于方程式(4)描述的放热反应，部分甲烷的氧化产生内部热输入使反应腔内的温度升到相当高的数值。含有特殊催化材料的反应器能确保一氧化碳在较低温度下按方程式(3)进行附加的少量放热的转化。这种类型的设备既昂贵又苯重，宜用于固定工业设备，不宜用作可运输的氢发生器上。
用包含烃和蒸汽混合物的热等离子体转化来生产氢的方法在下两个文件中也有描述：(1)由Pompes Manu Entreprise(以下称PME)等提出的法国专利申请No.94/11209，和(2)在1996年8月出版的IEEE文献MIT的O′Brien等的文章。
PME反应腔采用在两个具有加宽间隙的电极之间滑动的周期性的电弧产生的热等离子体。电极连到恒定的高电压上，并由待转化的相当强的气流连续地扫过。滑动电极具有两个重迭的功能：一是使通过电极之间的空间的气体离子化，另一是将它们加热到高级的热平衡状态(4000K～10000K)。这样产生的高能电极激活了有关气体的化学活性。这种具有很高化学活性的很热的气体在离开电极之间的空间时进入反应腔容积中的其余空间，使活性减小，平均温度降低。它们最终的温度还将进一步降低，这是因为反应腔放置在一个中空的套筒中，主气体混合物在送入反应腔之前流过该套筒进行预热。因此氢和一氧化碳是在同样的温度下生产的。在操作中，PME反应腔需用大量的电能来生产氢。这就使这种反应腔完全不适用于发电系统，不管是可运输的还是不可运输的均不适用，尤其是在PME腔中安装可有选择地透过氢气的先有技术的隔膜对本专业技术人员来说好象不是显而易见的。
O′Brien反应腔采用等离子炬，在连到高电压供电线路上的两个同轴电极之间产生转动的恒定的电弧，O′Brien腔的功能与缺点基本与PME反应腔的电弧相同，因此该腔也不宜用作生产大致纯净氢气的发生器。
本发明的第一目的在于提供一种生产能直接用于PEM型低温燃料电池上的高纯度氢气的方法和装置。
本发明的第二目的在于提供一种高效的、尤其是仅耗费少量电能的可运输的氢气发生器，它宜装在电车上，或与小型或中型功率级的发电机配合使用。
本发明的第三个目的在于提供一种用少量的催化材料来生产氢气的方法和装置。
按照本发明，提供一种产生供给低温工作的燃料电池的气流的方法，该气流由含有可燃气体、蒸汽和/或氧气和/或空气的主气体混合物生产出，其中上述主混合物经预热后送入中等温度的反应区，在该区引入含有氢气、二氧化碳，通常还含有一氧化碳和残留的主混合物的二级气体混合物，其特征在于：上述反应是冷等离子体转化操作，上述等离子体转化操作之后具有下列步骤之一：用具有高选择性的对氢气透气性的隔膜通过吸附来回收氢气的步骤，或通过氧化所得到二级混合物中的一氧化碳来回收氢和二氧化碳的混合物的步骤。
上述方法使得在有利的经济条件下生产大致纯净的氢气成为可能，或至少能生产一种气体混合物，该混合物含有可直接送到工作在低温下的PEM型燃料电池。
按照本发明的大致纯净的氢气的发生器包括：
一个反应腔，用于转化至少由一种可燃气体(烃、酒精或一氧化碳)、氧气或空气和/或蒸汽形成的主气体混合物，以产生包含氢气、二氧化碳、通常还含有一氧化碳和喷射出的主混合物的残留物的二级气体混合物，
一个加热装置，它与上述腔配合从而在腔内建立和保持一个宜进行特殊转化的相当高的平均温度，
其特征在于还包括：
在反应腔中产生冷等离子体的装置，该装置在反应腔中形成反应介质，宜在气体平均温度没有大的增加的情况下激活现有气体的化学活性；
一个对氢气具有高选择性的透气性的隔膜，它在冷等离子反应腔和收集所产生的氢气的腔之间形成隔板。
按照本发明的一个特征，在反应腔中产生冷等离子体的装置宜于在反应腔中产生短的、周期性的低电流电荷放电。
按照本发明的氢气发生器上述定义的前序部分规定了任何含有至少一种可燃气体、蒸汽和/或空气或氧气的主气体混合物均可采用。在没有氧气的情况下，蒸汽转化操作按方程式(1)，(2)，(3)进行。在没有蒸汽的情况下，可燃气体的部分氧化按方程式(4)进行。在具有氧气和蒸汽的情况下，进气流速可以调节以获得自热反应。
加热待转化气体的装置位于反应腔外(燃烧器，或在其内可燃气体部分氧化)、或者内外均有，该装置在必要时应使能量消耗最佳化。
本发明的主要特征是新颖的两种装置的结合，而在过去从来没有这样结合来构成大致纯净的氢气的发生器，这两种装置是冷等离子体和对氢具有高选择性的隔膜。
在气体混合物中产生的冷等离子体包括两种非常不同的粒子：一种是数量很少的高能电子，因此处于非常高的温度上(1-5×104K)，而另一种是数量很大的离子、原子、原子团和分子，它们保持在由其它装置施加的正常温度上(在本发明的情况下为500K～1000K)。由于这种很小的均匀产生并穿过有关气体混合物的高能电子的存在，大大激活了有关气体的化学活性。然而这种很小的非常热的粒子几乎不会改变混合物的温度。
冷等离子体的这种性质由下列事实来解释，在这种介质中，电子碰撞会产生受激原子和分子、分子离子和非常具有化学活性的原子团的粒子，这在中性气体中通常是不会遇到的。在所有现在正在工作的工业上的生产氢气的装置中，在初始的中性混合物(它是稳定的)中的各种化学反应的触发和激励是采用合适的催化材料。在由冷等离子体离子化的气体中，仅由等离子体产生的特殊的活性物质来触发和/或加速同样的反应。因此在不具备催化材料的情况下可以观察到这种反应，构成特殊反应介质的冷等离子体代替了催化材料并具有同样的功能，而且在各方面比催化材料进行得更好。
产生冷等离子体的一种装置是在高电位差、携带低电流的两个电极之间产生电荷放电、特别是电晕放电而不是电弧。如果在两个电极之间所加的电压超过由工作条件设定的特殊限定值(如20KV)，在两个浸入气体中的电极之间会产生电弧是已知的。当已产生电弧时，电极之间的电压变成低的，电流则很大。
另一方面，用在本发明范围内产生冷等离子体的电晕电荷放电保持在它们自己的状态，而不是由PME描述的产生周期性电弧的初始状态。这些电晕放电是由周期性的幅度在低于或高于电弧触发限度上的短时电压产生的，当然在高于电弧触发限度的电压的情况下，所加的高压总是不具备足够的触发电弧的时间。
供给有关气体以产生这种冷等离子体的电能，与必须加到气体上以产生想要的转化的总热能相比是很低的(10％左右)。
对氢气具有极强选择性的隔膜在反应腔和氢气收集腔之间形成一个隔板，它允许快速吸附所产生的氢气。这个作用使有关的混合物有可能完全转化。
由上面的描述可以看出，本发明的装置相当密集、比较便宜而且仅消耗少量电能，尤其能提供有关主混合物的有效的转化，并生产出能直接供给燃料电池的大致纯净的氢气。
通过下面参照附图对非限制性实施例的描述，可以更加清楚本发明的特征和优点。
图1是含有反应腔的氢气发生器的纵向剖视图，其中由微波产生冷等离子体，能透过氢气的隔膜包围该腔；
图2是含有反应腔的氢气发生器的纵向剖视图，其中由脉冲电晕放电产生等离子体，能透过氢气的隔膜包围该腔；
图3是含有反应腔的氢气发生器的剖视图，其中由电极间电晕放电产生冷等离子体，能透过氢气的隔膜安置在该腔中；
图4和5是含有反应腔的氢气发生器的剖视图，其中分别由微波和脉冲电晕放电产生冷等离子体，并具有处理所产生的二级混合物的装置，该装置包括分别宜用于完成所要求的转化及氧化所产生的一氧化碳的特殊的催化剂介质。
图1表示圆柱形反应腔10a，它由有选择地透过氢气的隔膜12包围。放大部分1a表示隔膜12的一个特殊实施例的一部分。它包括较厚的多孔陶瓷(如铝土)的2mm厚外支承件12a，一层薄的通常为20～100μm厚的涂层12b，该涂层是一种对氢气具有有选择的透气率的已知金属、例如钒、铌、钯、钯-银或硅，还具有碳或硫的单原子非金属内层12c。这种类型的超透气隔膜在A.I.Livshits的文章中已有描述，该文章登在由North-Holland出版的“Journal of Nuclear Materials170”，1990(Page 79～92)上。另一个实施例的隔膜12不具有单原子非金属层12c。在这种情况下，支承件12a的金属涂层12b最好是超薄的，换言之其厚度小于20μm。隔膜12由环形圆柱腔14包围，用以收集由金属壁16从外部限定的氢气，金属壁16是能透过氢气的。
在反应腔10a的底部有一入口18部，它具有三个功能，即混合、加热和喷出有关反应气体。安装在入口部18顶部的开口20a，b上喷口装置(未示出)可使气体产生涡流。混合器18(1)通过一螺旋形热交换器24连到燃料(酒精或烃)供给管22，(2)通过同样类型的超级加热器28连到蒸汽供给管26，(3)通过其它的类似的热交换器32连到氧气(或空气)供给管30。
在反应腔10a入口18的下方具有燃烧腔40，在其底部有一燃烧炉42，可燃气体混合物通过管道44与通过管道46的空气一起送入。在腔40内燃烧的气体通过环形烟道48排出，环形烟道48通过排放管49通到外部并包围住氢气收集腔14和热交换器24，28和32。燃烧腔40和环形烟道48由较厚的隔热套50包围，隔热套50由硅石渣棉制成，并具有底47和盖51。管道34a从氢气收集腔14中取走氢气。管道36a从反应腔10a中取走残留的二级混合物。反应腔10a的顶部由窗口38封闭，该窗口可透过微波。
为了在反应腔10a中产生冷等离子体，一个微波发生器52(如工作在3GHz上的磁控管)通过波导管连到腔10a的窗口38上，微波发生器52由供给装置54供给，供给装置发射20-30KV、频率为1～10KHz，时间为数微秒的脉冲。腔10a还具有对加到它内的微波的共振腔，因此它具有与微波半波长整数相等的长度尺寸。因此在有关气体混合物中产生微波放电，这类似于电晕放电。为了改进它们的功效，在反应腔中可以安装相互绝缘的金属尖钉。
图2所示的反应腔10b与图1所示的10a的不同之处在于产生冷等离子体的装置，这些装置包括发射脉冲式交替的高压的供给装置58和分别连到供给装置高压终端和地面上的电极62-66。供给装置58包括一HF发生器58a，它产生由合适的LF电路58b调制的高频。作为一个例子，供给装置58发射10～20KV的交流高压，发射频率为由在约1KHz频率上方波信号调制的约1KHz，脉冲时间为数微秒。所用的HF交替电压的幅度通常稍大于电弧闪击阈值，脉冲时间(每个方向上一半的HF周期)对引起电弧来说显然太短。调制脉冲的HF周期数和HF频率的确切值按照特殊的工作条件来确定，调制脉冲的频率和/或时间按照供给气体以产生所需要的冷等离子体的平均电能来调节。
供给装置58的高压输出终端由强绝缘的第一导体57连到在反应腔10b中部放置的刚性金属棒60上。棒60带有尖钉状的径向电极62。较大数量的尖钉沿棒60规则地排列，尖钉的总数量和它们之间的最佳距离由试验来确定。棒60刚性地固定到强绝缘的密封通道64上，并装到封闭反应腔10b的法兰65上。连到供给装置58的地线上的第二导体59连接到圆柱形细金属网格上。网格66装在反应腔10b内靠近隔膜12内侧面处，这将会引起尖钉电极62和网格66之间的电晕放电。
网格66靠近氢气吸附隔膜12，并处在接地电位而不是供给装置58的高电位上。这是为了防止在网格66和必须对整个装置接地的隔膜12之间的电荷放电。如果放电将损坏围绕反应腔的隔膜12通常含有的薄金属层。关于支承尖钉式电极62并供给来自供给装置58的非常高的交流电压的棒60，应该注意，在电极62和并联元件的地线之间没有大的杂散电容量，在所要求的电荷放电之前或放电期间，在电极62和网格66之间建立了高阻抗。这是由于棒60通过法兰65具有强的绝缘通道64，以及在电极62和该装置的其它元件之间具有相当大的距离，这就可在不受放电干扰的情况下进行生产。
由于供给装置58发射高频交流电压，在电极62～66的一个上可以配以具有高介电常数的绝缘材料层。如果需要这个绝缘材料层可以是多孔的，这将产生对产生冷等离子体特别有效的势垒放电。
图3所示的反应腔10c与图2的10b的不同之处主要在于：选择性地透过氢气并一端封闭具有手套手指形的隔膜68放置在反应腔10c的中部。隔膜68的壁与上述实施例中隔膜12的相同。反应腔10c包含圆筒形的网格70-72，它们分别连到与电压供给装置58相连的导体57-59上，这样做的结果使脉冲式AC高压加到网格72和地线，以及围绕隔膜68的网格70上。腔10c的外壁74是一个绝缘器，可透过氢气并宜于经受反应腔10c中较高的压力。网格72靠近壁74但没有引发不想要的电荷放电的危险。至少一个网格装有径向电极76-78。腔68的内部是用以收集氢气的腔80，并具有轴向排放管34c。腔10c具有残留的二级混合物的出口管36c。
图4和5表示本发明的另两个实施例，它们不具有任何吸附反应腔中所产生的氢气的隔膜。
在这两种情况下，隔膜由两个与反应腔10d，e同轴的环形空间82～84代替。在这些空间中对在腔中按方程式(1)到(4)转化主混合物而产生的二级混合物进行附加的处理。环形空间82包围每个反应腔10d，e。该空间的上游端与该腔的下游端联通。空间82中填充用以将甲烷转化成氢气的涂镍颗粒的催化剂。环形空间84包围燃烧腔40的环形烟道。空间84的底部与空间82的下游端通过管道86联通，与氧气供给装置通过管道88联通。环形空间84填充用以氧化一氧化碳的涂铂颗粒的催化剂。处理后的二级混合物的出口管90连到环形空间84的顶部。
参见图1，2和3，在44处用可燃气体混合物供给燃烧器42，可燃气体混合物可包括从一个出口管36a，b，c回收的残留的二级气体混合物及可能与在22处送入反应腔10a，b，c内相同的其它附加燃料。在燃烧室40环形烟道48的底部具有三个热交换器28-28-32，三种成份的待转化的预混合物(即通过管22-26-30供给的可燃气体、蒸汽和氧气或空气)在送入反应腔10a，b，c的进口18之前通过它们进行预热。
在进口18处，三种成份完全混合并由燃烧器40猛烈加热。若燃料是甲烷，主混合物所要求的温度是500℃左右，若燃料是甲醇主混合物要求的温度是250～300℃。每种燃料(包括与一氧化碳混合的甲烷，由重燃料、液态或固态燃料气化装置同时生产)具有转化成氢气的温度特性。因此燃烧器42火焰的烈度取决于待转化的可燃气体的性质。安装在进口18顶部的开口20a，b上的喷射口产生进入有关反应腔10a，b，c的已加热的主混合物的涡流，因此在全部主混合物和与混合物接触的反应腔10a，b，c的外壁之间建立了有效的热交换。腔10a，b，c的外壁由在燃烧腔40的环形烟道内的燃烧后的气流直接(图3)或间接(图1～2)加热。
由于输入脉冲AC高压(在10，b，c)的电极62-66或76-78或脉冲式微波(10a)在反应腔中产生电荷放电，故冷等离子体穿过腔中的主气体混合物。冷等离子体的存在引起了上述方程式(1)到(4)的化学转化。在甲烷的情况下，冷等离子体反应腔的温度调到500℃，这将产生上面限定的二级气体混合物。有选择地透过氢气的隔膜12(图1-2)和68(图3)吸附二级混合物中新产生的氢气并传到氢气收集腔14或80内。这种选择性的薄膜12或68还具有如上所述的反应中动态热平衡点的正向移动作用。另外，腔中的压力必须高到足以直接输送燃料电池。
在现在可以得到的有选择地透过氢气的隔膜的技术状态中，冷等离子体反应腔的最大氢气生产能力远大于任何隔膜的吸附能力。因此，为了在冷等离子腔将甲烷转化为氢气的能力方面获得尽可能大的利益，应加大有关隔膜的氢吸附能力，尤其应增大隔膜的表面积。
因此，本发明的大致纯净的氢气发生器的优点是明显的。与工业上目前使用的具有同样功能的装置相比，本发明的发生器具有：(1)非常小的总体尺寸和重量，(2)相当低的操作温度，(3)随之减少的热能，(4)很少的维护要求，(5)相当低的总体成本，以及(6)具有易于装在批量生产的电车上或易于运输的小型和中型功率的发电设施上的可能性。
参见图4和5，使用催化剂、附以冷等离子体反应腔的反应器，用来处理所产生的二级混合物，这就使它能直接用于某些类型的燃料电池上，而不是工作在相当高温度上的PEM型上。包含涂镍颗粒的环形反应器82在冷等离子体腔10d，e中完成从甲烷到氢气的转化。含有涂铂颗粒并接收氧气的环形反应器84，氧化通过它的二级混合物中含的一氧化碳，使它们转化为二氧化碳。图4和5所示的两种氢气发生器是本发明装置的改进形式，它具有许多超越同功能先有技术装置的优越性，它们是小型的且成本低廉。它们宜用于固定的或不大移动中型能量的设施上。
本发明不仅限于上述实施例及其用途。
本发明的大致纯净的氢气发生器显然并不仅可用来供给燃料电池。这些发生器尤其适用于装备工业上及大学的化学实验室，在这项应用中，最好用来自气源的天然气供给它们。
多个有选择地透过氢气并在每个端部封闭的呈手套手指状的隔膜68可装在同一个冷等离子体腔中。在这种情况下，在两组相互安装并分别连到高压供给装置和地线上的电极之间产生等离子体。两组电极最好是类似于上面描述的电极，尤其是金属网格或带尖钉的金属棒。它们装在反应腔中，以宜于布置合适的隔膜。这样，在一给定的反应腔的容积内，增加了隔膜的表面积，因此也增大了总的吸附氢气的能力。这些隔膜的氢气收集腔连到通向反应腔外的排放管道上。
有选择地透过氢气的隔膜12和68的多孔支承件12a不必是陶瓷的。任何多孔的耐热固体材料均适于作这种支承件。
本发明用于生产仅含氢气或与二氧化碳混合的气流以直接供给低温工作的燃料电池的两个步骤不必在同一装置内进行。在这种情况下，由每一装置产生的二级气体混合物的恰当的处理工作可在靠近第一装置的第二装置中进行。

Claims (14)

1.一种大致纯净氢气的发生器，包括
一个反应腔(10a，b，c)，至少一种可燃气体如烃、酒精或一氧化碳，和蒸汽和/或氧气和/或空气形成的主气体混合物喷入其中，
上述反应腔宜于转化上述主混合物，以产生专门包括由氢气、二氧化碳以及通常还有一氧化碳和残余的喷射出的主混合物形成的二级气体混合物，
一个加热装置(18-40)，它与上述腔配合以在腔内建立和保持宜于进行特殊转化的较高的平均温度，
其特征在于：它还包括：
在反应腔(10a，b，c)内产生冷等离子体的装置(52-56或58-62-66)，该装置宜于在气体平均温度没有大的增加的情况下激励有关气体的化学活性；和
一个具有高选择性地透过氢气的隔膜(12-68)，在反应腔(10a，b，c)和收集所产生的氢气的腔之间形成隔板。
2.按照权利要求1的氢气发生器，其特征在于：在上述反应腔中产生上述冷等离子体的装置包括：
一个微波发生器(52)，该发生器由短周期脉冲调制的高压供给装置(54)供给，脉冲的频率在1KHz量级，时间为数微秒；和
反应腔(10a)的纵向尺寸是所产生的微波波长的整数倍。
3.按照权利要求1的氢气发生器，其特征在于：在上述反应腔(10b，c)内产生上述等离子体的装置包括：
发射短周期脉冲的高压供给装置(58)，
两个相互绝缘的电极(62-66或76-78)，它们分别由导体(57-59)分别连到供给装置(58)的高压端和接地端，
上述电极(62-66或76-78)放置在反应腔(10b，c)内，从而由于供给装置(58)提供的高压脉冲的作用在它们中能产生低电流的电荷放电；和
加上电压的电极(62或66)与设备的总地线具有良好的绝缘性。
4.按照权利要求3的氢气发生器，其特征在于：供给装置(58)包括：
一个产生高频交流电压的HF电路(58a)，其频率在1MHz的量级，最大电压范围在数千伏；和
产生短脉冲的LF电路(58b)，其频率在1KHz量级，时间为数微秒，作为调制脉冲加到HF电路(58a)上。
5.按照权利要求1的大致纯净氢气的发生器，其特征在于：具有高选择性地透过氢气的隔膜(12-68)包括：
一个具有较大厚度的壁的中空的支承件(12a)，它由多孔的固态耐高温材料制成；和
一层金属的能透过氢气的超薄涂层(12b)，它沉积在构成等离子体反应腔(10a，b，c)一个壁的支承件(12a)的面上。
6.按照权利要求1的超纯氢气发生器，其特征在于：具有高选择性地对氢气的透气性的隔膜(12-68)包括：
一个具有较大厚度的壁的中空的支承件(12a)，它由固态的多孔的耐高温材料制成；
一层金属的能透过氢气的超薄涂层(12b)，它沉积在用作反应腔(10a，b，c)一个壁的支承件(12a)的面上，
上述具有如硫或碳的单原子非金属层(12c)涂层涂在外侧，从而使隔膜(12)能起到对转化期间产生的原子氢的超级穿透膜的作用。
7.按照权利要求3的氢气发生器，其特征在于：
有选择地透过氢气的隔膜(12)包围反应腔(10b)，并构成它的外壁：
一个牢固安装在反应腔(10b)中部良好电绝缘的密封通道(64)上的刚性金属棒(60)，它携带大量的径向电极(62)并连到由供给装置(58)供给的高压上，
一个靠近隔膜(12)的金属网格(66)连到供给装置(58)的地线上。
8.按照权利要求3的氢气发生器，其特征在于：
反应腔(10c)包围隔膜(68)，隔膜有选择地透过氢气，
隔膜(68)呈手套的手指形状并包住氢气收集腔(80)，
腔(10c)的外壁(74)是电绝缘的，
连到供给装置(58)高压上的第一电极(72-76)安置在靠近该壁(74)处，和
连到供给装置(58)地线上的第二电极(70-78)安置在靠近隔膜(68)处。
9.按照权利要求8的氢气发生器，其特征在于它包括：在同一个冷等离子体反应腔中，若干手套手指形隔膜和若干附加的电极组，电极的配置、形状和数量取决于所用的隔膜的配置。
10.按照权利要求1的大致纯净氢气的发生器，其特征在于：
反应腔(10a，b，c)在其底部具有带顶部和底部宜于混合和加热构成上述主混合物的气体的进口(18)，
上述底部暴露到燃烧室(40)的燃烧器(42)的火焰中，
上述顶部具有开口(20a，b)，开口处装有喷口，宜于将加热后的主气体混合的涡流喷入反应腔(10a，b，c)。
11.按照权利要求10的氢气发生器，其特征在于：
燃烧腔(40)包括包围反应腔(10a，b，c)的环形烟道(48)，
输有相应主气体混合物的成份的热交换器(24，28，32)安置在上述烟道(48)的底部，并排入进口(18)，
一隔热壳(50)包围燃烧腔(40)和环形烟道(48)。
12.一种大致纯净氢气的发生器，包括：
一个反应腔(10d，e)，由如烃或酒精的至少一种可燃气体，和蒸汽和/或氧气或空气形成的主气体混合物喷入反应腔，
上述反应腔宜于转化上述主混合物，以产生专门由氢气和二氧化碳，通常还有一氧化碳和残余的喷射的主气体混合物形成的二级气体混合物，
加热装置(18-40)与上述腔配合以在腔中建立和保持有利于进行专门转化的较高的平均温度；
其特征在于：它还包括：
在反应腔(10d，e)中产生冷等离子体的装置(52-56或58-63-67)，该装置在这些气体的平均温度没有大的增加的情况下激励有关气体的化学活性，
加热装置包括安置在反应腔(10d，e)外侧的燃烧室(40)，
两个附加的反应腔(82-84)并列安置在围绕冷等离子反应腔(10d，e)并位于其后，上述附加的腔包含宜于改进上述转化并消除上述二级气体混合物中一氧化碳的相应的催化剂，从而生产主要由氢气和二氧化碳形成的最终气体混合物。
13.按照权利要求12的氢气发生器，其特征在于：上述附加的腔包括：
一个较窄的与等离子体腔(10d，e)共用一个壁的第一环形空间(82)，
一个围绕第一空间(82)并由与燃烧腔(40)配合的环形烟道(48)与第一空间分开的第二环形空间(84)，
第一空间(82)包含宜于在冷等离子腔(10d，e)中进行完全转化的第一催化剂，
第二空间(84)包含宜于将一氧化碳转化为二氧化碳的第二催化剂；
第一空间(82)的上、下游侧分别与冷等离子体反应腔(10d，e)的下游侧和第二空间(84)的上游侧联通；
第二空间(84)的上、下游侧分别连到氧气或空气供给管道(88)和取走以这种方式获得的最终气体混合物的管道(90)；
热保护壳(50)包围上述第二空间(84)。
14.一种生产气流的方法，该气流包括来自可燃烧气体和蒸汽和/或氧气和/或空气形成的主气体混合物的、用以供给低温工作的燃料电池的氢气，其中上述主混合物在加热后送到中等温度的反应腔中，在该腔中产生专门由氢气和二氧化碳、通常还有一氧化碳和残余的主混合物的二级气体混合物，该方法的特征在于：上述反应是冷等离子体转化操作，上述转化操作或是配合用具有高选择的对氢气透气性的薄膜来吸附氢气，或是接着一个回收混合物的步骤，该混合物包括氢气和由氧化二级混合物中的一氧化碳而得出的二氧化碳。
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