车载燃料的微波等离子体重整系统技术方案

本发明专利技术涉及燃料的微波等离子在线转换技术、等离子转换器控制领域。所述的车载燃料的微波等离子体重整系统，主要由工控机、磁控管、磁控管电源调控装置、电调反射器、环行器、点火腔和反应腔组成，所述工控机用来采集整个系统中的信号，并根据实验要求给磁控管电源调控装置发送微波功率调节信号，由磁控管电源调控装置调节磁控管电源电压，使磁控管输出功率连续可调，所述磁控管与环行器通过磁控管座连接，环形器分别与点火腔和反应腔连接，磁控管用于把电能转化成微波输出，根据点火腔中是否点火，工控机给电调反射器发送挡板深度调节信号，来调节电调反射器的反射比例。本发明专利技术可以在较低功率下激发等离子体并维持等离子体状态，节约了能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料的微波等离子在线转换技术、等离子转换器控制领域。
技术介绍
微波加热与传统的加热方法相比有很大的区别，传统加热方法是依靠热源，通过辐射、传导、对流等途径，首先使物体的表面加热，然后经热传导，使内部的温度由表及里逐步升高。而微波具有高效节能、加热速度快、加热均匀、即时性、安全环保、清洁卫生、宜于控制等优点。因此设计研发微波加热的相关设备是人类社会发展的迫切需要。由于等离子体具有更高的温度和能量密度，能够产生活性成分，从而引发在常规化学反应中不能或难以实现的物理变化和化学反应。因此本专利设计一套通过微波驱动的等离子体重整器系统，具有高效、易启动、易控制等优点。用于驱动微波等离子体重整器的微波能量可以通过磁控管、速调管、半导体微波发生器等微波源来产生。本系统采用的微波频率为2. 45GHz，微波传输线为矩形波导，具有结构简单、机械强度大等优点，还可以避免外界干扰和辐射损耗。一些研究者已经用不同方法研究了微波等离子体。激发等离子体的方式有火花塞点火、激光点火、脉冲电晕放电点火、介质阻挡放电等。通过对谐振腔的特殊设计也可以激发等离子体[United States Patent, No. 5793013, Augustl1,1998]、[United States Patent,No. 6205769,BI,March27, 2001]。文献[S. P. Kuo,“A microwave-augmented plasma torch module as anigniter/fuel injector of a scram jet engine，，，Department of Electrical&Computer Engineering, Polytechnic University, Six Metrotech Center, Brooklyn, NY11201]中介绍了一种小型化、低流速、注射点火一体化的等离子体产生装置， 利用特殊的波导形状，产生的能量集中，可以有效实现点火。文献[Hidetoshi Sekiguchi and Yoshihiro Mori,“Steam plasma reforming usingmicrowave discharge，，,Thin Solid Films, Vol. 453，pp. 44-48，2003]做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，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。
技术实现思路

技术介绍
所述的几种点火方式都有一定的局限性，火花塞点火方式需要定期更换，对环境有较高要求，激光、脉冲等点火方式需要高电压、高交变电压，文献[S. P. Kuo, “Amicrowave-augmented plasma torch module as an igniter/fuel injector of a scram jet engine，，，Department of Electrical&Computer Engineering, Polytechnic University, Six Metrotech Center, Brooklyn, NY11201]产生的是低流速等离子体，不利于反应的快速进行。文献[HidetoshiSekiguchi and Yoshihiro Mori, “Steam plasma reforming using microwave discharge，，,Thin SolidFilms, Vol. 453,pp. 44-48,2003]中矩形谐振腔结构简单、腔内电磁场分析也比较容易，但是得到的电磁场场强相对较小，反应气体在腔内的路程短，转化率较低。因此，本专利技术设计了两个特殊的腔体——点火腔1014 和圆环反应腔1015 ;点火腔1014用于点燃等离子体，几何形状为锥形，微波通过时能够形成高密度微波能量，具有很高的场强，当场强达到气体的击穿场强时，就会产生微波打火， 将混合气体点燃。反应腔1015设计成圆环形的柱体形状，圆环截面与矩形波导截面尺寸相同，有利于微波在反应腔中的传播，并产生较高的场强，持续不断的为反应提供能量，保持反应处于等离子体状态。通过对电调反射器1013的控制使整个系统具备自启动功能。为解决上面的技术问题，本专利技术提供一种新型、高效、启动快、结构紧凑的车载燃料的微波等离子重整系统。本专利技术的技术方案结合附图说明如下一种车载燃料的微波等离子体重整系统，主要由工控机、磁控管、磁控管电源调控装置、电调反射器、环行器、点火腔和反应腔组成，所述工控机1001用来采集整个系统中的信号，并根据实验要求给磁控管电源调控装置1003发送微波功率调节信号1002，由磁控管电源调控装置1003调节磁控管1004电源电压，使磁控管1004输出功率连续可调，所述磁控管1004与环行器1012通过磁控管座连接，环形器1012分别与点火腔1014和反应腔1015 连接，磁控管1004用于把电能转化成2. 45GHz频率的微波输出，根据点火腔中是否点火，工控机1001给电调反射器1013发送金属圆柱1024深度调节信号1005，来调节电调反射器 1013的反射比例。所述电调反射器1013与环行器1012和点火腔1014相连接，用于调节进入点火腔 1014的微波能量，当点火腔1014完成点火后，需要通过调节电调反射器1013的金属圆柱 1024插入深度将微波反射到反应腔1015中。所述环行器1012采用两个，通过一个U形波导1011连接，下面的环行器1012的下端口 11006接磁控管1004，下端口 II1008接电调反射器1013，下端口III 1007接U形波导1011，上方的环行器1012的上端口 11006'接反应腔1015，上端口 II 1008'接吸收负载1010，上端口III 1007'接U形波导1011，微波从下方环行器1012的下端口 11006输入， 先到达下端口 II1008的电调反射器1013，通过电调反射器1013的调节，微波被反射到下端口 III1007的U形波导1011，通过U形波导1011传播到上方的环行器1012的上端口 111 1007'，然后进入上端口 11006'的反应腔1015，从反应腔1015中反射回来的微波沿着环形器1012进入上端口 II 1008'的吸收负载1010，微波沿着这样的轨迹传播避免微波反射回磁控管1004，将磁控管1004烧毁。所述点火腔1014设计成弯曲锥形，在锥形腔体处，上下间距逐渐变小，由弧线平滑过渡，起作用是，当微波通过时形成高密度微波能量具有场强，当场强达到气体的击穿场强时，产生打火，将反应气体点燃；所述反应腔1015设计成圆环形的柱体形状，其圆环截面与U形波导1011矩形截面尺寸相同，以利于微波在反应腔1015中的传播，持续不断的为反应提供能量，保持反应处于等离子体状态；混合气体通过垂直穿过点火腔1014与反应腔 1015相连的石英管1016进入点火腔1014和反应腔1015，以利于保温和观察。所述石英管1016垂直穿过点火腔1014会产生两个直径与石英管直径相同的圆孔，为防止微波会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载燃料的微波等离子体重整系统，主要由工控机、磁控管、磁控管电源调控装置、电调反射器、环行器、点火腔和反应腔组成，其特征在于，所述工控机(1001)用来采集整个系统中的信号，并根据实验要求给磁控管电源调控装置(1003)发送微波功率调节信号(1002)，由磁控管电源调控装置(1003)调节磁控管(1004)电源电压，使磁控管(1004)输出功率连续可调，所述磁控管(1004)与环行器(1012)通过磁控管座连接，环形器(1012)分别与点火腔(1014)和反应腔(1015)连接，磁控管(1004)用于把电能转化成微波输出，根据点火腔中是否点火，工控机(1001)给电调反射器(1013)发送金属圆柱(1024)深度调节信号(1005)，来调节电调反射器(1013)的反射比例。

【技术特征摘要】
1.一种车载燃料的微波等离子体重整系统，主要由工控机、磁控管、磁控管电源调控装置、电调反射器、环行器、点火腔和反应腔组成，其特征在于，所述工控机(1001)用来采集整个系统中的信号，并根据实验要求给磁控管电源调控装置(1003)发送微波功率调节信号(1002)，由磁控管电源调控装置(1003)调节磁控管(1004)电源电压，使磁控管(1004)输出功率连续可调，所述磁控管(1004)与环行器(1012)通过磁控管座连接，环形器(1012)分别与点火腔(1014)和反应腔(1015)连接，磁控管(1004)用于把电能转化成微波输出，根据点火腔中是否点火，工控机(1001)给电调反射器(1013)发送金属圆柱(1024)深度调节信号(1005)，来调节电调反射器(1013)的反射比例。2.根据权利要求1所述的一种车载燃料的微波等离子体重整系统，其特征在于，所述电调反射器(1013)与环行器(1012)和点火腔(1014)相连接，用于调节进入点火腔(1014)的微波能量，当点火腔(1014)完成点火后，需要通过调节电调反射器(1013)的金属圆柱(1024)插入深度将微波反射到反应腔(1015)中。3.根据权利要求I所述的一种车载燃料的微波等离子体重整系统，其特征在于，所述环行器(1012)采用两个，通过一个U形波导(1011)连接，下面的环行器(1012)的下端口 1(1006)接磁控管(1004)，下端口 11(1008)接电调反射器(1013)，下端口III (1007)接U形波导(1011)，上方的环行器(1012)的上端口 1(1006')接反应腔(1015)，上端口11(1008')接吸收负载(1010)，上端口III (1007')接U形波导(1011)，微波从下方环行器(1012)的下端口 1(1006)输入，先到达下端口 11 (1008)的电调反射器(1013)，通过电调反射器(1013)的调节，微波被反射到下端口 III (1007)的U形波导(1011)，通过U形波导(1011)传播到上方的环行器(1012)的上端口I...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆年，王郑强，王军年，闫佳伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：