本發(fā)明涉及微尺度燃燒技術領域，特別涉及一種雙層壁結(jié)構(gòu)的微型燃氣輪機燃燒室。

背景技術：

近些年來，隨著微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術的逐漸發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)的微型化己成為科技潮流的新趨勢。微型裝置及其系統(tǒng)如傳感器、微尺度飛行器、微型醫(yī)療器械、微泵、微型馬達等在國防、科研、醫(yī)療和工業(yè)等領域應用廣泛，此外，個人便攜系統(tǒng)包含移動辦公、通訊器工具等也得到了迅速發(fā)展。對與上述裝置、系統(tǒng)和產(chǎn)品，研制體積小、重量輕、能量密度高并且能夠持續(xù)供能的微能源系統(tǒng)將對它們的性能具有重要的影響。因此，微能源系統(tǒng)的開發(fā)在軍事和民用方面都具有實際應用價值。

對于以上的微型裝置及產(chǎn)品，其動力電源需求功率范圍在幾毫瓦到幾百瓦之間，現(xiàn)有的供能方式基本為一次堿性電池、可充電電池，以及高性能的新型電池等?；瘜W電池系統(tǒng)簡單、可靠，但是其能量密度和功率密度過低，目前最為先進的鋰離子電池，其能量密度為0.2kWh/kg，這一數(shù)值僅為碳氫燃料(以甲烷和柴油為例)的六十分之一左右。

隨著MEMS技術的發(fā)展，使得基于燃料燃燒的微型動力裝置成為可能，此類動力裝置同時具有高功率密度和高能量密度的特點，應用前景廣泛。近年來發(fā)展的微型燃燒輪機，微型熱電以及熱光伏發(fā)電系統(tǒng)等，都屬于這一類裝置。

微型燃燒室作為基于燃料燃燒的微型動力系統(tǒng)的重要組成部分，其設計的優(yōu)劣將直接影響到整個微型動力系統(tǒng)的性能。然而，相對于常規(guī)燃燒室而言，由于受到尺度效應的影響，微型燃燒室面臨燃氣停留時間短，熱量損失高，燃燒不完全的不利因素，這將使得微型燃燒室的燃燒效率低、火焰穩(wěn)定性差。如何保證燃料的燃燒效率以及如何避免熱損失過大而導致的不穩(wěn)定燃燒是開發(fā)和設計微型燃燒器的難點。根據(jù)微尺度燃燒的難題以及多孔介質(zhì)燃燒的技術特點，設計一種能夠相對高效穩(wěn)定燃燒的微型燃氣輪機燃燒室，正是本發(fā)明所解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種燃燒效率高、熱損失小、穩(wěn)定工作范圍寬的微型燃氣輪機燃燒室。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案：一種雙層壁結(jié)構(gòu)的微型燃氣輪機燃燒室，使用氣體燃料，包括燃燒室外機匣、火焰筒外環(huán)、火焰筒內(nèi)環(huán)以及燃燒室內(nèi)機匣；火焰筒外環(huán)采用多孔燒結(jié)材料，火焰筒內(nèi)環(huán)采高溫合金材料，燃燒室外機匣和燃燒室內(nèi)機匣采用不銹鋼材料；來自壓氣機的高壓空氣經(jīng)過擴壓段擴壓后，分為兩股進入燃燒室：一股流向火焰筒外環(huán)和燃燒室外機匣間的外環(huán)腔，與燃料混合后參與燃燒；另一股流向火焰筒內(nèi)環(huán)與燃燒室內(nèi)機匣間的內(nèi)環(huán)腔，經(jīng)摻混孔流入火焰筒內(nèi)并與頭部高溫燃氣摻混；燃燒室外機匣上開有燃料噴射孔，用于供應氣體燃料，燃料通過噴射孔噴射到外環(huán)腔中同空氣混合，經(jīng)過多孔介質(zhì)火焰筒外環(huán)進入燃燒區(qū)內(nèi)參與燃燒；燃燒室采用多孔介質(zhì)平面火焰的燃燒方式，這對于增強燃燒室穩(wěn)定性，提高燃燒室效率，降低壁面溫度有著顯著效果。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，采用雙層壁結(jié)構(gòu)，燃燒室外機匣和火焰筒外環(huán)以及火焰筒內(nèi)環(huán)和燃燒室內(nèi)機匣間分別存在外環(huán)腔和內(nèi)環(huán)腔。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，進口有一擴壓段。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，進行了空氣分股，經(jīng)過擴壓的空氣被分為兩股，分別流經(jīng)外環(huán)腔和內(nèi)環(huán)腔。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，外機匣上開有的燃料噴射孔，燃燒噴射孔的方向可以不同，包括垂直孔和切向孔。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，火焰筒外環(huán)采用燒結(jié)多孔介質(zhì)材料，有一定透氣率。

所述的微型燃氣輪機燃燒室，火焰筒內(nèi)環(huán)開有摻混孔。

本發(fā)明的工作原理：此燃燒室經(jīng)行了空氣分股。高壓空氣進入燃燒室后被分成兩股，一股流向外環(huán)腔，同燃料摻混后，通過多孔介質(zhì)火焰筒外環(huán)進入火焰筒內(nèi)，同時在多孔介質(zhì)火焰筒外環(huán)表面形成穩(wěn)定的平面火焰；另一股流入內(nèi)環(huán)腔，通過摻混孔與頭部高溫燃氣混合后流向渦輪?？諝夥止煽墒沟没鹧嫱踩紵齾^(qū)工作在接近化學恰當比的工況條件下，挺高燃燒效率以及火焰穩(wěn)定性；而多孔介質(zhì)表平面火焰的燃燒方式，能夠有效降低燃燒室散熱損失，提高化學反應速率并提高燃燒室的穩(wěn)定性。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明的燃燒室采用雙層壁結(jié)構(gòu)，燃燒室外機匣和火焰筒外環(huán)以及火焰筒內(nèi)環(huán)和燃燒室內(nèi)機匣間分別存在外環(huán)腔和內(nèi)環(huán)腔。內(nèi)外環(huán)腔的存在，可以有效降低燃燒室壁面溫度，減少散熱損失。

(2)本發(fā)明的燃燒室對空氣進行分股，空氣進入燃燒室后被分成兩股，一股流向外環(huán)腔同燃料摻混，參與燃燒；另一股流入內(nèi)環(huán)腔，通過摻混孔與頭部高溫燃氣摻混?？諝夥止煽墒沟没鹧嫱踩紵齾^(qū)工作在接近化學恰當比的工況條件下，挺高燃燒效率以及火焰穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明的燃燒室火焰筒外環(huán)采用多孔介質(zhì)材料，燃燒室點火后，混合氣在多孔介質(zhì)表面形成穩(wěn)定的平面火焰。多孔介質(zhì)與混合氣的換熱作用，不僅能夠降低燃燒室多孔介質(zhì)火焰筒外環(huán)的溫度，減少散熱損失，同時還能夠?qū)旌蠚馄鸬筋A熱作用，提高燃燒反應速率以及燃燒室的穩(wěn)定工作范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種雙層壁結(jié)構(gòu)的微型燃氣輪機燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為燃燒室進口，2為擴壓段，3為燃料噴射孔，4為外環(huán)腔，5為點火針，6為燃燒室外機匣，7為燃燒室出口外機匣，8為為燃燒室出口，9為燃燒室出口內(nèi)機匣，10為摻混孔，11為內(nèi)環(huán)腔，12為火焰筒外環(huán)，13為火焰筒內(nèi)環(huán)，14為燃燒室內(nèi)機匣。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施方式詳細介紹本發(fā)明。

本實施例所述的一種雙層壁結(jié)構(gòu)的微型燃氣輪機燃燒室，使用甲烷氣體燃料。如圖1所示，燃燒室主要由燃燒室外機匣6、火焰筒外環(huán)12、火焰筒內(nèi)環(huán)13、燃燒室內(nèi)機匣14、點火針5、燃燒室出口外機匣7和燃燒室出口內(nèi)機匣9構(gòu)成?；鹧嫱餐猸h(huán)12采用多孔燒結(jié)材料，火焰筒內(nèi)環(huán)13、燃燒室出口外機匣7和燃燒室出口內(nèi)機匣9采用高溫合金材料，燃燒室外機匣6和燃燒室內(nèi)機匣14采用不銹鋼材料。各部件主要通過焊接的方式連接。

來自壓氣機的高壓空氣經(jīng)過擴壓段2擴壓后，分為兩股進入燃燒室：一股流向火焰筒外環(huán)12和燃燒室外機匣6間的外環(huán)腔4；另一股流向火焰筒內(nèi)環(huán)13與燃燒室內(nèi)機匣14間的內(nèi)環(huán)腔11。燃燒室外機匣6上開有均布的8個切向的燃料噴射孔3，用于供應氣體燃料，燃料通過噴射孔3噴射到外環(huán)腔4中同空氣混合?；鹧嫱餐猸h(huán)12采用燒結(jié)不銹鋼粉末多孔材料，孔隙率約為20～40％，厚度為1～2mm，外環(huán)腔4中的混合氣通過火焰筒外環(huán)12進入火焰筒內(nèi)，采用點火針5電火花點火后，在多孔介質(zhì)火焰筒外環(huán)12表面形成穩(wěn)定的平面火焰。火焰筒內(nèi)環(huán)13開有12～18個均布的摻混孔10，內(nèi)環(huán)腔11中空氣通過摻混孔10進入火焰筒內(nèi)并與頭部高溫燃氣摻混，降低燃燒室出口溫度，同時調(diào)節(jié)燃燒室出口溫度分布。

采用此結(jié)構(gòu)的燃燒室，散熱損失小，燃燒效率高，同時具有寬的穩(wěn)定工作范圍。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。