[实用新型]一种微小型燃烧器

说明书

本实用新型属于气体燃烧设备相关领域，更具体地，涉及一种微小型燃烧器，其包括彼此连通的气体入口和尾气出口，以及位于这两者之间的燃烧室，其中该燃烧器用于包围形成气体入口、尾气出口和燃烧室的整个壁面从内到外由双层结构共同组成，其中处于内侧的第一壁面的导热系数被设计为高于处于外侧的第二壁面的导热系数；此外，该燃烧室在邻近气体入口的位置还加工有多个凹腔，这些凹腔设置在第一壁面上。通过本实用新型，与现有设备相比能够进一步提高燃烧效率和稳燃范围，同时具备结构紧凑、便于制造和使用、适用面广等优势。

技术领域

本实用新型属于气体燃烧设备相关领域，更具体地，涉及一种微小型燃烧器，其适于以气体燃烧的形式为各类微小型动力装置提供热源或高温气源，同时具备结构紧凑、稳燃范围宽和燃烧效率高等特点。

背景技术

随着微加工技术的快速发展，各种便携式微机电系统(如微型机器人以及手机等)和微型飞行器(如微型卫星、微型无人机)不断涌现。传统的电化学电池存在体积和重量大、能量密度小、充电时间长等缺点，越来越不能胜任在这些领域的使用。与此相比较，氢气和碳氢化合物燃料的能量密度(每千克能源所蕴含的能量)相对于化学电池来说高几十到上百倍。例如，液体辛烷的能量密度约为45MJ/kg，而最先进的锂电池能量密度约为1.2MJ/kg，前者是后者的37.5倍。因此，基于燃烧的微型动力系统受到了广泛关注。

目前，研究者们已经制造出了微热光伏发电系统、微热电系统、微燃气透平、微转子发动机、微推进系统，等等。在所有这些系统中，微燃烧器均是其核心部件。然而，一方面，随着燃烧器尺寸的缩小，其表面积与体积的比值急剧增大(相对于常规尺度来说约大两至三个数量级)，使得燃烧过程释放的热量中有很大一部分通过外壁面而散失掉；另一方面，由于气体混合物在微燃烧器中的停留时间极短，燃料和氧化剂往往没有足够的时间进行充分反应，热量来不及完全释放。以上因素导致微燃烧器面临火焰稳定性变差和燃烧效率降低等巨大挑战。

针对上述挑战，现有技术中已经提出了一些解决方案。例如，Sitzki L等提出了一种“瑞士卷(Swiss-Roll)”结构的燃烧器(Combustion in microscale heat-recirculating burners.Proceedings of the Third Asia-Pacific Conference onCombustion.Seoul,Korea,June 24-27,2001)，其中采用了热循环原理来稳定火焰；CN200910241592.5提出了一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器，其中披露可采用回旋结构的燃气通道来增大催化剂的比表面积。又如，本申请的实用新型人早期在CN201110057146.6提出了一种微小型燃烧器，其中披露了采用增设多个预热通道和钝体等形式，使得燃烧效率和稳燃范围得以提升。此外，CN200810123660.3公开了一种用于微型热光电系统的高效多孔介质燃烧器，并指出通过多孔介质固体骨架的热循环来稳定火焰和提高燃烧效率。

然而，进一步的研究表明，上述现有方案仍存在以下的缺陷或不足：首先，这类燃烧器的结构仍相对复杂，相应导致加工或装配困难、制造成本高和操作不便等问题；其次，这类设备在实际测试中，往往会发生催化剂在高温下易融化、结块，或者由于烟气中的CO而失去活性等现象；最后，这类设备在实际运用中未能充分考虑热循环与散热损失之间的协调问题，并导致燃烧效率和稳燃范围提升受到一定限制。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和改进，以便更好地满足现代化生产中的更高要求。

实用新型内容

针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本实用新型提供了一种微小型燃烧器，其中通过结合微小型动力装置自身的应用特点，并充分考虑到热循环与散热损失之间的协调问题，针对性将该微小型气体燃烧器的壁面构造设计为具备不同导热系数的多层异质结构，同时对其多个关键结构参数以及配套稳燃元件的结构及设置方式进行改进，相应与现有设备相比能够进一步提高燃烧效率和稳燃范围，同时具备结构紧凑、便于制造和使用、适用面广等优势，因而尤其适用于诸如微机电系统或微型飞行器之类的燃烧供能场合。