一種具有二重預(yù)熱結(jié)構(gòu)的微型液體燃燒器及其燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒裝置，尤其涉及一種具有二重預(yù)熱結(jié)構(gòu)的微型液體燃燒器及其燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，社會各領(lǐng)域?qū)ξ⑿⌒碗娮訖C械和設(shè)備的需求急劇增長，這極大推動了科學工作者對微能源系統(tǒng)的研究。就目前而言，絕大部分的微型動力設(shè)備通常由傳統(tǒng)的化學電池供能。然而，化學電池存在能量密度低、體積和重量大、充電時間長，對環(huán)境不友好等明顯缺點，已漸漸不滿足社會發(fā)展的主流需求。而液體碳氫燃料的能量密度能達到目前普遍使用的鋰電池的能量密度的幾十倍之高，這使得以碳氫燃料為能源的動力系統(tǒng)的微型化成為可能，有利于提高微機電系統(tǒng)的集成度；同時液體碳氫燃料不會造成污染，大大減緩了現(xiàn)代社會的環(huán)境壓力。因此，基于液體碳氫燃料的微型能源系統(tǒng)在未來具有廣闊的應(yīng)用前景。而作為微能源系統(tǒng)的核心，設(shè)計出性能優(yōu)良的微型燃燒器一直是研究熱點。
[0003]不同于傳統(tǒng)燃燒過程，微小尺度燃燒過程所處的有效燃燒空間非常小，由此帶來的面體比相對于常規(guī)燃燒器有數(shù)十倍之大，因此其熱損失顯著增加;其次，尺寸的減小，造成燃料和空氣在燃燒器中停留時間縮短，燃料不能充分燃燒，燃燒過程也可能組織不成功。因此，在微小尺度內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒和提高燃燒效率是當前研究重點。然而，目前已實現(xiàn)應(yīng)用的微型燃燒器多采用氣體燃料。與液體燃料相比，其能量密度低，儲存和運輸不便。以液體碳氫為燃料的微型燃燒器具有一定的優(yōu)勢。但液體燃料需要附加的時間和空間來蒸發(fā)和混合，由此帶來的燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計也與氣體燃料燃燒器有更大的挑戰(zhàn)。因此，需要一種針對液體燃燒的微型燃燒器，使其可以滿足液體燃料的良好蒸發(fā)和同空氣的充分混合這兩個主要要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種具有二重預(yù)熱結(jié)構(gòu)的微型液體燃燒器及其燃燒方法，以解決現(xiàn)有燃燒器長期存在液體燃料在微燃燒器中不易蒸發(fā)、燃燒不充分、不穩(wěn)定、燃燒效率低且容易熄滅等技術(shù)難題。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種具有二重預(yù)熱結(jié)構(gòu)的微型液體燃燒器，包括燃燒器外筒本體2、用于密封燃燒器外筒本體2上下兩端的上密封板I和下密封板2;所述燃燒器外筒本體2下端側(cè)壁開設(shè)有排氣孔11;
[0007]在燃燒器外筒本體2的內(nèi)部，由外至內(nèi)依次包括第一套筒6、第二套筒5和第三套筒3;所述第一套筒6、第二套筒5和第三套筒3的下端均由下密封板2密封，所述第一套筒6和第三套筒3的上端通過密封頂蓋15密封，密封頂蓋15的外表面與上密封板I的內(nèi)表面之間具有間隙;所述第二套筒5的頂端與密封頂蓋15的內(nèi)表面之間具有間隙；
[0008]在第二套筒5的筒壁上，還設(shè)有四塊徑向貫穿其筒壁的隔板17，該隔板17的內(nèi)側(cè)邊連接第三套筒3內(nèi)壁，外側(cè)邊連接第一套筒6內(nèi)壁，上側(cè)邊連接密封頂蓋15，下側(cè)邊連接下密封板2;該四塊隔板17將第一套筒6、第二套筒5和第三套筒3之間的空間分割成兩個相對且獨立的空氣預(yù)熱腔、兩個相對且獨立的燃料預(yù)熱腔；
[0009]所述空氣預(yù)熱腔以第二套筒5的筒壁為界，分為第一空氣預(yù)熱腔10-1和第二空氣預(yù)熱腔10-2，該第一空氣預(yù)熱腔10-1和第二空氣預(yù)熱腔10-2的連通，是通過第二套筒5的頂端與密封頂蓋15的內(nèi)表面之間的間隙實現(xiàn)連通；
[0010]所述燃料預(yù)熱腔以第二套筒5的筒壁為界，分為第一燃料預(yù)熱腔8-1和第二燃料預(yù)熱腔8-2，該第一燃料預(yù)熱腔8-1和第二燃料預(yù)熱腔8-2的連通，是通過第二套筒5的頂端與密封頂蓋15的內(nèi)表面之間的間隙實現(xiàn)連通；
[0011]所述第三套筒3的內(nèi)壁面空間為燃燒室31，第一套筒6的外壁面與燃燒器外筒本體2內(nèi)壁面之間的空間為排氣通道33;所述燃燒室31與排氣通道33的連通，是通過密封頂蓋15的外表面與上密封板I內(nèi)表面之間的頂層迂回通道32實現(xiàn)連通；
[0012]在第三套筒3底部周壁上，對應(yīng)于兩個空氣預(yù)熱腔的第二空氣預(yù)熱腔10-2，分別開設(shè)有一個燃燒室空氣進氣口 12;在第三套筒3底部周壁上，對應(yīng)于兩個燃料預(yù)熱腔的第二燃料預(yù)熱腔8-2，分別開設(shè)有一個燃燒室燃料進氣口 9;
[0013]在下密封板2上，對應(yīng)于兩個空氣預(yù)熱腔的第一空氣預(yù)熱腔10-1，分別開設(shè)有一個空氣入口孔10;在下密封板2上，對應(yīng)于兩個燃料預(yù)熱腔的第一燃料預(yù)熱腔8-1，分別開設(shè)有一個燃料入口孔8;
[0014]空氣由空氣入口孔10依次經(jīng)過第一空氣預(yù)熱腔10-1、第二空氣預(yù)熱腔10-2、燃燒室空氣進氣口 12后進入燃燒室31，與此同時，燃料由燃料入口孔8依次經(jīng)過第一燃料預(yù)熱腔8-1、第二燃料預(yù)熱腔8-2、燃燒室燃料進氣口 9后進入燃燒室31并與空氣進行混合燃燒，燃燒后的廢氣通過頂層迂回通道32、排氣通道33，最后由總排氣孔11排出至燃燒器外筒本體2外部。
[0015]空氣通過空氣入口孔10自下而上進入第一空氣預(yù)熱腔10-1，自上而下進入第二空氣預(yù)熱腔10-2，自下而上進入燃燒室31，自上而下進入排氣通道33;燃料由燃料入口孔8自下而上進入第一燃料預(yù)熱腔8-1，自上而下進入第二燃料預(yù)熱腔8-2，自下而上進入燃燒室31，自上而下進入排氣通道33。
[0016]所述燃燒室空氣進氣口12和燃燒室燃料進氣口 9，均以切向方向開設(shè)在第三套筒3底部周壁的同一周線上，空氣及燃料以切圓的方式進入燃燒室31，在燃燒室31內(nèi)混合，并自下而上螺旋上升。
[0017]所述燃燒室空氣進氣口12和空氣入口孔10的開設(shè)位置，處于一條直徑線上;燃燒室燃料進氣口 9和燃料入口孔8的開設(shè)位置，處于另一條直徑線上;這兩條直徑線彼此相交。
[0018]所述空氣入口孔10和燃料入口孔8的直徑，小于第二套筒5與第一套筒6之間的間隙。
[0019]所述燃料預(yù)熱腔的第一燃料預(yù)熱腔8-1和第二燃料預(yù)熱腔8-2內(nèi)，填充有燒結(jié)的多孔材料。
[0020]所述燃燒室31的中部設(shè)有金屬催化網(wǎng)格13，點火器14置于金屬催化網(wǎng)格13的側(cè)上方，點火器14的引線16穿過上密封板I連接外部高壓電源;所述金屬催化網(wǎng)格13的表面涂覆Cu-N1、Pt-Ni 或 Pt-Cu 催化劑。
[0021 ]本發(fā)明微型液體燃燒器的燃燒方法如下:
[0022]液體碳氫燃料及空氣通入燃燒室31內(nèi)，被點火器14點燃后在金屬催化網(wǎng)格13上方穩(wěn)定燃燒，燃燒的火焰首先對第三套筒3進行加熱，加熱后的第三套筒3逐漸將熱能輻射至第一燃料預(yù)熱腔8-1、第二燃料預(yù)熱腔8-2、第一空氣預(yù)熱腔10-1和第二空氣預(yù)熱腔10-2，直至整個微型液體燃燒器被加熱;進而持續(xù)對進入空氣預(yù)熱腔內(nèi)的空氣和燃料預(yù)熱腔內(nèi)的燃料，在進入燃燒室31之前分別進行二次預(yù)熱。所述二次預(yù)熱過程具體如下:
[0023]液體碳氫燃料由燃料入口孔8自下而上進入第一燃料預(yù)熱腔8-1進行第一次加熱，在第一燃料預(yù)熱腔8-1內(nèi)的多孔材料的破碎作用下，液體碳氫燃料完成第一次破碎，形成被加熱的液滴;接著自上而下進入第二燃料預(yù)熱腔8-2進行第二次加熱，第二燃料預(yù)熱腔8-2內(nèi)的多孔材料對第一次加熱破碎的液滴進行第二次加熱破碎，使加熱后的液滴的粒徑進一步減小，并形成燃料蒸汽，隨后通過燃燒室燃料進氣口9以切向的方式自下而上進入燃燒室31；
[0024]與此同時，空氣也通過空氣入口孔10自下而上進入第一空氣預(yù)熱腔10-1進行第一次加熱，自上而下進入第二空氣預(yù)熱腔10-2進行第二次加熱，隨后通過燃燒室空氣進氣口12以切向的方式進入燃燒室31，并在金屬催化網(wǎng)格13的下方與燃料蒸汽充分混合，形成氣液混合物，進而完成液體碳氫燃料和空氣的二重預(yù)熱與混合;接著以旋流的方式螺旋上升，經(jīng)過金屬催化網(wǎng)格13并在其上方穩(wěn)定燃燒，燃燒后的廢氣通過頂層迂回通道32、排氣通道33，最后由總排氣孔11排出至燃燒器外筒本體2外部;完成整個燃燒過程。
[0025]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，至少具有如下的優(yōu)點及效果:
[0026]本發(fā)明所述的微型液體燃燒器，采用了在燃燒器外筒本體2內(nèi)，以逐層套設(shè)的方式設(shè)置了第一套筒6、第二套筒5和第三套筒3，并通過隔板17巧妙的將第一套筒6、第二套筒5和第三套筒3之間的空間分割成兩個相對且獨立的空氣預(yù)熱腔和兩個相對且獨立的燃料預(yù)熱腔;使空氣和燃料在進入燃燒室31之前即得到了二次逆流預(yù)熱，大大加強了換熱強度，使得空氣和燃料在燃燒前即得到了極其充分的預(yù)熱，這不僅有利于液體燃料的充分蒸發(fā)，使燃燒過程更加充分、穩(wěn)定，而且大大提高了燃燒效率。隔板17巧妙之處還在于增加了本微型液體燃燒器結(jié)構(gòu)的緊湊性和科學性。
[0027]本發(fā)明所述的微型液體燃燒器，在燃料預(yù)熱內(nèi)布置了多孔材料，在高