[发明专利]一种微脉动燃烧器

说明书

技术领域

本发明属于微动力机电系统领域，特别涉及一种微脉动燃烧器。

背景技术

近几十年来，微型装置及其系统如传感器、微尺度飞行器、微型医疗器械、微泵、微型马达等在国防、科研、医疗和工业等领域应用广泛。上述装置、系统和产品均要求能量供应系统为具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长等特点的微能源系统。基于燃烧的微动力/发电系统具有能量密度高、体积小、再次添加燃料方便和不会污染环境等优点，被认为是解决上述问题的一种很有前途的方法,备受世界各国重视。目前国内外开发的微动力／发电系统特征尺寸从几毫米到几十毫米，输出功率范围为毫瓦到百瓦的量级。

微燃烧器是微能源系统的核心部件，但微燃烧器设计和开发是一项困难的挑战。由于微燃烧器本身有效燃烧空间非常小，组织稳定燃烧时面临燃料混合困难和燃料停留时间短等问题，同时微燃烧器表面积/体积比成数十倍的增大使得热损失显著增加，因此，微燃烧器容易出现燃烧不稳定、可燃范围变窄、燃烧效率和热效率低等问题。在微尺度下实现燃料稳定燃烧主要方法可概括为：（1）提高反应气体温度，利用燃烧尾气预热空气、燃气，如目前国内外已开发出的三层硅基微燃烧器、六层硅片微燃烧器、三维的瑞士卷式燃烧器等各种微燃烧器。中国专利文献CN201407654Y提出了一种新型燃气透平燃烧器，其燃烧室处在进气通道腔的包围中，并且燃烧室部分壁面为多孔壁面。该微燃烧器也采用燃气预热方式。（2）催化燃烧。美国专利文献US6786716描述了一种微燃烧器，其含有一个微加热板，板面上有一层催化剂。当预混燃料经过微加热板时，发生催化燃烧。催化剂可降低燃料着火温度，提高燃气可燃范围，并增加燃烧效率。

目前，国内外开发的微燃烧器大部分是基于燃料连续燃烧方式。由于连续燃烧方式本身的缺陷，即使采取燃气预热、催化燃烧等改进措施，微燃烧器燃烧效率提高仍然有限。

脉动燃烧是也叫振荡燃烧，是一种介于连续燃烧和爆炸燃烧之间的一种燃烧方式。在一定的燃烧器结构形式下（主要是燃烧室形状、容积、尾管长/径比等几何参数），燃烧室可出现自激振荡的燃烧现象。这种振荡燃烧的过程可视为对燃烧室内气流的脉动加热过程，如该过程与室内的压力波动之间满足一定的关系（瑞利准则），则该振荡被激励和加强，从而形成稳定的脉动燃烧过程。与连续燃烧过程相比，其燃烧时间可降至十分之一，燃烧强度可提高10倍以上、热传递效率可提高2-5倍、热效率提高近40%、污染物排放减少约三分之一。另外，脉动燃烧器具有结构简单、无运动部件、加工装配方便等优点。

由以上对比可以看出，脉动燃烧应用于微燃烧器设计，具有先天性的优势：燃烧时间短可有助于解决燃料在微燃烧器停留时间短问题；燃烧强度大有助于解决微燃烧器热损失大问题。经检索，还没有将脉动燃烧应用于微燃烧器的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种燃烧速度快、燃烧强度高、热效率高、热损失少的基于燃料脉动燃烧的微脉动燃烧器。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种微脉动燃烧器，其特征在于：由微燃烧器、燃气进口管、铂金属纤维网及高压电极点火器组成，微燃烧器为耐高温空心圆管，其下端为气体进口，其上端部为气体出口，微燃烧器内径为10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，长度为20-30厘米，微燃烧器长径比为20-30,铂金属纤维网固定在微燃烧器内下端四分之一处，高压电极点火器设置在微燃烧器内铂金属纤维网上部1-2毫米处，燃气进口管设置在微燃烧器下端的气体进口端内部，燃气进口管前端制有燃气溢出孔。

而且，所述的铂金属纤维网由铂金属丝编织或烧结而成。

而且，所述的微燃烧器为由不锈钢、石英或陶瓷材料制成的空心圆管。

而且，所述的燃气进口管为后端开口、前端封闭的空心细直管，在燃气进口管前端制有多个燃气溢出孔。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明微脉动燃烧器，采用瑞克型脉动燃烧器结构设计，应用于微燃烧器，可形成脉动燃烧，燃烧速度快、时间短、强度高、热量损失少、热效率高，同时具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长的优点。

2.本发明微脉动燃烧器设置有铂金属纤维网，能使气体燃烧位置稳定、燃烧充分、脉动燃烧可靠，铂金属纤维网可用作火焰稳定器，使气体燃烧稳定在燃烧器的1L/4处，从而激起脉动燃烧；铂金属纤维网还用作催化剂，铂丝可对气体燃烧起催化作用，降低反应活化能，促进气体在微燃烧器充分燃烧。