CN102721056A - 一种微脉动燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微脉动燃烧器，其由微燃烧器、燃气进口管、铂金属纤维网及高压电极点火器组成，微燃烧器为耐高温空心圆管，其下端为气体进口，其上端部为气体出口，微燃烧器内径为10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，长度为20-30厘米，微燃烧器长径比为20-30,铂金属纤维网固定在微燃烧器内下端四分之一处，高压电极点火器设置在微燃烧器内铂金属纤维网上部1-2毫米处，燃气进口管设置在微燃烧器下端的气体进口端内部，燃气进口管前端制有燃气溢出孔。本发明微脉动燃烧器燃烧位置稳定、燃烧充分、脉动燃烧可靠、燃烧速度快、时间短、强度高、热量损失少、热效率高等优点，具有应用于微能源系统的应用前景。

Description

一种微脉动燃烧器

技术领域

本发明属于微动力机电系统领域，特别涉及一种微脉动燃烧器。

背景技术

近几十年来，微型装置及其系统如传感器、微尺度飞行器、微型医疗器械、微泵、微型马达等在国防、科研、医疗和工业等领域应用广泛。上述装置、系统和产品均要求能量供应系统为具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长等特点的微能源系统。基于燃烧的微动力/发电系统具有能量密度高、体积小、再次添加燃料方便和不会污染环境等优点，被认为是解决上述问题的一种很有前途的方法,备受世界各国重视。目前国内外开发的微动力／发电系统特征尺寸从几毫米到几十毫米，输出功率范围为毫瓦到百瓦的量级。

微燃烧器是微能源系统的核心部件，但微燃烧器设计和开发是一项困难的挑战。由于微燃烧器本身有效燃烧空间非常小，组织稳定燃烧时面临燃料混合困难和燃料停留时间短等问题，同时微燃烧器表面积/体积比成数十倍的增大使得热损失显著增加，因此，微燃烧器容易出现燃烧不稳定、可燃范围变窄、燃烧效率和热效率低等问题。在微尺度下实现燃料稳定燃烧主要方法可概括为：（1）提高反应气体温度，利用燃烧尾气预热空气、燃气，如目前国内外已开发出的三层硅基微燃烧器、六层硅片微燃烧器、三维的瑞士卷式燃烧器等各种微燃烧器。中国专利文献CN201407654Y提出了一种新型燃气透平燃烧器，其燃烧室处在进气通道腔的包围中，并且燃烧室部分壁面为多孔壁面。该微燃烧器也采用燃气预热方式。（2）催化燃烧。美国专利文献US6786716描述了一种微燃烧器，其含有一个微加热板，板面上有一层催化剂。当预混燃料经过微加热板时，发生催化燃烧。催化剂可降低燃料着火温度，提高燃气可燃范围，并增加燃烧效率。

目前，国内外开发的微燃烧器大部分是基于燃料连续燃烧方式。由于连续燃烧方式本身的缺陷，即使采取燃气预热、催化燃烧等改进措施，微燃烧器燃烧效率提高仍然有限。

脉动燃烧是也叫振荡燃烧，是一种介于连续燃烧和爆炸燃烧之间的一种燃烧方式。在一定的燃烧器结构形式下（主要是燃烧室形状、容积、尾管长/径比等几何参数），燃烧室可出现自激振荡的燃烧现象。这种振荡燃烧的过程可视为对燃烧室内气流的脉动加热过程，如该过程与室内的压力波动之间满足一定的关系（瑞利准则），则该振荡被激励和加强，从而形成稳定的脉动燃烧过程。与连续燃烧过程相比，其燃烧时间可降至十分之一，燃烧强度可提高10倍以上、热传递效率可提高2-5倍、热效率提高近40%、污染物排放减少约三分之一。另外，脉动燃烧器具有结构简单、无运动部件、加工装配方便等优点。

由以上对比可以看出，脉动燃烧应用于微燃烧器设计，具有先天性的优势：燃烧时间短可有助于解决燃料在微燃烧器停留时间短问题；燃烧强度大有助于解决微燃烧器热损失大问题。经检索，还没有将脉动燃烧应用于微燃烧器的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种燃烧速度快、燃烧强度高、热效率高、热损失少的基于燃料脉动燃烧的微脉动燃烧器。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种微脉动燃烧器，其特征在于：由微燃烧器、燃气进口管、铂金属纤维网及高压电极点火器组成，微燃烧器为耐高温空心圆管，其下端为气体进口，其上端部为气体出口，微燃烧器内径为10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，长度为20-30厘米，微燃烧器长径比为20-30,铂金属纤维网固定在微燃烧器内下端四分之一处，高压电极点火器设置在微燃烧器内铂金属纤维网上部1-2毫米处，燃气进口管设置在微燃烧器下端的气体进口端内部，燃气进口管前端制有燃气溢出孔。

而且，所述的铂金属纤维网由铂金属丝编织或烧结而成。

而且，所述的微燃烧器为由不锈钢、石英或陶瓷材料制成的空心圆管。

而且，所述的燃气进口管为后端开口、前端封闭的空心细直管，在燃气进口管前端制有多个燃气溢出孔。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明微脉动燃烧器，采用瑞克型脉动燃烧器结构设计，应用于微燃烧器，可形成脉动燃烧，燃烧速度快、时间短、强度高、热量损失少、热效率高，同时具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长的优点。

2.本发明微脉动燃烧器设置有铂金属纤维网，能使气体燃烧位置稳定、燃烧充分、脉动燃烧可靠，铂金属纤维网可用作火焰稳定器，使气体燃烧稳定在燃烧器的1L/4处，从而激起脉动燃烧；铂金属纤维网还用作催化剂，铂丝可对气体燃烧起催化作用，降低反应活化能，促进气体在微燃烧器充分燃烧。

3.本发明微脉动燃烧器具有结构设计科学合理、燃烧位置稳定、燃烧充分、脉动燃烧可靠、燃烧速度快、时间短、强度高、热量损失少、热效率高等优点，具有应用于微能源系统的应用前景，是一种具有较高创新性的微脉动燃烧器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的燃气进口管结构示意图。

1-气体出口、2-微燃烧器、3-铂金属纤维网、4-高压电极点火器、5-燃气进口管、6-气体进口、7-燃气溢出孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种微脉动燃烧器，其特征在于：由微燃烧器2、燃气进口管5、铂金属纤维网3及高压电极点火器4组成，微燃烧器为耐高温空心圆管，微燃烧器为由不锈钢、石英或陶瓷材料制成的空心圆管。其下端为气体进口6，其上端部为气体出口1。使用时采用垂直放置方式。微燃烧器内径为10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，长度为20-30厘米，微燃烧器长径比为20-30。微燃烧器管优选尺寸为内径为12毫米，壁厚1.8毫米，整长为25厘米。铂金属纤维网固定在微燃烧器内下端四分之一处，铂金属纤维网由铂金属丝编织或烧结而成。高压电极点火器设置在微燃烧器内铂金属纤维网上部1-2毫米处，燃气进口管设置在微燃烧器下端的气体进口端内部，燃气进口管前端制有燃气溢出孔。燃气进口管为后端开口，前端封闭的空心细直管，前端制有燃气溢出孔7。

燃气采用氢气。氢气具有热值高、反应时间短和火焰传播速度高、扩散速率高等优点，同时氢气燃烧的产物为零污染的水蒸气，对环境无害。试验结果铂金属纤维网燃烧室温度为800-1000度，声学脉动频率为700赫兹左右。

本发明微脉动燃烧器的工作原理为：

本发明微脉动燃烧器工作时，燃气由燃气进口管末端小孔溢出，与同由气体进口进入的氧气混合，形成混合气体。当上升的混合气体经过铂金属纤维网时被高压电极点火器点燃并产生瑞克管效应形成稳定脉动式燃烧，脉动燃烧产生高温、高速、振荡的尾气流，尾气流通过微燃烧器上端气体出口离开微燃烧器。

本微脉动燃烧器根据瑞克（Rijke)管效应设计，即在一段内径为D,长径比为L/D为15-30的空心圆管的1L/4处布置燃烧室，使得管内激发起这根管子的基波振型的声学振动，反过来，声学振动强化了燃烧室内燃料的燃烧过程，这种由燃烧加热而驱动声学振动的效应称为瑞克管效应。依据瑞克管效应设计的脉动燃烧器称为瑞克型脉动燃烧器，本发明即采用瑞克型脉动燃烧器结构设计。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种微脉动燃烧器，其特征在于：由微燃烧器、燃气进口管、铂金属纤维网及高压电极点火器组成，微燃烧器为耐高温空心圆管，其下端为气体进口，其上端部为气体出口，微燃烧器内径为10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，长度为20-30厘米，微燃烧器长径比为20-30,铂金属纤维网固定在微燃烧器内下端四分之一处，高压电极点火器设置在微燃烧器内铂金属纤维网上部1-2毫米处，燃气进口管设置在微燃烧器下端的气体进口端内部，燃气进口管前端制有燃气溢出孔。

2.根据权利要求1所述的微脉动燃烧器，其特征在于：所述的铂金属纤维网由铂金属丝编织或烧结而成。

3.根据权利要求1所述的微脉动燃烧器，其特征在于：所述的微燃烧器为由不锈钢、石英或陶瓷材料制成的空心圆管。

4.根据权利要求1所述的微脉动燃烧器，其特征在于：所述的燃气进口管为后端开口、前端封闭的空心细直管，在燃气进口管前端制有多个燃气溢出孔。

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