一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器。该内置平行隔板的多通道微型燃烧器，包括矩形框截面的燃烧器外壁，燃烧器外壁由上壁、下壁和两个侧壁组成，上壁、下壁和两个侧壁构成一个矩形通道，矩形通道的两端分别为进气口和出气口，在下壁上沿着进气口和出气口的方向设置有若干平行的隔板，下壁靠近进气口端保留一块平坦区域为燃烧区，隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间构成传热通道。工作时，燃料和氧化剂经充分预混后，由进气口端通入燃烧器内部，在没有设置隔板的燃烧区内实现稳定燃烧，生成的燃烧产物则被分配至各个传热通道内，最后经燃烧器另一端的出气口排出，本发明结构相对简单，可实现高效稳定燃烧。
【专利说明】一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型动力机电系统和工程热物理领域的用于微型热光电系统的微型燃烧器，尤其是涉及一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器。
【背景技术】
[0002]随着微型机电系统(Micro Electro-Mechanical System,简称MEMS)研发水平的不断进步以及应用领域的持续拓展，如何对其动力供给部分进行合理开发，也逐渐被引起广泛的重视。近年来，一些基于燃烧的微型动力装置由于工作时间长、能量密度高等优点，有望很好地解决这一问题，因而成为了各国科研竞争的焦点之一。
[0003]微型热光电系统(Micro-thermophotovoltaic,简称MTPV System)便是其中的一种典型的微型动力供给装置，它结构相对简单、没有运动部件、制造装配也容易，故优势相对其他装置也较为明显。该装置主要由微型燃烧器和光电池两大部件构成，工作时碳氢燃料在微型燃烧器内通过燃烧过程释放出化学能，同时对燃烧器的壁面进行加热；高温状态的燃烧器外壁充当了辐射壁面，它释放出的部分短波辐射能撞击低频带隙光电池表面后，最终将产生电能。目前，该微型热光电系统的能量转换效率还不够高，离实际应用尚有一段差距，除光电转换技术有待进一步提高外，这很大程度上还是受微尺度燃烧过程中燃料驻留时间短、大面容比造成热损失过大以及燃料选择面窄等一系列特点制约的。因此，作为微型热光电系统最为重要的部件之一，微型燃烧器设计的好坏不仅会对内部燃烧过程的稳定性造成影响，而且其外壁面的温度分布状况还会直接影响到系统的输出性能。
[0004]微型热光电系统燃烧器通常采用圆柱型和平板型两种整体结构，即将燃烧器内部设计成圆管通道或者矩形通道的型式，其中平板型燃烧器由于容易实现多个子装置的模块化叠装，从而也越来越受到开发者的青睐。例如专利申请号为200910031281.6(名称为“一种带有预热通道的微平行板燃烧器”)、201110132029.1 (名称为“一种基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室”)以及201310014796.1 (名称为“一种多孔介质回热型微尺度燃烧器”)公开的燃烧器均采用了平板结构。虽然，这些专利中的技术方案，能够起到提高混合气体的燃烧效率、延长气流驻留时间的作用，从而对微尺度燃烧过程能起到一定的强化作用。
[0005]但是，装置中燃烧过程的根本目的是为了保证辐射壁面能达到一个较好的工作状态，因此这种兼顾燃烧和辐射的双层身份，使得该部件在开发过程中，不仅要考虑到高效稳定燃烧过程的如何实现，而且对于如何强化高温气体和壁面之间的换热过程，如何保证更多的燃料化学能被辐射壁面吸收，也应当引起足够重视。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种结构相对简单、可实现高效稳定燃烧的内置平行隔板的多通道微型燃烧器。
[0007]为实现上述目的，本发明内置平行隔板的多通道微型燃烧器采用的技术方案是: 一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器，包括矩形框截面的燃烧器外壁，燃烧器外壁由上壁、下壁和两个侧壁组成，上壁、下壁和两个侧壁构成一个矩形通道，矩形通道的两端分别为进气口和出气口，在下壁上沿着进气口和出气口的方向设置有若干平行的隔板，下壁靠近进气口端保留一块平坦区域为燃烧区，隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间构成传热通道。工作时，燃料和氧化剂经充分预混后，由进气口端通入燃烧器内部，在没有设置隔板的燃烧区内实现稳定燃烧，生成的燃烧产物则被分配至各个传热通道内，最后经燃烧器另一端的出气口排出。
[0008]隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间的距离相等。
[0009]燃烧器外壁和隔板为316不锈钢材料。
[0010]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
同无隔板的直通道燃烧器相比，隔板形成的各个微型通道具有更小的当量直径，加之流通截面变小造成的通道内平均流速的适当增加，均可起到提高通道内对流换热系数的作用，从而使得更多高温尾气的热量能被燃烧器内壁和挡板所吸收；各个隔板的前端，实际上还充当了“钝体”的角色，混合气碰到它们后，流动轨迹必然会受到影响，大部分气体将经混合和分配后进入各个通道，而部分气体甚至将被挡回燃烧区，这无疑增加了混合气体在燃烧器内的驻留时间，从而可使得微尺度燃烧过程的完全程度和燃烧器的工作效率得到一定程度的提高。在这两方面的综合作用下，一方面更多的燃料化学能得以释放出来，而另一方面壁面对其吸收的能力也得到了提高，这必将带来燃烧器外壁面辐射能量“质”和“量”飞跃，从而对微型热光电系统后续电能的输出产生积极的影响作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为内置平行隔板的多通道微型燃烧器的结构示意图。
[0012]其中，1.燃烧器外壁，2.隔板，3.传热通道，4.燃烧区，5.进气口，6.出气口。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0014]如图1所示的内置平行隔板的多通道微型燃烧器，包括了燃烧器外壁1，隔板2，传热通道3，燃烧区4，进气口 5，出气口 6，燃烧器外壁由上壁11、下壁12和两个侧13壁组成，上壁、下壁和两个侧壁构成一个矩形通道，矩形通道的两端分别为进气口 5和出气口 6，在下壁上沿着进气口和出气口的方向设置有四个平行的隔板2，下壁靠近进气口端保留一块平坦区域为燃烧区4，隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间构成传热通道3，隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间的距离相等，燃烧器外壁和隔板为316不锈钢材料。
[0015]燃烧器主要由燃烧器外壁、平行的隔板组成，其外部呈长方体结构，内部则整体为矩形截面的直通道；燃烧器前端为单通道的燃烧区，后端则由平行的隔板形成多个尾气传热通道。这种多通道的设计方式，不仅增加了混合气在燃烧器内的驻留时间，更重要的是可以大幅提高尾气同壁面间的换热系数，使得更多燃烧产生的能量被壁面所吸收，从而带来壁面温度和可用辐射能的提升，最终对微型热光电系统电能的输出产生积极的影响。
[0016]在本发明中，内置平行隔板的多通道微型燃烧器呈长方体结构。加工时，首先通过线切割的方法产生一个矩形金属块，其外观尺寸分别为:长度18mm (X方向)、宽度9mm (y方向)、高度为3_ (z方向)。接着，通过线切割的方法在矩形块内部对称地加工出五个长度为18_、宽度1.2_、高度为2_的微通道，以形成燃烧器外壁1、隔板2以及传热通道3的雏形，外壁和隔板的厚度均为0.5_。随后，采用电火花加工的方法将靠近燃烧器进气口端的部分长度隔板铣掉，以形成长度为4mm的单通道燃烧区2、长度均为14mm的四块隔板2和五个传热通道3，以及进气口 5和多个出气口 6，从而最终制作出内置平行隔板的多通道微型燃烧器。
[0017]所述燃烧器采用316不锈钢制成，该种材料易于进行机械加工，并能承受2000°C以上的高温。在高温状态下，表面发射率可达到0.7左右。
[0018]由于燃烧区域设计在靠近燃烧器进气口的前端，因此可选用着火迅速、燃烧速率较快的氢气作为燃料。工作时，从高压气瓶出来的氢气和氧气(或空气)经减压阀减压后，在混合器中充分混合后形成预混合气，并经铜质喷嘴以及特制连接器导入微型燃烧器中。混合气从进气口 5进入燃烧器并达到着火条件后，在燃烧区4中实现稳定燃烧后，变成的高温废气被分配至由隔板2和燃烧器外壁1形成的各个传热通道5，在流动过程中不断释放热量，最终从各个出气口 6排出燃烧器外。
[0019]结合实验和数值模拟的分析结果，在相同的工况下，相对于同样外观和内部尺寸的无隔板直通道型平板式燃烧器，本发明所述微型燃烧器在外壁面平均温度方面能够提高15(Γ200Κ，可使燃烧器外壁面辐射能力大幅增强，从而对微型热光电转换系统的输出功率和整体效率的提升产生较为明显的作用。该燃烧器结构设计较为简单，加工制作方便，具有较好的实用价值。这些都充分彰显了内置平行隔板的多通道微型燃烧器的优势所在。
【权利要求】
1.一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器，其特征在于:包括矩形框截面的燃烧器外壁，燃烧器外壁由上壁、下壁和两个侧壁组成，上壁、下壁和两个侧壁构成一个矩形通道，矩形通道的两端分别为进气口和出气口，在下壁上沿着进气口和出气口的方向设置有若干平行的隔板，下壁靠近进气口端保留一块平坦区域为燃烧区，隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间构成传热通道。
2.根据权利要求1所述的内置平行隔板的多通道微型燃烧器，其特征在于:隔板与隔板之间，隔板与侧壁之间的距离相等。
3.根据权利要求1所述的内置平行隔板的多通道微型燃烧器，其特征在于:燃烧器外壁和隔板为316不锈钢材料。
【文档编号】F23D14/46GK104296139SQ201410488935
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】唐爱坤, 李宝民, 潘剑锋, 杭健, 许艺鸣, 王勇志, 帅宁生 申请人:江苏嘉和热系统股份有限公司