一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器的制造方法
【專利摘要】本實用新型根據(jù)微型熱光電系統(tǒng)的工作要求，提出一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器。所述燃燒器由左右開口的直通的燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板、右端板組成。采用布置中間隔板和雙向進氣的方式，實現(xiàn)了燃燒產(chǎn)物和進氣之間的熱量交換，達到了基本的回熱效果；多孔介質(zhì)層的設(shè)置，延緩了進排氣的速度，增加了混合氣在燃燒器內(nèi)的滯留時間；此外，多孔介質(zhì)的蓄熱作用會對回熱效果起到更好的促進作用。這種多孔介質(zhì)和雙向進氣相結(jié)合的設(shè)計方式，使得通道內(nèi)的微尺度燃燒過程更加充分和穩(wěn)定，可提高輻射壁面溫度，并使其溫度分布更均勻，從而對提高微型熱光電系統(tǒng)的輸出性能產(chǎn)生積極的作用。
【專利說明】一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微型動力機電系統(tǒng)(Power MEMS,簡稱微動力系統(tǒng))領(lǐng)域,涉及一種新型的微尺度燃燒強化技術(shù)，特指一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對微型動力系統(tǒng)的開發(fā)已成為世界范圍內(nèi)的一個研究熱點。該類裝置通過燃燒的方式將碳氫燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，然后依靠各種能量轉(zhuǎn)換方式為微型機電系統(tǒng)提供動力或電能，具有能量密度高、工作壽命長、易維護以及污染小等一系列的優(yōu)點。微型熱光電系統(tǒng)(Micro-thermophotovoltaic System,簡稱MTPV System)是一種典型的微型動力裝置，它利用碳氫燃料在微型燃燒器內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能對燃燒器外壁面進行加熱，高溫壁面輻射出能量足夠高的光子撞擊低頻帶隙光電池從而產(chǎn)生電能。跟其他的微型動力裝置相比，它結(jié)構(gòu)更加簡單、沒有運動部件，而且制造裝配容易，因此優(yōu)勢也較為明顯。
[0003]作為微型熱光電系統(tǒng)的核心部件，微型燃燒器結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅決定了內(nèi)部氣流的流動方式以及裝置其它部件的布局，而且也會因燃燒效果的好壞顯著影響單位體積的能量輸出。盡管碳氫燃料乃至純氫燃料的燃燒都具有很高的能量密度，但是在微尺度燃燒下，仍存在著一些問題:一方面預(yù)混合氣在燃燒室內(nèi)部的駐留時間較短，完全反應(yīng)的難度較大；另一方面，由于表面積的增加使散熱損失增加，預(yù)混合氣在燃燒室內(nèi)更容易熄火，燃燒不穩(wěn)定性增加。
[0004]目前，傳統(tǒng)的微型熱光電系統(tǒng)燃燒器通常采用圓柱型和平板型兩種結(jié)構(gòu)，即將燃燒器內(nèi)部設(shè)計成圓管通道或者矩形通道的型式，并采用一側(cè)進氣，一側(cè)排氣的方式。盡管這種燃燒器的設(shè)計簡單，加工方便，但是也存在著一些缺陷，即燃料氧化劑混合氣的氣流不能進行良好的組織，加之駐留時間短，從而造成燃燒的穩(wěn)定性差，燃燒效率受到限制。
[0005]對于微型熱光電系統(tǒng)，輻射面溫度高且均勻是良好系統(tǒng)輸出性能的保證。因此，如何更加合理的設(shè)計燃燒器、如何實現(xiàn)高效穩(wěn)定的燃燒過程就顯得尤為重要。例如專利申請?zhí)枮?01310014796.1，名稱為”一種多孔介質(zhì)回熱型微尺度燃燒器”，公開了一種通過在燃燒器內(nèi)設(shè)置T形隔板和多孔介質(zhì)的設(shè)計方式，基本上實現(xiàn)了微尺度回熱燃燒，達到了均勻布氣、延長氣流在燃燒器內(nèi)駐留時間的作用。雖然該專利申請中公開的技術(shù)方案能夠一定程度的提高氣體在微型燃燒器中的燃燒完全程度，但是回熱型微尺度燃燒器的布氣方式、回熱效果以及燃燒性能的優(yōu)化還有待進一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在根據(jù)微尺度燃燒的特點以及微型熱光電系統(tǒng)的工作要求，提出一種結(jié)構(gòu)相對較簡單、可實現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒的填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，由左右開口的直通的燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板、右端板組成，導(dǎo)熱隔板將燃燒器內(nèi)部隔開形成上下兩個密閉的區(qū)域，所述導(dǎo)熱隔板與左端板和右端板相接觸的兩端側(cè)上下各布置一定長度多孔介質(zhì)層；所述左端板上在導(dǎo)熱隔板的兩側(cè)設(shè)有兩個通氣孔，所述右端板上與左端板的對稱位置分別設(shè)有兩個通氣孔。
[0009]所述燃燒器由左右開口的直通道燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板、右端板組成，左右端板分別位于燃燒器外壁的左右兩側(cè)，與燃燒器外壁組成了一個密閉的燃燒腔，整個燃燒器外觀呈長方體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)熱隔板將燃燒器內(nèi)部隔開上下兩個密閉的區(qū)域，形成了上下兩個燃燒通道；導(dǎo)熱隔板與左端板和右端板相接觸的兩端側(cè)上下各布置一定長度的多孔介質(zhì)層，多孔介質(zhì)層占燃燒腔長度的1/5?1/4。
[0010]所述燃燒器在導(dǎo)熱隔板的兩側(cè)，形成了上、下兩個燃燒通道，所述上燃燒通道與下燃燒通道的氣體流動方向相反。
[0011]所述左右端板在導(dǎo)熱隔板的上下兩側(cè)均分別設(shè)有兩個通氣孔，其中一個為進氣孔，另一個則為出氣孔。
[0012]所述燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板和右端板均采用銅鎢合金(CUW80)，多孔介質(zhì)的材質(zhì)采用Al2O3泡沫微孔陶瓷。
[0013]所述多孔介質(zhì)采用耐高溫膠粘結(jié)在導(dǎo)熱隔板的上下兩側(cè)，多孔介質(zhì)區(qū)共設(shè)有4個，且沿導(dǎo)熱隔板上下左右對稱分布，上下燃燒通道內(nèi)靠近進氣孔的多孔介質(zhì)區(qū)稱為第一層多孔介質(zhì)區(qū)，靠近排氣孔的多孔介質(zhì)區(qū)則稱為第二層多孔介質(zhì)區(qū)。
[0014]本發(fā)明的工作原理為:工作時，燃料和氧化劑經(jīng)充分預(yù)混后，將首先通過兩端板上的入口實現(xiàn)逆向進氣，分別經(jīng)各自的第一層多孔介質(zhì)區(qū)，進入到燃燒腔中進行燃燒，生成的燃燒產(chǎn)物再從各自出口端的第二層多孔介質(zhì)區(qū)通過端板上的排氣孔排至裝置外。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的技術(shù)效果有:(1)隔板和雙向進氣的方式，實現(xiàn)了燃燒產(chǎn)物和進氣之間的熱量交換，達到了基本的回熱效果；(2)多孔介質(zhì)層的設(shè)置，不僅可使得預(yù)混氣在燃燒器內(nèi)的布氣更加均勻，而且還延緩了進排氣的速度，增加了混合氣在燃燒器內(nèi)的滯留時間；(3)此外，多孔介質(zhì)的蓄熱作用以及駐留時間的延長，都會對回熱效果起到更好的促進作用。(4)采用雙向進氣方式，兩個燃燒通道，也提高了燃燒器的工作效率。
[0016]在這幾方面的綜合作用下，預(yù)混合氣的焓值相對傳統(tǒng)的燃燒器會得到很大的提高，在這種情況下進行燃燒，不僅可以改善微尺度燃燒過程的穩(wěn)定性和充分性，而且可以通過降低排氣溫度實現(xiàn)能量的綜合利用。采用該燃燒器后，輻射壁面的溫度分布勢必得到大幅改善，從而也必將帶來微型熱光電系統(tǒng)功率輸出的飛躍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器縱剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中，1.燃燒器外壁，2.導(dǎo)熱隔板，3.左端板，4.右端板，5.上進氣孔，6.上出氣孔，7.下進氣孔，8.下出氣孔，9.下多孔介質(zhì)區(qū)，10.上多孔介質(zhì)區(qū)，11.上燃燒區(qū)，12.下燃燒區(qū)；
[0019]圖2為導(dǎo)熱隔板、端板以及進出氣孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]具體實施方法
[0021]下面結(jié)合附圖1和2，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0022]如圖1所示的填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，包括了燃燒器外壁1，導(dǎo)熱隔板2，左端板3，右端板4，上進氣孔5.，上出氣孔6，下進氣孔7，下出氣孔8，下多孔介質(zhì)區(qū)9，上多孔介質(zhì)區(qū)10，上燃燒區(qū)11，下燃燒區(qū)12。
[0023]燃燒器外壁I為左右開口的直通道，其左右端口通過左端板3和右端板4組成了一個封閉的燃燒腔。導(dǎo)熱隔板2將燃燒器內(nèi)部隔開上下兩個密閉的區(qū)域，形成了上下兩個燃燒通道，導(dǎo)熱隔板2與左端板3和右端板4相接觸的兩端側(cè)上下各布置一定長度多孔介質(zhì)層；每塊多孔介質(zhì)層占燃燒腔室的長度的1/5。
[0024]左端板3上在導(dǎo)熱隔板2的兩側(cè)設(shè)有兩個通氣孔，其中在導(dǎo)熱隔板2上側(cè)的通氣孔為上出氣孔6，在導(dǎo)熱隔板2下側(cè)的為下進氣孔7 ;右端板4上與上出氣孔6對稱位置設(shè)有上進氣孔5，，與下進氣孔7相對的位置上設(shè)有下出氣孔8。
[0025]燃燒器工作時，從高壓氣瓶出來的碳氫燃料和氧氣經(jīng)減壓閥減壓后，在混合器中充分混合后形成預(yù)混合氣，并由銅制導(dǎo)管經(jīng)噴嘴分別導(dǎo)入微型燃燒器的上下通道中。在上燃燒通道中，混合氣由上進氣孔5進入，經(jīng)過上多孔介質(zhì)區(qū)10的第一層，預(yù)熱后進入上燃燒區(qū)11，燃燒后經(jīng)過上多孔介質(zhì)區(qū)10的第二層，再由上出氣孔6排出燃燒器；同時，在下燃燒通道中，混合氣由下進氣孔7進入，經(jīng)下多孔介質(zhì)區(qū)9的第一層預(yù)熱后，進入下燃燒區(qū)燃燒，再經(jīng)過下多孔介質(zhì)區(qū)9的第二層，變成廢氣排出裝置外?？梢娙紵鞑捎秒p向進氣和填充多孔介質(zhì)的方式，實現(xiàn)了燃燒產(chǎn)物和進氣之間的熱量交換，達到了較好的回熱燃燒效果。
[0026]在本發(fā)明中，微尺度燃燒器外部呈長方體結(jié)構(gòu)。加工時，首先用線切割的方法將一個銅鎢合金(CuW80)塊加工成左、右側(cè)開口的內(nèi)部矩形通道結(jié)構(gòu)，形成燃燒器外壁1，其外觀尺寸為:長度和寬度均為10mm，整體高度為2.2mm，壁面厚度均為0.2mm。
[0027]導(dǎo)熱隔板2米用同燃燒器外壁I 一樣的材料，其厚度為0.2mm,長和寬亦為10mm。隨后，將四塊厚度為0.8mm、長度為2mm，寬度尺寸與矩形通道保持一致的Al2O3泡沫微孔陶瓷，采用耐高溫膠粘結(jié)在導(dǎo)熱隔板2的上下兩側(cè)，且上下左右對稱分布，以形成燃燒器中的上多孔介質(zhì)區(qū)9和下多孔介質(zhì)區(qū)10以及上燃燒區(qū)11和下燃燒區(qū)12 (高度為0.8mm)。接著，將帶有多孔介質(zhì)的導(dǎo)熱隔板2塞入矩形燃燒通道中，并利用耐高溫膠將端板3、4粘結(jié)在矩形燃燒通道兩側(cè)，最終形成一個填充多孔介質(zhì)雙向進氣式回熱型微尺度燃燒器。端板3、4也采用銅鎢合金(CuW80)制成，其壁面厚度為0.3mm，高度和寬度尺寸同燃燒器外壁I保持一致，每塊端板上均對稱的開有兩個直徑為0.5mm的孔，以形成上進氣孔5、上出氣孔6、下進氣孔7以及下出氣孔8。
[0028]綜上分析，本發(fā)明的微型燃燒器性能整體上比起常規(guī)微型燃燒器更好，提高了微尺度燃燒的極限范圍，使壁面溫度有所上升，可使壁面輻射能力增強，整個微型熱光電轉(zhuǎn)換裝置的效率得到了提高，而且該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計較簡單，具有一定的實用價值。
【權(quán)利要求】
1.一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，由左右開口的直通的燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板、右端板組成，其特征在于:導(dǎo)熱隔板將燃燒器內(nèi)部隔開形成上下兩個密閉的區(qū)域，所述導(dǎo)熱隔板與左端板和右端板相接觸的兩端側(cè)上下各布置一定長度多孔介質(zhì)層；所述左端板上在導(dǎo)熱隔板的兩側(cè)設(shè)有兩個通氣孔，所述右端板上與左端板的對稱位置分別設(shè)有兩個通氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:所述燃燒器在導(dǎo)熱隔板的兩側(cè)，形成了上、下兩個燃燒通道，所述上燃燒通道與下燃燒通道的氣體流動方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:左端板和右端板的上下相鄰的通氣孔一個為出氣孔，另一個為進氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:所述左端板與右端板在導(dǎo)熱隔板的上側(cè)的通氣孔，一個為進氣孔，另一個為出氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:所述左端板與右端板在導(dǎo)熱隔板的下側(cè)的通氣孔，一個為進氣孔，另一個為出氣孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:燃燒器外壁、導(dǎo)熱隔板、左端板和右端板均采用銅鎢合金，多孔介質(zhì)的材質(zhì)采用Al2O3泡沫微孔陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:所述多孔介質(zhì)采用耐高溫膠粘結(jié)在導(dǎo)熱隔板的上下兩側(cè)，所述多孔介質(zhì)區(qū)供設(shè)有4個，且沿導(dǎo)熱隔板上下左右對稱分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種填充多孔介質(zhì)的雙向進氣回熱型微尺度燃燒器，其特征在于:所述每塊多孔介質(zhì)層的長度為整個燃燒器長度的1/5。
【文檔編號】F23D14/46GK203615331SQ201320692332
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】唐愛坤 申請人:江蘇大學(xué)