CN201407654Y - 一种微型燃气透平燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提出的一种新型燃气透平微燃烧器，其燃烧稳定性、燃烧效率和热效率改善方式完全区别于现有的燃气透平微燃烧器。该燃烧器包括进气通道腔和燃烧室，特别地，所述燃烧室处在进气通道腔的包围当中；有至少一个排气通道与燃烧室相通；所述燃烧室的至少一部分壁面为多孔壁面。该新型燃气透平微燃烧器的燃烧稳定性、燃烧效率和热效率等性能与现有的微燃烧器相比有大幅提升，因而也能相应提升采用该微燃烧器的微透平动力/发电***的性能。

Description

一种微型燃气透平燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种用于微动力/发电***中的燃烧器。

背景技术

基于燃烧的微动力/发电***可以在微小空间内(几立方毫米至1立方厘米)将碳氢燃料燃烧产生化学能转换为热能，最终通过动力装置或热电、热光电直接转换***产生机械能和电能，具有高的能量密度。基于燃烧的微动力/发电***可为微型设备如传感器、微动力装置、微机器人和小功率的便携电子产品***等提供能源，在航天、军事、医疗、工业和民用领域有着广泛的应用前景。微燃烧器是微动力/发电***的核心部件，由于微燃烧器本身有效燃烧空间非常小，常在毫米级别范围，组织稳定燃烧时面临燃料混合困难和燃料停留时间短等问题，同时微燃烧器表面积/体积比成100倍的增大使得热损失显著增加，因此，微燃烧器容易产生燃烧不稳定、可燃范围变窄、燃烧效率和热效率低等问题，严重制约微燃烧器技术及基于燃烧的微动力/发电***发展。

微透平发电***是国内外研究机构重点发展的微动力/发电***之一，目前，已开发的微透平发电***综合效率在1％左右，***能量转换效率低的主要因素是微燃烧器燃烧效率和热效率低，如微燃烧器热损失率为50％甚至更高。通过在微透平燃烧器中采用回热通道手段可以降低微燃烧器热损失，但是总体热损失还是偏高。

发明内容

本实用新型的目的在于提出的一种新型燃气透平微燃烧器，其燃烧稳定性、燃烧效率和热效率改善方式完全区别于现有的燃气透平微燃烧器。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

微型燃气透平燃烧器，包括进气通道腔和燃烧室，特别地，所述燃烧室处在进气通道腔的包围当中；有至少一个排气通道与燃烧室相通；所述燃烧室的至少一部分壁面为多孔壁面。

微燃烧器的燃烧室的至少一部分壁面采用多孔材料制成，这样的多孔材料可以由铜粉末或不锈钢粉末烧结而成，或者其他金属粉末烧结而成。混合气从进气通道腔穿过多孔材料壁面进入燃烧室，在燃烧室内壁表面上形成火焰。燃烧室内火焰面可以沿整个多孔壁面均匀分布，能够充分利用微燃烧器内有效空间组织燃烧，以提高燃烧效率；由于火焰与多孔壁面不直接接触，多孔壁面与火焰之间有一层预热的混合气，可以确保多孔壁面温度远低于火焰温度；同时，混合气穿过多孔壁面的过程中，还能对多孔壁面进行冷却，预混气在多孔壁面内吸收的热量被带回燃烧室；从而减少了燃烧器的热量损失，可以有效改善燃烧过程。

该新型燃气透平微燃烧器的燃烧稳定性、燃烧效率和热效率等性能与现有的微燃烧器相比有大幅提升，因而也能相应提升采用该微燃烧器的微透平动力/发电***的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

附图标记说明：1-外壳；2-上盖；3-进气通道腔；4-燃烧室底面；5-多孔侧壁面；6-多孔上壁面；7-燃烧室；8-排气管；9-法兰；10-叶片通道；11-进气管；12-电子点火器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

如图1所示，本实施例中的微型燃气透平燃烧器由外壳1和上盖2盖合而构成圆柱状的进气通道腔3的外廓。在进气通道腔3内，设有一个由燃烧室底面4、多孔侧壁面5和多孔上壁面6构成的空心圆柱状的燃烧室7。燃烧室7通过燃烧室底面4固定在进气通道腔3中。进气通道腔3和燃烧室7的中轴线重合。

燃烧室7内设有一条排气管8，排气管8穿过多孔上壁面6和上盖2而通向外界。排气管8位于燃烧室7的一端具有法兰9。法兰9与燃烧室底面4之间设置叶片通道10。排气管8同时兼有将燃烧室7固定在进气通道腔3的作用。

在外壳1上设置与进气通道腔3连通的进气管11。电子点火器12穿过上盖2和多孔上壁面6而伸进燃烧室7的内部。

混合气通过进气管11被输入进气通道腔3内，然后经过多孔上壁面6和多孔侧壁面5而进入到燃烧室7中。通过电子点火器12可将燃烧室7内的混合气点燃。燃烧后的高温烟气经由叶片通道10从排气管8排出。本实施例中，燃烧室7的内径为25.5mm，多孔侧壁面5的厚度为1.5mm，多孔侧壁面5由铜粉末烧结而成，多孔上壁面6由不锈钢粉末烧结而成，厚度为1mm。本实施例中，多孔侧壁面5和多孔上壁面6的材料不相同，但是采用相同的材料也是可以的。

该燃烧器所用的燃料可以为常规气体燃料如：氢气、甲烷等。燃料/空气预混气透过由金属粉末烧结而成的多孔侧壁面5和多孔上壁面6同时进入燃烧室7，被点燃后在多孔壁面表面形成稳定、均匀的火焰面，火焰面与多孔壁面表面大小一致，于是能有效利用微燃烧室内有限空间组织燃烧。多孔壁面与火焰面之间存在薄层未燃气膜能有效隔断高温火焰接触多孔壁面，使多孔壁面的表面温度大大降低而避免多孔壁面被高温烧蚀。温度较低的多孔壁面和合适的孔隙尺寸可以有效阻止混合气在多孔壁面内燃烧并防止回火的发生。

混合气在进气通道腔3内均匀分布，低温的混合气在进入多孔壁面前可以将通过多孔侧壁面和多孔上壁面散发的热量带回燃烧室7，进一步降低燃烧器的热损失。

以该实施例燃烧器进行实验，采用甲烷/空气混合气为燃料，燃烧室内火焰温度最高可达1100℃，在火焰温度为500～1100℃之间可以维持稳定燃烧，燃烧器的热负荷范围在100～800W之间，燃烧器的外壳的温度与火焰温度相差300℃。通过控制燃料当量比和混合气流量，微燃烧器尾气温度可以在600℃以下，以适合微燃气透平的工作温度，而此时燃烧器外壁面温度在300℃左右。

Claims (5)

1、微型燃气透平燃烧器，包括进气通道腔和燃烧室，其特征在于：所述燃烧室处在进气通道腔的包围当中；有至少一个排气通道与燃烧室相通；所述燃烧室的至少一部分壁面为多孔壁面。

2、根据权利要求1所述的微型燃气透平燃烧器，其特征在于：所述燃烧室由燃烧室底面、多孔侧壁面和多孔上壁面构成。

3、根据权利要求2所述的微型燃气透平燃烧器，其特征在于：所述多孔侧壁面和多孔上壁面由同种多孔材料制成。

4、根据权利要求2所述的微型燃气透平燃烧器，其特征在于：所述多孔侧壁面和多孔上壁面由不同多孔材料制成。

5、根据权利要求3或4所述的微型燃气透平燃烧器，其特征在于：所述多孔材料由铜粉末烧结而成或由不锈钢粉末烧结而成。

Images