一种热等离子体炬在电场空间高温热解电解水制氢的装置制造方法及图纸

一种热等离子体炬在电场空间高温热解电解水制氢的装置，涉及电解水制氢领域。包括用于热解水的热等离子体炬、高压水柱，用于阻止等离子体复合的线圈、铁芯、电离导管、导电板、接地线，用于储存氢离子气体的引风机、氢离子气体管、储气囊壳、储气囊膜，用于驱动氢离子气体的压缩机、压缩气体管等部件。所述高压水柱与热等离子体炬在铁芯磁场的电离导管内部空间汇合热解成等离子体，感应电场作用等离子体的电子经导电板流向接地线，等离子体相变为带正电荷的氢离子气体。所述压缩机通过压缩气体管端口对接储气罐阀门进行压缩氢离子气体的灌装，罐装氢离子气体可作为氢内燃机的燃料。实现了对水中氢离子气体的开采、储藏及转换动能利用的理想。能利用的理想。能利用的理想。

【技术实现步骤摘要】
一种热等离子体炬在电场空间高温热解电解水制氢的装置


[0001]本专利技术属于电解水制氢的领域，尤其涉及的是以热等离子体炬加磁场感应热解电解水制带电氢离子气体的装置。

技术介绍

[0002]近百年来，人们逐渐疯狂的开采地球内部的石油、煤炭、天然气等化石矿物，通过燃烧化石矿物获得热能来满足人类社会生存和高速发展的需要。但是，过渡消耗化石能源造成了环境污染的危机。在近几十年，人们注意到，水也是自然界存在的一种矿物。因水中存在氢元素，不但能够燃烧，且燃烧过程没有二氧化碳排放。因此，有人提出了电解水制氢及在工业上大规模分布应用的设想。目前，比较成熟和清洁的电解水制氢技术有：
[0003]1.碱性电解池水电解制氢技术；
[0004]2.固体聚合物电解水制氢(SPE)技术；
[0005]3.高温固体氧化物电解水制氢技术；
[0006]由于上述电解水制氢技术存在电能消耗大、制氢成本高、效率低的缺陷，至今也没能在工业上大规模分布应用。
[0007]2005年1月，清华大学毛宗强教授在《氢能——21纪的绿色能源》一书的第68
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69页[1]中指出：
[0008]水的裂解反应为
[0009]ΔH＝241.82kj/mol
[0010]这是一个很强的吸热反应，常温下平衡转化率极小，一般在2500℃时才有少量水分解。实际上，水裂解时产生H、H2、O、O2、OH、HO2和H2O。其组分与温度的关系如图1所示。
[0011]水直接热分解为氢和氧的反应，氢的平衡摩尔比在2000k(1727℃)时为0.036，3000k(2727℃)时为0.1。即必须将水加热至3000℃以上，反应才有实际应用的可能。
[0012]由于操作温度太高，在高温条件下出现许多问题，可归纳为以下三个方面：
[0013]1.热源。由于水直接裂解的温度在2000℃以上，所以热源本身就是大问题。现在看来有希望的热源只有太阳能和核聚变热。而后者的可能性更大，但热核聚变工业化还有很长的时间。
[0014]2.材料问题。在2000℃以上的温度，材料也成为大问题。金属材料几乎都不能胜任，只能寄希望于非金属材料，如陶瓷材料，碳材料等。还可以通过结构设计来强化材料的强度，使之能在2000℃的高温下工作，但寿命问题还没有答案。
[0015]3氢和氧的分离。高温直接热解水生成氢、氧、原子氢、原子氧等多种组分，这些组分混合在一起，如何安全，有效的将氢和氧分离也是重要的难点。利用氢和氧的差别，特别是重力场，磁场等差别，可以分离，但尚未见文献报道。
[0016]鉴于毛宗强教授上述三个方面的难点，人们一直认为高温热解水制氢不具备普遍的实用意义。
[0017]2012年1月，由于得到中国国家自然科学基金面上项目(编号60871066和60971042)以及中国国防科技重点实验室基金项目(编号9140C87020410JB3403)的资助，国防工业出版社出版了由武占成，张希军，胡友志编著的《气体放电》一书。
[0018]在文献《气体放电》的第11页[2]，作者指出：
[0019]如果电子能量足够大，电子与原子碰撞后引起原子内部变化，即可使原子激发或电离。这种碰撞称为非弹性碰撞。
[0020]如果将原子用符号A表示。A
*
表示激发态原子。A
+
表示电离态原子，即离子。那么电子与原子碰撞以后就会发生下面的反应。
[0021]A+e
→
A
*
+e
[0022]A+e
→
A
+
+2e
[0023]原子A被电离释放出一个新电子，这一过程称为碰撞电离。
[0024]……
H气体的激发能为10.60eV，电离能为13.56eV。
[0025]在文献《气体放电》的第33
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34页[3]，作者指出：
[0026]等离子体(plasma)是区别于固体、液体和气体的又一种物质存在的聚集状态。所以，人们称其为物质第四态，或称为等离子态。
[0027]……
等离子体在性质上与普通气体有很大的区别。如普通气体中的粒子主要进行杂乱的热运动；而在等离子体内，除热运动外，还能产生等离子体振荡，特别在有外磁场存在的情况下，等离子体的运动将受到磁场的影响和支配，这是等离子体与普通气体的重要区别。
[0028]在文献《气体放电》的第42页[4]，作者指出：
[0029]气体导电起因于放电中电子和离子的流动。放电正柱等离子体由中性原子、电子和离子组成，可是在宏观上放电正柱空间任意一点又呈电中性，这种现象是带相反电荷粒子间的强相互作用的结果。等离子体中的电荷分离仅可能由外加电场或等离子体本身的内能(热能)来维持。
[0030]如果在放电正柱空间某一点上，出现了电荷的不平衡，即n
e
≠n
i
(n
e
为电子的密度、n
i
为离子的密度)，那么电子和离子间相互作用的电场将强迫电子和离子浓度一致起来，即恢复电荷的平衡。设想在一个电荷浓度为10
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/m3、体积为10-6
/m3的放电等离子体里，假若出现了1％的电荷不平衡，此时在半径R为1cm的球面处产生的电场强度为
[0031][0032](上式中e为电子的电荷，e＝1.6
×
10-19
库仑、ε0为绝对介电常数，ε0＝8.85
×
10-12
法拉/米)
[0033]计算结果表明；欲使正、负电荷分离的任何尝试，都将产生很强的电场。电子在这个场中将得到约10
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m/s2的加速度，这样的加速度是很惊人的。
……
。
[0034]从文献《气体放电》提供的这些当时国内外在高温等离子体领域的研究成果和实验数据中，本专利技术人注意到《气体放电》11页最后1行：
“……
H气体的电离能为13.56eV”的实验数据。深感现有技术无法实现13.56eV的电离温度。这意味，热解电解水制氢设想的不可能性。
[0035]然而，当看到文献《气体放电》34页13行：
“……
而在等离子体内，除热运动外，还能
产生等离子体振荡，特别在有外磁场存在的情况下，等离子体的运动将受到磁场的影响和支配，这是等离子体与普通气体的重要区别”的理论表述。本专利技术人经过长时间的深入思考，灵感突现并领悟到，热解电解水制氢并不一定非要用13.56eV的高温。如果在等离子体存在的空间施加一个当量磁场，通过等离子体与磁场相互感应电场对局部空间中等离子体的电子行为进行调制，同样能够热解电解水。这样，本专利技术人似乎又看到了热解电解水制氢的可能性。
[0036]那么，所感应的电场强度E值是多少呢？文献《气体放电》第42页第22行给出：在半径R为1cm的球面处产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热等离子体炬在电场空间高温热解电解水制氢的装置，包括底座(1)，冷水管接头(2)，压力水管(3)，工作气体管接头(4)，高压水泵(5)，电缆线(6)，回水管接头(7)，支撑架(8)，散热器(9)，热等离子体发生器(10)，喷头(11)，高压水柱(12)，热等离子体炬(13)，联通水管(14)，循环水管(15)，线圈(16)，热水管(17)，铁芯(18)，铁芯固定架(19)，电离导管(20)，引风机(21)，单向阀门(22)，导电线(23)，变相开关(24)，负载正极(25)，负载(26)，负载负极(27)，接地线(28)，冷却水道(29)，导电板(30)，储水箱(31)，氩气瓶(32)，氢气瓶(33)，控制箱(34)，200kw逆变电源(35)，100kw逆变电源(36)，避雷针(37)，压缩气体管(38)，压缩机(39)，密闭阀门(40)，地基基础(41)，储气囊壳(42)，阻升网(43)，储气囊膜(44)，氢离子气体管(45)，氢离子气体(46)，底座(1)的下端面放置在地表某一水平地面，底座(1)上平面的左侧与高压水泵(5)的底部固定连接，高压水泵(5)左侧下部的孔固定连接冷水管接头(2)的一端，高压水泵(5)左侧上部的孔固定连接压力水管(3)的一端，压力水管(3)由三通接头分为两条管路，压力水管(3)的一条分管与喷头(11)的一端内径孔固定连接，压力水管(3)的另外一条分管与热等离子体发生器(10)后端内径的冷却水道固定连接，热等离子体发生器(10)的外径上部右侧的孔与循环水管(15)的一端内径固定连接，热等离子体发生器(10)外径上部左侧的孔与工作气体管接头(4)的一端固定连接，热等离子体发生器(10)右端的内径由内向外喷射热等离子体炬(13)，热等离子体炬(13)中部的某一段位置点与喷头(11)喷出的高压水柱(12)交汇，热等离子体发生器(10)的外径下部两边与两根支撑架(8)的上端固定连接，两根支撑架(8)的下端与散热器(9)的上端面固定连接，散热器(9)的左侧孔与回水管接头(7)的一端固定连接，散热器(9)的右侧孔与热水管(17)的一端外径固定连接，散热器(9)的底部与底座(1)左侧的上平面固定连接，散热器(9)的右侧由左向右横向排列放置8个铁芯固定架(19)，8个铁芯固定架(19)的底部分别与底座(1)中部上平面固定连接，每个铁芯固定架(19)上端面备制有若干个螺丝孔，8块铁芯(18)分别竖向由螺丝固定安装在铁芯固定架(19)的凹槽中，每块铁芯(18)的上部铁芯穿越一组线圈(16)的内径，每块铁芯(18)的侧边中部都有一空气间隙，8块铁芯(18)横向前、后交叉排列，其侧边中下部空气间隙形成的横向长方体空间内固定安装电离导管(20)的长方体外壳，电离导管(20)的长方体外壳内部空间的容积大于热等离子体矩(13)的圆柱体体积若干倍，电离导管(20)内部底面固定安装长度与电离导管(20)长度相等的长方体导电板(30)，导电板(30)的右侧一端与导电线(23)的一端固定连接，导电线(23)的另外一端与变相开关(24)的可变相闸刀固定连接，变相开关(24)的竖向导线与负载正极(25)的导线连接，变相开关(24)的横向导线与接地线(28)的一端以及负载负极(27)的导线连接，接地线(28)的另外一端与地球表面以下埋放的导电金属板连接，负载(26)的底部与底座(1)右侧上平面的位置固定连接，电离导管(20)外壳的前后两边壳分别固定安装一根冷却水道(29)，后边冷却水道(29)外壳右侧的孔与循环水管(15)的另外一端内径固定连接，后边冷却水道(29)外壳左侧上面的孔与联通水管(14)的一端连接，联通水管(14)的另外一端与电离导管(20)前边的冷却水道(29)外壳左侧上面的孔固定连接，前边冷却水道(29)外壳右侧的孔与与热水管(17)的一端内径固定连接，电离导管(20)的右侧端口与引风机(21)的左侧进风孔密封固定连接，引风机(21)的底部与底座(1)右侧上平面的位置固定连接，引风机(21)的右侧排风孔与单向阀门(22)的左侧管道的外径密封固定连接，单向阀门(22)的右侧管道外径与氢离子气体管(45)的一端管道内径密封固定连接，氢离子气体管(45)的另外一端管道内径与储气囊壳
(42)的右侧进风孔密封固定连接，储气囊壳(42)圆形圈的上端部与储气囊膜(44)的有盖无底圆桶形囊膜下部膜边密封固定连接，储气囊壳(42)圆形圈的下端部与地基基础(41)右侧的上平面胶合密封固定连接，地基基础(41)上平面固定的若干个拉环与阻升网(43)的若干根尼龙缆线固定连接，阻升网(43)覆盖在充足气体的储气囊膜(44)的外表面，储气囊壳(42)圆形圈的左侧外径的圆孔与密闭阀门(40)的一端管道外径胶合密封固定连接，储气囊壳(42)上端圆边与储气囊膜(44)下部膜边胶合的可伸缩空间内储藏氢离子气体(46)，密闭阀门(40)的另外一端管道外径与压缩机(39)右侧的进气圆孔密封固定连接，压缩机(39)左侧的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：董长军，董天翔，
申请(专利权)人：嘉兴禾工能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：