CN104675597B - 反射销式车载微波重整器等离子点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计开发了反射销式车载微波重整器等离子点火装置，包括反应腔、微波功率管、微波等离子体反应管、点火反射销、反射销螺栓，在反应腔上还设置有进气口，本装置中还设置有上盖。微波功率管装配在反应腔盖上并深入反应腔内部，能够向反应腔内发射微波，点火反射销由两个具有尖端的金属柱体构成，在微波电磁场作用下放电，从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿。本发明通过半导体微波功率管作为微波来源，易于在反射销点火端形成较高电压，并且微波功率可调，可以进行持续稳定的等离子体重整。本发明还具有体积小、不需要高压电、放电需求功率低、安全高效、成本低廉等优点。

Description

反射销式车载微波重整器等离子点火装置

技术领域

本发明涉及微波电磁感应技术，特别涉及一种反射销式车载微波重整器等离子点火装置。

背景技术

微波等离子重整器是利用微波激发混合可燃气产生等离子体，通过等离子体促使混合可燃气发生重整反应，生成富氢气体。实现混合可燃气的击穿产生等离子体需要电场强度达到击穿场强的阈值，这需要很高的微波击穿功率才能实现等离子体点火。混合可燃气一旦激发生成等离子体，有了少数的一定的初始电荷后，在微波电场作用下，初始电荷获取能量电离中性气体的速度大于电荷的消失速度，电离过程就可以自持进行下去，直到气体电离速度和电荷消失速度相等，等离子进入稳定状态。一旦等离子点火后，微波重整器只需要较低的维持功率就可以保持等离子状态，使得等离子重整反应持续进行。

传统的等离子点火装置一般为电极间的直流或交流高压放电，需要在微波等离子重整器中增加放电电极、高压点火线圈、放电控制和电源。有的车载重整器直接采用火花塞来实现等离子点火。传统的电火花点火方式需要依靠单独的电源供电，通过高压点火线圈释放高压，将混合燃料点燃。因此，有必要设计研发微波感应点火装置，实现在维持等离子功率的微波电磁场中获取能量，并使得能量的集中以达到微波击穿场强的要求。

由于等离子体具有更高的温度和能量密度，并可产生更多的活性成分，从而引发在常规的物理化学反应中难以实现的变化。因此本发明设计了一套通过反射销挤压微波电磁场，从而产生感应电动势来放电点火的微波等离子体重整器的点火装置。它具有安全高效、易启动、易控制、结构简单、可持续点火等优点。用于驱动微波重整器的微波能量可以通过磁控管、调速管、半导体微波发生器、半导体微波功率管等微波源来产生，本发明采用的是半导体微波功率管来驱动微波重整器，它具有体积小、不需要高压电、放电需求功率低、安全高效、成本低廉等优点。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计开发了一种反射销式车载微波重整器等离子点火装置，能够产生感应电动势并在维持等离子功率的微波电磁场中获取能量击穿可燃混合气体，实现点火目的。

本发明提供的技术方案为：

一种反射销式车载微波重整器等离子点火装置，包括

反应腔，其上设置有进气口；

微波功率管，其装配在反应腔盖上并深入所述的反应腔内部，所述微波功率管能够向所述反应腔内发射微波；

微波等离子体反应管，其设置在所述反应腔中心电场强度极大区，所述微波等离子体反应管与所述进气口连接，所述微波等离子体反应管内通有混合燃气；

点火反射销，其是由金属材料制成的柱体，并具有一尖端，所述点火反射销设置有两个，所述两个点火反射销的尖端相对，并与所述微波等离子体反应管连接，所述点火反射销能够在微波磁场作用下放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿。

优选的是，所述微波等离子体反应管为石英管、陶瓷管或纤维管。

优选的是，所述微波等离子体反应管为螺旋形。

优选的是，所述点火反射销通过反射销螺栓与所述反应腔连接，并可通过调节反射销螺栓调整两点火反射销尖端的距离。

优选的是，所述反应腔为圆环形柱体。

优选的是，还包括上盖，所述上盖设置于所述反应腔的上方，所述微波功率管与所述上盖相固定。

本发明所述的车载微波重整器等离子点火装置有益效果是：本发明具有安全高效、易启动、易控制、结构简单、可持续点火等优点。用于驱动微波重整器的微波能量可以通过磁控管、调速管、半导体微波发生器、半导体微波功率管等微波源来产生，易于在点火反射销尖端形成较高电压，并且微波功率可调，可以进行持续稳定的等离子体重整。本发明还具有体积小、不需要高压电、放电需求功率低、安全高效、成本低廉等优点。

附图说明

图1为本发明所述的微波重整器顶视图。

图2为本发明所述的微波重整器底视图。

图3为本发明所述的微波重整器三维立体视图。

图4为本发明所述的微波重整器点火反射销及其与微波等离子反应管的相对位置。

图5为本发明所述的微波等离子反应管的三维视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2、图3所示，本发明提供的是一种反射销式微波重整器等离子点火装置，主要由微波重整器反应腔1001、微波功率管1002、微波等离子体反应管1003、点火反射销1004、反射销螺栓1005组成。其中微波功率管1002为多个，组成微波功率合成系统，用于产生微波1006，装配在微波重整器反应腔上盖1009上并深入微波重整器反应腔1001。所述微波重整器反应腔1001为圆环形柱体，其底面有混合燃气进气口1005。

微波重整器反应腔1001为圆环形柱体，其底面有混合燃气进气口1007，多个微波功率管1002组成微波功率合成系统放置于反应腔内，能够产生微波1006。微波功率管1002装配在微波重整器反应腔上盖1009上，并深入微波重整器反应腔1001。通过对半导体微波功率管1002的位置和数量分析，使微波功率管1002功率的合成最大，并通过对半导体微波功率管1002电压的控制改变微波功率输出，最终达到装置点火对微波功率的输出的要求。

一并参阅图4，微波等离子体反应管1003置于微波重整器反应腔1001中心，微波等离子体反应管1003可以是石英管、陶瓷管、纤维管等，本实施例中采用石英管。微波等离子体反应管1003与进气口1007连接，在微波等离子体反应管1003内通有混合燃气。微波等离子反应管做成1003螺旋形，能够增加混合燃气吸收微波能量时间并使其尽可能多的吸收微波能量，提高反应率。

点火反射销1004如图5所示，由两个反射销螺栓1005固定并调整其相对间隙大小，以达到调节阻抗，以匹配合理阻抗的目的。由于点火反射销1004和反射销螺栓1005均为金属材料制成，金属材料具有阻止微波穿透的特性，其圆柱体部分会将部分发射过来的微波反射，等效于接入了一个负载，间距越小反射越大。由于反应腔壁上的面电流会沿着螺栓的圆柱侧面流入，使得螺栓侧面集中起了磁场，相当于电感，插入的越深电感越大；反应腔壁上的面电流流入螺栓圆锥面部分，螺栓圆锥面集中起了电荷，使得圆锥面之间电场强度增加，储存的电场能量增加，相当于在该位置串接一电容器，可达到压缩电场的目的，螺栓直径越大电容越大；因此相当于串联电容C和电感L。当电场强度足够大时，便可形成放电点火花。点火反射销1004的直径、放电端间距、放电电极尖端的半径或曲率决定了放电区域的电场强度，电场强度达到击穿的阈值即可形成放电。故将点火反射销1004两端制成圆锥形且尖端相互靠近，有利于点火反射销1004“挤压电场”放电形成高压电，将混合燃气击穿形成等离子体。

本发明所述的车载微波重整器等离子点火装置工作过程如下：

通过微波功率管1002向微波重整器反应腔1001中输入微波1006，这样在腔体中心会形成电场强度极大区，将微波等离子体反应管1003置于微波重整器反应腔1001中心，有利于提高反应率。点火反射销1004将更多的电磁场“挤压”，释放高强度电压，将微波等离子体反应管1003中的混合燃气击穿，放电形成等离子体。

该点火反射销1004通过反射销螺栓1005调整其间隙。使其达到合理“挤压电场”放电的目的。当点火反射销两端靠近到一定距离时，相当于串联电容C和电感L，总压降U相当于微波电场强度E乘以窄边b，即

U＝Eb

电容C上的压降为

U_c＝U/(1-ω²LC)＝Eb/(1-ω²LC)

并使得串联LC的谐振频率尽量等于微波频率。反射销两放电端相当于一个击穿电容

C＝Q/Uc

两个放电尖端看作两个半径为r的小球，两球之间的电场为

E_r＝2KQ/r²＝2KCUc/r²＝4KCEb/(r²-ω²LCr²)

两点火反射销1004跨越的窄边b距离很大，而放电尖端半径r或曲率很小，因此放电端之间电场强度很大，可以实现放电将可燃混合气击穿，形成等离子体，从而实现对等离子体反应管1003中混合燃气的点火。由于微波功率管1002持续向微波反应腔中发射微波电磁场1006，因而点火反射销1004会持续放电，从而实现对等离子反应管1003中的混合燃气持续释放击穿电流，形成击穿高压电。该击穿电压将等离子反应管1003中的混合燃气击穿，完成点火过程。

此反射销式微波重整器等离子点火装置结构简单、易于装配、功能高效合理、易于控制。对微波等离子体反应管1003、微波功率管1002、点火反射销1004的位置摆放，最大化的利用了微波功率并减少了装置体积。通过反射销螺栓1005改变点火反射销1004两放电尖端间距，实现了对放电强度的控制。本装置实现了微波放电点火，等离子体重整于一体的优化设计，拓展了微波电磁场应用的思想。与传统的电火花点火方式需要依靠单独的电源供电相比，本发明通过点火反射销在微波磁场产生感应电压，高压点火装置释放高压，将混合燃料点燃，能够在维持等离子功率的微波电磁场中获取能量并达到使得能量的集中以达到微波击穿场强的要求。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，包括

反应腔，所述反应腔底面设置有混合燃气进气口；

微波功率管，其深入所述的反应腔内部，所述微波功率管能够向所述反应腔内发射微波；

微波等离子体反应管，其设置在所述反应腔中心电场强度极大区，所述微波等离子体反应管与所述进气口连接，所述微波等离子体反应管内通有混合燃气；

点火反射销，其是由金属材料制成的柱体，并具有一尖端，所述点火反射销设置有两个，所述两个点火反射销的尖端相对，并插入所述微波等离子体反应管内部，所述点火反射销能够在微波电磁场作用下放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿。

2.根据权利要求1所述的反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，所述微波等离子体反应管为石英管、陶瓷管或纤维管。

3.根据权利要求1或2所述的反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，所述微波等离子体反应管为螺旋形。

4.根据权利要求3所述的反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，所述点火反射销通过反射销螺栓与所述反应腔连接，并可通过调节反射销螺栓调整两点火反射销尖端的距离。

5.根据权利要求1所述的反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，所述反应腔为圆环形柱体。

6.根据权利要求5所述的反射销式车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，还包括上盖，所述上盖设置于所述反应腔的上方，所述微波功率管与所述上盖相固定。