阅读说明：本技术 一种可重复点火的点火器及点火方法 (Igniter capable of repeatedly igniting and ignition method ) 是由 张泰昌 范学军 孟令瑾 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种可重复点火的点火器及点火方法,包括过氧化氢催化床,过氧化氢催化床的一端安装有过氧化氢喷孔,过氧化氢催化床的另一端安装有过渡段,过渡段的底端连通汇集分配腔,预混室与汇集分配腔的连接面上均安装有富氧气体喷孔；预混室的一侧通过锥形结构段安装有燃料喷孔,预混室的另一侧安装有预混室出口喉道,预混室出口喉道的外侧安装有台阶结构；通过催化剂分解浓度不低于82％的过氧化氢,产生高温富氧气体,然后与碳氢燃料在预混室内混合,提高燃料的温度,缩短点火延迟的时间,实现自动点火且初步反应,再通过喷射至燃烧室内引燃发动机。(The embodiment of the invention discloses an igniter capable of repeatedly igniting and an ignition method, wherein the igniter comprises a hydrogen peroxide catalyst bed, one end of the hydrogen peroxide catalyst bed is provided with a hydrogen peroxide spray hole, the other end of the hydrogen peroxide catalyst bed is provided with a transition section, the bottom end of the transition section is communicated with a collecting distribution cavity, and oxygen-enriched gas spray holes are arranged on the connecting surfaces of a premixing chamber and the collecting distribution cavity; one side of the premixing chamber is provided with a fuel spray hole through a conical structure section, the other side of the premixing chamber is provided with a premixing chamber outlet throat, and the outer side of the premixing chamber outlet throat is provided with a step structure; the catalyst decomposes hydrogen peroxide with the concentration not lower than 82 percent to generate high-temperature oxygen-enriched gas, and then the high-temperature oxygen-enriched gas is mixed with hydrocarbon fuel in the premixing chamber, so that the temperature of the fuel is improved, the ignition delay time is shortened, the automatic ignition and the preliminary reaction are realized, and the fuel is injected into the combustion chamber to ignite the engine.)

一种可重复点火的点火器及点火方法

技术领域

本发明实施例涉及点火器技术领域，具体涉及一种可重复点火的点火器及点火方法。

背景技术

点火器，指能在一瞬间提供足够的能量点燃煤粉、油(气)燃料并能稳定火焰的装置。点火器有商用炉具和民用炉之分：商用主要应用于餐饮厨房炉具点火装制，因为餐饮厨房的使用环境比较复杂，故选择点火器时要求相对民用严格。民用主要应用于家庭炉具的点火装制，使用环境比餐饮炉具比较简单，帮选用脉冲式的点火比较多。液体火箭和其它高空飞行器是通过点火器将足够的能量注入燃烧室内，从而引起燃烧室内燃料燃烧。

回收液体火箭时，以及其它高空飞行器在空中的多次启动时，必然需要设备具有高效、稳定的重复点火装置。但是现有点火装置通常只能完成单次点火，部分具有一些特殊设计的点火装置可以进行二次点火，这种点火装置极大地限制了飞行设备在空中的使用，从而无法对飞行设备进行良好地操控；另外传统点火技术很多采用剧毒点火剂(如13％三乙基铝+87％三乙基硼)，对环境有害，且不易获取，难以大范围使用。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种可重复点火的点火器及点火方法，以解决现有技术中点火装置无法重复点火、点火材料有毒的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种可重复点火的点火器，包括过氧化氢催化床，所述过氧化氢催化床的一端安装有用于向其内喷注过氧化氢液体的过氧化氢喷孔，所述过氧化氢催化床的另一端安装有用于运输过氧化氢分解后产生的高温富氧气体的过渡段，所述过渡段的底端连通安装有汇集分配腔，所述预混室与所述汇集分配腔的连接面上安装有富氧气体喷孔；

所述预混室的一侧通过锥形结构段安装有用于向所述预混室内喷注燃料的燃料喷孔，所述预混室的另一侧安装有用于喷出高温富氧气体和燃料混合物注入燃烧室进行燃烧的预混室出口喉道，所述预混室出口喉道的外侧安装有用于产生回流区使高温富氧气体和燃料混合更加均匀、增强火焰稳定性的台阶结构。

作为本发明的一种优选方案，所述过氧化氢喷孔内部通过高压惰性气体挤压过氧化氢进行喷注，并且所述过氧化氢喷孔通过在其上安装第一过滤器和第一截止阀以控制过氧化氢的喷注。

作为本发明的一种优选方案，所述燃料喷孔通过在其上安装第二过滤器和第二截止阀以控制燃料的喷注。

作为本发明的一种优选方案，所述过氧化氢喷孔内喷注的过氧化氢溶液浓度不低于82％，所述燃料喷孔内喷注的燃料为液态碳氢燃料。

作为本发明的一种优选方案，所述富氧气体喷孔周向均匀分布在所述预混室之上，所述富氧气体喷孔的孔壁所在直线与水平线的夹角为60°，所述预混室的制成材料为高温合金。

作为本发明的一种优选方案，高温富氧气体经过所述富氧气体喷孔节流使高温富氧气体能均匀地喷注到预混室。

作为本发明的一种优选方案，所述燃料喷孔的口径在0.3-0.5mm之间，所述过氧化氢喷孔和燃料喷孔的喷注压力不低于2MPa。

作为本发明的一种优选方案，所述锥形结构段的上、下两侧的母线之间的夹角为0～20°。

一种可重复点火的点火方法，包括以下具体步骤：

步骤100、通过喷注一定量浓度不低于82％的过氧化氢至氧化氢催化床中，并经氧化氢催化床分解制成高温富氧气体；

步骤200、通过使高温富氧气体均匀地喷注到预混室，同时使燃料注入预混室，并且在预混室内使燃料和高温富氧气体掺混，提高燃料的温度，发生初步反应，且反应温度低于1200K；

步骤300、通过控制氧气和燃料的混合比例在一个特定范围内，使两者从预混室喷出至燃烧室内时，充分自燃并产生1600-1900K富含氢气的高温火焰，用于引燃发动机，从而完成一次点火过程，重复上述步骤即可进行多次点火。

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中燃料和高温富氧气体的具体掺混过程为：

通过开启过氧化氢喷孔上游的阀门，使高温富氧气体进过渡段注入汇集分配腔内，并且同时开启燃料喷孔，使燃料横向注入预混室内，高温富氧气体通过富氧气体喷孔形成了若干个圆周状排列的倾斜注入流，通过倾斜注入流侵入燃料的横向注入流之中，从而使得两者高效地进行混匀。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)、本发明通过控制过氧化氢喷孔、燃料喷孔的开启和闭合，从而控制氧化氢、燃料的喷注时间，进而控制点火的开始时间和点火的时长；通过多次控制过氧化氢喷孔、燃料喷孔的开启和闭合，可以实现点火器的重复点火，过氧化氢属于绿色环保点火剂，利于环境保护，便于获取和使用。

(2)、本发明通过催化剂分解浓度不低于82％的过氧化氢，产生高温富氧气体，然后与碳氢燃料在预混室内混合，提高点火剂(燃料)的温度，缩短需要预热点火剂而导致点火延迟的时间，实现自动点火且初步反应，再通过喷射至燃烧室内引燃发动机；通过对预混室的设计，首先实现氧气、点火剂的掺混程度精准控制，使其在预混室中仅仅发生初步反应，预混室温度小于1200K，不烧蚀预混室；其次富氧气体和燃料的流向设计、以及用于注入燃料锥形结构段的设计，都防止了燃料喷孔结焦堵塞；另外，通过控制氧气和点火剂的混合比例在一个特定范围内，使其从预混室喷出后，充分燃烧产生1600-1900K富含氢气的高温火焰，特别适合低温液氧火箭的点火。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中整体的结构示意图；

图2为本发明实施方式中富氧气体喷孔结构示意图。

图中：

1-过氧化氢喷孔；2-过氧化氢催化床；3-过渡段；4-富氧气体喷孔；5-预混室出口喉道；6-台阶结构；7-汇集分配腔；8-锥形结构段；9-燃料喷孔；10-预混室。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种可重复点火的点火器，包括过氧化氢催化床2，所述过氧化氢催化床2的一端安装有用于向其内喷注过氧化氢液体的过氧化氢喷孔1，所述过氧化氢催化床2的另一端安装有用于运输过氧化氢分解后产生的高温富氧气体的过渡段3，所述过渡段3的底端连通安装有汇集分配腔7，所述预混室10与所述汇集分配腔7的连接面上安装有富氧气体喷孔4；所述预混室10的一侧通过锥形结构段8安装有用于向所述预混室10内喷注燃料的燃料喷孔9，所述预混室10的另一侧安装有用于喷出高温富氧气体和燃料混合物注入燃烧室进行燃烧的预混室出口喉道5，所述预混室出口喉道5的外侧安装有用于产生回流区使高温富氧气体和燃料混合更加均匀、增强火焰稳定性的台阶结构6。

如图2所示，所述过氧化氢喷孔1内部通过高压惰性气体挤压过氧化氢进行喷注，并且所述过氧化氢喷孔1通过在其上安装第一过滤器和第一截止阀以控制过氧化氢的喷注，所述燃料喷孔9通过在其上安装第二过滤器和第二截止阀以控制燃料的喷注，所述过氧化氢喷孔1内喷注的过氧化氢溶液浓度不低于82％，所述燃料喷孔9内喷注的燃料为液态碳氢燃料，所述富氧气体喷孔4周向均匀分布在所述预混室10之上，所述富氧气体喷孔4的孔壁所在直线与水平线的夹角为60°，所述预混室10的制成材料为高温合金，高温富氧气体经过所述富氧气体喷孔4节流使高温富氧气体能均匀地喷注到预混室10；所述燃料喷孔9的口径在0.3-0.5mm之间，所述过氧化氢喷孔1和燃料喷孔9的喷注压力不低于2MPa，所述锥形结构段8的上、下两侧的母线之间的夹角为0～20°，可防止回流引起燃料喷孔结焦堵塞。

本发明的工作原理为：通过惰性气体挤压浓度不低于82％的过氧化氢依次通过截止阀和过滤器，然后利用过氧化氢喷孔1，进入过氧化氢催化床2，分解为不低于830K的高温富氧气体，通过过渡段3使部分高温富氧气体进入汇集分配腔3内，再从上下对称安装的富氧气体喷孔4分散地喷注至预混室10内，与此同时，燃料喷孔9向预混室10内喷注燃料，使得燃料与高温气体混合，在预混室内发生初步反应，通过限制高温富氧气体的量以调节反应温度，使得反应温度小于1200K，反应后的气体通过预混室出口喉道5加压喷出，使得高温富氧气体和燃料混合物喷注至燃烧室内，自点火无需引燃，此处的自点火原理是过氧化氢催化分解后高温富氧气体与碳氢燃料掺混后，整个混合物的温度提高，活性增强，滞留时间足够的情况下即会发生燃烧放热，即为点火，喷出混合物在流经台阶结构6时，通过台阶结构6产生的回流区使喷出混合物进一步循环流动，使得混合物混合更加均匀，进一步增强火焰的稳定性，最终使其喷注到燃烧室稳定燃烧，形成1600-1900K富含氢气的高温火焰，用于引燃发动机。

通过控制过氧化氢喷孔1、燃料喷孔9的开启和闭合，从而控制氧化氢、燃料的喷注时间，进而控制点火的开始时间和点火的时长；通过多次控制过氧化氢喷孔1、燃料喷孔9的开启和闭合，可以实现点火器的重复点火。

本发明具有的优点在于，通过催化剂分解浓度不低于82％的过氧化氢，产生高温富氧气体，然后与碳氢燃料在预混室10内混合，提高点火剂(燃料)的温度，缩短需要预热点火剂而导致点火延迟的时间，实现自动点火，进而点燃发动机；通过对预混室10的设计，首先实现氧气、点火剂的掺混程度精准控制，使其在预混室10中仅仅发生初步反应，预混室10温度小于1200K，不烧蚀预混室10；其次富氧气体和燃料的流向设计、以及用于注入燃料锥形结构段的设计，都防止了燃料喷孔9结焦堵塞；另外，通过控制氧气和点火剂的混合比例在一个特定范围内，使其从预混室10喷出后，充分燃烧产生大于1600-1900K富含氢气的高温火焰，特别适合低温液氧火箭点火。

而且，预混室10出口外侧还设置了台阶结构6，进一步增强火焰稳定性；并且预混室10的压力可以通过改变预混室出口喉道5尺寸进行调节，预混室10压力一般为1.5-6MPa高压，可适用于高压燃烧室的点火；预混室10的材质为高温合金；点火火焰还具有焰体长而集中的特点，对掺混不均匀的燃烧室依然能高效点火；而且，过氧化氢属于绿色环保点火剂，利于环境保护，便于获取和使用；点火器主体预混室10还可采用3D打印技术实现点火器的小型化、轻量化和一体化。

其中，喷出混合物的周边在通过较为空旷的台阶结构6时，在台阶结构6的特殊结构引导下产生回流，从而利于混合物的混匀和火焰稳定。

本发明还提供了一种可重复点火的点火方法，包括以下具体步骤：

步骤100、通过喷注一定量浓度不低于82％的过氧化氢至氧化氢催化床中，并经氧化氢催化床分解制成高温富氧气体；

步骤200、通过使高温富氧气体均匀地喷注到预混室，同时使燃料注入预混室，并且在预混室内使燃料和高温富氧气体掺混，提高燃料的温度，在低于1200K条件下发生初步反应；

步骤300、通过控制氧气和燃料的混合比例在一个特定范围内，使两者从预混室喷出至燃烧室内时，充分自燃并产生1600-1900K富含氢气的高温火焰，从而完成一次点火过程，重复上述步骤即可进行多次点火。

进一步地，在步骤200中燃料和高温富氧气体的具体掺混过程为：

通过开启过氧化氢喷孔上游的阀门，使高温富氧气体进过渡段注入汇集分配腔内，并且同时开启燃料喷孔，使燃料横向注入预混室内，高温富氧气体通过富氧气体喷孔形成了若干个圆周状排列的倾斜注入流，通过倾斜注入流侵入燃料的横向注入流之中，从而使得两者高效地进行混匀。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。