一种壁面嵌入热管的微型燃烧器

摘要

本发明属于微热光电系统技术领域，具体涉及将燃料燃烧的化学能转化为电能的微型装置，即微燃烧器，特指一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，基于微尺度预混合燃烧技术和微型热管技术对微燃烧器结构进行改进，在燃烧器壁面内加入一系列微型热管，改善壁面温度均匀性以提高微燃烧器的总体性能。

权利要求

1.一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，所述微型燃烧器包括进口、出口及前后左右四个壁面，其特征在于：壁面材料采用耐高温性能较强的碳化硅材料；在微型燃烧器的前、后壁面上开若干矩形槽，矩形槽内注入液态钠钾合金，再在矩形槽上覆盖一层SiC材料；矩形槽的长度为18mm，宽度为1mm，深度为0.5mm；液态纳钾合金的体积填充率为20％；前、后壁面各开三个槽，中心间距为2.5mm。

2.如权利要求1所述的一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，其特征在于：采用烧结方法制成20mm*12mm*2.5mm燃烧器雏形，并在前后壁表面开矩形槽。

3.如权利要求1所述的一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，其特征在于：用于覆盖的SiC材料的厚度为0.25mm。

4.如权利要求1所述的一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，其特征在于：采用阳极键合技术使SiC盖板与燃烧器壁面紧密贴合。

说明书

一种壁面嵌入热管的微型燃烧器

技术领域

[0001] 本发明属于微热光电系统技术领域，具体涉及将燃料燃烧的化学能转化为电能的微型装置，即微燃烧器，特指一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，基于微尺度预混合燃烧技术和微型热管技术对微燃烧器结构进行改进，在燃烧器壁面内加入一系列微型热管，改善壁面温度均匀性以提高微燃烧器的总体性能。

背景技术

[0002] 微热光电系统是直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，然后依靠光感材料吸收壁面辐射的方式产生电能。该类系统的能量密度可达10W/cm3～3
100W/cm ，比常规电池高出一个数量级，且具有成本低，性能稳定，环境友好等优点。然而随着燃烧器尺寸的减小，其比表面积增大，导致散热速率大大提高，使得常规火焰无法稳定，易发生壁面熄火现象；其次，由于光感材料只能吸收一定波长范围内的辐射，而壁面上的最大温差常常达到200K以上，辐射波长范围大，严重影响了光电转化效率。

[0003] 目前，微热光电系统技术发展面临的主要问题有以下几点：1、微尺度燃烧与常规尺度燃烧机制的不同及如何拓展燃烧尺度的极限；2、提高微尺度空间内燃烧的稳定性及效率，减少污染物排放；3、提高壁面温度分布均匀性及辐射利用率。目前依据微尺度燃烧原理，通过改变入口处预混燃气的流量及温度，或重新设计微型通道的形状及内部结构，可以起到改善燃烧条件及提高燃烧效率的作用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对氢气氧气预混燃烧，提高燃烧器壁面的平均温度及温度均匀性，设计了一种壁面嵌入热管的微型燃烧器，所述微型燃烧器包括进口、出口及前后左右四个壁面，其特征在于：壁面材料采用耐高温性能较强的碳化硅(SiC)材料；在微型燃烧器的前、后壁面上开若干矩形槽，矩形槽内注入液态钠钾合金，再在矩形槽上覆盖一层SiC材料。

[0005] 进一步地，采用烧结方法制成20mm*12mm*2.5mm燃烧器雏形，并与前后壁表面开槽。

[0006] 进一步地，矩形槽的长度为18mm，宽度为1mm，深度为0.5mm。

[0007] 进一步地，用于覆盖的SiC材料的厚度为0.25mm。

[0008] 进一步地，采用阳极键合技术使SiC盖板与燃烧器壁面紧密贴合。

[0009] 进一步地，液态纳钾合金的体积填充率为20％。

[0010] 进一步地，经过模拟验证，并考虑成本及加工难度，前、后壁面各开三个槽，中心间距为2.5mm时，效果最佳。

[0011] 发明与现有的燃烧器相比，其有益效果有：

[0012] 1.在微型燃烧器的壁面中加入微型热管，可以提高壁面纵向导热性能，提高传热速率，使靠近入口处的高温可以更快速的传向出口处的低温区域，提高壁面温度均匀性；

[0013] 2.可以提高高温区域由内壁向外壁的传热速率，从而提高燃料转化率。

附图说明

[0014] 图1为本发明的结构示意图。

[0015] 1.燃烧室；2.燃烧器壁面；3.SiC盖板；4.气体进口；5.槽；6.气体出口。

[0016] 图2为热管工作原理图。

[0017] 图3为数值模拟得到的外壁面温度曲线。

具体实施方式

[0018] 参见图1，本发明具有一个平板燃烧器，燃料气体通过进口4进入燃烧室1，燃料气体在燃烧室内燃烧完毕后，尾气由出口6排出，槽5表面采用SiC盖板3密封，形成微型热管，靠近进口部分为蒸发段，靠近出口部分为冷凝段，液态钠钾合金吸热蒸发为气态钠钾合金，气体上升至冷凝段放热冷却为液态，通过边角毛细作用及重力作用回流至蒸发段，热量由蒸发段迅速传至冷凝段，使壁面温度更加均匀，使燃烧更加稳定，并扩大了燃烧极限。