[發明專利]一種利用離子風組織氣流的微燃燒器

有效

• 申請號: 200910192504.7
• 申請日: 2009-09-21
• 公開（公告）號: CN101666497A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 甘云華;矯明倫;楊澤亮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F23D14/00
• 分類號: F23D14/00;F23D11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種微燃燒器，具體涉及通過外加強電場產生離子風，并利用離子風組織氣流，促進擴散火焰燃燒的微燃燒器。

背景技術

隨著微電子機械系統(MEMS)技術的迅速發展，微型化已成為科技潮流的新趨勢，如各種微型飛行器和電子設備、以及高技術現代化戰爭中微小武器的研制成功為人們開創了一個新的領域，同時也使人們認識到了微能源系統的重要性。微動力裝置采用鋰電池供能的明顯缺點是其能量密度小，供能系統所占體積、重量較大。因此，研制體積小、重量輕、能量密度高并且能夠持續供能的微能源系統具有重要的作用。而作為微能源系統的核心，對微型燃燒器的研究引起了國內外極大的關注。

目前對微燃燒器的研究方向主要集中在如何減少熱量損失以提高效率保證火焰穩定性，如采用多孔材料抑制熱傳遞，采用回熱通道來預熱未燃混合氣體，以及多圈纏繞，逆流換熱結構等。但現有的微燃燒器所采用的燃料形式均為預混氣體，如中國專利ZL200610036628.2公開的一種低熱損失的微尺度燃燒器，其利用多孔燒結材料(陶瓷、銅、不銹剛及鎳金屬燒結而成)，采用壁面多孔進氣的方式，合理組織可燃預混氣體在燃燒室內有效燃燒，但是需要燃料與空氣事先混合。預混氣體體積大，能量密度低，儲存和運輸不便，且有爆炸危險，所以不具實用性。相對而言，液態燃料或高壓氣態燃料則是微燃燒器未來發展的必然選擇。但是純凈燃料的燃燒形式為擴散火焰，與預混火焰不同，擴散火焰燃燒時需要以較好的氣流組織方式以促使燃料與空氣充分混合。但微燃燒器內氣流組織存在的問題是：與傳統燃燒器相比，微燃燒器的體積小，在一般幾立方毫米至一立方厘米之間，且產生的能量少，這使傳統上用于大型燃燒器的以風機等為基礎的氣流組織結構因其體積大，結構復雜，能耗高且能源利用率低等因素，難以在微燃燒器上實現。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種利用離子風組織氣流的微燃燒器，本發明利用外加強電場形成的離子風解決微燃燒器擴散火焰氣流組織的問題，具有體積小，重量輕，自身能耗率低，散熱量少，燃燒效率高等優勢。

本發明是基于這樣一種物理原理，在高壓電極兩端所形成的開放區域內，空氣由于強電場而發生電離，其中自由電子向陽極移動，被吸收，帶正電的氣體分子向陰極移動，從而在陽極附近形成負壓區域。帶正電分子與負極撞擊后帶負電荷，由于同性相斥作用而逆向移動，與迎面帶正電的分子撞擊而發生中和，從而在陰極附近形成正壓區域。由于壓力差，電極處空氣與周圍氣體形成強制循環流動，從而形成離子風。離子風橫向通過由多孔材料形成的燃燒室內壁，與縱向從軸線端進入的氣態或由于高溫汽化的液體燃料充分混合，從而促進燃燒反應進一步完全。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種利用離子風組織氣流的微燃燒器，包括外套壁3、內套壁4、燃料入孔1、排氣孔2、空氣進氣孔7和電子打火裝置16，內套壁4的側面為多孔燒結材料，外套壁3與內套壁4形成夾層空間6，所述的空氣進氣孔7為外套壁3與排氣孔2之間形成的環形間隙，所述的內套壁4、外套壁3的截面均為圓形。

微燃燒器設有電極裝置，其電極裝置由電極陽極8和電極陰極9構成，電極陽極8內嵌或電鍍于外套壁3的內壁，電極陰極9為針形，其末端由陰極固定板10固定到排氣孔2的內壁，陰極固定板10分上下兩層，每層由四塊板組成，四塊板呈十字形分布，板兩端分別與陰極末端加固層14、排氣孔2的內壁可以通過耐高溫粘合劑連接，只要將電極陰極9固定，保證針形的電極陰極9位于燃燒室5軸線即可。

所述的電極陰極9的材料為耐高溫抗氧化金屬，包括銀、金、鉑。

所述的陰極固定板10為耐高溫硬質材料，厚度為0.1mm～0.5mm，材料包括陶瓷、碳化硼、碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅等。

所述的電極陰極9通過導線接地；所述的電極陽極8通過導線與高壓直流電源正極相連。

所述的電極陰極9的尖端距燃料入孔有0～1mm的距離。

所述的外套壁3為耐高溫絕緣體，包括陶瓷、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅等。

內套壁4的側面為多孔燒結材料，多孔燒結材料為陶瓷、銅、不銹剛及鎳金屬燒結而成，透氣率20％～50％，多孔燒結壁面厚0.1～3mm，燒結材料粒徑分布均勻，壓力損失小。

所述外套壁3與內套壁4之間間隙為0.5mm～2mm。

所述內套壁內徑為3mm～10mm。

所述的電極裝置形成的電場強度范圍為250～2000kV/m。