CN104728838B - 一种双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法 - Google Patents

一种双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法，燃烧筒由内筒、外筒构成，内筒沿圆周方向间隔开设有多个一次通风孔，内筒的下端与下端盖间隔作为二次通风口，一次通风孔的上方设有网格；由空气入口管进入的空气驱动来自燃料入口的液体燃料，以旋流的方式进入内筒的外壁与外筒的内壁之间的间隙内，使液体燃料形成液膜附着在内筒的外壁上，随着空气的流动使内筒外壁上的液膜不断的蒸发，使之与空气形成混合气体，该混合气体一部分从一次通风孔进入内筒内，另一部分从内筒下端口的二次通风口自下而上进入内筒内。本燃烧器解决了现有微型燃烧器燃料燃烧不充分、不稳定、火焰容易淬熄、燃烧效率低等技术问题。

Description

一种双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及燃烧器，尤其涉及一种双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法。
背景技术
随着微型设备的研制和使用日渐迅猛，不论是工业是微型机器人，军事上微型无人机、微型火箭等装备，还是民用中各种微型设备的普及，包括手机、平板等设备。从技术的发展趋势来看，设备微型化将有着巨大的发展前景。而目前主流的微型功能装置主要是锂电池，但它存在能量密度低(约1.2KJ/Kg)的不足。相较而言，典型液体碳氢化合物燃料的能量密度约为45MJ/Kg，因为如果能够开发出高效、稳定、安全的微型燃烧器，它的应用前景将非常广阔。
但与传统燃烧相比较，微尺度燃烧面临诸多挑战。首先是散热损失大，微型燃烧器面体比是常规燃烧面体比的几百倍，这意味着热损失和产热量之比要比常规燃烧器大两个数量级。其次燃烧混合物停留时间短，由于微燃烧器的尺度过小，燃烧在通道内时间过短。接着是壁面淬熄，燃烧器尺度过小会提高反应自由基与壁面碰撞而销毁的可能性，因此而导致火焰淬熄。最后是材料方面的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种的双腔液膜微型液体燃烧器及其燃烧方法。解决现有燃烧器燃料燃烧不充分、不稳定、火焰容易淬熄、燃烧效率低等技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种双腔液膜微型液体燃烧器，包括燃烧筒、设置在燃烧筒底部的燃料喷嘴8、用于点燃燃烧筒内燃料的点火器11；
所述燃烧筒分为外筒6和内筒7，内筒7置于外筒6内，内筒7的外壁与外筒6的内壁之间具有间隙；
所述内筒7和外筒6的上端口设置有上端盖12，外筒6的下端口设置有下端盖13，所述外筒6上部侧壁设置有空气入口管1，空气入口管1的侧壁上设有燃料入口3；
所述内筒7的中部侧壁沿圆周方向间隔开设有多个一次通风孔5-1，内筒7的下端口设有二次通风口5-2，在一次通风孔5-1的上方设置有网格9，网格9上方为燃烧室2；
由空气入口管1进入的空气驱动来自燃料入口3的液体燃料，以旋流的方式进入内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内，使液体燃料形成液膜4附着在内筒7的外壁上，随着空气的流动使内筒7外壁上的液膜不断的蒸发，使之与空气形成混合气体，该混合气体一部分从一次通风孔5-1进入内筒7内，另一部分从内筒7下端口的二次通风口5-2自下而上进入内筒7内。
所述一次通风孔5-1进入内筒7内的混合气体与二次通风口5-2进入内筒7内的混合气体，两者的气流方向相互垂直。
所述内筒7的下端口与下端盖13不接触；由一次通风孔5-1进入内筒7内的混合气体为径向进入，二次通风口5-2进入内筒7内的混合气体为轴向进入。
所述空气入口管1的气流方向与燃料入口3的液流方向相互垂直；所述燃料喷嘴8连接直流电源正极，网格接负极。
所述内筒7的外壁表面为非光滑表面。
所述上端盖12的中部开设有尾气排出口10。
所述燃料喷嘴8穿过下端盖13伸入内筒7的内部、一次通风孔5-1的下方；所述燃料喷嘴8由一根或多根毛细管构成。
所述外筒6上部设有透明观察壁14。
所述内筒7的下端口与下端盖13之间的距离为1～2mm。
上述双腔液膜微型液体燃烧器的燃烧方法如下：
接通燃料喷嘴8及网格9的直流电源，燃料喷嘴8喷出液体燃料并形成射流区，发生破裂形成雾液后被网格9捕获；
由空气入口管1进入的空气驱动来自燃料入口3的液体燃料，以旋流的方式进入内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内，在旋流的作用下使液体燃料形成液膜4附着在内筒7的外壁面；
随着空气的流动及燃烧室内燃料的燃烧，使附着在内筒7外壁面的液膜4被加热并不断的蒸发，使之与空气在内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内被加热，形成混合气体；
被加热后的混合气体一部分从一次通风孔5-1径向进入内筒7内，另一部分从内筒7下端口的二次通风口5-2自下而上轴向进入内筒7内；接着，被加热后的混合气体经过网格9后，实现液体燃料在网格9上方的燃烧室2内稳定的扩散燃烧，燃烧后的废气由尾气排出口10排出。
本发明相对于现有技术，至少具有如下的优点及效果：
(1)针对目前微尺度燃烧存在的种种问题，本燃烧器采用由内筒7与外筒6构成的双腔加液膜结构，在旋流空气的带动下，液体燃料以液膜的形式附着在内筒(燃烧室)外壁表面，吸收高温燃烧产物传递过来的大量热量，随着液膜的蒸发，不但可以冷却燃烧器壁面，减少壁面散热损失；而且能够利用火焰的热量使液膜蒸发。采用二次通风结构，能够增加网格上液体的蒸发速度，尤其适用于较难蒸发的液体燃烧，例如航空油等，降低了燃烧器淬熄的可能性，提高燃烧器整体燃烧效率。
(2)液膜蒸发的可燃性蒸气与空气在内筒外壁与外筒内壁之间的间隙内形成旋流，使可燃性蒸气与空气混合更充分，可燃性蒸气与空气混合后并被加热，稳定性显著提高；相对于现有技术中采用单一荷电雾化下液体燃烧时，网格上液体燃料气化不够充分的情况，尤其是对高粘度液体燃料如航空油，本燃烧器显然能够有效地增加火焰稳定性和易燃性。
(3)在网格下处的一次通风孔，初步增加了网格上液滴的进一步气化，尤其液体燃烧是高粘度、不易气化的燃料，例如航空燃油等。同时，一次通风孔进入内筒内的混合气体与二次通风口进入内筒内的混合气体，两者的气流方向相互垂直，也将进更进一步增加空气流的扰动，二者共同作用下达到进而强化燃烧的目的。
(4)采用燃料喷嘴及网格连接高压直流，构成荷电雾化，能够有效增加液体喷雾的雾化效果，对稳燃和强化有明显效果。
(5)外筒具有透明观察壁，更加方便观察液膜，实时控制液膜厚度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1沿A-A剖面示意图。
图3为图1沿B-B剖面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至3所示。本发明一种双腔液膜微型液体燃烧器，包括燃烧筒、设置在燃烧筒底部的燃料喷嘴8、用于点燃燃烧筒内燃料的点火器11；
所述燃烧筒分为外筒6和内筒7，内筒7置于外筒6内，内筒7的外壁与外筒6的内壁之间具有间隙；外筒6和内筒7均采用陶瓷材料。
所述内筒7和外筒6的上端口设置有上端盖12，外筒6的下端口设置有下端盖13，所述外筒6上部侧壁设置有空气入口管1，空气入口管1的侧壁上设有燃料入口3；空气入口管1为不锈钢圆管，半径0.5～1mm，长度1～2mm。燃料入口3开口大小为半径0.3mm的圆形状。
所述内筒7的中部侧壁沿圆周方向间隔开设有多个一次通风孔5-1(直径为0.5～1mm)，内筒7的下端口设有二次通风口5-2，在一次通风孔5-1的上方设置有网格9，网格9上方为燃烧室2；网格9为圆形平板，采用不锈钢材料，半径4mm，与内筒7半径相同，厚度0.2～0.4mm之间。网格9为金属丝制成，并经过粗糙化处理。
由空气入口管1进入的空气驱动来自燃料入口3的液体燃料，以旋流的方式进入内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内，使液体燃料形成液膜4附着在内筒7的外壁上，随着空气的流动使内筒7外壁上的液膜不断的蒸发，使之与空气形成混合气体，该混合气体一部分从一次通风孔5-1进入内筒7内，另一部分从内筒7下端口的二次通风口5-2自下而上进入内筒7内。
所述一次通风孔5-1进入内筒7内的混合气体与二次通风口5-2进入内筒7内的混合气体，两者的气流方向相互垂直。
所述内筒7的下端口与下端盖13不接触；由一次通风孔5-1进入内筒7内的混合气体为径向进入，二次通风口5-2进入内筒7内的混合气体为轴向进入。
所述空气入口管1的气流方向与燃料入口3的液流方向相互垂直；所述燃料喷嘴8连接直流电源(电压为1～6kV)正极，网格接负极或者地。
所述内筒7的外壁表面为非光滑表面，即进行表面粗造化工艺处理，使液膜附着效果更佳。液膜4厚度一般介于0.1～1mm之间。
所述上端盖12的中部开设有尾气排出口10。
所述燃料喷嘴8穿过下端盖13伸入内筒7的内部、一次通风孔5-1的下方；所述燃料喷嘴8由一根或多根毛细管构成。毛细管的内径为0.3mm～1.0mm，外径为0.5mm～1.2mm。
所述外筒6上部设有透明观察壁14。
所述内筒7的下端口与下端盖13之间的距离为1～2mm。
本双腔液膜微型液体燃烧器的燃烧方法可通过下述步骤实现：
接通燃料喷嘴8及网格9的直流电源，燃料喷嘴8喷出液体燃料并形成射流区，发生破裂形成雾液后被网格9捕获；
由空气入口管1进入的空气驱动来自燃料入口3的液体燃料，以旋流的方式进入内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内，在旋流的作用下使液体燃料形成液膜4附着在内筒7的外壁面；
随着空气的流动及燃烧室内燃料的燃烧，使附着在内筒7外壁面的液膜4被加热并不断的蒸发，使之与空气在内筒7的外壁与外筒6的内壁之间的间隙内被加热，形成混合气体；
被加热后的混合气体一部分从一次通风孔5-1径向进入内筒7内，另一部分从内筒7下端口的二次通风口5-2自下而上轴向进入内筒7内；接着，被加热后的混合气体经过网格9后，实现液体燃料在网格9上方的燃烧室2内稳定的扩散燃烧，燃烧后的废气由尾气排出口10排出。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双腔液膜微型液体燃烧器，包括燃烧筒、设置在燃烧筒底部的燃料喷嘴(8)、用于点燃燃烧筒内燃料的点火器(11)；其特征在于：
所述燃烧筒分为外筒(6)和内筒(7)，内筒(7)置于外筒(6)内，内筒(7)的外壁与外筒(6)的内壁之间具有间隙；
所述内筒(7)和外筒(6)的上端口设置有上端盖(12)，外筒(6)的下端口设置有下端盖(13)，所述外筒(6)上部侧壁设置有空气入口管(1)，空气入口管(1)的侧壁上设有燃料入口(3)；
所述内筒(7)的中部侧壁沿圆周方向间隔开设有多个一次通风孔(5-1)，内筒(7)的下端口设有二次通风口(5-2)，在一次通风孔(5-1)的上方设置有网格(9)，网格(9)上方为燃烧室(2)；
由空气入口管(1)进入的空气驱动来自燃料入口(3)的液体燃料，以旋流的方式进入内筒(7)的外壁与外筒(6)的内壁之间的间隙内，使液体燃料形成液膜(4)附着在内筒(7)的外壁上，随着空气的流动使内筒(7)外壁上的液膜不断的蒸发，使之与空气形成混合气体，该混合气体一部分从一次通风孔(5-1)进入内筒(7)内，另一部分从内筒(7)下端口的二次通风口(5-2)自下而上进入内筒(7)内。
2.根据权利要求1所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述一次通风孔(5-1)进入内筒(7)内的混合气体与二次通风口(5-2)进入内筒(7)内的混合气体，两者的气流方向相互垂直。
3.根据权利要求1所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述内筒(7)的下端口与下端盖(13)不接触；由一次通风孔(5-1)进入内筒(7)内的混合气体为径向进入，二次通风口(5-2)进入内筒(7)内的混合气体为轴向进入。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述空气入口管(1)的气流方向与燃料入口(3)的液流方向相互垂直；所述燃料喷嘴(8)连接直流电源正极，网格接负极。
5.根据权利要求4所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述内筒(7)的外壁表面为非光滑表面。
6.根据权利要求4所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述上端盖(12)的中部开设有尾气排出口(10)。
7.根据权利要求4所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述燃料喷嘴(8)穿过下端盖(13)伸入内筒(7)的内部、一次通风孔(5-1)的下方；所述燃料喷嘴(8)由一根或多根毛细管构成。
8.根据权利要求4所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述外筒(6)上部设有透明观察壁(14)。
9.根据权利要求4所述的双腔液膜微型液体燃烧器，其特征在于：所述内筒(7)的下端口与下端盖(13)之间的距离为1～2mm。
10.权利要求1至9中任一项所述双腔液膜微型液体燃烧器的燃烧方法，其特征在于如下步骤：
接通燃料喷嘴(8)及网格(9)的直流电源，燃料喷嘴(8)喷出液体燃料并形成射流区，发生破裂形成雾液后被网格(9)捕获；
由空气入口管(1)进入的空气驱动来自燃料入口(3)的液体燃料，以旋流的方式进入内筒(7)的外壁与外筒(6)的内壁之间的间隙内，在旋流的作用下使液体燃料形成液膜(4)附着在内筒(7)的外壁面；
随着空气的流动及燃烧室内燃料的燃烧，使附着在内筒(7)外壁面的液膜(4)被加热并不断的蒸发，使之与空气在内筒(7)的外壁与外筒(6)的内壁之间的间隙内被加热，形成混合气体；
被加热后的混合气体一部分从一次通风孔(5-1)径向进入内筒(7)内，另一部分从内筒(7)下端口的二次通风口(5-2)自下而上轴向进入内筒(7)内；接着，被加热后的混合气体经过网格(9)后，实现液体燃料在网格(9)上方的燃烧室(2)内稳定的扩散燃烧，燃烧后的废气由尾气排出口(10)排出。
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