[发明专利]一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子制氢领域，具体来说是一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置。

背景技术

目前，世界性的能源危机、环境污染等问题日益严重，而汽车作为石油的消耗主体，它消耗的石油资源越来越多，同时汽车行驶时排出的气体污染物、微粒污染物、蒸发排放物等已成为城市空气污染的主要来源。汽车排气不仅直接危害大气环境，而且会形成二次污染物，汽车排出的HC和NO_X在太阳光的作用下，发生复杂的光化学反应，生成以臭氧、醛、过氧酰酸酯为主的光化学烟雾。由此可见，汽车排入大气的有害污染物除了使城市空气中的有害污染物增加外，还导致大气臭氧层破坏、温室效应，产生光化学烟雾和酸雨等。因此，开发节能、环保、可持续发展的新能源动力汽车已成为汽车工业迫在眉睫的任务。

氢气是一种清洁高效的燃料，它的热值近汽油的3倍，可以作为燃料电池的燃料，也可以作为传统发动机的燃料，在掺氢燃烧过程中可以提高火焰的传播速度，改善内燃机燃烧，从而降低有害物的排放。氢气还可作为汽车尾气催化净化器的还原气体，从而提高还原效率，降低氮氧化物的排放。目前传统的制氢方法主要有：水电解制氢、化石燃料制氢、热化学制氢、光化学制氢和生物制氢等。但这些方法具有能源利用率低、成本高、反应过程复杂且难以控制等缺点。

等离子体制氢是一种正在不断发展完善的新方法，利用气体通过高压电极间的空间时，电极间流动的电子使气体分子分裂，产生物质的第四态——等离子体。由于等离子体中存在活性自由基（如O、OH、O3等），因而可引发部分化学反应的发生。等离子体在反应腔内的主要损失包括等离子体的碰撞损失和离子流动到器壁带走的动能损失。由于等离子体在反应腔内的损失，导致反应腔内等离子体的密度降低，使得重整制氢的效率不高。因此，如何降低等离子体在反应腔内的损失，从而提高重整制氢的效率是目前需要解决的一个问题。

发明内容

本发明为了提高等离子体制氢装置的制氢效率，针对传统的等离子体制氢装置存在的上述问题，根据等离子体的特性，提出了一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，它可以有效的提高等离子体制氢装置的效率，并延长其工作寿命。

一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置，其特征在于：包括壳体、底座、电极、顶盖与绕组线圈、进气管与出气管。

其中壳体为圆筒结构，壳体内部空间作为反应腔，壳体底端与底座固连。壳体顶端与顶盖固连。所述电极为由头部与杆部构成的一体结构，电极头部由上至下直径逐渐增大，杆部穿过底座并与底座固连。所述壳体外侧壁底部以螺纹联接方式连通有进气管，制氢用的混合气体从进气管导入反应腔，在电极头部底面与底座顶面间产生电弧，在气流的作用下，电弧由电极头部底端与反应腔内侧壁间的空隙处向头部顶端移动，拉长电弧，促进等离子体反应。所述壳体接地，作为地电极。

所述进气管与壳体内圆周成切线布置，由此，制氢用的混合气体从进气管导入反应腔时可在反应腔内形成漩涡，使导入的气体在反应腔内有更长的停留时间，提高氢产率。壳体外侧壁周向上紧密缠绕有绕组线圈，由此通过对绕组线圈通电，在放电过程中，通过绕组线圈向反应腔施加磁场，由此可对反应腔内等离子体进行约束，以减少电子与反应腔内壁碰撞的能量损失，进而提高反应腔内等离子体的密度，以提高氢产率。

壳体上部以螺纹联接方式连通有出气管，经过等离子体反应后制得的富氢气体通过出气管排出反应腔。

本发明优点在于：

1、本发明等离子体发生装置的进气管与反应腔内部的圆柱面成切线布置，使导入的气体在反应腔内，有更长的反应时间，提高效率；

2、本发明等离子体发生装置的外面缠绕绕组线圈，加上磁场，对等离子体进行约束，以减少等离子体的能量损失，进而提高反应腔内等离子体的密度，以提高重整制氢的反应效率；

3、本发明等离子体发生装置的电极头部底端和反应腔的内壁之间产生电弧，在气流的作用下，电弧由电极头部底端向顶端移动，拉长电弧，增加气体与电弧接触的时间，促进等离子体反应。

附图说明

图1为等离子体发生装置整体示意图；

图2为等离子体发生装置主视剖面图；

图3为等离子体发生装置中进气管连通方式A-A向视图。

1-壳体            2-底座              3-电极

4-顶盖            5-绕组线圈          6-进气管

7-出气管          101-外凸边缘        102-凸出部分