[发明专利]一种用于微型热光电系统的高效多孔介质燃烧器

说明书

技术领域

本发明属于一种两相气体混合燃烧的技术，特指应用于需要预混合燃烧的微热光电系统中，通过在燃烧管内填充相同直径的陶瓷球形成多孔介质结构.

背景技术

随着对小尺寸、高能量密度的动力源的需求不断增加，传统的电池已不能够满足需要，促使人们去开发微动力装置或微动力系统(power MEMS)。这些系统使用氢气或碳化氢作燃料，特点是在不到1cm³的体积内能输出1～20W的功率。按单位质量储存的能量和单位体积发出的功率计，利用燃烧过程产生的电功率比起电池有巨大的优势。使用碳化氢燃料的优点还包括费用低，电压稳定，没有记忆效应等。因此，国内外相关研究者对其进行了初步探索和研究。

在微动力装置中，混合气经微型混合器混合后，进入微火焰管燃烧室中燃烧。当壁面被加热到一定高温时，就会放出光子。当它们撞击光电池时，会激发出自由电子。当前，麻省理工学院和加州大学伯克利分校正在研究的典型微动力装置有微型燃气轮机、微型转子发动机等。然而，由于高速转子的存在，这些装置仍存在很多问题，如热损失、摩擦、密封、加工、装配等等。Sitzki等提出了另外一个MEMS动力源概念：微螺旋型的对向流动换热燃烧室。它没有任何运动件，电能由安置在壁面上的热电原件产生；但对向换热器复杂的三维结构增加了加工的困难。

常见的普通燃烧室由于预混合气在微型火焰管内的驻留时间太短，在其内部不能充分燃烧，因此经火焰管壁面的热传导和辐射所传递的能量比例大大降低。

发明内容

本发明的目的是为微热光电系统提供一种用于微热光电系统的多孔介质燃烧器及其制造方法，以保证微热光电系统能够稳定高效地工作。

本发明的特征在于由直径为0.34mm的陶瓷球按斜六面体方式排满燃烧管，形成多孔隙率ε＝25.95％的多孔介质结构。利用多孔介质良好的导热和辐射性能，大大改善外壁面的温度分布，提高热辐射强度；另外，由于多孔介质材料具有较大的比热容，使得燃气能在较宽的过量空气系数范围内稳定燃烧。

本发明的制造方法是先加工燃烧器的外壳，再加工燃烧器的底盖，并和外壳烧结，最后在其内部填充经过筛选直径为0.34mm的SiC陶瓷小球，经过烧结形成多孔介质结构，且在燃烧器外壳内部设置尾气排出通道。本发明的工作过程是在标准状况下，两种气体经各自减压阀减压后，经流量控制器测量，进入微型混合器充分混合，混合气在微型燃烧室入口处点燃进入微燃烧室燃烧。

本发明通过在MTPV系统中采用多孔介质燃烧器，让混合气在多孔介质燃烧室中燃烧，利用多孔介质的蓄热功能和辐射特性使燃烧反应大大增强，提高燃烧速度，使火焰温度升高，延长了预混合气在微型燃烧管内的驻留时间、强化燃烧和传热。多孔介质燃烧器具有燃烧率高、火焰稳定、易控制燃烧区温度、壁面温度分布相对均匀等优点，这些对于利用壁面辐射传递能量的MTPV动力系统来说最为理想。

本发明的优点是制造简单，易于观察，相对于普通燃烧器添加了多孔介质，利用多孔介质良好的导热和辐射性能，大大改善了燃烧器外壁面温度分布，提高了热辐射强度，从而保证了微热光电系统能够稳定高效的工作。

附图说明

图1为多孔介质燃烧器剖面结构图，

图2为多空介质燃烧器外壳剖视图，

图3为多孔介质燃烧器底盖剖视图，

图4为多孔介质燃烧器通道截面图。

1.多孔介质燃烧器入口，2.外壳，3.底盖，4.尾气排出通道

具体实施方式

实施例：多孔介质燃烧器在微热光点系统中的应用