一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器的制作方法

本实用新型属于微型燃烧领域，特别涉及一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器。

背景技术：

微型燃烧器作为微动力装置主要类型之一，有着非常明显的优势。燃料能量密度可达传统化学电池的几十倍，燃料持续的燃烧可长时间为系统提供稳定的能量，而且不会随着搁置时间的增长而出现能量损失，同时选用高效的清洁能源作为燃料，可有效减少环境污染，避免了电池废弃后难以收集处理的难题，这使得微型燃烧器在汽车电子、航空航天、自动控制、国防军工等高精尖技术领域有着广阔的应用潜能。在微型动力装置中人们常用选用气体或液体碳氢燃料作为动力来源，并选用微型燃烧器作为燃烧装置。然而，微型燃烧器虽然有着种种优势，但随着其结构尺寸的缩小，却也面临着一些亟待解决的技术难题。市场上目前存在的微型燃烧器主要以容易燃烧的气体燃料为主，这些微型燃烧器虽然具有一定的雾化燃烧效果，但微型结构设计复杂，加工难度大，同时相对于液体燃料来说，气体微型燃烧器所产生的热值明显偏小。而当前出现的液体微型燃烧器的雾化流量低，燃料在燃烧器内停留时间短，燃料液体难以雾化或雾化液滴的尺寸偏大，燃烧不稳定进而造成燃烧效果不理想。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型提出了一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器。该燃烧器采用带有机械增压装置的高集成微米孔静电微喷雾模块，可在产生单分散性极好的亚微米级雾化液滴的基础上，大大增加雾化流量，实现一种具有高能量、高燃烧率、低污染排放的液体微型燃烧。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器，包括燃烧催化腔，燃烧催化腔的顶部和底部分别是为燃烧出口管和燃料进口管，所述燃料进口管分别与进料管和进气管连通；所述进料管的入料口处由外向内依次装有微米孔阵列静电雾化单元和收集催化单元；所述微米孔阵列静电雾化单元包括静电喷雾腔体，静电喷雾腔体的一侧通过管道连接燃料室，静电喷雾腔体的另一侧由静电喷雾腔体内向外依次装有微米孔阵列板和调整极板；所述微米孔阵列板和调整极板连接负高压电源负极，形成第一级电势差；收集催化单元为收集格栅，收集格栅接地，调整极板与收集格栅之间存在第二级电势差。

进一步，所述进料管设有2根；2根进料管垂直于燃料进口管设置，且2根进料管的出料口相对设置；进气管竖直设置且进气管的出气端与燃料进口管18相对设置；在燃料进口管内装有轴流风扇。

进一步，微米孔阵列板采用硅基片并且在微米孔阵列板表面涂有超疏水涂层；在微米孔阵列板上阵列布置有微米圆孔a。

进一步，环绕微米圆孔a开有环形槽。

进一步，调整极板为厚度为150微米的硅基片且上下表面喷涂有导电涂料，同时在调整极板上开有微米圆孔b；微米圆孔b与微米圆孔a一一对应设置。

进一步，微米圆孔a与微米圆孔b的直径比为1：1.4，微米圆孔a的直径为100-150微米，微米圆孔b的直径为140-210微米。

进一步，微米孔阵列板所连接负高压电源负极的电压范围可为1-30kv，调整极板所连接的负高压电源负极的电压范围可为0-20kv，且调整极板的电压小于微米孔阵列板电压。

进一步，收集格栅上设有阵列排布的边长为70微米的正方形孔，通过收集格栅利用高压电场聚拢雾化燃料，形成大量单分散性极好的荷电微液滴。

进一步，在燃烧催化腔内部装有燃烧格栅，燃烧格栅上设有阵列排布的正六边形孔，正六边形孔的边长40微米；燃烧格栅表面喷涂有燃烧催化剂。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型为具有高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器，利用静电雾化的原理，将微米孔阵列板、调整极板和液滴收集格栅相互结合组成雾化射流装置，结构简单，省略了传统静电雾化需要安装突起毛细管的步骤，利用微米孔阵列板上的圆孔，调整极板和收集格栅完成液体的雾化过程，通过调节电压等参数即可控制雾化的强度，同时微米孔阵列板圆孔外的同心圆槽，可以防止雾化过程中液体锥的相互融合，干扰射流；另将燃烧格栅单独设置在变径的燃烧催化腔内，使液体燃料荷电雾化、蒸发气化及燃烧分步进行，实现液体燃料的完全燃烧，由于燃烧催化腔为直径逐渐增大的入口，雾化后的燃料进入燃烧催化腔时的速度会降低，同时产生涡流扰动大大增强混合气体与燃烧格栅的接触时间，从而增强催化效果。

2、电压控制器、增压泵和气体流量阀门组成控制模块将液体燃料从燃料室经过静电喷雾腔体送入微米孔阵列静电雾化模块。通过电压控制器和气体流量阀门可以调节燃料室的内部压力，从而获得合适的雾化量。空气从进气管进入，其流量由轴流风机通过调节转数进行控制，进而保证合适的空气与液体燃料混合，提高了燃烧效率。

3、本实用新型微米孔阵列板和调整极板采用微纳米加工技术，开有呈正六边形分布的圆孔，其可为7、19、64不等，同时一个燃烧器中设计了对称分布两个高集成静电雾化模块，大大提升了液体燃料雾化的流量。燃烧格栅作网孔设计为正六边形，网孔也相应缩小，不仅使气体顺利排出，还可以延长气体在燃烧格栅上的停留时间，使燃烧更加充分。

附图说明

图1是本实用新型静电雾化微型燃烧器的结构示意图；

图2为本实用新型静电雾化微型燃烧器的微米阵列静电喷雾模块示意图；

图3为本实用新型的微米阵列板的仰视图；

图4为本实用新型的微米阵列板环形槽的局部放大图；

图5为本实用新型的调整极板的仰视图；

图6为液滴收集格栅处的结构示意图；

图7为燃烧格栅处的结构示意图；

图中，1、电压控制器，2、增压泵，3、气体流量阀门，4、静电喷雾腔体，5、微米孔阵列板，6、调整极板，7、收集格栅，8、轴流风扇，9、燃烧格栅，10、点火针，11、燃料室，12、进料管，13、燃烧催化腔，14、燃烧出口管，15、进气管,16、燃料喷雾，17、环形槽，18、燃料进口管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示的一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器，包括燃烧催化腔13，燃烧催化腔13的顶部为燃烧出口管14，在燃烧出口管14内装有点火针10；燃烧催化腔13的底部为燃料进口管18，燃料进口管18的进气端分别连接进料管12和进气管15，且燃料进口管18、进料管12和进气管15之间相互连通；在本实施例中，进料管12设有2根；2根进料管12垂直于燃料进口管18设置，且2根进料管12的出料口相对设置；进气管15竖直设置且进气管15的出气端与燃料进口管18相对设置；在燃料进口管18内装有轴流风扇8，利用轴流风扇8向燃烧催化腔13内输入空气。

在2根进料管12的入料口处由外向内依次装有微米孔阵列静电雾化单元和收集催化单元，微米孔阵列静电雾化单元朝向燃料进口管18内设置。如图2，微米孔阵列静电雾化单元包括静电喷雾腔体4，静电喷雾腔体4的一侧通过管道连接燃料室11，燃料室11连接增压泵2出口，增压泵2连接电压控制器1，通过电压控制器1控制增压泵2的工作启停，且增压泵2上还装有气体流量阀门3，通过调节气体流量阀门3的开度可以调节增压泵2进口和出口的气流量。静电喷雾腔体4的另一侧由静电喷雾腔体4内向外依次装有微米孔阵列板5和调整极板6。微米孔阵列板5如图3所示，微米孔阵列板5采用硅基片并且在微米孔阵列板5表面涂有超疏水涂层，例如聚四氟乙烯；微米孔阵列板的厚度为300微米，在微米孔阵列板5上阵列布置有微米圆孔a。为了避免液体燃料从微米孔阵列板5的微米圆孔a喷出时发生融合，在喷涂超疏水涂层的基础上，环绕微米圆孔a开有环形槽17，如4所示，在环形槽17和超疏水涂层的作用下，当微米圆孔a喷出的液体燃料外溢且吸附在孔口时，超疏水涂层会充分的发挥疏水特性，将扩散的液体燃料重新聚拢回微米圆孔a中，若液体燃料流量较大,超过超疏水涂层的疏水能力时，微米圆孔a周围的环形槽17会缓存部分液体燃料，起到阻隔扩散的目的，最终避免了微米圆孔a喷出的液体锥相互融合。微米孔阵列板5连接负高压电源负极，电压范围可为1-30kv。

调整极板6如图5所示，调整极板6为厚度为150微米的硅基片且上下表面喷涂有导电涂料，同时在调整极板6上开有微米圆孔b；微米圆孔b与微米圆孔a一一对应设置。由于微米圆孔a与微米圆孔b的直径比为1：1.4，微米圆孔a的直径为100-150微米，微米圆孔b的直径为140-210微米；调整极板6连接另一负高压电源负极，电压范围可为0-20kv，调整极板上电压始终低于微米孔阵列板的电压，通过改变两者电压的大小可控制液体燃料雾化颗粒的大小，进而对整个燃烧过程进行精准的操控。

如图6所示收集催化单元设置在靠近进料管12的出料口处，收集催化单元是由不锈钢或紫铜等金属制成的收集格栅7，收集格栅7上设有阵列排布的边长为70微米的正方形孔，收集格栅7接地。通过设置收集格栅7可以进一步利用高压电场聚拢雾化燃料，形成大量单分散性极好的荷电微液滴。

在燃烧催化腔13内部装有燃烧格栅9，如图7所示，燃烧格栅9是由不锈钢或紫铜等金属制成的且表面喷涂有燃烧催化剂，设置燃烧格栅9不仅提高了反应效率，降低点火温度，而且降低了整个燃烧器的温度，缩短反应时间，提高燃烧效率。同时燃烧格栅9上设有阵列排布的正六边形孔，正六边形孔的边长40微米。燃烧格栅9的网孔相对于收集格栅7的网格有所缩小，不仅使气体顺利排出，还可以延长气体在燃烧格栅上的停留时间，使燃烧更加充分。

结合本实用新型一种基于高集成微米孔阵列的静电雾化微型燃烧器的工作过程作进一步说明；当电压控制器1通电后，增压泵2向燃料室11中的液体增压，通过电压控制器1可以调节增压泵2两端的电压，从而调节其功率，通过调节气体流量阀门3的开度可以调节增压泵2进口和出口的气流量；增压泵2将一定压力的空气经气体管路注入到燃料室11中；燃料室11中的气体压强与外界大气压之间存在压强差，其内部装有的液体燃料受压差后经微米孔阵列板5的微米圆孔a外溢并吸附在孔口，由于微米孔阵列板5的微米圆孔a的外部涂有超疏水涂料且挖有同心圆槽起到防止液体扩散的能力，进而保证了液体锥不会相互融合，随后微米孔阵列板5和调整极板6接上了负高压电源负极，且调整极板6的电压小于微米孔阵列板5电压，形成第一级电势差，微米孔阵列板5的微米孔溢出的燃料在高压电场的作用下形成锥形后并经过调整极板6时聚拢收缩，由于收集格栅7接地，所以调整极板6与其之间存在第二级电势差，所以燃料流出调整极板6通往收集格栅7的过程中，形成的高压电场使得聚拢的液锥雾化形成大量单分散性极好的荷电微液滴。

流出收集格栅7的液体燃料到达中心交汇处时候，与轴流风扇8带来的外界空气混合后被带入燃烧催化腔13，由于燃烧催化腔为直径逐渐增大的变径入口，雾化后的燃料进入燃烧催化腔13速度会降低，同时产生涡流扰动大大增强混合气体与燃烧格栅9的接触时间，从而增强催化效果，最终燃料与空气混合充分后，进入燃烧出口管14被点火针10点燃。最终达到液体燃料雾化后充分燃烧的目的。

以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。

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