[发明专利]一种利用废气预热的旋流微燃烧器无效

专利信息
申请号: 201310313423.4 申请日: 2013-07-24
公开(公告)号: CN103411219A 公开(公告)日: 2013-11-27
发明(设计)人: 潘剑锋;陈瑞;唐爱坤;范宝伟;胡松 申请(专利权)人: 江苏大学
主分类号: F23D14/02 分类号: F23D14/02;F23D14/66;F23D14/46
代理公司: 南京知识律师事务所 32207 代理人: 卢亚丽
地址: 212013 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 利用 废气 预热 旋流微 燃烧
【说明书】:

技术领域

发明属于微动力机电系统技术领域,具体涉及微热光电装置,是基于微尺度预混合燃烧技术和驻涡燃烧技术对燃烧室结构进行的创新设计。将平板式燃烧室改为扁圆柱体形燃烧室,重新设计整体结构,布置进出口,利用燃烧后的废气对燃气进行预热,预热的燃气进入燃烧室后形成漩涡,从而实现驻涡燃烧,提高微热光电系统的总体性能。

背景技术

微动力机电系统是直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能,然后依靠多种能量转换方式提供动力或产生电能,具有能量密度高,工作寿命长,易维护,无污染等优点。由于碳氢燃料的能量密度(120MJ/Kg)大约是锂电池(1.2MJ/Kg)的100倍,由此人们提出了以燃烧为基础的微动力系统,即直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能,然后依靠各种能量转换方式提供动力或产生电能。如:微燃气轮机、微型往复式电力发生器和微型转子发动机等。但这些非直接能量转换的微型动力装置基本上都是将常规动力机械按比例缩小所得,由于高速运动部件的存在及机械传动的原因,在微观领域,这些装置在热损失、密封、加工制造以及装配等方面比常规装置出现的故障要多。

为了避免上述故障,采用基于微热光电技术的微燃烧动力系统,即微热光电系统,将燃料和氧化剂经微型混合器混合后,进入微平行板燃烧室中燃烧,当壁面被加热到一定高温时,就会放出光子,当光子撞击光电池时,会激发出自由电子,从而产生电能。相对于前述的几种微型动力装置,其特点是无运动部件,制造和装配较容易,同时也具有较高的能量转换率。故与其他微动力装置相比有明显的优越性,应用前景广阔。其中,燃烧器是微热光电系统中最为重要的组成部分之一,决定内部燃烧的稳定性和外壁面温度的分布情况。因此燃烧器的设计至关重要,而燃烧器结构的理想与否,很大程度上影响着燃烧室内的气流分布,进而影响燃烧特性和排放特性。此外,燃料的选择也对微热光电系统有着很大的影响。

传统的微尺度平行板燃烧室为了获得较高的辐射率,直接由耐高温的辐射材料(碳化硅)做成,具体做法是:用相同形状的两块碳化硅平板,制作成平板燃烧室,垂直结合处用隔热胶进行密封,这时燃烧室就直接作为辐射器使用。这种类型的燃烧室结构为长方体,采用一侧进气,一侧排气,燃料氧化剂混合气的气流不能进行良好的组织,燃烧的稳定性差,燃烧效率受限制。而微热光电系统要求辐射面温度很高才能保证系统整体的性能,所以强化微燃烧器中气体的燃烧至关重要。

发明内容

为了提高微热光电系统的总体性能,把平板式燃烧室改为扁圆柱体燃烧室,在柱体侧面开设三个燃料氧化剂混合气入口,出口设在柱体上表面;然后在燃烧室1的外面设置钢板制成的进气室2和排气室3,进气室2和排气室3之间以及进气室2与燃烧室1之间保持一定的距离,排气室3外壁上还要装上隔热材料(这样排气室3的外壳和隔热材料相当于一层隔热罩),隔热罩和内层钢板之间的空间作为排气过道,进气室2与燃烧室外壁面之间的空间作为进气过道,这样便能对进气进行预热,被预热的混合气由三个入口射入,在燃烧室内形成漩流,以此稳定火焰并强化燃烧,从而获得更高的辐射能。

本发明设计方案如下:

一种利用废气预热的旋流微燃烧器,其特征在于:包括燃烧室1、进气室2、排气室3、进气管4、排气管5、进气室2、排气室3均为扁圆柱体,进气管4、排气管5均为圆柱体,燃烧室1设于进气室2的内部,其顶部与进气室2的顶部内表面相连,燃烧室1设有三个燃烧室入口6,分别设在燃烧室1侧面,每个燃烧室入口6之间相隔三分之一圆弧,即在扁圆柱体的燃烧室1周边呈120度对称分布,燃烧室入口6的轴线与燃烧室1的圆边切线夹角为30度;燃烧室排气口7设于燃烧室1顶部圆截面的中心处,形状为圆形,其圆心位于燃烧室1轴线上;进气室2下表面中心处设有进气管4,截面积与燃烧室排气口7相同;进气室2设于排气室3内,通过固定支柱8相连接,排气室3下表面中心处设有排气管5,截面积大于进气管4,排气室3及排气管5的外层设有一层隔热材料,燃烧室1、进气室2、排气室3、进气管4、排气管5的圆心在一条轴线上。

所述的燃烧室1壁面辐射材料可选用耐高温的辐射材料碳化硅,具体是由甘蔗渣粉末、石墨、硅粉和三氧化二铝按照质量比为5:1:4:1混合后制成,燃烧室壁面辐射材料可与光电池板共同构成燃烧室壁面合层9,光电池板在壁面辐射材料外侧;所述的排气室3及排气管5外层的隔热材料可由铝箔制成,具体是由铝箔贴面、聚乙烯薄膜、纤维编织物、金属涂膜通过热熔胶层压而成;所述的进气室2及排气室3均可由钢板制成。

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