一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器。該內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，包括矩形框截面的燃燒器外壁，燃燒器外壁由上壁、下壁和兩個側(cè)壁組成，上壁、下壁和兩個側(cè)壁構(gòu)成一個矩形通道，矩形通道的兩端分別為進(jìn)氣口和出氣口，在下壁上沿著進(jìn)氣口和出氣口的方向設(shè)置有若干平行的隔板，下壁靠近進(jìn)氣口端保留一塊平坦區(qū)域為燃燒區(qū)，隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間構(gòu)成傳熱通道。工作時，燃料和氧化劑經(jīng)充分預(yù)混后，由進(jìn)氣口端通入燃燒器內(nèi)部，在沒有設(shè)置隔板的燃燒區(qū)內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，生成的燃燒產(chǎn)物則被分配至各個傳熱通道內(nèi)，最后經(jīng)燃燒器另一端的出氣口排出，本發(fā)明結(jié)構(gòu)相對簡單，可實現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒。
【專利說明】一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型動力機(jī)電系統(tǒng)和工程熱物理領(lǐng)域的用于微型熱光電系統(tǒng)的微型燃燒器，尤其是涉及一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著微型機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System,簡稱MEMS)研發(fā)水平的不斷進(jìn)步以及應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，如何對其動力供給部分進(jìn)行合理開發(fā)，也逐漸被引起廣泛的重視。近年來，一些基于燃燒的微型動力裝置由于工作時間長、能量密度高等優(yōu)點，有望很好地解決這一問題，因而成為了各國科研競爭的焦點之一。
[0003]微型熱光電系統(tǒng)(Micro-thermophotovoltaic,簡稱MTPV System)便是其中的一種典型的微型動力供給裝置，它結(jié)構(gòu)相對簡單、沒有運動部件、制造裝配也容易，故優(yōu)勢相對其他裝置也較為明顯。該裝置主要由微型燃燒器和光電池兩大部件構(gòu)成，工作時碳?xì)淙剂显谖⑿腿紵鲀?nèi)通過燃燒過程釋放出化學(xué)能，同時對燃燒器的壁面進(jìn)行加熱；高溫狀態(tài)的燃燒器外壁充當(dāng)了輻射壁面，它釋放出的部分短波輻射能撞擊低頻帶隙光電池表面后，最終將產(chǎn)生電能。目前，該微型熱光電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率還不夠高，離實際應(yīng)用尚有一段差距，除光電轉(zhuǎn)換技術(shù)有待進(jìn)一步提高外，這很大程度上還是受微尺度燃燒過程中燃料駐留時間短、大面容比造成熱損失過大以及燃料選擇面窄等一系列特點制約的。因此，作為微型熱光電系統(tǒng)最為重要的部件之一，微型燃燒器設(shè)計的好壞不僅會對內(nèi)部燃燒過程的穩(wěn)定性造成影響，而且其外壁面的溫度分布狀況還會直接影響到系統(tǒng)的輸出性能。
[0004]微型熱光電系統(tǒng)燃燒器通常采用圓柱型和平板型兩種整體結(jié)構(gòu)，即將燃燒器內(nèi)部設(shè)計成圓管通道或者矩形通道的型式，其中平板型燃燒器由于容易實現(xiàn)多個子裝置的模塊化疊裝，從而也越來越受到開發(fā)者的青睞。例如專利申請?zhí)枮?00910031281.6(名稱為“一種帶有預(yù)熱通道的微平行板燃燒器”)、201110132029.1 (名稱為“一種基于碳?xì)淙剂系碾p噴口平板式微燃燒室”)以及201310014796.1 (名稱為“一種多孔介質(zhì)回?zé)嵝臀⒊叨热紵鳌?公開的燃燒器均采用了平板結(jié)構(gòu)。雖然，這些專利中的技術(shù)方案，能夠起到提高混合氣體的燃燒效率、延長氣流駐留時間的作用，從而對微尺度燃燒過程能起到一定的強(qiáng)化作用。
[0005]但是，裝置中燃燒過程的根本目的是為了保證輻射壁面能達(dá)到一個較好的工作狀態(tài)，因此這種兼顧燃燒和輻射的雙層身份，使得該部件在開發(fā)過程中，不僅要考慮到高效穩(wěn)定燃燒過程的如何實現(xiàn)，而且對于如何強(qiáng)化高溫氣體和壁面之間的換熱過程，如何保證更多的燃料化學(xué)能被輻射壁面吸收，也應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、可實現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒的內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器采用的技術(shù)方案是: 一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，包括矩形框截面的燃燒器外壁，燃燒器外壁由上壁、下壁和兩個側(cè)壁組成，上壁、下壁和兩個側(cè)壁構(gòu)成一個矩形通道，矩形通道的兩端分別為進(jìn)氣口和出氣口，在下壁上沿著進(jìn)氣口和出氣口的方向設(shè)置有若干平行的隔板，下壁靠近進(jìn)氣口端保留一塊平坦區(qū)域為燃燒區(qū)，隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間構(gòu)成傳熱通道。工作時，燃料和氧化劑經(jīng)充分預(yù)混后，由進(jìn)氣口端通入燃燒器內(nèi)部，在沒有設(shè)置隔板的燃燒區(qū)內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，生成的燃燒產(chǎn)物則被分配至各個傳熱通道內(nèi)，最后經(jīng)燃燒器另一端的出氣口排出。
[0008]隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間的距離相等。
[0009]燃燒器外壁和隔板為316不銹鋼材料。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
同無隔板的直通道燃燒器相比，隔板形成的各個微型通道具有更小的當(dāng)量直徑，加之流通截面變小造成的通道內(nèi)平均流速的適當(dāng)增加，均可起到提高通道內(nèi)對流換熱系數(shù)的作用，從而使得更多高溫尾氣的熱量能被燃燒器內(nèi)壁和擋板所吸收；各個隔板的前端，實際上還充當(dāng)了“鈍體”的角色，混合氣碰到它們后，流動軌跡必然會受到影響，大部分氣體將經(jīng)混合和分配后進(jìn)入各個通道，而部分氣體甚至將被擋回燃燒區(qū)，這無疑增加了混合氣體在燃燒器內(nèi)的駐留時間，從而可使得微尺度燃燒過程的完全程度和燃燒器的工作效率得到一定程度的提高。在這兩方面的綜合作用下，一方面更多的燃料化學(xué)能得以釋放出來，而另一方面壁面對其吸收的能力也得到了提高，這必將帶來燃燒器外壁面輻射能量“質(zhì)”和“量”飛躍，從而對微型熱光電系統(tǒng)后續(xù)電能的輸出產(chǎn)生積極的影響作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中，1.燃燒器外壁，2.隔板，3.傳熱通道，4.燃燒區(qū)，5.進(jìn)氣口，6.出氣口。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0014]如圖1所示的內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，包括了燃燒器外壁1，隔板2，傳熱通道3，燃燒區(qū)4，進(jìn)氣口 5，出氣口 6，燃燒器外壁由上壁11、下壁12和兩個側(cè)13壁組成，上壁、下壁和兩個側(cè)壁構(gòu)成一個矩形通道，矩形通道的兩端分別為進(jìn)氣口 5和出氣口 6，在下壁上沿著進(jìn)氣口和出氣口的方向設(shè)置有四個平行的隔板2，下壁靠近進(jìn)氣口端保留一塊平坦區(qū)域為燃燒區(qū)4，隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間構(gòu)成傳熱通道3，隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間的距離相等，燃燒器外壁和隔板為316不銹鋼材料。
[0015]燃燒器主要由燃燒器外壁、平行的隔板組成，其外部呈長方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部則整體為矩形截面的直通道；燃燒器前端為單通道的燃燒區(qū)，后端則由平行的隔板形成多個尾氣傳熱通道。這種多通道的設(shè)計方式，不僅增加了混合氣在燃燒器內(nèi)的駐留時間，更重要的是可以大幅提高尾氣同壁面間的換熱系數(shù)，使得更多燃燒產(chǎn)生的能量被壁面所吸收，從而帶來壁面溫度和可用輻射能的提升，最終對微型熱光電系統(tǒng)電能的輸出產(chǎn)生積極的影響。
[0016]在本發(fā)明中，內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器呈長方體結(jié)構(gòu)。加工時，首先通過線切割的方法產(chǎn)生一個矩形金屬塊，其外觀尺寸分別為:長度18mm (X方向)、寬度9mm (y方向)、高度為3_ (z方向)。接著，通過線切割的方法在矩形塊內(nèi)部對稱地加工出五個長度為18_、寬度1.2_、高度為2_的微通道，以形成燃燒器外壁1、隔板2以及傳熱通道3的雛形，外壁和隔板的厚度均為0.5_。隨后，采用電火花加工的方法將靠近燃燒器進(jìn)氣口端的部分長度隔板銑掉，以形成長度為4mm的單通道燃燒區(qū)2、長度均為14mm的四塊隔板2和五個傳熱通道3，以及進(jìn)氣口 5和多個出氣口 6，從而最終制作出內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器。
[0017]所述燃燒器采用316不銹鋼制成，該種材料易于進(jìn)行機(jī)械加工，并能承受2000°C以上的高溫。在高溫狀態(tài)下，表面發(fā)射率可達(dá)到0.7左右。
[0018]由于燃燒區(qū)域設(shè)計在靠近燃燒器進(jìn)氣口的前端，因此可選用著火迅速、燃燒速率較快的氫氣作為燃料。工作時，從高壓氣瓶出來的氫氣和氧氣(或空氣)經(jīng)減壓閥減壓后，在混合器中充分混合后形成預(yù)混合氣，并經(jīng)銅質(zhì)噴嘴以及特制連接器導(dǎo)入微型燃燒器中?；旌蠚鈴倪M(jìn)氣口 5進(jìn)入燃燒器并達(dá)到著火條件后，在燃燒區(qū)4中實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒后，變成的高溫廢氣被分配至由隔板2和燃燒器外壁1形成的各個傳熱通道5，在流動過程中不斷釋放熱量，最終從各個出氣口 6排出燃燒器外。
[0019]結(jié)合實驗和數(shù)值模擬的分析結(jié)果，在相同的工況下，相對于同樣外觀和內(nèi)部尺寸的無隔板直通道型平板式燃燒器，本發(fā)明所述微型燃燒器在外壁面平均溫度方面能夠提高15(Γ200Κ，可使燃燒器外壁面輻射能力大幅增強(qiáng)，從而對微型熱光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出功率和整體效率的提升產(chǎn)生較為明顯的作用。該燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單，加工制作方便，具有較好的實用價值。這些都充分彰顯了內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器的優(yōu)勢所在。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，其特征在于:包括矩形框截面的燃燒器外壁，燃燒器外壁由上壁、下壁和兩個側(cè)壁組成，上壁、下壁和兩個側(cè)壁構(gòu)成一個矩形通道，矩形通道的兩端分別為進(jìn)氣口和出氣口，在下壁上沿著進(jìn)氣口和出氣口的方向設(shè)置有若干平行的隔板，下壁靠近進(jìn)氣口端保留一塊平坦區(qū)域為燃燒區(qū)，隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間構(gòu)成傳熱通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，其特征在于:隔板與隔板之間，隔板與側(cè)壁之間的距離相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置平行隔板的多通道微型燃燒器，其特征在于:燃燒器外壁和隔板為316不銹鋼材料。
【文檔編號】F23D14/46GK104296139SQ201410488935
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】唐愛坤, 李寶民, 潘劍鋒, 杭健, 許藝鳴, 王勇志, 帥寧生 申請人:江蘇嘉和熱系統(tǒng)股份有限公司