專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低熱損失的微尺度燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及微能源系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微尺度飛行器、微型醫(yī)療器械、微型馬達(dá)、微泵和微型傳感器等微器件(MEMS)、移動(dòng)通訊、軍事用偵察系統(tǒng)等均要求電源系統(tǒng)的微型化，所有這些要求供能系統(tǒng)高能量密度，而傳統(tǒng)的化學(xué)電池供能方式滿足這些要求將變得日益困難。基于燃燒的微能源系統(tǒng)的發(fā)電原理為微尺度燃燒器產(chǎn)生高溫?zé)煔鈳?dòng)熱機(jī)做功、發(fā)電或通過(guò)熱電直接轉(zhuǎn)換獲得電力。目前研發(fā)的微動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)電功率為幾瓦到幾毫瓦。
微尺度燃燒器是微發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，與常規(guī)尺度相比較，微尺度下燃燒器的表面積/體積比增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致微尺度燃燒器的熱損失很大，目前已開(kāi)發(fā)的微燃燒器熱損失為15～35％，部分甚至超過(guò)50％?，F(xiàn)有的微尺度燃燒器研發(fā)機(jī)構(gòu)在降低微尺度燃燒器熱損失方面進(jìn)行許多工作，如MIT微型透平燃燒器采用了回?zé)嵫b置，有效降低了燃燒室壁面的熱損失，但總體熱損失還是非常高。而瑞士面包圈結(jié)構(gòu)微尺度燃燒器采用的纏繞通道換熱技術(shù)，可以使煙氣出口溫度降到非常低，很好地解決了燃燒器的熱損失問(wèn)題，但由于纏繞換熱通道很長(zhǎng)，使得微尺度燃燒器有效燃燒室體積相對(duì)于整個(gè)燃燒器比較小，會(huì)降低燃燒器的能量密度。
因此，目前急需一種既能降低熱損失，又有較高能量密度的微尺度燃燒器。
本發(fā)明的目的是提供一種低熱損失、火焰穩(wěn)定、同時(shí)還有較高能量密度的微尺度燃燒器。
本發(fā)明的原理是采用壁面多孔進(jìn)氣的全新方式，合理組織可燃預(yù)混氣在燃燒室內(nèi)進(jìn)行有效燃燒，以達(dá)到降低微尺度燃燒器熱損失的目的，從而提高火焰穩(wěn)定性，同時(shí)還可以保證足夠的燃燒空間以維持高的能量密度。
如圖1所示，本發(fā)明微尺度燃燒器結(jié)構(gòu)如下所述燃燒器包括燃燒室1，燃燒室1的內(nèi)壁面2為多孔燒結(jié)材料，燒結(jié)材料可以為陶瓷、銅、不銹鋼及鎳等金屬，具有透氣率20％～50％，多孔燒結(jié)壁面厚度0.1～3mm。燒結(jié)材料粒徑分布均勻，壓力損失小。燃燒器外壁面3與多孔材料內(nèi)壁面2之間夾層空腔4，夾層空腔4間隙為1～3mm，燃料/空氣混合形成的可燃預(yù)混氣部分或全部由此夾層空腔4經(jīng)多孔內(nèi)壁面2進(jìn)入燃燒室1，燃燒室1截面形狀可以為圓型或方形。
本發(fā)明使用時(shí)，采用如下進(jìn)氣方式可燃預(yù)混氣可以部分或全部由側(cè)向經(jīng)夾層空腔4透過(guò)多孔材料內(nèi)壁面2后進(jìn)入燃燒室1內(nèi)，與端面進(jìn)入的空氣進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)燃燒。燃燒反應(yīng)釋放的熱量加熱了多孔材料內(nèi)壁面2，使得壁面溫度迅速上升，同時(shí)較低溫度的可燃混合氣在經(jīng)過(guò)多孔材料時(shí)，與多孔材料進(jìn)行熱量交換，使得混合氣溫度升高，使得原本高溫壁面散發(fā)的熱量得到回收利用，而多孔內(nèi)壁面2材料溫度下降，使得燃燒器的外表面溫度降低到較低水平，向環(huán)境散熱降低，有效實(shí)現(xiàn)燃燒器的低熱損的目的。當(dāng)富燃料的預(yù)混氣透過(guò)多孔內(nèi)壁面2進(jìn)入時(shí)，容易在壁面附近形成未燃?xì)鈿饽け?，該薄層?nèi)預(yù)混氣使得多孔內(nèi)壁面2與高溫?zé)煔獾膶?duì)流換熱被隔斷，加熱內(nèi)壁面2的熱量來(lái)自氣膜層的導(dǎo)熱和高溫?zé)煔獾臒彷椛洌行ё柚篃崃肯虮诿鎮(zhèn)鬟f，從而降低內(nèi)壁面2的溫度。
綜上所述，本發(fā)明在保證足夠的燃燒空間以維持高的能量密度的同時(shí)，達(dá)到了降低微尺度燃燒器熱損失的目的，提高了火焰穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記燃燒室1、內(nèi)壁面2、外壁面3、夾層空腔4、出口截面具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例微尺度燃燒器包括燃燒室1，燃燒室1截面為圓型。燃燒室1的內(nèi)壁面2為多孔燒結(jié)材料，所述燒結(jié)材料為銅粉燒結(jié)金屬，透氣率為40％，外壁面3為金屬鋁，內(nèi)壁面2與外壁面3之間形成夾層空腔4。具體尺寸如附圖所示，燃燒室內(nèi)徑d＝10mm，外徑D＝26mm，多孔內(nèi)壁面2厚2.5mm，高19.5mm，燃燒器高度為22mm，。試驗(yàn)采用甲烷/空氣混合氣，甲烷空氣總的混合比按完全燃燒化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量比供給，即甲烷與空氣體積流量比為1∶9.52。氣體分兩路供給，70％空氣與全部甲烷混合，形成富燃料可燃?xì)庥扇紵业膫?cè)面經(jīng)外壁面3、夾層空腔4、多孔內(nèi)壁面2進(jìn)入燃燒室1；30％純空氣由多孔壁面從端面進(jìn)入燃燒室1。當(dāng)燃燒器出口截面5處平均流速為0.3m/s時(shí)，燃燒室1可以形成穩(wěn)定的火焰，火焰為藍(lán)色，沿出口向進(jìn)口觀察，火焰面為環(huán)狀。通過(guò)熱電偶實(shí)測(cè)得到多孔內(nèi)壁面2內(nèi)側(cè)溫度低于500℃，外側(cè)低于300℃，夾層空腔4內(nèi)空氣被預(yù)熱到220℃左右，外壁面3溫度低于170℃，而燃燒室1內(nèi)火焰最高溫度達(dá)1120℃，出口截面5平均溫度為1070℃。本工況下微尺度燃燒器外壁面熱損失為5.6％，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)的損失率。
權(quán)利要求
1.一種低熱損失的微尺度燃燒器，包括燃燒室(1)和燃燒器外壁面(3)，其特征在于所述燃燒室(1)的內(nèi)壁面(2)為多孔燒結(jié)材料，燃燒器外壁面(3)與內(nèi)壁面(2)之間有夾層空腔(4)；采用如下進(jìn)氣方式可燃預(yù)混氣部分或全部由側(cè)向經(jīng)夾層空腔(4)透過(guò)多孔材料內(nèi)壁面(2)后進(jìn)入燃燒室(1)內(nèi)，與端面進(jìn)入的空氣進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的低熱損失的微尺度燃燒器，其特征在于所述內(nèi)壁面(2)的多孔燒結(jié)材料為以下之一陶瓷、銅、不銹鋼及鎳等金屬燒結(jié)材料，燒結(jié)材料粒徑分布均勻，壓力損失小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低熱損失的微尺度燃燒器，其特征在于所述內(nèi)壁面(2)的多孔燒結(jié)材料具有20％-50％的透氣率，多孔燒結(jié)壁面厚度0.1～3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的低熱損失的微尺度燃燒器，其特征在于所述夾層空腔(4)間隙為1～3mm。
5.如權(quán)利要求1所述的低熱損失的微尺度燃燒器，其特征在于所述燃燒室(1)截面形狀為圓型。
6.如權(quán)利要求1所述的低熱損失的微尺度燃燒器，其特征在于所述燃燒室(1)截面形狀為方形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低熱損失、火焰穩(wěn)定、同時(shí)還有較高能量密度的微尺度燃燒器。本發(fā)明微尺度燃燒器包括燃燒室1，燃燒室1的內(nèi)壁面2為多孔燒結(jié)材料，燒結(jié)材料可以為陶瓷、銅、不銹鋼及鎳等金屬，具有一定透氣率，燒結(jié)材料粒徑分布均勻，壓力損失小。燃燒器外壁面3與多孔材料內(nèi)壁面2之間夾層空腔4，夾層空腔4間隙為1～3mm，可燃預(yù)混氣由此夾層空腔4經(jīng)多孔內(nèi)壁面2進(jìn)入燃燒室1，燃燒室1截面形狀可以為圓型或方形。本發(fā)明在保證足夠的燃燒空間以維持高的能量密度的同時(shí)，達(dá)到了降低微尺度燃燒器熱損失的目的，提高了火焰穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F23D14/02GK1888533SQ200610036628
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者趙黛青, 蔣利橋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所