CN103807856B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开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，包括外球体、内球体和钝体；沿外球体的中部圆周方向上设置至少一组进气通道，每组进气通道由燃气进气口、空气进气口和氢气进气口组成；外球体和内球体的底部设置一出气通道；内球体由球缺和圆形多孔面板组成，球缺是由透氢材料制成，圆形多孔面板上设有多个圆孔；钝体为空心半球体并设置在内球体内的上部，钝体的顶部设置一V形缝隙。该微燃烧器能够使微小流量气体快速高效发生催化燃烧反应，而钝体的存在，使预混气体在钝体后方形成回流区，利用钝体后回流区域的低速、高温的特点，点燃临近燃料达到稳燃目的，同时能够大大提高燃料的吹熄极限，提高燃烧效率。

Description

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

技术领域

本发明涉及一种适用于气体催化燃烧的微尺度反应器，尤其涉及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。

背景技术

随着高新技术的发展，微型机电系统的应用得到越来越多科学工作者的重视。微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定等优点。微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，推动了微观尺度制造技术的演进与革命。微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。微机电系统的发展迫切需要体积小、质量轻、能量和功率密度高的能源供给系统，而基于微尺度燃烧的微动力能源系统具有较高的能量密度，是满足微机电系统发展的重要技术手段。但现阶段，微尺度燃烧器由于尺寸较小导致散热严重、气体停留时间短、不易点燃、燃烧不稳定等缺点，从而导致反应不能充分发生，燃烧效率太低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种与气源连接方便、易于加工、散热损失较小并且能够使微小流量气体快速高效发生催化燃烧反应的具有透氢稳燃功能的V形缝隙式半球形钝体微燃烧器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

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，包括由外球体、内球体和钝体组成的密封腔体；沿外球体的中部圆周方向上设置至少一组进气通道，每组进气通道由燃气进气口、空气进气口和氢气进气口组成；所述外球体和内球体的底部设置一出气通道，该出气通道作为燃烧器的出气口；所述内球体由球缺和圆形多孔面板组成，球缺是由透氢材料制成；所述圆形多孔面板上设有多个圆孔，圆孔的直径从圆形多孔面板的四周向中间逐渐增大；所述钝体为空心半球体并设置在内球体内的上部，所述钝体的敞口端向下，钝体的顶部设置一V形缝隙，所述V形缝隙的宽度由内向外依次增大，V形缝隙与圆形多孔面板对应。

作为本发明的一种优选方案，沿外球体的中部圆周方向上设置两组进气通道，两组进气通道中的燃气进气口相对于外球体对称设置，两组进气通道中的空气进气口相对于外球体对称设置，两组进气通道中的氢气进气口相对于外球体对称设置。

作为本发明的另一种优选方案，所述燃气进气口、空气进气口和氢气进气口沿外球体的圆周切向方向布置。

作为本发明的又一种优选方案，所述球缺的内壁和钝体的外壁均涂覆有催化剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、用外球体和内球体之间的空隙组合成气流预混通道，可以避免燃烧室的高温壁面与环境直接接触，减小热量损失，同时内球体的高温壁面可以预热预混气体，提高预混气体初始温度，有效减小气体点火难度。

2、进气口沿外球体圆周切向方向布置，燃气、空气和氢气沿外球体的切向方向进入气流通道，可以形成旋转气流，增加预混效果，延长气体运动路径。

3、圆形多孔面板的孔径从四周向中间逐渐增大，可以减小燃烧室内气体分布的不均匀性。

4、内球体的内壁以及半球形钝体的外壁均涂覆催化剂，提高气体燃烧稳定性和燃烧效率。

5、球缺采用透氢材料制成，可以使预混气体中的氢气均匀渗透进入燃烧室，氢气的添加可以有效降低点火难度，提高燃烧稳定性和燃烧效率。

6、V形缝隙式半球形钝体的存在增大了钝体的迎流面积，可以使气体在钝体后方形成高温回流区，通过已燃气体卷吸未燃气体形成持续点火，增加气体稳燃极限，提高燃烧稳定性和燃烧效率。

附图说明

图1为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的主视图；

图2为图1沿A—A方向的剖面视图；

图3为钝体的俯视图。

附图中：1—外球体；2—内球体；3—球缺；4—圆形多孔面板；5—钝体；61—燃气进气口；62—空气进气口；63—氢气进气口；7—出气口；8—V形缝隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、2所示，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，包括由外球体1、内球体2和钝体5组成的密封腔体。沿外球体1的中部圆周方向上设置至少一组进气通道，每组进气通道由燃气进气口61、空气进气口62和氢气进气口63组成。本实施例中，沿外球体1的中部圆周方向上设置两组进气通道，两组进气通道中的燃气进气口61相对于外球体1对称设置，两组进气通道中的空气进气口62相对于外球体1对称设置，两组进气通道中的氢气进气口63相对于外球体1对称设置；即外球体1的圆周方向上布置有六个进气通道，六个进气通道分别交叉作为燃烧器的燃气进气口61、空气进气口62和氢气进气口63。外球体1和内球体2的底部设置一出气通道，该出气通道作为燃烧器的出气口7。内球体2由球缺3和圆形多孔面板4组成，球缺3是由透氢材料（如在工业上得到大量应用的钯合金）制成，此种材料可以使氢气渗透进入燃烧室，降低燃烧着火难度，提高燃烧稳定性和燃烧效率。圆形多孔面板4上设有多个尺寸不同的圆孔，圆孔的直径从圆形多孔面板4的四周向中间逐渐增大，孔径的变化可以有效调节燃烧室内不同部位气体密度的不均匀，减小了由于气体流速不均对燃烧所带来的不良影响。钝体5为空心半球体并设置在内球体2内的上部，钝体5的敞口端向下，钝体5的顶部设置一V形缝隙8，V形缝隙8的宽度由内向外依次增大，如图3所示，V形缝隙8与圆形多孔面板4对应，钝体5上的V形缝隙8可以让部分未燃气体直接进入钝体回流区，与回流区内已燃气体混合，提高燃烧稳定性。球缺3的内壁和钝体5的外壁均涂覆有催化剂，提高气体燃烧稳定性和燃烧效率。

燃气进气口61、空气进气口62和氢气进气口63沿外球体1的圆周切向方向布置。燃气、空气和氢气沿外球体的切向方向进入气流通道，可以形成旋转气流，增加预混效果，延长气体运动路径。

将外球体1和内球体2之间的间隙作为气流通道，进气口沿切线方向布置可使预混气体形成旋转气流，增加气体预混效果，并且可以利用内球体2的高温壁面预热气体，减小燃烧器散热损失，提高预混气体温度，减小燃烧点火的难度；而透氢材料制成的内球体壁面，可以使氢气渗透进入燃烧室内，从而减小点火难度，增加燃烧的稳定性，提高燃烧效率；而V形缝隙式半球形钝体的存在，增大了钝体5的迎流面积，使预混气体在钝体后方形成回流区，利用钝体后回流区域的低速、高温的特点来形成所谓的“值班火焰”，点燃临近燃料达到稳燃目的，与此同时，V形缝隙的存在可以使部分未燃气体直接进入钝体后方回流区，避免钝体后方出现未燃气体不足的现象，此种设计能够大大提高燃料的吹熄极限，通过已燃气体卷吸未燃气体形成持续点火，增加气体稳燃极限，提高燃烧稳定性和燃烧效率。

使用该微燃烧器时，首先将外球体1的燃气进气口61、空气进气口62和氢气进气口63分别与对应气源连接，气体在气流通道内形成旋转预混气流，同时可以通过内球体2的高温壁面吸收热量，有效提高燃烧气体的初始温度，然后预热之后的混合气体通过圆形多孔面板4进入燃烧室，部分氢气通过球缺3的壁面渗透进入燃烧室，在钝体5、氢气和催化剂的作用下，发生催化燃烧反应，燃烧反应产生的气体从出气口7排出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种具有透氢稳燃功能的V形缝隙式半球形钝体微燃烧器，其特征在于：包括由外球体（1）、内球体（2）和钝体（5）组成的密封腔体；沿外球体（1）的中部圆周方向上设置至少一组进气通道，每组进气通道由燃气进气口（61）、空气进气口（62）和氢气进气口（63）组成；所述外球体（1）和内球体（2）的底部设置一出气通道，该出气通道作为燃烧器的出气口（7）；所述内球体（2）由球缺（3）和圆形多孔面板（4）组成，球缺（3）是由透氢材料制成；所述圆形多孔面板（4）上设有多个圆孔，圆孔的直径从圆形多孔面板（4）的四周向中间逐渐增大；所述钝体（5）为空心半球体并设置在内球体（2）内的上部，所述钝体（5）的敞口端向下，钝体（5）的顶部设置一V形缝隙（8），所述V形缝隙（8）的宽度由内向外依次增大，V形缝隙（8）与圆形多孔面板（4）对应。

2.根据权利要求1所述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，其特征在于：沿外球体（1）的中部圆周方向上设置两组进气通道，两组进气通道中的燃气进气口（61）相对于外球体（1）的球心旋转对称设置，两组进气通道中的空气进气口（62）相对于外球体（1）的球心旋转对称设置，两组进气通道中的氢气进气口（63）相对于外球体（1）的球心旋转对称设置。

3.根据权利要求1或2所述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，其特征在于：所述燃气进气口（61）、空气进气口（62）和氢气进气口（63）沿外球体（1）的圆周切向方向布置。

4.根据权利要求3所述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，其特征在于：所述球缺（3）的内壁和钝体（5）的外壁均涂覆有催化剂。