一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器；燃烧器主要包括上下盖板，内外套筒、燃烧室、圆锥形雾化室等。沿圆锥形雾化室的周壁面、切向开设有多个对称分布的进气切口；多个进气管道贯穿外套筒和内套筒并与空气腔连通；外部空气通过进气管道通入空气腔，再由进气切口沿着圆锥形雾化室的内壁面以旋流的方式运动，并在圆锥形雾化室的内壁面形成一层空气薄膜，以减小雾化室中液体荷电雾化的湿壁效应。同时，部分回收利用尾气，对空气进行预热，并保温燃烧器，减少热损失，提高了燃烧效率。

【技术实现步骤摘要】
一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器
本技术涉及燃烧装置，尤其涉及一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器。
技术介绍
近十几年来，随着MEMS微加工技术的快速发展，以及军事和民用两方面的迫切需求，不断涌现出了各种微小型飞行器和便携式电子设备。目前，绝大部分的微小型设备和系统均由传统的化学电池供能。然而，化学电池存在能量密度低、体积和重量大、使用时间短、充电时间长等缺点，不足以满足微型动力设备对续航能力的要求。而液体碳氢燃料的能量密度可以达到目前最好的锂电池能量密度的几十倍之高，同时，液体碳氢燃料相对于化学电池来说属于环境友好型燃料，因此，研究人员逐步把研究重点转向了对微能源系统的研究。其中，设计出性能优良的微型燃烧器一直是研究人员的研究热点。不同于传统燃烧过程，微小尺度燃烧在现阶段仍然面临着许多挑战。微型燃烧器尺寸的减小，造成燃料和空气在燃烧器中停留时间大大缩短，燃料不能充分燃烧，燃烧不能顺利进行。同时，面体比的增大导致散热损失显著，而且材料方面的限制以及化学基元壁面的淬熄等问题也不可忽视。因此，在微小尺度内实现稳定燃烧和提高燃烧效率是如今研究的着重点。然而，目前已实现应用的微型燃烧器大多采用气体燃料，与液体燃料相比，其能量密度低，储存和运输不便，且具有爆炸危险，所以实用性很低。可以预见，液体碳氢燃料将成为未来微型燃烧器主要燃料。但液体燃料的蒸发需要附加的时间和空间，由此带来的燃烧器的结构设计也面临很大的挑战。相比于液体的机械蒸发来说，采用荷电喷雾技术，可以使得雾滴的尺寸更小，蒸发和混合的速率加快，达到很好的雾化效果，同时还可以通过调节电参数来调节雾化流场，控制方便，因此，喷雾燃烧已经成为了目前国内外的研究热点。尤其是近些年来华南理工大学的甘云华教授团队，对此进行了多方面的研究，在液体荷电雾化方面做出了许多卓越的贡献。但难题依旧存在，由于燃烧器尺寸的减小，荷电喷雾过程中壁面极易吸附液滴，造成的湿壁现象较为严重。所以，需要针对以上问题提供一种结构更加合理的微型液体燃烧器。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器，以解决燃烧器在微尺度下，液体碳氢燃料采用荷电喷雾的方法时，湿壁现象严重，燃料利用率低，混合气停留时间短，燃烧温度分布不均匀等技术问题。本技术通过下述技术方案实现：一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器，包括外套筒2、内套筒3和设置在内套筒3内上部的燃烧室13；外套筒2和内套筒3彼此套设，它们的下端密封固定在下盖板6上，外套筒2的上端由上盖板1密封；下盖板6上安装燃料喷嘴7；外套筒2与内套筒3之间相互间隔，并形成尾气排放通道；内套筒3的上端与上盖板1之间留有间隙15，内套筒3的上端口与燃烧室13的外缘密封；燃烧室13内燃烧后的尾气，依次由内套筒3上端的间隙15、尾气排放通道以及开设在外套筒2下端的尾气排出口8排出；在内套筒3内、下盖板6上设有一与燃烧室13底部对接的上小下大的圆锥形雾化室5；圆锥形雾化室5的顶部依次放置金属网格10和多孔介质盘11；圆锥形雾化室5的外壁和燃烧室13的外壁与内套筒3的内壁之间的空间形成空气腔16；沿圆锥形雾化室5的周壁面、切向开设有多个对称分布的进气切口9；多个进气管道4贯穿外套筒2和内套筒3并与空气腔16连通；外部空气通过进气管道4通入空气腔16，再由进气切口9沿着圆锥形雾化室5的内壁面以旋流的方式运动，并在圆锥形雾化室5的内壁面形成一层空气薄膜。燃烧室13的内腔分为上腔和下腔，上腔的直径小于下腔的直径，上腔与下腔衔接过渡处为直角过渡；该直角过渡形成内台阶17。燃烧室13的内部直径大于圆锥形雾化室5顶部的内部直径；燃烧室13和圆锥形雾化室5结合后形成文丘里结构；圆锥形雾化室5的壁面与下盖板6所成锐角为78°～82°。各进气管道4的出口位置分别对应于进气切口9的入口；进气切口9为条形竖向切口，各进气管道4的出口位置，处于该长条形竖向切口的中部。燃料喷嘴7的贯穿下盖板6并伸入圆锥形雾化室5内，位于圆锥形雾化室5的中部。多孔介质盘11的侧上方设置有点火器12，点火器12通过导线14连接外部电源。进气切口9的上端距离圆锥形雾化室5的上缘距离为1mm～2mm，进气切口9的下端距离圆锥形雾化室5的下缘距离为4mm～5mm。本技术减小湿壁效应的微型液体燃烧器的燃烧方法，包括如下步骤：接通燃料喷嘴7及金属网格10的直流电源，燃料喷嘴7接电源正极，金属网格10接地；液体碳氢燃料以3～10ml/h的流量，由燃料喷嘴7喷出，在圆锥形雾化室5内，经过接触式充电，在库仑力和表面张力的作用下，流体射流破碎成细小的雾滴，并在电场力的牵引作用下，被金属网格10捕获；空气通过进气管道4并流过进气切口9，沿着圆锥形雾化室5的内壁面以旋流的方式运动，并在其内壁面形成一层空气薄膜，以防止雾化过程中出现湿壁现象；由于燃烧室13和圆锥形雾化室5结合后形成的文丘里结构，使得圆锥形雾化室5上端区域的气体流动速度大于下端区域的流动速度，此时上端区域的压力小于下端区域的压力，在压力差和电场力的共同作用下，雾化过程中飞溅到圆锥形雾化室5内壁面上的液滴，被圆锥形雾化室5内壁面旋转上升的空气薄膜升至金属网格10，进行充分利用；随后混合气体通过多孔介质盘11后被点火器12点燃，在燃烧室13内充分燃烧，由于圆锥形雾化室5和燃烧室13构成的文丘里结构，使其进入燃烧室13时急剧扩张，在燃烧室13中部内台阶17的阻流作用下，使得混合气在燃烧室13内部形成回流，使燃料在燃烧室13内部的停留时间延长；燃烧后的尾气，依次由内套筒3上端的间隙15、尾气排放通道以及开设在外套筒2下端的尾气排出口8排出。本技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1、本技术沿圆锥形雾化室5的周壁面、切向开设有多个对称分布的进气切口9；多个进气管道4贯穿外套筒2和内套筒3并与空气腔16连通；外部空气通过进气管道4通入空气腔16，再由进气切口9沿着圆锥形雾化室5的内壁面以旋流的方式运动，并在圆锥形雾化室5的内壁面形成一层空气薄膜。采用这种切向旋流进气的方式，通过在圆锥形雾化室壁面上开有四个进气切口，可以在通气速度不是很大的情况下，在圆锥形雾化室内壁面上有效地形成一层空气薄膜，减小喷雾过程中严重的湿壁现象。同时，圆锥形雾化室的顶部结构采用圆台形状，由于圆台上端区域空气流速比圆台下端区域空气流速快，上方压力小，在压差和电场力的作用下，飞溅到壁面的液滴可以被空气薄膜带起到金属网格，有利于燃料的充分利用。2、本技术燃烧室13的内腔分为上腔和下腔，上腔的直径小于下腔的直径，上腔与下腔衔接过渡处为直角过渡；该直角过渡形成内台阶17；同时燃烧室13和圆锥形雾化室5结合后形成文丘里结构。这种结构组合由于燃烧室与圆锥形雾化室连接时截面突扩，混合气体在燃烧室内会产生回流现象，增加了燃料的停留时间，也使得燃烧温度分布更加均匀。3、本技术燃烧室13燃烧后的尾气并未直接排放，而是通过迂回至尾气通道，由上至下方流动，并由下部的尾气排出口排出。在尾气通道中，高温尾气与新进空气持续换热，不仅可以对空气进行预热，同时，还可以对燃烧器进行保温，形成了有效的保温层，减少热量损失，大幅提高了燃烧效率。4、本技术采用沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器，包括外套筒(2)、内套筒(3)和设置在内套筒(3)内上部的燃烧室(13)；外套筒(2)和内套筒(3)彼此套设，它们的下端密封固定在下盖板(6)上，外套筒(2)的上端由上盖板(1)密封；下盖板(6)上安装燃料喷嘴(7)；其特征在于：外套筒(2)与内套筒(3)之间相互间隔，并形成尾气排放通道；内套筒(3)的上端与上盖板(1)之间留有间隙(15)，内套筒(3)的上端口与燃烧室(13)的外缘密封；燃烧室(13)内燃烧后的尾气，依次由内套筒(3)上端的间隙(15)、尾气排放通道以及开设在外套筒(2)下端的尾气排出口(8)排出；在内套筒(3)内、下盖板(6)上设有一与燃烧室(13)底部对接的上小下大的圆锥形雾化室(5)；圆锥形雾化室(5)的顶部依次放置金属网格(10)和多孔介质盘(11)；圆锥形雾化室(5)的外壁和燃烧室(13)的外壁与内套筒(3)的内壁之间的空间形成空气腔(16)；沿圆锥形雾化室(5)的周壁面、切向开设有多个对称分布的进气切口(9)；多个进气管道(4)贯穿外套筒(2)和内套筒(3)并与空气腔(16)连通；外部空气通过进气管道(4)通入空气腔(16)，再由进气切口(9)沿着圆锥形雾化室(5)的内壁面以旋流的方式运动，并在圆锥形雾化室(5)的内壁面形成一层空气薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种减小湿壁效应的微型液体燃烧器，包括外套筒(2)、内套筒(3)和设置在内套筒(3)内上部的燃烧室(13)；外套筒(2)和内套筒(3)彼此套设，它们的下端密封固定在下盖板(6)上，外套筒(2)的上端由上盖板(1)密封；下盖板(6)上安装燃料喷嘴(7)；其特征在于：外套筒(2)与内套筒(3)之间相互间隔，并形成尾气排放通道；内套筒(3)的上端与上盖板(1)之间留有间隙(15)，内套筒(3)的上端口与燃烧室(13)的外缘密封；燃烧室(13)内燃烧后的尾气，依次由内套筒(3)上端的间隙(15)、尾气排放通道以及开设在外套筒(2)下端的尾气排出口(8)排出；在内套筒(3)内、下盖板(6)上设有一与燃烧室(13)底部对接的上小下大的圆锥形雾化室(5)；圆锥形雾化室(5)的顶部依次放置金属网格(10)和多孔介质盘(11)；圆锥形雾化室(5)的外壁和燃烧室(13)的外壁与内套筒(3)的内壁之间的空间形成空气腔(16)；沿圆锥形雾化室(5)的周壁面、切向开设有多个对称分布的进气切口(9)；多个进气管道(4)贯穿外套筒(2)和内套筒(3)并与空气腔(16)连通；外部空气通过进气管道(4)通入空气腔(16)，再由进气切口(9)沿着圆锥形雾化室(5)的内壁面以旋流的方式运动，并在圆锥形雾化室(5)的内壁面形成一层空气薄膜。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘云华，叶宏程，江政纬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44