[发明专利]一种催化协同旋转滑动电弧放电等离子体发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化协同旋转滑动电弧放电等离子体发生装置，属于等离子制氢技术领域。

背景技术

氢气作为一种可再生的二次能源，具有热值高、反应速度快、可通过多种反应途径制得，并能以气态或液态储存等优点。氢气的燃烧和电化学反应的产物均为水，因此以氢气为能源可以有效的缓解温室效应、酸雨、环境污染等问题。

尽管氢气作为化石燃料的替代能源存在诸多优点，但其制备与贮存方式限制了其进一步应用。传统的制氢技术是以化石燃料为原料，采取水蒸气重整法、部分氧化法或自热重整法，在制得氢气的同时，产生大量的二氧化碳，因此对环境会造成很大的负面影响。同时，传统制氢技术在能源利用率方面较低。而等离子体制氢是近十几年来发展起来的一种制氢技术，它是利用气体通过高压电极间的空间时，电极间流动的电子使气体分子分裂，产生物质的第四态——等离子体。由于等离子体中存在活性自由基（如O、OH、O₃等），因而可引发部分化学反应的发生。等离子体制氢装置结构简单、制氢速度快、启动快、可以不用催化剂、可在常温常压下、极短的时间和较小的反应空间内引发制氢反应，因此被认为是多变条件下小规模生产氢气的理想选择。

目前主要的等离子体制氢技术包括电晕放电等离子体重整制氢、介质阻挡放电等离子体重整制氢、微波放电等离子体重整制氢和滑动电弧放电等离子体重整制氢等。其中滑动电弧放电因其可以同时保持高水平的非平衡等离子体，电子温度和电子密度高，且制造成本较低而广受关注。

一般的滑动电弧等离子体制氢装置中，放电区域近似二维平面，放电面积小，导入的气体进入反应腔，在高压电弧的作用下进行电离。为了推动电弧的不断产生，导入的气体必须保持较大的流速，因此导致气体在放电区域停留时间过短、反应不充分。而增大放电区域的面积可提高氢产率以及单位时间的氢产量。本发明采用旋转滑动式电弧放电，放电区域为三维，且放电时间长。采用催化剂协同反应，可进一步提高转化效率。

发明内容

本发明为了提高滑动电弧等离子体制氢装置的制氢效率和氢气产量，针对传统的滑动电弧等离子体制氢装置存在的上述问题，根据等离子体的特性，提供了一种催化协同旋转滑动电弧放电等离子体发生装置。

本发明一种催化协同旋转滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征包括外壳、催化剂腔体、中心电极、中心电极接线柱、外电极、外电极接线柱、螺旋气道和底座。它们之间的位置连接关系是：外电极接线柱固定于底座上设置的外电极孔内，且一端通过螺纹与外电极连接；中心电极接线柱固定于底座上设置的中心电极孔内，且一端与中心电极连接；底座上设置的进气口的内侧对准螺旋气道的进气端；中心电极、外电极以及外壳都固定于底座上。催化剂腔体置于外壳内部的反应腔内，通过催化剂腔座下边沿的凸起固定在外电极上方。

所述底座为圆柱结构，其上分别设有外电极孔、中心电极孔、进气口；在其上方开有两阶同心凹槽，第一阶大径凹槽固定外电极，第二阶小径凹槽固定螺旋气道。其中第一阶大径凹槽设有内螺纹，与外电极下端的外螺纹连接；在底座的侧面分别设有两个电极孔，其沿底座的中心线呈上下布置，上方电极孔内固定有外电极接线柱，下方电极孔内固定有中心电极接线柱；与电极孔相对的另一侧设有进气口，其内侧对准螺旋气道的进气端。

所述螺旋气道为圆柱结构，其圆周面设有螺旋槽，中央设有通孔，用来固定中心电极。

所述中心电极为上方圆台形，下方为柱形，固定于螺旋气道的中央通孔内。其下方设有螺纹孔，用来与中心电极接线柱连接。

所述外电极为圆筒结构，固定于底座的第一阶凹槽内，其下段设有螺纹孔，用来与外电极接线柱连接。外电极下方设有外螺纹，用来与底座的第一阶凹槽的内螺纹连接。

所述外壳为圆筒结构，上方为圆弧形，并设有出气口，其下端与底座固连。

所述外电极接线柱为柱状结构，固定于外电极孔内，一端设有外螺纹，与外电极连接。

所述中心电极接线柱为柱状结构，固定于中心电极孔内，一端设有外螺纹，与中心电极连接。

所述催化剂腔体由催化剂腔盖和催化剂腔座组成。催化剂腔盖通过边沿的凸起部分与催化剂腔座牢牢固定。催化剂腔体通过下端边沿凸起固定于外电极上方。催化剂腔盖和催化剂腔座其上都设有方孔，在该腔体内加入催化剂，反应气从腔体底部的方孔进入催化剂腔体内，经催化协同作用后，从催化剂腔盖的方孔排出。

本发明的工作原理及工况简介如下：