一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器的制作方法

本发明涉及微尺度热光电能量转换技术领域，特别涉及一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器。

背景技术：

随着微机电系统的迅速发展，人们对小型能源和微型能源的关注度越来越高。微热光电系统作为微系统和能源领域的结合体，逐渐成为人们关注的重点。微热光电系统是将燃料燃烧加热辐射材料，使辐射器放出光子，在经过光电池转换为电能。它具有无运动元件、制造相对简单、安全可靠等优点。

在微热光电系统中，微燃烧器是系统的关键部件，需要维持持续燃烧和输出最大热效率之间的平衡。传统微燃烧器为空腔管结构，由于微燃烧器尺寸较小，表面积增加使散热损失增大，当混合气体燃烧产生的热量小于管壁损失热量时，发生淬熄。同时，由于混合气体在燃烧器内停留时间较短，发生不充分燃烧，出现燃烧器火焰温度较低，温度分布不均，辐射能力降低，能量转换率低等问题。针对这些问题，目前将多孔介质加入微燃烧器的技术应用越来越广泛。当预混气体在多孔介质中燃烧时，气体在多孔介质孔隙内部产生涡流，扰动剧烈，燃烧产生的热量通过多孔介质的导热和辐射传递给新鲜燃气，同时利用多孔介质自身的蓄热能力回收高温烟气余热，大大提高了燃烧效率，使燃烧更稳定、充分，提高了能量转换率。公开号为cn103629666a的“一种填充多孔介质的双向进气回热型微尺度燃烧器”，采用布置中间隔板和双向进气的方式，实现了燃烧产物和进气之间的热量交换，达到了基本的回热效果。公开号为cn103090384a“一种多孔介质回热型微尺度燃烧器”，通过在燃烧器内设置t型隔板和多孔介质，将燃烧器分成两个区域，实现回热燃烧。虽然以上技术方案能够在一定程度上使燃烧更加充分和稳定，但是燃烧器在燃烧的温度和均匀性方面还有待进一步的提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器，该燃烧器通过设置不同规格的多孔介质和利用尾气余热回热，使燃烧更完全，解决温度分布不均和局部高温的问题，使燃烧更加稳定充分，提高能量转换率，扩大功率调节范围等优点。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器，包括燃烧器外壁和内壁，内壁围成的空间构成混合燃气进口，外壁和内壁之间的环形空间构成烟气出口和多孔介质区域。烟气出口位于多孔介质区域上方。多孔介质区域填充两种不同规格的多孔介质，分别为泡沫陶瓷一和泡沫陶瓷二，泡沫陶瓷一位于泡沫陶瓷二上方。泡沫陶瓷一的孔隙率大，有助于支持稳定燃烧，提高燃烧温度，并将热量传给燃烧器外壁。泡沫陶瓷二的孔隙率小，流通性差，主要作用是将火焰定位于泡沫陶瓷一内燃烧，当燃烧向下游传播时，可以熄灭火焰。在泡沫陶瓷一底部设置电子点火装置。燃烧器外壁和内壁之间利用支撑杆进行连接。

所述的燃烧器外壁和内壁，均采用导热系数高、耐高温性能的sic陶瓷材料。

所述的泡沫陶瓷一，孔隙密度为30ppi，孔隙率为85%，其材质为氧化铝泡沫陶瓷。

所述的泡沫陶瓷二，孔隙密度为50ppi，孔隙率为20%，其材质为氧化铝泡沫陶瓷。

与现有技术相比，本发明具有的优点及效果是：（1）本发明中的燃烧器可以利用燃烧产生的烟气携带的余热对混合燃气进行预热，提高了混合燃气的进气温度，减少了热损失，提高了能量转换率。（2）通过布置多孔介质，可以使混合气在燃烧器内停留时间变长，使燃烧更加充分、稳定。多孔介质燃烧释放的热量对回热效果也起到了一定的促进作用。同时，由于多孔介质较大的比表面积和较强的辐射能力，可以使温度分布更加均匀，提高了燃烧温度，从而提高了微热光电系统的输出功率。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1为一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器的结构示意图。

图2为一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器的俯视图。

图中，1、混合燃气进口，2、烟气出口，3、燃烧器外壁，4、燃烧器内壁，5、泡沫陶瓷一，6、泡沫陶瓷二，7、电子点火装置，8、支撑杆。

具体实施方式

根据图1和图2详细说明本发明的具体结构。本发明的燃烧器包括燃烧器外壁3和内壁4，内壁4围成的空间构成混合燃气进口1，外壁3和内壁4之间的环形空间构成烟气出口2和多孔介质区域。烟气出口2位于多孔介质区域上方。多孔介质区域由泡沫陶瓷一5和泡沫陶瓷二6构成。泡沫陶瓷二6采用小孔隙率氧化铝泡沫陶瓷，孔隙密度为50ppi，孔隙率为20%，其流通性较差，主要是起到熄灭火焰作用，以防止燃烧火焰自流至混合气进口。在泡沫陶瓷二6上面布置大孔隙率氧化铝泡沫陶瓷一5，孔隙密度为30ppi，孔隙率为85%，有助于支持稳定燃烧，且使混合气在燃烧器中的停留时间变长。在泡沫陶瓷一底部设置电子点火装置7。燃烧器外壁3和内壁4之间利用四根支撑杆8采用钎焊方式进行连接，以对内壁4进行支撑。

本发明的工作过程如下：从高压气瓶出来的燃气和氧气经减压阀减压后，按比例充分混合成为预混气体，导入进口区域，先流经泡沫陶瓷二，再进入泡沫陶瓷一区域。利用电子点火装置点燃之后，混合气在其内部进行燃烧，产生的烟气经过烟气出口排除燃烧器。当燃烧产物流经烟气出口区域时，释放出的余热被进口混合气体所吸收，对混合气进行预热，同时多孔介质燃烧释放的热量通过燃烧器内壁的辐射和导热作用也会对混合气体起到一定的预热效果，达到了回热目的。通过这种设置，使燃烧温度更高，燃烧更稳定，提高了能量转换率。

技术特征：

技术总结
一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器，包括燃烧器外壁和内壁，内壁围成的空间构成混合燃气进口，外壁和内壁之间的环形空间构成烟气出口和多孔介质区域。烟气出口位于多孔介质区域上方。燃烧器外壁和内壁之间利用支撑杆进行连接。通过这个设置，实现了燃烧产物和进气之间的热量交换，达到了回热的效果。多孔介质区域分别填充两种不同规格的多孔介质材料。这种多孔介质和回热相结合的设计方式，使燃烧更加充分、稳定，提高了燃烧温度，减少了热损失，提高了能量转换率。

技术研发人员：李楠;徐有宁;薛治家;唐美玲;胜兴;张宏志
受保护的技术使用者：沈阳工程学院
技术研发日：2018.08.28
技术公布日：2018.12.11