CN204943854U - 等离子加热器和等离子加热供暖装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子加热器，包括阴极和喷嘴，所述阴极的头部与所述喷嘴构成等离子体发生空间，所述阴极外套有管状结构，所述管状结构外套有通道，所述通道与供水系统连通，所述通道一端延伸至所述等离子体发生空间，所述喷嘴包括喷嘴壁和位于所述喷嘴壁上的喷嘴开口。本实用新型还公开了一种等离子加热供暖装置。本实用新型用电量和老式的用电取暖相比，用电量至少减少了50倍，而水量几乎可以忽略不计，大部分水是循环使用，本实用新型使用年限使用寿命可达30年以上。与传统的燃烧、燃气、燃电相比，成本低，耗电量低，热值高，不受外界和内在的条件限制，应用空间广泛是新能源扶持项目，解决了国家能源危机，是可持续发展项目之一。

Description

等离子加热器和等离子加热供暖装置

技术领域

本实用新型涉及一种加热装置，具体地说是一种等离子加热器和等离子加热供暖装置。

背景技术

目前，民用供暖设备使用的燃料都是不可再生能源，包括煤炭，燃油等，随着人口的增加，人们对不可再生能源的消耗逐渐增大，带来日益严重环境污染问题和能源枯竭问题。长久以来，人们一直在寻找一些新能源代替不可再生能源。水分子是由氢和氧(H₂O)构成，分解之后氢气可以燃烧、氧气能助燃，并且氢气燃烧的热值是汽油的三倍之多，而燃烧产物只是水，不污染环境，是一种非常洁净可重复使用的燃料。但是，目前制氢技术的能源消耗太大并且效率很低。

近年来，等离子体技术在工业上的应用发展很快，例如：等离子体点火、等离子体加热等。等离子体是在电离层或者放电现象下所形成的一种状态(俗称第四态)，伴随着放电现象将会生成激发原子、激发离子、离解原子、游离原子团、原子或者分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经过相互碰撞而产生高温并分解，温度可高达几万度以上，而离子的温度仅仅略高于常温，因此在放电场内的温度接近常温，俗称为低温等离子体或者非平衡低温等离子体。

实用新型内容

根据上述提出的现有民用供暖设备对不可再生能源的消耗所带来的问题，而提供一种以水转氢气作为能源的等离子加热器和等离子加热供暖装置。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种等离子加热器，包括阴极和喷嘴，所述阴极的头部与所述喷嘴构成等离子体发生空间，所述阴极外套有管状结构，所述管状结构外套有通道，所述通道与供水系统连通，所述通道一端延伸至所述等离子体发生空间，所述喷嘴包括喷嘴壁和位于所述喷嘴壁上的喷嘴开口，所述阴极尾部设有在所述阴极和所述喷嘴之间提供电压的直流电压源。所述管状结构与所述通道之间构成所述等离子加热器的隔热层，所述隔热层内的水(由所述供水系统提供)作为冷却剂，安装时，所述管状结构插入所述通道，所述阴极插入所述管状结构，所述阴极的头部位于所述管状结构之外，即所述通道延伸至靠近所述阴极的地方停止，使得工作状态时，所述通道内的水可以在所述管状结构外壁的两端来回流动，不断地受热产生大量水蒸气，保证了所述等离子加热器的正常使用，而所述通道延伸至所述等离子体发生空间的设置，使得水蒸气和热空气一同到达所述等离子体发生空间内并在等离子弧(温度可达1300℃-1500℃)的作用下分解出氢气和氧气，所述管状结构同时也是所述阴极的电隔离层，能够有效的确保所述阴极和所述喷嘴之间恒定电位差，这对保证所述阴极冷却也是有利的。

所述喷嘴开口具有位于所述喷嘴外侧的大口端和位于所述喷嘴内侧的小口端，即所述喷嘴开口呈漏斗形，所述大口端的最大孔径与所述喷嘴开口的深度的比值大于2，所述喷嘴壁的厚度等于所述喷嘴开口的深度。

所述大口端呈椭圆形，方形或三角形中的一种；所述小口端呈椭圆形，方形或三角形中的一种，除了上述提到形状外，所述大口端和所述小口端的形状还包括其他规则图形或不规则图形。

所述大口端呈椭圆形，所述小口端呈椭圆形，所述小口端的长轴与所述小口端的短轴的比值为1.3以上。

所述喷嘴壁的厚度为3mm以下，所述小口端的长轴的长度为3-5mm，所述小口端的短轴为1-2.5mm。

所述管状结构由玻璃或石英玻璃制成的，所述管状结构的内径大于或等于所述阴极的最大外径。

所述通道远离所述等离子体发生空间的一端与液体贮存器连通，所述液体贮存器用于盛装所述通道中多余的水，

所述供水系统包括水增压装置，所述通道与所述水增压装置连通，所述水增压装置保证了所述通道内的水可沿通道流向所述等离子体发生空间并且控制流量。

本实用新型还公开了一种使用上述等离子加热器的等离子加热供暖装置，包括所述等离子加热器和加热空间，所述加热空间至少有一个孔，所述孔的横截面的最小尺寸比面向所述孔的所述等离子加热器的端部的最大横截面的最大尺寸大2倍以上，所述喷嘴开口贴近所述孔；

所述加热空间外设有流道，所述流道一端具有进水口，所述流道另一端具有出水口，所述进水口与所述出水口分别与水循环泵连通，所述水循环泵通过循环水存储装置与供暖系统连通，

工作状态下，所述供水系统将所述供水系统中的水输送至所述通道内并产生800mbar-1200mbar的压力，所述直流电压源在所述阴极与所述喷嘴之间产生160V-190V电压并产生等离子弧，所述通道内的水不断地受热产生大量水蒸气，之后和热空气一同到达所述等离子体发生空间，在等离子弧的作用下分解成氢气，所述氢气产出后直接与等离子弧合并燃烧用于对所述加热空间内的气体加热，进而使所述流道内的水升温。当产出的氢气与等离子弧合并燃烧后，可通过控制电压减小等离子弧的长度，达到节能的效果。

所述等离子加热供暖装置通过控制系统确保电压控制在160V-190V之间能够维持等离子弧的长度确保电位差不会过高，也能保证消耗的电能降到最低。

所述加热空间呈圆柱体形，所述孔位于所述圆柱体的其中一个底面，所述底面的直径为150cm以下。

作为优选，所述底面的直径为75cm以下。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型采用管状结构与通道之间构成的隔热层，使得通道内的水对等离子加热器起到冷却作用，并不断地受热产生大量水蒸气，并通过水增压装置控制水量；

采用通道延伸至等离子体发生空间，使得水蒸气和热空气能够一同到达等离子体发生空间内并在等离子弧(温度可达1300℃-1500℃)的作用下分解出氢气和氧气，氢气产出后直接与等离子弧合并燃烧用于对所述加热空间内的气体加热，增加了燃烧的热值，加速了换热的速度，节省了电能，并且用于产生氢气的水量极少；

采用水循环泵将供暖系统中的水循环至流道内，进而使所述流道内的水升温，达到整个供暖系统的水温升高，使热能传导均幅，有利于温度的控制；

采用控制系统，确保电压控制在160V-190V之间能够维持等离子弧的长度确保电位差不会过高，也能保证消耗的电能降到最低；

本实用新型的等离子加热供暖装置的用电量和老式的用电取暖相比，用电量至少减少了50倍，而水量几乎可以忽略不计，所谓的污染物就是水，大部分水是循环使用，本实用新型的等离子加热供暖装置的使用年限使用寿命可达30年以上，内部结构合理。与传统的燃烧、燃气、燃电相比，成本低，耗电量低，热值高，不受外界和内在的条件限制，应用空间广泛是新能源扶持项目，解决了国家能源危机，是可持续发展项目之一。

基于上述理由本实用新型可在等离子体装置等领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的具体实施方式中等离子加热供暖装置的结构示意图。

图2是本实用新型的具体实施方式中等离子加热器的结构示意图。

图3是本实用新型的具体实施方式中等离子加热器和加热空间的结构示意图。

图4是本实用新型的具体实施方式中喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种等离子加热供暖装置，包括等离子加热器1和加热空间2和用于控制所述等离子加热供暖装置的控制系统装置3，所述等离子加热器1包括阴极11和喷嘴12，所述阴极11的头部111与所述喷嘴12构成等离子体发生空间13，所述阴极11外套有管状结构14，所述管状结构14由玻璃或石英玻璃制成的，所述管状结构14的内径等于所述阴极11的最大外径，所述管状结构14外套有通道15，所述通道15与供水系统连通，所述通道15一端延伸至所述等离子体发生空间13，所述通道15远离所述等离子体发生空间13的一端与液体贮存器16连通，所述喷嘴12包括喷嘴壁121和位于所述喷嘴壁121上的喷嘴开口122，所述阴极11尾部穿过所述液体贮存器16与在所述阴极11和所述喷嘴12之间提供电压的直流电压源17。

所述喷嘴开口122具有位于所述喷嘴12外侧的大口端1221和位于所述喷嘴12内侧的小口端1222，所述大口端1221的最大孔径1223与所述喷嘴开口122的深度的比值大于2，所述喷嘴壁121的厚度等于所述喷嘴开口122的深度。

所述大口端1221呈椭圆形，所述小口端1222呈椭圆形，

所述喷嘴壁121的厚度为3mm，所述小口端1222的长轴1224的长度为5mm，所述小口端1222的短轴1225为2.5mm。

所述供水系统包括水增压装置4，所述通道15与所述水增压装置4连通。

所述加热空间2至少有一个孔21，所述孔21的横截面的最小尺寸比面向所述孔21的所述等离子加热器1的端部的最大横截面的最大尺寸大2倍以上，所述喷嘴开口122贴近所述孔21；所述加热空间2呈圆柱体形，所述孔21位于所述圆柱体的其中一个底面，所述底面的直径为75cm以下。

所述加热空间2外设有流道22，所述流道22环绕在所述加热空间2的外壁上，所述流道22一端具有进水口，所述流道22另一端具有出水口，所述进水口与所述出水口分别与水循环泵5连通，所述水循环泵5通过循环水存储装置6与供暖系统连通，所述等离子加热供暖装置还包括检测所述通道压力的压力表7，

工作状态下，所述水增压装置4将所述供水系统中的水输送至所述通道15内并产生800mbar-1200mbar的压力，所述直流电压源17在所述阴极11与所述喷嘴12之间产生190V电压并产生等离子弧，所述通道15内的水不断地受热产生大量水蒸气，之后和热空气一同到达所述等离子体发生空间13，在等离子弧的作用下分解成氢气，所述氢气产出后直接与等离子弧合并燃烧用于对所述加热空间2内的气体加热，进而使所述流道22内的水升温。

本实用新型的等离子加热供暖装置在零度时开始工作，25分钟后，即第1组暖气片温度上升到70℃，如果增加暖气片需要时间相对要长，但所取的温差，温度的变化不大，只是时间会延长10-20分钟，用电量(每小时约1度电)和老式的用电取暖相比，用电量至少减少了50倍，而水量几乎可以忽略不计，所谓的污染物就是水，大部分水是循环使用，本实用新型的等离子加热供暖装置的使用年限使用寿命可达30年以上，内部结构合理。与传统的燃烧、燃气、燃电相比，成本低，耗电量低，热值高，不受外界和内在的条件限制，应用空间广泛是新能源扶持项目，解决了国家能源危机，是可持续发展项目之一。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子加热器，其特征在于：包括阴极和喷嘴，所述阴极的头部与所述喷嘴构成等离子体发生空间，所述阴极外套有管状结构，所述管状结构外套有通道，所述通道与供水系统连通，所述通道一端延伸至所述等离子体发生空间，所述喷嘴包括喷嘴壁和位于所述喷嘴壁上的喷嘴开口，所述阴极尾部设有在所述阴极和所述喷嘴之间提供电压的直流电压源。

2.根据权利要求1所述的等离子加热器，其特征在于：所述喷嘴开口具有位于所述喷嘴外侧的大口端和位于所述喷嘴内侧的小口端，所述大口端的最大孔径与所述喷嘴开口的深度的比值大于2，所述喷嘴壁的厚度等于所述喷嘴开口的深度。

3.根据权利要求2所述的等离子加热器，其特征在于：所述大口端呈椭圆形，方形或三角形中的一种；所述小口端呈椭圆形，方形或三角形中的一种。

4.根据权利要求3所述的等离子加热器，其特征在于：所述大口端呈椭圆形，所述小口端呈椭圆形，所述小口端的长轴与所述小口端的短轴的比值为1.3以上。

5.根据权利要求4所述的等离子加热器，其特征在于：所述喷嘴壁的厚度为3mm以下，所述小口端的长轴的长度为3-5mm，所述小口端的短轴为1-2.5mm。

6.根据权利要求1所述的等离子加热器，其特征在于：所述管状结构由玻璃或石英玻璃制成的，所述管状结构的内径大于或等于所述阴极的最大外径。

7.根据权利要求1所述的等离子加热器，其特征在于：所述通道远离所述等离子体发生空间的一端与液体贮存器连通，所述供水系统包括水增压装置，所述通道与所述水增压装置连通。

8.一种使用权利要求1-7任一权利要求所述的等离子加热器的等离子加热供暖装置，其特征在于：包括所述等离子加热器和加热空间，所述加热空间至少有一个孔，所述孔的横截面的最小尺寸比面向所述孔的所述等离子加热器的端部的最大横截面的最大尺寸大2倍以上，所述喷嘴开口贴近所述孔；

所述加热空间外设有流道，所述流道一端具有进水口，所述流道另一端具有出水口，所述进水口与所述出水口分别与水循环泵连通，所述水循环泵通过循环水存储装置与供暖系统连通，

工作状态下，所述供水系统将所述供水系统中的水输送至所述通道内并产生800mbar-1200mbar的压力，所述直流电压源在所述阴极与所述喷嘴之间产生160-190V电压并产生等离子弧，所述通道内的水不断地受热产生大量水蒸气，之后和热空气一同到达所述等离子体发生空间，在等离子弧的作用下分解成氢气，所述氢气产出后直接与等离子弧合并燃烧用于对所述加热空间内的气体加热，进而使所述流道内的水升温。

9.根据权利要求8所述的等离子加热供暖装置，其特征在于：所述加热空间呈圆柱体形，所述孔位于所述圆柱体的其中一个底面，所述底面的直径为150cm以下。

10.根据权利要求9所述的等离子加热供暖装置，其特征在于：所述底面的直径为75cm以下。