[发明专利]一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器

说明书

本发明属于微尺度燃烧技术领域，并具体公开了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器。包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室，进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通道中的燃气和氧化剂，进气通道包括从上到下依次平行布置的上氧化剂通道、燃料通道和下氧化剂通道，燃烧室的进气口处还设有中心挡流板和壁面挡流板。本发明通过对燃烧器本体中各个通道、燃烧室的具体位置以及燃烧气体混合方式进行了研究与设计，可有效解决现有小型燃烧器存在的混合不充分及容易产生回火的问题，具有混合效果好、稳定燃烧范围宽、燃烧效率高、能量利用率高的特点。

技术领域

本发明属于微尺度燃烧技术领域，更具体地，涉及一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器。

背景技术

近年来微机电装置或系统快速发展，不断研制出小型机器人、小型火箭发动机、小型推进系统和便携式电子设备等小型装置。目前这些设备主要由电池驱动，但是电池存在能量密度小、重量和体积较大和充电时间较长等缺点。而碳氢化合物燃料比传统电池的能量密度高出几十倍。例如，典型的液态碳氢化合物燃料的能量密度高达45MJ/kg，而目前最好的化学电池Zinc/Air电池的能量密度仅约为1.65MJ/kg。另外，燃烧碳氢燃料对环境污染小，不会发生化学电池可能导致的化学污染。此外，基于燃烧的小型动力装置可长时间使用，燃料用尽后直接补充燃料即可，不需要更换任何设备，这即快速也低成本。因此，基于燃烧的小型动力装置有取代传统电池的巨大潜力。而小型燃烧器是小型动力装置或系统的关键部件，设计开发出安全稳定高效的小型燃烧器对于小型动力装置的技术开发具有重要意义。

燃烧方式按燃料和氧化剂在进入燃烧室之前是否预先混合可分为预混燃烧和扩散燃烧。安全性是将微燃烧器用于为各种微机电装置提供动力或热源首先需要考虑的问题。由于燃料和氧化剂的扩散燃烧方式不会发生回火等危险现象，众多研究人员对此燃烧方式给予越来越多的关注。

现有技术中，微燃烧器主要存在两个方面的问题，一是燃料和氧化剂无法在短时间内充分混合，进而导致燃烧稳定性差和燃烧效率低。如现有技术中提出的一种氧化剂通道(水平放置)与中央燃料通道垂直布置结构，这使得当氧化剂沿着水平通道以较快的速度进入燃烧室时，会对燃料产生一个较强烈的引射作用，以此来强化两种不同气体的混合。而此方法要求两股流体之间存在较大的速度差，否则难以获得良好的混合效果，而且在垂直引射方式下难以获得稳定对称的流场，不利于火焰稳定。另一个是火焰燃烧的范围有限，火焰的燃烧不稳定。由于小型燃烧室表面积与体积的比值相对于常规尺度来说增大了约2个数量级，这使得通过固体壁面的散热损失大大增加，从而导致火焰稳定性变差和易发生熄火。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的小型扩散燃烧器做出进一步的改进设计，构建一种混合效果好、可燃范围宽、燃烧效率高和安全可靠的分离式预热的小型扩散燃烧器，解决现有小型扩散燃烧器存在的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其通过对燃烧器本体中各个通道、燃烧室的具体位置以及燃烧气体混合方式进行了研究与设计，实现了燃气和氧化剂的充分预热和两级混合，相应的可有效解决现有小型燃烧器存在的混合不充分及容易产生回火的问题，具有混合效果好、稳定燃烧范围宽、燃烧效率高、能量利用率高的特点，因而尤其适用于各种基于燃烧的微小型热光伏系统和热电系统，也可以直接作为热源使用。

为实现上述目的，本发明提出了一种多流道高效预热的小型扩散燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体、上盖板和下盖板，所述燃烧器本体包括进气通道、出气通道和燃烧室，所述进气通道和出气通道均为螺旋形状，且平行间隔布置，用于将出气通道中烟气携带的热量传递给进气通中的燃气和氧化剂，其中，