[发明专利]车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料的微波等离子在线转换制氢技术、车载低温等离子转换器控制领域，特 别是微波等离子反应腔的氢气转换器及其车载控制系统。

背景技术

氢或富氢气体是一种很好的添加剂，可以显著改善发动机碳氢燃料的燃烧特性。应用于 火花塞点火和压缩着火发动机的局部富氢技术可以显著减少燃料消耗和污染气体排放。对于 车辆应用来说，使用如汽油、柴油、乙醇等碳氢燃料车载生成氢或富氢气体是一项关键技术。

把碳氢燃料分子重整为氢或富氢气体的技术主要有热解和电解的方法。在热解方法中， 高温状态输入热能来打开存在的C-H键和O-H键。然而，在电解方法中，碳氢燃料输送到 强电场区域，C-H键和O-H键断裂(电离成等离子状态)，然后重新聚合为富氢气体。乙醇和 水的化学反应是CH₃CH₂OH+H₂O→2CO+4H₂。在这个反应中，理论上每摩尔乙醇需要 255.43KJ的能量。

微波能量驱动的微波低温等离子体重整器具有高效、易控制、即时启动的优点。磁控管、 速调管或其他微波源可以产生驱动低温等离子体重整器的微波能量。微波低温等离子体重整 器最常用的频率是2.45GHz。微波低温等离子体重整器也可以使用其他频率。

产生微波低温等离子体不需要任何电极。在特殊设计的谐振腔里微波能量可以激发等离 子体。这一稳定持续的微波等离子体可以用于重整碳氢化合物以制氢。微波等离子体重整器 避免使用贵金属催化剂。这使得制氢和净化系统极大简化。

一些研究者已经用不同方法研究了微波等离子体。Read利用了微波驱动的等离子体喷 射装置进行均匀的高能喷射。等离子体喷射器没有使用绝缘放电管，所以可以达到很高的微 波功率，用于推进器。Podder使用2.45GHz的3KW微波磁控管研究了氩等离子体的性质。 Sekiguchi作了微波放电生成大气中的纯蒸汽等离子体的研究，以及用等离子体重整碳氢化 合物制氢的研究。在实验测试中，Sekiguchi使用了氩气这种很容易被激发成等离子状态的 气体，来激发等离子体，并使用了一个不具有热再生、微波功率和流控制的矩形谐振腔。 Nakanish研究了用微波蒸汽等离子体重整碳氢化合物，特别关注于不同碳氢化合物己烷和 异辛烷。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统。它用汽油、柴 油、酒精、水及其混合物等来制备富氢气体。本发明采用了新的微波等离子体重整器结构， 设计了初始激发微波等离子体的自启动技术，用于点燃微波低温等离子体。微波能量有效维 持着微波等离子体的燃料重整，微波发生磁控管用液体冷却剂冷却，传递给冷却剂的热量重 新利用来预热液体燃料和水，微波的功率和气体流速根据需要连续可控。所有的新重整器系 统使得微波等离子体在大气压下非常简单和容易运行。本发明避免了许多微波低温等离子体 应用中使用真空泵产生低压的困难和复杂程度。

本发明的上述目的特点通过以下技术方案实现，结合附图说明如下。

一种车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统，主要由系统控制器1001、电源供 应调节器1019、微波发生磁控管1020、波导1021、共轴发射装置1022、谐振腔1018、热 交换器1007和蒸发器1008组成，所述系统控制器1001控制燃料和水的流速及微波功率， 所述的电源供应调节器1019用来调节微波发生磁控管1020的电源功率，微波发生磁控管 1020将电能转化为2.45GHz频率的微波，然后通过共轴发生装置1022发射到谐振腔1018， 所述谐振腔1018也是等离子体反应重整器腔室，所述微波发生磁控管1020用液体冷却剂 1006冷却，热量通过热交换器1007传递给液体燃料和水，液体燃料和水进入蒸发器1008 蒸发形成蒸汽进入微波谐振腔1018，安装在火花点火装置连接座1017上的火花点火装置将 重整器内腔的化学物质激发为等离子状态，火花点火装置通过火花点火装置控制器1025控 制开与关。

微波低温等离子体重整器系统

微波等离子体重整器系统的发明参阅图1所示。一个电源供应调节器1019用于调节电 源功率，例如车载电池，来满足微波发生磁控管1020的需要。微波发生磁控管1020把电能 转化成2.45GHz频率的微波输出。微波在波导1021里传播，然后被共轴发射装置1022发射 到谐振腔1018即重整器腔室内。