專利名稱：一種微脈動燃燒器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微動力機電系統(tǒng)領域，特別涉及一種微脈動燃燒器。
背景技術：
近幾十年來，微型裝置及其系統(tǒng)如傳感器、微尺度飛行器、微型醫(yī)療器械、微泵、微型馬達等在國防、科研、醫(yī)療和工業(yè)等領域應用廣泛。上述裝置、系統(tǒng)和產(chǎn)品均要求能量供應系統(tǒng)為具有體積小、重量輕、能量密度高和持續(xù)時間長等特點的微能源系統(tǒng)。基于燃燒的微動力/發(fā)電系統(tǒng)具有能量密度高、體積小、再次添加燃料方便和不會污染環(huán)境等優(yōu)點，被認為是解決上述問題的一種很有前途的方法，備受世界各國重視。目前國內外開發(fā)的微動力/發(fā)電系統(tǒng)特征尺寸從幾毫米到幾十毫米，輸出功率范圍為毫瓦到百瓦的量級。微燃燒器是微能源系統(tǒng)的核心部件，但微燃燒器設計和開發(fā)是一項困難的挑戰(zhàn)。 由于微燃燒器本身有效燃燒空間非常小，組織穩(wěn)定燃燒時面臨燃料混合困難和燃料停留時間短等問題，同時微燃燒器表面積/體積比成數(shù)十倍的增大使得熱損失顯著增加，因此，微燃燒器容易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定、可燃范圍變窄、燃燒效率和熱效率低等問題。在微尺度下實現(xiàn)燃料穩(wěn)定燃燒主要方法可概括為(I)提高反應氣體溫度，利用燃燒尾氣預熱空氣、燃氣，如目前國內外已開發(fā)出的三層硅基微燃燒器、六層硅片微燃燒器、三維的瑞士卷式燃燒器等各種微燃燒器。中國專利文獻CN201407654Y提出了一種新型燃氣透平燃燒器，其燃燒室處在進氣通道腔的包圍中，并且燃燒室部分壁面為多孔壁面。該微燃燒器也采用燃氣預熱方式。(2)催化燃燒。美國專利文獻US6786716描述了一種微燃燒器,其含有一個微加熱板，板面上有一層催化劑。當預混燃料經(jīng)過微加熱板時，發(fā)生催化燃燒。催化劑可降低燃料著火溫度，提高燃氣可燃范圍，并增加燃燒效率。目前，國內外開發(fā)的微燃燒器大部分是基于燃料連續(xù)燃燒方式。由于連續(xù)燃燒方式本身的缺陷，即使采取燃氣預熱、催化燃燒等改進措施，微燃燒器燃燒效率提高仍然有限。脈動燃燒是也叫振蕩燃燒，是一種介于連續(xù)燃燒和爆炸燃燒之間的一種燃燒方式。在一定的燃燒器結構形式下(主要是燃燒室形狀、容積、尾管長/徑比等幾何參數(shù))，燃燒室可出現(xiàn)自激振蕩的燃燒現(xiàn)象。這種振蕩燃燒的過程可視為對燃燒室內氣流的脈動加熱過程，如該過程與室內的壓力波動之間滿足一定的關系(瑞利準則)，則該振蕩被激勵和加強，從而形成穩(wěn)定的脈動燃燒過程。與連續(xù)燃燒過程相比，其燃燒時間可降至十分之一，燃燒強度可提高10倍以上、熱傳遞效率可提高2-5倍、熱效率提高近40%、污染物排放減少約三分之一。另外，脈動燃燒器具有結構簡單、無運動部件、加工裝配方便等優(yōu)點。由以上對比可以看出，脈動燃燒應用于微燃燒器設計，具有先天性的優(yōu)勢燃燒時間短可有助于解決燃料在微燃燒器停留時間短問題；燃燒強度大有助于解決微燃燒器熱損失大問題。經(jīng)檢索，還沒有將脈動燃燒應用于微燃燒器的報道
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種燃燒速度快、燃燒強度高、熱效率高、熱損失少的基于燃料脈動燃燒的微脈動燃燒器。本發(fā)明解決其技術問題是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種微脈動燃燒器，其特征在于由微燃燒器、燃氣進口管、鉬金屬纖維網(wǎng)及高壓電極點火器組成，微燃燒器為耐高溫空心圓管，其下端為氣體進口，其上端部為氣體出口，微燃燒器內徑為10-14毫米，壁厚I. 5-2. I毫米，長度為20-30厘米，微燃燒器長徑比為20-30,鉬金屬纖維網(wǎng)固定在微燃燒器內下端四分之一處，高壓電極點火器設置在微燃燒器內鉬金屬纖維網(wǎng)上部1-2毫米處，燃氣進口管設置在微燃燒器下端的氣體進口端內部，燃氣進口管前端制有燃氣溢出孔。而且，所述的鉬金屬纖維網(wǎng)由鉬金屬絲編織或燒結而成。而且，所述的微燃燒器為由不銹鋼、石英或陶瓷材料制成的空心圓管。而且，所述的燃氣進口管為后端開口、前端封閉的空心細直管，在燃氣進口管前端制有多個燃氣溢出孔。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為I.本發(fā)明微脈動燃燒器，采用瑞克型脈動燃燒器結構設計，應用于微燃燒器，可形成脈動燃燒，燃燒速度快、時間短、強度高、熱量損失少、熱效率高，同時具有體積小、重量輕、能量密度高和持續(xù)時間長的優(yōu)點。2.本發(fā)明微脈動燃燒器設置有鉬金屬纖維網(wǎng)，能使氣體燃燒位置穩(wěn)定、燃燒充分、脈動燃燒可靠，鉬金屬纖維網(wǎng)可用作火焰穩(wěn)定器，使氣體燃燒穩(wěn)定在燃燒器的1L/4處，從而激起脈動燃燒；鉬金屬纖維網(wǎng)還用作催化劑，鉬絲可對氣體燃燒起催化作用，降低反應活化能，促進氣體在微燃燒器充分燃燒。3.本發(fā)明微脈動燃燒器具有結構設計科學合理、燃燒位置穩(wěn)定、燃燒充分、脈動燃燒可靠、燃燒速度快、時間短、強度高、熱量損失少、熱效率高等優(yōu)點，具有應 用于微能源系統(tǒng)的應用前景，是一種具有較高創(chuàng)新性的微脈動燃燒器。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為圖I的A-A向剖視圖；圖3為本發(fā)明的燃氣進口管結構示意圖。I-氣體出口、2-微燃燒器、3-鉬金屬纖維網(wǎng)、4-高壓電極點火器、5-燃氣進口管、6-氣體進口、7-燃氣溢出孔。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。一種微脈動燃燒器，其特征在于由微燃燒器2、燃氣進口管5、鉬金屬纖維網(wǎng)3及高壓電極點火器4組成，微燃燒器為耐高溫空心圓管，微燃燒器為由不銹鋼、石英或陶瓷材料制成的空心圓管。其下端為氣體進口 6，其上端部為氣體出口 I。使用時采用垂直放置方式。微燃燒器內徑為10-14毫米，壁厚I. 5-2. I毫米，長度為20-30厘米，微燃燒器長徑比為20-30。微燃燒器管優(yōu)選尺寸為內徑為12毫米，壁厚I. 8毫米，整長為25厘米。鉬金屬纖維網(wǎng)固定在微燃燒器內下端四分之一處，鉬金屬纖維網(wǎng)由鉬金屬絲編織或燒結而成。高壓電極點火器設置在微燃燒器內鉬金屬纖維網(wǎng)上部1-2毫米處，燃氣進口管設置在微燃燒器下端的氣體進口端內部，燃氣進口管前端制有燃氣溢出孔。燃氣進口管為后端開口，前端封閉的空心細直管，前端制有燃氣溢出孔7。燃氣采用氫氣。氫氣具有熱值高、反應時間短和火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?、擴散速率高等優(yōu)點，同時氫氣燃燒的產(chǎn)物為零污染的水蒸氣，對環(huán)境無害。試驗結果鉬金屬纖維網(wǎng)燃燒室溫度為800-1000度，聲學脈動頻率為700赫茲左右。本發(fā)明微脈動燃燒器的工作原理為 本發(fā)明微脈動燃燒器工作時，燃氣由燃氣進口管末端小孔溢出，與同由氣體進口進入的氧氣混合，形成混合氣體。當上升的混合氣體經(jīng)過鉬金屬纖維網(wǎng)時被高壓電極點火器點燃并產(chǎn)生瑞克管效應形成穩(wěn)定脈動式燃燒，脈動燃燒產(chǎn)生高溫、高速、振蕩的尾氣流，尾氣流通過微燃燒器上端氣體出口離開微燃燒器。本微脈動燃燒器根據(jù)瑞克(Rijke)管效應設計，即在一段內徑為D，長徑比為L/D為15-30的空心圓管的1L/4處布置燃燒室，使得管內激發(fā)起這根管子的基波振型的聲學振動，反過來，聲學振動強化了燃燒室內燃料的燃燒過程，這種由燃燒加熱而驅動聲學振動的效應稱為瑞克管效應。依據(jù)瑞克管效應設計的脈動燃燒器稱為瑞克型脈動燃燒器，本發(fā)明即采用瑞克型脈動燃燒器結構設計。盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。
權利要求
1.一種微脈動燃燒器，其特征在于由微燃燒器、燃氣進口管、鉬金屬纖維網(wǎng)及高壓電極點火器組成，微燃燒器為耐高溫空心圓管，其下端為氣體進口，其上端部為氣體出口，微燃燒器內徑為10-14毫米，壁厚I. 5-2. I毫米，長度為20-30厘米，微燃燒器長徑比為20-30,鉬金屬纖維網(wǎng)固定在微燃燒器內下端四分之一處，高壓電極點火器設置在微燃燒器內鉬金屬纖維網(wǎng)上部1-2毫米處，燃氣進口管設置在微燃燒器下端的氣體進口端內部，燃氣進口管前端制有燃氣溢出孔。
2.根據(jù)權利要求I所述的微脈動燃燒器，其特征在于所述的鉬金屬纖維網(wǎng)由鉬金屬絲編織或燒結而成。
3.根據(jù)權利要求I所述的微脈動燃燒器，其特征在于所述的微燃燒器為由不銹鋼、石英或陶瓷材料制成的空心圓管。
4.根據(jù)權利要求I所述的微脈動燃燒器，其特征在于所述的燃氣進口管為后端開口、前端封閉的空心細直管，在燃氣進口管前端制有多個燃氣溢出孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微脈動燃燒器，其由微燃燒器、燃氣進口管、鉑金屬纖維網(wǎng)及高壓電極點火器組成，微燃燒器為耐高溫空心圓管，其下端為氣體進口，其上端部為氣體出口，微燃燒器內徑為10-14毫米，壁厚1.5-2.1毫米，長度為20-30厘米，微燃燒器長徑比為20-30,鉑金屬纖維網(wǎng)固定在微燃燒器內下端四分之一處，高壓電極點火器設置在微燃燒器內鉑金屬纖維網(wǎng)上部1-2毫米處，燃氣進口管設置在微燃燒器下端的氣體進口端內部，燃氣進口管前端制有燃氣溢出孔。本發(fā)明微脈動燃燒器燃燒位置穩(wěn)定、燃燒充分、脈動燃燒可靠、燃燒速度快、時間短、強度高、熱量損失少、熱效率高等優(yōu)點，具有應用于微能源系統(tǒng)的應用前景。
文檔編號F23D14/02GK102721056SQ20121016481
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2012年5月24日
發(fā)明者吳中華 申請人:天津科技大學