一種低熱損失預混合的微催化燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微動力系統(tǒng)，特指一種低熱損失預混合的微催化燃燒室。本發(fā)明將一導熱性能良好的隔板置于微燃燒室內，將燃燒室分為預熱區(qū)和燃燒區(qū)，隔板由薄銅片和鉑催化劑以及多孔銅片粘結而成；這樣一來混合氣體在點燃之前已經預熱了，減少了向外界的散熱損失，同時也提高了火焰的穩(wěn)定性和壁面的平均溫度。
【專利說明】一種低熱損失預混合的微催化燃燒室
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微動力機電系統(tǒng)【技術領域】，具體涉及微熱光電裝置，是基于微尺度預混合燃燒技術和催化燃燒技術對燃燒室結構進行的創(chuàng)新設計，以提高平板式微熱光電系統(tǒng)的總體性能；將一導熱性能良好的隔板置于微燃燒室內，將燃燒室分為預熱區(qū)和燃燒區(qū)，隔板由薄銅片和鉬催化劑以及多孔銅片粘結而成；這樣一來混合氣體在點燃之前已經預熱了，減少了向外界的散熱損失，同時也提高了火焰的穩(wěn)定性和壁面的平均溫度。
【背景技術】
[0002]微動力系統(tǒng)(Power MEMS)是近年來發(fā)展起來的微型機電系統(tǒng)(MEMS) —個新的研究領域；微動力系統(tǒng)使用氫氣或碳氫化合物作燃料，特點是在不到Icm3的體積內能輸出l-20w的功率；氫氣和碳氫化合物的能量密度是傳統(tǒng)電池的100倍以上，因此采用氫氣和碳氫化合物作燃料的微動力系統(tǒng)比起傳統(tǒng)電池有巨大的優(yōu)勢；國外出現(xiàn)了幾種不同概念的微動力系統(tǒng)；如微型燃氣輪機燃氣輪機、微推進系統(tǒng)等；然而，由于尺寸微型化，高速運動件的存在，這些裝置仍存在不少問題，如熱損失、摩擦、密封、加工、裝配等等。
[0003]在微尺度條件下，預混合氣在燃燒室內部的駐留時間顯著減少，完全反應的難度增加；另一方面，由于表面積的增加使散熱損失增加，預混合氣在燃燒室內更容易熄火，燃燒不穩(wěn)定性增加，如何實現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒要求便成了有待解決的問題；目前主要利用熱循環(huán)或者穩(wěn)流裝置的設計來實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，如“瑞士卷”型微小燃燒器，微小鈍體燃燒器等，然而這些燃燒器結構復雜不易加工。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的是為微熱光電系統(tǒng)提高總體性能；在平板式燃燒室內放置一隔板，將燃燒器分為兩部分即預熱區(qū)和燃燒區(qū)、隔板由三塊銅片和三塊鉬片(催化劑)和兩塊多孔銅片而成，其中鉬片粘在銅片背面(鉬片靠近燃燒區(qū)側)，然后與多孔銅片間隔排列，多孔銅片不與燃燒室壁面接觸，多孔銅片的厚度等于銅片與鉬片厚度之和，銅片與鉬片長度和寬度相等；其中預熱區(qū)與燃燒區(qū)寬度比在1:3到1:10之間，預熱區(qū)與隔板寬度比在1:1到1:4之間，鉬片與銅片厚度比在1:10到1:40之間；這樣一來，混合氣通過進氣口先進入預熱區(qū)，然后通過多孔介質進入燃燒區(qū)點燃，然后在鉬片表面進行催化燃燒；這樣，減少了壁面的對流熱損失，同時提高了火焰的穩(wěn)定性，延長了氣體的停留時間。
[0005]本發(fā)明的基本結構和工作原理如附圖1所示:所設計的燃燒室主要由三部分組裝而成，左右側開口的直通道燃燒器外壁以及含多孔銅片和鉬片及銅片的隔板；整個燃燒器外觀上呈長方體結構，隔板將燃燒器內部一分為二，靠近進氣口側為混合氣預熱區(qū)，靠近排氣口側為燃燒區(qū)；工作時，燃料和氧化劑混合氣通過進氣口進入預熱區(qū)，然后通過多孔銅片進入燃燒區(qū)，在燃燒區(qū)內進行催化燃燒，生成的燃燒產物再通過排氣口排至裝置外。
[0006]本發(fā)明的技術優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明設計了預熱區(qū)，混合氣通過入口進入燃燒器，撞擊到銅片后向兩側擴散，燃燒區(qū)內燃燒產物的熱量通過銅片傳遞給混合氣，對其進行預熱，預熱后的高溫氣體通過多孔銅片再預熱進入燃燒區(qū)；這樣一來既減少了壁面的對流熱損失，通過向預熱區(qū)傳遞熱量，燃燒前混合氣溫度升高，進入燃燒區(qū)燃燒后使壁面的平均溫度升高，其壁面溫度的升高會提升輻射能量，對于提高電池的光電轉化效率是有幫助的。
[0007]2、混合氣在進入燃燒區(qū)燃燒前要通過多孔銅片，這樣就延緩了進氣速度，延長了氣體的駐留時間，保證了充分燃燒，同時也提高了火焰的穩(wěn)定性。
[0008]3、該燃燒器與普通平板式燃燒器相比，僅添加了一個隔板，在結構上簡單，易于加工和裝卸；當催化劑失效時，僅需要更換鉬片然后再粘結在一起，隔板可以重復使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖1為低熱損失的微催化燃燒室整體效果圖，I為進氣口，2為出氣口，3為燃燒器外壁，4為預熱區(qū)，5為隔板，6為燃燒區(qū)。
[0010]附圖2為燃燒器剖面圖，I為進氣口，2為排氣口，3為燃燒器外壁，4為預熱區(qū)，11為銅片，12為多孔銅片，13為鉬片，6為燃燒區(qū)。
【具體實施方式】
[0011]如圖1，燃燒室內部尺寸為IOmmX IOmmX 1臟，外壁3厚0.2臟，微燃燒器由多晶氧化鋁材料制作，隔板前端距進氣口 1_，隔板將燃燒器一分為二，靠近進氣口側為預熱區(qū)4，靠近排氣口側為燃燒區(qū)6，排氣口 I和進氣口 2直徑均為0.5mm;如圖2，隔板5由3塊
2.4mm X 2mm X 1mm 的銅片 11 以 3 塊 0.1 mm X 2mm X 1mm 的鉬片 13 和 2 塊 2.5mm X 2mm X 1mm的多孔銅片12組成，其中鉬片13粘在銅片11背面(鉬片靠近燃燒區(qū)側)，然后與多孔銅片12間隔排列，其中多孔銅片12不與燃燒室壁面接觸，多孔銅片12的厚度等于銅片11與鉬片13厚度之和，銅片11與鉬片13長度和寬度相等，它們之間按附圖2所示排列，三者用耐高溫膠(市售)粘結在一起，其中多孔銅片12是由直徑小于0.2mm的銅粉燒結而成。
[0012]碳氫燃料/氧氣預混氣由進氣口進入預熱區(qū)進行進一步混合和預熱，然后通過多孔銅片擴散至燃燒區(qū)，在鉬片上進行催化燃燒。
[0013]本燃燒器與常規(guī)微催化燃燒器相比，減小了壁面的對流熱損失，延長了氣體停留時間，保證了充分燃燒；通過預熱，進入燃燒區(qū)燃燒后使壁面的平均溫度升高，其壁面溫度的升高會提升輻射能量，對于提高電池的光電轉化效率是有幫助的。
【權利要求】
1.一種低熱損失預混合的微催化燃燒室，其特征在于:在平板式燃燒室內放置一隔板，將燃燒器分為兩部分即預熱區(qū)和燃燒區(qū)、隔板由三塊銅片和三塊鉬片和兩塊多孔銅片粘結而成，其中鉬片粘在銅片背面，靠近燃燒區(qū)，然后與多孔銅片間隔排列，多孔銅片不與燃燒室壁面接觸。
2.如權利要求1所述的一種低熱損失預混合的微催化燃燒室，其特征在于:所述多孔銅片的厚度等于銅片與鉬片厚度之和，銅片與鉬片的長度和寬度相等。
3.如權利要求1所述的一種低熱損失預混合的微催化燃燒室，其特征在于:預熱區(qū)與燃燒區(qū)寬度比在1:3到1:10之間，預熱區(qū)與隔板寬度比在1:1到1:4之間，鉬片與銅片厚度比在1:10到1:40之間。
4.如權利要求1所述的一種低熱損失預混合的微催化燃燒室，其特征在于:所述燃燒室兩側外壁開有進氣口、出氣口 ；進氣口靠近預熱區(qū)；出氣口靠近燃燒區(qū)。
5.如權利要求1所述的一種低熱損失預混合的微催化燃燒室，其特征在于:燃燒器外壁由多晶氧化鋁制作，多孔銅片由銅粉燒結而成，銅片、多孔銅片及鉬片三者之間用耐高溫膠粘結在一起。
【文檔編號】F23D14/02GK103712211SQ201310696430
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】潘劍鋒, 劉啟勝, 胡松, 邵霞, 劉楊先 申請人:江蘇大學