一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，包括：反應腔，其為圓環形柱體；微波功率管，其深入所述反應腔內部，所述微波功率管能夠向所述反應腔內發射微波；微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置；以及點火進氣反射銷，其與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反射銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，本發明將混合氣體的進出氣端口集成在反射銷上，完全避免了氣體管路進出反應腔帶來的腔體開孔機衍生問題，本發明還有效利用混合氣體對反射銷放電尖端進行降溫，提高了反射銷的使用壽命和整個反應過程的可靠性。
【專利說明】
一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置
技術領域
[0001]本發明涉本發明涉及微波電磁感應技術，特別涉及一種利用反射銷兼做進氣口的微波等離子體重整器點火進氣裝置。
【背景技術】
[0002]微波等離子體重整器是利用微波激發混合氣體產生等離子體，通過等離子體促使混合氣體發生重整反應，產生富氫氣體，具有反應產量高、無需催化劑等優點。在進行重整反應時，首先需要較大的電場強度擊穿混合氣體產生少數初始電荷，初始電荷在微波電場中獲取能量繼續電離中性氣體，中性氣體的電離速度大于電荷的復合速度才能產生等離子體。而一旦混合氣體點火成功產生等離子體，只需要較低的微波功率就可以維持等離子體狀態，使得等離子重整反應持續進行。
[0003]傳統等離子體一般利用電極間的直流和交流高壓放電進行點火，利用這種點火方式需要單獨的高壓電源和控制電路，而且還需要在微波電場中設置點火電極，微波電場中的點火電極一方面會影響重整器中微波電場的分布，另一方面微波電場腐蝕點火電極污染反應氣體。專利CN204436674U提出了一種反射銷式車載微波重整器等離子點火裝置，在重整器反應腔中設置反射銷進行點火。該專利的好處是不需要設置單獨的高壓點火電路，只在在反應腔中利用反射銷壓縮微波電場進行點火。但是同樣存在微波電場腐蝕反射銷污染反應氣體問題。
[0004]微波等離子重整器中重整反應發生在反應腔中的石英管中，為了提高反應產量石英管的直徑一般選取較大。而石英管需要在反應腔腔體表面設置進氣和出氣端口，這就需要在反應腔腔體上開設較大的進氣出口和排氣出口，在反應腔腔體上開設的端口對反應腔腔體壁電流影響很大，不光增加了設計難度還對反應腔內微波分布產生較大的影響。
[0005]基于以上問題，本發明在反射銷式點火方式的基礎上提出改進。把混合氣體的進出氣端口集成在反射銷上，這樣一方面完全避免了氣體管路進出反應腔帶來的腔體開孔機衍生問題，令一方面還可以有效利用混合氣體對反射銷放電尖端進行降溫，提高了反射銷的使用壽命和整個重整器的可靠性。
【發明內容】
[0006]本發明設計開發了一種用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，混合氣體的進出氣端口集成在反射銷上，完全避免了氣體管路進出反應腔帶來的腔體開孔機衍生問題。
[0007]本發明還有一個目的是有效利用混合氣體對反射銷放電尖端進行降溫，提高了反射銷的使用壽命和整個反應過程的可靠性。
[0008]本發明提供的技術方案為:
[0009]—種用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，其特征在于，包括:
[0010]反應腔，其為圓環形柱體；[0011 ]微波功率管，其深入所述反應腔內部，所述微波功率管能夠向所述反應腔內發射微波；
[0012]微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置;以及
[0013]點火進氣反射銷，其與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反射銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，包括:
[0014]第一反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎；
[0015]第二反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎，所述第二反射銷椎管與所述第一反射銷椎管具有放電錐的一端相對設置；
[0016]進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入所述微波等離子體反應管內；
[0017]排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。
[0018]優選的是，所述微波等離子體反應管為石英管、陶瓷管或纖維管。
[0019]優選的是，所述微波等離子體反應管為非導通圓環形管路或非導通的螺旋形管路。
[0020]優選的是，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管材質為銅、金、銀和鉑中的一種。
[0021]優選的是，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管直徑相同，直徑為10mm-15mm。
[0022]優選的是，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管內壁鍍有耐腐蝕材料。
[0023]優選的是，還包括調整螺栓，其設置在所述反射銷椎管外部，用于調節所述第一反射銷錐管和所述第二反射銷椎管的間距。
[0024]—種用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，包括:
[0025]反應腔，其為圓環形柱體；
[0026]微波功率管，其深入所述反應腔內部，所述微波功率管能夠向所述反應腔內發射微波；
[0027]微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置;以及
[0028]點火進氣反射銷，其與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反射銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，包括:
[0029]第一反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，
[0030]第二反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎，所述第二反射銷椎管具有放電錐的一端與所述第一反射銷椎管相對設置；
[0031]進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入所述微波等離子體反應管內；
[0032]排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。
[0033]—種用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，包括:
[0034]反應腔，其為圓環形柱體；
[0035]磁控管，所述磁控管能夠產生微波；
[0036]耦合裝置，其設置在所述磁控管和所述反應腔之間，用于將磁控管產生的微波耦合進入反應腔內部；
[0037]微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置；
[0038]點火進氣反射銷，其由兩根相對設置的金屬反射銷椎管構成，與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反映銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，包括:
[0039]進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入等離子體反應管內；
[0040]排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。
[0041 ]本發明所述的有益效果
[0042]1.本發明提供的用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置用反射銷兼做進出氣口的微波等離子體重整器點火進氣裝置，結構簡單緊湊、便于控制，不需要單獨的高壓電源進行點火成本更低。
[0043]2.本發明提供的用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，減少進出氣端口對反應腔內模態分布的影響，微波反應腔設計更加簡單，微波利用效率更高。
[0044]3.本發明提供的用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，利用反應氣體對反射銷點火尖端進行降溫，減少了反射銷放點尖端的腐蝕，工作壽命更長，整個反應更加安全尚效。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明所述用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置的平面圖。
[0046]圖2為本發明所述用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置的三維立體圖。
[0047]圖3為本發明所述點火進氣反射銷及其與微波等離子反應管的相對位置示意圖。
[0048]圖4為本發明所述的用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置的另一實施例結構示意圖。
[0049]圖5為本發明所述的微波等離子反應管的三維視圖。
[0050]圖6為本發明所述的采取同軸線耦合方式的于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置的平面圖。
【具體實施方式】
[0051]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0052]如圖1所示，本發明提供的一種用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置，包括:包括微波重整器反應腔1001、微波功率管1002、微波等離子體反應管1003和點火進氣反射銷1005。
[0053]微波重整器反應腔1001為圓環形柱體，微波功率管1002產生的微波1004可以在微波重整器1001圓環反應腔1001內較均勻的分布，作為一種優選，為了減少反應腔壁電流對能量的消耗，環形柱體內部做鍍銅處理。
[0054]如圖2所示，微波功率管1002，微波功率管用來產生重整反應所需的微波1004，微波功率管放置在微波重整反應腔上蓋1007上，并深入微波重整器反應腔1001內部，可以通過控制微波功率管1002兩端電壓改變微波功率管1002的輸出功率，微波功率管一般有多個，多個微波功率管1002組成微波功率合成系統放置于反應腔內，用來產生微波1004，通過對微波功率管數量和位置的分析結合反應腔壁電流分布原理，合理安置各微波功率管在反應腔內位置，可以使微波功率管1002在反應腔內部微波輸出功率最大。
[0055]如圖6所示，在另一實施例中，微波功率也可以通過磁控管產生，然后通過特定的耦合裝置直接耦合到反應腔中，通過同軸線1009結構把微波耦合到微波重整器反應腔1001內部。
[0056]微波等離子體反應管1003放置在微波重整器反應腔1001中心位置，微波等離子體反應管1003可以由石英管、陶瓷管等耐高溫透波材料制成。微波等離子體反應管由非導通圓環形管路構成。
[0057]如圖5所示，作為一種優選，在另一實施例中，為了提高重整反應速度，微波等離子體反應管路1003也可以制成非導通的螺旋形管路，這樣可以提高微波重整器內等離子體火焰長度，提高反應速度。
[0058]如圖3所示，點火進氣反射銷1005，由兩個直徑一定的金屬空心圓柱管構成，銅、金、銀或其他高導電率的金屬材料，金屬管一端焊接放電椎，兩個反射銷尖端放電錐相對放置，為了使得微波能夠很好反射，并且反射銷圓柱外表面對微波的熱阻損耗小，反射銷直徑一般選取較大，約為10mm-15mm，金屬管側壁合適部位開孔，分別和微波等離子體反應管1003兩端相連并導通，則混合氣體可以通過點火進氣反射銷1005進出等離子體反應管1003，反射銷同時起到進出氣端口的作用，完全避免腔體開孔衍生的技術問題，為了減少混合氣體對金屬管的腐蝕，混合氣體不應該和金屬管直接接觸，混合氣體可以通過耐腐蝕材料制成的管路通過金屬管，金屬管內壁直接鍍上耐腐蝕材料，混合氣體直接通過金屬管內壁進出。
[0059]在另一實施例中，兩個反射銷椎管中只有一個焊接放電錐，這樣可以直接在氣流的進氣口位置進行點火放電，可以有效利用混合氣體對放電尖端進行冷卻，降低放電對反射銷放電尖端的腐蝕，如圖4所示，反射銷在反應腔內可以通過壓縮微波電場獲取較大的擊穿場強，擊穿混合氣體放電，將所述微波等離子體反應管1002中混合氣體點燃。
[0060]實施以用于微波等離子體重整器的新型點火進氣裝置的工作過程為例，作進一步的說明
[0061]點火進氣反射銷1005由兩個反射銷狀金屬銅管組成，包括第一反射銷椎管1005-1和第二反射銷椎管1005-2，作為進氣端口的第一反射銷椎管反射銷1005-1，在微波等離子體反應管1003的尖端附近銅管側壁上開有進氣端口 1005-4，第二反射銷椎管反射銷1005-2需要和微波等離子體反應管1003排氣端口 1003-1連接，因此要求第二反射銷椎管反射銷1005-2在微波重整器反應腔1001內未伸入微波等離子體反應管1003的某個位置銅管側壁上開有排氣端口 1005-3，反射銷1005和微波等離子體反應管1003上的排氣端口 1005-3、1003-1可以由石英、陶瓷等耐高溫透波材料短管1003-2制成，則混合氣體可以從微波等離子體反應腔1001內腔壁上進氣管路1007通過第一反射銷椎管反射銷1005-1進入微波等離子體反應管1003，在反射銷放電點火后，形成等離子體，順時針繞行微波等離子體反應管1003—圈或多圈后，通過另一第二反射銷椎管反射銷1005-2側孔輸出到反應腔1001腔體外面出氣管路1008。
[0062]點火進氣反射銷1005，可以通過反射銷調整螺栓1006調整兩個尖端的距離，以達到調節阻坑的目的。點火進氣反射銷1005和反射銷調整螺栓1006均有金屬材料制成，微波電場中的金屬材料可以阻止微波穿透，沒有點火情況下，當兩個點火反射銷間距足夠小，兩個反射銷的反射接近100%，當兩個反射銷之間有放電電流時，其反射已是100%，因此可以通過調節反射銷直徑、間距、頭部椎體等參數使得反射銷之間的放電功率為腔體內總功率的合適百分比。
[0063]以放電點火電功率為0.5 %為例，可以通過點火反射銷優化參數的選取來滿足三個設計目的:1、反射銷對微波實現大部分功率的反射，A = 99.5% ;2、反射銷消耗很少一點比例的功率用于放電點火，B = 0.5% ;3、點火功率加上反射功率等于全部功率，A+B = I。
[0064]通過微波功率管1002向微波重整器反應腔1001饋入微波1004，微波1004在腔體中形成電場較大區域，同時點火進氣反射銷1005擠壓電磁場，釋放高強度電壓，將放電尖端附近混合氣體點燃。
[0065]當點火反射銷兩端靠近到一定距離時，相當于串聯電容C和電感L，總壓降U相當于微波電場強度E乘以窄邊b，
[0066]U = E.b ；
[0067]電容C上的壓降為Uc= U/( 1-2 ω LC) =Eb/( 1-2 ω LC)；
[0068]并使得串聯LC的諧振頻率盡量等于微波頻率。
[0069]反射銷兩放電端相當于一個擊穿電容，
[0070]C = Q/Uc；
[0071]兩個放電尖端看作兩個半徑為r的小球，兩球之間的電場為[0072 ] Er = 2KQ/r2 = 2KCUc/r2 = 4KCEb/ (r2_2 ω LCr2)；
[0073]兩點火反射銷1004跨越的窄邊b距離很大，而放電尖端半徑H或曲率)很小，因此放電端之間電場強度很大，可以實現放電將可燃混合氣擊穿，形成等離子體，從而實現對等離子體反應管1003中混合燃氣的點火。
[0074]由于微波功率管1002持續向微波反應腔中發射微波電磁場1006，因而點火反射銷1004會持續放電，從而實現對等離子反應管1003中的混合燃氣持續釋放擊穿電流，形成擊穿高壓電。
[0075]本發明所述新型微波等離子體點火進氣裝置，把微波等離子點火裝置和進出氣裝置集成在一起，結構更加簡單、緊湊，最大限度的利用了微波功率。避免了氣體管路進出反應腔帶來的腔體開孔機衍生問題，而且可以有效利用混合氣體對反射銷放電尖端進行降溫，提高了反射銷的使用壽命和整個重整器的可靠性。
[0076]盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，包括: 反應腔，其為圓環形柱體； 微波功率管，其深入所述反應腔內部，所述微波功率管能夠向所述反應腔內發射微波； 微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置；以及 點火進氣反射銷，其與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反射銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，點火進氣反射銷包括: 第一反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎； 第二反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎，所述第二反射銷椎管與所述第一反射銷椎管具有放電錐的一端相對設置； 進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入所述微波等離子體反應管內； 排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。2.根據權利要求1所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，所述微波等離子體反應管為石英管、陶瓷管或纖維管。3.根據權利要求1或2所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，所述微波等離子體反應管為非導通圓環形管路或非導通的螺旋形管路。4.根據權利要求3所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管材質為銅、金、銀和鉑中的一種。5.根據權利要求4所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管直徑相同，直徑為10mm-15mm。6.根據權利要求5所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，所述第一反射銷椎管和第二反射銷椎管內壁鍍有耐腐蝕材料。7.根據權利要求1所述的用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，還包括調整螺栓，其設置在所述反射銷椎管外部，用于調節所述第一反射銷錐管和所述第二反射銷椎管的間距。8.一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，包括: 反應腔，其為圓環形柱體； 微波功率管，其深入所述反應腔內部，所述微波功率管能夠向所述反應腔內發射微波； 微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置；以及 點火進氣反射銷，其與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反射銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，點火進氣反射銷包括: 第一反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管， 第二反射銷椎管，其為金屬空心圓柱管，其一端焊接有放電椎，所述第二反射銷椎管具有放電錐的一端與所述第一反射銷椎管相對設置； 進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入所述微波等離子體反應管內； 排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。9.一種用于微波等離子體重整器的點火進氣裝置，其特征在于，包括: 反應腔，其為圓環形柱體； 磁控管，所述磁控管能夠產生微波； 耦合裝置，其設置在所述磁控管和所述反應腔之間，用于將磁控管產生的微波耦合進入反應腔內部； 微波等離子體反應管，其設置在所述反應腔中心位置； 點火進氣反射銷，其由兩根相對設置的金屬反射銷椎管構成，與所述微波等離子體反應管連通，所述點火進氣反映銷能夠在微波電磁場作用下產生放電從而將所述微波等離子體反應管中的混合燃氣擊穿，點火進氣反射銷包括: 進氣端口，其設置在所述點火進氣反射銷的一端，用于導入混合氣體，并將其通過所述點火進氣反射銷送入等離子體反應管內； 排氣端口，其設置在所述點火進氣反映銷的側壁上，所述排氣端口與外界空氣連通。
【文檔編號】F02P23/00GK105909449SQ201610378367
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】王軍年, 王治強, 王慶年, 王巖, 劉鵬
【申請人】吉林大學