CN103791497A - 一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，包括A管、B管、C管、D管和空气进口管，在A管内设置液体燃料喷管，在A管左侧壁设置对称的空气入口管，A管与B管之间设置环形电极，B管与C管之间设置液滴收集格栅，C管与D管之间设置燃烧格栅，点火器的点火针穿过D管的管壁，置于燃烧格栅的右方。本双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，根据微尺度条件下液体燃料燃烧的特性，将针形与环形电极相结合，并将液滴收集格栅与燃烧格栅分开设计，可促使液体燃料荷电雾化、蒸发气化及燃烧近似分阶段进行，实现微尺度条件下液体燃料的稳定与完全燃烧，并达到由简单的电场参数控制间接实现复杂的燃烧控制的目的，具有原理上的创新性。

Description

一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器

技术领域

本发明涉及微型液体燃料燃烧器，特别涉及一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器。

背景技术

微型燃烧器在微能源系统当中有重要的应用，利用氢气和碳氢化合物为燃料的微能源系统，能量密度约为传统化学电池的几十倍,可以克服化学电池存在的能量密度小（使用时间短）、体积和重量大、充电时间长等缺点；液体燃料的密度更大，相同体积内储量更大，利于持续燃烧，而且安全性更好，储存运输更方便，能量密度更高，因此，液体燃料的微型燃烧器具有巨大的应用潜力。

在微小尺度下，燃烧室特征尺寸已经接近或小于燃料的淬熄直径（或淬熄距离），从而使燃烧不稳定急剧增加。与常规尺度燃烧过程相比，微小尺度燃烧面临着许多挑战，比如散热损失大、气体混合物停留时间短、材料方面的限制和化学基元的壁面淬熄。

液体燃料的沸点通常低于着火温度，其燃烧过程可大致分为三步：1.蒸发；2.混合；3.燃烧。由于混合速度快，燃烧速度通常也较高，液体燃烧速度常常取决于最慢的蒸发速度。

液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应，只能在表面蒸发，并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧；液体燃料的燃烧不同于气体燃料的均相扩散燃烧，液体燃料在和空气混合前存在蒸发气化过程，液体燃料需要附加的时间和空间来蒸发和混合，在微尺度燃烧系统中，雷诺数一般很低，液体蒸发和混合的速率通常很慢。因此，在使用液体燃料的微型燃烧器内采用荷电喷雾燃烧技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器。荷电喷雾使液体燃料迅速雾化，加快其蒸发过程；独特的双格栅设计使得微小液滴进一步雾化并与空气更好地充分混合，从而实现液体燃料的稳定燃烧。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双格栅电喷雾微型液体燃烧器，包括A管、B管、C管、D管和点火器；在A管内设置液体燃料喷嘴，在A管左侧壁设计对称的空气入口管，A管与B管之间设有环形电极，B管与C管之间设置有液滴收集格栅，C管与D管之间设置燃烧格栅；点火器的点火针穿过D管的管壁，并置于燃烧格栅的右方。

所述液体燃料喷嘴与高压直流电源正极相连，所述环形电极与另一高压直流电源正极连接，所述液滴收集格栅接地。

所述液体燃料喷嘴由一根或数根毛细管构成。

所述液体燃料喷管、环形电极、液滴收集格栅和燃烧格栅由金属材料制成。

所述A管、B管、C管、D管通过螺栓连接。

所述A管、B管、C管、D管和空气入口管均采用陶瓷材料制成，如SiO₂、SiC、Si₃N₄或者Al₂O₃之类的陶瓷材料。

所述A管、B管、C管、D管和空气入口管的截面均为圆形截面。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

（1）本发明具有双格栅结构的荷电喷雾微型液体燃烧器，根据微尺度条件下液体燃料燃烧的特性，将针形与环形电极相结合，并将液滴收集格栅与燃烧格栅分开设置，可促使液体燃料荷电雾化、蒸发气化及燃烧近似分阶段进行，实现微尺度条件下液体燃料的稳定与完全燃烧，并达到由简单的电场参数控制间接实现复杂的燃烧控制的目的，具有原理上的创新性。

（2）本发明的液体燃料由微型注射泵控制流量从液体燃料喷嘴流出，空气从空气进口管进入，其流量的调整采用气体流量器控制进行，可准确地调节当量比，使燃料稳定燃烧。

（3）本发明设置有两个格栅，与只有一个格栅的燃烧器相比，除了壁湿区域，可实现液体燃料的蒸发雾化，并在右侧燃烧格栅区域以接近气体燃烧的方式稳定燃烧。左侧格栅作为液滴收集器，此时液滴粒径较大，收集格栅的网孔也较大，便于液滴通过和进一步雾化；右侧格栅作为气体稳燃器，燃烧格栅的网孔设计为线条流畅的正六边形或圆形，网孔也相应缩小，不仅使气体顺利排出，还可以延长气体在燃烧格栅上的停留时间，使燃烧更加充分；两个格栅之间的距离为3mm-6mm。两个格栅为液滴的雾化和混合提供了空间，避免了液滴与火焰的直接接触。

（4）本发明的点火器使点火操作更简单、便捷，在工程上的实用性更强。

（5）A管、B管、C管、D管和空气入口管均采用陶瓷材料，耐高温，进一步提高了火焰稳定性及燃烧效率。

（6）本发明技术具有质量轻、体积小，技术手段简便易行，可实现微小加工和工厂批量生产，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2为燃料及空气入口处截面结构示意图；

图3为液滴收集格栅处的局部结构示意图；

图4为燃烧格栅处的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体示例对本发明作进一步具体详细描述。

实施示例

如图1至图4所示。本发明双格栅荷电喷雾微型燃烧器，从左至右依次包括A管3、B管5、C管7和D管10；在A管3中设置液体燃料喷管2，在A管3左侧壁设置对称的空气入口管1，A管3与B管5之间设有环形电极4，B管5与C管7之间设置有液滴收集格栅6，C管7与D管10之间设置燃烧格栅8；点火器9的点火针穿过D管10的管壁，并置于燃烧格栅8的右方。

所述液体燃料喷嘴2与高压直流电源（直流电源电压为1-5kV）正极相连，所述环形电极4与另一高压直流电源（直流电源电压为1-5kV）正极相连，所述液滴收集格栅6接地。

所述液体燃料喷嘴2、环形电极4、液滴收集格栅6和燃烧格栅8由金属材料制成。

所述A管3、B管5、C管7、D管10均通过螺栓连接，环形电极4被固定在A管3和B管5之间，B管5和C管7之间设置液滴收集格栅6，燃烧格栅8被置于C管7和D管10中间，A管3、B管5、C管7、D管10之间的接触面可经粗糙处理，便于固定。

所述点火器9的点火针穿过D管10的管壁，置于燃烧格栅8的右方。

所述液体燃料喷嘴2可采用单根或多根不锈钢毛细管构成。毛细管的内径为0.3mm-1.0mm，外径为0.5mm-1.2mm。不锈钢的环形电极4内径为2.5mm-6.0mm。从喷嘴到环形电极左侧的轴向距离为1mm-3mm。格栅由多个小网格组成，也可采用不锈钢材料。

所述A管3、B管5、C管7、D管10和空气进口管1均采用陶瓷材料制成，如SiO₂、SiC、Si₃N₄、或者Al₂O₃。

所述A管3、B管5、C管7、D管10和空气进口管1的截面均为圆形截面。

所述A管3、B管5、C管7、D管10的内径为3mm-6mm，管壁厚0.5mm-1mm；空气进口管1的内径为0.5mm-5mm,管壁厚0.2mm-0.5mm；A管3长5mm-10mm，B管5长5mm-8mm，C管7长度为3mm-5mm，D管10长10mm-15mm。

工作时，由于液体燃料喷嘴2上的电压Vc的作用，液体在毛细管出口处形成锥状，在射流的端部由于外界扰动而破碎成小雾滴；环形电极4上的电压V_E和液滴收集格栅6之间形成电场，带电液滴从环形电极到收集格栅6并被其捕获，增加了液滴的停留时间，使雾化更充分；在液滴收集格栅6和燃烧格栅8之间的C管7内，雾滴与空气充分混合，在燃烧格栅右侧用点火器9将燃料点燃，燃烧格栅8作为稳燃器，实现燃料的高效稳定燃烧。

如上所述，便可较好地实现本发明。

上述实示例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，从左至右依次包括A管（3）、B管（5）、C管（7）和D管（10）；在A管（3）中设置液体燃料喷管（2），在A管（3）左侧壁设置对称的空气入口管（1），A管（3）与B管（5）之间设有环形电极（4），B管（5）与C管（7）之间设置有液滴收集格栅（6），C管（7）与D管（10）之间设置燃烧格栅（8）；点火器（9）的点火针穿过D管（10）的管壁，并置于燃烧格栅（8）的右方。

2.根据权利要求1所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，所述液体燃料喷嘴（2）与高压直流电源正极相连，所述环形电极（4）与另一高压直流电源正极连接，B管（5）与C管（7）之间的液滴收集格栅（6）接地。

3.根据权利要求2所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，液体燃料喷嘴（2）、环形电极（4）液滴收集格栅（6）和燃烧格栅（8）均由金属材料制成。

4.根据权利要求3所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，所述A管（3）、B管（5）、C管（7）和D管（10）通过螺栓连接。

5.根据权利要求3所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，所述A管（3）、B管（5）、C管（7）、D管（10）和空气入口管（1）均采用陶瓷材料制成。

6.根据权利要求5所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，所述陶瓷材料采用SiO₂、SiC、Si₃N₄或者Al₂O₃中的其中一种。

7.根据权利要求5所述的双格栅荷电喷雾微型液体燃烧器，其特征在是，所述A管（3）、B管（5）、C管（7）和D管（10）的截面均为圆形截面。

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