專利名稱：：一種用于微型熱光電系統(tǒng)的高效多孔介質(zhì)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于一種兩相氣體混合燃燒的技術(shù)，特指應(yīng)用于需要預(yù)混合燃燒的微熱光電系統(tǒng)中，通過在燃燒管內(nèi)填充相同直徑的陶瓷球形成多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu).
背景技術(shù)：
：隨著對小尺寸、高能量密度的動力源的需求不斷增加，傳統(tǒng)的電池已不能夠滿足需要，促使人們?nèi)ラ_發(fā)微動力裝置或微動力系統(tǒng)(powerMEMS)。這些系統(tǒng)使用氫氣或碳化氫作燃料，特點(diǎn)是在不到lcm3的體積內(nèi)能輸出120W的功率。按單位質(zhì)量儲存的能量和單位體積發(fā)出的功率計(jì)，利用燃燒過程產(chǎn)生的電功率比起電池有巨大的優(yōu)勢。使用碳化氫燃料的優(yōu)點(diǎn)還包括費(fèi)用低,電壓穩(wěn)定,沒有記憶效應(yīng)等。因此，國內(nèi)外相關(guān)研究者對其進(jìn)行了初步探索和研究。在微動力裝置中，混合氣經(jīng)微型混合器混合后,進(jìn)入微火焰管燃燒室中燃燒。當(dāng)壁面被加熱到一定高溫時(shí)，就會放出光子。當(dāng)它們撞擊光電池時(shí),會激發(fā)出自由電子。當(dāng)前，麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校正在研究的典型微動力裝置有微型燃?xì)廨啓C(jī)、微型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)等。然而，由于高速轉(zhuǎn)子的存在,這些裝置仍存在很多問題，如熱損失、摩擦、密封、加工、裝配等等。Sitzki等提出了另外一個(gè)MEMS動力源概念:微螺旋型的對向流動換熱燃燒室。它沒有任何運(yùn)動件，電能由安置在壁面上的熱電原件產(chǎn)生;但對向換熱器復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)增加了加工的困難。常見的普通燃燒室由于預(yù)混合氣在微型火焰管內(nèi)的駐留時(shí)間太短，在其內(nèi)部不能充分燃燒，因此經(jīng)火焰管壁面的熱傳導(dǎo)和輻射所傳遞的能量比例大大降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為微熱光電系統(tǒng)提供一種用于微熱光電系統(tǒng)的多孔介質(zhì)燃燒器及其制造方法，以保證微熱光電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效地工作。本發(fā)明的特征在于由直徑為O.34咖的陶瓷球按斜六面體方式排滿燃燒管，形成多孔隙率￡=25.95%的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。利用多孔介質(zhì)良好的導(dǎo)熱和輻射性能，大大改善外壁面的溫度分布，提高熱輻射強(qiáng)度；另外，由于多孔介質(zhì)材料具有較大的比熱容，使得燃?xì)饽茉谳^寬的過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)穩(wěn)定燃燒。本發(fā)明的制造方法是先加工燃燒器的外殼，再加工燃燒器的底蓋，并和外殼燒結(jié)，最后在其內(nèi)部填充經(jīng)過篩選直徑為0.34mm的SiC陶瓷小球，經(jīng)過燒結(jié)形成多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在燃燒器外殼內(nèi)部設(shè)置尾氣排出通道。本發(fā)明的工作過程是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，兩種氣體經(jīng)各自減壓閥減壓后，經(jīng)流量控制器測量，進(jìn)入微型混合器充分混合，混合氣在微型燃燒室入口處點(diǎn)燃進(jìn)入微燃燒室燃燒。本發(fā)明通過在MTPV系統(tǒng)中采用多孔介質(zhì)燃燒器，讓混合氣在多孔介質(zhì)燃燒室中燃燒，利用多孔介質(zhì)的蓄熱功能和輻射特性使燃燒反應(yīng)大大增強(qiáng)，提高燃燒速度，使火焰溫度升高，延長了預(yù)混合氣在微型燃燒管內(nèi)的駐留時(shí)間、強(qiáng)化燃燒和傳熱。多孔介質(zhì)燃燒器具有燃燒率高、火焰穩(wěn)定、易控制燃燒區(qū)溫度、壁面溫度分布相對均勻等優(yōu)點(diǎn)，這些對于利用壁面輻射傳遞能量的MTPV動力系統(tǒng)來說最為理想。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制造簡單，易于觀察，相對于普通燃燒器添加了多孔介質(zhì)，利用多孔介質(zhì)良好的導(dǎo)熱和輻射性能，大大改善了燃燒器外壁面溫度分布，提高了熱輻射強(qiáng)度，從而保證了微熱光電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效的工作。圖1為多孔介質(zhì)燃燒器剖面結(jié)構(gòu)圖，圖2為多空介質(zhì)燃燒器外殼剖視圖，圖3為多孔介質(zhì)燃燒器底蓋剖視圖，圖4為多孔介質(zhì)燃燒器通道截面圖。l.多孔介質(zhì)燃燒器入口，2.外殼，3.底蓋，4.尾氣排出通道具體實(shí)施例方式實(shí)施例多孔介質(zhì)燃燒器在微熱光點(diǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用MTPV系統(tǒng)工作原理是把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能以熱輻射的形式釋放，使用光電池將其轉(zhuǎn)換為電能。微型燃燒器作為MTPV中燃料燃燒釋放熱能的空間，其壁面溫度的分布及高低是決定MTPV系統(tǒng)能否穩(wěn)定高效工作的重要因素。燃燒器為管狀結(jié)構(gòu)，材料為具有較強(qiáng)耐高溫性能的SiC陶瓷，所采用的SiC物性參數(shù)如下表所示。燃燒器外徑為3mm，內(nèi)徑為2.4mm，長20隱，在管內(nèi)將直徑為O.34咖的陶瓷球按斜六面體方式排滿燃燒管，形成多孔隙率6=25.95%的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，常溫下，氫氣和氧氣經(jīng)過各自減壓閥減壓后，經(jīng)流量控制系統(tǒng)精確控制，以1.8/1的體積混合比進(jìn)入微型混合器混合，在多孔介質(zhì)燃燒器入口處點(diǎn)燃，然后進(jìn)入燃燒器內(nèi)燃燒。流量控制系統(tǒng)采用美國MSK流量控制器，用來精確控制燃料的體積流量。通過數(shù)值模擬試驗(yàn)，表明在氫氧混合比為1.8/1，總進(jìn)氣流量為200cmVmin，進(jìn)口流速為8.6m/s時(shí)，混合氣在燃燒器內(nèi)穩(wěn)定燃燒，且在壁面上獲得了較高的溫度且分布均勻，有利于MTPV系統(tǒng)穩(wěn)定高效的工作。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1.用于微熱光電系統(tǒng)的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征是包括由直徑為0.34mm的陶瓷球按斜六面體方式排滿燃燒管，形成多孔隙率ε＝25.95％的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微熱光電系統(tǒng)的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征是在燃燒器外殼內(nèi)部設(shè)有尾氣排出通道。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于微熱光電系統(tǒng)的多孔介質(zhì)燃燒器的制造方法，其特征是先加工燃燒器的外殼，再加工燃燒器的底蓋(3)，并和外殼燒結(jié)，最后在其內(nèi)部填充經(jīng)過篩選直徑為0.34mm的SiC陶瓷小球，經(jīng)過燒結(jié)形成多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在燃燒器外殼(2)內(nèi)部設(shè)置尾氣排出通道。全文摘要一種用于微型熱光電系統(tǒng)的高效多孔介質(zhì)燃燒器，涉及兩相氣體混合燃燒的
技術(shù)領(lǐng)域：
，其在燃燒器外殼內(nèi)按斜六面體方式填充直徑在0.3到0.35mm的SiC陶瓷小球，然后與外殼燒結(jié)，形成多孔隙率ε＝26％到27％的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在燃燒器外壁面上設(shè)置尾氣排出通道。其先加工燃燒器的外殼，再加工燃燒器的底蓋(3)，并和外殼燒結(jié)，最后在其內(nèi)部填充經(jīng)過篩選直徑為0.34mm的SiC陶瓷小球，經(jīng)過燒結(jié)形成多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在燃燒器外殼(2)內(nèi)部設(shè)置尾氣排出通道。本發(fā)明減小了由于微尺度所造成的面容比增大帶來的熱損失，大大改善了燃燒器外壁面上的溫度分布，提高了燃燒效率和燃燒穩(wěn)定性，并降低了排氣溫度，提高了外壁面溫度，使整個(gè)微熱光電系統(tǒng)效率大大提高。文檔編號F23D14/12GK101354132SQ200810123660公開日2009年1月28日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日發(fā)明者張會峰,楊文明,潘劍鋒,宏薛申請人:江蘇大學(xué)