一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器

本技术涉及微型燃料液滴蒸发燃烧，具体涉及一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器。

背景技术：

1、液体燃料由于其较高的能量密度能够有效匹配动力设备，在发动机领域得到广泛应用，但燃烧产物的排放与当前国际节能减排政策理念相悖。针对该问题，研究人员先后提出了先进增压技术、高压喷射技术以及优化燃烧等先进发动机技术，但发动机缸内环境的改变对燃料蒸发过程会造成不可控的影响。作为能源利用的核心，设计具有环保、安全运行、可控化优势的新型燃烧器一直是研究热点。

2、燃料液滴蒸发速率以及蒸发过程中的形态变化对燃烧特性具有重要影响，但微小尺度燃烧器的燃料蒸发空间有限，蒸发速率不可控，燃料难以在有限空间内完全蒸发，由此导致燃料利用率较低，余热利用不足，尾气中排放超标等问题。因此，为了精准调控液滴蒸发速率，提高燃烧效率，有必要针对利用液体燃料的微型燃烧器，设计一种新型液体燃烧器，使其能够满足液体燃料蒸发速率可控和充分利用尾气余热的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种蒸发速率可控、燃烧效率高的利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器。

2、为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，包括外套筒、上盖板、基座、燃料供给系统、直流电源、燃烧室、蒸发室和液冷系统；外套筒的底端连接基座，外套筒的顶端连接上盖板，燃烧室和蒸发室均位于外套筒的内部，燃烧室位于蒸发室的上方，燃烧室和蒸发室之间装有燃烧网板，蒸发室的下端安装有金属电极板，直流电源的正极和负极分别连接金属电极板和燃烧网板，燃料供给系统包括用于输送燃料的燃料管，燃料管的出口朝向金属电极板；液冷系统安装于基座上，液冷系统包括液冷板、流体入口和流体出口，液冷板内设有液冷流道，液冷流道连通流体入口和流体出口，蒸发室位于液冷板的上方。

3、采用这种结构后，液冷系统用于调控蒸发室的温度，金属电极板连接直流电源正极在蒸发室内形成电场条件，这样可以利用电场和温度场协同作用调控液滴蒸发速率使液滴蒸发汽化，能够有效解决现有技术蒸发速率不可控、燃料利用率低等问题。

4、作为一种优选，一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器还包括传热套筒和空气接管，传热套筒位于外套筒的内部，传热套筒的底端连接基座，燃烧室和蒸发室均位于传热套筒的内部，传热套筒的外侧与外套筒之间留有烟气流道，传热套筒的内侧与燃烧室、蒸发室之间留有空气流道；蒸发室开有空气入口，空气接管穿过外套筒并接入传热套筒的内侧，空气接管经空气流道连通空气入口，外套筒开有排气口，燃烧室的上端开口，燃烧室的上端经烟气流道连通排气口。

5、作为一种优选，燃料供给系统还包括燃料箱和燃料供给泵，燃料箱固定于上盖板的上表面，燃料供给泵用于驱动燃料输送至燃料管中；燃料管包括燃料输送管、燃料导管和锥头导管，燃料箱、燃料输送管、燃料导管和锥头导管依次连接，燃料导管穿过外套筒、传热套筒和蒸发室，锥头导管的出口处呈圆锥形，锥头导管竖直向下朝向金属电极板。

6、作为一种优选，蒸发室的壁面、燃烧室的壁面和外套筒均由透明材料制成。

7、作为一种优选，蒸发室和燃烧室的壁面分别为蒸发套筒和燃烧套筒，蒸发套筒呈圆筒状，空气入口的数量为四个，四个空气入口分别沿径向均匀设置在蒸发套筒上。

8、作为一种优选，燃烧网板为金属多孔介质电极板。

9、作为一种优选，液冷系统还包括安装座、液冷盖板和两根液冷连接管，安装座粘接在基座上，安装座开有凹槽，液冷板位于凹槽内，液冷流道由开设于液冷板上端的s形流道槽形成，液冷板的上端由液冷盖板密封，两根液冷连接管分别连接流体入口和流体出口，液冷连接管穿过外套筒、传热套筒和安装座。

10、作为一种优选，一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器还包括绝缘板，绝缘板设置于安装座的上端与金属电极板之间，液冷盖板位于绝缘板的下方，绝缘板和安装座的材料均为电木。

11、作为一种优选，一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器还包括点火器，点火器的引线连接外部电源，点火器位于燃烧网板的上方。

12、一种燃烧方法，采用上述利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，开启液冷系统、燃料供给泵和直流电源，液冷系统内的流体在液冷流道内流动，流体的温度通过外部水浴加热的方式控制，通过燃料供给泵将液体燃料抽注到锥头导管进行挤压，使液体燃料从锥头导管的底部滴落一滴或数滴到金属电极板上，然后停止燃料供给泵，液体燃料停止加注，在压力作用下，燃料管内的液体不再流出，液滴在金属电极板上蒸发，形成燃料蒸汽；空气通过空气接管流入空气流道，被来自尾气传递的热量加热，空气沿空气流道进入蒸发室与燃料蒸汽充分混合，混合气体在燃烧网板上被点火器点燃，在燃烧室内充分燃烧，产生的尾气通过烟气流道从排气口排出。

13、总的说来，本实用新型具有如下优点：

14、1、本实用新型通过设置液冷系统，流体从流体入口处的液冷连接管通入并从流体出口处的液冷连接管流出，流体温度通过水浴加热的方式控制，通过外部供液系统调节流体温度及流量将蒸发室内温度控制在合理范围，通过连接高压电源正负极的金属电极板和金属多孔介质电极板在蒸发室内形成电场条件，利用电场环境调控液滴形态变化以及液滴内部流动状态，利用电场和温度场协同作用调控液滴蒸发速率强化液滴蒸发。

15、2、本实用新型将燃料供给泵紧密贴合在上盖板，燃料箱固定在燃料供给泵上，燃料输送管一端连接燃料箱，通过燃料供给泵将液体燃料抽注到锥头导管进行挤压，使液体燃料从锥头导管底部滴落一滴或数滴到金属电极板上，然后停止燃料供给泵，液体燃料停止加注，在压力作用下，燃料管内的液体不再流出，可精准调节燃料液滴体积及液滴滴落数量，由于燃料供给系统布置于装置顶端，紧密贴合，可有效减小燃烧器尺寸。

16、3、本实用新型的空气入口布置于蒸发室壁面，可提高燃料蒸汽与空气的混合度，同时空气携带蒸汽流向燃烧室，避免了液滴周围蒸汽聚集而降低蒸发速率，金属多孔介质使混合气均匀分布在燃烧网板上，通过点火器将燃料与空气的混合气点燃，使燃料蒸汽可以完全燃烧，同时燃烧网板还起到稳定燃烧作用，燃烧的尾气通过传热套筒将热量传递给空气，对空气进行预热处理，从而进一步提高燃料利用率。

17、4、本实用新型的外套筒、传热套筒、蒸发套筒和燃烧套筒均为透明材料，更加有利于观察液滴蒸发过程和蒸汽燃烧过程。

技术特征：

1.一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：包括外套筒、上盖板、基座、燃料供给系统、直流电源、燃烧室、蒸发室和液冷系统；

2.按照权利要求1所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：还包括传热套筒和空气接管，传热套筒位于外套筒的内部，传热套筒的底端连接基座，燃烧室和蒸发室均位于传热套筒的内部，传热套筒的外侧与外套筒之间留有烟气流道，传热套筒的内侧与燃烧室、蒸发室之间留有空气流道；

3.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：燃料供给系统还包括燃料箱和燃料供给泵，燃料箱固定于上盖板的上表面，燃料供给泵用于驱动燃料输送至燃料管中；

4.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：蒸发室的壁面、燃烧室的壁面和外套筒均由透明材料制成。

5.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：蒸发室和燃烧室的壁面分别为蒸发套筒和燃烧套筒，蒸发套筒呈圆筒状，空气入口的数量为四个，四个空气入口分别沿径向均匀设置在蒸发套筒上。

6.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：燃烧网板为金属多孔介质电极板。

7.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：液冷系统还包括安装座、液冷盖板和两根液冷连接管，安装座粘接在基座上，安装座开有凹槽，液冷板位于凹槽内，液冷流道由开设于液冷板上端的s形流道槽形成，液冷板的上端由液冷盖板密封，两根液冷连接管分别连接流体入口和流体出口，液冷连接管穿过外套筒、传热套筒和安装座。

8.按照权利要求7所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：还包括绝缘板，绝缘板设置于安装座的上端与金属电极板之间，液冷盖板位于绝缘板的下方，绝缘板和安装座的材料均为电木。

9.按照权利要求2所述的一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，其特征在于：还包括点火器，点火器的引线连接外部电源，点火器位于燃烧网板的上方。

技术总结一种利用直流电场辅助液滴蒸发的液体燃烧器，包括外套筒、上盖板、基座、燃料供给系统、直流电源、燃烧室、蒸发室和液冷系统；外套筒的底端连接基座，外套筒的顶端连接上盖板，燃烧室和蒸发室均位于外套筒的内部，燃烧室位于蒸发室的上方，燃烧室和蒸发室之间装有燃烧网板，蒸发室的下端安装有金属电极板，直流电源的正极和负极分别连接金属电极板和燃烧网板，燃料供给系统包括用于输送燃料的燃料管，燃料管的出口朝向金属电极板；液冷系统安装于基座上。本技术利用电场和温度场协同作用调控液滴蒸发速率使液滴蒸发汽化，能够有效解决现有技术蒸发速率不可控、燃料利用率低等问题，属于微型燃料液滴蒸发燃烧技术领域。技术研发人员：甘云华,陈宁光受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：20231031技术公布日：2024/6/20