Способ инициирования горения газовой или газово-топливной смеси

 

Использование: в газовых химических реакторах, в камерах сгорания энергетических установкок, а также в исследовательских физических установках различного назначения. Сущность изобретения: инициирование горения газовой или газово-топливной смеси осуществляется электронами, имитируемыми с поверхности сегнетоэлектрического элемента вследствие воздействия на него импульсного переполяризующего напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к технике инициирования горения и, в частности, детонации газовых и газово-топливных смесей типа C₂H₂+O₂, H₂+ Cl₂, CH₄+N₂+O₂, воздух + бензин, воздух + угольная пыль и т. п. и может быть использовано в газовых химических реакторах, камерах сгорания энергетических установок, в двигателях внутреннего сгорания, а также в исследовательских физических установках различного назначения.

Известен способ инициирования горения газовой и газово-топливной смеси, заключающийся в импульсном энергетическом воздействии на газовую смесь, например, с помощью излучения импульсного лазера [1] (J.H.Lee, R.Knystautas, N, Yoshikawa "Photochamical initiation of gaseous detonations", Acta Astronautica, 1978, v.5, p.971 982). Недостатками такого способа являются низким КПД лазера, как самостоятельного устройства, и низкий коэффициент поглощения лазерного излучения газовой средой.

Известен способ инициирования горения (детонации) газовой и газово-топливной смеси, также заключающийся в импульсном энергетическом воздействии на газовую смесь, но, в отличие от [1] это воздействие осуществляют зажиганием в газовом объеме искрового разряда [2] (G.C.Larsen "Gas Explosion Characterization, Wave Propagation (Small-Scale Experiments)", Riso National Laboratory, DK-4000 Roskilde, Denmark, August 1985). Этот способ выбран нами за прототип.

Недостатком способа [2] является эрозия материала электродов, между которыми зажигается искровой разряд. Эта эрозия возникает в результате самого искрового разряда и приводит к постепенному изнашиванию электродов, а также к загрязнению газовой смеси частицами материала электродов.

В связи с этим, технической задачей является исключение эрозии элементов устройства инициирования горения (детонации). Решение этой задачи необходимо, например, при разработке двигателей внутреннего сгорания, газовых химических реакторов и т.п.

Техническим результатом предлагаемого решения является исключение эрозии элементов устройства инициирования горения (детонации).

Этот результат достигается тем, что способ инициирования горения (детонации) газовой и газово-топливной смеси, заключающийся в импульсном энергетическом воздействии на смесь, осуществляется путем подачи импульсного переполяризующего напряжения на сегнетоэлектрический элемент, размещенный в объеме смеси. Этот способ основан на явлении электронной эмиссии с поверхности сегнетоэлектрика. Пластина сегнетоэлектрика покрывается с обеих сторон электродами, один из которых представляет собой решетку или сетку. Эмиссия электронов возникает со стороны сетчатого электрода во время приложения переполяризующего напряжения к электродам сегнетоэлектрического элемента. Экспериментально установлено [3] (J. R. Ivers, L, Schachter, J. A. Nation, G, S. Kerslick, R, Advani "Electron-beam diodes using ferroelectric cathodes", J. Appi. Phys. 73(6), 1993), что, чем выше значение переполяризующего поля в объеме образца, тем больше поток электронов. В работе [3] также сообщается, что из сегнетоэлектрической керамики LTZ-1 (керамика семейства цирконата титана свинца) достигнута эмиссия электронов с плотностью 70 А/см², что достаточно в ряде случаев для инициирования горения (детонации).

Рассмотрим пример осуществления предлагаемого способа в устройстве, изображенном на чертеже, где даны следующие обозначения: камера сгорания 1, сегнетоэлектрический элемент 2, сплошной электрод 3, сетчатый электрод - 4, источник импульсного напряжения 5. Пунктирными стрелками показаны эмитированные с поверхности электроны, сплошными стрелками подвод газа и топлива в камеру сгорания.

В указанном устройстве предлагаемый способ осуществляется следующим образом. После заполнения камеры сгорания 1 газовой или газово-топливной смесью запускают импульсный генератор 5, импульс которого прикладывается к электродам 3, 4. При этом в результате подачи импульсного переполяризующего напряжения на сегнетоэлектрический элемент 2 с него в газовую или газово-топливную смесь поступают электроны, инициирующие горения (детонацию).

При использовании сегнетоэлектирического элемента, изготовленного из керамики семейства цирконата титана свинца толщиной 1 мм, необходим импульс напряжения порядка 2 3 кВ, длительностью 100 200 нс.

Эмиссия электронов с поверхности сегнетоэлектрика происходит без его эрозии, поэтому поставленная техническая задача полностью решена.

Дополнительные возможности появляются, если в предлагаемом способе ускорять электроны, например, с помощью сетчатого электрода, подавая на него положительное напряжение. В этом случае можно добиться оптимальной энергии электронов для возбуждения определенного канала химической реакции.

За счет регулировки амплитуды импульса переполяризации возможна регулировка величины потока электронов, что может быть важным для варьирования условий инициирования.

Формула изобретения

Способ инициирования горения газовой или газово-топливной смеси, заключающийся в импульсном энергетическом воздействии на смесь, отличающийся тем, что воздействие осуществляют путем подачи импульсного переполяризующего напряжения на сегнетоэлектрический элемент, размещенный в объеме смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1