CN102679351B

CN102679351B - 一种催化微燃烧器的制作方法

Info

Publication number: CN102679351B
Application number: CN201210160844.3A
Authority: CN
Inventors: 潘剑锋; 范宝伟; 吴庆瑞; 唐爱坤
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN102679351A

Abstract

本发明公开一种催化微燃烧器的制作方法，将甘蔗渣粉末、石墨、硅粉和三氧化二铝按质量比为5：1：4：1混合，将混合物在1500度的温度下热压成固状方片，将固状方片在Ar气保护下烧结成多孔碳化硅辐射材料；用若干个条状的封口膜间隔均匀地包裹多孔碳化硅辐射材料的上、下表面，浸渍在1g/L的六氯铂酸丙酮溶液中，在未包裹封口膜处的多孔碳化硅辐射材料的上、下表面处负载若干个间隔均匀的条状的铂催化剂，取出干燥得到辐射器；将辐射器填充在平板燃烧室的正中间，使辐射器将平板燃烧室分成上下两个隔绝的燃烧腔，且使铂催化剂沿平板燃烧室的前、后方向上布置；能降低对燃烧室外壁面材料的选择，有效改善燃烧的稳定性。

Description

一种催化微燃烧器的制作方法

技术领域

本发明属于微动力机电系统技术领域，具体涉及微热光电装置，是基于微尺度预混合燃烧技术和催化燃烧技术的微燃烧器结构的制作方法。

背景技术

微动力机电系统是直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，然后依靠各种能量转换方式提供动力或产生电能。由于碳氢燃料的能量密度（120MJ/Kg）大约是锂电池(1.2MJ/Kg)的100倍，由此提出了以燃烧为基础的微动力系统，即直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，然后依靠各种能量转换方式提供动力或产生电能。如：微燃气轮机、微型往复式电力发生器和微型转子发动机等。但这些非直接能量转换的微型动力装置基本上都是将常规动力机械按比例缩小所得，由于高速运动部件的存在及机械传动的原因，在微观领域，这些装置在热损失、摩擦、密封、加工以及装配等方面比常规装置出现的故障要多。

为了避免上述故障，采用基于微热光电技术的微燃烧动力系统，即微热光电系统，将燃料和氧化剂经微型混合器混合后,进入微平行板燃烧室中燃烧，当壁面被加热到一定高温时,就会放出光子，当光子撞击光电池时,会激发出自由电子，从而产生电能。相对于前述的几种微型动力装置，具有无运动部件，易操作的优点。其中，燃烧器是微热光电系统中最为重要的组成部分之一，决定内部燃烧的稳定性和外壁面温度的分布情况。选用燃烧器时，为了有较高的辐射率，而制约了燃烧室材料的选择，此外，微尺度平行板燃烧室由于体积小，表面积体积比很大，造成很大的热量损失而导致火焰无法正常传播，燃料不能像在正常情况下一样维持稳定的燃烧。

已有的燃烧室为了获得较高的辐射率，直接由耐高温的碳化硅辐射材料做成，碳化硅是一种耐高温性能良好且廉价的宽带宽黑体辐射材料，具体做法是：用相同形状的两块碳化硅平板，制作成平板燃烧室，垂直结合处用隔热胶进行密封。这时燃烧室就直接作为辐射器使用。已有的燃烧室直接利用碳化硅材料制作，虽然提高了燃烧室的辐射率，但是这种辐射材料在工作过程中容易损坏，造成燃烧室必须经常更换，大大减弱微热光电系统的效率并增加了成本。另外，由于要求辐射面温度很高才能保证系统整体的性能，所以高温的外壁影响系统的隔热，热量损失很大，火焰无法正常传播。

发明内容

本发明目的是为提高微热光电系统的总体性能而提出一种催化微燃烧器的制作方法，制作的催化微燃烧器的燃烧能够在微尺度下稳定进行，获得更高的辐射能。

本发明通过如下技术方案得以实现：将微燃烧器具有的平板燃烧室的整个前壁作为燃烧器进口，整个后壁作为燃烧器出口；将甘蔗渣粉末、石墨、硅粉和三氧化二铝按质量比为5：1：4：1 混合，将混合物在1500度的温度下热压成固状方片，将固状方片在Ar气保护下烧结成多孔碳化硅辐射材料；用若干个条状的封口膜间隔均匀地包裹多孔碳化硅辐射材料的上、下表面，浸渍在1g/L的六氯铂酸丙酮溶液中，在未包裹封口膜处的多孔碳化硅辐射材料的上、下表面处负载若干个间隔均匀的条状的铂催化剂，取出干燥得到辐射器；将辐射器填充在平板燃烧室的正中间，使辐射器将平板燃烧室分成上下两个隔绝的燃烧腔，且使条状的铂催化剂沿平板燃烧室的前、后方向上间隔均匀地布置。

本发明与现有技术相比，其有益效果有：

1、把辐射器置于燃烧室内部，使得制作燃烧室更加简易，降低了对燃烧室外壁面材料的选择，因为传统的燃烧室材料既要保证辐射率较高，又要保证耐高温，选择燃烧室材料受到了制约，成本较高。而采用这种把辐射器置于燃烧室中，即使烧坏也便于更换，外部燃烧室材料只要耐高温即可。另外，外壁面的温度将降低，也降低外壁面到光电池的隔热要求。

2、在燃烧室中心通过填充辐射器，负载催化剂后，有效地改善了燃烧的稳定性。传统使用的都是负载到燃烧室内壁面，导致易于脱落，对燃烧室内表面结构也有较大要求，而且催化剂一旦失活，整个燃烧室就需要更换，而采用本发明制作的燃烧室，易于更换，而且负载的非常牢固。

3、微热光电系统要求燃烧室有尽可能高的辐射效率，而已有燃烧室利用辐射材料做燃烧室，这就使得燃烧室的材料选择要求受到极大制约，本发明把燃烧室和辐射器分开单独制作，使得燃烧室材料的选择要求得到大大较低，只要是透明的耐高温材料即可。

4、微热光电系统要求成本低和效率高，而已有燃烧室由于利用辐射材料直接制作而成，又因耐高温的辐射材料成本高而且工作过程中比较容易损坏，就造成使用过程要经常的更换燃烧室，这会使微热光电系统的成本高而且效率低下。本发明全新设计了燃烧室和辐射器，辐射器材料利用合成的碳化硅材料，因为这种合成材料具有多孔性，更容易使催化剂牢固的附在上面。辐射器上均匀分布铂催化剂，燃烧室则使用耐高温的石英玻璃透明材料。当催化剂失活或辐射器损坏时，可以轻易的更换，而不需要更换燃烧室，这就极大的节省了成本，提高了效率。

附图说明

图1是催化微燃烧器的主剖视图；

图2是图1中的A-A剖视示意图；

图中：1.平板燃烧室；2.燃烧室上腔；3.辐射器；4.燃烧室下腔；5.铂催化剂；6.燃烧器进口；7.燃烧器出口。

具体实施方式

参见图1-2，本发明催化微燃烧器包括平板燃烧室1，平板燃烧室1的外壁用石英玻璃制作。平板燃烧室1的前、后壁上设有燃烧器进口6和燃烧器出口7，整个前壁都作为燃烧器进口6，整个后壁都作为燃烧器出口7，这样可增加进排气面积，使燃气分布更均匀，燃烧效率更高。

将甘蔗渣粉末、石墨、硅粉和三氧化二铝按照质量比为5：1：4：1混合成混合物，将混合物在1500度左右的温度下热压成固状方片，将压制成型的固状方片在Ar气保护下烧结制备得到多孔碳化硅辐射材料。

用若干个条状的封口膜（PARAFILM）间隔均匀地包裹多孔碳化硅辐射材料的上、下表面，包裹的地方不用涂催化剂，以避免这些地方负载铂催化剂5，这样只剩下间隔均匀分布的多条方片区域，这些区域就是需要负载铂催化剂5的地方，然后将整个多孔碳化硅辐射材料浸渍在1g/L的六氯铂酸丙酮溶液中，浸渍时间约六小时，此时，由于碳化硅辐射材料具有多孔性，铂催化剂5就会很容易负载在需要负载的地方，即在未包裹封口膜处的多孔碳化硅辐射材料的上、下表面处就负载若干个间隔均匀的条状的铂催化剂5，取出之后在70摄氏度下干燥得到辐射器3，即利用铂做催化剂，形成了带有催化剂的辐射器3。

将辐射器3填充在平板燃烧室1的正中间，使辐射器3将平板燃烧室1分成上、下两个隔绝的燃烧腔，即：燃烧室上腔2和燃烧室下腔4。填充时，要使若干个条状的铂催化剂5沿平板燃烧室1的前、后方向上间隔均匀地布置，即：铂催化剂5的条状走向是左、右走向。

本发明工作时，预混合燃气从燃烧器进口6进入平板燃烧室1后，分别进入燃烧室上腔2和燃烧室下腔4中，预混合燃气与辐射器3的上、下表面上的铂催化剂进行表面催化反应，提高燃烧效率，使燃烧更加稳定，并扩大了燃烧极限。燃烧的高温通过辐射器3从燃烧室表面辐射。

Claims

1.一种催化微燃烧器的制作方法，将微燃烧器具有的平板燃烧室的整个前壁作为燃烧器进口，整个后壁作为燃烧器出口，其特征是还采用如下步骤：

（1）将甘蔗渣粉末、石墨、硅粉和三氧化二铝按质量比为5：1：4：1 混合，将混合物在1500摄氏度的温度下热压成固状方片，将固状方片在Ar气保护下烧结成多孔碳化硅辐射材料，

（2）用若干个条状的封口膜间隔均匀地包裹多孔碳化硅辐射材料的上、下表面，浸渍在1g/L的六氯铂酸丙酮溶液中，在未包裹封口膜处的多孔碳化硅辐射材料的上、下表面处负载若干个间隔均匀的条状的铂催化剂，取出干燥得到辐射器；

（3）将辐射器填充在平板燃烧室的正中间，使辐射器将平板燃烧室分成上下两个隔绝的燃烧腔，且使条状的铂催化剂沿平板燃烧室的前、后方向上间隔均匀地布置。