专利名称：一种采用外加电场的微型燃烧器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型燃烧器，具体涉及一种采用外加电场的微型燃烧器，通过外加强电场产生离子风，并利用离子风组织切圆燃烧的微型燃烧器。
背景技术：
随着微电子机械系统(MEMS)技术的迅速发展，微型化已成为科技潮流的新趋势， 如各种微型飞行器和电子设备、以及高技术现代化战争中微小武器的研制成功为人们开创 了一个新的领域，同时也使人们认识到了微能源系统的重要性。微动力装置采用锂电池供 能的明显缺点是其能量密度小，供能系统所占体积、重量较大。因此，研制体积小、重量轻、 能量密度高并且能够持续供能的微能源系统具有重要的作用。而作为微能源系统的核心， 对微型燃烧器的研究引起了国内外极大的关注。目前对微燃烧器的研究方向主要集中在如何减少热量损失以提高效率保证火焰 稳定性，如采用多孔材料抑制热传递，采用回热通道来预热未燃混合气体，以及多圈缠绕， 逆流换热结构等。但现有的微燃烧器所采用的燃料形式均为预混气体，需要燃料与空气事 先混合。预混气体体积大，能量密度低，储存和运输不便，且有爆炸危险，所以不具实用性。 相对而言，液态燃料或高压气态燃料则是微燃烧器未来发展的必然选择。但是纯净燃料的 燃烧形式为扩散火焰，与预混火焰不同，扩散火焰燃烧时需要以较好的气流组织方式以促 使燃料与空气充分混合。但微型燃烧器内气流组织存在的问题是与传统燃烧器相比，微燃 烧器的体积小，在一般几立方毫米至一立方厘米之间，且产生的能量少，这使传统上用于大 型燃烧器的以风机等为基础的气流组织结构因其体积大，结构复杂，能耗高且能源利用率 低等因素，难以在微型燃烧器上实现。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种采用外加电场的微型燃烧 器，本实用新型利用外加强电场形成的离子风，形成切圆燃烧，以解决微燃烧器扩散火焰气 流组织的问题。本实用新型是基于这样一种物理原理，在高压电极两端所形成的开放区域内，空 气由于强电场而发生电离，其中自由电子向阳极移动，被吸收，带正电的气体分子向阴极移 动，从而在阳极附近形成负压区域。带正电分子与负极撞击后带负电荷，由于同性相斥作用 而逆向移动，与迎面带正电的分子撞击而发生中和，从而在阴极附近形成正压区域。由于压 力差，电极处空气与周围气体形成强制循环流动，从而形成离子风。空气通过空气导流栅 栏，形成的离子风在燃烧室内形成周向旋风，并与通过内套壁上燃料导流孔横向进入燃烧 室的气态或由于高温汽化的液体燃料充分混合，形成切圆燃烧，从而使燃烧反应能够充分 进行。本实用新型是通过以下技术方案来实现的—种采用外加电场的微型燃烧器，包括外套壁3、内套壁4、燃料入孔1、排气孔2和电子打火装置10，外套壁3与内套壁4形成夹层空间11，内套壁4内侧为燃烧室12，微燃烧 器设有电极装置和空气导流栅栏8。所述的电极装置由电极阳极6和电极阴极7构成，电极阳极6内嵌或电镀于基座 5顶端，电极阴极7内嵌或电镀于内套壁端板14。所述的电极阴极7通过导线接地；所述的电极阳极6通过导线与高压直流电源正 极相连。所述的内套壁4开有燃料导流孔9。所述的空气导流栅栏8形成的气流流线与基座5表面平行，且与燃烧室12横截面 圆相切。所述的基座5为圆锥，基座5的底角为圆锥的母线与底面的夹角。所述的外套壁4、内套壁3、排气孔2与基座5在同一轴线上，横截面均为圆形。所述的基座5位于外套壁3的底端。所述的电子打火装置10位于基座5顶端中心位置。所述的电极装置形成的电场强度为250_2000kV/m。一种采用外加电场的微型燃烧器，其中内套壁4与外套壁3均为圆柱体，燃料导流 孔9在内套壁4上均勻分布。外套壁3底端设有呈圆锥体的空气导流栅栏8。排气孔2与 内套壁4相连，垂直穿过外套壁3顶端面。排气孔2与内套壁4、外套壁3均为密闭连接。 燃料入孔1位于与排气孔2同侧的外套壁3端面，且接近排气孔2处，其轴线与排气孔2轴 线平行。基座5位于外套壁3底端，其形状为圆锥体，与外套壁3紧密连接，基座5圆锥形 顶端设有电子打火装置10。所述外套壁3与内套壁4之间间隙为0. 5mm至2mm。所述内套壁4与外套壁3横截面均为圆形，内套壁4内径3mm至10mm，厚度0. 1 3mm ο燃烧器设有电极装置，其电极装置由电极阳极6、电极阴极7构成。电极阳极6位 于基座5顶端，呈圆锥形，电极阴极7内嵌于内套壁4顶端，呈环形，阴阳两极均为耐高温抗 氧化金属。内套壁4，基座5均为耐高温绝缘体。所述的电极阴极9的材料为耐高温抗氧化金属，包括银、金、钼。所述的内套壁4、基座5为耐高温绝缘材料，包括陶瓷、碳化硼、碳化硅、氮化硼、氮 化硅、磷化硼、磷化硅等。其中内套壁4上燃料导流孔9环形分布于内套壁4底端到中部的区域。内套壁4 底端的燃料导流孔9为半圆形，其余均为圆形。外套壁3上设有空气导流栅栏8，进气方向 与水平呈10 20°夹角。电极阳极6在水平面投影所形成的圆的直径应大于等于内套壁 4内径。所述的燃料导流孔9孔直径为0. 1 1mm。基座5底部、内套壁4顶部、外套壁3顶部穿孔，使电极阳极6通过导线连接直流 高压电源正极，电极阴极7通过导线接地。工作时，接通直流高压电源，使空气通过空气导流栅栏8进入燃烧室，形成离子 风，因导流通道与内套壁4内壁圆柱面相切且与水平有一定夹角，所以离子风在燃烧室12 内形成上升旋风。同时，燃料通过燃料入孔1进入夹层空间11，通过压力作用，均勻的透过内套壁4上燃料导流孔9进入燃烧室12，并与周向旋转的离子风进行充分的混合，电子打火 装置10点火，燃料开始燃烧。燃烧室12内的火焰在离子风带动下，形成切圆燃烧，使燃烧 能够高效、稳定的进行。另外，燃料在夹层空间11处形成的液膜或气膜，能够形成一层绝热 层；燃料流动在内套壁4外侧产生的对流换热，空气通过空气导流栅栏8时的对流换热及带 回的热量，也能有效阻止散热，从而进一步的减少热损失。通过以上两点的综合作用，使燃 料在微燃烧器内的燃烧能够稳定、充分、高效的进行。本实用新型相对于现有技术的优点及有益效果(1)与使用小型风机组织气流相比，利用高压电极产生离子风这一技术方案，具有 体积小，重量轻，自身能耗率低等优势，特别适用于微动力装置领域；(2)本实用新型中燃烧方式为扩散火焰，无需燃料与空气事先混合，与以往的预混 火焰微燃烧器相比更具实用性；(3)本实用新型中，燃烧室内的火焰在离子风带动下形成切圆 燃烧，这种燃烧方式 具有火焰稳定性好，燃烧温度高等优点，能保证微燃烧在稳定，高效下进行；(4)本实用新型中燃料在夹层空间处形成的液膜或气膜，能够形成一层绝热层； 燃料流动在内套壁外侧产生的对流换热，空气通过空气导流栅栏时的对流换热及带回的热 量，也能有效阻止散热，从而很大程度上减少壁面热损失，使燃烧室保持高温，具备散热量 少，燃烧稳定性好特点。
图1为本实用新型结构图；图2为外套壁结构图；图3为外套壁A-A剖视图；图4为内套壁与电极阴极结构图；图5为基座与电极阳极结构图。附图标记说明1、燃料入孔2、排气孔3、外套壁4、内套壁5、基座6、电极阳极7、电极阴极8、空气 导流栅栏9、燃料导流孔10、电子打火装置11、夹层空间12、燃烧室13、外套壁端板14、内套
壁端板。
具体实施方式
如图1所示，采用外加电场的微型燃烧器，其具体结构包括外套壁3、内套壁4、基 座5，燃料入孔1、空气导流栅栏8、排气孔2、电子打火装置10。其中内套壁4与外套壁3均 为圆柱体，同轴，外套壁3内径9mm，壁厚0.5mm;内套壁4内径6. 5mm，壁厚0. 5mm。外套壁 与内套壁端板厚均为0.5mm。内套壁4与外套壁3之间空隙形成夹层空间11，夹层空间11 间距0.75mm。内套壁4内侧为燃烧室12空间，燃烧室12高度6. 8mm。排气孔2与内套壁 4，垂直穿过外套壁3顶端面。排气孔2与内套壁4、外套壁3同轴，且均为密闭连接。燃料 入孔1位于与排气孔2同侧的外套壁3端面，距排气孔轴线距离3mm处，其轴线与排气孔2 轴线平行。燃料入孔1内径1mm，排气孔内径1. 5mm，管壁厚度均为0. 5mm。图5所示，基座 5位于外套壁3底端，为圆锥体，与外套壁3底端紧密连接，其基圆直径10mm，高1. 4mm。基座底面距外套壁端板13的上表面9. 6mm。基座5顶端设有电子打火装置10。燃烧器设有电极装置，其电极装置由电极阳极6、电极阴极7构成。基座5上端截 面直径小于等于6. 5mm范围内镀钼，为电极阳极，呈圆锥。内套壁端板14内侧镀钼，为电极 阴极7，呈环形。外套壁3，内套壁4，基座5均为陶瓷材料。基座5底部、内套壁端板14、夕卜 套壁端板13穿孔，使电极阳极6通过导线连接IOkv直流高压电源正极，电极阴极7通过导 线接地，电极装置形成的电场强度为350kV/m图4，内套壁4上共设8个燃料导流孔9，分2层，每层4个均勻分布在内套壁4的 横截面圆上，第1层在位于内套壁底端，第2层位于距内套壁底端2. 6mm处。内套壁3底端 的燃料导流孔9为半圆形，其余均为圆形，直径0. 5mm。外套壁3上空气导流栅栏8进气方 向与水平面呈夹角。如图3所示，空气导流栅栏8有均勻分布的8个导流通道，每个导流通 道的左右端面均与内套壁圆柱面相切，以保证气流流线与燃烧室12的横截面圆相切，导流 通道的上表面平行于基座5表面，以保证气流流线与基座5表面平行。导流通道在竖直平 面的投影高度均为0. 5mm。工作时，接通直流高压电源，使空气通过空气导流栅栏8进入燃烧室12，形成离子 风，因导流通道与内套壁4内壁相切且与水平有一定夹角，所以离子风在燃烧室12内形成 上升旋风。同时，燃料通过燃料入孔1进入夹层空间11，通过压力作用，均勻的透过内套壁 4上燃料导流孔9进入燃烧室12，并与周向旋转的离子风进行充分的混合，电子打火装置10 点火，燃料开始燃烧。燃烧室12内的火焰在离子风带动下，形成切圆燃烧，使燃烧能够高 效、稳定的进行。另外，燃料在夹层空间11处形成的液膜或气膜，能够形成一层绝热层；燃 料流动在内套壁4外侧产生的对流换热，空气通过空气导流栅栏8时的对流换热及带回的 热量，也能有效阻止散热，从而进一步的减少热损失。燃料与空气的充分接触，加上较少的 壁面热损失，两者共同作用，可使燃烧反应高效，稳定的进行。
权利要求一种采用外加电场的微型燃烧器，包括外套壁(3)、内套壁(4)、燃料入孔(1)、排气孔(2)和电子打火装置(10)，外套壁(3)与内套壁(4)形成夹层空间(11)，内套壁(4)内侧为燃烧室(12)，其特征在于，微燃烧器设有电极装置和空气导流栅栏(8)。
2.根据权利要求1所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的电极装置由电极阳极(6)和 电极阴极⑵构成，电极阳极(6)内嵌或电镀于基座(5)顶端，电极阴极(7)内嵌或电镀于 内套壁端板(14)。
3.根据权利要求2所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的电极阴极(7)通过导线接 地；所述的电极阳极(6)通过导线与高压直流电源正极相连。
4.根据权利要求2或3所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的内套壁(4)开有燃料导 流孔(9)。
5.根据权利要求4所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的空气导流栅栏(8)形成的气 流流线与基座(5)表面平行，且与燃烧室(12)横截面圆相切。
6.根据权利要求5所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的基座(5)为圆锥。
7.根据权利要求6所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的外套壁(4)、内套壁(3)、排 气孔(2)与基座(5)在同一轴线上，横截面均为圆形。
8.根据权利要求7所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的基座(5)位于外套壁(3)的 底端。
9.根据权利要求8所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的电子打火装置(10)位于基 座(5)顶端中心位置。
10.根据权利要求9所述的微型燃烧器，其特征在于，所述的电极装置形成的电场强度 为 250-2000kV/m。
专利摘要本实用新型公开了一种采用外加电场的微型燃烧器。包括燃料入孔(1)，排气孔(2)，空气导流栅栏(7)，外套壁(3)，内套壁(4)，基座(5)，电极阳极(6)，电极阴极(7)，电子打火装置(10)。内套壁与外套壁形成夹层空间(6)，内套壁分布燃料导流孔(9)。基座为圆锥，空气导流栅栏(8)形成的气流流线与基座(5)表面平行，且与燃烧室(12)横截面圆相切，本实用新型通过外加强电场产生的离子风，使空气做强制流动，通过空气导流栅栏形成旋风，在燃烧室内形成切圆燃烧，从而促使空气与燃料充分接触，提高燃烧效率。本结构兼具低散热损失，燃烧稳定的优点。
文档编号F23D11/00GK201568964SQ20092023818
公开日2010年9月1日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者杨泽亮, 甘云华, 矫明伦 申请人:华南理工大学