一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器

本发明属于脉动燃烧，涉及脉动燃烧器，特别涉及一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器。

背景技术：

1、随着技术的进步和行业发展的需求，微型装置及其系统如微型医疗器械、传感器、微型马达、微泵、微型无人飞行器等在医疗、工业、国防和科研等领域中应用广泛。这些微型设备均需要能量供应系统—微能源系统，并且要求微能源系统具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长等特点。

2、微燃烧器作为微能源系统的核心部件，在设计和研发上有一定的困难。由于微燃烧器的尺寸限制，导致其有效燃烧空间非常小、稳定燃烧时燃料混合困难和燃料停留时间短等问题。同时不合理的设计会导致热损失增加，微燃烧器容易出现燃烧不稳定、燃烧效率低和热效率低等问题。为了进一步优化燃烧器在微尺度上稳定燃烧等问题，其中中国专利文献cn201407654y提出了一种新型燃气透平燃烧器，采用燃气预热方式，其燃烧室在进气口中，燃烧室部分壁面采取多孔形式。

3、传统的微燃烧器大部分是基于燃料连续燃烧方式，由于连续燃烧方式有燃烧强度、燃烧效率低等问题，即使采取一定的改进措施，但对微燃烧器的燃烧效率提高仍然有限。

4、脉动燃烧是一种介于连续燃烧和爆炸燃烧之间的一种燃烧方式，在一定的燃烧器结构形式下出现的自激振荡燃烧现象。它与常规的稳态燃烧装置的区别在于：脉动燃烧区内的压力、温度、流速和放热率等参数都是随时间周期性变化的。与连续燃烧过程相比，脉动燃烧器燃烧强度、热传递效率和整体热效率高，污染物排放低。此外，脉动燃烧器具有结构简单、无运动部件、加工装配方便等优点。相对稳态连续燃烧，脉动燃烧应用于微燃烧器具有更大的优势，其不但可以节省结构材料，而且省燃料、污染小。

5、本专利申请的发明人团队一直从事脉动燃烧器的研发，曾发表公告号：cn202660550u，名称为：一种微型脉动燃烧器的发明专利，并获得发明专利授权，本专利采用瑞克型脉动燃烧器结构设计，使气体稳定燃烧在燃烧器的1l/4处，从而激起脉动燃烧。

6、然而，基于稳态连续燃烧模式的微燃烧器存在动力不足和热损失高的问题，本发明把脉动燃烧技术应用在微燃烧器，提出一种微型脉动燃烧器，解决了燃料在微燃烧器停留时间短、燃烧强度不足、热损失高和热效率低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器，燃烧速度快，燃烧强度高、热效率高、热损失少。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器，其特征在于：包括燃气进气管、空气进气管、微燃烧器及尾管，所述微燃烧器由前盖、燃烧室及尾管组成，所述微燃烧器的前段为实心前盖，所述微燃烧器的中段为由圆柱及圆台依次连接组成的燃烧室，所述燃烧室与前盖螺纹连接，所述微燃烧器的尾部为所述尾管，所述燃烧室的圆柱段侧壁上成90°角设置有电火花六角螺母及所述燃气进气管，所述燃烧室的圆柱段侧壁上成180°角设置有所述电火花六角螺母及电火花外侧电极，所述燃烧室的圆台上位于所述尾管两侧螺纹连接平行设置有所述空气进气管。

4、而且，所述微燃烧器为耐高温空心管，采用304不锈钢材质，所述燃烧室的内径为20～30mm，壁厚为2～3mm，长度为20～30mm，所述尾管为空心圆柱形尾管，所述尾管内径为4～6mm，壁厚为1～2mm，长度为50～70mm。

5、而且，所述空气进气管的长度为10～20mm，外径为3～4mm，壁厚为1～2mm；所述燃气进气管的长度为10～20mm，外径为4～6mm，壁厚为1～2mm。

6、而且，所述电火花外侧电极为由螺纹段及光滑段组成的螺栓，所述螺纹段的外径为4～8mm，长度为5～10mm，所述光滑段的外径为1～2mm，长度为15～20mm；所述电火花六角螺母由空心圆柱及六角螺母组成，所述空心圆柱的外径为4～8mm，内径为3～4mm，空心圆柱的外侧设置有外螺纹，所述空心圆柱通过外螺纹与所述燃烧室连接，所述六角螺母的内径为10～20mm，厚度为1～2mm，所述六角螺母的内侧设置有内螺纹，所述六角螺母通过内螺纹与外部电火花连接。

7、本发明的优点和有益效果为：

8、1、本发明用于气体燃料的微型脉动燃烧器，微燃烧器主体结构无运动零件，结构简单、燃烧位置稳定、脉动燃烧可靠；脉动燃烧模式，使气流在燃烧室产生强烈的脉动，大大强化了燃气与空气的混合程度与传热传质，所以提高了燃烧强度；脉动作用加大了烟气与管壁的冲击强度，减小了热量传递的阻力，从而提高了传热系数。

9、2、本发明用于气体燃料的微型脉动燃烧器，由于结构简单、体积小，大大降低了生产投资及制造成本，由于脉动燃烧的特点，节省了燃料，进而节省了使用成本；在所述的微型脉动燃烧器的微型特性下，可应用于微能源系统，改善了其续航时间、使用寿命、响应效率。

技术特征：

1.一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器，其特征在于：包括燃气进气管(1)、空气进气管(3)、微燃烧器(7)及尾管(4)，所述微燃烧器(7)由前盖(6)、燃烧室(2)及尾管(4)组成，所述微燃烧器(7)的前段为实心前盖(6)，所述微燃烧器(7)的中段为由圆柱及圆台依次连接组成的燃烧室(2)，所述燃烧室(2)与前盖(6)螺纹连接，所述微燃烧器(7)的尾部为所述尾管(4)，所述燃烧室(2)的圆柱段侧壁上成90°角设置有电火花六角螺母(5)及所述燃气进气管(1)，所述燃烧室(2)的圆柱段侧壁上成180°角设置有所述电火花六角螺母(5)及电火花外侧电极(8)，所述燃烧室(2)的圆台上位于所述尾管(4)两侧螺纹连接平行设置有所述空气进气管(3)。

2.根据权利要求1所述的用于气体燃料的微型脉动燃烧器，其特征在于：所述微燃烧器(7)为耐高温空心管，采用304不锈钢材质，所述燃烧室(2)的内径为20～30mm，壁厚为2～3mm，长度为20～30mm，所述尾管(4)为空心圆柱形尾管，所述尾管(4)内径为4～6mm，壁厚为1～2mm，长度为50～70mm。

3.根据权利要求1所述的用于气体燃料的微型脉动燃烧器，其特征在于：所述空气进气管(3)的长度为10～20mm，外径为3～4mm，壁厚为1～2mm；所述燃气进气管(1)的长度为10～20mm，外径为4～6mm，壁厚为1～2mm。

4.根据权利要求1所述的用于气体燃料的微型脉动燃烧器，其特征在于：所述电火花外侧电极(8)为由螺纹段及光滑段组成的螺栓，所述螺纹段的外径为4～8mm，长度为5～10mm，所述光滑段的外径为1～2mm，长度为15～20mm；所述电火花六角螺母(5)由空心圆柱及六角螺母组成，所述空心圆柱的外径为4～8mm，内径为3～4mm，空心圆柱的外侧设置有外螺纹，所述空心圆柱通过外螺纹与所述燃烧室(2)连接，所述六角螺母的内径为10～20mm，厚度为1～2mm，所述六角螺母的内侧设置有内螺纹，所述六角螺母通过内螺纹与外部电火花连接。

技术总结
本发明涉及一种用于气体燃料的微型脉动燃烧器，由微燃烧器、空气进气管、燃气进气管、电火花六角螺母及电火花外侧电极组成，微燃烧器由前端盖、圆柱形燃烧室和尾管组成。气体燃料由燃气进气管送入燃烧室，在电火花点火下，与由空气进气管进入的空气进行混合燃烧，产生的高温高压的气体由尾管喷出。本发明的微型脉动燃烧器燃烧位置稳定、燃烧充分、脉动燃烧可靠、燃烧速度快、时间短、强度高、热量损失少、热效率高等优点，具有应用于微能源系统的前景。

技术研发人员：吴中华,赵华超,李媛,周杰,徐玉君
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13