[发明专利]旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于气体催化燃烧的反应器，尤其涉及一种旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器。

背景技术

对燃料燃烧产生能量的利用是生产生活中最广泛采用的能源利用方式。随着科学技术的发展，微型机械系统的应用越来越受到科学工作者的重视。目前研究的微尺度燃烧器一般在低于1cm³的容积内发生。微尺度燃烧器具有价格低廉、保存期限更长、能够提供更稳定的电压、能量密度高和再次添加燃料方便等优点。微尺度燃烧器的研究希望能够解决为可携带电子设备供应长时间稳定电源的问题，但除了这一方面的应用外，微尺度燃烧还有一个重要应用领域，那就是在未来国防方面的应用。微型飞行器、微型卫星、现代战争中作战士兵，这些都要求高性能的动力、电力支持。解决这些问题迫切需要体积小、质量轻、能量和功率密度高的能源供给系统，但目前还没有合适的能源供给方式。而基于微尺度燃烧的微动力能源系统具有很高的能量密度，目前被公认为是一种解决这些问题的最有前途的方法。但现阶段，微尺度燃烧器还有以下不足：一、散热严重；二、气体预混合不够充分；三、由于燃烧器尺寸太小，停留时间短，反应面积太小导致反应不能充分发生，燃烧效率太低；四、反应器结构复杂，加工难度太大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种与气源连接方便，减小散热损失并且能够使微小流量气体快速高效发生催化燃烧反应的旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，包括外圆筒体、上面板、多孔面板和横截面呈U型的U型面板；

所述上面板设置在U型面板的顶部开口处，上面板和U型面板组成一横截面呈矩形的腔体，所述多孔面板设置在腔体的一端，所述多孔面板的孔径从四周向中间逐渐增大；所述腔体设置外圆筒体内，所述上面板和U型面板的板面与外圆筒体的轴线平行；所述外圆筒体的一端设置右侧面板，另一端设置左侧面板，所述多孔面板靠近右侧面板且与右侧面板之间具有一间隙；

所述上面板上布置有四个竖直向下伸向腔体内的上蓄热式圆柱，所述U型面板的下底板上设置有六个竖直向上且与上蓄热式圆柱错开排列的下蓄热式圆柱；所述上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的高度均小于上面板和U型面板的下底板之间的距离；

所述上面板、U型面板和多孔面板的内壁，以及上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的外壁均涂覆催化剂；所述外圆筒体沿圆周切线方向上布置有四个进气通道，其中相对外圆筒体对称分布的两个进气通道为空气进气口，另外两个为燃气进气口；所述左侧面板的中心处设置向外凸出、且与腔体内相通的出气口。

作为本发明的一种优选方案，所述上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱均由蓄热式材料制成。

本发明的旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器与现有技术相比，具有如下优点：

1、用外圆筒体、多孔面板与腔体组合成气流预混通道，可以避免燃烧室的高温壁面与环境直接接触，减小热量损失，同时腔体的高温壁面可以预热预混气体，提高预混气体的初始温度，可以减小气体点火难度。

2、进气通道沿外圆筒体切向方向布置，燃气和空气沿外圆筒体的切向方向进入气流通道，可以形成旋转气流，增加预混效果，延长气体运动路径，同时也加大了入口管道间的距离，使管道的连接更加方便。

3、腔体一端的多孔面板的孔径从四周向中间逐渐增大，可以减小燃烧室内气体分布的不均匀性。

4、腔体和多孔面板的内壁，以及上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的外壁均涂覆催化剂，提高燃烧稳定性和燃烧效率。

5、上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱采用蓄热式材料，能有效储蓄燃烧反应剧烈时所释放的部分热量，避免由于腔体内壁温度过高导致催化剂高温失活；同时在燃烧器内温度降低时可通过释放储蓄热量来改善燃烧，起到稳燃和强化燃烧的作用，使燃烧效率提高。

6、外圆筒体的存在增加了催化壁面表面积，同时外圆筒体也起到钝体扰流的作用，延长了反应时间并增强空气与燃气的混合效果，提高了反应效率，有利于减小微型燃烧器的尺寸。

附图说明

图1为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器的俯视图；

图2为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器沿A-A方向的剖面视图；

图3为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器沿B-B方向的剖面视图；

图4为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器的左视图。