【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于内燃机燃烧室点火、等离子体及氨应用领域，具体涉及一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器。
技术介绍
1、内燃机是当前热效率最高、单位体积和单位重量功率密度最大、应用最为广泛的动力装置，广泛应用于汽车、机车、轮船、农用机械、工程机械及军用车辆等移动装置。随着全球汽车等保有量的不断增加，化石燃料的消费量逐年增长，化石燃料燃烧产生了大量的污染物，尤其是排放的co2带来了严重的温室效应，与此同时化石燃料的储量也越来越少。在环境和能源危机的背景下，传统内燃机车的发展面临巨大挑战，急需寻找清洁高效的替代燃料。
2、氢能作为一种高效、清洁的无碳燃料而备受青睐，但是其储存、运输和安全等方面的问题限制了氢内燃机的大规模普及。氨气作为一种优质的储氢载体，相比氢气具有高储氢密度(17.6％，质量分数)和高体积能量密度，极易液化便于运输和储存，并且拥有很高的安全性，可以有效充当氢和能量的载体，被认为是更具潜力的清洁燃料。但氨的燃点高(651℃)、点火能量高(8mj)、火焰燃烧速度低(10cm/s)、热值低(18.8mj/kg)，使用时需要较高压缩比或外点火触发才能保证混合气被点燃。使用氢气(氢气或氨裂解制氢)、天然气、柴油等碳氢燃料以增强氨燃烧特性，但这种方式仍然存在氢的储运困境，或者需要添加使用一种含碳燃料。此外，可以通过富氧燃烧提高氨层流火焰速度，但该方式需要对空气进行富氧化处理，设备成本高，且不能增加燃烧体系的热值。
3、针对氨燃料所存在的问题，实现氨燃料在发动机上高效稳定燃烧是亟需解决的问题。目前传统发动机点
4、预燃室射流点火的基本原理是在主燃室上加装一个容积较小的预燃室，其内部安装有火花塞以点燃预燃室内混合燃料，使其内部压力升高，与主燃室之间产生压力差，在预燃室内火焰到达与主燃室相连的喷射孔时，因喷射孔的节流作用使火焰加速并形成强烈的高温活性物质射流，从而引燃主燃室内的未燃混合燃料。作为一种高能点火方式，预燃室点火可以提高火焰传播速度并提升发动机的燃烧稳定性和热效率。根据内部有无燃料供给系统，可以将预燃室分为被动式预燃室和主动式预燃室。被动式预燃室无单独的燃料供给装置，依靠活塞上行将主燃室内的混合燃料压到预燃室中，预燃室和主燃室内的当量比基本一致，散热性较差，其内部的残余废气难以排出，拓展稀燃极限的能力较弱。与之相比，主动式预燃室设有单独的燃料供给系统，可以实现主燃室与预燃室内喷射不同比例的燃料，提高对稀燃工况的适应性，扩展发动机稀燃极限，提升发动机热效率。
5、等离子体点火技术是在传统点火技术的基础上发展的比较先进的点火方式，其工作原理是通过高压直接击穿空气，形成局部高温区域，并将电极间的空气电离成大量的活性粒子，通过机械压缩的方式形成高速的等离子体热射流，结合等离子体点火与预燃室射流点火技术，相对于传统火花点火技术，等离子体点火方式点火能量大，预燃式等离子体射流点火技术可通过其热效应、输运效应及动力学效应来加速燃烧室内的化学反应，能够改善发动机的燃烧相位，具有起燃迅速、点火可靠性与稳定性高、燃烧速度快等优点，可有效提升发动机热效率，降低nox排放。
6、因此，亟需一种可以应用于氨燃料且能够充分发挥等离子体点火技术优势的点火器，推动以氨为燃料的内燃机，包括往复式发动机、发电或动力用燃气轮机、涡喷/涡轴/涡桨发动机的发展。
技术实现思路
1、针对环境和能源危机的背景下传统内燃机车的发展面临巨大挑战，解决氨燃料在发动机上高效稳定燃烧问题，本专利技术提供了一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，该预燃式等离子体射流多点点火器充分发挥了等离子体点火技术的优势，能够增大火焰区域，稳定有效的进行氨燃料点火，缩短点火响应时间，从而增加了氨燃料在发动机上的合理应用途径。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，包括输氨管、气路底座、点火器外壳、阳极、阴极、旋流器；所述输氨管与气路底座同轴安装；所述气路底座上设置有空气管座；所述点火器外壳与气路底座通过螺纹连接，所述阳极与输氨管通过螺纹连接，所述绝缘套管、阳极与点火器外壳的内壁之间预留有环形气流通道；所述阴极通过螺纹与点火器外壳连接，所述阴极内表面与阳极外表面之间预留有放电间隙，所述阴极设置有多个喷射孔用于等离子体与氨燃料、空气通过；所述旋流器将气流通道分为整流室与预燃室。
3、进一步地，输氨管同轴安装在所述气路底座上，所述气路底座上设有空气管座；点火器外壳，所述点火器外壳套装在气路底座的外侧，侧面设有外壳延伸体，所述输氨管与点火器外壳之间安装有绝缘段；阳极，所述阳极与输氨管相连通，阳极内部依次安装有固定环、雾化柱和雾化喷嘴，所述阳极与点火器外壳之间预留有环形气流通道；阴极，所述阴极设置在阳极外侧，所述阴极内部带有螺旋沟槽并与阳极喷嘴之间预留放电间隙，所述阴极沿阳极喷嘴喷射方向设有氨燃料、空气和滑动弧等离子体通过的喷射孔；旋流器，所述旋流器上开设有旋流孔并套装在绝缘套管外侧，所述旋流器将阳极与点火器外壳之间的环形气流通道分割为整流室与预燃室；
4、进一步的，所述输氨管为中空回转体结构，外表面自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，内部开有圆形通孔，输氨管粗圆柱体外壁设置有外螺纹，输氨管细圆柱体底端外设设置有外螺纹；所述输氨管中部外壁沿与输氨管轴线垂直的方向上设置有螺孔。
5、进一步的，所述气路底座自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，气路底座细圆柱体外壁设置有外螺纹；所述气路底座在中心设置有中心孔，中心孔自上而下分为粗圆柱孔和细圆柱孔两部分，粗圆柱孔内径等于输氨管粗圆柱体直径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体直径，粗圆柱孔的内壁设置有内螺纹，所述输氨管通过粗圆柱体上设置的外螺纹与气路底座的内螺纹配合安装固定；所述气路底座在中心孔周围沿气路底座的圆周方向均匀设置有3个气孔，气孔贯通气路底座、绝缘段，每个气孔对应连接一个空气管座。
6、进一步的，所述点火器外壳外径与气路底座粗圆柱体外径相同；所述点火器外壳顶部和底部内侧设置有内螺纹，点火器外壳通过顶部内螺纹与气路底座细圆柱体外螺纹配合安装固定；所述点火器外壳上部沿与点火器轴线垂直的方向上设置有外壳延伸体。
7、进一步的，所述绝缘段为中空回转体并套装在输氨管细圆柱体的外侧，其中心孔自上而下分为细圆柱孔和粗圆柱孔两部分，绝缘段外径等于点火器外壳内径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体外径，粗圆柱孔内壁设置有内螺纹，且绝缘段的一端与气路底座的细圆柱体连接；所述绝缘体安装在外壳延伸体内部，且绝缘体与一端与绝缘段的外壁连接；所述螺钉的一端依次穿过绝缘体和绝缘段，而后与输氨管外壁上的螺孔连接固定。
8、进一步的，所述绝缘段内部沿点火器轴线方向设置有3个气孔，其内径等于气路管座气孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，用于以氨为燃料的内燃机，所述内燃机包括往复式发动机、发电或动力用燃气轮机、或涡喷/涡轴/涡桨发动机，其特征在于，所述等离子体射流多点点火器包括：
2.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述输氨管为中空回转体结构，外表面自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，内部开有圆形通孔，输氨管粗圆柱体外壁设置有外螺纹，输氨管细圆柱体底端外设设置有外螺纹；所述输氨管中部外壁沿与输氨管轴线垂直的方向上设置有螺孔。
3.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述气路底座自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，气路底座细圆柱体外壁设置有外螺纹；所述气路底座在中心设置有中心孔，中心孔自上而下分为粗圆柱孔和细圆柱孔两部分，粗圆柱孔内径等于输氨管粗圆柱体直径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体直径，粗圆柱孔的内壁设置有内螺纹，所述输氨管通过粗圆柱体上设置的外螺纹与气路底座的内螺纹配合安装固定；所述气路底座在中心孔周围沿气路底座的圆周方向均匀设置有3个气孔，气孔贯通气路底座、绝缘段，
4.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述点火器外壳外径与气路底座粗圆柱体外径相同；所述点火器外壳顶部和底部内侧设置有内螺纹，点火器外壳通过顶部内螺纹与气路底座细圆柱体外螺纹配合安装固定；所述点火器外壳上部沿与点火器轴线垂直的方向上设置有外壳延伸体。
5.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述绝缘段为中空回转体并套装在输氨管细圆柱体的外侧，其中心孔自上而下分为细圆柱孔和粗圆柱孔两部分，绝缘段外径等于点火器外壳内径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体外径，粗圆柱孔内壁设置有内螺纹，且绝缘段的一端与气路底座的细圆柱体连接；所述绝缘体安装在外壳延伸体内部，且绝缘体与一端与绝缘段的外壁连接；所述螺钉的一端依次穿过绝缘体和绝缘段，而后与输氨管外壁上的螺孔连接固定。
6.根据权利要求5所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述绝缘段内部沿点火器轴线方向设置有3个气孔，其内径等于气路管座气孔内径并保证气孔同轴导通；所述绝缘套管为中空回转体结构并套装在输氨管细圆柱体外部，其内径等于输氨管细圆柱体外径，其外径等于绝缘段中心粗圆柱孔内径；所述绝缘套管顶端外壁设置有外螺纹，绝缘套管通过外螺纹与绝缘段中心孔的内螺纹配合安装固定；所述绝缘段底端设置有凸台。
7.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述旋流器上设置有均匀分布的旋流孔，旋流孔中心线与旋流器中心线的夹角为45～60°，旋流器的外径等于点火器外壳的内径，其内径等于绝缘套管外径；所述旋流器套装在绝缘套管外部并由绝缘套管凸台支撑。
8.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述阳极为中空回转体结构，其内径等于输氨管细圆柱体的外径，其外径等于绝缘套管的外径；所述阳极顶端的内表面设置有内螺纹，所述阳极通过顶端的内螺纹与输氨管细圆柱体底端的外螺纹配合固定安装在输氨管外侧，并与绝缘套管连接；所述阳极侧面与底部断面交界处为弧面，底端设置有阳极喷嘴。
9.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述固定环、雾化柱、雾化喷嘴设置于阳极内，所述固定环的一端与输氨管的细圆柱体连接，所述固定环、雾化柱与雾化喷嘴依次连接，雾化喷嘴与阳极喷嘴相连通。
10.根据权利要求9所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述固定环为中心回转体结构，其外表面自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，粗圆柱体外径略小于阳极内径；所述固定环粗圆柱体中沿其轴线方向设置有轴向孔，所述固定环细圆柱体中沿其径向方向设置有均匀分布的2-6个径向孔，轴向孔的一端与输氨管连接，轴向孔的另一端与径向孔相连通；所述固定环细圆柱体外侧设置有环形槽，径向孔与环形槽相连通；所述雾化柱为回转体结构，其上部为圆柱状，下部呈球面；所述雾化柱直径略小于阳极内径；所述雾化喷嘴为倒置的圆锥体空腔，其直径等于阳极内径，其高度略小于固定环与雾化喷嘴间距使其可上下浮动；所述固定环、雾化柱、雾化喷嘴、阳极与输氨管同轴设置。
11.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述阴极为倒置的圆台体空腔，其外径等于点火器外壳外径，其外侧表面设置有外螺纹，其内侧圆台区内壁设置有螺旋沟槽；所述阴极通过外螺纹与点火器外壳底端的内螺纹配合安装固定；所述阴极内表面与阳极外...
【技术特征摘要】
1.一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，用于以氨为燃料的内燃机，所述内燃机包括往复式发动机、发电或动力用燃气轮机、或涡喷/涡轴/涡桨发动机，其特征在于，所述等离子体射流多点点火器包括：
2.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述输氨管为中空回转体结构，外表面自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，内部开有圆形通孔，输氨管粗圆柱体外壁设置有外螺纹，输氨管细圆柱体底端外设设置有外螺纹；所述输氨管中部外壁沿与输氨管轴线垂直的方向上设置有螺孔。
3.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述气路底座自上而下分为粗圆柱体和细圆柱体两部分，气路底座细圆柱体外壁设置有外螺纹；所述气路底座在中心设置有中心孔，中心孔自上而下分为粗圆柱孔和细圆柱孔两部分，粗圆柱孔内径等于输氨管粗圆柱体直径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体直径，粗圆柱孔的内壁设置有内螺纹，所述输氨管通过粗圆柱体上设置的外螺纹与气路底座的内螺纹配合安装固定；所述气路底座在中心孔周围沿气路底座的圆周方向均匀设置有3个气孔，气孔贯通气路底座、绝缘段，每个气孔对应连接一个空气管座。
4.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述点火器外壳外径与气路底座粗圆柱体外径相同；所述点火器外壳顶部和底部内侧设置有内螺纹，点火器外壳通过顶部内螺纹与气路底座细圆柱体外螺纹配合安装固定；所述点火器外壳上部沿与点火器轴线垂直的方向上设置有外壳延伸体。
5.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述绝缘段为中空回转体并套装在输氨管细圆柱体的外侧，其中心孔自上而下分为细圆柱孔和粗圆柱孔两部分，绝缘段外径等于点火器外壳内径，细圆柱孔内径等于输氨管细圆柱体外径，粗圆柱孔内壁设置有内螺纹，且绝缘段的一端与气路底座的细圆柱体连接；所述绝缘体安装在外壳延伸体内部，且绝缘体与一端与绝缘段的外壁连接；所述螺钉的一端依次穿过绝缘体和绝缘段，而后与输氨管外壁上的螺孔连接固定。
6.根据权利要求5所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述绝缘段内部沿点火器轴线方向设置有3个气孔，其内径等于气路管座气孔内径并保证气孔同轴导通；所述绝缘套管为中空回转体结构并套装在输氨管细圆柱体外部，其内径等于输氨管细圆柱体外径，其外径等于绝缘段中心粗圆柱孔内径；所述绝缘套管顶端外壁设置有外螺纹，绝缘套管通过外螺纹与绝缘段中心孔的内螺纹配合安装固定；所述绝缘段底端设置有凸台。
7.根据权利要求1所述的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，其特征在于：所述旋流器上设置有均匀分布的旋流孔，旋流孔中心线与旋流器中心线的夹角为45～60°，旋流器的外径等...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，陈龙威，朱晓慧，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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