專利名稱：一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，屬于等離子制氫技術領域。
背景技術：
自1973年石油危機開始，人們開始越來越關注石油供需的平衡。化石燃料數量有限，但是需求量卻與日俱增，其中汽車的能源消費占世界能源總消費的近四分之一。此外，汽車保有量的增長也帶來了諸如溫室效應、酸雨、環境污染等問題。隨著發展中國家經濟水平的提高，汽車的保有量急劇增加，由此引起的能源與環境問題就顯得更加嚴重。因此，開發節能、環保、可持續發展的新能源動力汽車已成為汽車工業迫在眉睫的任務。燃料電池汽車的開發很好的解決了環境和能源問題。燃料電池汽車是一種新型的電動汽車，其通過氫氣和氧氣的化學作用產生電能來驅動汽車行駛。燃料電池的能量轉換效率比內燃機高2 3倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。氫氣作為一種清潔高效的能源，除了作為燃料電池的燃料外還可以多種方式應用于汽車行業。例如對傳統內燃機經過小量改動的氫內燃機可以直接燃燒氫氣，其熱效率較高，排放污染少。盡管氫氣作為汽車的替代燃料存在諸多優點，但其制備與貯存方式限制了其進一步應用。傳統的制氫技術是以化石燃料為原料，采取水蒸氣重整法、部分氧化法或自熱重整法，在制得氫氣的同時，產生大量的二氧化碳，因此對環境會造成很大的負面影響。同時，傳統制氫技術在能源利用 率方面較低。此外，氫氣屬于易燃氣體，化學性質活潑，爆炸極限范圍比較寬，采用鋼瓶貯存有很大的安全隱患。而車載等離子體制氫可以很好的解決這些問題。目前主要的等離子體制氫技術包括電暈放電等離子體重整制氫、介質阻擋放電等離子體重整制氫、微波放電等離子體重整制氫和滑動電弧放電等離子體重整制氫。其中滑動電弧放電因其可以同時保持高水平的非平衡等離子體，電子溫度和電子密度高，且制造成本較低而廣受關注。一般的滑動電弧等離子體制氫裝置中，導入的氣體進入反應腔，在高壓電弧的作用下進行電離。為了推動電弧的不斷產生，導入的氣體必須保持較大的流速，因此導致氣體在放電區域停留時間過短、反應不充分。而增大放電區域的面積可提高氫產率以及單位時
間的氫產量。
發明內容
本發明為了提高等離子體制氫裝置的制氫效率和氫氣產量，針對傳統的等離子體制氫裝置存在的上述問題，根據等離子體的特性，提供了一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置。本發明一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，其特征包括頂塞、中心電極、殼體、電極接線柱、刀片電極、噴嘴和橡膠墊。它們之間的位置連接關系是:頂塞鑲崁于殼體上部并緊密接觸，中心電極穿過頂塞中心置于殼體內部空間，三組刀片電極均布在殼體內部空間的反應腔內，電極接線柱橫穿橡膠墊及殼體與刀片電極連接，噴嘴外表面與殼體底端的錐形口緊密接觸。所述頂塞為圓柱形，其中心孔供中心電極穿越并緊密接觸；其材質為橡膠。所述中心電極為圓桿結構，它與電源零線相連接；其材質為不銹鋼。所述殼體為圓筒形結構，殼體內部空間作為反應腔，殼體底端開有錐形口，錐形口內表面與噴嘴外表面緊密接觸。殼體圓周外部設有三組均布的殼體凸臺供放置電極接線柱。所述電極接線柱為圓桿結構，它穿過殼體凸臺與刀片電極螺接，其功能是連接電源線和刀片電極。
所述刀片電極為不規則扇形，從最大半徑處向兩端過渡，半徑逐漸減小；三組刀片電極通過螺紋與電極接線柱連接，并通過橡膠墊固定于殼體外側的圓柱型殼體凸臺內。其功能是與中心電極之間形成放電區域。所述橡膠墊為圓筒形結構，心部設有圓孔供電極接線柱穿過。其功能是將電極接線柱固定于殼體。所述噴嘴為圓錐形結構尖口狀，底端設有進氣管，它與殼體內部空間的反應腔呈軸向布置。噴嘴圓錐形外表面與殼體底端錐形口內表面緊密接觸。其功能是使反應氣以較高速度進入反應腔。其中，為加強其密封效果，在殼體3上加工有殼體緊固柱303，在噴嘴上加工有噴嘴緊固柱601，殼體緊固柱303與噴嘴緊固柱601通過橡皮繩纏緊。本發明的工作原理及工況簡介如下:在高電壓作用下，刀片電極和中心電極之間產生電弧，在氣流推動作用下，電弧向電極頂端滑動，逐漸拉長，當電壓不足以維持電弧長度時，電弧斷裂。在每個放電周期內，電弧源源不斷的產生，因此在刀片電極和中心電極之間形成連續的放電區域，促使混合氣體不斷電離。位于殼體圓周上部的出氣管做徑向布置，以減小出氣速度，增加制氫所用混合氣體在放電區域的停留時間，使之充分電離。本發明一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置的優點在于:1、本發明等離子體發生裝置的噴嘴與反應腔內部的圓柱面成軸向布置，使導入的氣體處于較高的速度，以推動電弧在電極之間不斷產生、滑動、斷裂，使電離反應不斷進行；2、本發明等離子體發生裝置反應腔內安裝有三個刀片式電極，增加了放電區域，提高了產氫效率和單位時間氫氣的產量；3、本發明等離子體發生裝置的出氣管沿殼體圓周上部做徑向布置，減小出氣速度，增加反應氣在放電區域的停留時間，提高產氫效率。
圖1是本發明等離子體發生裝置主視圖；圖2是本發明等離子體發生裝置局部剖視圖。
圖3是本發明等離子體發生裝置俯視圖。1-頂塞2-中心電極3-殼體4-電極接線柱5-刀片電極6-噴嘴7-橡膠墊101-中心孔301-出氣管302-殼體凸臺303-殼體緊固柱304-殼體錐形口305-反應腔306-放電區域601-噴嘴緊固柱602-噴嘴進氣管603-尖口
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細說明。本發明一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，如圖1、圖2、圖3所示，包括頂塞1、中心電極2、殼體3、電極接線柱4、刀片電極5、噴嘴6和橡膠墊7。它們之間的位置連接關系是:頂塞I鑲崁于殼體3上部并緊密接觸，中心電極2穿過頂塞I中心置于殼體3內部空間 ，三組刀片電極5均布在殼體3內部空間的反應腔內，電極接線柱4橫穿橡膠墊7及殼體3與刀片電極連接5，噴嘴6外表面與殼體3底端的殼體錐形口 304緊密接觸。其中，該頂塞I為圓柱形結構，固定于殼體3頂端。在頂塞I中心開有中心孔101用來固定中心電極2。殼體3為圓筒結構，殼體3內部空間作為等離子體發生裝置的反應腔305。中心電極2穿過中心孔101，其下端置于反應腔305。殼體3上加工有圓筒形凸臺302，兩凸臺沿軸向布置。兩電極接線柱4分別通過橡膠墊7固定于凸臺302。電極接線柱4與刀片電極5通過螺紋連接，并使刀片電極5的內側緊貼殼體3的內壁。其中，凸臺302、電極接線柱4、刀片電極5總共三對，沿殼體圓周方向，每隔120°分開均布。在本實施例中，其頂塞I的材質為橡膠，其中心電極2的材質為不銹鋼。殼體3的下端開有殼體錐形口 304，其內表面與噴嘴6的外表面相接觸。噴嘴6為圓錐形結構。噴嘴6上端的尖口 603位于反應腔305內部，噴嘴6的外表面與殼體錐形口304的內表面緊密接觸。為加強其密封效果，在殼體3上加工有殼體緊固柱303，在噴嘴上加工有噴嘴緊固柱601。殼體緊固柱303與噴嘴緊固柱601通過橡皮繩纏緊。噴嘴進氣管602位于噴嘴的最下端,制氫的混合氣體從噴嘴602導入裝置,經尖口 603后以較高速度導入反應腔305，在放電區域306發生電離反應，后經出氣管301從反應腔305排出。其中出氣管301布置于殼體3的上部圓周外側，與殼體3的中心線呈垂直布置。
權利要求
1.一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，其特征在于:它包括頂塞、中心電極、殼體、電極接線柱、刀片電極、噴嘴和橡膠墊；頂塞鑲崁于殼體上部并緊密接觸，中心電極穿過頂塞中心置于殼體內部空間，三組刀片電極均布在殼體內部空間的反應腔內，電極接線柱橫穿橡膠墊及殼體與刀片電極連接，噴嘴外表面與殼體底端的錐形口緊密接觸； 所述頂塞為圓柱形，其中心孔供中心電極穿越并緊密接觸； 所述中心電極為圓桿結構，它與電源零線相連接；所述殼體為圓筒形結構，殼體內部空間作為反應腔，殼體底端開有錐形口，錐形口內表面與噴嘴外表面緊密接觸，殼體圓周外部設有三組均布的殼體凸臺供放置電極接線柱； 所述電極接線柱為圓桿結構，它穿過殼體凸臺與刀片電極螺接，其功能是連接電源線和刀片電極； 所述刀片電極為不規則扇形，從最大半徑處向兩端過渡，半徑逐漸減小；三組刀片電極通過螺紋與電極接線柱連接，并通過橡膠墊固定于殼體外側的圓柱型殼體凸臺內，其功能是與中心電極之間形成放電區域； 所述橡膠墊為圓筒形結構，心部設有圓孔供電極接線柱穿過，其功能是將電極接線柱固定于殼體； 所述噴嘴為圓錐形結構尖口狀，底端設有進氣管，它與殼體內部空間的反應腔呈軸向布置，噴嘴圓錐形外表面與殼體底端錐形口內表面緊密接觸，其功能是使反應氣以較高速度進入反應腔。
2.根據權利要求1所述的一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，其特征在于:為加強其密封效果，在殼體(3)上加工有殼體緊固柱(303)，在噴嘴上加工有噴嘴緊固柱(601)，殼體緊固柱(303)與噴嘴緊固柱(601)通過橡皮繩纏緊。
3.根據權利要求1所述的一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，其特征在于:所述頂塞，其材質為橡膠。
4.根據權利要求1所述的一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，其特征在于:所述中心電極，其材質為不銹鋼。
全文摘要
一種三刀片電極式滑動電弧放電等離子體發生裝置，它包括頂塞、中心電極、殼體、電極接線柱、刀片電極、噴嘴和橡膠墊；頂塞鑲崁于殼體上部并緊密接觸，中心電極穿過頂塞中心置于殼體內部空間，三組刀片電極均布在殼體內部空間的反應腔內，電極接線柱橫穿橡膠墊及殼體與刀片電極連接，噴嘴外表面與殼體底端的錐形口緊密接觸；本發明在工作時，氣體從底部的進氣管進入噴嘴，經噴嘴上方的尖口以較高速度進入反應腔，在刀片電極和中心電極之間形成的放電區域處進行等離子體反應，最后從上部的出氣管排出。本發明在反應腔內形成較大的放電區域，進而使得導入的混合氣在反應腔內電離更充分，提高混合氣的轉化效率和氫氣產量。
文檔編號C01B3/02GK103204465SQ20131014257
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者宋凌珺, 劉超帥, 李興虎 申請人:北京航空航天大學