车载微波重整器可燃混合气加热装置.pdf

本发明提供了一种车载微波重整器可燃混合气加热装置，包括反应腔、微波功率管、微波等离子体反应管、放电点火装置，微波功率吸收器。微波功率吸收器设置在微波等离子体反应管内部，由耐高温的微波吸收材料制成，微波吸收材料吸收可燃混合气未吸收的剩余的大部分微波能量，并转化为热能，微波吸收材料产生的热能来加热可燃混合气，使可燃混合气预热升温。可燃混合气反应温度升高，增加了粒子的热运动速度和碰撞频率，不仅可以降低点火的所需击穿电场强度，而且增加了反应链条，提高了电离度和电离度的上升速度，从而提高反应速率，节约了能源。

权利要求书
1.  一种车载微波重整器可燃混合气加热装置，其特征在于，包 括
反应腔，其上设置有进气口；
微波功率管，其深入反应腔内部，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；
放电点火装置，其插入所述微波等离子体反应管内部，所述放电 点火装置能够在微波电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；
微波功率吸收器，其设置于所述微波等离子体反应管内部，能够 吸收利用微波能量来加热混合燃气。

2.  根据权利要求1所述的车载微波重整器可燃混合气加热装置， 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可燃混合气加热 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可燃混合气加热装置， 其特征在于，所述微波功率吸收器由一系列螺旋形排列的小圆球或螺 旋圆柱形实心管构成。

5.  根据权利要求3所述的车载微波重整器可燃混合气加热装置， 其特征在于，所述微波功率吸收器为呈螺旋形的实心管。

6.  根据权利要求5或6所述的车载微波重整器可燃混合气加热 装置，其特征在于，所述微波功率吸收器材料为铁氧体或者陶瓷基或 者氧化铝基。

7.  根据权利要求1所述的车载微波重整器可燃混合气加热装置， 其特征在于，所述放电点火装置由一根带有开口的金属线圈制成，其 设置有两自由端，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。

8.  根据权利要求1所述的车载微波重整器可燃混合气加热装置， 其特征在于，所述放电点火装置包括两个由金属材料制成具有尖端的 点火反射销和与点火反射销相连的反射销螺栓，所述两个点火反射销 的尖端相对，通过调节反射销螺栓调整两点火反射销尖端的距离。

9.  根据权利要求1所述的车载微波重整器可燃混合气加热装置， 其特征在于，所述反应腔为圆环形柱体。

10.  根据权利要求1、2、4、5、7、8中任一项所述的车载微波 重整器可燃混合气加热装置，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。

说明书车载微波重整器可燃混合气加热装置
技术领域
本发明涉及微波电磁场加热技术，特别涉及一种车载微波重整器 可燃混合气加热装置。
背景技术
微波加热与传统的加热方法有很大的区别，传统的加热方法是依 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 后通过物体内部热传递，使物体温度由表及里逐渐升高。微波具有高 效节能、加热速度快、加热均匀、安全环保、清洁卫生、易于控制等 多方面优点。
在微波电场中，介质吸收微波功率的大小正比于频率、电场强度 的平方、介电常数和介质损耗角正切值。介质损耗角正切值表示电介 质材料在交变电场下的有功损耗和无功损耗之比，值越大，介质损耗 越大。在交变电场下，电介质材料自身极性分子由于惯性极化滞后， 损耗电场能量而发热造成的损耗。
介电常数和介质损耗角正切值与材料分子的极性和材料的密度 有关，低压的混合燃气由于气态密度很低，介电常数接近1，介质损 耗角正切值接近于0，对于微波能量的吸收很少。等离子体由于大量 电离的正负自由电荷，相对于气态来说，介电常数和介质损耗角正切 值很大，对于微波的吸收也很大，等离子体吸收的微波能量与其电离 度或电子密度有关。因此，混合燃气在气态和等离子态下的微波负载 差异很大。
由于微波等离子体重整器启动时，反应管中的可燃混合气尚未形 成等离子体态，只能吸收微波源产生的极少部分能量。由于气态和等 离子态负载差异很大，阻抗匹配难以解决启动时大量剩余能量的反射 问题。微波等离子体重整器的微波输出功率达几百瓦，如果通过隔离 器和或吸收负载来吸收剩余大部分能量，则将增加几百瓦功率的隔离 器和或吸收负载，带来尺寸、重量、散热问题，不利于车载使用。如 果剩余大部分能量反射回微波源，反射能量的冲击不仅影响干扰微波 源的正常工作，也容易造成其温度过高、使用寿命降低，并且存在启 动时升温慢、能源利用率低的缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计开发了一种车载微波重整器可燃混 合气加热装置，利用微波吸收材料吸收可燃混合气未吸收的剩余的大 部分微波能量，并转化为热能，来预热可燃混合气体，提高微波重整 器中的微波能量吸收和加热效率，从而提高反应速率，节约能源。
本发明提供的技术方案为：
一种车载微波重整器可燃混合气加热装置，其特征在于，包括
反应腔，其上设置有进气口；
微波功率管，其装配在反应腔上盖上并深入反应腔内部，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；
放电点火装置，其插入所述微波等离子体反应管内部，所述放电 点火装置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；
微波功率吸收器，其设置于所述微波等离子体反应管内部，能够 吸收利用微波能量来加热混合燃气。
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。
优选的是，所述微波等离子体反应管为螺旋形。
优选的是，所述微波功率吸收器由一系列螺旋形排列的小圆球或 螺旋圆柱形实心管构成。
优选的是，所述微波功率吸收器为呈螺旋形的实心管。
优选的是，所述微波功率吸收器材料为铁氧体或者陶瓷基或者氧 化铝基。
优选的是，所述放电点火装置由一根带有开口的金属线圈制成， 其设置有两自由端，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。
优选的是，所述放电点火装置包括两个由金属材料制成具有尖端 的点火反射销和与点火反射销相连的反射销螺栓，所述两个点火反射 销的尖端相对，通过调节反射销螺栓调整两点火反射销尖端的距离。
优选的是，所述反应腔为圆环形柱体。
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。
本发明的有益效果是：本发明所述的可燃混合气加热装置结构简 单、功能高效合理、材料易于获得。通过对微波等离子体反应管、放 电点火装置、微波功率管的位置摆放最大化的利用了微波功率并减少 了装置体积。通过微波功率吸收器对可燃混合气未吸收的大部分能量 再次吸收，提前预热可燃混合气，提高微波功率的吸收效率，与微波 功率管的使用寿命。本装置解决了现有微波等离子体重整器可燃混合 气对微波功率使用率低，微波发生装置使用寿命短的缺点，同时极大 的提高了等离子体的形成率，与等离子体的电离度，拓展了微波电磁 场应用的思想。
附图说明
图1为本发明所述的微波重整器俯视图。
图2为本发明所述的微波重整器仰视图。
图3为本发明所述的波重整器三维立体视图。
图4为本发明所述的微波功率吸收器结构示意图。
图5为本发明所述的微波功率吸收器结构示意图
具体实施方式
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。
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、放电点火装置1004，微波功率吸收器1008。在反应腔 1001上还设置有进气口1005。本装置中还设置有上盖1009，在上盖 1009上设置有出气口1007。
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1009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。
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。
点火放电装置1004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，点火放电装置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。点火放电装置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。所述点火放电装置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。
在不同耦合模式下，点火放电装置1004的位置、电场耦合的线 路长度、磁场耦合的面积决定了点火放电装置1004放电端感生电动 势的大小，点火放电装置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。故将点火放电装置1004两端制成圆锥形且尖端相互靠近，有 利于点火放电装置1004放电形成高压电，将混合燃气击穿形成等离 子体。
如图4、图5所示，微波功率吸收器1008位于微波等离子体反 应管1003中心处，为实心螺旋圆柱形或者是一系列螺旋形排列的小 圆球，其材料是铁氧体、陶瓷基或氧化铝基等材料。由于可燃混合气 在被击穿形成等离子体之前只能吸收极少部分的微波能量，吸收率极 低。而剩余大部分微波能量则被反射回微波功率管1002，被其吸收 升温。而增加微波功率吸收器1008后，微波功率吸收器1008可将可 燃混合气为吸收的大部分微波能量吸收，以供自身温度升高。由于微 波功率吸收器1008在微波等离子体反应管1003中与可燃混合气直接 接触，在微波功率吸收器1008升温后会将热量传递给可燃混合气使 其在等离子化之前将其预热，有利于形成等离子体。而在等离子体形 成后，由于温度的提高，粒子碰撞频率增加，有利于加热等离子体， 提高电离度。
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，有利于放电点火装置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。可燃混合气由进气 口1005进入微波等离子体反应管1003后，首先接触微波功率吸收器 1008并升温，预加热。然后再由放电点火装置1004放电将其击穿， 形成等离子体。
微波功率吸收器1008通过合理选用微波功率吸收材料，有效的 吸收利用了可燃混合气未能吸收的剩余的极大部分的微波能量。其位 置如图1所示。在微波功率吸收装置1008升温与可燃混合气接触后， 通过热传递，将可燃混合气预先加热，提高其温度，因而有利于形成 等离子体。而随温度升高，粒子运动剧烈，碰撞频率增高，有利于点 火和加热等离子体，提高电离度。而微波功率管1008对于微波能量 的吸收，减少了反射回微波功率管的能量，减少了微波功率管隔离片 吸收的能量，极大的降低了微波功率管1002的工作温度，延长了其 使用寿命，降低使用成本。
本发明提供一种新的加热方式，在反应管内部添加耐高温的微波 吸收材料，微波吸收材料吸收可燃混合气未吸收的剩余的大部分微波 能量，并转化为热能；微波吸收材料产生的热能来加热可燃混合气， 使可燃混合气预热升温。可燃混合气反应温度升高，增加了粒子的热 运动速度和碰撞频率，不仅可以降低点火的所需击穿电场强度，而且 增加了反应链条，提高了电离度和电离度的上升速度，加快混合燃气 从气态向等离子终态过度的速度，减少微波等离子重整器启动的瞬态 过程和时间，提高微波重整器中的微波能量吸收和加热效率，从而提 高反应速率，节约能源。微波吸收材料实现了剩余微波能量的转化转 移和利用。
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。