CN105066127A - 一种内置十字隔板式微型燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置十字隔板式微型燃烧器，属于能源燃烧利用领域；所述燃烧器包括燃烧器外壁、十字导热隔板、进气口和出气口，所述燃烧器外壁分为上下两壁和左右两壁；本发明采用布置十字导热隔板的方式，增大了来流气体的扰流，一定程度上延长了滞留时间，同时，隔板区域由于通道变窄，提高了内壁面与混合气的对流换热强度，实现了热量的快速传递；高温气流沿十字隔板均分成四股，使得壁面温度分布更加均匀；这种内置十字导热隔板的设计方式，使得通道内的微尺度燃烧过程更加充分和稳定，可提高辐射壁面温度，并使其温度分布更均匀，从而对提高微型热光电系统的输出性能产生积极的作用。

Description

一种内置十字隔板式微型燃烧器

技术领域

本发明涉及一种内置十字隔板式微型燃烧器，属于能源燃烧利用领域。

背景技术

近年来，随着MEMS技术的快速发展，其能源供给部分已成为研究的热点。微动力系统具有能量密度高、体积小、重量轻以及工作寿命长等优点，因而能成为包括电脑在内的多种个人电子设备提供便携式能源。微型热光电系统（Micro-thermophotovoltaicSystem，简称MTPVSystem）便是其中的一种，该系统通过光电池将高温燃烧器表面的辐射能直接转换成电能，其结构较为简单、没有运动部件，是一种典型的微型动力装置。

微型燃烧器作为微型热光电系统的重要组成部分之一，其设计决定了内部稳定的燃烧过程和较高的壁面温度能否实现。因此，对其结构的优化设计具有重要的作用。目前，传统的微型燃烧器大体上主要有两种形式，即圆柱式和平板式。相比于圆柱式，平板式微型燃烧器由于加工方便和便于模块化安装更受研究人员的青睐。为此对平板式微型燃烧器的结构进行了优化改进，常见的有申请号为200910031281.6的一种带有预热通道的微平行板燃烧器和申请号为201310014796.1的一种多孔介质回热型微尺度燃烧器等。尽管这类燃烧器较好解决了燃料驻留时间短的问题，并且提高了壁面温度。但是也存在着一些缺陷，即壁面与混合气之间的对流换热还不够强，燃烧器结构较为复杂。

因此，一款设计合理、结构相对简单的燃烧器，不但确保壁面与混合气之间具有较强的对流换热，以获得较高的壁面温度，同时又能使燃烧稳定，以保证壁面温度的均匀性，从而使微型热光电系统具有良好的输出性能。

发明内容

本发明根据微尺度燃烧的特点以及微型热光电系统的工作要求，提出了一种可实现高效稳定燃烧且壁面温度均匀的内置十字导热隔板的微型燃烧器。

本发明的基本结构和工作原理如附图1所示：所设计的燃烧器主要由两部分组装而成，即直通道平板式微型燃烧器外壁和十字导热隔板。

本发明所述内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧器包括燃烧器外壁、十字导热隔板、进气口和出气口，所述燃烧器外壁分为上下两壁和左右两壁；

所述燃烧器两端分别设有进气口和出气口；

所述燃烧器内部设有十字导热隔板，所述十字导热隔板横向隔板与纵向隔板互相垂直；

所述十字导热隔板靠出气口一端设置，十字导热隔板的横向隔板和纵向隔板分别与燃烧器外壁之间为可拆卸连接；

所述十字导热隔板横向隔板与纵向隔板长度相同；

所述十字导热隔板的横向隔板长度短于燃烧器长度；

所述燃烧器外壁内侧沿长度方向设有矩形凹槽；

所述十字导热隔板与燃烧器外壁之间通过矩形凹槽卡入式连接；

所述十字导热隔板的横向隔板与纵向隔板长度与燃烧器长度优选比例为4:5；

所述十字导热隔板与燃烧器外壁为实心体；

所述燃烧器外壁和十字导热隔板之间形成四个大小一致的矩形通道；

所述燃烧器外壁以及十字导热隔板的材质均为铜钨合金（CuW80）。

整个燃烧器外观呈长方体结构，十字导热隔板使燃烧器部分空间分成对称分布的四个区域。工作时，经混合器充分混合的燃料和氧化剂的混合气通过燃烧器的进口进入其内部空间，混合气一边燃烧，一边经过十字隔板分成四股气流，最后废气由出口排至装置外。

本发明的技术优点在于：

（1）十字导热隔板的设置增大了来流气体的扰流程度，一定程度上延长了滞留时间；

（2）隔板区域由于通道变窄，提高了内壁面与混合气的对流换热强度；

（3）高温气流沿十字隔板均分成四股，使得壁面温度分布更加均匀；

（4）本发明所述的燃烧器外壁和十字导热隔板均采用实心体，实心体金属材料导热能力较强，受热均匀，若是空心材料，空心部分会存有气体，气体的导热系数较小，无法达到预期效果；

（5）本发明选用的铜钨合金材料耐高温，导热系数较高，能达到200W/(m·K)以上，为本发明所述的微型燃烧器提供了更多的优势性能。

在以上几方面的综合作用下，相对于传统的燃烧器，采用该燃烧器后，一方面预混合气的扰流程度增强，燃烧效率得到提高；另一方面，高温气体被均分成四股，壁面温度分布更加均匀。总体来讲，该燃烧器能为整个系统提供更多的辐射能。

附图说明

图1为内置十字隔板的微型燃烧器结构示意图；

其中，1.燃烧器外壁，2.十字导热隔板，3.进气口，4.出气口。

具体实施方式

如图1所示的内置十字隔板式微型燃烧器，包括了1.燃烧器外壁，2.十字导热隔板，3.进气口，4.出气口，5.矩形凹槽。

本发明所述的内置十字隔板式微型燃烧器，包括燃烧器外壁1、十字导热隔板2、进气口3和出气口4，所述燃烧器外壁1分为上下两壁和左右两壁；

所述燃烧器两端分别设有进气口3和出气口4；

所述燃烧器内部设有十字导热隔板2，所述十字导热隔板2横向隔板与纵向隔板互相垂直；

所述十字导热隔板2靠出气口4一端设置，十字导热隔板2的横向隔板和纵向隔板分别与燃烧器外壁1之间为可拆卸连接；

所述十字导热隔板2横向隔板与纵向隔板长度相同；

所述十字导热隔板2的横向隔板长度短于燃烧器长度；

所述燃烧器外壁1内侧沿长度方向设有矩形凹槽5；

所述十字导热隔板2与燃烧器外壁1之间通过矩形凹槽5卡入式连接；

所述十字导热隔板2的横向隔板与纵向隔板长度与燃烧器长度优选比例为4:5；

所述十字导热隔板2与燃烧器外壁1为实心体；

所述燃烧器外壁1和十字导热隔板2之间形成四个大小一致的矩形通道；

所述燃烧器外壁以及十字导热隔板的材质均为铜钨合金（CuW80）。

在本发明中，微尺度燃烧器外观呈长方体结构。加工时，首先采用线切割的方式，将一个铜钨合金（CuW80）块加工成内部为矩形通道结构的平板式长方体方块。其中，前后两个通孔分别为进气口3和出气口4，另外形成燃烧器外壁1。其外观尺寸为：长度为18mm（x方向），宽度为9mm（y方向），整体高度为4mm（z方向），壁面厚度均为0.5mm。同时，在燃烧器外壁1左右侧内壁面的中间处，沿长度方向切割出宽度为0.5mm，长度为9mm，深度0.2mm的矩形槽。随后，同样采用线切割的方式，把一块长度为9mm，宽度为8mm，高度为3mm的铜钨合金（CuW80）块加工成十字导热隔板2。其中，十字导热隔板2的各个厚度均为0.5mm，长度为9mm，宽度为8.4mm。最后将做完的十字导热隔板2沿矩形槽塞入平板式燃烧器，形成后半段内置有十字导热隔板2的平板式微型燃烧器。

工作时，碳氢燃料通过质量流量计来调节所需流量，并经减压阀减压和混合器的混合后形成预混合气，最后由铜制导管经喷嘴喷入微型燃烧器中燃烧，混合气一边燃烧，一边沿十字隔板形成的四个空间区域排出装置外。

综上分析，本发明的微型燃烧器性能整体上比起常规微型燃烧器更好，一方面提升了混合气与内壁面之间的对流换热强度，增强了壁面对热量的吸收；另一方面，混合气被均分成四股，壁面温度分布的均匀性大大提高。整个微型热光电转换装置的效率得到了提升，而且该装置结构设计比较简单，具有一定的实用价值。

Claims (7)

1.一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧器包括燃烧器外壁（1）、十字导热隔板（2）、进气口（3）和出气口（4），所述燃烧器外壁（1）分为上下两壁和左右两壁；

所述燃烧器两端分别设有进气口（3）和出气口（4）；

所述燃烧器内部设有十字导热隔板（2），所述十字导热隔板（2）横向隔板与纵向隔板互相垂直；

所述十字导热隔板（2）靠出气口（4）一端设置，十字导热隔板（2）与燃烧器外壁（1）之间为可拆卸连接；

所述十字导热隔板（2）横向隔板与纵向隔板长度相同；

所述十字导热隔板（2）的横向隔板长度短于燃烧器长度。

2.根据权利要求1所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述燃烧器外壁（1）内侧沿长度方向设有矩形凹槽（5）。

3.根据权利要求2所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述十字导热隔板（2）与燃烧器外壁（1）之间通过矩形凹槽（5）卡入式连接。

4.根据权利要求1所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述十字导热隔板（2）的横向隔板与纵向隔板长度与燃烧器长度比例为4:5。

5.根据权利要求1所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述十字导热隔板（2）与燃烧器外壁（1）为实心体。

6.根据权利要求1所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述燃烧器外壁（1）和十字导热隔板（2）之间形成四个大小一致的矩形通道。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的一种内置十字隔板式微型燃烧器，其特征在于，所述燃烧器外壁（1）以及十字导热隔板（2）的材质均为铜钨合金（CuW80）。