專利名稱：一種氣水混合裝置和一種氣水聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為制氫提供水蒸氣技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種氣水混合裝置和 一種氣水聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氫能以其來源豐富、清潔無污染、能量密度高、使用方便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點被公認(rèn) 為未來最具潛力的能源載體。高溫電解水蒸氣制氫、水蒸汽催化重整制氫等是目前國際上 最具有吸引力的制氫方法，其都需要將水蒸氣與載體氣體進(jìn)行混合輸運到指定空間內(nèi)進(jìn)行 制氫，需要控制水蒸氣與氣體載體的比例在適當(dāng)范圍內(nèi)，因此必須要保證氣水混合氣的氣 水比的精確控制，進(jìn)而保證水蒸氣的穩(wěn)定供應(yīng)。
目前主要通過以下幾種方法獲得氣水混合氣
第一種方法是采用水蒸氣生成方案。在預(yù)熱爐內(nèi)使H2和O2反應(yīng)生成水蒸氣，然后 將生成的水蒸氣直接通入指定空間。采用此種方法能夠獲得潔凈的水蒸氣，但由于反應(yīng)會 不均勻，且較難控制水蒸氣流量，導(dǎo)致較難控制的氣水混合氣的氣水比，從而不能保證水蒸 氣的穩(wěn)定供應(yīng)。
第二種方法是以控制露點溫度的方法控制氣水混合氣中水蒸氣含量。以氮氣作為 氣體載體，以自由調(diào)節(jié)水蒸氣及氮氣流量，水蒸氣先與氮氣混合，再進(jìn)入到加濕器中，并在 加濕器中產(chǎn)生氣水混合氣。水蒸氣通過露點傳感器控制露點溫度，從而控制氣水混合氣中 水蒸氣的含量。但在實際使用中露點溫度較難維持恒定溫度，一般露點溫度波動差值高達(dá) IO0C，則相應(yīng)的表征水蒸氣含量的絕對濕度波動差值大于10%，且露點溫度越高，絕對濕度 波動幅度越大，則較難控制水蒸氣的含量，從而不能保證水蒸氣的穩(wěn)定供應(yīng)。
綜上所述,如何能使氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定,從而實現(xiàn)水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)， 是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣水混合裝置，以使氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定，從而 實現(xiàn)水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有上述氣水混合裝置的氣水聯(lián) 供系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
一種氣水混合裝置，包括
具有第一混合腔的第一混合器；
位于所述第一混合器內(nèi)部的第一混合管，所述第一混合管自所述第一混合器的頂 端向所述第一混合器的底端延伸；
分別與所述第一混合管相連通的液態(tài)水進(jìn)管和氣體載體進(jìn)管，所述液態(tài)水進(jìn)管和 所述氣體載體進(jìn)管分別位于所述第一混合器的頂端；
與所述第一混合腔相連通的第二混合器，所述第二混合器包括至少一個第二混合管；
與所述第二混合器相連通的第三混合器，所述第三混合器具有第三混合腔。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述第一混合腔自其底端向其頂端漸縮。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述第一混合管的出口與所述第一混合器的底端 具有間隔；所述第一混合器的底端頂面向所述第一混合器的頂端凸出。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述第一混合器的底端頂面呈球形面。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述第一混合器的底端頂面的最高點與所述第一 混合管的出口相對。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述液態(tài)水進(jìn)管的出口和所述氣體載體進(jìn)管的出 口平齊。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置中，所述第二混合管的數(shù)量為8個，且所述第二混合管 均勻分布。
優(yōu)選的，上述氣水混合裝置，還包括測量所述第一混合腔內(nèi)的氣水混合氣溫度的 熱電偶；所述第一混合器設(shè)置有所述熱電偶的安裝管。
本發(fā)明提供的氣水混合裝置的工作過程為液態(tài)水通過液態(tài)水進(jìn)管進(jìn)入第一混合 管，與此同時，氣體載體通過氣體載體進(jìn)管進(jìn)入第一混合管，使得液態(tài)水與氣體載體混合， 液態(tài)水與氣體載體沿第一混合管流至第一混合腔，液態(tài)水在第一混合腔內(nèi)汽化；水蒸氣和 氣體載體形成的氣水混合氣向第一混合器的頂端流動，并流至第二混合器內(nèi)，使得氣水混 合氣在第二混合管內(nèi)進(jìn)一步均勻受熱，氣水混合氣攜帶的液態(tài)水充分汽化；然后氣水混合 氣流至第三混合器的第三混合腔，使得氣水混合氣在第三混合腔內(nèi)進(jìn)一步均勻混合，使殘 留的液態(tài)水汽化，使得氣水混合氣較穩(wěn)定，最終保證了水蒸氣與氣體載體混合均勻，獲得的 氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定。
本發(fā)明提供的氣水混合裝置，通過第一混合器、第二混合器和第三混合器，實現(xiàn)了 液態(tài)水與氣體載體的混合以及水蒸氣與氣體載體的三次混合，使得氣水混合氣的氣水比較 穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)。
基于上述提供的氣水混合裝置，本發(fā)明還提供了一種氣水聯(lián)供裝置，該氣水聯(lián)供 裝置包括加熱爐和位于加熱爐內(nèi)的氣水混合裝置，其中，該氣水混合裝置為上述任意一項 所述的氣水混合裝置。
優(yōu)選的，上述氣水聯(lián)供裝置，還包括輸送液態(tài)水并控制液態(tài)水流量的輸送泵，該 輸送泵與液態(tài)水進(jìn)管相連通。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置通入液態(tài)水和氣體載體后，氣水混合氣 溫度與時間的關(guān)系圖3為本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置中第二混合器中第二混合管的分布示 意圖4為本發(fā)明實施例提供的氣水聯(lián)供系統(tǒng)的流程示意圖。
上圖1-4 中
第一混合器1、第一混合管2、安裝管3、氣體載體進(jìn)管4、液態(tài)水進(jìn)管5、第二混合器 6、第二混合管61、第三混合器7。
具體實施方式
本發(fā)明實施例提供了一種氣水混合裝置，使得氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定，從而 實現(xiàn)了水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)。
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請參考附圖1-3，圖1為本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為 本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置通入液態(tài)水和氣體載體后，氣水混合氣溫度與時間的關(guān) 系圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置中第二混合器中第二混合管的分布示意 圖。
本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置，包括具有第一混合腔的第一混合器I ;位于 第一混合器I內(nèi)部的第一混合管2，第一混合管2自第一混合器I的頂端向第一混合器I的 底端延伸；分別與第一混合管2相連通的液態(tài)水進(jìn)管5和氣體載體進(jìn)管4，液態(tài)水進(jìn)管5和 氣體載體進(jìn)管4分別位于第一混合器I的頂端；與第一混合腔相連通的第二混合器6，第二 混合器6包括至少一個第二混合管61 ;與第二混合器6相連通的第三混合器7，第三混合器 7具有第三混合腔。其中，第三混合器7上設(shè)置有出氣管，以將混合均勻的氣水混合器輸送 出去。
本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置的工作過程為液態(tài)水通過液態(tài)水進(jìn)管5進(jìn)入 第一混合管2，與此同時，氣體載體通過氣體載體進(jìn)管4進(jìn)入第一混合管2，使得液態(tài)水與氣 體載體混合，液態(tài)水與氣體載體沿第一混合管2流至第一混合腔，液態(tài)水在第一混合腔內(nèi) 汽化；水蒸氣和氣體載體形成的氣水混合氣向第一混合器I的頂端流動，并流至第二混合 器6內(nèi)，使得氣水混合氣在第二混合管61內(nèi)進(jìn)一步均勻受熱，氣水混合氣攜帶的液態(tài)水充 分汽化；然后氣水混合氣流至第三混合器7的第三混合腔，使得氣水混合氣在第三混合腔 內(nèi)進(jìn)一步均勻混合，使殘留的液態(tài)水汽化，使得氣水混合氣較穩(wěn)定，最終保證了水蒸氣與氣 體載體混合均勻，獲得的氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定。
本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置，通過第一混合器1、第二混合器6和第三混合 器7，實現(xiàn)了液態(tài)水與氣體載體的混合以及水蒸氣與氣體載體的三次混合，使得氣水混合氣 的氣水比較穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)。
同時，本發(fā)明實施例提供的氣水混合裝置，氣水混合氣的氣水比的控制精確度較 高，可精確提供氣水混合氣的氣水比；該氣水混合裝置既可供實驗室小規(guī)模實驗，也可應(yīng)用 于大規(guī)模生產(chǎn)，使用范圍廣；該氣水混合裝置的結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低；該氣水混合裝置的連續(xù)工作穩(wěn)定性較高，且連續(xù)使用壽命較長。
在實驗過程中，當(dāng)將4ml/min的液態(tài)水和1. 25L/min的氣體載體通入氣水混合裝 置(將該氣水混合裝置放置在加熱爐內(nèi)，加熱爐的溫度為500°C)時，第一混合器I的第一混 合腔內(nèi)的溫度T1，第三混合器7的第三混合腔內(nèi)的溫度T2J1和T2分別經(jīng)過24min和70min 后達(dá)到穩(wěn)定，如圖2所示；當(dāng)將10ml/min的液態(tài)水和2L/min的氣體載體通入氣水混合裝置 時，第一混合器I的第一混合腔內(nèi)的溫度IV，第三混合器7的第三混合腔內(nèi)的溫度T2’，T1' 和Τ2’分別經(jīng)過120min和160min后達(dá)到穩(wěn)定，如圖2所示。
上述實驗表明該氣水混合裝置能夠使得氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了 水蒸氣長期較穩(wěn)定的供應(yīng)。在上述實驗中，液態(tài)水具體為去離子水，氣體載體具體為氫氣， 當(dāng)然，液態(tài)水還可為其他水，氣體載體也可為其他惰性氣體。
上述實施例提供的氣水混合裝置，還可包括其他的混合器，或者增加第一混合器I 的數(shù)目，或者增加第二混合器6的數(shù)目，或者增加第三混合器7的數(shù)目。
優(yōu)選的，上述實施例提供的氣水混合裝置中，第一混合腔自其底端向其頂端漸縮。 這樣，便于液態(tài)水汽化，以及氣水混合氣流入第二混合器6內(nèi)。
為了便于液態(tài)水汽化，上述實施例提供的氣水混合裝置中，第一混合管2的出口 與第一混合器I的底端具有間隔；第一混合器I的底端頂面向第一混合器I的頂端凸出。 底端頂面是指第一混合器I的底端朝向第一混合器I的頂端的面，即底端頂面是指能夠與 液態(tài)水和氣體載體接觸的面。當(dāng)液態(tài)水自第一混合管2流出時，液態(tài)水會落在第一混合器I 的底端頂面并發(fā)生碰撞，向四周飛濺開來，加強(qiáng)了液態(tài)水的汽化。第一混合器I的底端頂面 可呈錐面，也可呈球形面。為了便于制造以及便于液態(tài)水汽化，優(yōu)先選擇，第一混合器I的 底端頂面呈球形面。當(dāng)然，第一混合器I的底端頂面還可為其他形狀，本發(fā)明實施例對此不 作具體地限定。
為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，上述實施例提供的氣水混合裝置中，第一混合器I 的底端頂面的最高點與第一混合管2的出口相對，保證水滴能落到底端頂面的最高點，這 樣可使液態(tài)水向四周均勻飛濺開來，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了液態(tài)水的汽化，提供了充分的水蒸氣。
優(yōu)選的，上述實施例提供的氣水混合裝置中，第二混合管61的數(shù)量為8個，且第二 混合管61均勻分布，如圖3所示，可使第二混合管61均勻受熱，從而保證位于第二混合管 61內(nèi)的氣水混合氣充分混合且均勻受熱汽化。當(dāng)然，第二混合管61的數(shù)量還可為其他值， 也可以其他方式分布，本發(fā)明實施例對第二混合管61的數(shù)量和分布不作具體地限定。
為了保證液態(tài)水能夠與氣體載體充分混合，上述實施例提供的氣水混合裝置中， 液態(tài)水進(jìn)管5的出口和氣體載體進(jìn)管4的出口平齊，可保證自液態(tài)水進(jìn)管5流入的液態(tài)水 能夠立即與自氣體載體進(jìn)管4流入的氣體載體混合，為獲得較穩(wěn)定的氣水比提供前提。
優(yōu)選的，上述實施例提供的氣水混合裝置，還包括測量第一混合腔內(nèi)的氣水混合 氣溫度的熱電偶；第一混合器I設(shè)置有熱電偶的安裝管3?？捎^察熱電偶的溫度，當(dāng)溫度 維持定值時，即表明第一混合腔內(nèi)的氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定。通過熱電偶可確保第一 混合腔內(nèi)的氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定。為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，上述實施例提供 的氣水混合裝置，還可在第三混合器7上設(shè)置測量第三混合腔內(nèi)的氣水混合氣溫度的熱電 偶。通過熱電偶可確保氣水混合氣流出時，氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定。
基于上述實施例提供的氣水混合裝置，本發(fā)明實施例還提供了一種氣水聯(lián)供系 統(tǒng)，該氣水聯(lián)供系統(tǒng)包括加熱爐和位于加熱爐內(nèi)的氣水混合裝置，其中，氣水混合裝置為 上述實施例中所述的氣水混合裝置。
由于上述實施例提供的氣水聯(lián)供系統(tǒng)包括氣水混合裝置，上述實施例提供的氣水 混合裝置具有上述技術(shù)效果，則本發(fā)明實施例提供的氣水聯(lián)供系統(tǒng)也具有相應(yīng)的技術(shù)效 果O
優(yōu)選的，上述實施例提供的氣水聯(lián)供系統(tǒng)，還包括輸送液態(tài)水并控制液態(tài)水流量 的輸送泵，該輸送泵與液態(tài)水進(jìn)管5相連通。為了便于計量液態(tài)水的流量，優(yōu)先選擇，輸送 泵為蠕動泵。當(dāng)然，輸送泵還可為其他類型的泵，本發(fā)明實施例對此不作具體地限定。
如圖4所示，上述實施例提供的氣水聯(lián)供系統(tǒng)中，液態(tài)水一般放置在儲水箱內(nèi)，輸 送泵將液態(tài)水輸送至液態(tài)水進(jìn)管5內(nèi)，同時也通過輸送泵計量液態(tài)水的流量；氣源通過減 壓閥以及質(zhì)量流量計與氣體載體進(jìn)管4相連，通過質(zhì)量流量計計量氣體載體的流量；氣水 混合裝置設(shè)置在加熱爐內(nèi)，通過加熱爐對第一混合器1、第二混合器6和第三混合器7加熱， 實現(xiàn)液態(tài)水汽化。上述氣水聯(lián)供系統(tǒng)中，還可通過其他部件實現(xiàn)對氣體載體的流量的計量， 本發(fā)明實施例對此不作具體地限定。
對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣水混合裝置，其特征在于，包括 具有第一混合腔的第一混合器； 位于所述第一混合器內(nèi)部的第一混合管，所述第一混合管自所述第一混合器的頂端向所述第一混合器的底端延伸； 分別與所述第一混合管相連通的液態(tài)水進(jìn)管和氣體載體進(jìn)管，所述液態(tài)水進(jìn)管和所述氣體載體進(jìn)管分別位于所述第一混合器的頂端； 與所述第一混合腔相連通的第二混合器，所述第二混合器包括至少一個第二混合管； 與所述第二混合器相連通的第三混合器，所述第三混合器具有第三混合腔。
2.如權(quán)利要求1所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述第一混合腔自其底端向其頂端漸縮。
3.如權(quán)利要求1所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述第一混合管的出口與所述第一混合器的底端具有間隔；所述第一混合器的底端頂面向所述第一混合器的頂端凸出。
4.如權(quán)利要求3所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述第一混合器的底端頂面呈球形面。
5.如權(quán)利要求3所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述第一混合器的底端頂面的最高點與所述第一混合管的出口相對。
6.如權(quán)利要求1所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述液態(tài)水進(jìn)管的出口和所述氣體載體進(jìn)管的出口平齊。
7.如權(quán)利要求1所述的氣水混合裝置，其特征在于，所述第二混合管的數(shù)量為8個，且所述第二混合管均勻分布。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的氣水混合裝置，其特征在于，還包括測量所述第一混合腔內(nèi)的氣水混合氣溫度的熱電偶；所述第一混合器設(shè)置有所述熱電偶的安裝管。
9.一種氣水聯(lián)供系統(tǒng)，包括加熱爐和位于所述加熱爐內(nèi)的氣水混合裝置，其特征在于，所述氣水混合裝置為如權(quán)利要求1-8中任意一項所述的氣水混合裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的氣水聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，還包括輸送液態(tài)水并控制液態(tài)水流量的輸送泵，所述輸送泵與所述液態(tài)水進(jìn)管相連通。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣水混合裝置，包括具有第一混合腔的第一混合器；位于第一混合器內(nèi)的第一混合管，第一混合管自第一混合器的頂端向第一混合器的底端延伸；分別與第一混合管相連通的液態(tài)水進(jìn)管和氣體載體進(jìn)管，液態(tài)水進(jìn)管和氣體載體進(jìn)管分別位于第一混合器的頂端；與第一混合腔相連通的第二混合器，第二混合器包括至少一個第二混合管；與第二混合器相連通的第三混合器，第三混合器具有第三混合腔。本發(fā)明提供的氣水混合裝置，通過第一混合器、第二混合器和第三混合器，實現(xiàn)了液態(tài)水與氣體載體的混合以及水蒸氣與氣體載體的三次混合，使得氣水混合氣的氣水比較穩(wěn)定，實現(xiàn)了水蒸氣較穩(wěn)定的供應(yīng)。本發(fā)明還提供了一種氣水聯(lián)供系統(tǒng)。
文檔編號B01F13/10GK103028339SQ201210583649
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者鄭益鋒, 覃朝暉, 王蔚國, 王成田, 呂新顏, 張慶生, 牛金奇, 官萬兵 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所