一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，主要包括低溫等離子體放電組件、氣路組件、油路組件和噴嘴固定裝置。裂解氣燃料沿徑向進(jìn)入到放電組件的環(huán)形放電間隙中，在低溫等離子體催化作用下發(fā)生重整反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為熱值更高的重整氣，并且催化反應(yīng)剩余的氣體等離子微團(tuán)，可以包含在重整氣內(nèi)部，提高其易燃性，最后經(jīng)過氣體導(dǎo)流板旋流而出，形成回流區(qū)，提高燃燒穩(wěn)定性。本發(fā)明油路組件伸入到放電組件的外電極之中，不僅可以節(jié)省空間，而且可以對油氣路控制供油狀態(tài)，單獨(dú)或同時開啟，滿足啟動和變工況功率需求，還可以利用氣路組件進(jìn)行噴水操作，降低NOx排放。
【專利說明】一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種燃?xì)廨啓C(jī)，具體地說是燃?xì)廨啓C(jī)的噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是現(xiàn)今人類最具挑戰(zhàn)性的需求之一，我國更是能源消費(fèi)大國，開發(fā)合理利用現(xiàn)有能源的方式已經(jīng)刻不容緩?；瘜W(xué)回?zé)嵫h(huán)(CRGT)是一種新型先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)方式，可有效提高能源利用效率。采用化學(xué)回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室需要采用雙燃料噴嘴，啟動時燃用柴油，燃燒穩(wěn)定后切換為裂解氣。然而，回?zé)崞鳟a(chǎn)生的裂解氣為中低熱值燃料，不易燃且燃燒效率低，從而造成燃燒室工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都較差。合理的噴嘴架構(gòu)設(shè)計將對能源的利用率有至關(guān)重要的作用。目前大多數(shù)的雙燃料噴嘴設(shè)計都只是側(cè)重于解決高壓降下燃油霧化、油路積碳和油氣路切換等問題，如專利US6434945、US5833141和CN201210468671.1。但是考慮氣體燃料利用效率的設(shè)計較少，畢竟采用化學(xué)回?zé)嵫h(huán)的燃機(jī)穩(wěn)定燃燒時是燃用裂解氣的，所以對裂解氣的利用效率問題值得關(guān)注。
[0003]低溫等離子體中存在大量的活性粒子，采用低溫等離子體催化化學(xué)反應(yīng)具有轉(zhuǎn)化率高、能耗低、顆粒污染物少等優(yōu)點(diǎn)。利用介質(zhì)阻擋放電(DBD)產(chǎn)生的低溫等離子體催化裂解氣反應(yīng)，可充分改善裂解氣成分，提高熱值，使燃燒更加穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供利用低溫等離子體催化裂解氣反應(yīng)應(yīng)用于化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:包括放電組件、氣路組件、油路組件，放電組件包括外電極、內(nèi)電極、陶瓷管介質(zhì)、陶瓷管介質(zhì)設(shè)置在外電極里，內(nèi)電極設(shè)置在陶瓷管介質(zhì)里，外電極的頭部安裝頭部鎖緊螺母，外電極和陶瓷管介質(zhì)之間形成放電間隙；氣路組件包括進(jìn)氣接頭、氣體導(dǎo)流板，進(jìn)氣接頭設(shè)置在外電極的側(cè)面并與放電間隙相連通，氣體導(dǎo)流板安裝在外電極的底部，氣體導(dǎo)流板中部開有圓孔，氣體導(dǎo)流板上沿圓周開有斜切孔；油路組件包括油路彎管、油過濾器、旋流器，油路彎管的一端位于外電極的外部，另一端位于外電極里并未與外電極的底部位置，位于外電極外部的油路彎管里設(shè)置油過濾器，位于外電極底部位置的油路彎管里設(shè)置支架，支架下方設(shè)置噴嘴殼體，噴嘴殼體置于圓孔中，旋流器安裝在噴嘴殼體里，旋流器與支架之間安裝支撐彈簧。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、外電極與陶瓷管介質(zhì)相接觸處安裝石墨密封墊圈，旋緊頭部鎖緊螺母可將石墨密封墊圈壓緊從而防止氣體從外電極的頭部泄露。
[0009]2、內(nèi)電極與電源的高壓端相連，外電極與電源的低壓端相連。
[0010]3、陶瓷阻擋介質(zhì)與內(nèi)電極緊密相接觸，并完全覆蓋內(nèi)電極；陶瓷管介質(zhì)的下端部安裝同軸固定盤，同軸固定盤的中心與陶瓷管介質(zhì)的中心相連；所述的同軸固定盤的中部為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)的外部至少設(shè)置兩個凸起，凸起為扇形結(jié)構(gòu)，同軸固定盤中心到扇形結(jié)構(gòu)端部的距離與外電極內(nèi)徑相同。
[0011]4、所述的斜切孔有8個，沿氣體導(dǎo)流板圓周均勻分布，每個斜切孔均與氣體導(dǎo)流板的軸線成45度角。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:裂解氣(氣態(tài)中低熱值燃料)經(jīng)介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體催化后，轉(zhuǎn)化為熱值更高的氣態(tài)燃料，且催化后剩余的等離子微團(tuán)，包含于氣態(tài)燃料中間，這樣的燃料包含相當(dāng)多活化組分，通過氣體導(dǎo)流板旋流噴出，有更好的燃燒特性，在變工況是仍具有很好的燃燒穩(wěn)定性和完全性。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動，單獨(dú)開啟油路噴嘴進(jìn)行正常啟動；當(dāng)燃機(jī)額定工況運(yùn)行時，單獨(dú)開啟氣路噴嘴正常工作；當(dāng)因負(fù)荷變化需要更高的功率，可以同時開啟油氣路噴嘴，實現(xiàn)油氣共同燃燒來滿足要求。通過提高氣態(tài)燃料的燃燒特性來提高采用化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性從而達(dá)到提高能源利用效率的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的同軸固定盤示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的氣體導(dǎo)流板示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的底部局部示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0018]結(jié)合圖1?4，本發(fā)明包括放電組件、氣路組件、油路組件和噴嘴固定裝置；低溫等離子體放電組件包括外電極4、內(nèi)電極5、陶瓷介質(zhì)管2、密封墊圈3和同軸固定盤8，內(nèi)電極5包含于陶瓷介質(zhì)管2內(nèi)部，外電極4包含陶瓷介質(zhì)管2且有環(huán)形放電間隙6，內(nèi)外電極之間通過同軸固定盤8來保證同軸度，經(jīng)實驗驗證，可有效避免端部電弧放電，保證放電區(qū)域的放電均勻性和穩(wěn)定性。采用陶瓷管2作為阻擋介質(zhì)，因其介電常數(shù)較大，可保證放電間隙6有足夠的放電強(qiáng)度。氣路組件包括進(jìn)氣接頭20、裂解氣流道6和氣體導(dǎo)流板19，進(jìn)氣接頭20焊接于外電極4表面，與裂解氣流道6相連，采用徑向進(jìn)氣，實現(xiàn)裂解氣螺旋式前進(jìn)，增加駐留時間，使裂解氣反應(yīng)更充分。氣路端部設(shè)置氣體導(dǎo)流板19，中心開有圓孔，燃油噴嘴殼體15置于圓孔中。高活性的裂解氣重整氣從氣體導(dǎo)流板19旋流而出，形成回流區(qū)，穩(wěn)定燃燒。油路組件包括油過濾器組件、油路彎管9和旋流器組件，旋流器組件處通過采用支撐彈簧16實現(xiàn)了支架15與旋流器17之間的剛性連接，即保證了支架15、旋流器17、旋流器殼體18及燃油噴嘴殼體15之間的同軸性，避免噴嘴外殼體15松動時可能出現(xiàn)的旋流器17歪斜等現(xiàn)象，保證良好的燃油霧化效果。噴嘴固定裝置為開有中心孔的圓盤結(jié)構(gòu)，外電極4置于孔中并采用焊接固定，再通過圓盤四周的螺栓連接孔可將整個噴嘴沿軸向固定于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室入口處。
[0019]油路組件伸入到氣路組件之中，在節(jié)省空間的同時可實現(xiàn)燃燒室單獨(dú)使用燃油或裂解氣或油氣同時燃燒。同軸固定盤保證了內(nèi)外電極之間沿軸向放電間隙的一致性，保證了放電的均勻性和穩(wěn)定性。氣路組件在單獨(dú)使用燃油噴嘴時可以用來注入適量蒸汽，實現(xiàn)降低NOx排放的要求。氣體導(dǎo)流板沿周向均勻布有8個長為12mm寬為4mm且與軸向成45°角的方形斜切孔，實現(xiàn)重整氣的旋流噴射，保證燃燒的穩(wěn)定性。
[0020]低溫等離子體放電組件主要包括外電極4，陶瓷管介質(zhì)2，內(nèi)電極5，石墨密封墊圈3，同軸固定盤8和頭部鎖緊螺母I。頭部鎖緊螺母I通過內(nèi)螺紋與外電極螺紋相互配合將陶瓷2固定于外電極4內(nèi)部，并使結(jié)合處的石墨密封墊圈3被壓緊，防止氣體泄漏，影響電離效果。通過端部外螺紋與低溫等離子體電源接頭相連，使內(nèi)電極與高電壓端相連，外電極接低壓端。通過同軸固定盤螺絲7將同軸固定盤8固定于陶瓷密封端部，同軸固定盤最大外徑與外電極內(nèi)徑相同，從而保證放電間隙的軸向一致性，同軸固定盤8的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0021]氣路組件主要包括進(jìn)氣接頭20，氣態(tài)燃料流道6和氣體導(dǎo)流板19。進(jìn)氣接頭20 —端與外電極的連接為焊接方式，另一端為法蘭連接方式連接進(jìn)氣管路，可保證密封性，采用沿徑向進(jìn)氣的方式，可以使氣態(tài)燃料在流道內(nèi)螺旋式前進(jìn)，增加其駐留時間，提高活性。氣體導(dǎo)流板19結(jié)構(gòu)如圖3所示，圍繞中心孔開有8個與軸線成45°角的方形斜切孔，具體開孔數(shù)目、大小和角度可根據(jù)氣態(tài)燃料流量和燃燒情況進(jìn)行調(diào)整。氣體導(dǎo)流板與外電極采用螺紋連接方式，端部設(shè)計為六邊形結(jié)構(gòu)，方便拆裝。
[0022]油路組件主要包括油路彎管9，油過濾器殼體12、濾油網(wǎng)11、進(jìn)油擋板10和支撐彈簧所構(gòu)成的油過濾器組件，支架13、墊片14、噴嘴殼體15、支撐彈簧16、旋流器17、旋流器殼體18所構(gòu)成的旋流器組件，局部放大圖如圖4所示。支撐彈簧16用于壓緊噴嘴殼體、旋流器和旋流器殼體，從而保證燃油的霧化和旋流效果。油過濾器組件和旋流器組件與油路彎管皆為螺紋連接方式，油路彎管與外電極為焊接連接方式，與燃油管路為螺紋連接。
[0023]噴嘴固定裝置為開有中心孔的圓盤結(jié)構(gòu)，外電極置于孔中并采用焊接固定，再通過圓盤四周的螺栓連接孔可將整個噴嘴沿軸向固定于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室入口處。
[0024]通過本發(fā)明將低溫等離子體放電組件和油氣路組件的有效結(jié)合，可以充分使化學(xué)回?zé)嵫h(huán)中產(chǎn)生的裂解氣轉(zhuǎn)化為高熱值氣態(tài)燃料，穩(wěn)定燃燒，提高能源利用效率，同時可實現(xiàn)油氣路噴嘴的有效切換使用或同時使用，滿足燃?xì)廨啓C(jī)啟動和變工況功率需求，提高化學(xué)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。
[0025]本發(fā)明主要包括低溫等離子體放電組件、氣路組件、油路組件、噴嘴固定裝置等。低溫等離子體放電組件主要包括:頭部鎖緊螺母、外電極、內(nèi)電極、陶瓷阻擋介質(zhì)和同軸固定盤。內(nèi)電極安裝于外電極殼體內(nèi)部，陶瓷阻擋介質(zhì)設(shè)計為頂端封閉模式，處于內(nèi)外電極之間并和內(nèi)電極緊密相接觸，完全覆蓋內(nèi)電極，這樣可有效避免端部電弧放電，保證放電區(qū)域的放電均勻性和穩(wěn)定性；為防止當(dāng)陶瓷與外電極之間的放電間隙沿軸向不一致而發(fā)生局部電壓過高造成的放電擊穿，采用固定于陶瓷端部的同軸固定盤來保證放電間隙的軸向一致性，提高等離子體催化氣態(tài)燃料雙燃料噴嘴的使用壽命。氣路組件主要包括進(jìn)氣接口、內(nèi)外電極之間的氣體流道(大部分即為放電間隙)、氣體導(dǎo)流板。進(jìn)氣接口采用焊接方式連接于外電極的外壁面，徑向進(jìn)氣可使裂解氣在氣體流道內(nèi)螺旋式前進(jìn)，增加駐留時間，提高活性。氣體導(dǎo)流板沿周向均勻布有8個長為12mm寬為4mm且與軸向成45°角的方形斜切孔，具體開孔數(shù)目、大小和角度可根據(jù)氣態(tài)燃料流量和燃燒情況進(jìn)行調(diào)整來實現(xiàn)重整氣的旋流噴射，穩(wěn)定燃燒。油路組件主要包括:油過濾器組件、油路彎管和旋流器組件，其中油過濾器組件主要包括:進(jìn)油擋板、濾油網(wǎng)和油過濾器殼體；旋流器組件包括支架、密封墊片、噴嘴殼體、支撐彈簧、旋流器、旋流器殼體。油路彎管伸入到外電極內(nèi)部，采用焊接方式與其相連，旋流器端設(shè)計有內(nèi)螺紋，入口端設(shè)有內(nèi)外螺紋，分別連接油過濾器組件和進(jìn)油管路。氣體導(dǎo)流板與旋流器組件之間為緊密配合，與外電極為螺紋連接保證氣密性和可靠性。噴嘴固定裝置為開有中心孔的圓盤結(jié)構(gòu)，外電極置于孔中并采用焊接固定，再通過圓盤四周的螺栓連接孔可將整個噴嘴沿軸向固定于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室入口處。利用低溫等離子體催化氣態(tài)燃料使其轉(zhuǎn)化為熱值更高的燃料，且催化剩余的低溫等離子體包含在氣態(tài)態(tài)燃料內(nèi)部，提高了其易燃性，最后經(jīng)過氣體導(dǎo)流板旋流而出，形成回流區(qū)，提高了燃燒穩(wěn)定性。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動，單獨(dú)開啟油路噴嘴進(jìn)行正常啟動；當(dāng)燃機(jī)額定工況運(yùn)行時，單獨(dú)開啟氣路噴嘴正常工作；當(dāng)因負(fù)荷變化需要更高的功率，可以同時開啟油氣路噴嘴，實現(xiàn)油氣共同燃燒來滿足要求。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:包括放電組件、氣路組件、油路組件，放電組件包括外電極、內(nèi)電極、陶瓷管介質(zhì)、陶瓷管介質(zhì)設(shè)置在外電極里，內(nèi)電極設(shè)置在陶瓷管介質(zhì)里，外電極的頭部安裝頭部鎖緊螺母，外電極和陶瓷管介質(zhì)之間形成放電間隙；氣路組件包括進(jìn)氣接頭、氣體導(dǎo)流板，進(jìn)氣接頭設(shè)置在外電極的側(cè)面并與放電間隙相連通，氣體導(dǎo)流板安裝在外電極的底部，氣體導(dǎo)流板中部開有圓孔，氣體導(dǎo)流板上沿圓周開有斜切孔；油路組件包括油路彎管、油過濾器、旋流器，油路彎管的一端位于外電極的外部，另一端位于外電極里并未與外電極的底部位 置，位于外電極外部的油路彎管里設(shè)置油過濾器，位于外電極底部位置的油路彎管里設(shè)置支架，支架下方設(shè)置噴嘴殼體，噴嘴殼體置于圓孔中，旋流器安裝在噴嘴殼體里，旋流器與支架之間安裝支撐彈簧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:外電極與陶瓷管介質(zhì)相接觸處安裝石墨密封墊圈，旋緊頭部鎖緊螺母可將石墨密封墊圈壓緊從而防止氣體從外電極的頭部泄露。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:內(nèi)電極與電源的高壓端相連，外電極與電源的低壓端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:陶瓷阻擋介質(zhì)與內(nèi)電極緊密相接觸，并完全覆蓋內(nèi)電極；陶瓷管介質(zhì)的下端部安裝同軸固定盤，同軸固定盤的中心與陶瓷管介質(zhì)的中心相連；所述的同軸固定盤的中部為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)的外部至少設(shè)置兩個凸起，凸起為扇形結(jié)構(gòu)，同軸固定盤中心到扇形結(jié)構(gòu)端部的距離與外電極內(nèi)徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:陶瓷阻擋介質(zhì)與內(nèi)電極緊密相接觸，并完全覆蓋內(nèi)電極；陶瓷管介質(zhì)的下端部安裝同軸固定盤，同軸固定盤的中心與陶瓷管介質(zhì)的中心相連；所述的同軸固定盤的中部為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)的外部至少設(shè)置兩個凸起，凸起為扇形結(jié)構(gòu)，同軸固定盤中心到扇形結(jié)構(gòu)端部的距離與外電極內(nèi)徑相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:所述的斜切孔有8個，沿氣體導(dǎo)流板圓周均勻分布，每個斜切孔均與氣體導(dǎo)流板的軸線成45度角。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:所述的斜切孔有8個，沿氣體導(dǎo)流板圓周均勻分布，每個斜切孔均與氣體導(dǎo)流板的軸線成45度角。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:所述的斜切孔有8個，沿氣體導(dǎo)流板圓周均勻分布，每個斜切孔均與氣體導(dǎo)流板的軸線成45度角。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體催化氣態(tài)燃料的雙燃料噴嘴，其特征是:所述的斜切孔有8個，沿氣體導(dǎo)流板圓周均勻分布，每個斜切孔均與氣體導(dǎo)流板的軸線成45度角。
【文檔編號】F23R3/36GK103900106SQ201410085310
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】鄭洪濤, 齊秀龍, 劉瀟, 李智明, 楊仁, 楊洪磊 申請人:哈爾濱工程大學(xué)