内燃机废气电气体发电及等离子体化学反应制氢方法技术

本发明专利技术涉及利用内燃机废气进行电气体发电，再利用此电能进行等离子体－化学反应制氢的方法。所产氢气作为内燃机自身运转的燃料或储存备用。过程为：内燃机废气－电气体发电－等离子体一化学反应制氢。无需额外消耗能源，成本低。装置体积小，结构简单，可再生，清洁，环保。并可充分利用现有的庞大工业体系，是在内燃机基础上实现氢能源的最佳途径。氢能的利用，其意义并不仅在于解决石油短缺或环保问题，而是历史发展的必然。氢在内燃机上的广泛使用必将带动一场新的技术革命，并将把人类社会带入一个新的文明阶段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机能源领域，具体涉及利用内燃机废气制取氢气的方法与装置，属于国际专利分类F02B内燃机，F02M“一般燃烧发动机可燃混合物的供给”

技术介绍
目前国际石油资源已呈现枯竭状态，石油价格持续攀升，呈上升趋势，而人类的主要交通工具——汽车的数量及其他内燃机却有增无减。其中，仅汽车现已达7亿多辆，消耗了石油燃料的46％，同时也排放出了大量污染环境的废气。化石燃料大量使用的结果，让人类面临能源与环境的双重挑战，迫使人们不得不探索、研究、开发利用清洁和可再生的新能源，而氢正是众所瞩目的新型能源之一。目前，在汽车上实现氢燃料的途径有四种一是高压储氢；二是液态储氢；三是吸附储氢；四是金属氢化物。由于氢的特殊性质，要使氢燃料完全代替目前石油燃料，并非指日可待。这就迫使人们继续寻找制造氢燃料的新途径。其中，低成本氢的大量制取及安全储运和有效使用是最为关键的问题。因此有关氢技术的任何新进展及突破，都将震动整个能源界及汽车工业。以氢为燃料并不仅仅是因为石油短缺或者保护环境的需要，而是历史发展的必然要求。氢的使用必将带动一场新的技术革命，并将人类社会带入新的文明阶段。
技术实现思路
原理根据内燃机的热平衡，散发热量占28％-33％，排气热量占34-36％，机械损失及其他热量占6-9％，有用功热量仅占22-32％。如果一辆小轿车的功率是100kw，那么它散发热量近似103kw，排气热量近似130kw，机械损失及其他热量约28kw。散发热量和排气热量占内燃机总热量相当大的部分。如何有效利用内燃机的散发热量和排气热量十分关键。内燃机排气温度一般在600-900℃，有一定压力，对于电气体发电来说，已有相当可观的热效率。利用排出的废气进行电气动力学发电(以下简称电气体发电)，进而等离子体—化学反应制氢，理论上可行，毋庸质疑。问题是电气体发电制氢，所得氢的产量能否维持或满足该内燃机自身运转的需求。现在我们通过数据来说明设一辆汽车的功率是100kw，热效率是27％，散发热量是30％，排气热量是35％，则汽车发动机总热量是100kw÷27％＝370.4kw；排气热量是370.4kw×35％＝130.0kw；散发热量是370.4kw×30％＝111.1kw。现在利用该汽车废气进行电气体发电，可以产生多少电能？用此电能进行等离子体—化学反应制氢的产量能否满足或维持自身正常运转？ 废气—电气体发电，就是采用电气流体动力学方法，用含有一定能量的排出废气，推动带电粒子前进做功，由低电位到高电位的金属电极，实现热能直接转换成电能的过程。整个过程没有机械摩擦损失，所以热—电转变效率最少在50％以上，体积小、结构简单，电流小，电压高。其过程就是该内燃机排气门开启的瞬间，废气温度约600-900℃，压力4个大气压，含有相当的能量，采用废气—电气体发电，其效率按最低50％计算，则可得电能130kw×50％＝65kw。传统电解法制氢1立方米/4.5-5.5kw，65kw产氢13立方米，因传统电解效率只有80％，所以最后只能得到10.4立方米氢。常温常压下1公斤氢气体积是12.2立方米，10.4立方米氢质量为0.852459kg，燃烧能量相当于2.5kg汽油的能量。故传统电解法制氢不能维持其自身运转需要。以此电能，采用等离子体—化学反应制氢，即将散热器水箱的水蒸汽在微压下通入等离子体—化学反应器。水分子在其中发生电离，带电粒子在电场作用下，加速运动，相互碰撞时分解成氢和氧。此法所耗电量是7电子伏/分子，与电解法所耗能量大体相当，但具有非法拉第特性，生产能力则大的多，理论上相当于传统电解法的1万倍。实际上，这是一种低温常压等离子体制氢，具有非法拉第特性，电解产物中能够得到传统电解所不会出现的产物，而且产物的总生成量超过法拉第定律规定的产量。等离子体—化学反应制氢，其产量不要说是传统电解法的1万倍了，若是传统法的5倍就是4.26kg氢，足够一辆普通轿车行驶500公里。从化学角度看，等离子体空间富集的离子、电子、激发态原子、分子及自由基，都是极活泼的高活性种。这些高活性种在普通的热化学反应中不易得到，但在等离子体中可源源不断的产生。对于低温等离子体，它的一个重要特点是非平衡性，即电子温度远远高于体系温度，可高达数万至数十万摄氏度，低温等离子体的这种非平衡性对等离子体的化学工艺过程非常重要。一方面使电子有足够高的能量激发，离解和电离反应物分子；另一方面使反应体系保持低温乃至接近室温。采用这种制氢技术，不仅减少了设备投资，节省了能源，而且进行的反应具有非平衡的特性。等离子体的化学反应机理在交变电压足够高的条件下，反应器中强热介质颗粒开始极化，在每个颗粒的接触点周围便产生强磁场，强磁场导致微放电，产生高能自由电子和原子团等离子体。等离子体中有水蒸汽、电子、离子、活性粒子和原子。这些高能粒子通过辐射、离子流、中性离子流作用于水蒸汽分子，对水分子撞击，将能量转移给水分子，随着能量耗散，引起水分子一系列物理、化学变化，最终导致水分子分解，产生氢和氧。低温等离子体中部分活性粒子的能量比水的化学键的键能高，因此很容易引起水分子分解反应。与传统的电解水方法相比，等离子产生的活性粒子具有较大的化学反应活性及能量，对水分子的离解效果显示出极大的优势。其中高能分子及氢的亚稳状态存在对等离子体—化学反应过程中的非法拉第特性具有决定作用。颗粒周围等离子体反应区内水蒸汽分解成氢和氧，该过程遵循下述机理 另一方面，等离子体中生成的每个带正电的气相离子在等离子体区，被强电场加速，并互相碰撞，把水分子分解成H和OH等活性粒子。H2O+gas能量可达100ev，一个高能H2O+gas分子能激发几个H2O分子，并把它们分解成H2和H2O。总反应式可表示为 后续反应过程为 以水蒸汽为电解介质时，电极周围的部分H2O分子在等离子体作用下分解，生成H2和O2；同时等离子体中的高能H2O+gas又被部分H2O碰撞产生一系列反应后生成H2和O2。因此，等离子体—化学反应制氢的氢气产量比传统电解水制氢的氢产量高出许多。根据上述机理，本专利技术，是一种利用内燃机废气进行电气体发电的方法。所产生电能经逆变器后，再采用等离子体——化学反应制氢。所产生的氢气作为内燃机燃料。所产生的氢气进入储氢器储存。储存器中的氢作为内燃机燃料。将部分或全部内燃机排气管改换成电气体发电装置。利用内燃机散热器产生的水蒸汽进行等离子体——化学反应制氢。将所产生的电能，再采用水蒸汽等离子体分解水煤浆或煤，制H2和CO混合气体作为内燃机的燃料。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术化学反应器的物理模型示意图。具体实施例方式1、本专利技术的电器体发电单元可分为三个部分气体电离区、能量转换段和电荷收集段。由一对可以形成不均匀电场的金属电极(例如作为发射极的尖针电极N和作为吸引极的金属圆环A)所组成的气体电离区，接有可以切换的启动高压电源S，其作用是在启动时使极间气体电离，能量转换段通常是一根绝缘介质的圆管，电荷收集段是针尖金属物C或金属圆管，通过高阻值的外负载R而接地(外负载是等离子体—化学反应器)，在高阻值负载中可变动的抽头E反馈到发射极N，在运行时代替启动电源S。当具有一定压力和温度并含有微小尘粒的气体流过电离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机废气电气体发电及等离子体化学反应制氢方法，其特征在于：是利用内燃机废气进行电气体发电的方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋代轮，宋晓静，
申请(专利权)人：宋代轮，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]