CN109307264B - 基于液态燃料的微型燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于液态燃料的微型燃烧器，涉及发动机技术领域。本发明1)对燃油的种类没有任何限制，可以采用各种液态燃料甚至气态燃料，2)对燃油形成预热，保障了燃油能够高效蒸发、燃烧；3)降低了点火延迟，提高了点火成功率，并能够以更低小的尺寸实现燃油和燃气驻留时间的增长，从而缩小了点火器所需的几何尺寸；4)能够有效吸收在燃烧过程中对内壁形成的热负荷，从而降低表面温度，提高燃烧器的使用寿命。

Description

基于液态燃料的微型燃烧器
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种基于液态燃料的微型燃烧器。
背景技术
基于液态燃料的微型燃烧器是指燃烧器以液态燃料作为燃料，以空气作为氧化剂，同时燃烧器的空气流量单位在“克/秒”量级(一般小于5g/s)的微型燃烧装置。该种燃烧装置在微型机电***中有巨大的应用潜力。微燃烧器的热损失率与表面积/体积(S/V)和外壁面温度成正比，微燃烧器的S/V比常规尺度下要大2～3个数量级，热损失的增加导致火焰不稳定、熄火、热效率降低等。与气体燃料相比，液体燃料有着能量密度高、易于运输和储藏等优点。目前的微型燃烧器主要以容易燃烧的气态燃料为主，液态燃料的微型燃烧器难度极大，因而目前缺乏应用的相关资料。
如图1所示的一种乙醇燃料的微型燃烧器，该种结构需要对燃料通高压电进行工作，结构复杂，且需要额外的持续电能作为输入条件。
喷嘴接通高压电源正极，网格接地极，燃料经过接触式充电，在带电液体的库仑力以及表面张力的作用下，破碎成小液滴，并在电场力的牵引作用下，于喷嘴和网格之间形成喷雾，由网格收集后，采用外热源加热点火方式进行燃烧。
这种结构的主要缺点为：
1)结构复杂，需要在燃烧器内部设置金属网；
2)***效率低，功能性弱，需要持续电能输入才能够对液态燃料进行雾化；
3)燃料种类单一，对一些难以荷电的燃料无法进行燃烧；
4)***复杂，生产成本高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种低成本，结构简单、能够燃烧多种液态燃料、寿命长，效率高的微型燃烧装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于液态燃料的微型燃烧器，包括上壳体1和下壳体；
所述上壳体1的型面为半椭圆、半圆形、半椭圆与矩形的组合结构，半圆与矩形的组合结构中的一种；所述下壳体由上端壁2、外壳体3、下端壁5、内壁6采用焊接的方式连接组成，并围成作为集气腔的环腔，内壁6上开有4-8个与壁面法向倾角为30°～60°的斜孔作为进气孔，周向均匀布置；
所述上壳体1和下壳体的上端壁2之间连接，内壁6为圆柱面，且上壳体1的下端口与内壁10的上端口形状、面积均匹配；上壳体1上设有半导体电嘴10；下壳体的外壳体3上设有进气口4，进气口4与下壳体的外壳体3之间采用焊接的方式进行连接；外壳体3上与进气口4相对的位置还设有进油口7，在由上壳体1与内壁6围成的燃烧器内腔内设有蒸发管8，所述蒸发管8为L型，水平端从燃烧器内腔内穿过内壁6与所述环腔连通，且正对进油口7，竖直端正对上壳体1顶部中心位置；进油口7还连接一供油装置，所述供油装置与进油口7采用螺纹连接的方式进行连接，并通过锥面接触进行密封；供油装置是两端都为锥形密封头部或球形密封头部的中空结构，供油装置中心轴位置的中空管道用于燃油从中流过，并且中空管道内安装有金属管材。
优选地，所述上壳体1和下壳体的上端壁2之间采用螺钉9连接。
优选地，所述螺钉数量为4-6个，周向均匀布置，
优选地，半导体电嘴10与上壳体1采用螺纹连接的方式连接。
优选地，所述进油口7焊接在外壳体3上。
优选地，所述蒸发管8穿过内壁6的端口的中心轴线与进油口7的中心轴线同轴。
优选地，所述供油装置中心轴位置的中空管道的直径为0.2-0.6mm。
优选地，所述中空管道内安装内径小于0.3mm的金属管材。
(三)有益效果
本发明中，1)蒸发采用L型蒸发管，而燃油雾化采用供油装置内的中空管道，并且管道内安装金属管材，因此，本方案对燃油的种类没有任何限制，可以采用各种液态燃料甚至气态燃料。采用2)逆向换热结构：燃油由蒸发管进入燃烧器，而蒸发管的进口位于燃烧器的后部，在工作状态下，燃气从蒸发外表面流过，因此对燃油形成预热，保障了燃油能够高效蒸发、燃烧。3)内壁壁面多斜孔设计，形成周向旋流燃烧的涡系结构，该涡系结构包括紧贴于内壁内侧壁面的涡系结构和由于该涡系结构对内部流动卷吸形成了周向涡系流动结构。降低了点火延迟，提高了点火成功率，并能够以更低小的尺寸实现燃油和燃气驻留时间的增长，从而缩小了点火器所需的几何尺寸。采用4)环腔隔热及保温结构；由四壁围成的环形集气腔内形成了一定的环向空气流动，能够有效吸收在燃烧过程中对内壁形成的热负荷，从而降低表面温度，提高燃烧器的使用寿命。
附图说明
图1是一种乙醇燃料的微型燃烧器工作原理图；
图2是本发明的燃烧器剖视图；
图3是本发明中供油装置剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图2所示，本发明提供了一种基于液态燃料的微型燃烧器，包括上壳体1和下壳体。
所述上壳体1的型面为半椭圆、半圆形、半椭圆与矩形的组合结构，半圆与矩形的组合结构中的一种；所述下壳体由上端壁2、外壳体3、下端壁5、内壁6采用焊接的方式连接组成，并围成作为集气腔的环腔，内壁6上开有4-8个与壁面法向倾角为30°～60°的斜孔作为进气孔，周向均匀布置；
所述上壳体1和下壳体的上端壁2之间采用螺钉9连接，螺钉数量为4-6个，周向均匀布置，内壁6为圆柱面，且上壳体1的下端口与内壁10的上端口形状、面积均匹配；上壳体1上设有半导体电嘴10；半导体电嘴10与上壳体1的连接采用螺纹连接的方式，下壳体的外壳体3上设有进气口4，进气口4与下壳体的外壳体3之间采用焊接的方式进行连接；外壳体3上与进气口4相对间隔180度的位置还设有进油口7进油口7焊接在外壳体3上，在由上壳体1与内壁6围成的燃烧器内腔内设有蒸发管8，所述蒸发管8为L型，水平端短臂一端从燃烧器内腔内穿过内壁6与所述环腔连通，且正对进油口7蒸发管8的穿过内壁6的端口的中心轴线与进油口7的中心轴线同轴，竖直端正对上壳体1顶部中心位置。进油口7还连接一供油装置，所述供油装置与进油口7采用螺纹连接的方式进行连接，并通过锥面接触进行密封。如图3所示，供油装置是两端都为锥形密封头部或球形密封头部的中空结构，供油装置中心轴位置的中空管道的直径为0.2-0.6mm，用于燃油从中流过，，并且管道内安装内径小于0.3mm的金属管材。
本发明的燃烧器的工作流程和原理为:
空气通过进气口4进入下壳体中由上端壁2、外壳体3、下端壁5、内壁6组成作为集气腔的环腔，而后通过内壁6上开设的进气孔进入上壳体1和下壳体组成的燃烧器内腔，并由于进气角度的倾斜形成了一定旋流结构。燃油通过供油装置中直径0.2-0.6mm的流路，保障燃油的流动的连续性，并保障燃油的喷射速度，从而保障燃油从供油装置出口处喷出的燃油柱的半径或是燃油颗粒直径较小，从而使燃油直接进入蒸发管8的进口，与进入蒸发管8的空气进行充分的掺混，并随空气，沿着蒸发管8流动，进入燃烧器内腔内部。由于雾化的作用，导致燃油以微小颗粒形式喷入到燃烧器内部。进而，燃油颗粒与燃烧室内部空气进行充分掺混，由于具有一定油气分布规律的两相流分布结构。进而，半导体电嘴10通过点火花的形式将电能转化为热能，从而点燃该油气分布场，形成剧烈的燃烧化学反应，生产高温燃气喷出燃烧器。
燃烧室内部产生高温燃气在喷出燃烧器前经过蒸发管8后，与蒸发管8内的空气进行强烈的热交换，提高蒸发管8内空气的温度和燃油的温度，从而保障燃油在出蒸发管8出口前能够充分的由液态转化为气态，保障燃烧的完全性。
气流由进气口4进入所述环腔，然后进入内壁6上开设的斜孔，进而进入燃烧器内腔内部，该过程既让环腔起到了集气的作用，保障了各个孔进气量相同，同时，又能够冷却内壁，吸收内壁向外的热传导，减小整个燃烧器热量向外部环境的流失。
下壳体出口的设计可以依据待加热的对象或是工质注入对象进行接口设计，允许不同半径的出口进行转接。
相比较于现有技术，本发明的燃烧器使用寿命长，能够燃烧多种液态燃料煤油、乙醇、柴油、重油等)，极大拓宽了燃料的可用范围，能够高效、稳定燃烧，能够产生稳定的高温燃气，工作范围宽。试验证明，其能够适应高达几十个大气压的工作环境，产生的燃气其流量范围在0-10g/s，温度范围在800-1800K之内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于液态燃料的微型燃烧器，其特征在于，包括上壳体(1)和下壳体；
所述上壳体(1)的型面为半椭圆、半圆形、半椭圆与矩形的组合结构、半圆与矩形的组合结构这四种结构中的一种；所述下壳体由上端壁(2)、外壳体(3)、下端壁(5)、内壁(6)采用焊接的方式连接组成，并围成作为集气腔的环腔，内壁(6)上开有4-8个与壁面法向倾角为30°～60°的斜孔作为进气孔，周向均匀布置；
所述上壳体(1)和下壳体的上端壁(2)之间连接，内壁(6)为圆柱面，且上壳体(1)的下端口与内壁(6)的上端口形状、面积均匹配；上壳体(1)上设有半导体电嘴(10)；下壳体的外壳体(3)上设有进气口(4)，进气口(4)与下壳体的外壳体(3)之间采用焊接的方式进行连接；外壳体(3)上与进气口(4)相对的位置还设有进油口(7)，在由上壳体(1)与内壁(6)围成的燃烧器内腔内设有蒸发管(8)，所述蒸发管(8)为L型，水平端从燃烧器内腔内穿过内壁(6)与所述环腔连通，且正对进油口(7)，竖直端正对上壳体(1)顶部中心位置；进油口(7)还连接一供油装置，所述供油装置与进油口(7)采用螺纹连接的方式进行连接，并通过锥面接触进行密封；供油装置是两端都为锥形密封头部或球形密封头部的中空结构，供油装置中心轴位置的中空管道用于燃油从中流过，并且中空管道内安装有金属管材。
2.如权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，所述上壳体(1)和下壳体的上端壁(2)之间采用螺钉( 9) 连接。
3.如权利要求2所述的微型燃烧器，其特征在于，所述螺钉数量为4-6个，周向均匀布置。
4.如权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，半导体电嘴(10)与上壳体(1)采用螺纹连接的方式连接。
5.如权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，所述进油口(7)焊接在外壳体(3)上。
6.如权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，所述蒸发管(8)穿过内壁(6)的端口的中心轴线与进油口(7)的中心轴线同轴。
7.如权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，所述供油装置中心轴位置的中空管道的直径为0.2-0.6mm。
8.如权利要求7所述的微型燃烧器，其特征在于，所述中空管道内安装内径小于0.3mm的金属管材。
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