Mikrofalowy moduł plazmowy do produkcji wodoru

Mikrofalowy moduł plazmowy (MMP) służy do produkcji wodoru poprzez reforming węglowodorów. W pracy przedstawiono wyniki optymalizacji transferu energii w MMP o strukturze współosiowej zasilanym falowodem WR 340. W omawianym MMP wyładowanie mikrofalowe powstaje pod ciśnieniem atmosferycznym, a częstotliwość pracy wynosi 2,45 GHz. Omawiany moduł mikrofalowy jest wyposażony w ruchomy zwierak falowodowy, który stanowi element strojący. Optymalizacja prezentowanego MMP polega na obliczeniu wymiarów elementów konstrukcyjnych, które zapewnią minimalny stosunek mocy fali odbitej do mocy fali padającej w płaszczyźnie wejściowej w możliwie najszerszym zakresie zmian położenia zwieraka falowodowego ls. Optymalizacja została przeprowadzona numerycznie za pomocą programu Comsol Multiphysics. Główne elementy konstrukcyjne, które podlegały optymalizacji to długość zwartego odcinka linii współosiowej, średnica wewnętrznego przewodu linii współosiowej oraz wysokość falowodu o obniżonej wysokości. Oprócz sprawności energetycznej pożądane jest, aby kształt charakterystyki strojenia nie zależał od parametrów plazmy, które z kolei zależą od takich czynników jak moc mikrofal absorbowanych, skład i natężenie przepływu gazu roboczego.

Microwave plasma module (MPM) is used for hydrogen production via conversion of hydrocarbons. We present optimization of energy transfer in the waveguide-supplied coaxial-linebased MPM. The MPM operates at atmospheric pressure and frequency of 2.45 GHz. The MPM is terminated with movable plunger which plays the role of the tuning element. Tuning characteristics are defined as the dependence of the PR/PI,i. e. the fraction of the incident microwave power reflected at the MPM input as a function of the position ls of the movable plunger, where PR and PI are power reflected and power incident, respectively. The powers PR and PI are measured in input plane of the MPM. The main purpose of the optimization is to calculate dimensions of some construction elements which ensure the lowest level of PR/PI in widest range of normalized to wavelength movable plunger position (ls/λg). Optimization has been performed using Comsol Multiphysics software. The main construction elements which have been optimized are the length of the shorted coaxial line section, the diameter of the inner conductor of coaxial line and finally the height of the reduced height waveguide section. It is also desired that the shape of the tuning characteristics should be independent of plasma parameters which depend on working gas type, working gas flow rate and power absorbed.