本发明专利技术属于微小尺度燃烧技术领域，并具体公开了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器。该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道、燃料喷口、混合通道、燃烧室、二次风通道、排气口和加热面，其中：一次风通道的下壁面与燃料喷口连接，该一次风通道的上壁面与混合通道连接，燃烧室的下方分别与混合通道的出口和二次风通道连接，二次风通道套设在混合通道的外侧，该燃烧室的上方设置有排气口和加热面。本发明专利技术设计了具有多级被动进风功能的供风系统，其中利用高速射流和浮升力实现了两次被动进风的功能，从而能够在保证燃烧充分的同时，无需安装额外的供气供应装置，可有效提高微型能源动力系统的紧凑性、便携性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器
本专利技术属于微小尺度燃烧
，更具体地，涉及一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器。
技术介绍
随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展，不断涌现出了许多微小型装置和系统，如微型卫星、微型机器人、微型推进系统以及微小型电子设备。目前，这些设备的能量来源主要是化学电池，然而化学电池的能量密度比较低，体积和重量也较大。而烃类燃料相对于化学电池来说有高出几十倍的能量密度优势，如典型液体碳氢化合物燃料的能量密度约为45MJ/kg，而最好的锂电池的能量密度约为1.2MJ/kg。因此，开发基于燃烧的微小动力装置具有非常巨大的应用前景。目前已经成功制造出了微燃气透平、微转子发动机、微斯特林热机、微推进系统、微热光伏系统和微热电系统等，其中燃烧器是微小型动力系统的关键部件。微型斯特林机和温差发电片是最常见的将燃烧过程产生的热能转换能电能的方法。它们工作时需要一个稳定的热源对其热端进行加热。由于其冷端温度几乎保温恒定，要想有效改善发电系统的总效率则必须提高热端温度水平。考虑到微型能源与动力系统的便携性和安全性，非预混燃烧和部分预混燃烧成为燃烧的首选方案。然而，采用非预混燃烧或部分预混燃烧时，燃烧效率的提高成为一个亟需解决的问题。虽然通过主动送风的方式可以大大提高燃烧效率，但是这种方式需要在系统中加入风机或压缩空气罐，降低了系统的净输出功率和可靠性，同时提高了整个系统的重量和复杂性；或者采用燃料射流卷吸空气的方式进行被动送风，但目前已有的技术仅仅只有一级被动进风的功能，燃料/空气混合物往往处于富燃状态，燃烧效率非常低，限制了基于燃烧的微小型能源动力装置的广泛应用。
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具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其中利用高速射流和浮升力实现了两级抽吸空气的功能，从而能够在保证燃烧充分的同时，无需安装额外的供气供应装置，因而尤其适用于各种微小型热电系统和加热系统的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道、燃料喷口、混合通道、燃烧室、二次风通道、排气口和加热面，其中：所述一次风通道的下壁面与所述燃料喷口连接，该一次风通道的上壁面与所述混合通道连接，工作时燃料从所述燃料喷口进入所述混合通道，同时将外部空气从所述一次风通道卷吸进入所述混合通道，以此获得部分混合燃料，所述燃烧室的下方分别与所述混合通道的出口和二次风通道连接，所述二次风通道套设在所述混合通道的外侧，该燃烧室的上方设置有排气口和加热面，工作时所述部分混合燃料进入所述燃烧室燃烧，产生的烟气向上运动，将外部空气从所述二次风通道抽吸进入所述燃烧室，进而提高所述燃料的燃烧效率，最后烟气从所述排气口排出，并将燃烧产生的热量通过所述加热面进行传递。作为进一步优选地，所述燃料喷口的直径为0.08mm～0.5mm，所述燃料的进气速度大于10m/s。作为进一步优选地，所述混合通道的直径为0.8mm～8mm。作为进一步优选地，所述混合通道的长度为5mm～50mm。作为进一步优选地，所述燃烧室的直径为1.6mm～10mm。作为进一步优选地，所述燃烧室的长度为5mm～100mm。作为进一步优选地，所述燃烧室采用不锈钢、铜、碳化硅或石英玻璃制成。作为进一步优选地，所述燃烧室的内部填充覆有催化剂的多孔材料、填充折叠的催化金属片、填充带有催化剂的金属网或涂覆催化剂，用于提高所述燃料的燃烧效率。作为进一步优选地，所述燃烧室的侧壁上开设有4～16个通孔，所述通孔的直径为0.5mm～4mm，用于抽吸空气。作为进一步优选地，所述加热面的下方设置有增强换热的金属柱、肋片或翅片。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.本专利技术结合微小型热电装置自身的应用特点，设计了具有多级被动进风功能的供风系统，其中利用高速射流和浮升力实现了两次抽吸空气的功能，从而能够在保证燃烧充分的同时，无需安装额外的供气供应装置，如风机或压缩空气罐等，可有效提高微型能源动力系统的紧凑性、便携性和可靠性，此外燃烧器的热输出表面即加热面位于燃烧器顶端，且为平面，因而适用于各种微小型热电系统和加热系统；2.尤其是，本专利技术通过对燃料喷口、混合通道和燃烧室的尺寸进行优化，并合理配置燃料喷口的流速，能够将火焰稳定在二次风通道的上方，即将其稳定在燃烧室内，使得火焰更靠近用于热输出的加热面，从而提高燃料的能量转化率，同时还能够有效防止回火现象的发生，有效提高设备的安全性。附图说明图1是按照本专利技术优选实施例构建的具有多级被动进风功能的微小型燃烧器的局部三维剖视图；图2是按照本专利技术优选实施例构建的具有多级被动进风功能的微小型燃烧器的局部二维剖面图；图3本专利技术对照例构建的具有单级被动进风功能的微小型燃烧器的局部二维剖面图；图4是不同燃料质量流量下本专利技术实施例和对照例的燃烧效率对比图；图5是不同燃料质量流量下本专利技术实施例和对照例中加热面的平均温度。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-第一侧壁，2-第二侧壁，3-第三侧壁，4-加热面，5-燃料喷口，6-一次风通道，7-混合通道，8-二次风通道，9-燃烧室，10-排气口。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例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1～2所示，本专利技术实施例提供了一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道6、燃料喷口5、混合通道7、燃烧室9、二次风通道8、排气口10和加热面4，其中：一次风通道6的下壁面与燃料喷口5连接，该一次风通道6的上壁面与混合通道7连接，工作时燃料从燃料喷口5以较高速度进入混合通道7，同时将外部空气从一次风通道6卷吸进入混合通道7，以此获得部分混合燃料，燃烧室9的下方分别与混合通道7的出口和二次风通道8连接，二次风通道8套设在混合通道7的外侧，该燃烧室9的上方设置有排气口10和加热面4，工作时部分混合燃料进入燃烧室9燃烧，此时部分混合燃料处于富燃状态，发生不完全燃烧，产生的烟气由于温度升高、体积膨胀而密度降低，在浮升力的作用下向上运动，从而在二次风通道8形成负压，将外部空气从二次风通道8抽吸进入燃烧室9，进一步促进燃料的燃烧，进而提高燃料的燃烧效率，最后烟气从排气口10排出，并将燃烧产生的热量通过加热面4进行传递。进一步，本专利技术提供的具有多级被动进风功能的微小型燃烧器可使用3D打印技术加工而成，或分为内外两部分进行车削并焊接而成。燃烧器呈竖直放置，燃烧室9位于整个燃烧器上方，燃料喷口5的直径小于混合通道7的直径，同时混本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其特征在于，该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道(6)、燃料喷口(5)、混合通道(7)、燃烧室(9)、二次风通道(8)、排气口(10)和加热面(4)，其中：所述一次风通道(6)的下壁面与所述燃料喷口(5)连接，该一次风通道(6)的上壁面与所述混合通道(7)连接，工作时燃料从所述燃料喷口(5)进入所述混合通道(7)，同时将外部空气从所述一次风通道(6)卷吸进入所述混合通道(7)，以此获得部分混合燃料，所述燃烧室(9)的下方分别与所述混合通道(7)的出口和二次风通道(8)连接，所述二次风通道(8)套设在所述混合通道(7)的外侧，该燃烧室(9)的上方设置有排气口(10)和加热面(4)，工作时所述部分混合燃料进入所述燃烧室(9)燃烧，产生的烟气向上运动，将外部空气从所述二次风通道(8)抽吸进入所述燃烧室(9)，进而提高所述燃料的燃烧效率，最后烟气从所述排气口(10)排出，并将燃烧产生的热量通过所述加热面(4)进行传递。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其特征在于，该微小型燃烧器包括同轴设置的一次风通道(6)、燃料喷口(5)、混合通道(7)、燃烧室(9)、二次风通道(8)、排气口(10)和加热面(4)，其中：所述一次风通道(6)的下壁面与所述燃料喷口(5)连接，该一次风通道(6)的上壁面与所述混合通道(7)连接，工作时燃料从所述燃料喷口(5)进入所述混合通道(7)，同时将外部空气从所述一次风通道(6)卷吸进入所述混合通道(7)，以此获得部分混合燃料，所述燃烧室(9)的下方分别与所述混合通道(7)的出口和二次风通道(8)连接，所述二次风通道(8)套设在所述混合通道(7)的外侧，该燃烧室(9)的上方设置有排气口(10)和加热面(4)，工作时所述部分混合燃料进入所述燃烧室(9)燃烧，产生的烟气向上运动，将外部空气从所述二次风通道(8)抽吸进入所述燃烧室(9)，进而提高所述燃料的燃烧效率，最后烟气从所述排气口(10)排出，并将燃烧产生的热量通过所述加热面(4)进行传递。
2.如权利要求1所述的具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其特征在于，所述燃料喷口(5)的直径为0.08mm～0.5mm，所述燃料的进气速度大于10m/s。
3.如权利要求1所述的具有多级被动进风功能的微小型燃烧器，其特征在于，所述混合通道(7)的直径...
【专利技术属性】
技术研发人员：范爱武，王世轩，羊光耀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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