CN104748111A - 一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器及其燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器及其燃烧方法，包括燃烧器外筒、设置在燃烧器外筒内的点火器，燃烧器包括纵截面形状呈倒三角形的中空钝体、多孔介质盘和金属网格，多孔介质盘置于中空钝体的上方，金属网格置于多孔介质盘的上方；中空钝体的底部连接燃料通道。多孔介质盘保证燃料均匀分散，增大其表面积，加快蒸发速率。中空钝体的出口附近形成高温低速回流区，增加燃料停留时间，金属网格作为蓄热介质，兼具吸热与放热，可将火焰温度维持在一定的水平，相比于其他燃烧器，能使火焰稳定附着于金属网格之上，不会随工况的变化出现大幅度的摆动或者上下移动，大大提升了微尺度下液体碳氢燃烧的稳定性。

Description

一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及燃烧装置，尤其涉及一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器及其燃烧方法。
背景技术
20世纪末开始，微机电系统受到研究者的关注。微机电系统一般由传感器、执行器和微能源三大部分组成，其最显著的特点就是体积小，系统集成度高。随着研究的不断深入，微机电系统应用涉及众多领域，比如航空航天、信息通信、医疗、生物化学等。微能源作为微机电系统中重要的组成部分，为微机电系统提供运行所需的能量。目前为微机电系统提供能量的一般都是化学电池，然而传统的电池技术储能能力低，能量密度不高，导致整个系统过重，因而不能提供足够的续航能力。电池的另一缺点是需要充电且充电耗时较长，影响设备的连续工作和工作的稳定性，同时化学电池处理不当会对环境造成污染。液体碳氢燃料由于其热值高，在与传统化学电池占据相同体积的情况下可以获得更高的能量密度，大约比传统电池能量密度高出一到两个数量级，因而使用液体碳氢燃料为微机电系统功能有利于提高微机电系统的集成度。液体碳氢燃料充分燃烧后的产物是水和二氧化碳，大大降低了对环境造成的压力。
使用液体碳氢燃料为微机电系统供能，最为重要的部件就是能够使液体碳氢燃料稳定高效燃烧的微型燃烧器。微尺度燃烧与常规尺度燃烧有不同的特点，主要体现在以下两个方面：一、燃烧器表面积与体积比增大，相对于传统燃烧器要高两到三个数量级，表面积与体积比增大造成散热损失增加。二、尺寸减小造成停留时间短，燃料的完全燃烧更加困难，燃烧组织不好，会使大量燃料未燃尽直接随尾气排出，降低燃烧效率。基于以上两点，使得微尺度下燃烧难以持续高效稳定的进行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器及其燃烧方法，解决燃烧器在微尺度下，液体碳氢燃料难以持续稳定、充分燃烧的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，包括燃烧器外筒2、设置在燃烧器外筒2底部的燃烧器底板5、设置在燃烧器外筒2侧壁的点火器3、设置在燃烧器外筒2内的燃烧器；所述燃烧器包括纵截面形状呈倒三角形的中空钝体7、多孔介质盘8和金属网格9，所述多孔介质盘8置于中空钝体7的上方，金属网格9置于多孔介质盘8的上方；所述中空钝体7的底部连接燃料通道4，燃料通道4贯穿燃烧器底板5连接外部液体燃料。
所述中空钝体7顶部的直径占燃烧器外筒2内径的宽度的0.3～0.6；所述金属网格9的直径为多孔介质盘8直径的0.5～0.8倍。
所述燃烧器底板5上开设有气体入口6，燃烧器外筒2上端为尾气排出口1。
所述中空钝体7的横截面形状呈圆形，所述多孔介质盘8为圆形。
所述金属网格9与多孔介质盘8之间具有间隙，间隙尺寸为1mm～3mm。
所述燃烧器外筒2由碳化硅、陶瓷或者石棉材料制成。
所述燃料通道4采用不锈钢、陶瓷、碳化硅、氮化硅或者磷化硅材料制成。
所述燃料通道4内通入液体燃料为液体碳氢燃料。
所述多孔介质盘8采用泡沫铝或者陶瓷材料制成；所述中空钝体7采用不锈钢或者氧化铝材料制成。
所述微型燃烧器的燃烧方法如下：
液体碳氢燃料经过燃料通道4进入中空钝体7后，接着经多孔介质盘8分散、吸热蒸发；与此同时，氧化剂由气体入口6进入燃烧器外筒2的燃烧室内；点火器3点燃燃料；氧化剂在中空钝体7的出口处形成回流；在中空钝体7的回流作用及金属网格9的蓄热与放热下，使火焰稳定附着于金属网格之上，燃烧后的尾气由尾气排出口1排除，从而实现燃料在燃烧室内稳定、充分燃烧。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)本微型燃烧器利用置于火焰中的金属网格蓄热，金属网格作为蓄热介质，火焰温度升高时，金属网格可以积蓄更多热量，火焰温度降低时，网格释放蓄热，提升火焰温度，使火焰维持一定的温度水平，火焰附着在金属网格上，不会随燃烧工况的改变发生大幅度摆动或上下移动，大大提升了燃烧的稳定性，利于燃烧稳定持续进行。
(2)本微型燃烧器，当燃料通道内通入液体碳氢燃料时，多孔介质盘增加了液体碳氢燃料蒸发表面积，有利于液体碳氢燃料的分散及吸热蒸发。
(3)本微型燃烧器在燃烧室内设有一个中空钝体，氧化剂经过中空钝体，在其后形成低速回流区，增加氧化剂与液体碳氢燃料的停留时间，拓宽稳燃极限。
(4)本微型燃烧器设有点火装置，使点火过程更方便，符合工程实际的需要。
(5)本微型燃烧器结构简单紧凑，零部件少，性能优越，加工费用低、难度小、组装方便，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中，多孔介质盘和金属网格组合示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，包括燃烧器外筒2、设置在燃烧器外筒2底部的燃烧器底板5、设置在燃烧器外筒2侧壁的点火器3、设置在燃烧器外筒2内的燃烧器；所述燃烧器包括纵截面形状呈倒三角形的中空钝体7、多孔介质盘8和金属网格9，所述多孔介质盘8置于中空钝体7的上方，金属网格9置于多孔介质盘8的上方；所述中空钝体7的底部连接燃料通道4，燃料通道4贯穿燃烧器底板5连接外部液体燃料。
液体碳氢燃料通过微型注射泵进入燃料通道4，高压气瓶(图中未示出)出来的氧化剂经过减压阀减压之后，按照所需流量通入气体入口6进入燃烧器外筒2(燃烧室内)，利用点火器3进行点火，通过控制不同的氧化剂流量和通入燃料通道4内的液体碳氢燃料流量，可以实现在不同的当量比下液体碳氢的稳定高效燃烧。
所述中空钝体7顶部的直径占燃烧器外筒2内径的宽度的0.3～0.6；所述金属网格9的直径为多孔介质盘8直径的0.5～0.8倍。
所述燃烧器底板5上开设有气体入口6，燃烧器外筒2上端为尾气排出口1。
所述中空钝体7的横截面形状呈圆形，所述多孔介质盘8为圆形。
所述金属网格9与多孔介质盘8之间具有间隙，间隙尺寸为1mm～3mm。
所述燃烧器外筒2由碳化硅、陶瓷或者石棉材料制成。
所述燃料通道4采用不锈钢、陶瓷、碳化硅、氮化硅或者磷化硅材料制成。
所述燃料通道4内通入液体燃料为液体碳氢燃料。
所述多孔介质盘8采用泡沫铝或者陶瓷材料制成；所述中空钝体7采用不锈钢或者氧化铝材料制成。
微型燃烧器外部成圆筒形，燃烧器外筒2的内径为8～12mm，外径为10～14mm，燃烧器整体高度为30mm，燃烧器底板5厚度3mm，外径20mm。中空钝体7外形近似圆台状，顶部直径5mm，底部直径1.1mm，喷管外径1.1mm，内径0.9mm，材质为碳化硅，燃料通道4稍微插入中空钝体7中，连接部分经过粗糙处理后使二者紧密连接。多孔介质盘8厚度为2mm，多孔介质盘8的外缘装有4颗微型螺栓(见图2)，用来固定及支撑金属网格9，金属网格厚度为0.3mm，直径4mm，金属网格密度为100孔/cm2。
微型燃烧器的燃烧方法可通过如下方法实现：
液体碳氢燃料经过燃料通道4进入中空钝体7后，接着经多孔介质盘8分散、吸热蒸发；与此同时，氧化剂由气体入口6进入燃烧器外筒2的燃烧室内；点火器3点燃燃料；氧化剂在中空钝体7的出口处形成回流；在中空钝体7的回流作用及金属网格9的蓄热与放热下，使火焰稳定附着于金属网格之上，燃烧后的尾气由尾气排出口1排除，从而实现液体碳氢燃料在燃烧室内稳定、充分燃烧。
如上所述，便可较好地实现本发明。
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 (10)

1.一种金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，包括燃烧器外筒(2)、设置在燃烧器外筒(2)底部的燃烧器底板(5)、设置在燃烧器外筒(2)侧壁的点火器(3)、设置在燃烧器外筒(2)内的燃烧器，其特征在于：
所述燃烧器包括纵截面形状呈倒三角形的中空钝体(7)、多孔介质盘(8)和金属网格(9)，所述多孔介质盘(8)置于中空钝体(7)的上方，金属网格(9)置于多孔介质盘(8)的上方；所述中空钝体(7)的底部连接燃料通道(4)，燃料通道(4)贯穿燃烧器底板(5)连接外部液体燃料。
2.根据权利要求1所述金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述中空钝体(7)顶部的直径占燃烧器外筒(2)内径的宽度的0.3～0.6；所述金属网格(9)的直径为多孔介质盘(8)直径的0.5～0.8倍。
3.根据权利要求1所述金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧器底板(5)上开设有气体入口(6)，燃烧器外筒(2)上端为尾气排出口(1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述中空钝体(7)的横截面形状呈圆形，所述多孔介质盘(8)为圆形。
5.根据权利要求4所述金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述金属网格(9)与多孔介质盘(8)之间具有间隙，间隙尺寸为1mm～3mm。
6.根据权利要求4所述金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧器外筒(2)由碳化硅、陶瓷或者石棉材料制成。
7.根据权利要求4所述的金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述燃料通道(4)采用不锈钢、陶瓷、碳化硅、氮化硅或者磷化硅材料制成。
8.根据权利要求4所述的金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述燃料通道(4)内通入液体燃料为液体碳氢燃料。
9.根据权利要求4所述的金属网格蓄热稳焰的微型燃烧器，其特征在于：所述多孔介质盘(8)采用泡沫铝或者陶瓷材料制成；所述中空钝体(7)采用不锈钢或者氧化铝材料制成。
10.权利要求1至9中任一项所述微型燃烧器的燃烧方法，其特征在于如下步骤：
液体碳氢燃料经过燃料通道(4)进入中空钝体(7)后，接着经多孔介质盘(8)分散、吸热蒸发；与此同时，氧化剂由气体入口(6)进入燃烧器外筒(2)的燃烧室内；点火器(3)点燃燃料，氧化剂在中空钝体(7)的出口处形成回流；在中空钝体(7)的回流作用及金属网格(9)的蓄热与放热下，使火焰稳定附着于金属网格之上，燃烧后的尾气由尾气排出口(1)排除，从而实现液体碳氢燃料在燃烧室内稳定、充分燃烧。
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