[发明专利]一种微小型燃烧器

说明书

技术领域

本发明属于气体燃烧的技术领域，特指为微小型动力装置提供热源或高温气源的燃烧器。

背景技术

随着微加工技术的快速发展，各种微电子机械系统和设备不断涌现，如微型卫星、微型推进系统、微型机器人以及手机等便携式电子设备。目前这些设备大都由化学电池驱动，然而化学电池存在能量密度小、体积和重量大、充电时间长等缺点，而氢气和碳氢化合物燃料相对于化学电池来说有着高几十倍的能量密度。如典型液体碳氢化合物燃料的能量密度约为45MJ/kg，而最好的锂电池的能量密度约为1.2MJ/kg。因此，基于燃烧的微小型动力系统具有与锂电池竞争的巨大潜力。目前研究者们已经制造出了微燃气透平、微转子发动机、微推进系统、微热光伏发电系统(μ-TPV)和微热电系统(μ-TE)，等等。其中，微燃烧器是微小型动力系统的关键部件。从20世纪90年代开始，关于微燃烧的研究得到了世界各国的高度重视。

在微小型燃烧器中，由于燃烧室表面积与体积的比值相对于常规尺度来说要大两至三个数量级，使得通过壁面的散热损失大大增加，同时壁面对化学反应自由基的捕获几率也大大增加，因此，火焰稳定性变差，容易发生熄火。此外，由于燃烧室几何尺寸太小，气体在其中的停留时间太短，燃料和空气往往来不及完全反应就被吹出燃烧室，不仅导致燃烧效率降低，而且燃料的吹熄极限和稳燃范围也大大缩小。

为了提高微小型燃烧器中火焰的稳定性，研究者们主要采用热循环以及催化反应的办法。如美国南加州大学、日本东北大学和清华大学的研究小组采用所谓的“瑞士卷(Swiss-Roll)”结构。但是这种燃烧器复杂的三维结构使得其加工非常困难。此外，钟北京等提出了微小型催化燃烧器，然而，催化剂的催化效果也不持久。新加坡的研究小组则开发了带台阶的突扩型微小型燃烧器来稳定火焰，取得了一定的效果，但是增加了系统加工的复杂性，同时台阶的存在降低了燃烧器的紧凑性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种微小型燃烧器，该燃烧器具有结构紧凑、稳燃范围宽和燃烧效率高的特点。

本发明提供的一种微小型燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括钝体、第一、第二预热通道以及燃烧室；第一、第二预热通道以及燃烧室均为平板型；第一、第二预热通道分别设有气体入口，燃烧室设有尾气出口；

钝体安装在燃烧室的入口处，钝体的宽度W_b与燃烧室的宽度W_c之比为0.3至0.6之间；第一、第二预热通道均为L型，并分别布置在燃烧室的上、下两侧，且均与燃烧室的入口连通。

本发明的优点在于在燃烧室上下两侧设置了预热通道，这样避免了高温的燃烧室壁面与外界的直接换热，从而大大减少了燃烧室的散热损失。此外，燃料和空气(采用非预混燃烧方式时)、或者它们的预混合物(采用预混燃烧方式时)在进入燃烧室之前，通过这两个流道与燃烧室壁面进行对流和辐射换热，达到预热的目的，这样可以降低点火所需的能量，缩短着火延长时间。再则，钝体的存在不仅可以起到加强燃料和空气的混合作用(采用非预混燃烧方式时)，而且能够利用其后部形成的低速高温的回流区来很好地稳定火焰。由于钝体能使火焰在燃烧室内保持对称分布，可以避免因为不均匀的热应力导致燃烧器的损坏。钝体表面也可以喷涂催化剂，从而能进一步降低着火所需的活化能，使得着火提前，燃料和空气有足够的时间来进行化学反应，保证在较高的进气速度时也有高的燃烧效率。本发明产生的高温烟气可以用来为微型热电装置或者微型热光伏系统提供热源，也可作为微型推进系统的高温燃气，通过后续的喷管来产生推力。

本发明的优点还在于它既适用于非预混燃烧，也适用于预混燃烧，具体采用何种燃烧方式可以根据实际情况进行合理地选择。

附图说明

图1是本发明结构的二维示意图：

其中1，2.入口，3.尾气出口，4.钝体，5，6.预热通道，7.燃烧室

图2是图1的三维效果图。

图3是本发明实施例与单层平板型微燃烧器的吹熄极限比较曲线；

图4是本发明实施例与单层平板型微燃烧器的燃烧效率比较曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本发明提供的微小型燃烧器包括气体入口1和2、尾气出口3、钝体4、预热通道5和6、以及燃烧室7。预热通道5和6以及燃烧室7均为平板型。