CN105909449B - 一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置，包括：反应腔，其为圆环形柱体；微波功率管，其深入所述反应腔内部，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位置；以及点火进气反射销，其与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反射销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，本发明将混合气体的进出气端口集成在反射销上，完全避免了气体管路进出反应腔带来的腔体开孔机衍生问题，本发明还有效利用混合气体对反射销放电尖端进行降温，提高了反射销的使用寿命和整个反应过程的可靠性。

Description

一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置

技术领域

本发明涉本发明涉及微波电磁感应技术，特别涉及一种利用反射销兼做进气口的微波等离子体重整器点火进气装置。

背景技术

微波等离子体重整器是利用微波激发混合气体产生等离子体，通过等离子体促使混合气体发生重整反应，产生富氢气体，具有反应产量高、无需催化剂等优点。在进行重整反应时，首先需要较大的电场强度击穿混合气体产生少数初始电荷，初始电荷在微波电场中获取能量继续电离中性气体，中性气体的电离速度大于电荷的复合速度才能产生等离子体。而一旦混合气体点火成功产生等离子体，只需要较低的微波功率就可以维持等离子体状态，使得等离子重整反应持续进行。

传统等离子体一般利用电极间的直流和交流高压放电进行点火，利用这种点火方式需要单独的高压电源和控制电路，而且还需要在微波电场中设置点火电极，微波电场中的点火电极一方面会影响重整器中微波电场的分布，另一方面微波电场腐蚀点火电极污染反应气体。专利CN204436674U提出了一种反射销式车载微波重整器等离子点火装置，在重整器反应腔中设置反射销进行点火。该专利的好处是不需要设置单独的高压点火电路，只在在反应腔中利用反射销压缩微波电场进行点火。但是同样存在微波电场腐蚀反射销污染反应气体问题。

微波等离子重整器中重整反应发生在反应腔中的石英管中，为了提高反应产量石英管的直径一般选取较大。而石英管需要在反应腔腔体表面设置进气和出气端口，这就需要在反应腔腔体上开设较大的进气出口和排气出口，在反应腔腔体上开设的端口对反应腔腔体壁电流影响很大，不光增加了设计难度还对反应腔内微波分布产生较大的影响。

基于以上问题，本发明在反射销式点火方式的基础上提出改进。把混合气体的进出气端口集成在反射销上，这样一方面完全避免了气体管路进出反应腔带来的腔体开孔机衍生问题，令一方面还可以有效利用混合气体对反射销放电尖端进行降温，提高了反射销的使用寿命和整个重整器的可靠性。

发明内容

本发明设计开发了一种用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，混合气体的进出气端口集成在反射销上，完全避免了气体管路进出反应腔带来的腔体开孔机衍生问题。

本发明还有一个目的是有效利用混合气体对反射销放电尖端进行降温，提高了反射销的使用寿命和整个反应过程的可靠性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，其特征在于，包括：

反应腔，其为圆环形柱体；

微波功率管，其深入所述反应腔内部，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位置；以及

点火进气反射销，其与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反射销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，包括：

第一反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎；

第二反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎，所述第二反射销椎管与所述第一反射销椎管具有放电锥的一端相对设置；

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入所述微波等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。

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非导通圆环形管路或非导通的螺旋形管路。

优选的是，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管材质为铜、金、银和铂中的一种。

优选的是，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管直径相同，直径为10mm-15mm。

优选的是，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管内壁镀有耐腐蚀材料。

优选的是，还包括调整螺栓，其设置在所述反射销椎管外部，用于调节所述第一反射销锥管和所述第二反射销椎管的间距。

一种用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，包括：

反应腔，其为圆环形柱体；

微波功率管，其深入所述反应腔内部，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位置；以及

点火进气反射销，其与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反射销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，包括：

第一反射销椎管，其为金属空心圆柱管，

第二反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎，所述第二反射销椎管具有放电锥的一端与所述第一反射销椎管相对设置；

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入所述微波等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。

一种用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，包括：

反应腔，其为圆环形柱体；

磁控管，所述磁控管能够产生微波；

耦合装置，其设置在所述磁控管和所述反应腔之间，用于将磁控管产生的微波耦合进入反应腔内部；

微波等离子体反应管，其设置在所述反应腔中心位置；

点火进气反射销，其由两根相对设置的金属反射销椎管构成，与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反映销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，包括：

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。

本发明所述的有益效果

1.本发明提供的用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置用反射销兼做进出气口的微波等离子体重整器点火进气装置，结构简单紧凑、便于控制，不需要单独的高压电源进行点火成本更低。

2.本发明提供的用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，减少进出气端口对反应腔内模态分布的影响，微波反应腔设计更加简单，微波利用效率更高。

3.本发明提供的用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，利用反应气体对反射销点火尖端进行降温，减少了反射销放点尖端的腐蚀，工作寿命更长，整个反应更加安全高效。

附图说明

图1为本发明所述用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置的平面图。

图2为本发明所述用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置的三维立体图。

图3为本发明所述点火进气反射销及其与微波等离子反应管的相对位置示意图。

图4为本发明所述的用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置的另一实施例结构示意图。

图5为本发明所述的微波等离子反应管的三维视图。

图6为本发明所述的采取同轴线耦合方式的于微波等离子体重整器的新型点火进气装置的平面图。

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所示，本发明提供的一种用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置，包括：包括微波重整器反应腔1001、微波功率管1002、微波等离子体反应管1003和点火进气反射销1005。

微波重整器反应腔1001为圆环形柱体，微波功率管1002产生的微波1004可以在微波重整器1001圆环反应腔1001内较均匀的分布，作为一种优选，为了减少反应腔壁电流对能量的消耗，环形柱体内部做镀铜处理。

如图2所示，微波功率管1002，微波功率管用来产生重整反应所需的微波1004，微波功率管放置在微波重整反应腔上盖1007上，并深入微波重整器反应腔1001内部，可以通过控制微波功率管1002两端电压改变微波功率管1002的输出功率，微波功率管一般有多个，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，用来产生微波1004，通过对微波功率管数量和位置的分析结合反应腔壁电流分布原理，合理安置各微波功率管在反应腔内位置，可以使微波功率管1002在反应腔内部微波输出功率最大。

如图6所示，在另一实施例中，微波功率也可以通过磁控管产生，然后通过特定的耦合装置直接耦合到反应腔中，通过同轴线1009结构把微波耦合到微波重整器反应腔1001内部。

微波等离子体反应管1003放置在微波重整器反应腔1001中心位置，微波等离子体反应管1003可以由石英管、陶瓷管等耐高温透波材料制成。微波等离子体反应管由非导通圆环形管路构成。

如图5所示，作为一种优选，在另一实施例中，为了提高重整反应速度，微波等离子体反应管路1003也可以制成非导通的螺旋形管路，这样可以提高微波重整器内等离子体火焰长度，提高反应速度。

如图3所示，点火进气反射销1005，由两个直径一定的金属空心圆柱管构成，铜、金、银或其他高导电率的金属材料，金属管一端焊接放电椎，两个反射销尖端放电锥相对放置，为了使得微波能够很好反射，并且反射销圆柱外表面对微波的热阻损耗小，反射销直径一般选取较大，约为10mm-15mm，金属管侧壁合适部位开孔，分别和微波等离子体反应管1003两端相连并导通，则混合气体可以通过点火进气反射销1005进出等离子体反应管1003，反射销同时起到进出气端口的作用，完全避免腔体开孔衍生的技术问题，为了减少混合气体对金属管的腐蚀，混合气体不应该和金属管直接接触，混合气体可以通过耐腐蚀材料制成的管路通过金属管，金属管内壁直接镀上耐腐蚀材料，混合气体直接通过金属管内壁进出。

在另一实施例中，两个反射销椎管中只有一个焊接放电锥，这样可以直接在气流的进气口位置进行点火放电，可以有效利用混合气体对放电尖端进行冷却，降低放电对反射销放电尖端的腐蚀，如图4所示，反射销在反应腔内可以通过压缩微波电场获取较大的击穿场强，击穿混合气体放电，将所述微波等离子体反应管1002中混合气体点燃。

实施以用于微波等离子体重整器的新型点火进气装置的工作过程为例，作进一步的说明

点火进气反射销1005由两个反射销状金属铜管组成，包括第一反射销椎管1005-1和第二反射销椎管1005-2，作为进气端口的第一反射销椎管反射销1005-1，在微波等离子体反应管1003的尖端附近铜管侧壁上开有进气端口1005-4，第二反射销椎管反射销1005-2需要和微波等离子体反应管1003排气端口1003-1连接，因此要求第二反射销椎管反射销1005-2在微波重整器反应腔1001内未伸入微波等离子体反应管1003的某个位置铜管侧壁上开有排气端口1005-3，反射销1005和微波等离子体反应管1003上的排气端口1005-3、1003-1可以由石英、陶瓷等耐高温透波材料短管1003-2制成，则混合气体可以从微波等离子体反应腔1001内腔壁上进气管路1007通过第一反射销椎管反射销1005-1进入微波等离子体反应管1003，在反射销放电点火后，形成等离子体，顺时针绕行微波等离子体反应管1003一圈或多圈后，通过另一第二反射销椎管反射销1005-2侧孔输出到反应腔1001腔体外面出气管路1008。

点火进气反射销1005，可以通过反射销调整螺栓1006调整两个尖端的距离，以达到调节阻坑的目的。点火进气反射销1005和反射销调整螺栓1006均有金属材料制成，微波电场中的金属材料可以阻止微波穿透，没有点火情况下，当两个点火反射销间距足够小，两个反射销的反射接近100％，当两个反射销之间有放电电流时，其反射已是100％，因此可以通过调节反射销直径、间距、头部椎体等参数使得反射销之间的放电功率为腔体内总功率的合适百分比。

以放电点火电功率为0.5％为例，可以通过点火反射销优化参数的选取来满足三个设计目的：1、反射销对微波实现大部分功率的反射，A＝99.5％；2、反射销消耗很少一点比例的功率用于放电点火，B＝0.5％；3、点火功率加上反射功率等于全部功率，A+B＝1。

通过微波功率管1002向微波重整器反应腔1001馈入微波1004，微波1004在腔体中形成电场较大区域，同时点火进气反射销1005挤压电磁场，释放高强度电压，将放电尖端附近混合气体点燃。

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，

U＝E·b；

电容C上的压降为U_c＝U/(1-2ωLC)＝Eb/(1-2ωLC)；

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/U_C；

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＝2KCU_c/r²＝4KCEb/(r²-2ωLCr²)；

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。

本发明所述新型微波等离子体点火进气装置，把微波等离子点火装置和进出气装置集成在一起，结构更加简单、紧凑，最大限度的利用了微波功率。避免了气体管路进出反应腔带来的腔体开孔机衍生问题，而且可以有效利用混合气体对反射销放电尖端进行降温，提高了反射销的使用寿命和整个重整器的可靠性。

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 (9)

1.一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，包括：

反应腔，其为圆环形柱体，所述圆环形柱体内部镀铜处理；

微波功率管，其深入所述反应腔内部，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位置；以及

点火进气反射销，其与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反射销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，点火进气反射销包括：

第一反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎；

第二反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎，所述第二反射销椎管与所述第一反射销椎管具有放电锥的一端相对设置；

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入所述微波等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。

2.根据权利要求1所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，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所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，所述微波等离子体反应管为非导通圆环形管路或非导通的螺旋形管路。

4.根据权利要求3所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管材质为铜、金、银和铂中的一种。

5.根据权利要求4所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管直径相同，直径为10mm-15mm。

6.根据权利要求5所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，所述第一反射销椎管和第二反射销椎管内壁镀有耐腐蚀材料。

7.根据权利要求1所述的用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，还包括调整螺栓，其设置在所述反射销椎管外部，用于调节所述第一反射销锥管和所述第二反射销椎管的间距。

8.一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，包括：

反应腔，其为圆环形柱体，所述圆环形柱体内部镀铜处理；

微波功率管，其深入所述反应腔内部，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位置；以及

点火进气反射销，其与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反射销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，点火进气反射销包括：

第一反射销椎管，其为金属空心圆柱管，

第二反射销椎管，其为金属空心圆柱管，其一端焊接有放电椎，所述第二反射销椎管具有放电锥的一端与所述第一反射销椎管相对设置；

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入所述微波等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。

9.一种用于微波等离子体重整器的点火进气装置，其特征在于，包括：

反应腔，其为圆环形柱体，所述圆环形柱体内部镀铜处理；

磁控管，所述磁控管能够产生微波；

耦合装置，其设置在所述磁控管和所述反应腔之间，用于将磁控管产生的微波耦合进入反应腔内部；

微波等离子体反应管，其设置在所述反应腔中心位置；

点火进气反射销，其由两根相对设置的金属反射销椎管构成，与所述微波等离子体反应管连通，所述点火进气反映销能够在微波电磁场作用下产生放电从而将所述微波等离子体反应管中的混合燃气击穿，点火进气反射销包括：

进气端口，其设置在所述点火进气反射销的一端，用于导入混合气体，并将其通过所述点火进气反射销送入等离子体反应管内；

排气端口，其设置在所述点火进气反映销的侧壁上，所述排气端口与外界空气连通。