CN102183019B - 一种微小型燃烧器 - Google Patents

一种微小型燃烧器 Download PDF

Info

Publication number
CN102183019B
CN102183019B CN2011100571466A CN201110057146A CN102183019B CN 102183019 B CN102183019 B CN 102183019B CN 2011100571466 A CN2011100571466 A CN 2011100571466A CN 201110057146 A CN201110057146 A CN 201110057146A CN 102183019 B CN102183019 B CN 102183019B
Authority
CN
China
Prior art keywords
combustion chamber
combustion
bluff body
micro
preheating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2011100571466A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102183019A (zh
Inventor
范爱武
刘思远
张若昀
杨金国
刘伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN2011100571466A priority Critical patent/CN102183019B/zh
Publication of CN102183019A publication Critical patent/CN102183019A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102183019B publication Critical patent/CN102183019B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

本发明公开了一种微小型燃烧器，包括钝体、预热通道和燃烧室；预热通道和燃烧室均为平板型；钝体截面为三角形或圆形，安装在燃烧室的入口处，钝体宽度与燃烧室宽度之比为0.3～0.6；两个预热通道均为L型，分别布置在燃烧室的上、下两侧，预热通道的出口均与燃烧室的入口连通。本发明克服了现有技术的不足，既利用了对燃料和空气（采用非预混燃烧方式时）、或者它们的预混合物（采用预混燃烧方式时）的预热、催化，来降低点火所需能量、缩短着火延迟时间、减少排气热损失，也利用钝体后形成的低速高温的回流区来充分混合燃料和空气、延长燃气停留时间、稳定火焰。因此，该发明能够有效扩大稳燃极限，提高燃烧效率，广泛适用于各种微小型动力系统。

Description

一种微小型燃烧器
技术领域
本发明属于气体燃烧的技术领域，特指为微小型动力装置提供热源或高温气源的燃烧器。
背景技术
随着微加工技术的快速发展，各种微电子机械系统和设备不断涌现，如微型卫星、微型推进系统、微型机器人以及手机等便携式电子设备。目前这些设备大都由化学电池驱动，然而化学电池存在能量密度小、体积和重量大、充电时间长等缺点，而氢气和碳氢化合物燃料相对于化学电池来说有着高几十倍的能量密度。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，基于燃烧的微小型动力系统具有与锂电池竞争的巨大潜力。目前研究者们已经制造出了微燃气透平、微转子发动机、微推进系统、微热光伏发电系统(μ-TPV)和微热电系统(μ-TE)，等等。其中，微燃烧器是微小型动力系统的关键部件。从20世纪90年代开始，关于微燃烧的研究得到了世界各国的高度重视。
在微小型燃烧器中，由于燃烧室表面积与体积的比值相对于常规尺度来说要大两至三个数量级，使得通过壁面的散热损失大大增加，同时壁面对化学反应自由基的捕获几率也大大增加，因此，火焰稳定性变差，容易发生熄火。此外，由于燃烧室几何尺寸太小，气体在其中的停留时间太短，燃料和空气往往来不及完全反应就被吹出燃烧室，不仅导致燃烧效率降低，而且燃料的吹熄极限和稳燃范围也大大缩小。
为了提高微小型燃烧器中火焰的稳定性，研究者们主要采用热循环以及催化反应的办法。如美国南加州大学、日本东北大学和清华大学的研究小组采用所谓的“瑞士卷(Swiss-Roll)”结构。但是这种燃烧器复杂的三维结构使得其加工非常困难。此外，钟北京等提出了微小型催化燃烧器，然而，催化剂的催化效果也不持久。新加坡的研究小组则开发了带台阶的突扩型微小型燃烧器来稳定火焰，取得了一定的效果，但是增加了系统加工的复杂性，同时台阶的存在降低了燃烧器的紧凑性。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种微小型燃烧器，该燃烧器具有结构紧凑、稳燃范围宽和燃烧效率高的特点。
本发明提供的一种微小型燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括钝体、第一、第二预热通道以及燃烧室；第一、第二预热通道以及燃烧室均为平板型；第一、第二预热通道分别设有气体入口，燃烧室设有尾气出口；
钝体安装在燃烧室的入口处，钝体的宽度Wb与燃烧室的宽度Wc之比为0.3至0.6之间；第一、第二预热通道均为L型，并分别布置在燃烧室的上、下两侧，且均与燃烧室的入口连通。
本发明的优点在于在燃烧室上下两侧设置了预热通道，这样避免了高温的燃烧室壁面与外界的直接换热，从而大大减少了燃烧室的散热损失。此外，燃料和空气(采用非预混燃烧方式时)、或者它们的预混合物(采用预混燃烧方式时)在进入燃烧室之前，通过这两个流道与燃烧室壁面进行对流和辐射换热，达到预热的目的，这样可以降低点火所需的能量，缩短着火延长时间。再则，钝体的存在不仅可以起到加强燃料和空气的混合作用(采用非预混燃烧方式时)，而且能够利用其后部形成的低速高温的回流区来很好地稳定火焰。由于钝体能使火焰在燃烧室内保持对称分布，可以避免因为不均匀的热应力导致燃烧器的损坏。钝体表面也可以喷涂催化剂，从而能进一步降低着火所需的活化能，使得着火提前，燃料和空气有足够的时间来进行化学反应，保证在较高的进气速度时也有高的燃烧效率。本发明产生的高温烟气可以用来为微型热电装置或者微型热光伏系统提供热源，也可作为微型推进系统的高温燃气，通过后续的喷管来产生推力。
本发明的优点还在于它既适用于非预混燃烧，也适用于预混燃烧，具体采用何种燃烧方式可以根据实际情况进行合理地选择。
附图说明
图1是本发明结构的二维示意图：
其中1，2.入口，3.尾气出口，4.钝体，5，6.预热通道，7.燃烧室
图2是图1的三维效果图。
图3是本发明实施例与单层平板型微燃烧器的吹熄极限比较曲线；
图4是本发明实施例与单层平板型微燃烧器的燃烧效率比较曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
如图1所示，本发明提供的微小型燃烧器包括气体入口1和2、尾气出口3、钝体4、预热通道5和6、以及燃烧室7。预热通道5和6以及燃烧室7均为平板型。
钝体4安装在燃烧室的入口处，钝体截面为三角形或圆柱形，其表面可喷涂铂(Pt)等常见的催化剂。钝体4的宽度Wb与燃烧室7的宽度Wc之比为0.3至0.6之间，预热通道5和6均为L型，并分别布置在燃烧室7的上、下两侧，预热通道5和6的出口均与燃烧室7的入口连通。
燃料和空气(采用非预混燃烧方式时)、或者它们的预混合物(采用预混燃烧方式时)分别从入口1和2经预热通道5和6进入平板型微燃烧室7的入口，二者在入口处进行初步混合，然后在钝体4后方进一步进行充分混合(采用非预混燃烧方式时)，随即点火燃烧，高温尾气由燃烧室的尾气出口3排出，可以用来为微型热电装置或者微型热光伏系统提供热源，也可作为微型推进系统的高温燃气，通过后续的喷管来产生推力。
下面列举一个实施例：采用氢气和空气的预混燃烧方式，两个预热通道的宽度为0.5mm，燃烧室宽度为1.0mm，长度为10mm，钝体截面形状为边长0.5mm的等边三角形。固体材料采用耐高温的石英玻璃，热物性如下：密度、热容、导热系数和法向发射率分别为2650kg/m3、750J/(kgK)、1.05W/(m2K)和0.92。应用通用的CFD计算软件Fluent，并采用氢气与氧气反应的详细化学反应机理(包括19个可逆反应和13种组元)，对预混气当量比在0.4-1.0范围内进行了数值模拟，结果表明本发明的吹熄极限是单层平板燃烧器的2-4倍，如图3所示。同时，燃烧效率也比单层平板燃烧器的要高，如图4所示(当量比为0.5)。这些证明了本发明的燃烧器具有高效稳燃的优点。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种微小型燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括钝体（4）、第一、第二预热通道（5、6）以及燃烧室（7）；第一、第二预热通道（5、6）以及燃烧室（7）均为平板型；第一、第二预热通道（5、6）分别设有气体入口（1、2），燃烧室（7）设有尾气出口（3）；
钝体（4）安装在燃烧室（7）的入口处，钝体（4）的宽度Wb与燃烧室（7）的宽度Wc之比为0.3至0.6之间；第一、第二预热通道（5、6）均为L型，并分别布置在燃烧室（7）的上、下两侧，且均与燃烧室（7）的入口连通。
2.根据权利要求1所述的微小型燃烧器，其特征在于，钝体（4）的截面为三角形或圆柱形。
3.根据权利要求1或2所述的微小型燃烧器，其特征在于，钝体（4）的表面喷涂有催化剂。
CN2011100571466A 2011-03-09 2011-03-09 一种微小型燃烧器 Expired - Fee Related CN102183019B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100571466A CN102183019B (zh) 2011-03-09 2011-03-09 一种微小型燃烧器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100571466A CN102183019B (zh) 2011-03-09 2011-03-09 一种微小型燃烧器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102183019A CN102183019A (zh) 2011-09-14
CN102183019B true CN102183019B (zh) 2012-08-22

Family

ID=44569274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100571466A Expired - Fee Related CN102183019B (zh) 2011-03-09 2011-03-09 一种微小型燃烧器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102183019B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103090384B (zh) * 2013-01-16 2016-04-06 江苏大学 一种多孔介质回热型微尺度燃烧器
CN103148483B (zh) * 2013-02-27 2015-06-03 华中科技大学 一种分级混合的微小型扩散燃烧器
CN103712211B (zh) * 2013-12-18 2016-04-06 江苏大学 一种低热损失预混合的微催化燃烧室
CN103807856B (zh) * 2014-02-25 2016-02-03 重庆大学 一种具有透氢稳燃功能的v形缝隙式半球形钝体微燃烧器
CN104296139B (zh) * 2014-09-23 2017-10-10 江苏嘉和热系统股份有限公司 一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器
CN104848219A (zh) * 2015-05-05 2015-08-19 大连理工大学 一种超绝热的燃气燃烧系统
CN106895399B (zh) * 2017-04-25 2024-08-09 武建斌 一种醇基燃料锅炉内部用气化燃烧装置
CN110195862B (zh) * 2019-04-16 2020-05-19 华中科技大学 一种分离式预热的小型扩散燃烧器
CN110553259B (zh) * 2019-08-22 2020-09-18 华中科技大学 一种适用于热发电的微小型非预混燃烧器
CN111396871B (zh) * 2020-01-17 2021-03-26 华中科技大学 一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器
US11598520B2 (en) * 2020-05-27 2023-03-07 Air Products And Chemicals, Inc. Oxy-fuel burner for glass forehearths
CN111765457B (zh) * 2020-06-28 2023-04-18 江苏科技大学 一种利用余热的组合式微型燃烧器
CN113533620B (zh) * 2021-07-06 2023-09-05 中国科学院广州能源研究所 自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法
CN115388425B (zh) * 2022-07-28 2024-07-23 中国科学院理化技术研究所 用于斯特林发动机的燃烧器结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6177628B1 (en) * 1998-12-21 2001-01-23 Jx Crystals, Inc. Antireflection coated refractory metal matched emitters for use in thermophotovoltaic generators
CN2659022Y (zh) * 2003-11-18 2004-11-24 江苏大学 微热光电装置
CN201141598Y (zh) * 2007-12-13 2008-10-29 中国科学院广州能源研究所 一种微型燃烧器
CN101539293A (zh) * 2009-04-28 2009-09-23 江苏大学 一种带有预热通道的微平行板燃烧器
CN202056882U (zh) * 2011-03-09 2011-11-30 华中科技大学 一种微小型燃烧器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6177628B1 (en) * 1998-12-21 2001-01-23 Jx Crystals, Inc. Antireflection coated refractory metal matched emitters for use in thermophotovoltaic generators
CN2659022Y (zh) * 2003-11-18 2004-11-24 江苏大学 微热光电装置
CN201141598Y (zh) * 2007-12-13 2008-10-29 中国科学院广州能源研究所 一种微型燃烧器
CN101539293A (zh) * 2009-04-28 2009-09-23 江苏大学 一种带有预热通道的微平行板燃烧器
CN202056882U (zh) * 2011-03-09 2011-11-30 华中科技大学 一种微小型燃烧器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102183019A (zh) 2011-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102183019B (zh) 一种微小型燃烧器
CN202056882U (zh) 一种微小型燃烧器
Jiaqiang et al. A comprehensive review on performance improvement of micro energy mechanical system: Heat transfer, micro combustion and energy conversion
Peng et al. Experimental and numerical investigation of a micro-thermophotovoltaic system with different backward-facing steps and wall thicknesses
Peng et al. Combustion characteristics and thermal performance of premixed hydrogen-air in a two-rearward-step micro tube
Su et al. Numerical study on a multiple-channel micro combustor for a micro-thermophotovoltaic system
Jiaqiang et al. Numerical investigation on the combustion characteristics of non-premixed hydrogen-air in a novel micro-combustor
He et al. Combustion characteristics and thermal enhancement of premixed hydrogen/air in micro combustor with pin fin arrays
Yang et al. Parametric analysis on the combustion and thermal performance of a swirl micro-combustor for micro thermophotovoltaic system
Xie et al. Effect of pins and exit-step on thermal performance and energy efficiency of hydrogen-fueled combustion for micro-thermophotovoltaic
He et al. Parametric study of inserting internal spiral fins on the micro combustor performance for thermophotovoltaic systems
CN103090384B (zh) 一种多孔介质回热型微尺度燃烧器
CN110195862A (zh) 一种分离式预热的小型扩散燃烧器
Yan et al. Numerical study on premixed hydrogen/air combustion characteristics and heat transfer enhancement of micro-combustor embedded with pin fins
Xiao et al. Numerical simulation and emission analysis of ammonia/oxygen premixed combustion process in micro-combustor with baffle
CN104595899B (zh) 一种使用泡沫金属作催化剂结构基体的微小型催化燃烧器
CN102135272A (zh) 一种微小型扩散燃烧器
CN103148483B (zh) 一种分级混合的微小型扩散燃烧器
Tan et al. Effect of different technologies on performance enhancement of the micro-combustor for the micro thermophotovoltaic application: a review
CN105827152A (zh) 基于多孔介质稳燃的微燃烧温差发电器
Kang et al. A review of micro power system and micro combustion: present situation, techniques and prospects
CN101860280B (zh) 微小型燃烧式半导体温差发电机
CN205754068U (zh) 一种基于多孔介质稳燃的微燃烧温差发电器
CN202056874U (zh) 一种微小型扩散燃烧器
CN107726302A (zh) 一种气体预热强化火焰稳定性的微燃烧器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120822

Termination date: 20140309