CN111502940B - 一种微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，包括火炬发生系统、进水系统和高压空气双分支输入系统；所述火炬发生系统包括火炬燃烧腔室(13)、微波发生器(1)、冷却水箱(2)、波导管(3)、点火模块(4)和石英放电管(12)；所述点火模块(4)设置于火炬燃烧腔室(13)下方，上方设置石英放电管(12)，冷却水箱(2)连接到微波发生器(1)，微波发生器(1)连接到波导管(3)，波导管(3)连接到火炬燃烧腔室(13)底部；所述进水系统连接到火炬燃烧腔室(13)中；所述高压空气双分支输入系统的双分支供气管分别给进水系统和火炬发生系统供气。本发明提供的装置，设计科学，结构简单，绿色环保，不使用化石燃料即可产生推动力。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，具体涉及一种微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置。
背景技术
目前应用于汽车、飞机、轮船、火箭等的推动力装置大部分是依靠化石燃料工作的，按种类可分为活塞式发动机、涡轮发动机等等。常见的汽油机和柴油机都属于往复活塞式内燃机，是将燃料的化学能转化为活塞运动的机械能并为汽车提供动力。汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。涡轮发动机多应用于航空，具有压气机、燃烧室和燃气涡轮，多年来已取得重大技术进步：民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过50000daN，噪声已下降20dB。这些动力装置在工作过程中，由于化石燃料的燃烧，会产生二氧化碳、二氧化硫等对环境有危害的物质，引起全球温室效应，酸雨等。一部分汽车使用电动机或混合动力，对环境影响相对传统汽车较小，但技术尚不成熟。
氢是重要的工业原料，也是一种清洁可再生能源，可用作汽车等的燃料。氢的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃烧的产物是水，不会造成环境污染，并可利用水的分解制取氢气。氢难以在常温常压下储存，我国利用特殊溶液大量吸收氢气，一立方米可以吸收超过50公斤，平常可以稳定储存，加入催化剂便可释放氢气，储氢材料可重复使用2000次。同时氢的储运技术也取得了重大进展，这些技术都为氢的利用提供了有力支持。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明以微波空气等离子体火炬为基础，通过引入进水系统，从而实现使用微波空气等离子体火炬来加热水分子，使水分子在高温及电离的情况下分解产生离子，从而通过化学反应急剧膨胀产生强大的推动力，达到不使用化石燃料，仅依靠电能、空气、水产生推动力的目的。
本发明提供的技术方案如下：
一种微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，包括火炬发生系统、进水系统和高压空气双分支输入系统；
所述火炬发生系统包括火炬燃烧腔室(13)、微波发生器(1)、冷却水箱(2)、波导管(3)、点火模块(4)和石英放电管(12)；所述点火模块(4)设置于火炬燃烧腔室(13)下方，上方设置石英放电管(12)，冷却水箱(2)连接到微波发生器(1)，微波发生器(1)连接到波导管(3)，波导管(3)连接到火炬燃烧腔室(13)底部；
所述进水系统连接到火炬燃烧腔室(13)中；
所述高压空气双分支输入系统的双分支供气管分别给进水系统和火炬发生系统供气。
进一步，所述微波发生器(1)包括微波电源(1a)和磁控管(1b)，微波电源(1a)给磁控管(1b)供电以产生微波。
进一步，所述磁控管(1b)利用冷却水箱(2)中的水进行冷却。
进一步，所述波导管(3)为压缩形波导管，波导管上有一直径为27mm-30mm的通孔，石英放电管(12)垂直穿过通孔，下方连接到点火模块(4)，压缩形波导管的扁口造型设计增大通孔附近区域的电场强度以有效传输微波能量。
进一步，所述点火模块(4)包括交流高压电源(4a)、打火针(4b)；所述打火针(4b)置于石英放电管(12)底部并通过交流高压电源(4a)供电。
进一步，所述石英放电管(12)下方设置有高压空气入口，并连接到高压空气双分支输入系统中的一个供气分支，石英放电管侧壁连接到进水系统。
进一步，所述进水系统包括存水器(8)，存水器(8)设置有进水管和出水管，出水管连接到火炬燃烧腔室(13)中的石英放电管(12)侧壁；双高压空气双分支输入系统中一个供气分支连接到存水器(8)。
进一步，所述高压空气双分支输入系统包括空气压缩机(7a)和双分支供气管。
工作原理：
通过空气压缩机(7a)产生高压空气，由流量计来控制气体流量并通过空气输送管分别输入至高压空气入口和存水器(8)。
微波发生装置产生微波，冷却水箱(2)持续对磁控管(1b)冷却，保持微波发生器在产生高功率的微波的同时，其所产生的反射波不致于温度过高而损坏磁控管。微波通过压缩形波导管(3)的传输在通孔区域电离空气，经过交流高压电源(4a)电击穿空气在打火针(4b)尖端产生小火焰，在石英放电管(12)中激发高温的微波空气等离子体火炬(11)。等离子体火炬加热水分子，使水分子通过高温火炬裂解生成氢气和氧气，再通过燃烧产生推动力。
打火针(4b)侧面导入的高压空气，在石英放电管(12)中形成涡流，稳定放电管中产生的等离子体，将微波等离子体火炬(11)稳定在管的中心，可以避免高温对石英放电管(12)的烧蚀。
存水器(8)中连接供气系统的一根支管，在工作过程中使存水器上方保持一定量的空气，避免石英管(12)中压强较大造成出水管中的水倒流。
本发明的有益效果：
本发明提供的微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，通过微波空气等离子体火炬来加热水分子，使水分子裂解成高温高压离子以提供推进力。该装置结构简单，绿色环保，不使用化石燃料。如采用更高功率的微波，且保证相关零组件的质量，此能量可作为清洁环保的新能源应用于工业等领域。
附图说明
图1-微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置结构示意图；
图2-压缩形波导管共振腔剖面示意图；
图3-点火装置实验示意图；
图4-微波空气等离子体火炬温度测试示意图；
附图标记：1-微波发生装置、1a-1000W 2.45GHz微波电源、1b-磁控管、2-冷却水箱、3-压缩形波导管、4-点火模块、4a-交流高压电源、4b-打火针、4c-接地、5-阀门、6-阀门、7-高压空气双分支输入系统、7a-空气压缩机、7b-空气输送管、7c-空气输送管、8-存水器、9-进水阀门、10-出水阀门、11-微波等离子体火炬、12-石英放电管、13-火炬燃烧腔室、14-红外测温仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
实施例
图1示出了微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置的结构，包括火炬发生系统、进水系统和高压空气双分支输入系统；
所述火炬发生系统包括火炬燃烧腔室13、微波发生器1、冷却水箱2、波导管3、点火模块4和石英放电管12；
所述微波发生器1包括微波电源1a和磁控管1b，微波电源1a给磁控管1b供电以产生微波。
所述磁控管1b利用冷却水箱2中的水进行冷却。
所述波导管3为压缩形波导管，波导管上有一直径为27mm-30mm的通孔，石英放电管12垂直穿过通孔，下方连接到点火模块4，压缩形波导管的扁口造型设计增大通孔附近区域的电场强度以有效传输微波能量。
所述点火模块4包括交流高压电源4a、打火针4b；所述打火针4b置于石英放电管12底部并通过交流高压电源4a供电。
所述石英放电管12下方设置有高压空气入口，并连接到高压空气双分支输入系统中的一个供气分支，石英放电管侧壁连接到进水系统。
所述点火模块4设置于火炬燃烧腔室13下方，上方设置石英放电管12，冷却水箱2连接到微波发生器1，微波发生器1连接到波导管3，波导管3连接到火炬燃烧腔室13底部。图2示出了压缩形波导管共振腔的结构。
所述进水系统包括存水器8，存水器8设置有进水管和出水管，出水管连接到火炬燃烧腔室13中的石英放电管12侧壁；高压空气双分支输入系统中一个供气分支连接到存水器8。
所述进水系统连接到火炬燃烧腔室13中；
所述高压空气双分支输入系统的双分支供气管分别给进水系统和火炬发生系统供气。
该微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置的操作步骤如下：
1：开启空气压缩机和两个空气输送管阀门，通过流量计将空气流量控制在25L/min，保持空气压缩机进气稳定。
2：开启冷却水箱确保冷却水持续供应且稳定。
3：检查接地线路，保证整个系统良好接地。
4：开启微波电源并设定微波功率。
5：开启点火装置，观察到产生微波空气等离子体火炬后关闭点火装置。图3示出了点火装置的实验示意图。
6：打开出水阀门，使水输入到石英管处加热。图4为使用红外测温仪14检测微波等离子体火炬11的温度，温度高达1257℃。从图4可以看出装置能够产生较大的明亮火焰，表明本装置实现了气体的生成和燃烧。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，其特征在于：
包括火炬发生系统、进水系统和高压空气双分支输入系统；
所述火炬发生系统包括火炬燃烧腔室(13)、微波发生器(1)、冷却水箱(2)、波导管(3)、点火模块(4)和石英放电管(12)；
所述点火模块(4)设置于火炬燃烧腔室(13)下方，包括交流高压电源(4a)、打火针(4b)；所述打火针(4b)置于石英放电管(12)底部并通过交流高压电源(4a)供电；冷却水箱(2)连接到微波发生器(1)，微波发生器(1)连接到波导管(3)，波导管(3)连接到火炬燃烧腔室(13)底部；所述波导管(3)为压缩形波导管，波导管上有一直径为27mm-30mm的通孔，石英放电管(12)垂直穿过通孔，下方连接到点火模块(4)，压缩形波导管的扁口造型设计增大通孔附近区域的电场强度以有效传输微波能量；
所述进水系统连接到火炬燃烧腔室(13)中；
所述高压空气双分支输入系统的双分支供气管分别给进水系统和火炬发生系统供气；
所述石英放电管(12)下方设置有高压空气入口，并连接到高压空气双分支输入系统中的一个供气分支，石英放电管侧壁连接到进水系统。
2.根据权利要求1所述的微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，其特征在于：所述微波发生器(1)包括微波电源(1a)和磁控管(1b)，微波电源(1a)给磁控管(1b)供电以产生微波。
3.根据权利要求2所述的微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，其特征在于：所述磁控管(1b)利用冷却水箱(2)中的水进行冷却。
4.根据权利要求1所述的微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，其特征在于：所述进水系统包括存水器(8)，存水器(8)设置有进水管和出水管，出水管连接到火炬燃烧腔室(13)中的石英放电管(12)侧壁；高压空气双分支输入系统中一个供气分支连接到存水器(8)。
5.根据权利要求1所述的微波空气等离子体水蒸气喷射推动装置，其特征在于：所述高压空气双分支输入系统包括空气压缩机(7a)和双分支供气管。
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