[發(fā)明專利]一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210270428.9
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102802334A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋凌珺;王皓;李興虎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;H05H1/46;H05H1/48;C01B3/32
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子制氫領(lǐng)域，具體來說是一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

目前，世界性的能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，而汽車作為石油的消耗主體，它消耗的石油資源越來越多，同時汽車行駛時排出的氣體污染物、微粒污染物、蒸發(fā)排放物等已成為城市空氣污染的主要來源。汽車排氣不僅直接危害大氣環(huán)境，而且會形成二次污染物，汽車排出的HC和NO_X在太陽光的作用下，發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成以臭氧、醛、過氧酰酸酯為主的光化學(xué)煙霧。由此可見，汽車排入大氣的有害污染物除了使城市空氣中的有害污染物增加外，還導(dǎo)致大氣臭氧層破壞、溫室效應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧和酸雨等。因此，開發(fā)節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力汽車已成為汽車工業(yè)迫在眉睫的任務(wù)。

氫氣是一種清潔高效的燃料，它的熱值近汽油的3倍，可以作為燃料電池的燃料，也可以作為傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的燃料，在摻氫燃燒過程中可以提高火焰的傳播速度，改善內(nèi)燃機(jī)燃燒，從而降低有害物的排放。氫氣還可作為汽車尾氣催化凈化器的還原氣體，從而提高還原效率，降低氮氧化物的排放。目前傳統(tǒng)的制氫方法主要有：水電解制氫、化石燃料制氫、熱化學(xué)制氫、光化學(xué)制氫和生物制氫等。但這些方法具有能源利用率低、成本高、反應(yīng)過程復(fù)雜且難以控制等缺點(diǎn)。

等離子體制氫是一種正在不斷發(fā)展完善的新方法，利用氣體通過高壓電極間的空間時，電極間流動的電子使氣體分子分裂，產(chǎn)生物質(zhì)的第四態(tài)——等離子體。由于等離子體中存在活性自由基（如O、OH、O3等），因而可引發(fā)部分化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的主要損失包括等離子體的碰撞損失和離子流動到器壁帶走的動能損失。由于等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的損失，導(dǎo)致反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的密度降低，使得重整制氫的效率不高。因此，如何降低等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的損失，從而提高重整制氫的效率是目前需要解決的一個問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了提高等離子體制氫裝置的制氫效率，針對傳統(tǒng)的等離子體制氫裝置存在的上述問題，根據(jù)等離子體的特性，提出了一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，它可以有效的提高等離子體制氫裝置的效率，并延長其工作壽命。

一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于：包括殼體、底座、電極、頂蓋與繞組線圈、進(jìn)氣管與出氣管。

其中殼體為圓筒結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)部空間作為反應(yīng)腔，殼體底端與底座固連。殼體頂端與頂蓋固連。所述電極為由頭部與桿部構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)，電極頭部由上至下直徑逐漸增大，桿部穿過底座并與底座固連。所述殼體外側(cè)壁底部以螺紋聯(lián)接方式連通有進(jìn)氣管，制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管導(dǎo)入反應(yīng)腔，在電極頭部底面與底座頂面間產(chǎn)生電弧，在氣流的作用下，電弧由電極頭部底端與反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁間的空隙處向頭部頂端移動，拉長電弧，促進(jìn)等離子體反應(yīng)。所述殼體接地，作為地電極。

所述進(jìn)氣管與殼體內(nèi)圓周成切線布置，由此，制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管導(dǎo)入反應(yīng)腔時可在反應(yīng)腔內(nèi)形成漩渦，使導(dǎo)入的氣體在反應(yīng)腔內(nèi)有更長的停留時間，提高氫產(chǎn)率。殼體外側(cè)壁周向上緊密纏繞有繞組線圈，由此通過對繞組線圈通電，在放電過程中，通過繞組線圈向反應(yīng)腔施加磁場，由此可對反應(yīng)腔內(nèi)等離子體進(jìn)行約束，以減少電子與反應(yīng)腔內(nèi)壁碰撞的能量損失，進(jìn)而提高反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的密度，以提高氫產(chǎn)率。

殼體上部以螺紋聯(lián)接方式連通有出氣管，經(jīng)過等離子體反應(yīng)后制得的富氫氣體通過出氣管排出反應(yīng)腔。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的進(jìn)氣管與反應(yīng)腔內(nèi)部的圓柱面成切線布置，使導(dǎo)入的氣體在反應(yīng)腔內(nèi)，有更長的反應(yīng)時間，提高效率；

2、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的外面纏繞繞組線圈，加上磁場，對等離子體進(jìn)行約束，以減少等離子體的能量損失，進(jìn)而提高反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的密度，以提高重整制氫的反應(yīng)效率；

3、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的電極頭部底端和反應(yīng)腔的內(nèi)壁之間產(chǎn)生電弧，在氣流的作用下，電弧由電極頭部底端向頂端移動，拉長電弧，增加氣體與電弧接觸的時間，促進(jìn)等離子體反應(yīng)。

附圖說明

圖1為等離子體發(fā)生裝置整體示意圖；

圖2為等離子體發(fā)生裝置主視剖面圖；

圖3為等離子體發(fā)生裝置中進(jìn)氣管連通方式A-A向視圖。

1-殼體????????????2-底座??????????????3-電極

4-頂蓋????????????5-繞組線圈??????????6-進(jìn)氣管

7-出氣管??????????101-外凸邊緣????????102-凸出部分