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83. 发明专利

TWI323770B 電漿重組器以及具有此電漿重組器的內燃機系統 PLASMA REFORMER AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM HAVING THE SAME 有权
简体标题：等离子重组器以及具有此等离子重组器的内燃机系统 PLASMA REFORMER AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM HAVING THE SAME
公开(公告)号：TWI323770B
公开(公告)日：2010-04-21
申请号：TW095148407
申请日：2006-12-22
申请人：財團法人工業技術研究院
发明人：施明憲 , 林恆如 , 蕭清松 , 黃廷位
IPC分类号： F23C
CPC分类号： F02B51/04 , B01J19/088 , B01J2219/0809 , B01J2219/083 , B01J2219/0869 , B01J2219/0883 , B01J2219/0884 , B01J2219/0892 , C01B3/342 , C01B3/366 , C01B2203/0216 , C01B2203/0222 , C01B2203/0233 , C01B2203/0238 , C01B2203/0244 , C01B2203/0255 , C01B2203/0261 , C01B2203/06 , C01B2203/066 , C01B2203/0861 , C01B2203/1235 , C01B2203/142 , F02M25/0228 , F02M25/12 , Y02P20/142 , Y02T10/121 , Y02T10/126
摘要：一種電漿重組器，包括第一電極、第二電極、絕緣構件、霧化分配器與電源供應器。第二電極與第一電極之間形成有可放電間隙。絕緣構件設置於第一電極與第二電極之間，以隔離第一電極與第二電極，且在絕緣構件與第一電極、第二電極之間形成渦漩氣體流道，其中第二電極穿過絕緣構件。霧化分配器設置於第一電極及/或第二電極上。電源供應器連接至第一電極與第二電極。 A plasma reformer including a first electrode, a second electrode, an insulation member, an atomizing apparatus and a power supply is provided. Discharge gaps are formed between the first electrode and the second electrode. The insulation member is disposed between the first electrode and the second electrode to isolate the first electrode and the second electrode. A vortex gas runner is formed between the insulation member, the first electrode and the second electrode. The second electrode penetrates into the insulation member. The atomizing apparatus is formed on the first electrode and/or the second electrode. The power supply is connected to the first electrode and the second electrode. 【創作特點】本發明提供一種電漿重組器，以高電壓、低電流的輸出方式降低電漿功率並延長電極材料使用壽命，達成更好的富氫氣體重組效果。。
本發明提供一種具有電漿重組器的內燃機系統，提升內燃機的燃燒效率、降低空氣污染。
本發明提出一種電漿重組器，包括第一電極、第二電極、絕緣構件、霧化分配器與電源供應器。第二電極與第一電極之間形成有可放電間隙。絕緣構件設置於第一電極與第二電極之間，以隔離第一電極與第二電極，且在絕緣構件與第一電極、第二電極之間形成渦漩氣體流道，其中第二電極穿過絕緣構件。霧化分配器設置於第一電極及/或第二電極上。電源供應器連接至第一電極與第二電極。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極包括中空圓盤狀的導電體、在圓周方向呈對稱形狀之中空管狀的導電體或在圓周方向呈週期性對稱之中空管狀的導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極包括中空圓盤狀的導電體或在圓周方向呈對稱形狀之中空管狀的導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極包括中空圓柱管狀的導電體、漸縮或漸開型喇叭管狀的導電體或內表面具有波浪狀起伏之中空管狀的導電體。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器為將第一電極及/或第二電極本身經過機械細孔加工而形成。
在本發明之一實施例中，電漿重組器更包括耐熱構件，此耐熱構件設置於第一電極上。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括中空管狀之導電體、實心圓柱狀之導電體、在圓周方向呈對稱形狀之網目狀或軸向針狀陣列之導電體或在圓周方向呈週期性對稱之網目狀或軸向針狀陣列之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括圓環狀之導電體、圓錐狀之導電體、螺旋狀之導電體或彈簧狀之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括第二電極基座與第二電極延伸部。第二電極延伸部連接第二電極基座，並延伸至第一電極內。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極延伸部包括圓環狀之導電體、圓錐狀之導電體、螺旋狀之導電體、彈簧狀之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器為將第一電極及/或第二電極本身經過機械細孔加工而形成。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器包括多數個孔洞，這些孔洞可均勻或不均勻的方式分布在第二電極的表面。
在本發明之一實施例中，上述之絕緣構件之材質包括高氧化鋁、陶瓷、石英、塑膠或環氧樹脂。
在本發明之一實施例中，電漿重組器更包括切線氣體導入管，此切線氣體導入管連通渦漩氣體流道。
在本發明之一實施例中，上述之該電源供應器包括限電流型高頻、高壓交流電源供應器或是限電流型高頻、高壓直流電源供應器。
在本發明之一實施例中，電漿重組器可包括冷卻管路，此冷卻管路設置在絕緣構件中，以冷卻第二電極。
在本發明之一實施例中，上述之電漿重組器用於產生氫氣以供給至渦輪、內燃機、發電機或燃料電池。
本發明提出一種具有電漿重組器的內燃機系統，包括電漿重組器、內燃機、燃料槽、高壓電力分配器。電漿重組器包括、第一電極、第二電極、絕緣構件、霧化分配器、燃料導入管、切線氣體導入管、產物氣體導出口。第二電極與第一電極之間形成有可放電間隙。絕緣構件設置於第一電極與第二電極之間，以隔離第一電極與第二電極，且在絕緣構件與第一電極、第二電極之間形成渦漩氣體流道，其中第二電極穿過絕緣構件。霧化分配器設置於第一電極及/或第二電極上。燃料導入管連接霧化分配器。切線氣體導入管連通渦漩氣體流道，以導入空氣至渦漩氣體流道。產物氣體導出口連通渦漩氣體流道，以導出產物氣體。內燃機連接電漿重組器的產物氣體導出口。燃料槽連接內燃機與燃料導入管，以供給燃料至內燃機與電漿重組器。高壓電力分配器連接內燃機與電漿重組器，對內燃機所產生的電能進行分配並供應至內燃機與電漿重組器。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極包括中空圓盤狀的導電體、在圓周方向呈對稱形狀之中空管狀的導電體或在圓周方向呈週期性對稱之中空管狀的導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第一電極包括中空圓柱管狀的導電體、漸縮或漸開型喇叭管狀的導電體或內表面具有波浪狀起伏之中空管狀的導電體。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器為將第一電極及/或第二電極本身經過機械細孔加工而形成。
在本發明之一實施例中，具有電漿重組器的內燃機系統更包括耐熱構件，此耐熱構件設置於第一電極上。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括中空管狀之導電體、實心圓柱狀之導電體、在圓周方向呈對稱形狀之網目狀或軸向針狀陣列之導電體或在圓周方向呈週期性對稱之網目狀或軸向針狀陣列之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括圓環狀之導電體、圓錐狀之導電體、螺旋狀之導電體或彈簧狀之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極包括第二電極基座與第二電極延伸部。第二電極延伸部連接第二電極基座，並延伸至第一電極內。
在本發明之一實施例中，上述之第二電極延伸部包括圓環狀之導電體、圓錐狀之導電體、螺旋狀之導電體、彈簧狀之導電體。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器為將該第一電極及/或第二電極本身經過機械細孔加工而形成。
在本發明之一實施例中，上述之霧化分配器包括多數個孔洞，這些孔洞可均勻或不均勻的方式分布在該第二電極的表面。
在本發明之一實施例中，上述之絕緣構件之材質包括高氧化鋁、陶瓷、石英、塑膠或環氧樹脂。
在本發明之一實施例中，具有電漿重組器的內燃機系統更包括冷卻管路，設置在絕緣構件中，以冷卻第二電極。
在本發明之一實施例中，上述之冷卻管路更連接至該內燃機。
在本發明之一實施例中，上述之燃料包括碳氫燃料。
在本發明之一實施例中，上述之產物氣體包括氫氣、一氧化碳以及氮氣。
本發明的電漿重組器由於在第一電極與第二電極之間設置有環狀間隙，並且具有可產生渦漩電漿的渦漩氣體流道。因此可以形成表面放電電弧隨電漿氣體流動方向滑移的動態電弧。
由於表面放電電弧隨電漿氣體流動方向滑移，藉以產生密度均勻的低功率大氣電漿環。因此，可降低空間放電電流密度、提高電漿氣體空間分布的均勻性，而提升電漿能量與混合燃料氣的交互作用面積。
而且，藉由動態電弧的形成，可以使直流電漿氣氛中的正離子轟擊效應分散，並能夠避免電極表面侵蝕或熔化。因此，本發明之電漿重組器具有以低功率輸出而獲得大範圍常壓電漿區域以及提高－氫轉化率以及延長電極材料使用壽命的功效。
本發明的電漿重組器也可以與內燃機進氣系統結合，作為氫氣助效燃燒內燃機，而提升內燃機的燃燒效率、降低空氣污染。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
简体摘要：一种等离子重组器，包括第一电极、第二电极、绝缘构件、雾化分配器与电源供应器。第二电极与第一电极之间形成有可放电间隙。绝缘构件设置于第一电极与第二电极之间，以隔离第一电极与第二电极，且在绝缘构件与第一电极、第二电极之间形成涡漩气体流道，其中第二电极穿过绝缘构件。雾化分配器设置于第一电极及/或第二电极上。电源供应器连接至第一电极与第二电极。 A plasma reformer including a first electrode, a second electrode, an insulation member, an atomizing apparatus and a power supply is provided. Discharge gaps are formed between the first electrode and the second electrode. The insulation member is disposed between the first electrode and the second electrode to isolate the first electrode and the second electrode. A vortex gas runner is formed between the insulation member, the first electrode and the second electrode. The second electrode penetrates into the insulation member. The atomizing apparatus is formed on the first electrode and/or the second electrode. The power supply is connected to the first electrode and the second electrode. 【创作特点】本发明提供一种等离子重组器，以高电压、低电流的输出方式降低等离子功率并延长电极材料使用寿命，达成更好的富氢气体重组效果。。本发明提供一种具有等离子重组器的内燃机系统，提升内燃机的燃烧效率、降低空气污染。本发明提出一种等离子重组器，包括第一电极、第二电极、绝缘构件、雾化分配器与电源供应器。第二电极与第一电极之间形成有可放电间隙。绝缘构件设置于第一电极与第二电极之间，以隔离第一电极与第二电极，且在绝缘构件与第一电极、第二电极之间形成涡漩气体流道，其中第二电极穿过绝缘构件。雾化分配器设置于第一电极及/或第二电极上。电源供应器连接至第一电极与第二电极。在本发明之一实施例中，上述之第一电极包括中空圆盘状的导电体、在圆周方向呈对称形状之中空管状的导电体或在圆周方向呈周期性对称之中空管状的导电体。在本发明之一实施例中，上述之第一电极包括中空圆盘状的导电体或在圆周方向呈对称形状之中空管状的导电体。在本发明之一实施例中，上述之第一电极包括中空圆柱管状的导电体、渐缩或渐开型喇叭管状的导电体或内表面具有波浪状起伏之中空管状的导电体。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器为将第一电极及/或第二电极本身经过机械细孔加工而形成。在本发明之一实施例中，等离子重组器更包括耐热构件，此耐热构件设置于第一电极上。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括中空管状之导电体、实心圆柱状之导电体、在圆周方向呈对称形状之网目状或轴向针状数组之导电体或在圆周方向呈周期性对称之网目状或轴向针状数组之导电体。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括圆环状之导电体、圆锥状之导电体、螺旋状之导电体或弹簧状之导电体。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括第二电极基座与第二电极延伸部。第二电极延伸部连接第二电极基座，并延伸至第一电极内。在本发明之一实施例中，上述之第二电极延伸部包括圆环状之导电体、圆锥状之导电体、螺旋状之导电体、弹簧状之导电体。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器为将第一电极及/或第二电极本身经过机械细孔加工而形成。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器包括多数个孔洞，这些孔洞可均匀或不均匀的方式分布在第二电极的表面。在本发明之一实施例中，上述之绝缘构件之材质包括高氧化铝、陶瓷、石英、塑胶或环氧树脂。在本发明之一实施例中，等离子重组器更包括切线气体导入管，此切线气体导入管连通涡漩气体流道。在本发明之一实施例中，上述之该电源供应器包括限电流型高频、高压交流电源供应器或是限电流型高频、高压直流电源供应器。在本发明之一实施例中，等离子重组器可包括冷却管路，此冷却管路设置在绝缘构件中，以冷却第二电极。在本发明之一实施例中，上述之等离子重组器用于产生氢气以供给至涡轮、内燃机、发电机或燃料电池。本发明提出一种具有等离子重组器的内燃机系统，包括等离子重组器、内燃机、燃料槽、高压电力分配器。等离子重组器包括、第一电极、第二电极、绝缘构件、雾化分配器、燃料导入管、切线气体导入管、产物气体导出口。第二电极与第一电极之间形成有可放电间隙。绝缘构件设置于第一电极与第二电极之间，以隔离第一电极与第二电极，且在绝缘构件与第一电极、第二电极之间形成涡漩气体流道，其中第二电极穿过绝缘构件。雾化分配器设置于第一电极及/或第二电极上。燃料导入管连接雾化分配器。切线气体导入管连通涡漩气体流道，以导入空气至涡漩气体流道。产物气体导出口连通涡漩气体流道，以导出产物气体。内燃机连接等离子重组器的产物气体导出口。燃料槽连接内燃机与燃料导入管，以供给燃料至内燃机与等离子重组器。高压电力分配器连接内燃机与等离子重组器，对内燃机所产生的电能进行分配并供应至内燃机与等离子重组器。在本发明之一实施例中，上述之第一电极包括中空圆盘状的导电体、在圆周方向呈对称形状之中空管状的导电体或在圆周方向呈周期性对称之中空管状的导电体。在本发明之一实施例中，上述之第一电极包括中空圆柱管状的导电体、渐缩或渐开型喇叭管状的导电体或内表面具有波浪状起伏之中空管状的导电体。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器为将第一电极及/或第二电极本身经过机械细孔加工而形成。在本发明之一实施例中，具有等离子重组器的内燃机系统更包括耐热构件，此耐热构件设置于第一电极上。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括中空管状之导电体、实心圆柱状之导电体、在圆周方向呈对称形状之网目状或轴向针状数组之导电体或在圆周方向呈周期性对称之网目状或轴向针状数组之导电体。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括圆环状之导电体、圆锥状之导电体、螺旋状之导电体或弹簧状之导电体。在本发明之一实施例中，上述之第二电极包括第二电极基座与第二电极延伸部。第二电极延伸部连接第二电极基座，并延伸至第一电极内。在本发明之一实施例中，上述之第二电极延伸部包括圆环状之导电体、圆锥状之导电体、螺旋状之导电体、弹簧状之导电体。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器为将该第一电极及/或第二电极本身经过机械细孔加工而形成。在本发明之一实施例中，上述之雾化分配器包括多数个孔洞，这些孔洞可均匀或不均匀的方式分布在该第二电极的表面。在本发明之一实施例中，上述之绝缘构件之材质包括高氧化铝、陶瓷、石英、塑胶或环氧树脂。在本发明之一实施例中，具有等离子重组器的内燃机系统更包括冷却管路，设置在绝缘构件中，以冷却第二电极。在本发明之一实施例中，上述之冷却管路更连接至该内燃机。在本发明之一实施例中，上述之燃料包括碳氢燃料。在本发明之一实施例中，上述之产物气体包括氢气、一氧化碳以及氮气。本发明的等离子重组器由于在第一电极与第二电极之间设置有环状间隙，并且具有可产生涡漩等离子的涡漩气体流道。因此可以形成表面放电电弧随等离子气体流动方向滑移的动态电弧。由于表面放电电弧随等离子气体流动方向滑移，借以产生密度均匀的低功率大气等离子环。因此，可降低空间放电电流密度、提高等离子气体空间分布的均匀性，而提升等离子能量与混合燃料气的交互作用面积。而且，借由动态电弧的形成，可以使直流等离子气氛中的正离子轰击效应分散，并能够避免电极表面侵蚀或熔化。因此，本发明之等离子重组器具有以低功率输出而获得大范围常压等离子区域以及提高－氢转化率以及延长电极材料使用寿命的功效。本发明的等离子重组器也可以与内燃机进气系统结合，作为氢气助效燃烧内燃机，而提升内燃机的燃烧效率、降低空气污染。为让本发明之上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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