CN117345500A - 一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，所述阳极与点火器外壳的内壁之间预留有环形气流通道；所述旋流器将气流通道分为整流室与预燃室；所述阴极通过外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，产生射流火焰喷入主燃烧室，实现多点点火。本发明充分发挥了等离子体点火的优势，降低对电极的烧蚀，点火延迟时间更短，点火成功率高。

Description

一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。目前传统发动机点火方式为电火花点火，即空气与燃料经过旋流器旋转后被电火花点燃形成高温燃气，但是电火花点火方式点火范围小、能量低，难以适应新的氨燃机发展需求，需要采用新的点火方法如高能点火、多点点火、预燃室射流点火。

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。

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NO_X排放。

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。

发明内容

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，本发明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。

为了达到上述目的，本发明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。

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；

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。

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。

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。

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。

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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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，其高度略小于固定环与雾化喷嘴间距使其可上下浮动；所述雾化喷嘴为倒置的圆锥体空腔，其直径等于阳极内径；所述固定环、雾化柱、雾化喷嘴、阳极与输氨管同轴设置。

进一步的，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表面之间预留有放电间隙；所述阴极中心设置有2-8个均匀分布的喷射孔，氨燃料、空气与等离子体由喷射孔喷入主燃烧室，达到多点点火的目的。

进一步的，所述氨燃料可以允许液态氨、纯氨气、氨裂解器产生的氨氢氮混合气、氢气其中的一种或多种耦合喷入；所述放电等离子体类型可以是滑动电弧结构，或是直流电弧结构，或是微波激励，产生的等离子体可以实现氨燃料的稳定燃烧；所述等离子体放电模式可以是连续式或是脉冲式，所述脉冲式是指放电为间歇式模式，所述间歇式模式的脉冲频率可以是1Hz-1kHz。

进一步的，所述旋流器将绝缘套管、阳极与点火器外壳之间的环形气流通道分为整流室与预燃室，预燃室分为圆柱区与圆台区，圆台区位于阴极内部。

本发明的优点是：

1.本发明可以使用液体燃料或气体燃料，具有更好的实用性；

2.本发明利用阳极与阴极之间的高能电弧产生大量活性粒子，降低点火所需能量，确保点火时的稳定性，并拓宽点火边界；

3.本发明阳极前端为弧面，阴极内部设置有螺旋沟槽，以及旋流器的作用下的切向旋流进气方式，滑动弧等离子体点火形式与旋流的作用可以是的电弧在阴极内旋转，旋转、拉长和对流的影响能够加强电弧的不平衡态，提高活性粒子的数量，并避免电弧始终停留在阴极端部的固定位置，降低对电极的烧蚀；

4.本发明中阴极喷射孔很小，可以防止火焰回流，并使得燃料射出速度较快，在点火器出口燃烧，更有利于点火，射流刚度强，不易熄灭；

5.本发明中阴极上设置有多个喷射孔，产生多个射流等离子体，点火区域大、点火能量可以更好地与气体混合物耦合，点火区域的燃料被电离成活化能小的活性粒子，使混合气的化学反应速率更快，点火延迟时间更短，点火成功率高。

附图说明

图1是本发明设计的一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器的剖面示意图；

图2是本发明设计的气路底座的示意图；

图3是本发明设计的阴极示意图；

图中：1-输氨管，2-气路底座，21-空气管座，22-中心孔，23-气孔，3-点火器外壳，31-外壳延伸体，32-螺钉，4-阳极，41-阳极喷嘴，42-固定环，43-雾化柱，44-雾化喷嘴，5-阴极，51-喷射孔，52-螺旋沟槽，6-绝缘段，61-绝缘套管，62-凸台，63-绝缘体，7-旋流器，71-旋流孔，8-整流室，9-预燃室，91-圆柱区，92-圆台区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开了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、和涡喷/涡轴/涡桨发动机。所述一种氨用预燃式等离子体射流多点点火器，包括输氨管1、气路底座2、点火器外壳3、阳极4、阴极5、旋流器7；所述输氨管1与气路底座2同轴安装；所述气路底座2上设置有空气管座21；所述点火器外壳3与气路底座2通过螺纹连接，所述阳极4与输氨管1通过螺纹连接，所述绝缘套管61、阳极4与点火器外壳3的内壁之间预留有环形气流通道；所述阴极5通过外螺纹与点火器外壳3连接，所述阴极5内表面与阳极4外表面之间预留有放电间隙，所述阴极5设置有多个喷射孔51用于等离子体与氨燃料、空气通过，产生射流火焰喷入主燃烧室；所述旋流器7将所述环形气流通道分为整流室8与预燃室9。

本实施例中，输氨管1与外界液氨或氨气管路连通，液氨或氨气通过输氨管1进入与其连接的阳极4中，并通过阳极4内设置的固定环42、雾化柱43和雾化喷嘴44雾化后经由阳极喷嘴41喷出；空气管座21与外界空气管路连通，空气通过贯通气路底座2和绝缘段6的气孔进入整流室8，进入整流室8的空气通过旋流孔71进入预燃室9形成旋流空气，液氨或氨气与空气充分混合；螺钉32通过导线与驱动电源连接，接通电源后，阳极4与阴极5之间电极间距最小处(1-2mm)被击穿，产生电弧，在旋流空气的推动下，电弧不断旋转、拉长，在预燃室9圆台区92内产生高温区域，点火区域的燃料、空气被电离成活化能小的活性粒子，使混合气的化学反应速率更快，等离子体经多个喷射孔51吹出点火器，在主燃烧室内产生大面积和大体积的射流火焰，点火延迟时间更短，点火成功率高。

如图1所示，所述输氨管1为中空回转体结构，输氨管1与外界氨燃料管路连通，所述氨燃料可以允许液态氨、纯氨气、氨裂解器产生的氨氢氮混合气、氢气其中的一种或多种耦合喷入，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1粗圆柱体外壁设置有外螺纹，输氨管1细圆柱体底端外设设置有外螺纹；所述输氨管1中部外壁沿与输氨管轴线垂直的方向上设置有螺孔。

所述气路底座2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2在中心设置有中心孔22，中心孔22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1粗圆柱体直径，细圆柱孔内径等于输氨管1细圆柱体直径，粗圆柱孔的内壁设置有内螺纹，所述输氨管1通过粗圆柱体上设置的外螺纹与气路底座2的内螺纹配合安装固定；所述气路底座2在中心孔22周围沿气路底座2的圆周方向均匀设置有3个气孔23，气孔23依次贯通气路底座2和绝缘段6，每个气孔23对应连接一个空气管座21，空气管座21与外界空气管路连通，如图2所示。

所述点火器外壳3外径与气路底座2粗圆柱体外径相同；所述点火器外壳3顶部和底部内侧设置有内螺纹，点火器外壳3通过顶部内螺纹与气路底座2细圆柱体外螺纹配合安装固定；所述点火器外壳3上部沿与点火器轴线垂直的方向上设置有外壳延伸体31。

所述绝缘段6为中空回转体并套装在输氨管1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6外径等于点火器外壳3内径，细圆柱孔内径等于输氨管1细圆柱体外径，粗圆柱孔内壁设置有内螺纹，且绝缘段6的一端与气路底座2的细圆柱体连接；所述绝缘体63安装在外壳延伸体31内部，且绝缘体63与一端与绝缘段6的外壁连接；所述螺钉32的一端依次穿过绝缘体63和绝缘段6，而后与输氨管1外壁上的螺孔连接固定。

所述绝缘段6内部沿点火器轴线方向设置有3个气孔23，其内径等于气路管座21气孔23内径并保证气孔23同轴导通；所述绝缘套管61为中空回转体结构并套装在输氨管1细圆柱体外部，其内径等于输氨管1细圆柱体外径，其外径等于绝缘段6中心粗圆柱孔内径；所述绝缘套管61顶端外壁设置有外螺纹，绝缘套管61通过外螺纹与绝缘段6中心孔的内螺纹配合安装固定；所述绝缘段6底端设置有凸台62。

所述旋流器7上设置有均匀分布的旋流孔71，旋流孔71中心线与旋流器7中心线的夹角为45～60°，旋流器7的外径等于点火器外壳3的内径，其内径等于绝缘套管61外径；所述旋流器7套装在绝缘套管61外部并由绝缘套管61凸台62支撑。

所述旋流器7将绝缘套管61、阳极4与点火器外壳3之间的环形气流通道分为整流室8与预燃室9，预燃室分为圆柱区91与圆台区92，圆台区92位于阴极5内部；空气通过贯通气路底座2和绝缘段6的气孔23进入整流室8，进入整流室8的空气通过旋流孔71进入预燃室9形成旋流空气。

所述阳极4为中空回转体结构，其内径等于输氨管1细圆柱体的外径，其外径等于绝缘套管61的外径；所述阳极4顶端的内表面设置有内螺纹，所述阳极4通过顶端的内螺纹与输氨管1细圆柱体底端的外螺纹配合固定安装在输氨管1外侧，并与绝缘套管61连接；所述阳极4侧面与底部断面交界处为弧面，底端设置有阳极喷嘴41；螺钉32通过导线与驱动电源连接，驱动电源通过导线、螺钉32、输氨管1为阳极4提供高电压信号。

所述固定环42、雾化柱43、雾化喷嘴44设置于阳极4内，所述固定环42的一端与输氨管1的细圆柱体连接，所述固定环42、雾化柱43与雾化喷嘴44依次连接，雾化喷嘴44与阳极喷嘴41相连通。

所述固定环42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4内径；所述固定环42粗圆柱体中沿其轴线方向设置有轴向孔，所述固定环42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1连接，轴向孔的另一端与径向孔相连通；所述固定环42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43为回转体结构，其上部为圆柱状，下部呈球面；所述雾化柱43直径略小于阳极4内径；所述雾化喷嘴44为倒置的圆锥体空腔，其直径等于阳极4内径；所述固定环42、雾化柱43、雾化喷嘴44、阳极4与输氨管1同轴设置，液氨或氨气通过输氨管1进入与其连接的阳极4中，进入固定环42的液氨或氨气首先经过轴向孔，而后经过径向孔进入其环形槽，再经过雾化柱43与阳极4之间的狭小缝隙流入雾化喷嘴44，因流出雾化柱43与雾化喷嘴44之间狭缝的液氨量大于流入量，液氨压力增高，经雾化喷嘴44后由阳极喷嘴41喷出。

所述阴极5为倒置的圆台体空腔，其外径等于点火器外壳3外径，其外侧表面设置有外螺纹，其内侧圆台区92内壁设置有螺旋沟槽52；所述阴极5通过外螺纹与点火器外壳3底端的内螺纹配合安装固定；所述阴极5内表面与阳极4外表面之间预留有放电间隙；所述阴极5中心设置有2-8个直径为1-3mm均匀分布的喷射孔，如图3所示；液氨或氨气与空气在阳极4与阴极5之间充分混合，接通电源后，阳极4与阴极5之间电极间距最小处被击穿，产生电弧，在旋流空气的推动下，电弧不断旋转、拉长，在预燃室9圆台区92内产生高温区域，点火区域的燃料、空气被电离成活化能小的活性粒子，使混合气的化学反应速率更快，氨燃料、空气与等离子体由喷射孔51喷入主燃烧室，产生大面积和大体积的射流火焰，达到多点点火的目的；此外；所述放电等离子体类型还可以是直流电弧结构，或是微波激励，产生的等离子体可以实现氨燃料的稳定燃烧；所述等离子体放电模式可以是连续式或是脉冲式，所述脉冲式是指放电为间歇式模式，所述间歇式模式的脉冲频率最高为1kHz。

本发明的点火过程分为三个阶段，分别为通空气阶段、通电阶段、通液氨/氨气阶段。

通空气时，空气管座21与外界空气管路连通，空气通过贯通气路底座2和绝缘段6的气孔23进入整流室8，进入整流室8的空气通过旋流孔71进入预燃室9形成旋流空气。

在通入空气并形成旋流空气后，外部驱动电源通过导线、螺钉32、输氨管1为阳极4供电，接通电源后，阳极4与阴极5之间电极间距最小处被击穿，产生电弧，在旋流空气的推动下，电弧不断旋转、拉长，在预燃室9圆台区92内产生高温区域，点火区域的燃料、空气被电离成活化能小的活性粒子，使混合气的化学反应速率更快，等离子体经多个喷射孔51吹出点火器。

在通入空气并连通驱动电源后，输氨管1与外界液氨或氨气管路连通，液氨或氨气通过输氨管1进入与其连接的阳极4中，并通过阳极4内设置的固定环42、雾化柱43和雾化喷嘴44雾化后经由阳极喷嘴41喷出进入阳极4与阴极5之间的等离子体区域，等离子体点燃液氨/氨气，最终等离子体和火焰由喷射孔51喷出，进入主燃烧室，并点燃主燃烧室内的氨燃料。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (13)

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：

输氨管；

气路底座，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。

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表面之间预留有放电间隙；所述阴极中心设置有2-8个均匀分布的喷射孔，氨燃料、空气与等离子体由喷射孔喷入主燃烧室，达到多点点火的目的。

12.根据权利要求11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：所述氨燃料可以允许液态氨、纯氨气、氨裂解器产生的氨氢氮混合气、氢气其中的一种或多种耦合喷入；所述放电等离子体类型可以是滑动电弧结构，或是直流电弧结构，或是微波激励，产生的等离子体可以实现氨燃料的稳定燃烧；所述等离子体放电模式可以是连续式或是脉冲式，所述脉冲式是指放电为间歇式模式，所述间歇式模式的脉冲频率可以是1Hz-1kHz。

13.根据权利要求7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：所述旋流器将绝缘套管、阳极与点火器外壳之间的环形气流通道分为整流室与预燃室，预燃室分为圆柱区与圆台区，圆台区位于阴极内部。