CN201141598Y - 一种微型燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型燃烧器，包括外套壁、内套壁、进气口以及排气口，内套壁采用多孔材料并套设在外套壁内，内套壁内形成燃烧室，内套壁与外套壁之间形成夹层空腔，燃烧室与夹层空腔之间通过内套壁上的微孔相通；所述进气口仅设于外套壁上，夹层空间通过该进气口与外界相通，所述排气口设于微型燃烧器的轴端，燃烧室通过该排气口与外界相通，且进气口与排气口位于同侧的轴端。本实用新型所述微燃烧所产生的火焰稳定、温度均匀，热损失低、热效率高。

Description

一种微型燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧装置，尤其涉及一种微型燃烧器。

背景技术

微尺度飞行器、微型医疗器械、微型马达、微泵和微型传感器等微器件(MEMS)、移动通讯、军事用侦察系统等均要求电源系统的微型化，所有这些要求供能系统高能量密度，而传统的化学电池供能方式满足这些要求将变得日益困难。基于燃烧的微能源系统的发电原理为：微尺度燃烧器产生高温烟气带动热机做功、发电或通过热电直接转换获得电力。目前研发的微动力系统的发电功率为几瓦到几毫瓦。

微燃烧器可以在微小空间内(几立方毫米至1立方厘米)将炭氢燃料燃烧产生化学能转换为热能，具有高的能量密度，可为微型设备如传感器、微动力装置、微发电系统等提供热源，在航天、军事、医疗、工业和民用领域有着广泛的应用前景，因此，微燃烧器是微型装置及新型便携式动力/电源系统的核心部件。由于特征尺度的变小，微燃烧器本身有效燃烧空间非常小，常在毫米级别范围，而微燃烧器表面积/体积比的成100倍的增大导致微燃烧器热损失增大，由此导致的微燃烧器内燃烧不稳定、可燃范围变窄甚至熄灭等问题，严重制约微燃烧器技术及基于燃烧微动力/能源系统的发展。

目前已开发的微燃烧器壁表面热损失率为30％左右，部分甚至超过50％。已有的微燃烧装置采用不同的措施来降低自身的热损失，在微型透平燃烧器采用回热通道来预热未燃混合气等回收热量降低壁面热损失，以及各种形状和尺寸的瑞士面包圈(Swiss-roll)多圈缠绕逆流换热结构等。此外，通过增强壁面的隔热效果也可以降低热损失和维持燃烧室内高温，如采用导热系数低、保温性能好的陶瓷材料的微型燃烧室。

现有的微尺度燃烧器研发机构在降低微尺度燃烧器热损失方面进行许多工作，如现在已出现了这样一种微型燃烧器，该燃烧器包括外套壁以及套设于该外套壁内的内套壁，内套壁采用多孔材料，其内形成燃烧室，内套壁与外套壁之间形成夹层空腔，燃烧室与夹层空腔之间通过内套壁上的多孔相通；在外套壁侧面设有燃气进气口，在内套壁上两个轴端分别设有空气进气口、排气口；工作时，燃气或燃气/空气从燃气进气口进入到夹层空间，并经内套壁上的多孔进入到燃烧室，空气从轴端进气口也进入燃烧室，并与燃气混合，在燃烧室内燃烧，燃烧室的热量经内套壁向外传递，当燃气流过该夹层空间和内套壁时被内套壁加热，加热后的燃气进入到燃烧室中燃烧，壁面附近存在未燃气膜防止壁面直接与火焰接触，有效隔断火焰向壁面传热，明显降低了壁面温度，燃烧器热损失大幅降低，但该结构仍然存在如下缺陷：

1、当壁面燃料进气口进燃料或燃料/空气混合气时，从空气进气口进入的空气还需要与燃料进一步混合才能进行燃烧反应，对燃烧室有效燃烧空间要求增大，不利于在更小的燃烧空间内实现完全稳定燃烧；

2、中间进部分冷空气，使得燃料侧进气流量总量减少，实际预热混合气总量减少，总的回热量所占比例也会减少；

3、燃烧时，火焰后端与冷空气进行混合，冷空气进口附近无火焰且温度低，燃烧室内温度分布不均匀；

4、敞口出口设计的微燃烧器会使得部分燃料直接从端面多孔壁面逸出，没有参与燃烧，使得燃烧效率和总的热效率降低，同时，当流量增大时，敞口出口设计也容易使得火焰整体吹出，降低了微燃烧器的热负荷极限。

发明内容

本实用新型的目的在于微型燃烧器，该燃烧器的能效高。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种微型燃烧器，包括外套壁、内套壁、进气口以及排气口，内套壁采用多孔材料并套设在外套壁内，内套壁内形成燃烧室，内套壁与外套壁之间形成夹层空腔，燃烧室与夹层空腔之间通过内套壁上的多孔相通；所述进气口仅设于外套壁上，夹层空间通过该进气口与外界相通，所述排气口设于微型燃烧器的轴端，燃烧室通过该排气口与外界相通。

本实用新型仅设有一个进气口，燃料与空气的预混气透过通过进气口进入燃烧室，被点燃后在多孔壁面表面形成稳定、均匀的管状火焰面，沿多孔壁面长度方向均匀分布，能有效利用燃烧室内空间，火焰温度分布均匀；同时，由于预混气不断的通过多孔壁补充到燃烧室内，多孔壁面与火焰面之间存在薄层气膜有效隔断高温火焰与内套壁之间的接触，使内套壁温度大大降低，可避免壁面高温烧蚀，低的壁面温度同时可以有效防止预混气在多孔壁面内燃烧，防止回火的发生；

本实用新型的进一步改进是：

所述进气口设于外套壁上、所述排气口相同一侧的轴端，进一步，所述外套壁包括设于其进气端的外端板，所述内套壁的排气端设有内端板，该外端板与内端板相间隔而形成端部空间，所述夹层空间与该端部空间贯通，所述进气口设于该外端板上，所述排气口设于该内端板上。通过在排气口处设置有内端板并与外端板之间形成端部空间，由于低温预混合气与高温的内端板的强制对流换热，可有效回收出口端面热量，防止高温壁面与周围环境的换热，可进一步减少微燃烧器的热损失。

通过排气出口缩口设计，可以防止未燃烧燃料直接逸出，同时还可以将火焰稳定控制在微燃烧器内，可以提高微燃烧器的最大热负荷，提高热效率和能力密度。

所述外套壁包括设于其进气端相反轴端的连接端板，该连接端板同时将所述内套壁的轴端封闭，在该连接端板上设有电子打火器，该打火器至少部分伸入所述燃烧室内。电子打火器用于点燃燃烧室内的燃气。

所述内套壁由陶瓷、铜、不锈钢或镍至少其中之一的粉末烧结而成。

所述内套壁、外套壁之间的间隙为1mm至3mm。

所述外套壁、内套壁的横截面均为圆形，所述内套壁的管径为3mm至10mm。

附图说明

图1是本实用新型的结构图；

图2是外套壁的结构图；

图3内套壁与内端板之间的结构图；

附图标记说明：

1、外套壁，2、内套壁，3、燃烧室，4、夹层空间，5、进气口，6、排气口，7、外端板，8、内端板，9、端部空间，10、连接端板，11、电子打火器。

具体实施方式

如图1所示，一种微型燃烧器，包括外套壁、内套壁、进气口以及排气口，内套壁采用多孔材料并套设在外套壁内，内套壁内形成燃烧室，内套壁与外套壁之间形成夹层空腔，燃烧室与夹层空腔之间通过内套壁上的多孔相通；所述进气口仅设于外套壁上，夹层空间通过该进气口与外界相通，所述排气口设于微型燃烧器上、进气口相同一侧的轴端，燃烧室通过该排气口与外界相通。

其中，外套壁包括设于其进气端的外端板以及设于进气端相反轴端的连接端板，内套壁的排气端设有内端板，该外端板与内端板相间隔而形成端部空间，夹层空间与该端部空间贯通，进气口设于该外端板上，排气口设于该内端板上；连接端板同时将内套壁的轴端封闭，在该连接端板上设有电子打火器，该打火器至少部分伸入燃烧室内；外套壁、内套壁的横截面均为圆形，内套壁、外套壁之间的间隙为2mm，内套壁的管径为5mm，内套壁的多孔材料为陶瓷烧结而成。

使用时，燃料与空气的预混气透过通过进气口进入燃烧室，被点燃后在多孔壁面表面形成稳定、均匀的管状火焰面，沿多孔壁面长度方向均匀分布，能有效利用燃烧室内空间，火焰温度分布均匀；由于预混气不断的通过多孔壁补充到燃烧室内，多孔壁面与火焰面之间存在薄层气膜有效隔断高温火焰与内套壁之间的接触，使内套壁温度大大降低，可避免壁面高温烧蚀，低的壁面温度同时可以有效防止预混气在多孔壁面内燃烧，防止回火的发生；同时，通过在排气口处设置有内端板并与外端板之间形成端部空间，由于低温预混合气与高温的内端板的强制对流换热，可有效回收出口端面热量，防止高温壁面与周围环境的换热，可进一步减少微燃烧器的热损失。

Claims (8)

1、一种微型燃烧器，包括外套壁、内套壁、进气口以及排气口，内套壁采用多孔材料并套设在外套壁内，内套壁内形成燃烧室，内套壁与外套壁之间形成夹层空腔，燃烧室与夹层空腔之间通过内套壁上的微孔相通；其特征在于，所述进气口仅设于外套壁上，夹层空间通过该进气口与外界相通，所述排气口设于微型燃烧器的轴端，燃烧室通过该排气口与外界相通。

2、如权利要求1所述微型燃烧器，其特征在于，所述进气口设于外套壁上、所述排气口相同一侧的轴端。

3、如权利要求2所述微型燃烧器，其特征在于，所述外套壁包括设于其进气端的外端板，所述内套壁的排气端设有内端板，该外端板与内端板相间隔而形成端部空间，所述夹层空间与该端部空间贯通，所述进气口设于该外端板上，所述排气口设于该内端板上。

4、如权利要求3所述微型燃烧器，其特征在于，所述外套壁包括设于其进气端相反轴端的连接端板，该连接端板同时将所述内套壁的轴端封闭，在该连接端板上设有电子打火器，该打火器至少部分伸入所述燃烧室内。

5、如权利要求1至4中任一项所述微型燃烧器，其特征在于，所述内套壁由陶瓷、铜、不锈钢或镍至少其中之一的粉末烧结而成。

6、如权利要求1至4中任一项所述微型燃烧器，其特征在于，所述内套壁、外套壁之间的间隙为1mm至3mm。

7、如权利要求1至4中任一项所述微型燃烧器，其特征在于，所述外套壁、内套壁的横截面均为圆形。

8、如权利要求7所述微型燃烧器，其特征在于，所述内套壁的管径为3mm至10mm。

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