[發明專利]一種適用于非預混燃燒的微小型瑞士卷燃燒器

有效

• 申請號: 201810073409.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108131670B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 范愛武;王世軒;劉偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F23D14/20
• 分類號: F23D14/20;F23D14/46
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于氣體擴散燃燒技術領域，并具體公開了一種適用于非預混燃燒的微小型瑞士卷燃燒器，包括設置在基板上的燃燒器本體及上蓋板，燃燒器本體包括第一燃燒室、第二燃燒室、第一排氣通道、第二排氣通道、燃料通道和氧化劑通道，第一燃燒室和第二燃燒室入口對稱分布在燃燒器中心上下兩側，出口分別與第一排氣通道和第二排氣通道相連，燃料通道和氧化劑通道出口對稱分布在燃燒器中心左右兩側，并在燃燒器中心處連通，燃料通道、第一排氣通道、氧化劑通道和第二排氣通道均為螺旋形，且間隔布置。本發明具有混合效果好、穩燃范圍寬、燃燒效率高、能量利用率高等優點，可適合于各種基于燃燒的微小型熱光伏系統和熱電系統，也可以直接作為熱源使用。

技術領域

本發明屬于氣體擴散燃燒技術領域，具體為一種適用于非預混燃燒的微小型瑞士卷燃燒器，尤其適合于各種基于燃燒的微小型熱光伏系統和熱電系統，也可以直接作為熱源使用。

背景技術

隨著MEMS技術的快速發展，不斷涌現出了許多微小型裝置和系統，如微型衛星、微型機器人、微型推進系統等微小型電子設備。目前，這些設備的能量來源主要是化學電池，然而化學電池的能量密度比較低，體積和重量也較大。碳烴類燃料相對于化學電池來說有高出幾十倍的能量密度優勢，如典型液體碳氫化合物燃料的能量密度約為45MJ/kg，而最好的鋰電池的能量密度約為1.2MJ/kg。因此，開發基于燃燒的微小動力裝置具有非常巨大的應用前景。研究者們已經成功制造出了微燃氣透平、微轉子發動機、微推進系統、微熱光伏系統和微熱電系統等，其中燃燒器是微小型動力系統的關鍵部件。

根據燃料和氧化劑在進入燃燒室之前是否混合，燃燒可分為預混燃燒和非預混燃燒。預混燃燒由于燃料和氧化劑在進入燃燒器之前已經進行了充分混合，完全燃燒需要的時間一般來說是足夠的，影響其火焰穩定性的主要因素是散熱損失。為此，研究者們提出了熱循環結構(例如，瑞士卷燃燒器)、催化燃燒、鈍體和凹腔穩燃器等各種不同的穩燃技術，取得了較好的效果。

由于微小型燃燒器主要應用于各種便攜式設備中，因此保證安全是首要問題。為了防止發生回火危險，應該優先采取燃料和氧化劑非預混的燃燒方式。但是由此會帶來一個新的問題，即燃料和氧化劑混合不均導致反應不充分、燃燒效率低、以及火焰不穩定。現有的非預混燃燒器結構設計一般采用簡單的平行進氣通道或者Y形進氣通道，例如，Ju等(Xu?B,Ju?Y.Studies?on?non-premixed?flame?streets?in?a?mesoscalechannel.Proceedings?of?the?Combustion?Institute,2009,32(1):1375-1382)以及Miesse等(Miesse?C,Masel?R?I,Short?M,et?al.Diffusion?flame?instabilities?in?a0.75mm?non-premixed?microburner.Proceedings?of?the?Combustion?Institute,2005,30(2):2499-2507)分別采用了這兩種方法，他們在實驗中均發現了所謂的“火焰街”，即多個小火焰沿著燃燒室入口到出口離散分布的現象，顯然，這是由于燃料和氧化劑混合不充分而引起的；除此之外，微小型擴散燃燒器跟預混燃燒一樣，面臨散熱損失比例大的問題。以上幾個方面的原因使得微尺度下的非預混燃燒實現起來具有很大的難度，一直沒有太多的應用實例。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種微小型瑞士卷燃燒器，其將瑞士卷結構應用于非預混燃燒器設計中，通過對各通道及燃燒室的具體布置方式及結構的研究與設計，以提供一種混合效果好、穩燃范圍寬、燃燒效率高、能量利用率高的非預混瑞士卷燃燒器，具有結構簡單、適用性強等優點，可適合于各種基于燃燒的微小型熱光伏系統和熱電系統，也可以直接作為熱源使用。