專利名稱：一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子制氫領(lǐng)域，具體來說是一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
目前，世界性的能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，而汽車作為石油的消耗主體，它消耗的石油資源越來越多，同時汽車行駛時排出的氣體污染物、微粒污染物、蒸發(fā)排放物等已成為城市空氣污染的主要來源。汽車排氣不僅直接危害大氣環(huán)境，而且會形成二次污染物，汽車排出的HC和NOx在太陽光的作用下，發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成以臭氧、醛、過氧酰酸酯為主的光化學(xué)煙霧。由此可見，汽車排入大氣的有害污染物除了使城市空氣中的有害污染物增加外，還導(dǎo)致大氣臭氧層破壞、溫室效應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧和酸雨等。因此，開發(fā)節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力汽車已成為汽車工業(yè)迫在眉睫的任務(wù)。
氫氣是一種清潔高效的燃料，它的熱值近汽油的3倍，可以作為燃料電池的燃料，也可以作為傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的燃料，在摻氫燃燒過程中可以提高火焰的傳播速度，改善內(nèi)燃機(jī)燃燒，從而降低有害物的排放。氫氣還可作為汽車尾氣催化凈化器的還原氣體，從而提高還原效率，降低氮氧化物的排放。目前傳統(tǒng)的制氫方法主要有水電解制氫、化石燃料制氫、熱化學(xué)制氫、光化學(xué)制氫和生物制氫等。但這些方法具有能源利用率低、成本高、反應(yīng)過程復(fù)雜且難以控制等缺點。等離子體制氫是一種正在不斷發(fā)展完善的新方法，利用氣體通過高壓電極間的空間時，電極間流動的電子使氣體分子分裂，產(chǎn)生物質(zhì)的第四態(tài)一等離子體。由于等離子體中存在活性自由基(如O、0H、03等)，因而可引發(fā)部分化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的主要損失包括等離子體的碰撞損失和離子流動到器壁帶走的動能損失。由于等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的損失，導(dǎo)致反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的密度降低，使得重整制氫的效率不高。因此，如何降低等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)的損失，從而提高重整制氫的效率是目前需要解決的一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提高等離子體制氫裝置的制氫效率，針對傳統(tǒng)的等離子體制氫裝置存在的上述問題，根據(jù)等離子體的特性，提出了一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，它可以有效的提高等離子體制氫裝置的效率，并延長其工作壽命。一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于包括殼體、底座、電極、頂蓋與繞組線圈、進(jìn)氣管與出氣管。其中殼體為圓筒結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)部空間作為反應(yīng)腔，殼體底端與底座固連。殼體頂端與頂蓋固連。所述電極為由頭部與桿部構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)，電極頭部由上至下直徑逐漸增大，桿部穿過底座并與底座固連。所述殼體外側(cè)壁底部以螺紋聯(lián)接方式連通有進(jìn)氣管，制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管導(dǎo)入反應(yīng)腔，在電極頭部底面與底座頂面間產(chǎn)生電弧，在氣流的作用下，電弧由電極頭部底端與反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁間的空隙處向頭部頂端移動，拉長電弧，促進(jìn)等離子體反應(yīng)。所述殼體接地，作為地電極。所述進(jìn)氣管與殼體內(nèi)圓周成切線布置，由此，制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管導(dǎo)入反應(yīng)腔時可在反應(yīng)腔內(nèi)形成漩渦，使導(dǎo)入的氣體在反應(yīng)腔內(nèi)有更長的停留時間，提高氫產(chǎn)率。殼體外側(cè)壁周向上緊密纏繞有繞組線圈，由此通過對繞組線圈通電，在放電過程中，通過繞組線圈向反應(yīng)腔施加磁場，由此可對反應(yīng)腔內(nèi)等離子體進(jìn)行約束，以減少電子與反應(yīng)腔內(nèi)壁碰撞的能量損失，進(jìn)而提聞反應(yīng)腔內(nèi)等尚子體的密度，以提聞氧廣率。殼體上部以螺紋聯(lián)接方式連通有出氣管，經(jīng)過等離子體反應(yīng)后制得的富氫氣體通過出氣管排出反應(yīng)腔。本發(fā)明優(yōu)點在于I、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的進(jìn)氣管與反應(yīng)腔內(nèi)部的圓柱面成切線布置，使導(dǎo)入的氣體在反應(yīng)腔內(nèi)，有更長的反應(yīng)時間，提聞效率； 2、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的外面纏繞繞組線圈，加上磁場，對等離子體進(jìn)行約束，以減少等尚子體的能量損失，進(jìn)而提聞反應(yīng)腔內(nèi)等尚子體的密度，以提聞重整制氫!的反應(yīng)效率；3、本發(fā)明等離子體發(fā)生裝置的電極頭部底端和反應(yīng)腔的內(nèi)壁之間產(chǎn)生電弧，在氣流的作用下，電弧由電極頭部底端向頂端移動，拉長電弧，增加氣體與電弧接觸的時間，促進(jìn)等離子體反應(yīng)。


圖I為等離子體發(fā)生裝置整體示意圖；圖2為等離子體發(fā)生裝置主視剖面圖；圖3為等離子體發(fā)生裝置中進(jìn)氣管連通方式A-A向視圖。I-殼體2-底座3-電極4-頂蓋5-繞組線圈6-進(jìn)氣管7-出氣管101-外凸邊緣102-凸出部分103-反應(yīng)腔301-頭部302-桿部
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，如圖I、圖2所示，包括殼體I、底座2、電極3、頂蓋4與繞組線圈5、進(jìn)氣管6與出氣管7。其中殼體I為圓筒結(jié)構(gòu)，殼體I內(nèi)部空間作為等離子體發(fā)生裝置的反應(yīng)腔103，殼體I底端具有外凸邊緣101，用來固定安裝底座2。所述底座2與殼體I底端臺階配合定位，通過螺栓將殼體I底端外凸邊緣101與底座2固定，從而實現(xiàn)殼體I與底座2間的固定；底座2用來安裝電極3，并對整個等離子體發(fā)生裝置進(jìn)行支撐。殼體I頂端同樣具有外凸邊緣101,用來固定安裝頂蓋4。所述頂蓋4與殼體I頂端臺階配合定位，通過螺栓將殼體I頂端外凸邊緣101與頂蓋4固定，從而實現(xiàn)殼體I與頂蓋4間的固定；通過頂蓋4將殼體I頂端密封。
所述電極3為由頭部301與桿部302構(gòu)成的一體蘑菇狀結(jié)構(gòu)，電極3頭部301由上至下直徑逐漸增大，電極3頭部301底面直徑為殼體I內(nèi)徑的三分之二，使電極3頭部301底端周向上與殼體I內(nèi)側(cè)壁間存在間隙，由此電極3頭部與殼體I內(nèi)側(cè)壁間為等離子反應(yīng)的放電區(qū)。電極3桿部302具有螺紋結(jié)構(gòu)，桿部302與底座2間豎直螺紋固連，并穿過底座2，用來連接電源線。所述電極3頭部301與殼體I底面間距為殼體I高度的三分之一。所述殼體I外側(cè)壁底部水平以螺紋聯(lián)接方式連接有一根進(jìn)氣管6，進(jìn)氣管6與反應(yīng)腔103以螺紋聯(lián)接方式連通。在電極頭部301底端與反應(yīng)腔103內(nèi)壁間產(chǎn)生電弧，制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管6導(dǎo)入反應(yīng)腔103。在氣流的作用下，電弧由電極3頭部301底端與反應(yīng)腔103內(nèi)側(cè)壁間的間隙處向頭部301頂端移動，使電弧 拉長，由此促進(jìn)等離子體反應(yīng)。所述殼體I通過地線接地，作為地電極。本發(fā)明中，上述進(jìn)氣管6與殼體I內(nèi)圓周方向成切線布置，如圖3所示。由此將制氫用的混合氣體從進(jìn)氣管6導(dǎo)入反應(yīng)腔103時，可在反應(yīng)腔103內(nèi)形成漩渦，使導(dǎo)入的氣體在反應(yīng)腔103內(nèi)有更長的反應(yīng)時間，提高反應(yīng)效率。所述殼體I外側(cè)壁周向上緊密纏繞有繞組線圈5，繞組線圈5通過殼體I外側(cè)壁上部與下部環(huán)形凸出部分102進(jìn)行限位，由此通過對繞組線圈5通電，在放電過程中，通過繞組線圈5向反應(yīng)腔103施加磁場，由此可對反應(yīng)腔103內(nèi)等離子體進(jìn)行約束，以減少電子與反應(yīng)腔103內(nèi)壁碰撞的能量損失，進(jìn)而提高反應(yīng)腔103內(nèi)等離子體的密度，以提高重整制氫的反應(yīng)效率。殼體上部以螺紋聯(lián)接方式連通出氣管7，出氣管7與反應(yīng)腔103連通，經(jīng)過等離子體反應(yīng)后制得的富氫氣體通過出氣管7排出反應(yīng)腔103。
權(quán)利要求
1.一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于包括殼體、底座、電極、頂蓋與繞組線圈、進(jìn)氣管與出氣管； 其中，殼體為圓筒結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)部空間作為反應(yīng)腔，殼體底端與底座固連；殼體頂端與頂蓋固連；所述電極為由頭部與桿部構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)，電極頭部由上至下直徑逐漸增大，桿部穿過底座并與底座固連；所述殼體下部以螺紋聯(lián)接方式連通有進(jìn)氣管，殼體上部以螺紋聯(lián)接方式連通有出氣管；殼體外側(cè)壁周向上緊密纏繞有繞組線圈；所述進(jìn)氣管與殼體內(nèi)圓周成切線布置。
2.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述殼體底端具有外凸邊緣，殼體底端與底座臺階配合定位，通過螺栓將殼體底端外凸邊緣與底座固定。
3.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述殼體頂端具有外凸邊緣，殼體頂端與頂蓋間臺階配合定位，通過螺栓將殼體頂端外凸邊緣與頂蓋固定。
4.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述電極頭部與殼體底面間距為殼體高度的三分之一。
5.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述電極桿部具有螺紋結(jié)構(gòu)，桿部與底座間豎直螺紋固連。
6.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述電極頭部底面直徑為殼體內(nèi)徑的三分之二。
7.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述繞組線圈通過殼體外側(cè)壁上部與下部環(huán)形突出部分進(jìn)行限位。
8.如權(quán)利要求I所述一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述殼體通過地線接地，作為地電極。
全文摘要
本發(fā)明是一種加載磁場的滑動電弧放電等離子體發(fā)生裝置，包括殼體、底座、電極、頂蓋、繞組線圈、進(jìn)氣管與出氣管。殼體和電極均與底座固連，殼體內(nèi)部為反應(yīng)腔，頂蓋固定在殼體頂部。在殼體外側(cè)壁上纏繞有繞組線圈。反應(yīng)腔的底部以螺紋聯(lián)接方式連通有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管與反應(yīng)腔內(nèi)部的圓柱面成切線布置。殼體的頂部以螺紋聯(lián)接連通一個出氣管。該等離子體發(fā)生裝置在工作時，氣體從底部的進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)腔。電極和殼體內(nèi)壁間形成的放電區(qū)進(jìn)行等離子體反應(yīng)，最后生成的富氫氣體由上部的出氣管排出。本發(fā)明的優(yōu)點為導(dǎo)入氣體在反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)時間更長，提高制氫效率；且通過繞組線圈施加磁場，減少了電子與反應(yīng)腔內(nèi)壁碰撞的能量損失，進(jìn)一步提高制氫效率。
文檔編號H05H1/48GK102802334SQ201210270428
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者宋凌珺, 王皓, 李興虎 申請人:北京航空航天大學(xué)