[發(fā)明專利]一種具有多級被動進風功能的微小型燃燒器

有效

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• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111396871B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 范愛武;王世軒;羊光耀
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/18;F23D14/46;F23D14/58;F23D14/64
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發(fā)明屬于微小尺度燃燒技術領域，并具體公開了一種具有多級被動進風功能的微小型燃燒器。該微小型燃燒器包括同軸設置的一次風通道、燃料噴口、混合通道、燃燒室、二次風通道、排氣口和加熱面，其中：一次風通道的下壁面與燃料噴口連接，該一次風通道的上壁面與混合通道連接，燃燒室的下方分別與混合通道的出口和二次風通道連接，二次風通道套設在混合通道的外側，該燃燒室的上方設置有排氣口和加熱面。本發(fā)明設計了具有多級被動進風功能的供風系統，其中利用高速射流和浮升力實現了兩次被動進風的功能，從而能夠在保證燃燒充分的同時，無需安裝額外的供氣供應裝置，可有效提高微型能源動力系統的緊湊性、便攜性和可靠性。

技術領域

本發(fā)明屬于微小尺度燃燒技術領域，更具體地，涉及一種具有多級被動進風功能的微小型燃燒器。

背景技術

隨著微機電系統(MEMS)技術的快速發(fā)展，不斷涌現出了許多微小型裝置和系統，如微型衛(wèi)星、微型機器人、微型推進系統以及微小型電子設備。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。而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(yōu)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(fā)基于燃燒的微小動力裝置具有非常巨大的應用前景。目前已經成功制造出了微燃氣透平、微轉子發(fā)動機、微斯特林熱機、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。

微型斯特林機和溫差發(fā)電片是最常見的將燃燒過程產生的熱能轉換能電能的方法。它們工作時需要一個穩(wěn)定的熱源對其熱端進行加熱。由于其冷端溫度幾乎保溫恒定，要想有效改善發(fā)電系統的總效率則必須提高熱端溫度水平。考慮到微型能源與動力系統的便攜性和安全性，非預混燃燒和部分預混燃燒成為燃燒的首選方案。然而，采用非預混燃燒或部分預混燃燒時，燃燒效率的提高成為一個亟需解決的問題。雖然通過主動送風的方式可以大大提高燃燒效率，但是這種方式需要在系統中加入風機或壓縮空氣罐，降低了系統的凈輸出功率和可靠性，同時提高了整個系統的重量和復雜性；或者采用燃料射流卷吸空氣的方式進行被動送風，但目前已有的技術僅僅只有一級被動進風的功能，燃料/空氣混合物往往處于富燃狀態(tài)，燃燒效率非常低，限制了基于燃燒的微小型能源動力裝置的廣泛應用。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種具有多級被動進風功能的微小型燃燒器，其中利用高速射流和浮升力實現了兩級抽吸空氣的功能，從而能夠在保證燃燒充分的同時，無需安裝額外的供氣供應裝置，因而尤其適用于各種微小型熱電系統和加熱系統的應用場合。

為實現上述目的，本發(fā)明提出了一種具有多級被動進風功能的微小型燃燒器，該微小型燃燒器包括同軸設置的一次風通道、燃料噴口、混合通道、燃燒室、二次風通道、排氣口和加熱面，其中：所述一次風通道的下壁面與所述燃料噴口連接，該一次風通道的上壁面與所述混合通道連接，工作時燃料從所述燃料噴口進入所述混合通道，同時將外部空氣從所述一次風通道卷吸進入所述混合通道，以此獲得部分混合燃料，所述燃燒室的下方分別與所述混合通道的出口和二次風通道連接，所述二次風通道套設在所述混合通道的外側，該燃燒室的上方設置有排氣口和加熱面，工作時所述部分混合燃料進入所述燃燒室燃燒，產生的煙氣向上運動，將外部空氣從所述二次風通道抽吸進入所述燃燒室，進而提高所述燃料的燃燒效率，最后煙氣從所述排氣口排出，并將燃燒產生的熱量通過所述加熱面進行傳遞。

作為進一步優(yōu)選地，所述燃料噴口的直徑為0.08mm～0.5mm，所述燃料的進氣速度大于10m/s。

作為進一步優(yōu)選地，所述混合通道的直徑為0.8mm～8mm。

作為進一步優(yōu)選地，所述混合通道的長度為5mm～50mm。

作為進一步優(yōu)選地，所述燃燒室的直徑為1.6mm～10mm。

作為進一步優(yōu)選地，所述燃燒室的長度為5mm～100mm。