一种车载微波重整器等离子点火装置

摘要

本发明设计开发了一种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、微波电磁场感应放电回路，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，微波电磁场感应放电回路由一根带有开口的金属线圈制成，在微波磁场作用下产生感应电动势放电，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，易于在放电回路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。

权利要求

1.一种车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，包括

反应腔，其为圆柱体，所述反应腔上设置有进气口；

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；

微波电磁场感应放电回路，其由一根带有开口的金属线圈制成，其顶端插入微波等离子体反应管内部，所述微波电磁场感应放电回路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。

2.根据权利要求1所述的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所述的车载微波重整器等离子点火装置，其特征在于，所述微波电磁场感应放电回路包括两个自由端，所述两自由端前部制成具有尖部的圆锥形，并且两尖部相靠近，所述两个自由端插入微波等离子体反应管内部并与混合燃气相接触，所述微波电磁场感应放电回路插入所述微波等离子体反应管内的部分金属层裸露，而未插入部分包有耐高温的绝缘层。

5.根据权利要求1所述的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。

说明书

一种车载微波重整器等离子点火装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微波电磁感应技术，特别涉及一种车载微波重整器等离子点火装置。

背景技术

[0002] 微波等离子点火与传统的电火花点火有很大区别，传统的电火花点火依靠火花塞瞬间释放上万伏特电压，将混合燃料点燃，但其有放电需求功率大，点火温度高，持续点火易烧毁等缺点。而微波等离子点火具有高效节能、可持续放电、易于控制，放电需求功率低等优点。所以有必要设计研发微波点火相关装置来弥补现今电火花点火的缺陷。

[0003] 等离子体点火装置是利用高频触发起弧，在高压下产生直流空气电弧等离子体，等离子体火焰中心温度T＞10000K，该等离子体在专门设计的燃烧器中心燃烧筒中形成温度梯度极大的局部高温区，使燃料迅速燃烧，大大地减少促使燃料燃烧所需要的引燃能量。

[0004] 等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子(C、H、O)、原子团(OH、H2、O2)、离子(O2－、H2－、OH－、O－、H+)和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。

[0005] 等离子体发生器为直流非转移型电弧等离子体发生器。等离子体具有温度高、能量集中、成分可控等优点。它由阴极、阳极等组成。其中阴、阳极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式冷却，以承受电弧高温冲击。

[0006] 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。因此需要设计一套通过微波电磁场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。

[0007] 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

[0008] 本发明设计开发了一种车载微波重整器等离子点火装置，结构简单、功能高效合理、易于控制，实现了微波电磁感应放电点火，等离子体重整于一体的优化设计，拓展了微波电磁场的应用。

[0009] 本发明提供的技术方案为：

[0010] 一种车载微波重整器等离子点火装置，包括

[0011] 反应腔，其上设置有进气口；

[0012] 微波功率管，其设置在所述反应腔内，所述微波功率管能够向所述反应腔内发射微波；

[0013] 微波等离子体反应管，其设置在所述反应腔内，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；

[0014] 微波电磁场感应放电回路，其由一根带有开口的金属线圈制成，并与所述微波等离子体反应管连接，所述微波电磁场感应放电回路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。

[0015] 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。

[0016] 优选的是，所述微波等离子体反应管为螺旋形。

[0017] 优选的是，所述微波电磁场感应放电回路包括两个自由端，所述两自由端前部制成具有尖部的圆锥形，并且两尖部相靠近，所述两个自由端插入微波等离子体反应管内部并与混合燃气相接触，所述微波电磁场感应放电回路插入所述微波等离子体反应管内的部分金属层裸露，而未插入部分包有耐高温的绝缘层。

[0018] 优选的是，所述反应腔为圆环形柱体。

[0019] 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。

[0020] 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，易于在放电回路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。

附图说明

[0021] 图1为本发明所述的微波重整器俯视图。

[0022] 图2为本发明所述的微波重整器仰视图。

[0023] 图3为本发明所述的微波重整器三维立体视图。

[0024] 图4为本发明所述的微波等离子体反应管三维立体视图。

[0025] 图5为本发明所述的微波电磁场感应放电回路三维视图。

[0026] 图6为本发明所述的微波电磁场中感应放电回路的电场耦合示意图。

[0027] 图7为本发明所述的微波电磁场中感应放电回路的磁场耦合示意图。

具体实施方式

[0028] 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。

[0029] 如图1、图2、图3所示，本发明提供了一种车载微波重整器等离子点火装置，包括反应腔1001、微波功率管1002、微波等离子体反应管1003、微波电磁场感应放电回路1004，在反应腔1001上还设置有进气口1005。本装置中还设置有上盖1007。

[0030] 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，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1007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。

[0031] 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1005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。

[0032] 如图5所示，微波电磁场感应放电回路1004，其由一根带有开口的金属线圈制成，其包括两个自由端，两自由端前部制成具有尖部的圆锥形，并且两尖部相靠近，两个自由端插入微波等离子体反应管1003内部并与混合燃气相接触，微波电磁场感应放电回路1004插入所述微波等离子体反应管1003内的部分金属层裸露，而未插入部分包有耐高温的绝缘层。微波电磁场感应放电回路1004在谐振腔电磁场中既可以通过电场耦合、磁场耦合产生感应电动势，也可以两者混合的模式产生感应电动势。所述微波电磁场感应放电回路1004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1003中的混合燃气击穿。

[0033] 微波电磁场感应放电回路1004的电磁耦合位置如图6所示，图中箭头所示为微波电场方向与大小。将微波电磁场感应放电回路1004置于电场最强处，调整微波电磁场感应放电回路1004的大小与位置使其两侧宽边分别位于微波电磁场的波峰与波谷处，感应放电回路1004平行于电场方向，通过电场耦合产生感应电动势。微波电磁场感应放电回路1004的磁场耦合位置如图7所示，感应放电回路垂直于磁场方向，包围同方向的一处强磁场区域，且磁场最大处位于感应放电回路的中心位置，使得包围的磁通量最大，这样相当于微波电磁场感应放电回路将一束电磁线“捆”起来，通过磁场高频振荡产生的磁通量变化形成磁场耦合模式，使微波电磁场感应放电回路1004中形成感应电动势最大，在微波电磁场感应放电回路1004内形成持续放电电流，从而更易将微波等离子体反应管1003中混合燃气击穿，放电形成等离子体，提高反应率。

[0034] 在不同耦合模式下，微波电磁场感应放电回路1004的位置、电场耦合的线路长度、磁场耦合的面积决定了微波电磁场感应放电回路1004放电端感生电动势的大小，微波电磁场感应放电回路1004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。故将微波电磁场放电回路1004两端制成圆锥形且尖端相互靠近，有利于微波电磁场感应放电回路1004放电形成高压电，将混合燃气击穿形成等离子体。

[0035] 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：

[0036] 微波功率管1002通电后向重整器反应腔1001内持续释放微波电磁场1006。混合燃气汽化后由进气口1005进入微波等离子体反应管1003中。微波等离子体反应管1003置于微波反应腔1001中心电场强度极大区，有利于微波电磁场感应放电回路1004放电将微波等离子体反应管1003中混合燃气击穿形成等离子体，有利于提高反应率。

[0037] 微波电磁场感应放电回路1004在谐振腔电磁场中通过电场耦合、磁场耦合产生感应电动势。

[0038] 在电场耦合模式下，微波电磁场感应放电回路1004平行于电场方向，放置于电磁场强度代数差最大处，ab段和cd段的长度为x，两段感应的电势差之和为[0039] U＝2Ex

[0040] 其中，E为电场强度，电势差加在两放电端，两放电端相当于一个击穿电容，电容值为

[0041] C＝Q/U

[0042] 其中Q为电量，两个放电端看作两个半径为r的小球，两球之间的电场为[0043] Er＝2KQ/r2＝2KCU/r2＝4KCEx/r2

[0044] 其中，K为静电力常量，感应放电回路ab和cd段的长度x很大，放电尖端的半径r很小，因此放电端之间的电场强度很大以实现击穿放电。磁场耦合模式下，相当于微波电磁感应放电回路1004“捆起”一束磁感应线，感应放电回路面积为S，磁通量为[0045] Φ＝SH

[0046] H为磁场强度，谐振腔中磁场强度H随时间做高频振荡，感应电动势为[0047]

[0048] 两球之间的电场为

[0049]

[0050] 感应放电回路面积很大，放电尖端的半径r很小，因此放电端之间的电场强度同样很大。这样有利于在微波电磁场感应放电回路1004形成最大感应电动势U，在两放电端之间形成很大的电场强度E，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，将微波电磁场感应放电回路1004两放电端制成圆锥形并将两尖端相互靠近。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，因而微波电磁场感应放电回路1004中会形成持续放电电流，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。

[0051] 此微波重整器等离子点火装置结构简单，功能高效合理，易于控制。并通过对微波功率管1002、微波电磁场感应放电回路1004、等离子体反应管的位置摆放，以及调整半导体微波功率管1002的输入电压以改变微波功率输出，最大化的降低了重整器体积，与制造成本。本装置实现了微波电磁感应放电点火，等离子体重整于一体的优化设计，极大的拓宽了微波电磁场的应用领域与微波技术应用的思想。

[0052] 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。