CN106524144B - 一种用于微热光电系统的微燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于微热光电系统的微燃烧室，包括燃烧室壁面和点火针；所述燃烧室壁面依次由稳燃区域、催化区域和多孔介质区域组成；所述催化区域内设有点火针；所述稳燃区域内设有平稳区和凹坑区，所述平稳区的截面积设为SH1，所述凹坑区的截面积设为SH2，所述平稳区通过圆角过渡至所述凹坑区，且SH1<SH2；所述催化区域内为变截面区域，所述变截面区域小端面的截面积设为SH3，所述变截面区域大端面的截面积设为SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述催化区域内浸渍有催化剂；本发明可以通过增强了可燃气体在微燃烧室内的空间反应，使燃料燃烧的更加充分，释放出更多的热量，提高了能源的利用率。

Description

一种用于微热光电系统的微燃烧室
技术领域
本发明涉及微尺度热光电能量转换技术领域，特别是涉及一种用于微热光电系统的微燃烧室。
背景技术
近年来,随着微纳米科学技术的发展,以极小形状尺寸或操作尺寸为特征的微机电系统(Micro Electro-Mechanical System,简称MEMS)已成为人们认识微观领域和改造客观世界的一项高新技术装备,并且也被科技界公认为最具发展潜力的研究领域之一。传统的电池由于具有能量密度低、供能不连续等缺点,因此是不能作为MEMS电源的,在这样一个背景下，基于碳氢燃料燃烧的微型动力系统便应运而生了，其主要特点是能量密度远高于传统电池。
微热光电系统是正在兴起的新型微动力系统之一，它是一种将热能转化为电能的装置,其工作原理就是不同形式的热源被加到一个辐射表面上,从而使该表面达到高温状态,高温下辐射表面能激发产生辐射能,其中大于电池禁带宽度的光子撞击电池阵列后产生电能。通常系统的热源可以为太阳能、燃烧过程热能以及核能等,其中又以燃烧形式最为常见,一般辐射表面的温度能在一范围内变化,这足以产生相当可观的辐射能以保证这项能量转换技术的竞争性和可行性。
总之，该系统就是利用光电池将高温微燃烧室外壁面的辐射能直接转换为电能，具有无任何运动部件、制造及装配简单、能量转换率高、可使用多种燃料和安全可靠等优点。
为了提高微热光电系统的整体效率，一方面需要燃料在微燃烧室内完全燃烧，放出更多的热量，另一方面，鉴于光电池对辐射光谱的选择性，要求燃烧室外壁面的温度分布高且均匀。
现阶段来说，国内外学者针对这一问题做了一部分工作，部分学者采用在燃烧室内填充多孔介质的办法发现，采用多孔介质是相对可以提高燃烧室外壁面的温度的，主要是多孔介质可以提供更均匀的温度分布，这对提高微热光电系统的效率来说及其有效的，国内外学者针对燃烧室的结构也做了一部分研究，研究结果表明改变燃烧室结构，可以使得火焰更稳定，更充分地在燃烧室内稳定的燃烧，但是国内外针对这两部分内容的结合所做的研究比较少。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于微热光电系统的微燃烧室，通过添加凹坑和突扩结构这两种方式对燃烧室内的流场进行了优化，且很大程度上的促进了燃烧的进行，添加结构之后，增强了可燃气体在微燃烧室内的空间反应，使燃料燃烧的更加充分，释放出更多的热量，提高了能源的利用率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于微热光电系统的微燃烧室，包括燃烧室壁面和点火针；所述燃烧室壁面依次由稳燃区域、催化区域和多孔介质区域组成；所述催化区域内设有点火针；所述稳燃区域内设有平稳区和凹坑区，所述平稳区的截面积设为SH1，所述凹坑区的截面积设为SH2，所述平稳区通过圆角过渡至所述凹坑区，且SH1<SH2；所述催化区域内为变截面区域，所述变截面区域小端面的截面积设为SH3，所述变截面区域大端面的截面积设为SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述凹坑区通过倾斜角过渡至所述变截面区域小端面；所述催化区域内浸渍有催化剂；所述多孔介质区域内设有多孔介质；
进一步，所述燃烧室壁面的厚度为0.5mm-1mm。
进一步，所述倾斜角大小为30°-60°。
进一步，所述催化剂为金属铂。
进一步，所述多孔介质材料为碳化硅或氧化铝。
进一步，所述多孔介质材料的孔隙率采取0.6-0.95。
进一步，所述平稳区的截面积和凹坑区的截面积满足：2SH1＝SH2。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室，通过添加凹坑和突扩结构这两种方式对燃烧室内的流场进行了优化，且很大程度上的促进了燃烧的进行，添加结构之后，增强了可燃气体在微燃烧室内的空间反应，使燃料燃烧的更加充分，释放出更多的热量，提高了能源的利用率。
2.本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室，利用催化燃烧技术，在燃烧室内经过空间反应的可燃气体带有较高的热量，这将会促使未反应的可燃气体在催化剂上发生表面反应，释放出热量，提高壁面温度。
3.本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室，利用多孔介质燃烧技术，在燃烧室的尾部设计多孔介质，具有较高比热容的多孔介质可以增加气体与固体之间的热交换速率，可以将高温气体的热量更多的传递到壁面，提高壁面温度并使得壁面的温度更加均匀。
4.本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室，将微燃烧室的结构设计与多孔介质技术以及催化燃烧技术相结合，提高了燃烧效率以及壁面温度。
附图说明
图1为本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室结构示意图。
图2为本发明所述的用于微热光电系统的微燃烧室E-E剖视图。
图中：
1-燃烧室壁面；2-催化壁面；3-点火针；4-多孔介质；A-稳燃区域；B-催化区域；C-多孔介质区域。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种用于微热光电系统的微燃烧室，包括燃烧室壁面1和点火针3；所述燃烧室壁面1依次由稳燃区域A、催化区域B和多孔介质区域C组成；所述燃烧室壁面的厚度为0.5mm-1mm；所述催化区域B内设有点火针3；所述稳燃区域A内设有平稳区和凹坑区，所述平稳区的截面积设为SH1，所述凹坑区的截面积设为SH2，所述平稳区通过圆角过渡至所述凹坑区，且SH1<SH2；所述催化区域B内为变截面区域，所述变截面区域小端面的截面积设为SH3，所述变截面区域大端面的截面积设为SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述凹坑区通过倾斜角过渡至所述变截面区域小端面；所述倾斜角大小为30°-60°；所述催化区域B内浸渍有催化剂；所述催化剂为金属铂。所述多孔介质区域C内设有多孔介质4。所述多孔介质4材料为碳化硅或氧化铝，所述多孔介质4材料的孔隙率采取0.6-0.95。
工作过程：混合的燃烧气体进入燃烧室内，由点火器引燃混合物后，使得燃烧室内的气相反应得以发生，气相反应主要在稳燃区域A内的凹坑区发生，最优为所述平稳区的截面积和凹坑区的截面积满足：2SH1＝SH2，所述凹坑区通过倾斜角由大截面H2过渡至小截面H3；倾斜角的作用使得混合气体流速会提高。而且气相反应的发生会放出大量的热量，这部分热量一部分用来加热壁面，一部分使得通过截面H3的混合气变成较高速度的高温混合气体，之后混合气体进入催化区域，催化区域前段是由小截面H3变为大截面H4的变截面区域，该变截面区域降低了高温混合气体的流速，进入催化区域的高温混合气体引发催化区域B内的催化反应，催化反应的发生产生的热量将继续传递给高温混合气体和燃烧室壁面，通过催化区域的流速较低的高温混合气体进入多孔介质区域C，高温气体将热量传递给多孔介质，多孔介质再将热量传递给燃烧室壁面，从而得到具有高辐射能的高温热源。这些技术的应用能够较好的实现本发明，使得燃烧更加充分，更加高效。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，包括燃烧室壁面(1)和点火针(3)；所述燃烧室壁面(1)依次由稳燃区域(A)、催化区域(B)和多孔介质区域(C)组成；所述催化区域(B)内设有点火针(3)；
所述稳燃区域(A)内设有平稳区和凹坑区，所述平稳区的截面积设为SH1，所述凹坑区的截面积设为SH2，所述平稳区通过圆角过渡至所述凹坑区，且SH1<SH2；
所述催化区域(B)内为变截面区域，所述变截面区域小端面的截面积设为SH3，所述变截面区域大端面的截面积设为SH4，SH3<SH2，且SH3<SH4；所述催化区域(B)内浸渍有催化剂；所述凹坑区通过倾斜角过渡至所述变截面区域小端面；
所述多孔介质区域(C)内设有多孔介质(4)。
2.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述燃烧室壁面的厚度为0.5mm-1mm。
3.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述倾斜角大小为30°-60°。
4.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述催化剂为金属铂。
5.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述多孔介质(4)材料为碳化硅或氧化铝。
6.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述多孔介质(4)材料的孔隙率采取0.6-0.95。
7.根据权利要求1所述用于微热光电系统的微燃烧室，其特征在于，所述平稳区的截面积和凹坑区的截面积满足：2SH1＝SH2。
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