[发明专利]一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置

说明书

本发明公开了一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置，利用具有纳秒脉冲的微孔双电极结构进行气体电离形成等离子体，加速燃料低温氧化和燃烧链式反应，包括脉冲电源、双电极结构和密闭容器，所述脉冲电源包括纳秒脉冲电源转化器，所述纳秒脉冲电源转换器能够与交流电和数字延时发生器连接，所述脉冲电源电连接所述双电极结构，所述密闭容器中贮藏的气体能够喷射至双电极结构；所述双电极结构包括双层金属片与单层介质，单层介质设于双层金属片中间，金属片和单层介质均设有微孔，微孔均布于金属片和单层介质。

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置。

背景技术

碳氢化合物的燃烧既能推动人类社会进步，也会造成自然环境恶化与化石能源枯竭。在燃烧过程中减少污染物排放并提高能量转化效率是保持经济与社会可持续发展时需要解决的重要问题。等离子体辅助燃烧是利用等离子体的动力学增强效应、温升增强效应和输运增强效应，提高燃烧效率和点火能力的新兴科学技术，在燃料重整、柔和燃烧和冷火焰技术等方向具有广阔的实践应用前景和重要的科学研究意义。

辅助燃烧的放电等离子体可通过介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge,DBD)、纳秒脉冲放电、射频放电和微波放电等方式产生。纳秒脉冲介质阻挡放电(纳秒脉冲DBD)兼具纳秒脉冲放电和DBD的优良特性，是产生高化学活性和大面积均匀的非热平衡等离子体的理想途径。现有的利用放电等离子体进行辅助燃烧的技术方案中，如公开号为CN109264671A的中国专利公开了一种等离子体喷涂薄膜协同DBD催化甲烷干重整装置及方法，其使用电极杆、DBD石英管、铜网和聚四氟乙烯固件构成等离子发生器，这种技术方案是传统的等离子体发生装置，其使用平板式片状构件进行等离子体的催化，但是发明人认为，其形成时间等离子体的时间可以进一步缩短，其热负荷以及维持稳定放电等离子体的外施电压明显也可以进一步降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在问题，一方面，提供一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置，解决现有等离子体辅助燃烧装置存在的点火速度慢、能量转化率低、火焰不稳定以及电极热负荷与外施电压较高的问题；另一方面，提供一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧方法。

本发明解决这一问题所提供的第一个技术方案是：

一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置，包括脉冲电源、双电极结构和密闭容器，所述脉冲电源包括纳秒脉冲电源转化器，所述纳秒脉冲电源转换器能够与交流电和数字延时发生器连接，所述脉冲电源电连接所述双电极结构，所述密闭容器中贮藏的气体能够喷射至双电极结构；

所述双电极结构包括双层金属片与单层介质，单层介质设于双层金属片中间，金属片和单层介质均设有微孔，微孔均布于金属片和单层介质。

进一步的，所述双层金属片和单层介质均呈圆形，所述微孔在所述双层金属片和单层介质中圆周阵列，所述双电极结构构成DBD。

进一步的，所述纳秒脉冲电源的正极性端和负极性端分别连接一侧的金属片。当纳秒脉冲DBD采用所述双电极结构时，放电等离子体的形成时间更短，微孔电极的热负荷以及维持稳定放电等离子体的外施电压明显低于传统的交流DBD和平板电极结构。此外，采用双电极对撞扩散燃烧能在双电极间隙形成稳定的等离子体辅助燃烧区域，具有较高的火焰稳定性和燃烧效率。

进一步的，所述金属片为金属铝片，厚度为150μm；所述单层介质为云母片，云母片厚度为200μm，所述微孔孔径为100μm。

进一步的，所述密闭容器包括多个气罐。

进一步的，多个气罐中至少包括用于存放氧气的氧气罐和用于存放氩气的第一氩气罐，氧气和氩气混合为第一混合气体，喷入位于第一侧的金属片，在微孔内形成氧化混合气体放电等离子体；