一種具有透氫穩(wěn)燃功能的v形縫隙式半球形鈍體微燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，包括外球體、內(nèi)球體和鈍體；沿外球體的中部圓周方向上設置至少一組進氣通道，每組進氣通道由燃氣進氣口、空氣進氣口和氫氣進氣口組成；外球體和內(nèi)球體的底部設置一出氣通道；內(nèi)球體由球缺和圓形多孔面板組成，球缺是由透氫材料制成，圓形多孔面板上設有多個圓孔；鈍體為空心半球體并設置在內(nèi)球體內(nèi)的上部，鈍體的頂部設置一V形縫隙。該微燃燒器能夠使微小流量氣體快速高效發(fā)生催化燃燒反應，而鈍體的存在，使預混氣體在鈍體后方形成回流區(qū)，利用鈍體后回流區(qū)域的低速、高溫的特點，點燃臨近燃料達到穩(wěn)燃目的，同時能夠大大提高燃料的吹熄極限，提高燃燒效率。
【專利說明】一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于氣體催化燃燒的微尺度反應器，尤其涉及一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高新技術(shù)的發(fā)展，微型機電系統(tǒng)的應用得到越來越多科學工作者的重視。微機電系統(tǒng)是微電路和微機械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米級，自八十年代中后期崛起以來發(fā)展極其迅速，被認為是繼微電子之后又一個對國民經(jīng)濟和軍事具有重大影響的【技術(shù)領域】，將成為21世紀新的國民經(jīng)濟增長點和提高軍事能力的重要技術(shù)途徑。微機電系統(tǒng)的優(yōu)點是:體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。微機電系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展是科學創(chuàng)新思維的結(jié)果，推動了微觀尺度制造技術(shù)的演進與革命。微機電系統(tǒng)是當前交叉學科的重要研究領域，涉及電子工程、材料工程、機械工程、信息工程等多項科學技術(shù)工程，將是未來國民經(jīng)濟和軍事科研領域的新增長點。微機電系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要體積小、質(zhì)量輕、能量和功率密度高的能源供給系統(tǒng)，而基于微尺度燃燒的微動力能源系統(tǒng)具有較高的能量密度，是滿足微機電系統(tǒng)發(fā)展的重要技術(shù)手段。但現(xiàn)階段，微尺度燃燒器由于尺寸較小導致散熱嚴重、氣體停留時間短、不易點燃、燃燒不穩(wěn)定等缺點，從而導致反應不能充分發(fā)生，燃燒效率太低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種與氣源連接方便、易于加工、散熱損失較小并且能夠使微小流量氣體快速高效發(fā)生催化燃燒反應的具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，包括由外球體、內(nèi)球體和鈍體組成的密封腔體；沿外球體的中部圓周方向上設置至少一組進氣通道，每組進氣通道由燃氣進氣口、空氣進氣口和氫氣進氣口組成；所述外球體和內(nèi)球體的底部設置一出氣通道，該出氣通道作為燃燒器的出氣口 ；所述內(nèi)球體由球缺和圓形多孔面板組成，球缺是由透氫材料制成；所述圓形多孔面板上設有多個圓孔，圓孔的直徑從圓形多孔面板的四周向中間逐漸增大；所述鈍體為空心半球體并設置在內(nèi)球體內(nèi)的上部，所述鈍體的敞口端向下，鈍體的頂部設置一 V形縫隙，所述V形縫隙的寬度由內(nèi)向外依次增大，V形縫隙與圓形多孔面板對應。
[0005]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，沿外球體的中部圓周方向上設置兩組進氣通道，兩組進氣通道中的燃氣進氣口相對于外球體對稱設置，兩組進氣通道中的空氣進氣口相對于外球體對稱設置，兩組進氣通道中的氫氣進氣口相對于外球體對稱設置。
[0006]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述燃氣進氣口、空氣進氣口和氫氣進氣口沿外球體的圓周切向方向布置。[0007]作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述球缺的內(nèi)壁和鈍體的外壁均涂覆有催化劑。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1、用外球體和內(nèi)球體之間的空隙組合成氣流預混通道，可以避免燃燒室的高溫壁面與環(huán)境直接接觸，減小熱量損失，同時內(nèi)球體的高溫壁面可以預熱預混氣體，提高預混氣體初始溫度，有效減小氣體點火難度。
[0009]2、進氣口沿外球體圓周切向方向布置，燃氣、空氣和氫氣沿外球體的切向方向進入氣流通道，可以形成旋轉(zhuǎn)氣流，增加預混效果，延長氣體運動路徑。
[0010]3、圓形多孔面板的孔徑從四周向中間逐漸增大，可以減小燃燒室內(nèi)氣體分布的不均勻性。
[0011]4、內(nèi)球體的內(nèi)壁以及半球形鈍體的外壁均涂覆催化劑，提高氣體燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。
[0012]5、球缺采用透氫材料制成，可以使預混氣體中的氫氣均勻滲透進入燃燒室，氫氣的添加可以有效降低點火難度，提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。
[0013]6、V形縫隙式半球形鈍體的存在增大了鈍體的迎流面積，可以使氣體在鈍體后方形成高溫回流區(qū)，通過已燃氣體卷吸未燃氣體形成持續(xù)點火，增加氣體穩(wěn)燃極限，提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器的主視圖；
圖2為圖1沿A—A方向的剖面視圖；
圖3為鈍體的俯視圖。
[0015]附圖中:I一外球體；2—內(nèi)球體；3—球缺；4一圓形多孔面板；5—鈍體；61—燃氣進氣口； 62—空氣進氣口； 63—氫氣進氣口； 7—出氣口； 8— V形縫隙。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0017]如圖1、2所示，一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，包括由外球體1、內(nèi)球體2和鈍體5組成的密封腔體。沿外球體I的中部圓周方向上設置至少一組進氣通道，每組進氣通道由燃氣進氣口 61、空氣進氣口 62和氫氣進氣口 63組成。本實施例中，沿外球體I的中部圓周方向上設置兩組進氣通道，兩組進氣通道中的燃氣進氣口 61相對于外球體I對稱設置，兩組進氣通道中的空氣進氣口 62相對于外球體I對稱設置，兩組進氣通道中的氫氣進氣口 63相對于外球體I對稱設置；即外球體I的圓周方向上布置有六個進氣通道，六個進氣通道分別交叉作為燃燒器的燃氣進氣口 61、空氣進氣口 62和氫氣進氣口 63。外球體I和內(nèi)球體2的底部設置一出氣通道，該出氣通道作為燃燒器的出氣口 7。內(nèi)球體2由球缺3和圓形多孔面板4組成，球缺3是由透氫材料(如在工業(yè)上得到大量應用的鈀合金)制成，此種材料可以使氫氣滲透進入燃燒室，降低燃燒著火難度，提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。圓形多孔面板4上設有多個尺寸不同的圓孔，圓孔的直徑從圓形多孔面板4的四周向中間逐漸增大，孔徑的變化可以有效調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)不同部位氣體密度的不均勻，減小了由于氣體流速不均對燃燒所帶來的不良影響。鈍體5為空心半球體并設置在內(nèi)球體2內(nèi)的上部，鈍體5的敞口端向下，鈍體5的頂部設置一 V形縫隙8，V形縫隙8的寬度由內(nèi)向外依次增大，如圖3所示，V形縫隙8與圓形多孔面板4對應，鈍體5上的V形縫隙8可以讓部分未燃氣體直接進入鈍體回流區(qū)，與回流區(qū)內(nèi)已燃氣體混合，提高燃燒穩(wěn)定性。球缺3的內(nèi)壁和鈍體5的外壁均涂覆有催化劑，提高氣體燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。
[0018]燃氣進氣口 61、空氣進氣口 62和氫氣進氣口 63沿外球體I的圓周切向方向布置。燃氣、空氣和氫氣沿外球體的切向方向進入氣流通道，可以形成旋轉(zhuǎn)氣流，增加預混效果，延長氣體運動路徑。
[0019]將外球體I和內(nèi)球體2之間的間隙作為氣流通道，進氣口沿切線方向布置可使預混氣體形成旋轉(zhuǎn)氣流，增加氣體預混效果，并且可以利用內(nèi)球體2的高溫壁面預熱氣體，減小燃燒器散熱損失，提高預混氣體溫度，減小燃燒點火的難度；而透氫材料制成的內(nèi)球體壁面，可以使氫氣滲透進入燃燒室內(nèi)，從而減小點火難度，增加燃燒的穩(wěn)定性，提高燃燒效率；而V形縫隙式半球形鈍體的存在，增大了鈍體5的迎流面積，使預混氣體在鈍體后方形成回流區(qū)，利用鈍體后回流區(qū)域的低速、高溫的特點來形成所謂的“值班火焰”，點燃臨近燃料達到穩(wěn)燃目的，與此同時，V形縫隙的存在可以使部分未燃氣體直接進入鈍體后方回流區(qū)，避免鈍體后方出現(xiàn)未燃氣體不足的現(xiàn)象，此種設計能夠大大提高燃料的吹熄極限，通過已燃氣體卷吸未燃氣體形成持續(xù)點火，增加氣體穩(wěn)燃極限，提高燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率。
[0020]使用該微燃燒器時，首先將外球體I的燃氣進氣口 61、空氣進氣口 62和氫氣進氣口 63分別與對應氣源連接，氣體在氣流通道內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)預混氣流，同時可以通過內(nèi)球體2的高溫壁面吸收熱量，有效提高燃燒氣體的初始溫度，然后預熱之后的混合氣體通過圓形多孔面板4進入燃燒室，部分氫氣通過球缺3的壁面滲透進入燃燒室，在鈍體5、氫氣和催化劑的作用下，發(fā)生催化燃燒反應，燃燒反應產(chǎn)生的氣體從出氣口 7排出。
[0021]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，其特征在于:包括由外球體(I)、內(nèi)球體(2)和鈍體(5)組成的密封腔體；沿外球體(I)的中部圓周方向上設置至少一組進氣通道，每組進氣通道由燃氣進氣口(61)、空氣進氣口(62)和氫氣進氣口(63)組成；所述外球體(I)和內(nèi)球體(2)的底部設置一出氣通道，該出氣通道作為燃燒器的出氣口(7);所述內(nèi)球體(2)由球缺(3)和圓形多孔面板(4)組成，球缺(3)是由透氫材料制成；所述圓形多孔面板(4)上設有多個圓孔，圓孔的直徑從圓形多孔面板(4)的四周向中間逐漸增大；所述鈍體(5)為空心半球體并設置在內(nèi)球體(2)內(nèi)的上部，所述鈍體(5)的敞口端向下，鈍體(5)的頂部設置一 V形縫隙(8)，所述V形縫隙(8)的寬度由內(nèi)向外依次增大，V形縫隙(8)與圓形多孔面板(4)對應。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，其特征在于:沿外球體(I)的中部圓周方向上設置兩組進氣通道，兩組進氣通道中的燃氣進氣口(61)相對于外球體(I)對稱設置，兩組進氣通道中的空氣進氣口(62)相對于外球體(I)對稱設置，兩組進氣通道中的氫氣進氣口(63)相對于外球體(I)對稱設置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，其特征在于:所述燃氣進氣口(61)、空氣進氣口(62)和氫氣進氣口(63)沿外球體(I)的圓周切向方向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種具有透氫穩(wěn)燃功能的V形縫隙式半球形鈍體微燃燒器，其特征在于:所述球缺(3)的內(nèi)壁和鈍體(5)的外壁均涂覆有催化劑。
【文檔編號】F23D14/46GK103807856SQ201410063494
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】閆云飛, 張力, 陳艷容, 朱軍臣, 楊仲卿, 冉景煜 申請人:重慶大學