CN201025071Y - 等离子体发生器及等离子体空气发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体空气发动机，包括：缸体，在所述缸体之外还包括与等离子发生器安装孔数量相等的等离子发生器，一套水雾化***；一套高压供气***连接于所述进气道，一个位于反应室下方的，与缸体侧壁紧密连接的活塞；以及一个连于活塞的摆杆。其中，水雾化***向反应室内喷射水雾，高压供气***将外部空气加压为高压气体后，通过一个进气道将高压空气送入反应室，等离体发生器向反应室发出等离子体，等离子体在反应室与高压气体以及水雾混合后体积膨胀，推动活塞向下运动，带动摆杆运动。本实用新型的有益效果在于，如仅通过高压气体推动活塞，则用量较大，加入等离子体和水雾后，可大大减少高压气体用量。
Description
技术领域
本实用新型属于一种发动机，具体地讲，指一种由等离子体激发空气和水雾的混合体而产生动力的发动机。
背景技术
将某种气体电离成等离子体的技术又称为等离子弧技术，其原理为：气体处于电场中，当电场电压达到点燃电压(击穿电压)时，其受到电场力作用的电子被加速飞向电场正极，电子会沿途相互撞击其它原子，激发出欲挣脱束缚的电子，形成电子群一同向正极运动，由于它们不断地被电场力加速，而不会被俘获，电子群一直撞击，而激发出更多的电子，在电场中分子两极对准电场两极的弛豫时间约为10-10秒甚至更短，而电场的形成相当于光的速度，但热电子是靠撞击而产生的，从而两极之间的电弧变得更加强烈。电场电压达到点燃电压气体就会被激发产生放电，等离子弧喷咀技术也是应用这个理论，使喷咀管壁产生向内的冷压缩，离子向弧心产生热压缩，弧心产生电磁收缩最终使离子中心产生几千度甚至上万度的超高温；导致电场内电极间密集的电子流动形成高温电弧，电极间气体因此被电离成等离子体。采用特殊喷咀压缩电弧取得超高温的等离子气流，使等离子弧喷咀具有独特作用。
当高温等离子气体占据一个气室的1/2甚至更高的比例，在气室容积一定的情况下，其压力作用不亚于压缩空气，现两者结合后节能效果更佳。
由于水是极性分子，水蒸气电离的能耗低于单纯电解或热解，也因为水蒸气的膨胀率比普通空气气体大得多，水蒸气作为产生离子的一种优良气源。
离子弧技术作为一项成熟的技术，已经应用于金属切割、焊接等领域。然而，现有技术中还没有一种利用上述水蒸气电离原理应用于发动机领域。
实用新型内容
本实用新型的一个目的，在于解决现有技术中的不足之处，提供一种等离子体发生器。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种等离子体发生器，包括电极塞，固连于电极塞的阴极电极棒，一个套于所述电极棒外具有第一腔体和第二腔体的壳体，其中，第一腔体在远离电极塞的端部设有喷嘴结构，在靠近所述电极塞的部分设有进气通道；第二腔体包围所述第一腔体，具有一个进液口和一个与出液口。
本实用新型的另一个目的，在于解决现有技术中的不足之处，提供一种基于上述等离子体发生器的等离子体空气发动机。
为实现上述目的，本实用新型的等离子体空气发动机包括：
缸体，具有至少一个反应室，与所述反应室相连通的一个进气道、一个喷嘴安装孔，一个排气道和至少一个等离子发生器安装孔；
在所述缸体之外还包括与等离子发生器安装孔数量相等的等离子发生器，所述等离子发生器包括电极塞，固连于电极塞的阴极电极棒，一个套于所述电极棒外具有第一腔体和第二腔体的壳体，其中，第一腔体在远离电极塞的端部设有喷嘴结构，在靠近所述电极塞的部分设有进气通道；第二腔体包围所述第一腔体，具有一个进液口和一个与出液口；
一套水雾化***，包括一个喷嘴部分，所述喷嘴部分通过所述喷嘴安装孔连通反应室；
一套高压供气***连接于所述进气道，具有一个可控气阀，所述可控气阀设于进气道口的以控制高压供气***向反应室供气；
一个位于反应室下方的，与缸体侧壁紧密连接的活塞；以及
一个连于活塞的摆杆。
其中，水雾化***通过水雾喷嘴向反应室内喷射水雾，高压供气***将外部空气加压为高压气体后，打开气阀，通过进气道将高压空气送入反应室，等离体发生器向反应室发出等离子体，等离子体呈高温状态，在反应室与高压气体以及水雾混合后，温度降低，水雾吸热气化，体积膨胀，因此产生向下的推力，推动活塞向下运动，带动摆杆运动。
本实用新型的有益效果在于，如仅通过高压气体推动活塞，则用量较大，加入等离子体和水雾后，可大大减少高压气体用量。
附图说明
图1为本实用新型所述的等离子体空气发动机的结构示意图。
图2为本实用新型所述的等离子体发生器的结构图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种等离子体空气发动机可对水雾进行气化，从而在仅有少量高压气体参与的情况下推动活塞，下面结合附图，对本实用新型的特征作详细说明：
图1为本实用新型结构的立体图，参照图1，本实用新型的等离子体空气发动机包括缸体1，缸体的上部形成一个燃烧室11，燃烧室11一侧具有一个进气道12，相对的上部另一侧具有一个进水孔13，上方中间部分还具有一个等离子体安装孔14，在缸体1中还设有与其相配合的活塞2和连杆3，活塞2和连杆3的尺寸及配合方式已在现有技术中广为人知。在缸体下方的一侧还设有一个排气道15，排气道与缸体连接处形成压力释放孔151。
缸体的进气道12连接一个高压气源4，其通过进气道12向燃烧室11内供应高压气体，在燃烧室11与进气道12的连通处111设有一个气阀41，该气阀可与高压气源供气的同步打开，供气结束的同步闭合。
缸体的进水孔13连接一个水雾化***5，该雾化***包括一个固连于进水孔13出的水雾喷嘴51用于将水雾化并喷入燃烧室11，一个水箱52，一个将水箱中的水泵至水雾喷嘴51中的水泵53，以及连接各器件的管路54；在这里水泵是可控的，如采用计算机或单片机控制。
在缸体1上方还设有一个等离子体发生器6，该等离子体发生器的结构如图2所示，包括一个发生器壳体61作为阳极和一个电极棒65作为阴极，电机棒65固连在一个绝缘的电极塞67上，壳体61具有一个冷却腔62和一个蒸汽腔63。
其中，所述蒸气腔63形成于所述电机棒65周围，包括一个远离电极塞67的喷嘴结构631，以及一个靠近电极塞的进气孔632，喷嘴结构631与进气孔632的设置方式不限于此，只要保证蒸气由进气孔进入并均匀扩散于电极棒周围即可，其中，电极棒65可以是钨棒。
冷却腔62包围于蒸气腔63外部，包括一个进液口621和一个出液口622，冷却腔62用以冷却蒸气腔的阳极壁，这样，进液口和出液口的设置应保证能够使冷却液均匀流过冷却腔。
作为阳极的发生器壳体61和作为阴极的电极棒65分别连接一个高频信号发生器7的两个信号输出端，其中，高频信号发生器有一电源单元8供电。
等离子体发生器启动发动机是靠蓄电池的电能。由于等离子体发生器会产生很大的热量，为防机器会烧坏，特此在等离子高温发生器外部还设有冷却室9作冷却作用，当机器(发动机)停止运转后，水套的水持续循环冷却一段时间以延长发动机的寿命。
本实用新型的工作原理如下：打开气阀41，利用高压气源通过进气道向燃烧室通入一定量的空气，同时利用水雾化***5通过水雾喷嘴51向燃烧室11通入一定量的水雾，此后利用等离子体发生器6产生等高温离子体态水、并将高温等离子态水通过喷嘴部分631喷入燃烧室，高温等离子态水遇冷收缩并释放大量的热能后与空气混合，其温度降低，但燃烧室11内的空气水雾会因吸收热量而气化，气化令其体积迅速增加，从而推动活塞2向外运动，进而带动连杆运动，当活塞运动至压力释放孔151位置时，水蒸气从压力释放孔，通过排气通道排出，令活塞带动连杆向内运动，完成一个循环。
而水雾膨胀后占据气室喷入来的压缩空气的1/2以上甚至更高的比例，所以在气室容积一定的情况下发挥的作用以及比重不亚于压缩空气，现两者结合后节能效果更佳，机器运转的时间更长，从理想的角度来说：
由于等离子弧喷嘴射出的等离子体高温混合气体并非均温体，其最外层冷压缩区域会在1000至10000摄氏度之间，中间层热压缩区域在10000至20000摄氏度之间，核心层弧心区域温度更高。因此，其射出的等离子体为柱形，等离子体发生器的喷嘴部分的尺寸，以及过程中水的流量，可根据三层截面相计算而确定。
由于一个等离子发生器的输出可能无法满足令燃烧室内水雾热膨胀率均匀的需求，可在燃烧室上平行，或星形或以其他形式设置多个等离子体发生器，以获得一个相对均温的空间区域，从而令水的热膨胀率达到一个稳定的值。
在本实用新型中，高压气源也可由液态空气源代替。如果以液态空气来代替纯压缩空气的话，由于液态空气中有21％的是氮气，而液态氮其特性在一定容积内遇热后其膨胀，体积是本身的700倍，按此来说，活塞的推动力将更大。
可以如现有技术中的发动机缸体的结构，具有至少一个缸体，也可有多个缸体。
综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。
Claims (5)
1.一种等离子体发生器，其特征在于：包括电极塞，固连于电极塞的阴极电极棒，一个套于所述电极棒外具有第一腔体和第二腔体的壳体，其中，第一腔体在远离电极塞的端部设有喷嘴结构，在靠近所述电极塞的部分设有进气通道；第二腔体包围所述第一腔体，具有一个进液口和一个出液口。
2.一种根据权利要求1的等离子体空气发动机，其特征在于：包括缸体，具有至少一个反应室，与所述反应室相连通的一个进气道、一个喷嘴安装孔，一个排气道和至少一个等离子发生器安装孔；
在所述缸体之外还包括与等离子发生器安装孔数量相等的等离子发生器，所述等离子发生器包括电极塞，固连于电极塞的阴极电极棒，一个套于所述电极棒外具有第一腔体和第二腔体的壳体，其中，第一腔体在远离电极塞的端部设有喷嘴结构，在靠近所述电极塞的部分设有进气通道；第二腔体包围所述第一腔体，具有一个进液口和一个出液口；
一套水雾化***，包括一个喷嘴部分，所述喷嘴部分通过所述喷嘴安装孔连通反应室；
一套高压供气***连接于所述进气道，具有一个可控气阀，所述可控气阀设于进气道口的以控制高压供气***向反应室供气；
一个位于反应室下方的，与缸体侧壁紧密连接的活塞；以及
一个连于活塞的摆杆。
3.根据权利要求2所述的等离子体空气发动机，其特征在于：由于一个等离子发生器的输出可能无法满足令燃烧室内水雾热膨胀率均匀的需求，可在燃烧室上平行，或星形或以其他形式设置多个等离子体发生器，以获得一个相对均温的空间区域，从而令水的热膨胀率达到一个稳定的值。
4.根据权利要求2所述的等离子体空气发动机，其特征在于：所述高压气源为液态空气源。
5.根据权利要求2所述的等离子体空气发动机，其特征在于：所述等离子体发生器包括一个发生器本体作为阳极，一个水路包括一个进水口和一个出水口，一个电极腔，所述水路与所述电极腔相连通，还包括一个蒸气通道一端与所述电机腔相连通，另一端连通本体外部的蒸汽***，电机腔内设有一钨棒电极作为等离子体发生器的阴极，以及一个喷嘴部分连通电极腔与外部；与所述等离子体发生器作为阳极的发生器本体、及作为阴极的钨棒电极分别连接一个高频信号发生器的两个信号输出端，其中，高频信号发生器有一电源单元供电。
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| CN107091117A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-08-25 | 杨甫在 | 一种水等离子热能发动机 |
| CN111322596A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-06-23 | 武汉大学 | 一种基于引射原理的等离子体水蒸汽发生装置 |
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