[發明專利]定向自旋等離子體助燃系統

有效

• 申請號: 201410164247.7
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103953474B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 楊利青;王紅飛;劉歡;周倩倩;王浩靜;張洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: F02M27/00
• 分類號: F02M27/00;F02M29/00;F23R3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 姚敏杰

技術領域

本發明涉及一種等離子體助燃系統，尤其涉及一種定向自旋等離子體助燃系統。

技術背景

等離子體助燃的基本原理是利用產生的非平衡等離子體的化學活性提高燃料的點火性能及燃燒特性，其實質是等離子體中高能電子與反應物分子的非彈性碰撞，使反應物分子內能增加或能量轉移及“形變”，導致分子鍵松弛、斷裂或裂解成自由基，放電過程中產生了大量的活性原子、基團，從而影響燃燒系統的化學平衡，加速燃燒的化學動力學過程。

采用等離子體點火和助燃會有諸多好處：等離子體不僅能快速加熱氣流，而且還會產生大量化學活性物質，如處于激發態的分子和自由基，可以實現大范圍點火、減小點火延遲、改善火焰穩定性、拓寬可燃極限并且同時保持低NO_x的排放等。此外，等離子體激勵沒有運動部件，具有結構簡單緊湊、激勵參數容易調節、響應迅速等優點。近年來，等離子體點火和助燃成為國際上應用基礎研究領域中頗受關注的一個研究方向。

在一些高寒地帶，因海拔高度的上升，大氣壓力下降，空氣密度逐漸減小，易使柴油機增壓器效率降低，柴油機后燃現象增加，燃燒持續時間長，冒煙嚴重。柴油機的動力性和經濟性顯著降低，排放惡化。另一方面，因氣候嚴寒，機油黏度大，起動阻力大；燃油黏度高，混合氣形成質量差；壓縮溫度與壓力降低，首次著火困難；蓄電池內部化學反應緩慢，內阻增大，端電壓下降，起動力矩降低，著火困難。對于航空發動機，當在高空發生熄火時，要求能夠重新點火。由于高空中氧氣含量低，壓力和溫度低，同時由于壓氣機處于風車狀態，也無法為燃燒室提供高壓空氣，這些因素都增加了點火的難度，因此對于燃燒室的點火性能提出了很大的挑戰，需要采用更加可靠的點火方式。等離子體激勵在點火、助燃、提高燃燒穩定性和效率等方面，都有顯著效果，對提高航空發動機、柴油發動機等在在惡劣條件下(低溫、缺氧)啟動穩定性及燃燒速度等有重要作用和意義。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種可提升助燃性能和能效比的定向自旋等離子體助燃系統。

本發明的技術解決方案是：本發明提供了一種定向自旋等離子體助燃系統，其特征在于：所述定向自旋等離子體助燃系統包括中空殼體、納秒脈沖等離子體電源以及與納秒脈沖等離子體電源相連的等離子體激勵器；所述中空殼體的頂端以及低端分別設置有氣體收集裝置以及氣體進口；所述中空殼體內部自上而下形成燃燒區以及預混區；所述等離子體激勵器以及納秒脈沖等離子體電源分別設置在中空殼體內部和外部；所述氣體進口依次通過預混區、燃燒區和氣體收集裝置相貫通。

上述等離子體激勵器包括高壓電極、低壓電極以及設置在高壓電極和低壓電極之間的絕緣介質，所述高壓電極、絕緣介質以及低壓電極依次疊加后環繞設置在中空殼體的內壁上；所述高壓電極以及低壓電極分別與納秒脈沖等離子體電源相連。

上述高壓電極以及低壓電極均是紫銅電極、銅鍍鋅電極或不銹鋼電極。

上述高壓電極的寬度是3-8mm；所述低壓電極的寬度是3-20mm；所述高壓電極以及低壓電極的厚度均是0.1-0.3mm；所述高壓電極與低壓電極之間的放電間隙是0-0.2mm。

上述絕緣介質是由聚酰亞胺或聚四氟乙烯所形成的絕緣介質。

上述絕緣介質的厚度是0.3-0.5mm。

上述納秒脈沖等離子體電源的輸出電壓是0～40kV，放電頻率是6～30kV，上升時間是20ns，脈沖寬度是50ns，中心頻率是22kHz，脈沖頻率是10～2000Hz，占空比是10％～99％。

上述定向自旋等離子體助燃系統還包括套裝在中空殼體外部的水冷套。

上述水冷套的底部和頂部分別設置有冷卻液進口以及冷卻液出口；所述冷卻液進口通過水冷套與冷卻液出口相貫通。

上述氣體進口包括燃料氣體入口以及空氣入口；所述燃料氣體入口以及空氣入口分別通過預混區、燃燒區和氣體收集裝置相貫通。

本發明的優點是：