技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到基于碳?xì)淙剂先紵奈?dòng)力系統(tǒng)，尤其是一種具有二次風(fēng)結(jié)構(gòu)的微型燃?xì)馔钙饺紵鳌?/p>

背景技術(shù)

基于碳?xì)淙剂先紵奈?dòng)力系統(tǒng)具有能量密度高，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定的輸出，以及續(xù)能方便等優(yōu)點(diǎn)，能提供幾瓦到幾十瓦功率機(jī)械能或電能輸出，可廣泛用于軍事、醫(yī)療、科研和日常生活電子產(chǎn)品中，具有良好的應(yīng)用前景。

微型燃?xì)馔钙较到y(tǒng)是眾多基于燃燒微動(dòng)力系統(tǒng)之一，微量碳?xì)淙剂?氫氣或碳?xì)浠衔?和氧化劑(通常為空氣)在微型燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔苿?dòng)微透平旋轉(zhuǎn)做功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。當(dāng)微透平連接微型發(fā)電機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電能的輸出。微燃燒器是微型燃?xì)馔钙较到y(tǒng)的關(guān)鍵部件，由于微尺度下燃燒器高的表面積/體積比，微燃燒器熱損失率通常高達(dá)50％以上，導(dǎo)致微燃燒器工作不穩(wěn)定和熱效率低，從而嚴(yán)重制約了微燃?xì)馔钙较到y(tǒng)性能。此外，受微燃燒器內(nèi)燃燒空間小的限制，燃燒室內(nèi)的高效燃燒過程組織也變得困難。為減少微燃燒器的熱損失和改善燃燒穩(wěn)定性，現(xiàn)有微燃?xì)馊紵鞑捎昧诉M(jìn)氣回?zé)嵬ǖ兰夹g(shù)，即冷預(yù)混氣流經(jīng)回?zé)嵬ǖ篮笤倭魅肴紵遥梢曰厥詹糠譄崃浚瑥亩档拖到y(tǒng)熱損失和延展微燃燒器的可燃極限范圍。但是，采用了回?zé)嵬ǖ兰夹g(shù)的微燃?xì)馔钙饺紵骺偟臒釗p失率還是高于40％，與此同時(shí)，由于回?zé)嵬ǖ赖臒崃炕厥兆饔茫紵覂?nèi)燃料/氧化劑混合氣實(shí)現(xiàn)了部分超焓燃燒，火焰溫度上升，導(dǎo)致燃燒器壁面溫度和尾氣溫度同時(shí)升高，容易對(duì)燃燒室內(nèi)壁面和透平葉片形成熱燒蝕破壞，嚴(yán)重制約微型燃?xì)馔钙较到y(tǒng)的工作安全性。因此，單純采用隔熱保溫的方式來改進(jìn)微型燃?xì)馔钙饺紵餍阅苄Ч邢蓿枰獜娜紵^程的合理組織來解決熱損失過高、燃燒穩(wěn)定性差和系統(tǒng)安全性低等問題。

利用多孔介質(zhì)材料作為燃燒室壁面和進(jìn)氣口，當(dāng)預(yù)混氣穿過多孔介質(zhì)壁面進(jìn)入燃燒室，能夠在多孔介質(zhì)壁面表面形成穩(wěn)定的火焰面，火焰與壁面被一層未燃?xì)饽じ糸_，可以完全避免高溫火焰與壁面的直接接觸，燃燒室壁面溫度將低于火焰溫度幾百度，從而確保壁面不被燒蝕。與此同時(shí)，冷預(yù)混氣流經(jīng)多孔?壁面時(shí)的良好換熱效果，使得多孔壁面溫度進(jìn)一步降低和預(yù)混氣被高效預(yù)熱。因此，可以有效回收燃燒室壁面向外的散熱，也實(shí)現(xiàn)了超焓燃燒，使得可燃極限得到延展，最終有效降低微燃燒器的熱損失。但是，當(dāng)燃燒室壁面全部采用多孔介質(zhì)壁面為燃料/空氣預(yù)混氣進(jìn)口時(shí)，部分燃料會(huì)直接進(jìn)入煙氣通道未參與燃燒而逸出，導(dǎo)致微燃燒器的燃燒效率會(huì)降低。另一方面，雖然燃燒室內(nèi)多孔介質(zhì)壁面表面形成了大的火焰面避免了局部高溫的產(chǎn)生，但是，冷預(yù)混氣進(jìn)入燃燒室前的高效預(yù)熱導(dǎo)致了超焓燃燒，所以該燃燒器內(nèi)產(chǎn)生的煙氣溫度仍然比較高，特別是在高燃料當(dāng)量比和燃料流量情況下，煙氣溫度會(huì)高于微型燃?xì)馔钙饺~片的安全工作溫度。因此，需要進(jìn)一步控制和改善燃燒器內(nèi)燃燒過程來調(diào)節(jié)和提高燃燒器性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)燃燒器在燃燒過程中燃燒效率低下、燃燒穩(wěn)定性不足的技術(shù)問題，提供一種能有效改善燃燒器內(nèi)燃燒過程來調(diào)節(jié)和提高燃燒器性能的具有二次進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的微型燃?xì)馔钙饺紵鳌?/p>

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案：一種二次進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的微型燃?xì)馔钙饺紵鳎ㄓ腥紵壹鞍鼑谌紵彝獾娜紵魍鈿ぃc燃燒室內(nèi)相通的煙氣通道，所述燃燒室的壁面包括二次空氣多孔下側(cè)壁面、燃燒室下壁面、相互連接的混合氣多孔上壁面和混合氣多孔上側(cè)壁面，在所述混合氣多孔上壁面和混合氣多孔上側(cè)壁面與燃燒器外殼之間形成有混合氣分配腔，與該混合氣分配腔連通有燃料/空氣混合氣進(jìn)氣口；在所述二次空氣多孔下側(cè)壁面和燃燒室下壁面與所述燃燒器外殼之間形成有二次空氣分配腔，與該二次空氣分配腔連通有二次空氣進(jìn)氣口；所述混合氣分配腔和二次空氣分配腔之間被所述燃燒器外殼的側(cè)壁隔離。

微燃燒室壁面由側(cè)面(分為上、下部分)和上端面三塊燒結(jié)多孔板以及燃燒室下壁面組成，燃料/空氣混合氣穿過混合氣多孔上壁面和混合氣多孔上壁面部分的多孔板均勻進(jìn)入燃燒室，形成貼近多孔壁面表面的火焰。這種火焰組織方式具有保持低燃燒室壁面溫度和低熱損失的優(yōu)點(diǎn)。

二次空氣進(jìn)氣口為微燃燒室多孔介質(zhì)側(cè)壁面的下半部分，二次風(fēng)的大小可以調(diào)整，通過改變二次空氣多孔下側(cè)壁面所占整個(gè)燃燒室側(cè)壁面高度一定比例來實(shí)現(xiàn)。二次空氣穿過這個(gè)多孔介質(zhì)壁面進(jìn)入燃燒室出口處的煙氣通道，由于燃燒室內(nèi)火焰的形成穩(wěn)定在側(cè)壁面上部分和上端面進(jìn)燃料/空氣混合氣的多孔介質(zhì)壁面表面，因此，二次冷空氣的加入對(duì)火焰面附近流場(chǎng)影響小，從而不會(huì)對(duì)燃燒室內(nèi)火焰的穩(wěn)定性造成大的影響。