专利名称：回热式多孔介质燃烧的新型辐射器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温辐射源，特别是针对小型便携式热电转换
(TPV)系统用高温辐射源。
背景技术：
小型便携式热电转换(TPV)系统是将来自热源的能量通过辐射器投射 到PV电池上，实现热电转换。在众多种类的TPV中，由于能量需求不同， PV电池的能带隙不同等，需要热源提供相应的辐射能量和辐射温度。因此， 热源构成了此类系统的关键。由于燃烧构成的热源可采用形式多样的化学 燃料，如液体燃料和气体燃料，燃烧室结构简单且易于控制、稳定性好， 吸引了研究者的主要研究精力。
有关TPV系统的研究，国外学者致力于家用壁炉等取暖设备，或圆柱 形空腔燃烧辐射器作为热源。此类设备结构简单，不利于获得高温均匀的 辐射表面。在此基础上， 一些研究人员利用空气冷却PV电池，并:J巴这部分 热空气送入燃烧室燃烧。这些手段一定程度上提高了辐射效率。由于传统 燃烧室技术相对成熟，因此目前多数化学燃料TPV的热辐射效率可达约40 %，而通过回热等方法改进的燃烧室热辐射效率可进一步提高，文献(G Colangelo,A. deRisi. TPV应用中有回热系统的燃烧器的实验研究 (Experimental study of a burner with high temperature heat recovery system for TPV applications) [J]. Energy Conversion and Management 47 (2006) 1192 - 1206.)中设计的回热燃烧室的效率可达63%。但是，由于 PV电池能带隙的限制，如果不能获得均勻的辐射表面温度，其热电转换效 率仍然很低。目前，国内燃烧辐射器的研究还处于起步阶段。文献(薛宏， 苗家轩.微型热光伏系统多孔介质燃烧器性能的实验研究[J].燃烧科学 与技术，12 ( 4 ), 2006, 369-372.)提出在微燃烧系统中填充多孔介质，以 强化与辐射器之间传热、增加辐射器表面温度均匀性。多孔介质中的燃烧技术是上世纪80年代末到90年代初发展起来的新 型燃烧技术，它是在燃烧系统中引入多孔介质，利用固体介质的大比热畜 热作用和良好的导热性能，对燃料/空气进行预热以提高燃烧效率。与传统 自由流中的燃烧技术相比，多孔介质内的燃烧具有贫燃极限低、火焰稳定 性好、燃烧效率高、温度分布均匀、污染物排放少等优点，能广泛应用于 家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和其它民用和工业生产过程。如 果能将多孔介质燃烧技术与TPV系统有机结合起来，则TPV系统的热辐射 效率将有非常大的"t是高。引入回热器后的多孔介质燃烧辐射器可获得更高 的辐射温度和燃料转化效率。
发明内容
为了解决表面温度不均匀，和小空间内难以组织燃烧的问题，本实用 新型提供一种回热式多孔介质燃烧的新型辐射器。 具体的技术解决方案如下
回热式多孔介质燃烧的新型辐射器包括圆柱状的燃烧辐射器；
还包括大口径管体内均布设有细铜管的列管式回热器，其大口径管体
上下两端分别为法兰接口，其上端法兰接口连接出烟口，其下端法兰接口
连接着燃烧辐射器上端口 ，其上部一侧设有进气管口 ； 燃烧辐射器下端口连通着预热区；
预热区为倒圆锥台状，其下端口连通着混合腔，混合腔4顶部设有多 孔板；
所述燃烧辐射器包括圆柱筒状的本体，本体为中空多孔碳化硅材料， 本体中部设有耐火材料，本体的外圆柱面设有密封材料层和选择性辐射层， 燃烧辐射器顶部 一侧设有点火器；
所述预热区内充满氧化铝小球；
所述混合腔内设有多孔管，多孔管由两个同心环状管和燃气直管组成， 两个同心环状管的一侧连通着燃气直管，燃气直管的一端从径向伸至混合 腔外，两个同心环状管的侧壁上均布有气孔；
一根联通管的一端连通着列管式回热器下部一侧，另一端连通着混合腔底部。
所述列管式回热器的大口径管体材料为不锈钢，直径为120毫米，细 铜管直径为8-12毫米。
所述中空多孔,灰化硅材料的孔密度为10-10OPPI 。
所述密封材料层材料为碳化硅，厚度为1-2毫米。
所述同心环状管上的气孔直径为0.3-0.8毫米。
所述列管式回热器与燃烧辐射器之间设有辐射屏。
该燃烧辐射器能有效组织气体贫燃料的燃烧，不仅能获得很高的辐射 温度，而且辐射表面温度均匀，燃烧噪音小，燃烧室结构紧凑。
本实用新型的有益效果是，燃烧在中空多孔介质中进行，均匀稳定， 可获得很高壁面温度，且在混合气进入燃烧区之前就通过回热、预热等手 段，可进一步提高辐射温度。该系统无论从燃烧功率或燃料贫富程度来说， 都能适用于更广的燃烧范围。
图1为本实用新型结构示意图， 图2为图1的A-A剖视图， 图3为图1的B-B剖视图， 图4为图1的C-C剖视图， 图5为图4的D-D剖^L图， 图6为本实用新型工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。 实施例
参见图1，回热式多孔介质燃烧的新型辐射器包括圆柱状的燃烧辐射器 2,还包括大口径管体内均布设有细铜管13的列管式回热器1,见图3,其 大口径管体上下两端分别为法兰接口，其上端法兰接口连接出烟口 12,其 下端法兰接口连接着燃烧辐射器2上端口，其上部一侧设有进气管口 11; 列管式回热器1的大口径管体材料为不锈钢，直径为120毫米，细铜管直
6径为10毫米(直径范围为8-12毫米)。列管式回热器1与燃烧辐射器2之 间安装有辐射屏5;
燃烧辐射器2下端口连通着预热区3;
预热区3为倒圆锥台状，其下端口连通着混合腔4，混合腔4顶部有一 个多孔板。
见图1、图2、燃烧辐射器包括圆柱筒状的本体，本体的多孔材料为碳 化硅，本体中部设有耐火泥8，本体的外圆柱面设有密封层和选择性辐射层 7，密封层材料为碳化硅，厚度为1.5毫米(厚度范围为1-2毫米)，所述选 择性辐射层材料为鴒，厚度为1-2毫米，燃烧辐射器2顶部一侧安装有点 火器6;
预热区内充满氧化铝小球，氧化铝小球直径为0.5毫米(直径范围为 0.5-1毫米)。
混合腔内设有多孔管 ，多孔管由两个同心环状管和燃气直管组成，两 个同心环状管的一侧连通着燃气直管，燃气直管的一端从径向伸至混合腔 外，两个同心环状管的侧壁上均布有气孔14，气孔14直径为0.5毫米(直 径范围为0.3-0.8毫米)，见图4和图5。
一根联通管10的一端连通着列管式回热器1下部一侧，另一端连通着 混合腔4底部。
具体安装操作如下
首先是把混合腔4置于支架上的底盘相连，底盘是回热后的空气入口 ， 底盘下部有焊接的不锈钢管。这样空气入口和燃气入口安装完成。混合腔4 顶部有一个多孔板，其作用是可使混合气进入上部预热区3,并固定预热区 3内的氧化铝堆积小球。然后把预热区3圆台型空腔倒置于混合腔4上，预 热区3内填充OO. 5mm的氧化铝小球，小球被混合腔4上部的多孔板托住， 不会泄漏。这一部分不仅可预热混合气，使燃气空气更加充分混合，还能 防止回火。因为堆积小球间的空隙小，已经远小于火焰的熄火距离。因此 安全系数高，稳定性好。堆积小球一直填充到几乎圆台出口，圆台上部设 计法兰接口，可用于安装PV电池、玻璃封罩等。堆积小球上放置中空管式SiC多孔材料(夕卜径110mm,内径50mm,长180mm,孔密度有IOPPI、 40PPI、 100PPI),接口处用耐火泥密封，中空管内也填满耐火泥，多孔材料外壁面 即为辐射表面，辐射面积为622cm2。 SiC多孔材料上部伸入到列管式回热器 1内，之间用辐射屏5隔开，接口用耐火泥密封。辐射屏5的作用是减少燃 烧介质对列管式回热器1的辐射，让更多能量从壁面辐射出去。列管式回 热器1跟SiC多孔材料的接口处安置一个电子点火器6。列管式回热器1用 支架固定后，螺紋接连回热器跟混合腔之间的金属管。整个燃烧辐射器就 安装完成了。
最后，把燃料(丙烷、天然气、水煤气)和空气分别用软管连接到混 合腔和回热器，中间用流量计阀控各自流量。气体流程如附图1箭头所示， 流经回热器后的空气可被加热到200°C ~ 400°C (远低于气体燃料的燃点)， 通过不绣钢管到达混合腔跟冷燃气充分混合，混合腔内空隙小，流速大， 不会发生反应。混合气在堆积小球再次被预热，进入燃烧介质多孔区域时 很容易就组织燃烧。烟气由回热器的出烟口 12排出。
工作时，见图6,虚线框内为回热式多孔介质燃烧的新型辐射器(I),是 本实用新型部分。燃烧辐射器外部套上滤波器(III)，从辐射器出来的辐射 波通过滤波器后，辐射到PV电池(IV)上。回热器(l)出来的烟气可在换热 器(II)内被再次利用。
先调节燃气和空气流量控制阀，按一个当量比下^[氐流率送入燃烧辐射 器，用电子点火器6点燃后直至稳定，此时多孔材料呈高温红色状态，然 后调节到需要的燃烧功率。经测试，此燃烧辐射器可在功率20kW以内，当 量比0.3以上稳定燃烧。并且，低当量比(约0.5)时可获得比较均匀的辐射 表面温度，高当量比(约O. 9)时，辐射温度高，燃烧状态好。本系统在燃烧 功率为4kW时可获得壁面温度900。C左右。并且壁面温度均匀，轴向温度梯 度小于rC/mm。
权利要求1、回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，包括圆柱状的燃烧辐射器，其特征在于还包括大口径管体内均布设有细铜管的列管式回热器，其大口径管体上下两端分别为法兰接口，其上端法兰接口连接出烟口，其下端法兰接口连接着燃烧辐射器上端口，其上部一侧设有进气管口；燃烧辐射器下端口连通着预热区；预热区为倒圆锥台状，其下端口连通着混合腔，混合腔4顶部设有多孔板；所述燃烧辐射器包括圆柱筒状的本体，本体为中空多孔碳化硅材料，本体中部设有耐火材料，本体的外圆柱面设有密封材料层和选择性辐射层，燃烧辐射器顶部一侧设有点火器；所述预热区内充满氧化铝小球；所述混合腔内设有多孔管，多孔管由两个同心环状管和燃气直管组成，两个同心环状管的一侧连通着燃气直管，燃气直管的一端从径向伸至混合腔外，两个同心环状管的侧壁上均布有气孔；一根联通管的一端连通着列管式回热器下部一侧，另一端连通着混合腔底部。
2、 根据权利要求l所述的回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，其特征 在于所述列管式回热器的大口径管体材料为不锈钢，直径为1"毫米，细 铜管直径为8-12毫米。
3、 根据权利要求1所述的回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，其特征 在于所述中空多孔碳化硅材料的孔密度为10-IOOPPI。
4、 根据权利要求l所述的回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，其特征 在于所述密封材料层材料为碳化硅，厚度为1-2毫米。
5、 根据权利要求1所述的回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，其特征在于所述同心环状管上的气孔直径为0.3-0.8毫米。
6、根据权利要求l所述的回热式多孔介质燃烧的新型辐射器，其特征 在于所述列管式回热器与燃烧辐射器之间i殳有辐射屏。
专利摘要本实用新型涉及一种高温辐射源，即回热式多孔介质燃烧的新型辐射器。其包括圆柱状的燃烧辐射器，还包括大口径管体内均布设有细铜管的列管式回热器，其大口径管体上下两端分别为法兰接口，其上端法兰接口连接出烟口，其下端法兰接口连接着燃烧辐射器上端口，其上部一侧设有进气管口；燃烧辐射器下端口连通着预热区；预热区为倒圆锥台状，其下端口连通着混合腔，一根联通管的一端连通着列管式回热器下部一侧，另一端连通着混合腔底部。有益效果是，燃烧在多孔介质中进行，均匀稳定，可获得很高壁面高温，且在混合气进入燃烧区之前就通过回热、预热等手段，可进一步提高辐射温度。其无论从燃烧功率或燃料贫富程度来说，都能适用于更广的燃烧范围。
文档编号F23D14/46GK201289082SQ20082018652
公开日2009年8月12日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者刘明侯, 宏 叶, 侃 徐 申请人:中国科学技术大学