[发明专利]一种级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置和方法

权利要求书

1.一种级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：包括高频点火器、第一级进料系统，低功率微波等离子体炬系统、第二级进料系统、低功率微波电源、环形器、水负载、三销钉、短路活塞、微波等离子体反应器，高功率微波辐照系统、高功率微波源、环形器、微波传输线、微波辐照喇叭天线、介质窗，磁体系统、磁场电源，主化学反应系统、第三级进料系统，次化学反应系统和第四级进料系统；

所述第一级进料系统由所述高频点火器系统馈入，所述第二级进料系统由所述低功率微波等离子体炬系统馈入，所述第三级进料系统由所述高功率微波辐照系统和主化学反应系统馈入，所述第四级进料系统由所述次化学反应系统馈入；

所述低功率微波等离子体炬系统包括低功率微波电源、环形器、水负载、三销钉、短路活塞、微波等离子体反应器，其设置有所述第二级进料系统；

所述主化学反应系统和次化学反应系统进行固氮反应或燃料燃烧提供热能的反应；

所述高频点火器系统包括高频点火电源、高频点火等离子体装置、第一级进料系统；

所述高频点火等离子体装置为滑动弧等离子体源或介质阻挡等离子体源；所述第一级进料系统在所述高频点火器系统内壁形成保护气旋气，保护所述高频点火等离子体装置；所述第二级进料系统在所述低功率微波等离子体炬系统内壁形成保护气旋气，防止所述低功率微波等离子体炬系统温度过高受到损坏；所述高频点火器系统内壁形成的保护气和所述低功率微波等离子体炬系统内壁形成的保护气也用于参与所述主化学反应系统和次化学反应系统内的化学反应；所述第一级进料系统和第二级进料系统为空气或空气与燃料的混合物，或是氮气和氧气单一气体或其混合物，所述燃料为氨、煤粉或金属氧化物粉体；

所述磁体系统是永磁体阵列或励磁电流驱动磁体，所述励磁电流驱动磁体包括磁体直流电源和磁体线圈，所述磁体直流电源用于产生所述磁体线圈产生磁场所需的励磁电流，所述磁体线圈用于产生适当大小的磁场以促进所述主化学反应系统和次化学反应系统的化学反应；

所述高功率微波辐照系统包括高功率微波源、环形器、微波传输线、微波辐照喇叭天线、介质窗、冷却装置，所述微波辐照喇叭天线分布在所述主化学反应系统外侧，所述高功率微波辐照系统为1组或为2-100组形成的角向均分对称阵列，所述介质窗固定于所述主化学反应系统，用于将由所述微波辐照喇叭天线辐射的电磁波传输进入所述主化学反应系统，所述冷却装置用于冷却所述介质窗，所述高功率微波辐照系统辐射的电磁波在所述主化学反应系统中叠加，共同激励所述第一级进料系统、第二级进料系统和第三级进料系统的进料以进一步增强电离，同时促进气体或者化学反应物质的反应速度。

2.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述低功率微波电源的频率为2.45GHz或915MHz。

3.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述主化学反应系统和次化学反应系统的工作压力为10Pa至10000Pa。

4.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述主化学反应系统和次化学反应系统的工作压力为常压或1-10atm的过常压。

5.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述磁增强高功率微波等离子体是指其磁场强度满足对应电子回旋共振条件的增强型微波等离子体，所述磁场强度为电子回旋共振磁场或更高强度磁场的强度。

6.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述介质窗采用石英玻璃、氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氧化铍、氮化硼或金刚石。

7.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述微波辐照喇叭天线为角锥喇叭、圆锥喇叭、对角喇叭、波纹喇叭、多模喇叭或喇叭透镜天线。

8.根据权利要求1所述的级联放大磁增强高功率微波等离子体产生装置，其特征在于：所述燃料燃烧提供热能的反应中的燃料为天然气、氨、氢气、乙烷、丙烷、煤粉、汽油或柴油。