[发明专利]一种微小型尾气再循环式燃烧器

说明书

本发明属于微小尺度燃烧技术领域，并公开了一种微小型尾气再循环式燃烧器，包括均为圆柱形的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁同轴布置且固定连接，所述第二侧壁设于所述第一侧壁的空腔内；所述第一侧壁不与所述第二侧壁连接的一端设有高速射流喷嘴，所述第一侧壁与所述第二侧壁连接的一端设有尾气出口，所述第二侧壁内的空腔构成所述燃烧器的燃烧通道，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的空腔构成尾气回流通道，且所述高速射流喷嘴、燃烧通道和尾气回流通道依次相连通。本发明具有外壁面温度高、能量利用率高、火焰温度低、NO_x生成量少等优点，可适合于各种基于燃烧的微小型热光伏系统和热电系统，也可以直接作为热源使用。

技术领域

本发明属于微尺度燃烧技术领域，更具体的，涉及一种微小型尾气再循环式燃烧器。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展，不断涌现出了许多微小型装置和系统，如微型卫星、微型机器人、微型推进系统等微小型电子设备。目前，这些设备的能量来源主要是化学电池，然而化学电池的能量密度比较低，体积和重量也较大。烃类燃料相对于化学电池来说有高出几十倍的能量密度优势，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，开发基于燃烧的微小动力装置具有非常巨大的应用前景。研究者们已经成功制造出了微燃气透平、微转子发动机、微推进系统、微热光伏系统和微热电系统等，其中燃烧器是微小型动力系统的关键部件。

基于燃烧的微型能源与动力系统中，热光伏(TPV)技术是两种最常见的将燃烧过程产生的热能转换能电能的方法之一。对于当今的热光伏(TPV)系统，为了充分利用燃烧释放的热量，往往将燃烧室设计为圆柱形。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体表面的热辐射强度和其绝对温度的四次方成正比，因此，提高外壁面温度水平能有效改善热光伏系统的整体效率。

燃烧过程产生的污染物排放也是值得关注的一个重要方面。NO_x是碳氢化合物与空气发生燃烧反应时最常见的污染物之一。研究表明，当燃烧温度高于1800K时，生成速度就变得明显，随着温度升高，热力型NO_x生成量急剧增加，较高的壁温需求使得燃烧的火焰温度随之升高，使得产生的NO_x量急剧增加。

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：首先现有的技术对提高微燃烧器的壁面温度作用有限，其次，目前国内外学者对于微小尺度燃烧过程中NO_x排放的控制还未引起关注，也未针对微小尺度燃烧过程中降低NO_x排放采取相关手段，同时，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，本领域亟需对此做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。

发明内容

针对现有技术的以上改进需求，本发明提供了一种微小型尾气再循环式燃烧器，利用高速射流产生的负压将燃烧尾气的一部分吸入未燃气体侧，可以降低火焰温度，减少NO_x生成，同时，高温燃烧产物流经回流通道，能大大提高外壁面温度，提高能量利用效率。

为实现上述目的，本发明提出了一种微小型尾气再循环式燃烧器，其特征在于，包括均为圆柱形的且同轴布置的第一侧壁和第二侧壁，所述第二侧壁设于所述第一侧壁的空腔内，并与所述第一侧壁的一端相连；

所述第一侧壁和第二侧壁连接的一端设有尾气出口，所述第一侧壁未所述第二侧壁连接的一端设有高速射流喷嘴；

所述第二侧壁内的空腔构成所述燃烧器的燃烧通道，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的空腔构成尾气回流通道，且所述高速射流喷嘴、燃烧通道和尾气回流通道依次相连通，所述尾气出口、燃烧通道和尾气回流通道依次相连通；以此方式，燃烧混合气通过高速射流喷嘴进入燃烧通道并在燃烧通道内燃烧产生高温气体，在压力差的作用下，高温气体一部分通过尾气回流通道返回至燃烧通道，并在燃烧通道内实现下一循环的燃烧。