一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器制造技术

本发明专利技术属于微尺度燃烧技术领域，并具体公开了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器。包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室，进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通道中的燃气和氧化剂，进气通道包括从上到下依次平行布置的上氧化剂通道、燃料通道和下氧化剂通道，燃烧室的进气口处还设有中心挡流板和壁面挡流板。本发明专利技术通过对燃烧器本体中各个通道、燃烧室的具体位置以及燃烧气体混合方式进行了研究与设计，可有效解决现有小型燃烧器存在的混合不充分及容易产生回火的问题，具有混合效果好、稳定燃烧范围宽、燃烧效率高、能量利用率高的特点。

A Small Diffusion Burner with Multi-Channel and High Preheating Efficiency

【技术实现步骤摘要】
一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器
本专利技术属于微尺度燃烧
，更具体地，涉及一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器。
技术介绍
近年来微机电装置或系统快速发展，不断研制出小型机器人、小型火箭发动机、小型推进系统和便携式电子设备等小型装置。目前这些设备主要由电池驱动，但是电池存在能量密度小、重量和体积较大和充电时间较长等缺点。而碳氢化合物燃料比传统电池的能量密度高出几十倍。例如，典型的液态碳氢化合物燃料的能量密度高达45MJ/kg，而目前最好的化学电池Zinc/Air电池的能量密度仅约为1.65MJ/kg。另外，燃烧碳氢燃料对环境污染小，不会发生化学电池可能导致的化学污染。此外，基于燃烧的小型动力装置可长时间使用，燃料用尽后直接补充燃料即可，不需要更换任何设备，这即快速也低成本。因此，基于燃烧的小型动力装置有取代传统电池的巨大潜力。而小型燃烧器是小型动力装置或系统的关键部件，设计开发出安全稳定高效的小型燃烧器对于小型动力装置的技术开发具有重要意义。燃烧方式按燃料和氧化剂在进入燃烧室之前是否预先混合可分为预混燃烧和扩散燃烧。安全性是将微燃烧器用于为各种微机电装置提供动力或热源首先需要考虑的问题。由于燃料和氧化剂的扩散燃烧方式不会发生回火等危险现象，众多研究人员对此燃烧方式给予越来越多的关注。现有技术中，微燃烧器主要存在两个方面的问题，一是燃料和氧化剂无法在短时间内充分混合，进而导致燃烧稳定性差和燃烧效率低。如现有技术中提出的一种氧化剂通道(水平放置)与中央燃料通道垂直布置结构，这使得当氧化剂沿着水平通道以较快的速度进入燃烧室时，会对燃料产生一个较强烈的引射作用，以此来强化两种不同气体的混合。而此方法要求两股流体之间存在较大的速度差，否则难以获得良好的混合效果，而且在垂直引射方式下难以获得稳定对称的流场，不利于火焰稳定。另一个是火焰燃烧的范围有限，火焰的燃烧不稳定。由于小型燃烧室表面积与体积的比值相对于常规尺度来说增大了约2个数量级，这使得通过固体壁面的散热损失大大增加，从而导致火焰稳定性变差和易发生熄火。基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的小型扩散燃烧器做出进一步的改进设计，构建一种混合效果好、可燃范围宽、燃烧效率高和安全可靠的分离式预热的小型扩散燃烧器，解决现有小型扩散燃烧器存在的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其通过对燃烧器本体中各个通道、燃烧室的具体位置以及燃烧气体混合方式进行了研究与设计，实现了燃气和氧化剂的充分预热和两级混合，相应的可有效解决现有小型燃烧器存在的混合不充分及容易产生回火的问题，具有混合效果好、稳定燃烧范围宽、燃烧效率高、能量利用率高的特点，因而尤其适用于各种基于燃烧的微小型热光伏系统和热电系统，也可以直接作为热源使用。为实现上述目的，本专利技术提出了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，所述燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室，所述进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通中的燃气和氧化剂，其中，所述进气通道包括从上到下依次平行布置的上氧化剂通道、燃料通道和下氧化剂通道，且所述上氧化剂通道、燃料通道和下氧化剂通道的出气口均与所述燃烧室的进气口相连通，所述燃烧室的进气口处还设有中心挡流板，所述中心挡流板不与所述上盖板和所述下盖板连接，用于将所述燃料通道中的燃气进行分流，分流的燃气分别在所述上氧化剂通道和下氧化剂通道中的氧化剂的引射作用下进行第一级混合；所述中心挡流板远离所述燃烧室的进气口的一侧设有壁面挡流板，所述壁面挡流板包括上下对称布置的上壁面挡流板和下壁面挡流板，且所述上壁面挡流板与所述上盖板连接，所述下壁面挡流板与所述下盖板连接，所述上壁面挡流板和下壁面挡流板之间设有让所述燃气和氧化剂通过的二次混合通道，用于所述燃气和氧化剂进行第二级混合，混合气体进入所述燃烧室燃烧，燃烧后的烟气经所述出气通道排出。进一步的，所述中心挡流板的中心线与所述燃料通道的中心线共线，且所述中心挡流板的阻塞比为0.5～0.8，优选的，所述中心挡流板的阻塞比为0.7。进一步的，所述中心挡流板的形状为矩形、三角形、半圆形中的任一种。进一步的，所述壁面挡流板的阻塞比为0.4～0.8，优选的，所述壁面挡流板的阻塞比为0.6。进一步的，所述上壁面挡流板和下壁面挡流板的形状为矩形、直角三角形或直角扇形中的任一种。进一步的，所述出气通道包括上、中、下依次平行布置的烟气通道，其中，所述上、中、下依次平行布置的烟气通道分别与所述上氧化剂通道、燃料通道和下氧化剂通道对齐布置。进一步的，所述燃烧室的内表面涂覆有催化剂。进一步的，所述催化剂为铂、镍、铑中的任意一种或多种。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过对燃烧器本体中各个通道、燃烧室的具体位置以及燃烧气体混合方式进行了研究与设计，实现了燃气和氧化剂的充分预热和两级混合，相应的可有效解决现有小型燃烧器存在的混合不充分及容易产生回火的问题，具有混合效果好、稳定燃烧范围宽、燃烧效率高、能量利用率高的特点，因而尤其适用于各种基于燃烧的微小型热光伏系统和热电系统，也可以直接作为热源使用。2.本专利技术通过螺旋平行布置的进气通道和出气通道，使得燃气和氧化剂与烟气进行充分换热，同时，在燃烧室的进气口处布置中心挡流板和壁面挡流板，能有效防止回火的发生，同时还能实现燃气和氧化剂的两级混合，混合效果好。3.本专利技术中心挡流板和壁面挡流板可增大气体流动距离，延长燃料和氧化剂的停留时间，从而使得混合更加充分，壁面挡流板后的回流区和低速区能够起到较好的火焰稳燃作用。4.本专利技术中心挡流板形状和壁面挡流板形状及大小可以进行优化设计，且通过两者之间的优化距离设计，可获得更好的混合效果。5.本专利技术两个氧化剂通道上下对称分布于燃料通道的两侧，呈平行结构，这可保证流场与火焰的对称性和稳定性。6.本专利技术中,燃料和氧化剂的进气量可分别通过各自的质量流量计加以控制，可获得想要的空燃比燃料混合物，即运行范围较宽。7.本专利技术与单通道相比，本专利技术三层结构的多层烟气通道可进一步增大换热面积和换热系数，从而进一步增强对燃气和氧化剂的预热效果。总之，本专利技术克服了现有技术的不足，对燃料和氧化剂可高效预热，显著提高燃料在燃烧室的入口温度，从而增大火焰燃烧温度；混合方面实现了两级混合，在混合过程中利用几种不同的物理机制，达到燃料和氧化剂之间的充分混合，防止回火；壁面流挡板后的回流区和低速区可显著提高稳定火焰稳定性。因此，本专利技术能够有效提高小型扩散燃烧器中的火焰稳定性和燃烧效率，广泛适用于各种小型动力或加热装置。附图说明图1是本专利技术涉及的一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器的三维结构示意图；图2是本专利技术涉及的一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器气体流向图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上氧化剂通道，2-燃料通道，3-下氧化剂通道，4-燃料通道的进气口，5-中心挡流板，6-壁面挡流板，7-燃烧室，8-烟气通道。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，所述燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室(7)，所述进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通中的燃气和氧化剂，其中，所述进气通道包括从上到下依次平行布置的上氧化剂通道(1)、燃料通道(2)和下氧化剂通道(3)，且所述上氧化剂通道(1)、燃料通道(2)和下氧化剂通道(3)的出气口均与所述燃烧室(7)的进气口相连通，所述燃烧室(7)的进气口处还设有中心挡流板(5)，所述中心挡流板(5)不与所述上盖板和所述下盖板连接，用于将所述燃料通道(2)中的燃气进行分流，分流的燃气分别在所述上氧化剂通道(1)和下氧化剂通道(3)中的氧化剂的引射作用下进行第一级混合；所述中心挡流板(5)远离所述燃烧室(7)的进气口的一侧设有壁面挡流板(6)，所述壁面挡流板(6)包括上下对称布置的上壁面挡流板和下壁面挡流板，且所述上壁面挡流板与所述上盖板连接，所述下壁面挡流板与所述下盖板连接，所述上壁面挡流板和下壁面挡流板之间设有二次混合通道，用于所述燃气和氧化剂进行第二级混合。

【技术特征摘要】
1.一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，所述燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室(7)，所述进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通中的燃气和氧化剂，其中，所述进气通道包括从上到下依次平行布置的上氧化剂通道(1)、燃料通道(2)和下氧化剂通道(3)，且所述上氧化剂通道(1)、燃料通道(2)和下氧化剂通道(3)的出气口均与所述燃烧室(7)的进气口相连通，所述燃烧室(7)的进气口处还设有中心挡流板(5)，所述中心挡流板(5)不与所述上盖板和所述下盖板连接，用于将所述燃料通道(2)中的燃气进行分流，分流的燃气分别在所述上氧化剂通道(1)和下氧化剂通道(3)中的氧化剂的引射作用下进行第一级混合；所述中心挡流板(5)远离所述燃烧室(7)的进气口的一侧设有壁面挡流板(6)，所述壁面挡流板(6)包括上下对称布置的上壁面挡流板和下壁面挡流板，且所述上壁面挡流板与所述上盖板连接，所述下壁面挡流板与所述下盖板连接，所述上壁面挡流板和下壁面挡流板之间设有二次混合通道，用于所述燃气和氧化剂进行第二级混合。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：万建龙，何祚雯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42