等離子體發生器及等離子體空氣發動機的製作方法

2023-09-20 15:59:25

專利名稱：等離子體發生器及等離子體空氣發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種發動機，具體地講，指一種由等離子體激發空氣和水 霧的混合體而產生動力的發動機。
背景技術：
將某種氣體電離成等離子體的技術又稱為等離子弧技術，其原理為氣體 處於電場中，當電場電壓達到點燃電壓(擊穿電壓)時，其受到電場力作用的 電子被加速飛向電場正極，電子會沿途相互撞擊其它原子，激發出欲掙脫束縛 的電子，形成電子群一同向正極運動，由於它們不斷地被電場力加速，而不會 被俘獲，電子群一直撞擊，而激發出更多的電子，在電場中分子兩極對準電場 兩極的弛豫時間約為10'1秒甚至更短，而電場的形成相當於光的速度，但熱電 子是靠撞擊而產生的，從而兩極之間的電弧變得更加強烈。電場電壓達到點燃 電壓氣體就會被激發產生放電，等離子弧噴咀技術也是應用這個理論，使噴咀 管壁產生向內的冷壓縮，離子向弧心產生熱壓縮，弧心產生電磁收縮最終使離 子中心產生幾千度甚至上萬度的超高溫；導致電場內電極間密集的電子流動形 成高溫電弧，電極間氣體因此被電離成等離子體。採用特殊噴咀壓縮電弧取得 超高溫的等離子氣流，使等離子弧噴咀具有獨特作用。當高溫等離子氣體佔據一個氣室的1/2甚至更高的比例，在氣室容積一定的 情況下，其壓力作用不亞於壓縮空氣，現兩者結合後節能效果更佳。
由於水是極性分子，水蒸氣電離的能耗低於單純電解或熱解，也因為水蒸 氣的膨脹率比普通空氣氣體大得多，水蒸氣作為產生離子的一種優良氣源。離子弧技術作為一項成熟的技術，已經應用於金屬切割、焊接等領域。然 而，現有技術中還沒有一種利用上述水蒸氣電離原理應用於發動機領域。實用新型內容本實用新型的一個目的，在於解決現有技術中的不足之處，提供一種等離 子體發生器。為實現上述目的，本實用新型提供了一種等離子體發生器，包括電極塞， 固連於電極塞的陰極電極棒， 一個套於所述電極棒外具有第一腔體和第二腔體 的殼體，其中，第一腔體在遠離電極塞的端部設有噴嘴結構，在靠近所述電極 塞的部分設有進氣通道；第二腔體包圍所述第一腔體，具有一個進液口和一個 與出液口。本實用新型的另一個目的，在於解決現有技術中的不足之處，提供一種基 於上述等離子體發生器的等離子體空氣發動機。為實現上述目的，本實用新型的等離子體空氣發動機包括缸體，具有至少一個反應室，與所述反應室相連通的一個進氣道、 一個噴嘴安裝孔， 一個排氣道和至少一個等離子發生器安裝孔；在所述缸體之外還包括與等離子發生器安裝孔數量相等的等離子發生器，所述等離子發生器包括電極塞，固連於電極塞的陰極電極棒， 一個套於所述電極棒外具有第一腔體和第二腔體的殼體，其中，第一腔體在遠離電極塞的端部設有噴嘴結構，在靠近所述電極塞的部分設有進氣通道；第二腔體包圍所述第一腔體，具有一個進液口和一個與出液口；一套水霧化系統，包括一個噴嘴部分，所述噴嘴部分通過所述噴嘴安裝孔 連通反應室；一套高壓供氣系統連接於所述進氣道，具有一個可控氣閥，所述可控氣閥 設於進氣道口的以控制高壓供氣系統向反應室供氣； 一個位於反應室下方的，與缸體側壁緊密連接的活塞；以及 一個連於活塞的擺杆。其中，水霧化系統通過水霧噴嘴向反應室內噴射水霧，高壓供氣系統將外 部空氣加壓為高壓氣體後，打開氣閥，通過進氣道將高壓空氣送入反應室，等 離體發生器向反應室發出等離子體，等離子體呈高溫狀態，在反應室與高壓氣 體以及水霧混合後，溫度降低，水霧吸熱氣化，體積膨脹，因此產生向下的推 力，推動活塞向下運動，帶動擺杆運動。本實用新型的有益效果在於，如僅通過高壓氣體推動活塞，則用量較大， 加入等離子體和水霧後，可大大減少高壓氣體用量。


圖l為本實用新型所述的等離子體空氣發動機的結構示意圖。 圖2為本實用新型所述的等離子體發生器的結構圖。
具體實施方式
本實用新型涉及一種等離子體空氣發動機可對水霧進行氣化，從而在僅有 少量高壓氣體參與的情況下推動活塞，
以下結合附圖，對本實用新型的特徵作
詳細說明圖1為本實用新型結構的立體圖，參照圖1，本實用新型的等離子體空氣發 動機包括缸體l，缸體的上部形成一個燃燒室11，燃燒室11 一側具有一個進氣 道12，相對的上部另一側具有一個進水孔13，上方中間部分還具有一個等離子體安裝孔14，在缸體1中還設有與其相配合的活塞2和連杆3，活塞2和連杆3 的尺寸及配合方式已在現有技術中廣為人知。在缸體下方的一側還設有一個排 氣道15，排氣道與缸體連接處形成壓力釋放孔151。缸體的進氣道12連接一個高壓氣源4，其通過進氣道12向燃燒室11內供 應高壓氣體，在燃燒室11與進氣道12的連通處111設有一個氣閥41，該氣閥 可與高壓氣源供氣的同步打開，供氣結束的同步閉合。缸體的進水孔13連接一個水霧化系統5，該霧化系統包括一個固連於進水 孔13出的水霧噴嘴51用於將水霧化並噴入燃燒室11， 一個水箱52， 一個將水 箱中的水泵至水霧噴嘴51中的水泵53，以及連接各器件的管路54;在這裡水 泵是可控的，如採用計算機或單片機控制。在缸體1上方還設有一個等離子體發生器6，該等離子體發生器的結構如圖 2所示，包括一個發生器殼體61作為陽極和一個電極棒65作為陰極，電機棒 65固連在一個絕緣的電極塞67上，殼體61具有一個冷卻腔62和一個蒸汽腔 63。其中，所述蒸氣腔63形成於所述電機棒65周圍，包括一個遠離電極塞67 的噴嘴結構631，以及一個靠近電極塞的進氣孔632，噴嘴結構631與進氣孔632 的設置方式不限於此，只要保證蒸氣由進氣孔進入並均勻擴散於電極棒周圍即
可，其中，電極棒65可以是鴿棒。冷卻腔62包圍於蒸氣腔63外部，包括一個進液口 621和一個出液口 622， 冷卻腔62用以冷卻蒸氣腔的陽極壁，這樣，進液口和出液口的設置應保證能夠 使冷卻液均勻流過冷卻腔。作為陽極的發生器殼體61和作為陰極的電極棒65分別連接一個高頻信號 發生器7的兩個信號輸出端，其中，高頻信號發生器有一電源單元8供電。等離子體發生器啟動發動機是靠蓄電池的電能。由於等離子體發生器會產 生很大的熱量，為防機器會燒壞，特此在等離子高溫發生器外部還設有冷卻室9 作冷卻作用，當機器(發動機)停止運轉後，水套的水持續循環冷卻一段時間 以延長發動機的壽命。本實用新型的工作原理如下打開氣閥41，利用高壓氣源通過迸氣道向燃燒 室通入一定量的空氣，同時利用水霧化系統5通過水霧噴嘴51向燃燒室11通 入一定量的水霧，此後利用等離子體發生器6產生等高溫離子體態水、並將高 溫等離子態水通過噴嘴部分631噴入燃燒室，高溫等離子態水遇冷收縮並釋放 大量的熱能後與空氣混合，其溫度降低，但燃燒室ll內的空氣水霧會因吸收熱 量而氣化，氣化令其體積迅速增加，從而推動活塞2向外運動，進而帶動連杆 運動，當活塞運動至壓力釋放孔151位置時，水蒸氣從壓力釋放孔，通過排氣 通道排出，令活塞帶動連杆向內運動，完成一個循環。而水霧膨脹後佔據氣室噴入來的壓縮空氣的1/2以上甚至更高的比例，所以 在氣室容積一定的情況下發揮的作用以及比重不亞於壓縮空氣，現兩者結合後 節能效果更佳，機器運轉的時間更長，從理想的角度來說 由於等離子弧噴嘴射出的等離子體高溫混合氣體並非均溫體，其最外層冷壓縮區域會在1000至10000攝氏度之間，中間層熱壓縮區域在10000至20000攝氏度之間，核心層弧心區域溫度更高。因此，其射出的等離子體為柱形，等離 子體發生器的噴嘴部分的尺寸，以及過程中水的流量，可根據三層截面相計算而確定。由於一個等離子發生器的輸出可能無法滿足令燃燒室內水霧熱膨脹率均勻 的需求，可在燃燒室上平行，或星形或以其他形式設置多個等離子體發生器， 以獲得一個相對均溫的空間區域，從而令水的熱膨脹率達到一個穩定的值。在本實用新型中，高壓氣源也可由液態空氣源代替。如果以液態空氣來代替純壓縮空氣的話，由於液態空氣中有21%的是氮氣，而液態氮其特性在一定容 積內遇熱後其膨脹，體積是本身的700倍，按此來說，活塞的推動力將更大。可以如現有技術中的發動機缸體的結構，具有至少一個缸體，也可有多個 缸體。綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，並非用來限定本實用新型的實施 範圍。即凡依本實用新型申請專利範圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬 於本實用新型的技術範疇。
權利要求1.一種等離子體發生器，其特徵在於包括電極塞，固連於電極塞的陰極電極棒，一個套於所述電極棒外具有第一腔體和第二腔體的殼體，其中，第一腔體在遠離電極塞的端部設有噴嘴結構，在靠近所述電極塞的部分設有進氣通道；第二腔體包圍所述第一腔體，具有一個進液口和一個出液口。
2. —種根據權利要求1的等離子體空氣發動機，其特徵在於包括缸體，具有至少一個反應室，與所述反應室相連通的一個進氣道、 一個噴 嘴安裝孔， 一個排氣道和至少一個等離子發生器安裝孔； 在所述缸體之外還包括與等離子發生器安裝孔數量相等的等離子發生器， 所述等離子發生器包括電極塞，固連於電極塞的陰極電極棒， 一個套於所 述電極棒外具有第一腔體和第二腔體的殼體，其中，第一腔體在遠離電極 塞的端部設有噴嘴結構，在靠近所述電極塞的部分設有進氣通道；第二腔 體包圍所述第一腔體，具有一個進液口和一個出液口；一套水霧化系統，包括一個噴嘴部分，所述噴嘴部分通過所述噴嘴安裝孔 連通反應室；一套高壓供氣系統連接於所述進氣道，具有一個可控氣閥，所述可控氣閥 設於進氣道口的以控制高壓供氣系統向反應室供氣； 一個位於反應室下方的，與缸體側壁緊密連接的活塞；以及 一個連於活塞的擺杆。
3.根據權利要求2所述的等離子體空氣發動機，其特徵在於由於一個等離 子發生器的輸出可能無法滿足令燃燒室內水霧熱膨脹率均勻的需求，可在 燃燒室上平行，或星形或以其他形式設置多個等離子體發生器，以獲得一 個相對均溫的空間區域，從而令水的熱膨脹率達到一個穩定的值。
4. 根據權利要求2所述的等離子體空氣發動機，其特徵在於所述高壓氣 源為液態空氣源。
5. 根據權利要求2所述的等離子體空氣發動機，其特徵在於所述等離子 體發生器包括一個發生器本體作為陽極， 一個水路包括一個進水口和一個 出水口， 一個電極腔，所述水路與所述電極腔相連通，還包括一個蒸氣通 道一端與所述電機腔相連通，另一端連通本體外部的蒸汽系統，電機腔內 設有一鎢棒電極作為等離子體發生器的陰極，以及一個噴嘴部分連通電極 腔與外部；與所述等離子體發生器作為陽極的發生器本體、及作為陰極的鎢棒電極分別連接一個高頻信號發生器的兩個信號輸出端，其中，高頻信 號發生器有一電源單元供電。
專利摘要本實用新型公開了一種等離子體空氣發動機，包括缸體，在所述缸體之外還包括與等離子發生器安裝孔數量相等的等離子發生器，一套水霧化系統；一套高壓供氣系統連接於所述進氣道，一個位於反應室下方的，與缸體側壁緊密連接的活塞；以及一個連於活塞的擺杆。其中，水霧化系統向反應室內噴射水霧，高壓供氣系統將外部空氣加壓為高壓氣體後，通過一個進氣道將高壓空氣送入反應室，等離體發生器向反應室發出等離子體，等離子體在反應室與高壓氣體以及水霧混合後體積膨脹，推動活塞向下運動，帶動擺杆運動。本實用新型的有益效果在於，如僅通過高壓氣體推動活塞，則用量較大，加入等離子體和水霧後，可大大減少高壓氣體用量。
文檔編號H05H1/24GK201025071SQ20062016679
公開日2008年2月20日 申請日期2006年12月20日 優先權日2006年12月20日
發明者永 朱 申請人:永 朱