本發(fā)明涉及能源利用與燃燒技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種介質(zhì)阻擋等離子放電下靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試裝置。

背景技術(shù)：

可燃?xì)獾娜紵龢O限是能源及燃燒領(lǐng)域中的重要課題，而通常情況下在恒定氣體壓力和溫度條件下，燃燒極限包括濃度的下限和上限也為固定值，因此對于一些可燃?xì)鉂舛瘸鋈紵龢O限范圍(如濃度極低，低于下限)的預(yù)混氣而言，在不施加其它外部作用的情況下，希望通過燃燒的形式將其熱能進(jìn)行充分利用則是難以實(shí)現(xiàn)的，事實(shí)上由于工業(yè)生產(chǎn)過程和自然環(huán)境中存在大量此類超低濃度可燃?xì)?，常見的例如工業(yè)排放尾氣和海洋滲漏甲烷等，若任其自由排放，將造成難以估計(jì)的能源浪費(fèi)。

而等離子體助燃及強(qiáng)化燃燒技術(shù)是目前國際上新興的低濃度和低熱值可燃?xì)馊紵夹g(shù)，有望顯著提升該類可燃?xì)獾娜紵屎屠寐剩缒潞毜热嗽?014年的《高壓電技術(shù)》第40卷10期2980-2985頁“ch4/o2/he混合氣體作大氣介質(zhì)阻擋放電處理后其燃燒特性的改變”一文中提到一種裝置，主要研究等離子介質(zhì)阻擋放電對甲烷、空氣及氦氣混合氣的助燃作用，該裝置采用射流燃燒，混合氣體在一定流速下經(jīng)過等離子活化后，繼續(xù)向上流動并在燃燒器的噴口處點(diǎn)燃，該裝置的局限性首先在于混合程度上無法達(dá)到完全充分混合，且點(diǎn)火時(shí)間與活化時(shí)間相對滯后，助燃效能有所減弱。

因此，對于低濃度可燃預(yù)混氣的燃燒極限擴(kuò)展而言，需要采用更加有效的燃燒裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用以研究復(fù)雜條件包括極端壓力、濃度等的可燃預(yù)混氣燃燒極限的可擴(kuò)展性能的介質(zhì)阻擋等離子放電下靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種介質(zhì)阻擋等離子放電下靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試裝置，包括燃燒腔、空氣氣源、可燃?xì)鈿庠?、真空泵，空氣氣源、可燃?xì)鈿庠?、真空泵分別連接至主氣路，主氣路與燃燒腔相通，燃燒腔內(nèi)設(shè)置有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)。

作為優(yōu)選，空氣氣源、可燃?xì)鈿庠?、真空泵分別通過空氣氣路、可燃?xì)鈿饴?、氣泵氣路與主氣路連接。

作為優(yōu)選，空氣氣路、可燃?xì)鈿饴?、氣泵氣路上分別設(shè)置空氣閥門、可燃?xì)忾y門、真空閥門，主氣路在空氣閥門、可燃?xì)忾y門、真空閥門與燃燒腔之間設(shè)置燃燒腔閥門。

作為優(yōu)選，主氣路上還設(shè)置有排氣口，在排氣口之間的主氣路上設(shè)置有排氣閥門。

作為優(yōu)選，主氣路上還設(shè)置有氣壓計(jì)。

作為優(yōu)選，介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)包括兩塊相同的石英板、放電極正極、放電極負(fù)極、高壓接線、地線接線、等離子電壓源，石英板豎直固定于燃燒腔內(nèi)，放電極正極、放電極負(fù)極分別貼于石英板上，分別與高壓接線、地線接線連接，高壓接線、地線接線連接在燃燒腔外與等離子電壓源的兩極相連；

點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火器正極、點(diǎn)火器負(fù)極、點(diǎn)火器高壓源，點(diǎn)火器正極、點(diǎn)火器負(fù)極豎直設(shè)置在燃燒腔內(nèi)，并在燃燒腔外與點(diǎn)火器高壓源的兩極相連；

點(diǎn)火器正極、點(diǎn)火器負(fù)極分別設(shè)置于兩塊石英板的兩側(cè)，與石英板的中心相對，點(diǎn)火器正極、點(diǎn)火器負(fù)極的頂端高于石英板。

作為優(yōu)選，燃燒腔的底蓋開設(shè)有連接孔，連接孔上分別密封塞設(shè)有電路接頭、氣路接頭，電路接頭用于點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)在燃燒腔的內(nèi)外進(jìn)行導(dǎo)電連接，氣路接頭連接主氣路，主氣路通過氣路接頭與燃燒腔相通。

作為優(yōu)選，電路接頭包括陶瓷主體、導(dǎo)電棒，陶瓷主體包括同心設(shè)置的螺紋接頭、密封圓臺，密封圓臺的直徑大于螺紋接頭，導(dǎo)電棒穿設(shè)于陶瓷主體上，導(dǎo)電棒的兩端分別延伸出螺紋接頭、密封圓臺，導(dǎo)電棒的兩端分別開設(shè)有繞線槽，用于纏繞導(dǎo)線；氣路接頭包括同心設(shè)置且貫通的螺紋接頭、密封圓臺、氣路接口，密封圓臺的直徑大于螺紋接頭。

作為優(yōu)選，用于備用的連接孔通過密封堵頭進(jìn)行密封，密封堵頭包括同心設(shè)置的螺紋接頭、密封圓臺，密封圓臺的直徑大于螺紋接頭。

作為優(yōu)選，燃燒腔的設(shè)置觀察窗，透明玻璃通過后蓋緊固夾持于觀察窗與后蓋之間。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋等離子放電下靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試裝置，燃燒腔采用靜止預(yù)混氣封閉點(diǎn)火的方式，可以使可燃?xì)夂涂諝膺_(dá)到非常充分的混合程度，且利用所述氣壓計(jì)可以完成精確的氣體成份配比。在所述燃燒腔內(nèi)通過石英板間的可控介質(zhì)阻擋等離子放電，能提供良好的助燃效果，對于擴(kuò)展預(yù)混氣燃燒極限有直接效果。

本發(fā)明可用于各種壓力、極端濃度配比下的預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展性能測試，并為未來此類測試標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是燃燒腔的橫向剖視圖；

圖3是氣路接頭的剖視圖；

圖4是電路接頭的剖視圖；

圖5是密封堵頭的剖視圖；

圖6是燃燒腔內(nèi)設(shè)置有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：100是空氣氣源，101是可燃?xì)鈿庠矗?02是真空泵，103是氣壓計(jì)，104是燃燒腔閥門，105是空氣閥門，106是可燃?xì)忾y門，107是真空泵閥門，108是排氣閥門，109是排氣口，110是氣泵氣路，111是可燃?xì)鈿饴罚?12是空氣氣路，113是主氣路，114是燃燒腔，200是外壁，201是頂蓋，202是底蓋，203是觀察窗，204是透明玻璃，205是緊固螺栓，206是點(diǎn)火器正極，207是點(diǎn)火器負(fù)極，208是放電極負(fù)極，209是放電極正極，210是地線接線，211是高壓接線，212是石英板，213是點(diǎn)火器高壓源，214是等離子電壓源，215是連接孔，300是后蓋，301是固定螺絲，400是氣路接頭，401是氣路接口，410是電路接頭，411是導(dǎo)電棒，412是繞線槽，420是密封堵頭，500是螺紋接頭，501是密封圓臺。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明為了提供一種介質(zhì)阻擋等離子放電下靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試裝置，如圖1所示，包括燃燒腔114、空氣氣源100、可燃?xì)鈿庠?01、真空泵102，空氣氣源100、可燃?xì)鈿庠?01、真空泵102分別連接至主氣路113，空氣氣源100、可燃?xì)鈿庠?01、真空泵102分別通過空氣氣路112、可燃?xì)鈿饴?11、氣泵氣路110與主氣路113連接，主氣路113與燃燒腔114相通；燃燒腔114內(nèi)設(shè)置有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)。燃燒腔114采用靜止預(yù)混氣封閉點(diǎn)火的方式，可以使可燃?xì)夂涂諝膺_(dá)到非常充分的混合程度，且利用所述氣壓計(jì)103可以完成精確的氣體成份配比。在所述燃燒腔114內(nèi)通過石英板212間的可控介質(zhì)阻擋等離子放電，能提供良好的助燃效果，對于擴(kuò)展預(yù)混氣燃燒極限有直接效果。

為了保證內(nèi)部充入可燃預(yù)混氣后可長時(shí)間放置，以待其充分混合，燃燒腔114需要有良好的氣密性。由于在配氣過程中會數(shù)次對主氣路113抽真空和排氣，則實(shí)施時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制主氣路113的長度不應(yīng)過長，主氣路113太長易造成氣體浪費(fèi)；因此，在方便操作的前提下，適度維持較短總長度即可。

為了對進(jìn)氣、抽氣進(jìn)行控制，空氣氣路112、可燃?xì)鈿饴?11、氣泵氣路110上分別設(shè)置空氣閥門105、可燃?xì)忾y門106、真空閥門；即空氣氣源100通過一條空氣氣路112串接上一個(gè)空氣閥門105后接入主氣路113，高純度可燃?xì)鈿庠?01通過一條可燃?xì)鈿饴?11并串接一個(gè)可燃?xì)忾y門106后接入主氣路113，真空泵102通過一條氣泵氣路110串接一個(gè)真空泵閥門107后接入主氣路113。

為了對進(jìn)入燃燒腔114內(nèi)的混合氣體、對抽出燃燒腔114內(nèi)的混合氣體進(jìn)行控制，主氣路113在空氣閥門105、可燃?xì)忾y門106、真空閥門與燃燒腔114之間設(shè)置燃燒腔閥門104。主氣路113上還設(shè)置有排氣口109，在排氣口109之間的主氣路113上設(shè)置有排氣閥門108，用于排出燃燒腔114與主氣路113中的氣體，以及控制排出效率。即主氣路113的下游端依次串聯(lián)一個(gè)排氣閥門108和一個(gè)排氣口109，而在主氣路113的上游端串接燃燒腔閥門104，燃燒腔114緊靠燃燒腔閥門104。主氣路113上還設(shè)置有氣壓計(jì)103，用于觀察主氣路113的氣壓大小。

具體實(shí)施時(shí)，空氣氣源100可采用30升10mpa的高壓空氣氣瓶，可燃?xì)鈿庠?01可采用10升10mpa的高純度的高壓甲烷氣瓶。本實(shí)施例中，使用的所述氣泵氣路110、可燃?xì)鈿饴?11、空氣氣路112、主氣路113均可采用內(nèi)徑5mm的不銹鋼氣管，具體長度不應(yīng)過長(否則氣體將在氣路的管道中造成浪費(fèi))，在方便操作的前提下適度維持較短的總長度即可。

燃燒腔114的設(shè)置觀察窗203，如圖2所示，透明玻璃204通過后蓋300緊固夾持于觀察窗203與后蓋300之間。觀察窗203與透明玻璃204用于對燃燒腔114內(nèi)的情況進(jìn)行觀察。本實(shí)施例中，燃燒腔114的殼體呈立方體形狀，其四個(gè)壁面由一個(gè)觀察窗203和一個(gè)“匚”型的外壁200圍成，觀察窗203與外壁200之間采用6個(gè)緊固螺栓205進(jìn)行固定，且觀察窗203的中間部位安裝一塊大占比(18cm長、18cm寬及8mm厚)耐高溫防爆的透明玻璃204，外壁200的上、下方分別用一個(gè)頂蓋201及底蓋202進(jìn)行封閉，本實(shí)施例中的燃燒腔114外部尺寸為25cm長、25cm寬及25cm高，外壁200、觀察窗203、頂蓋201及底蓋202的厚度均為5mm，由不銹鋼板加工制成。

透明玻璃204通過后蓋300和4顆固定螺絲301進(jìn)行固定；同時(shí)頂蓋201通過頂蓋201四角螺紋孔、頂蓋201邊緣螺紋孔進(jìn)行固定，與此類似，所述底蓋202也通過底蓋202四角螺紋孔和底蓋202邊緣螺紋孔進(jìn)行固定。

由于整個(gè)燃燒腔114需要保持氣密，因此所述地線接線210、高壓接線211、點(diǎn)火器正極206、點(diǎn)火器負(fù)極207以及主氣路113在通過底蓋202時(shí)，均需要利用連接孔215并配合一些輔助構(gòu)件進(jìn)行連接。本實(shí)施例中，連接孔215配套氣路接頭400、電路接頭410等，在安裝后同樣需要保證氣密性。

如圖3所示，氣路接頭400包括同心設(shè)置且貫通的螺紋接頭500、密封圓臺501、氣路接口401，密封圓臺501的直徑大于螺紋接頭500。通過螺紋接頭500旋接于連接孔215，密封圓臺501對連接孔215進(jìn)行密封。氣路接頭400的內(nèi)部中軸開貫通的4mm通孔，用于氣體傳輸。

電路接頭410的主體需要采用耐高溫的非導(dǎo)體材料，中間嵌入一個(gè)導(dǎo)電棒411作為所述燃燒腔114內(nèi)、外部電路的連接物即可。如圖4所示，電路接頭410包括陶瓷主體、導(dǎo)電棒411，陶瓷主體包括同心設(shè)置的螺紋接頭500、密封圓臺501，密封圓臺501的直徑大于螺紋接頭500，通過螺紋接頭500旋接于連接孔215，密封圓臺501對連接孔215進(jìn)行密封。導(dǎo)電棒411穿設(shè)于陶瓷主體上，導(dǎo)電棒411的兩端分別延伸出螺紋接頭500、密封圓臺501，導(dǎo)電棒411的兩端分別開設(shè)有繞線槽412，用于纏繞導(dǎo)線。

此外，底蓋202上的若干連接孔215用作備用的連接孔215，可擴(kuò)展接入各類傳感器，如溫度傳感器、氣體濃度傳感器等，用于備用的連接孔215通過密封堵頭420進(jìn)行密封。即當(dāng)某個(gè)連接孔215不使用時(shí)，可用一個(gè)密封堵頭420進(jìn)行封閉。如圖5所示，密封堵頭420包括同心設(shè)置的螺紋接頭500、密封圓臺501，密封圓臺501的直徑大于螺紋接頭500。

如圖6所示，介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)包括兩塊相同的石英板212、放電極正極209、放電極負(fù)極208、高壓接線211、地線接線210、等離子電壓源214，石英板212豎直固定于燃燒腔114內(nèi)，放電極正極209、放電極負(fù)極208分別貼于石英板212上，分別與高壓接線211、地線接線210連接，高壓接線211、地線接線210連接在燃燒腔114外與等離子電壓源214的兩極相連；點(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)火器正極206、點(diǎn)火器負(fù)極207、點(diǎn)火器高壓源213，點(diǎn)火器正極206、點(diǎn)火器負(fù)極207豎直設(shè)置在燃燒腔114內(nèi)，并在燃燒腔114外與點(diǎn)火器高壓源213的兩極相連；點(diǎn)火器正極206、點(diǎn)火器負(fù)極207分別設(shè)置于兩塊石英板212的兩側(cè)，與石英板212的中心相對，點(diǎn)火器正極206、點(diǎn)火器負(fù)極207的頂端高于石英板212。燃燒腔114的底蓋202開設(shè)有連接孔215，連接孔215上分別密封塞設(shè)有電路接頭410、氣路接頭400，電路接頭410用于點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)在燃燒腔114的內(nèi)外進(jìn)行導(dǎo)電連接，氣路接頭400連接主氣路113，主氣路113通過氣路接頭400與燃燒腔114相通。

本實(shí)施例中，在底蓋202的中間位置，豎直固定兩塊石英板212，尺寸均為厚度2mm，高15cm，寬8cm，間距為5mm。點(diǎn)火器正極206和點(diǎn)火器負(fù)極207的點(diǎn)火端處于兩塊石英板212中心上方5mm處(不與該石英板212發(fā)生接觸)。

為了保證在預(yù)混氣點(diǎn)燃后形成的爆燃中不發(fā)生損壞，觀察窗203使用的透明玻璃204應(yīng)為防爆、耐高溫玻璃。介質(zhì)阻擋等離子放電機(jī)構(gòu)的兩塊石英板212也應(yīng)具有較高強(qiáng)度。

利用本發(fā)明的所述的裝置進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)前，首先需要在所述燃燒腔114內(nèi)配比一定濃度的可燃?xì)?，具體步驟如下：

1)關(guān)閉空氣閥門105、可燃?xì)忾y門106和排氣閥門108，打開所述燃燒腔閥門104和真空泵閥門107，然后開啟真空泵102，待抽至真空后關(guān)閉真空泵閥門107，真空泵102可繼續(xù)工作，暫不關(guān)閉；

2)打開可燃?xì)忾y門106，使可燃?xì)?如高純度甲烷)緩慢進(jìn)入燃燒腔114，并實(shí)時(shí)監(jiān)測氣壓計(jì)103，直到讀數(shù)為預(yù)設(shè)值，如5kpa后關(guān)閉燃燒腔閥門104和可燃?xì)忾y門106；

3)打開真空泵閥門107，帶主氣路113中氣體抽空，即氣壓計(jì)103讀數(shù)降至0kpa后，關(guān)閉真空泵閥門107；

4)打開空氣閥門105，使空氣緩慢進(jìn)入燃燒腔114，同樣，監(jiān)測氣壓計(jì)103直到讀數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值，如100kpa后關(guān)閉燃燒腔閥門104和空氣閥門105；

5)打開排氣閥門108，關(guān)閉真空泵102，并使燃燒腔114靜置12小時(shí)，以使其內(nèi)部氣體完全均勻混合。

在進(jìn)行靜止預(yù)混氣燃燒極限擴(kuò)展測試時(shí)，開啟等離子電壓源214，在石英板212間形成介質(zhì)阻擋等離子放電，然后開啟點(diǎn)火器高壓源213，并逐步增大等離子電壓源214的功率，直至燃燒腔114內(nèi)的靜止預(yù)混氣被點(diǎn)燃，并觀察到明顯的爆燃現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)，記錄下相關(guān)的火焰形貌、等離子體強(qiáng)度等數(shù)據(jù)；以此，可進(jìn)一步研究預(yù)混氣在等離子體活化作用下的燃燒極限擴(kuò)展規(guī)律。

上述實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。