本实用新型专利技术公开了一款新型微波低温等离子体重整器系统，特别是涉及一种车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统。此系统通过转化汽油、柴油、酒精、水及其混合物等制备富氢气体。技术方案是：两个谐振腔——圆柱形和矩形谐振腔。设计了切线方向上多口输入的新方法，这样在重整器内腔生成涡旋气流来稳定产生等离子体。两套气体输出口：气体主输出口和子输出口，这样腔内功率密度可以保持在较低的水平。两种矩形腔结构：一种设计使用硼硅酸玻璃管，减少了化学物质污染微波谐振腔的风险；另一种设计使用部分谐振腔作为化学反应器，设计结构简单。还设计了自动启动技术，在初始激发微波等离子体时，用来点燃微波低温等离子体。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及燃料的微波等离子在线转换制氢技术、车载低温等离子转换器控制领域，特别是微波等离子反应腔的氢气转换器及其车载控制系统。
技术介绍
氢或富氢气体是一种很好的添加剂，可以显著改善发动机碳氢燃料的燃烧特性。 应用于火花塞点火和压缩着火发动机的局部富氢技术可以显著减少燃料消耗和污染气体排放。对于车辆应用来说，使用如汽油、柴油、乙醇等碳氢燃料车载生成氢或富氢气体是一项关键技术。把碳氢燃料分子重整为氢或富氢气体的技术主要有热解和电解的方法。在热解方法中，高温状态输入热能来打开存在的C-H键和O-H键。然而，在电解方法中，碳氢燃料输送到强电场区域，C-H键和O-H键断裂(电离成等离子状态)，然后重新聚合为富氢气体。 乙醇和水的化学反应是CH3CH20H+H20 — 2C0+4H2。在这个反应中，理论上每摩尔乙醇需要 255. 43KJ的能量。微波能量驱动的微波低温等离子体重整器具有高效、易控制、即时启动的优点。磁控管、速调管或其他微波源可以产生驱动低温等离子体重整器的微波能量。微波低温等离子体重整器最常用的频率是2. 45GHz。微波低温等离子体重整器也可以使用其他频率。产生微波低温等离子体不需要任何电极。在特殊设计的谐振腔里微波能量可以激发等离子体。这一稳定持续的微波等离子体可以用于重整碳氢化合物以制氢。微波等离子体重整器避免使用贵金属催化剂。这使得制氢和净化系统极大简化。一些研究者已经用不同方法研究了微波等离子体。Read利用了微波驱动的等离子体喷射装置进行均勻的高能喷射。等离子体喷射器没有使用绝缘放电管，所以可以达到很高的微波功率，用于推进器。Podder使用2. 45GHz的3KW微波磁控管研究了氩等离子体的性质。Sekiguchi作了微波放电生成大气中的纯蒸汽等离子体的研究，以及用等离子体重整碳氢化合物制氢的研究。在实验测试中，kkiguchi使用了氩气这种很容易被激发成等离子状态的气体，来激发等离子体，并使用了一个不具有热再生、微波功率和流控制的矩形谐振腔。Nakanish研究了用微波蒸汽等离子体重整碳氢化合物，特别关注于不同碳氢化合物己烷和异辛烷。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统。它用汽油、柴油、酒精、水及其混合物等来制备富氢气体。本技术采用了新的微波等离子体重整器结构，设计了初始激发微波等离子体的自启动技术，用于点燃微波低温等离子体。微波能量有效维持着微波等离子体的燃料重整，微波发生磁控管用液体冷却剂冷却，传递给冷却剂的热量重新利用来预热液体燃料和水，微波的功率和气体流速根据需要连续可控。所有的新重整器系统使得微波等离子体在大气压下非常简单和容易运行。本技术避免了许多微波低温等离子体应用中使用真空泵产生低压的困难和复杂程度。本技术的上述目的特点通过以下技术方案实现，结合附图说明如下。一种车载在线制氢的微波低温等离子体重整器系统，主要由系统控制器1001、电源供应调节器1019、微波发生磁控管1020、波导1021、共轴发射装置1022、谐振腔1018、热交换器1007和蒸发器1008组成，所述系统控制器1001控制燃料和水的流速及微波功率， 所述的电源供应调节器1019用来调节微波发生磁控管1020的电源功率，微波发生磁控管 1020将电能转化为2. 45GHz频率的微波，然后通过共轴发生装置1022发射到谐振腔1018， 所述谐振腔1018也是等离子体反应重整器腔室，所述微波发生磁控管1020用液体冷却剂 1006冷却，热量通过热交换器1007传递给液体燃料和水，液体燃料和水进入蒸发器1008 蒸发形成蒸汽进入微波谐振腔1018，安装在火花点火装置连接座1017上的火花点火装置将重整器内腔的化学物质激发为等离子状态，火花点火装置通过火花点火装置控制器1025 控制开与关。微波低温等离子体重整器系统微波等离子体重整器系统的技术参阅图1所示。一个电源供应调节器1019 用于调节电源功率，例如车载电池，来满足微波发生磁控管1020的需要。微波发生磁控管 1020把电能转化成2. 45GHz频率的微波输出。微波在波导1021里传播，然后被共轴发射装置1022发射到谐振腔1018即重整器腔室内。微波发生磁控管1020用液体冷却剂1006冷却以使其温度控制在合适的范围内。 微波发生磁控管1020产生的热量传递给冷却剂，然后通过热交换器1007加热液体燃料和水来重复利用热能，提高液体燃料和水的温度。从热交换器1007出来的液体燃料和水在蒸发器1008里被蒸发。液体燃料和水的蒸汽被送到谐振腔1018里。燃料和水的蒸汽的流速由它们各自的流速控制器10111012控制。燃料和水的流速按照它们化学反应当量的比值来确定。例如，乙醇和水的反应，化学方程式为CH3CH20H + H20 — 4H2 + 2C0质量46g18g8g56g能量或形成条件-234.6J-241.83J OJ -221.08J这个反应是吸热的，需要吸入254. 82J的能量完成反应。重整气体0H2+CO)燃烧释放的热量可以由下面燃烧方程确定(4H2 +2C0) + 302 — 2C02 + 4H20形成条件OJ -221.08J OJ-707.04J -967. 32J这个反应释放的总能量为1453. 28J.重整反应输入的能量和重整气体包含的总能量之比是 254. 83/1453. 28 = 1/5. 7。上面计算建立了把化学物质激发为等离子状态的微波功率和乙醇蒸汽流速之间的关系，如下Pmw(W) = 254Ji2i^ ReJg^) = WReth⑴46⑷其中，是乙醇蒸汽的质量流速，单位是g/s。在图1所示的微波等离子体重整器里，微波功率和乙醇质量流速应该按照方程(1)建立的关系来控制。水蒸气的质量流速应该和乙醇的质量流速成如下比例乙醇水=46 18 = 2. 56。微波功率存在一个阈值，低于这个阈值，物质的等离子状态将不能维持。微波功率在任何流速下都应该大于这个阈值，参阅图2所示。当流速小于一个临界值(&。)的时候， 为了维持等离子体的产生，微波功率保持在一个常值。当流速大于Rf。的时候，微波功率和流速按照方程(1)成比例关系。两个火花点火装置连接座1017用来把谐振腔1018的化学物质激发为等离子状态，同时微波能量传递给化学物质。一旦激发成等离子体，就不再需要火花点火装置连接座 1017，由火花点火控制器关闭，接下来微波功率连续不断地产生等离子体。谐振腔1018中的火花点火装置连接座1017应该位于微波产生的电场强度最大的区域，等离子体也在此区域产生。圆柱形谐振腔(重整器腔室)图3显示了图2中一个新型谐振圆筒等离子反应器的详细结构。谐振腔1018圆筒等离子反应器使用横向磁场模式TMtlllt5圆筒反应器中TMtlll模式下电场很强的区域标记为a，b，c，这些区域如图所示。谐振腔1018由三部分组成。腔体I 3002前端与波导1021 连接，并允许探针馈电发射器3001延伸到谐振腔内，从而可以把微波发射到腔内。腔体II 3004的后端与腔体III3007的前端相连。腔体II 3004加工有燃料和水蒸气进入腔体的通路，它包括进给孔路4001、进给环槽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王庆年，王治强，王军年，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：
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