CN102802334A - 一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置 - Google Patents

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宋凌珺
王皓
李兴虎
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Abstract

本发明是一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，包括壳体、底座、电极、顶盖、绕组线圈、进气管与出气管。壳体和电极均与底座固连，壳体内部为反应腔，顶盖固定在壳体顶部。在壳体外侧壁上缠绕有绕组线圈。反应腔的底部以螺纹联接方式连通有进气管，进气管与反应腔内部的圆柱面成切线布置。壳体的顶部以螺纹联接连通一个出气管。该等离子体发生装置在工作时，气体从底部的进气管进入反应腔。电极和壳体内壁间形成的放电区进行等离子体反应，最后生成的富氢气体由上部的出气管排出。本发明的优点为：导入气体在反应腔内，反应时间更长，提高制氢效率；且通过绕组线圈施加磁场，减少了电子与反应腔内壁碰撞的能量损失，进一步提高制氢效率。

Description

一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及等离子制氢领域，具体来说是一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置。
背景技术
目前，世界性的能源危机、环境污染等问题日益严重，而汽车作为石油的消耗主体，它消耗的石油资源越来越多，同时汽车行驶时排出的气体污染物、微粒污染物、蒸发排放物等已成为城市空气污染的主要来源。汽车排气不仅直接危害大气环境，而且会形成二次污染物，汽车排出的HC和NOX在太阳光的作用下，发生复杂的光化学反应，生成以臭氧、醛、过氧酰酸酯为主的光化学烟雾。由此可见，汽车排入大气的有害污染物除了使城市空气中的有害污染物增加外，还导致大气臭氧层破坏、温室效应，产生光化学烟雾和酸雨等。因此，开发节能、环保、可持续发展的新能源动力汽车已成为汽车工业迫在眉睫的任务。
氢气是一种清洁高效的燃料，它的热值近汽油的3倍，可以作为燃料电池的燃料，也可以作为传统发动机的燃料，在掺氢燃烧过程中可以提高火焰的传播速度，改善内燃机燃烧，从而降低有害物的排放。氢气还可作为汽车尾气催化净化器的还原气体，从而提高还原效率，降低氮氧化物的排放。目前传统的制氢方法主要有：水电解制氢、化石燃料制氢、热化学制氢、光化学制氢和生物制氢等。但这些方法具有能源利用率低、成本高、反应过程复杂且难以控制等缺点。
等离子体制氢是一种正在不断发展完善的新方法，利用气体通过高压电极间的空间时，电极间流动的电子使气体分子分裂，产生物质的第四态——等离子体。由于等离子体中存在活性自由基（如O、OH、O3等），因而可引发部分化学反应的发生。等离子体在反应腔内的主要损失包括等离子体的碰撞损失和离子流动到器壁带走的动能损失。由于等离子体在反应腔内的损失，导致反应腔内等离子体的密度降低，使得重整制氢的效率不高。因此，如何降低等离子体在反应腔内的损失，从而提高重整制氢的效率是目前需要解决的一个问题。
发明内容
本发明为了提高等离子体制氢装置的制氢效率，针对传统的等离子体制氢装置存在的上述问题，根据等离子体的特性，提出了一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，它可以有效的提高等离子体制氢装置的效率，并延长其工作寿命。
一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：包括壳体、底座、电极、顶盖与绕组线圈、进气管与出气管。
其中壳体为圆筒结构，壳体内部空间作为反应腔，壳体底端与底座固连。壳体顶端与顶盖固连。所述电极为由头部与杆部构成的一体结构，电极头部由上至下直径逐渐增大，杆部穿过底座并与底座固连。所述壳体外侧壁底部以螺纹联接方式连通有进气管，制氢用的混合气体从进气管导入反应腔，在电极头部底面与底座顶面间产生电弧，在气流的作用下，电弧由电极头部底端与反应腔内侧壁间的空隙处向头部顶端移动，拉长电弧，促进等离子体反应。所述壳体接地，作为地电极。
所述进气管与壳体内圆周成切线布置，由此，制氢用的混合气体从进气管导入反应腔时可在反应腔内形成漩涡，使导入的气体在反应腔内有更长的停留时间，提高氢产率。壳体外侧壁周向上紧密缠绕有绕组线圈，由此通过对绕组线圈通电，在放电过程中，通过绕组线圈向反应腔施加磁场，由此可对反应腔内等离子体进行约束，以减少电子与反应腔内壁碰撞的能量损失，进而提高反应腔内等离子体的密度，以提高氢产率。
壳体上部以螺纹联接方式连通有出气管，经过等离子体反应后制得的富氢气体通过出气管排出反应腔。
本发明优点在于：
1、本发明等离子体发生装置的进气管与反应腔内部的圆柱面成切线布置，使导入的气体在反应腔内，有更长的反应时间，提高效率；
2、本发明等离子体发生装置的外面缠绕绕组线圈，加上磁场，对等离子体进行约束，以减少等离子体的能量损失，进而提高反应腔内等离子体的密度，以提高重整制氢的反应效率；
3、本发明等离子体发生装置的电极头部底端和反应腔的内壁之间产生电弧，在气流的作用下，电弧由电极头部底端向顶端移动，拉长电弧，增加气体与电弧接触的时间，促进等离子体反应。
附图说明
图1为等离子体发生装置整体示意图；
图2为等离子体发生装置主视剖面图；
图3为等离子体发生装置中进气管连通方式A-A向视图。
1-壳体            2-底座              3-电极
4-顶盖            5-绕组线圈          6-进气管
7-出气管          101-外凸边缘        102-凸出部分
103-反应腔        301-头部            302-杆部
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，如图1、图2所示，包括壳体1、底座2、电极3、顶盖4与绕组线圈5、进气管6与出气管7。
其中壳体1为圆筒结构，壳体1内部空间作为等离子体发生装置的反应腔103，壳体1底端具有外凸边缘101，用来固定安装底座2。所述底座2与壳体1底端台阶配合定位，通过螺栓将壳体1底端外凸边缘101与底座2固定，从而实现壳体1与底座2间的固定；底座2用来安装电极3，并对整个等离子体发生装置进行支撑。壳体1顶端同样具有外凸边缘101，用来固定安装顶盖4。所述顶盖4与壳体1顶端台阶配合定位，通过螺栓将壳体1顶端外凸边缘101与顶盖4固定，从而实现壳体1与顶盖4间的固定；通过顶盖4将壳体1顶端密封。
所述电极3为由头部301与杆部302构成的一体蘑菇状结构，电极3头部301由上至下直径逐渐增大，电极3头部301底面直径为壳体1内径的三分之二，使电极3头部301底端周向上与壳体1内侧壁间存在间隙，由此电极3头部与壳体1内侧壁间为等离子反应的放电区。电极3杆部302具有螺纹结构，杆部302与底座2间竖直螺纹固连，并穿过底座2，用来连接电源线。所述电极3头部301与壳体1底面间距为壳体1高度的三分之一。
所述壳体1外侧壁底部水平以螺纹联接方式连接有一根进气管6，进气管6与反应腔103以螺纹联接方式连通。在电极头部301底端与反应腔103内壁间产生电弧，制氢用的混合气体从进气管6导入反应腔103。在气流的作用下，电弧由电极3头部301底端与反应腔103内侧壁间的间隙处向头部301顶端移动，使电弧拉长，由此促进等离子体反应。所述壳体1通过地线接地，作为地电极。
本发明中，上述进气管6与壳体1内圆周方向成切线布置，如图3所示。由此将制氢用的混合气体从进气管6导入反应腔103时，可在反应腔103内形成漩涡，使导入的气体在反应腔103内有更长的反应时间，提高反应效率。
所述壳体1外侧壁周向上紧密缠绕有绕组线圈5，绕组线圈5通过壳体1外侧壁上部与下部环形凸出部分102进行限位，由此通过对绕组线圈5通电，在放电过程中，通过绕组线圈5向反应腔103施加磁场，由此可对反应腔103内等离子体进行约束，以减少电子与反应腔103内壁碰撞的能量损失，进而提高反应腔103内等离子体的密度，以提高重整制氢的反应效率。
壳体上部以螺纹联接方式连通出气管7，出气管7与反应腔103连通，经过等离子体反应后制得的富氢气体通过出气管7排出反应腔103。

Claims (8)

1.一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：包括壳体、底座、电极、顶盖与绕组线圈、进气管与出气管；
其中，壳体为圆筒结构，壳体内部空间作为反应腔，壳体底端与底座固连；壳体顶端与顶盖固连；所述电极为由头部与杆部构成的一体结构，电极头部由上至下直径逐渐增大，杆部穿过底座并与底座固连；所述壳体下部以螺纹联接方式连通有进气管，壳体上部以螺纹联接方式连通有出气管；壳体外侧壁周向上紧密缠绕有绕组线圈；所述进气管与壳体内圆周成切线布置。
2.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述壳体底端具有外凸边缘，壳体底端与底座台阶配合定位，通过螺栓将壳体底端外凸边缘与底座固定。
3.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述壳体顶端具有外凸边缘，壳体顶端与顶盖间台阶配合定位，通过螺栓将壳体顶端外凸边缘与顶盖固定。
4.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述电极头部与壳体底面间距为壳体高度的三分之一。
5.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述电极杆部具有螺纹结构，杆部与底座间竖直螺纹固连。
6.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述电极头部底面直径为壳体内径的三分之二。
7.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述绕组线圈通过壳体外侧壁上部与下部环形突出部分进行限位。
8.如权利要求1所述一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：所述壳体通过地线接地，作为地电极。
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