一种应用于微热光电系统的燃烧器的制作方法

本实用新型涉及微尺度热光电能量转换技术领域，特别是涉及一种应用于微热光电系统的燃烧器。

背景技术：

随着微小电子机械系统的需求增大，以及微小尺度加工技术的快速发展，微动力机械系统成为当前研究的热点。该系统基于燃料的燃烧，且具有能量密度高(约为常规锂电池的几十倍)，体积小(一般为毫米级以下)等特点。微热光电系统作为一种无运动部件的微动力机械系统，其原理是利用燃料在燃烧器中燃烧释放的化学能，转换为燃烧器壁面的辐射能，再利用光伏电池进行光电转换产生电能。然而，微热光电系统的核心部件—微燃烧室的尺寸要比传统燃烧室的尺寸小得多，这样也产生了诸多关于微尺度稳定燃烧方面的难题。例如微尺度燃烧室的表面积与体积比(面体比)比常规尺度下的大，这使得燃烧室壁面的热量散失大大增加，严重影响了燃烧的稳定性和化学反应速率；同时，面容比的增加，使得活性自由基与壁面的碰撞次数增加，从而减少了燃烧反应中自由基的数量，导致燃烧不充分，化学反应速率降低，以及易发生熄火现象。

在微热光电系统中，获得具有高辐射能的燃烧器壁面是关键。虽然面体比的增加带来诸多上述不利于燃烧的问题，但对于微热光电系统而言，微燃烧室的高面体比能够有效提升燃烧室壁面上单位面积的辐射能，利于提升热光电能量转化效率。目前，常规的微尺度燃烧室存在诸多缺点，如外壁面温度温差大，温度分布不均匀等，这也不利于提升微热光电系统的能量转换效率。

然而，采用催化燃烧方式可以有效地提高壁面温度，减少热淬熄作用和污染物的排放，提高燃烧效率，最终能够稳定并促进燃烧。采用多孔介质燃烧技术，燃烧产生的热量通过自身的导热和辐射作用传递给未燃预混燃料，高温烟气余热也会通过自身的蓄热能力进行回收，这可以大大提高燃料的燃烧速度和火焰燃烧速率。鉴于此，本实用新型将催化燃烧和多孔介质燃烧技术相结合，设计出具备高辐射能的新型微燃烧器，以达到清洁、高效、稳定燃烧的目的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种应用于微热光电系统的燃烧器，该燃烧器的成本相对较低，结构简单，能实现微小尺度下多燃料和各种贫燃(或富燃)极限条件下的稳定高效燃烧，可以提供稳定的壁面高温，同时能够大大提高能源利用率，减少环境污染。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种应用于微热光电系统的燃烧器，包括燃烧室上部、点火器、燃烧室下部；所述燃烧室上部与所述燃烧室下部通过耐高温胶粘连；所述燃烧室的下部和燃烧室上部截面为矩形；所述燃烧室上部内设有尾气处理区域和多孔介质区域；所述多孔介质区域和尾气处理区域内填充材料为多孔介质，所述尾气处理区域内多孔介质浸渍催化剂；所述燃烧室下部通过竖直设置的陶瓷片分割成多个流体通道，所述陶瓷片平行于所述燃烧室下部的长边面，且通过耐高温胶与所述燃烧室下部的短边面粘接；所述燃烧室下部的长边面涂覆催化剂；与所述燃烧室下部的长边面相邻的陶瓷片单面涂覆催化剂，且与所述燃烧室下部的长边面面对面；所述燃烧室下部的长边面、短边面和单面涂覆催化剂的陶瓷片形成催化燃烧区域；所述燃烧室上部与所述燃烧室下部之间设置点火器，并插入所述催化燃烧区域内。

进一步，所述燃烧室的下部和燃烧室上部材料为低导热系数材料。

进一步，所述燃烧室的下部为陶瓷材料。

进一步，所述燃烧室上部为高透光石英玻璃。

进一步，所述陶瓷片的厚度为0.2-0.4mm，每片陶瓷片之间的距离为0.2-0.6mm。

进一步，所述陶瓷片材料为碳化硅或磷化硅或氮化硅。

进一步，所述多孔介质材料孔隙率在0.6-0.95。

进一步，所述多孔介质材料为刚玉或者碳化硅或者氧化锆。

进一步，所述点火器为电子点火器。

进一步，催化剂为贵金属或者贵金属氧化物。

本实用新型的有益效果在于

1.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，燃料在催化壁面上发生放热反应，提高了壁面的温度，减少活性自由基的淬灭，也预热了通道中未燃燃料混合物。由于催化剂具有吸附选择性，所以选择不同催化材料可以有效减少中间产物的生成，降低污染物(如氮氧化物)的生成。

2.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，采多孔介质具有较高的比表面积和比热容，能够固定高温源，增加气体和固体之间的热交换速率，提升温度分布的均匀性。多孔介质的自身结构可以延长燃料驻留时间，强化燃烧过程，提高燃烧安全性和稳定性；多孔介质的高热导率和强辐射作用可以使反应放出的热量向上游和下游传给临近的流体介质。

3.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，针对微尺度条件下，燃料驻留时间短燃烧不充分，燃烧室下游壁面温度偏低的缺点，采用负载催化剂的多孔介质填充至燃烧通道尾部，一方面提高燃烧效率，壁面温度；另一方面，减少污染物的排放。

4.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，采用催化燃烧与多孔介质燃烧技术相结合，达到稳定燃烧、高效、低污染、易操作等目的，具有原理上的创新性。

5.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，采用尾气处理技术可以拓展燃料的使用范围，极大地提升燃烧器的适用性。

6.本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器，本实用新型技术可以实现微小加工及批量生产，具备推广条件。

附图说明

图1为本实用新型所述的应用于微热光电系统的燃烧器的结构示意图。

图2为本实用新型所述多孔介质区域的局部结构示意图。

图3为本实用新型所述催化燃烧区域结构示意图。

图中：

1-燃烧室上部；2-点火器；3-燃烧室下部；4-催化燃烧区域；5-多孔介质区域；6-尾气处理区域；7-陶瓷片；8-催化剂；9-多孔介质；10-长边面；11-短边面。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

图1所示的应用于微热光电系统的燃烧器，包括燃烧室上部1、点火器2、燃烧室下部3；所述燃烧室上部1与所述燃烧室下部3通过耐高温胶粘连，所述燃烧室的下部和燃烧室上部材料为低导热系数材料，所述燃烧室的下部为陶瓷材料，所述燃烧室上部为高透光石英玻璃；所述燃烧室的下部3和燃烧室上部1截面为矩形；所述燃烧室上部1内设有尾气处理区域6和多孔介质区域5；所述多孔介质区域5和尾气处理区域6内填充材料为多孔介质9，所述尾气处理区域6内多孔介质9浸渍催化剂8，所述催化剂8为贵金属或者贵金属氧化物；结合图3所示，所述燃烧室下部3通过陶瓷片7分割成多个流体通道，陶瓷片7具有支撑多孔介质9的作用。所述陶瓷片7平行于所述燃烧室下部3的长边面10，且与所述燃烧室下部3的短边面11通过耐高温胶粘接；陶瓷片7的厚度为0.2-0.4mm，每片陶瓷片之间的距离为0.2-0.6mm，陶瓷片优选用碳化硅、磷化硅或氮化硅等材料；所述燃烧室下部3的长边面10涂覆催化剂8；与所述燃烧室下部3的长边面10相邻的陶瓷片7单面涂覆催化剂8，且与所述燃烧室下部3的长边面10面对面。所述燃烧室下部3的长边面10、短边面11和单面涂覆催化剂8的陶瓷片7形成催化燃烧区域4；所述燃烧室上部1与所述燃烧室下部3之间设置点火器2，并插入所述催化燃烧区域4内。点火器2选用电子点火器，点火针为金属导线。

工作时，燃料和氧化剂混合物经预混后进入所述燃烧室上部1与所述燃烧室下部3组成的燃烧通道，由点火器2点火，引燃混合物，催化燃烧区域4的催化反应随即被引发，涂覆催化剂8的燃烧室下部3的长边面10和陶瓷片7被反应生成的热量加热，同时也预热了进口混合物。当未燃混合物进入多孔介质区域5，发生燃烧反应，燃烧释放的热量提升了多孔介质9的温度，从而得到具有高辐射能的高温热源；燃烧生成的烟气进入尾气处理区域6，由于催化剂能进一步对烟气中未燃燃料或未反应完全的中间产物进行催化反应，反应生成热和烟气的热量在带有催化剂的多孔介质9中传递，保重了在尾气处理区域有高温热源的存在。这些技术的应用能较好地实现本实用新型，达到高效、稳定、低污染燃烧的目的。

所述多孔介质9的材料优选孔隙率在0.6-0.95，所述多孔介质9材料为刚玉或者碳化硅或者氧化锆。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。