旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，包括外圆筒体、上面板、多孔面板和U型面板；上面板和U型面板组成一横截面呈矩形的腔体，多孔面板设置在腔体的一端，腔体设置外圆筒体内；上面板上布置有四个竖直向下伸向腔体内的上蓄热式圆柱，U型面板的下底板上设置有六个竖直向上且与上蓄热式圆柱错开排列的下蓄热式圆柱；外圆筒体沿圆周切线方向上布置有两个空气进气口和两个燃气进气口，左侧面板的中心处设置向外凸出的出气口。本发明将外圆筒体、多孔面板与腔体组合成气流预混通道，可以避免燃烧室的高温壁面与环境直接接触，减小热量损失，同时腔体的高温壁面可以预热预混气体，提高预混气体的初始温度，减小气体点火难度。
【专利说明】旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于气体催化燃烧的反应器，尤其涉及一种旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器。
【背景技术】
[0002]对燃料燃烧产生能量的利用是生产生活中最广泛采用的能源利用方式。随着科学技术的发展，微型机械系统的应用越来越受到科学工作者的重视。目前研究的微尺度燃烧器一般在低于Icm3的容积内发生。微尺度燃烧器具有价格低廉、保存期限更长、能够提供更稳定的电压、能量密度高和再次添加燃料方便等优点。微尺度燃烧器的研究希望能够解决为可携带电子设备供应长时间稳定电源的问题，但除了这一方面的应用外，微尺度燃烧还有一个重要应用领域，那就是在未来国防方面的应用。微型飞行器、微型卫星、现代战争中作战士兵，这些都要求高性能的动力、电力支持。解决这些问题迫切需要体积小、质量轻、能量和功率密度高的能源供给系统，但目前还没有合适的能源供给方式。而基于微尺度燃烧的微动力能源系统具有很高的能量密度，目前被公认为是一种解决这些问题的最有前途的方法。但现阶段，微尺度燃烧器还有以下不足:一、散热严重；二、气体预混合不够充分；三、由于燃烧器尺寸太小，停留时间短，反应面积太小导致反应不能充分发生，燃烧效率太低；四、反应器结构复杂，加工难度太大。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种与气源连接方便，减小散热损失并且能够使微小流量气体快速高效发生催化燃烧反应的旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，包括外圆筒体、上面板、多孔面板和横截面呈U型的U型面板；
所述上面板设置在U型面板的顶部开口处，上面板和U型面板组成一横截面呈矩形的腔体，所述多孔面板设置在腔体的一端，所述多孔面板的孔径从四周向中间逐渐增大；所述腔体设置外圆筒体内，所述上面板和U型面板的板面与外圆筒体的轴线平行；所述外圆筒体的一端设置右侧面板，另一端设置左侧面板，所述多孔面板靠近右侧面板且与右侧面板之间具有一间隙；
所述上面板上布置有四个竖直向下伸向腔体内的上蓄热式圆柱，所述U型面板的下底板上设置有六个竖直向上且与上蓄热式圆柱错开排列的下蓄热式圆柱；所述上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的高度均小于上面板和U型面板的下底板之间的距离；
所述上面板、U型面板和多孔面板的内壁，以及上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的外壁均涂覆催化剂；所述外圆筒体沿圆周切线方向上布置有四个进气通道，其中相对外圆筒体对称分布的两个进气通道为空气进气口，另外两个为燃气进气口 ；所述左侧面板的中心处设置向外凸出、且与腔体内相通的出气口。
[0005]作为本发明的一种优选方案，所述上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱均由蓄热式材料制成。
[0006]本发明的旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器与现有技术相比，具有如下优点:
1、用外圆筒体、多孔面板与腔体组合成气流预混通道，可以避免燃烧室的高温壁面与
环境直接接触，减小热量损失，同时腔体的高温壁面可以预热预混气体，提高预混气体的初始温度，可以减小气体点火难度。
[0007]2、进气通道沿外圆筒体切向方向布置，燃气和空气沿外圆筒体的切向方向进入气流通道，可以形成旋转气流，增加预混效果，延长气体运动路径，同时也加大了入口管道间的距离，使管道的连接更加方便。
[0008]3、腔体一端的多孔面板的孔径从四周向中间逐渐增大，可以减小燃烧室内气体分布的不均匀性。
[0009]4、腔体和多孔面板的内壁，以及上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱的外壁均涂覆催化齐U，提高燃烧稳定性和燃烧效率。
[0010]5、上蓄热式圆柱和下蓄热式圆柱采用蓄热式材料，能有效储蓄燃烧反应剧烈时所释放的部分热量，避免由于腔体内壁温度过高导致催化剂高温失活；同时在燃烧器内温度降低时可通过释放储蓄热量来改善燃烧，起到稳燃和强化燃烧的作用，使燃烧效率提高。
[0011]6、外圆筒体的存在增加了催化壁面表面积，同时外圆筒体也起到钝体扰流的作用，延长了反应时间并增强空气与燃气的混合效果，提高了反应效率，有利于减小微型燃烧器的尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器的俯视图；
图2为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器沿A-A方向的剖面视图；
图3为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器沿B-B方向的剖面视图；
图4为旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器的左视图。
[0013]附图中:I一夕卜圆筒体；2_上面板；3_U型面板；4_多孔面板；5_上蓄热式圆柱；6-下蓄热式圆柱；7-左侧面板；81-空气进气口； 82-燃气进气口； 9-出气口。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0015]如图1、2、3、4所示，旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，包括外圆筒体1、上面板2、多孔面板4和横截面呈U型的U型面板3。
[0016]上面板2设置在U型面板3的顶部开口处,上面板2和U型面板3组成一横截面呈矩形的腔体，腔体内的棱角处均为圆弧过渡，可以有效减少预混气流的流动阻力，多孔面板4设置在腔体的一端，多孔面板4上有很多尺寸不同的圆孔，多孔面板4的孔径从四周向中间逐渐增大，孔径的变化可以有效调节燃烧室内不同部位气体密度的不均匀，减小了由于气体流速不均对燃烧所带来的不良影响。腔体设置外圆筒体I内，上面板2和U型面板3的板面与外圆筒体I的轴线平行。外圆筒体I的一端设置右侧面板，另一端设置左侧面板7,多孔面板4靠近右侧面板且与右侧面板之间具有一间隙。
[0017]上面板2上布置有四个竖直向下伸向腔体内的上蓄热式圆柱5，U型面板3的下底板上设置有六个竖直向上且与上蓄热式圆柱5错开排列的下蓄热式圆柱6，四个上蓄热式圆柱5和六个下蓄热式圆柱6的尺寸材质完全相同。上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6的高度均小于上面板2和U型面板3的下底板之间的距离。上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6均由蓄热式材料制成。上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6不但可以增加混合气体的扰动，延长停留时间，而且其本身所储蓄热量可以在燃烧温度较低的情况下释放部分热量，提高稳燃效果。
[0018]上面板2、U型面板3和多孔面板4的内壁，以及上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6的外壁均涂覆催化剂。外圆筒体I沿圆周切线方向上布置有四个进气通道，其中相对外圆筒体I对称分布的两个进气通道为空气进气口 81，另外两个为燃气进气口 82，此种进气口与气源连接方便，有效地解决并简化了进气孔与气源连接困难的问题。左侧面板7的中心处设置向外凸出、且与腔体内相通的出气口 9。
[0019]外圆筒体I与腔体之间形成旋流气体预混通道，使来流气体沿着气体通道旋转流动，有效延长气体流动路径，增加预混时间，同时可以利用腔体的高温壁面对预混气体进行预热，提高预混气体燃烧的初始温度，降低点火难度；而腔体的上面板2与U型面板3之间形成燃烧室，上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6增加了燃烧表面积，且加强了燃气混合扰动，有助于增强微尺度燃烧器内火焰的稳定性，提高燃烧效率。
[0020]使用该旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器时，首先将外圆筒体I的空气进气口81和燃气进气口 82分别与对应气源连接，气体在气流通道内形成旋转预混气流，同时可以通过腔体的高温壁面吸收热量，提高燃烧气体的初始温度，然后预热之后的混合气体通过多孔面板4进入燃烧室，在上蓄热式圆柱5和下蓄热式圆柱6混合扰动和催化剂的作用下，发生催化燃烧反应，反应产生的气体从出气口 9排出。
[0021]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，其特征在于:包括外圆筒体(I)、上面板(2)、多孔面板(4)和横截面呈U型的U型面板(3)； 所述上面板(2)设置在U型面板(3)的顶部开口处,上面板(2)和U型面板(3)组成一横截面呈矩形的腔体，所述多孔面板(4)设置在腔体的一端，所述多孔面板(4)的孔径从四周向中间逐渐增大；所述腔体设置外圆筒体(I)内，所述上面板(2)和U型面板(3)的板面与外圆筒体(I)的轴线平行；所述外圆筒体(I)的一端设置右侧面板，另一端设置左侧面板(7)，所述多孔面板(4)靠近右侧面板且与右侧面板之间具有一间隙； 所述上面板(2)上布置有四个竖直向下伸向腔体内的上蓄热式圆柱(5)，所述U型面板(3)的下底板上设置有六个竖直向上且与上蓄热式圆柱(5)错开排列的下蓄热式圆柱(6)；所述上蓄热式圆柱(5)和下蓄热式圆柱(6)的高度均小于上面板(2)和U型面板(3)的下底板之间的距离； 所述上面板(2)、U型面板(3)和多孔面板(4)的内壁，以及上蓄热式圆柱(5)和下蓄热式圆柱(6)的外壁均涂覆催化剂；所述外圆筒体(I)沿圆周切线方向上布置有四个进气通道，其中相对外圆筒体(I)对称分布的两个进气通道为空气进气口(81)，另外两个为燃气进气口(82);所述左侧面板(7)的中心处设置向外凸出、且与腔体内相通的出气口(9)。
2.根据权利要求1所述的旋流预混蓄热式微型催化燃烧反应器，其特征在于:所述上蓄热式圆柱(5)和下蓄热式圆柱(6)均由蓄热式材料制成。
【文档编号】F23D14/46GK103557524SQ201310587858
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】闫云飞, 张力, 陈艳容, 朱军臣, 杨仲卿, 冉景煜 申请人:重庆大学