[发明专利]一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器

说明书

本发明属于微小尺度燃烧技术领域，并具体公开了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器。该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道、燃料喷口、混合通道、燃烧室、二次风通道、排气口和加热面，其中：一次风通道的下壁面与燃料喷口连接，该一次风通道的上壁面与混合通道连接，燃烧室的下方分别与混合通道的出口和二次风通道连接，二次风通道套设在混合通道的外侧，该燃烧室的上方设置有排气口和加热面。本发明设计了具有多级被动进风功能的供风系统，其中利用高速射流和浮升力实现了两次被动进风的功能，从而能够在保证燃烧充分的同时，无需安装额外的供气供应装置，可有效提高微型能源动力系统的紧凑性、便携性和可靠性。

技术领域

本发明属于微小尺度燃烧技术领域，更具体地，涉及一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器。

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、微型推进系统以及微小型电子设备。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。而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。目前已经成功制造出了微燃气透平、微转子发动机、微斯特林热机、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。

微型斯特林机和温差发电片是最常见的将燃烧过程产生的热能转换能电能的方法。它们工作时需要一个稳定的热源对其热端进行加热。由于其冷端温度几乎保温恒定，要想有效改善发电系统的总效率则必须提高热端温度水平。考虑到微型能源与动力系统的便携性和安全性，非预混燃烧和部分预混燃烧成为燃烧的首选方案。然而，采用非预混燃烧或部分预混燃烧时，燃烧效率的提高成为一个亟需解决的问题。虽然通过主动送风的方式可以大大提高燃烧效率，但是这种方式需要在系统中加入风机或压缩空气罐，降低了系统的净输出功率和可靠性，同时提高了整个系统的重量和复杂性；或者采用燃料射流卷吸空气的方式进行被动送风，但目前已有的技术仅仅只有一级被动进风的功能，燃料/空气混合物往往处于富燃状态，燃烧效率非常低，限制了基于燃烧的微小型能源动力装置的广泛应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其中利用高速射流和浮升力实现了两级抽吸空气的功能，从而能够在保证燃烧充分的同时，无需安装额外的供气供应装置，因而尤其适用于各种微小型热电系统和加热系统的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道、燃料喷口、混合通道、燃烧室、二次风通道、排气口和加热面，其中：所述一次风通道的下壁面与所述燃料喷口连接，该一次风通道的上壁面与所述混合通道连接，工作时燃料从所述燃料喷口进入所述混合通道，同时将外部空气从所述一次风通道卷吸进入所述混合通道，以此获得部分混合燃料，所述燃烧室的下方分别与所述混合通道的出口和二次风通道连接，所述二次风通道套设在所述混合通道的外侧，该燃烧室的上方设置有排气口和加热面，工作时所述部分混合燃料进入所述燃烧室燃烧，产生的烟气向上运动，将外部空气从所述二次风通道抽吸进入所述燃烧室，进而提高所述燃料的燃烧效率，最后烟气从所述排气口排出，并将燃烧产生的热量通过所述加热面进行传递。

作为进一步优选地，所述燃料喷口的直径为0.08mm～0.5mm，所述燃料的进气速度大于10m/s。

作为进一步优选地，所述混合通道的直径为0.8mm～8mm。

作为进一步优选地，所述混合通道的长度为5mm～50mm。

作为进一步优选地，所述燃烧室的直径为1.6mm～10mm。

作为进一步优选地，所述燃烧室的长度为5mm～100mm。