CN103712211A - 一种低热损失预混合的微催化燃烧室 - Google Patents

一种低热损失预混合的微催化燃烧室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微动力系统，特指一种低热损失预混合的微催化燃烧室。本发明将一导热性能良好的隔板置于微燃烧室内，将燃烧室分为预热区和燃烧区，隔板由薄铜片和铂催化剂以及多孔铜片粘结而成；这样一来混合气体在点燃之前已经预热了，减少了向外界的散热损失，同时也提高了火焰的稳定性和壁面的平均温度。

Description

一种低热损失预混合的微催化燃烧室
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对燃烧室结构进行的创新设计，以提高平板式微热光电系统的总体性能；将一导热性能良好的隔板置于微燃烧室内，将燃烧室分为预热区和燃烧区，隔板由薄铜片和铂催化剂以及多孔铜片粘结而成；这样一来混合气体在点燃之前已经预热了，减少了向外界的散热损失，同时也提高了火焰的稳定性和壁面的平均温度。
背景技术
微动力系统（Power MEMS）是近年来发展起来的微型机电系统（MEMS）一个新的研究领域；微动力系统使用氢气或碳氢化合物作燃料，特点是在不到1cm3的体积内能输出1-20w的功率；氢气和碳氢化合物的能量密度是传统电池的100倍以上，因此采用氢气和碳氢化合物作燃料的微动力系统比起传统电池有巨大的优势；国外出现了几种不同概念的微动力系统；如微型燃气轮机燃气轮机、微推进系统等；然而，由于尺寸微型化，高速运动件的存在，这些装置仍存在不少问题，如热损失、摩擦、密封、加工、装配等等。
在微尺度条件下，预混合气在燃烧室内部的驻留时间显著减少，完全反应的难度增加；另一方面，由于表面积的增加使散热损失增加，预混合气在燃烧室内更容易熄火，燃烧不稳定性增加，如何实现高效稳定燃烧要求便成了有待解决的问题；目前主要利用热循环或者稳流装置的设计来实现稳定燃烧，如“瑞士卷”型微小燃烧器，微小钝体燃烧器等，然而这些燃烧器结构复杂不易加工。
发明内容
本发明目的是为微热光电系统提高总体性能；在平板式燃烧室内放置一隔板，将燃烧器分为两部分即预热区和燃烧区、隔板由三块铜片和三块铂片（催化剂）和两块多孔铜片而成，其中铂片粘在铜片背面（铂片靠近燃烧区侧），然后与多孔铜片间隔排列，多孔铜片不与燃烧室壁面接触，多孔铜片的厚度等于铜片与铂片厚度之和，铜片与铂片长度和宽度相等；其中预热区与燃烧区宽度比在1：3到1:10之间，预热区与隔板宽度比在1：1到1:4之间，铂片与铜片厚度比在1：10到1:40之间；这样一来，混合气通过进气口先进入预热区，然后通过多孔介质进入燃烧区点燃，然后在铂片表面进行催化燃烧；这样，减少了壁面的对流热损失，同时提高了火焰的稳定性，延长了气体的停留时间。
本发明的基本结构和工作原理如附图1所示：所设计的燃烧室主要由三部分组装而成，左右侧开口的直通道燃烧器外壁以及含多孔铜片和铂片及铜片的隔板；整个燃烧器外观上呈长方体结构，隔板将燃烧器内部一分为二，靠近进气口侧为混合气预热区，靠近排气口侧为燃烧区；工作时，燃料和氧化剂混合气通过进气口进入预热区，然后通过多孔铜片进入燃烧区，在燃烧区内进行催化燃烧，生成的燃烧产物再通过排气口排至装置外。
本发明的技术优点在于：
1、  本发明设计了预热区，混合气通过入口进入燃烧器，撞击到铜片后向两侧扩散，燃烧区内燃烧产物的热量通过铜片传递给混合气，对其进行预热，预热后的高温气体通过多孔铜片再预热进入燃烧区；这样一来既减少了壁面的对流热损失，通过向预热区传递热量，燃烧前混合气温度升高，进入燃烧区燃烧后使壁面的平均温度升高，其壁面温度的升高会提升辐射能量，对于提高电池的光电转化效率是有帮助的。
2、  混合气在进入燃烧区燃烧前要通过多孔铜片，这样就延缓了进气速度，延长了气体的驻留时间，保证了充分燃烧，同时也提高了火焰的稳定性。
3、  该燃烧器与普通平板式燃烧器相比，仅添加了一个隔板，在结构上简单，易于加工和装卸；当催化剂失效时，仅需要更换铂片然后再粘结在一起，隔板可以重复使用。
附图说明
附图1为低热损失的微催化燃烧室整体效果图，1为进气口，2为出气口，3为燃烧器外壁，4为预热区，5为隔板，6为燃烧区。
附图2为燃烧器剖面图，1为进气口，2为排气口，3为燃烧器外壁，4为预热区，11为铜片，12为多孔铜片，13为铂片，6为燃烧区。
具体实施方式
如图1，燃烧室内部尺寸为10mm×10mm×1mm，外壁3厚0.2mm，微燃烧器由多晶氧化铝材料制作，隔板前端距进气口1mm，隔板将燃烧器一分为二，靠近进气口侧为预热区4，靠近排气口侧为燃烧区6，排气口1和进气口2直径均为0.5mm；如图2，隔板5由3块2.4mm×2mm×1mm的铜片11以3块0.1mm×2mm× 1mm的铂片13和2块2.5mm×2mm×1mm的多孔铜片12组成，其中铂片13粘在铜片11背面（铂片靠近燃烧区侧），然后与多孔铜片12间隔排列，其中多孔铜片12不与燃烧室壁面接触，多孔铜片12的厚度等于铜片11与铂片13厚度之和，铜片11与铂片13长度和宽度相等，它们之间按附图2所示排列，三者用耐高温胶(市售)粘结在一起，其中多孔铜片12是由直径小于0.2mm的铜粉烧结而成。
碳氢燃料/氧气预混气由进气口进入预热区进行进一步混合和预热，然后通过多孔铜片扩散至燃烧区，在铂片上进行催化燃烧。
本燃烧器与常规微催化燃烧器相比，减小了壁面的对流热损失，延长了气体停留时间，保证了充分燃烧；通过预热，进入燃烧区燃烧后使壁面的平均温度升高，其壁面温度的升高会提升辐射能量，对于提高电池的光电转化效率是有帮助的。

Claims (5)

1.一种低热损失预混合的微催化燃烧室，其特征在于：在平板式燃烧室内放置一隔板，将燃烧器分为两部分即预热区和燃烧区、隔板由三块铜片和三块铂片和两块多孔铜片粘结而成，其中铂片粘在铜片背面，靠近燃烧区，然后与多孔铜片间隔排列，多孔铜片不与燃烧室壁面接触。
2.如权利要求1所述的一种低热损失预混合的微催化燃烧室，其特征在于：所述多孔铜片的厚度等于铜片与铂片厚度之和，铜片与铂片的长度和宽度相等。
3.如权利要求1所述的一种低热损失预混合的微催化燃烧室，其特征在于：预热区与燃烧区宽度比在1：3到1:10之间，预热区与隔板宽度比在1：1到1:4之间，铂片与铜片厚度比在1：10到1:40之间。
4.如权利要求1所述的一种低热损失预混合的微催化燃烧室，其特征在于：所述燃烧室两侧外壁开有进气口、出气口；进气口靠近预热区；出气口靠近燃烧区。
5.如权利要求1所述的一种低热损失预混合的微催化燃烧室，其特征在于：燃烧器外壁由多晶氧化铝制作，多孔铜片由铜粉烧结而成，铜片、多孔铜片及铂片三者之间用耐高温胶粘结在一起。
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