大前驱物流量雾化火焰合成燃烧器的制作方法

本发明属于采用雾化火焰合成法制备纳米粉体材料的，具体涉及一种大前驱物流量雾化火焰合成燃烧器。

背景技术：

1、随着中国新能源汽车、半导体等行业的发展，带动中国新材料市场规模进一步增长，对纳米粉体材料的需求持续扩大。该背景下，在多种纳米粉体材料的制备工艺中，雾化火焰合成技术因其一步合成等优势，展现出了巨大的应用前景。目前，雾化火焰合成制备纳米粉体材料亟需由小产量的实验室制备阶段迈入至规模化高产量的工业化应用阶段。针对该需求，如何增大单只雾化火焰合成燃烧器的纳米粉体材料合成量，已成为雾化火焰合成产量提升的一个重要瓶颈。由于现阶段单只雾化合成燃烧器多采用具有单喷嘴的单只雾化器，使在增大液体前驱物流量的情况下，降低了对前驱物的雾化性能，同时由于射流动量的增大，将直接影响到火焰分布特性及火焰稳定性，进而影响到最终合成的纳米粉体材料性能。以上问题决定了无法通过单纯增大雾化器的流量来实现增大纳米粉体合成量的目的。

2、因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供大前驱物流量雾化火焰合成燃烧器，其能够提高单只雾化火焰合成燃烧器的合成产量，并确保良好的纳米粉体材料合成性能，具有单只燃烧器合成量大、雾化性能高及火焰分布灵活调节的特点。

2、为达到以上目的，本发明提供一种大前驱物流量雾化火焰合成燃烧器，包括周向微元燃烧头、环形雾化体、中心燃烧头和圆盘，其中：

3、所述中心燃烧头固定于所述圆盘的中心处并且与所述圆盘同轴布置；所述环形雾化体整体为环状结构，同轴套设于所述中心燃烧头，并穿过及固定于所述圆盘上；多个所述周向微元燃烧头沿着圆周方向均匀布置于所述环形雾化体的外侧，并且多个所述周向微元燃烧头穿过并固定于所述圆盘上。

4、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述周向微元燃烧头包括外管、内管、氧化剂通道及燃料气通道，其中：

5、所述外管和所述内管均为椭圆形的管状结构；所述内管同轴设置于所述外管的内侧，且所述内管的椭圆截面的长轴与所述外管的椭圆截面的长轴位于同一平面上；所述外管的椭圆截面的短轴位于所述圆盘的径向方向上；

6、在所述内管的内部形成所述燃料气通道；在所述外管与内管之间，形成所述氧化剂通道。

7、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述环形雾化体包括外侧顺时针导流体、内侧逆时针导流体、外侧壳体、顺时针剪切气腔室、前驱物流入体、前驱物通道、内侧壳体、雾化气流喷口、顺时针剪切气流入管、逆时针剪切气流入管及逆时针剪切气腔室，其中：

8、所述外侧壳体自下而上，包括依次同轴连接的环状平板、中部直筒、锥筒和出口直筒，环状平板的大直径端与中部直筒的下端连接；中部直筒的上端与锥筒的大直径端连接；锥筒的小直径端与出口直筒的下端连接；

9、所述内侧壳体自下而上，包括依次同轴连接的环状平板、中部直筒、锥筒和出口直筒，环状平板的大直径端与中部直筒的下端连接；中部直筒的上端与锥筒的小直径端连接；锥筒的大直径端与出口直筒的下端连接；

10、所述前驱物流入体为环状体结构，其截面形状为下端矩形加上端锥台形，所述前驱物流入体设置于所述外侧壳体与所述内侧壳体之间；所述外侧壳体、前驱物流入体及内侧壳体，为由外至内依次相接同轴套设布置；所述前驱物通道的截面为椭圆形截面，其数量为多个，并且沿着圆周方向依次布置于所述前驱物流入体上；所述前驱物通道的中心线方向与所述前驱物流入体的轴线方向一致；

11、在所述前驱物流入体的外壁与所述外侧壳体的内壁之间，形成所述顺时针剪切气腔室；在所述前驱物流入体的外壁与所述内侧壳体的内壁之间，形成所述逆时针剪切气腔室；所述逆时针剪切气流入管，在逆时针剪切气腔室的下端，与逆时针剪切气腔室连接并连通；所述顺时针剪切气流入管，在顺时针剪切气腔室的下端，与顺时针剪切气腔室连接并连通。

12、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述外侧顺时针导流体整体为环状结构，设置于所述顺时针剪切气腔室的上部，在所述外侧顺时针导流体上，均匀开设有用于气流流通的槽道，外侧顺时针导流体的槽道开设方向为向右倾斜，且由下至上，槽道的倾斜角度增大，从而用于增大气流流经槽道后的切向速度分量；所述内侧逆时针导流体整体为环状结构，设置于所述逆时针剪切气腔室的上部；在所述内侧逆时针导流体上，均匀开设有用于气流流通的槽道，外侧顺时针导流体的槽道开设方向为向左倾斜，且由下至上，槽道的倾斜角度增大，从而用于增大气流流经槽道后的切向速度分量；所述外侧顺时针导流体与所述内侧逆时针导流体上的槽道方向相反，对应的槽道尺寸相同；在所述顺时针剪切气腔室和所述逆时针剪切气腔室的最上端，两个气流腔室汇聚形成所述雾化气流喷口。

13、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述中心燃烧头包括锥形稳流体、内层筒、混合通道、中间筒、外层筒、外层直流气通道、逆时针旋流气通道、外直管、中间直流气通道、内直管、顺时针旋流气通道、顺时针旋流体及逆时针旋流体，其中：

14、所述外层筒、中间筒及内层筒均为筒状结构，且由外至内依次同轴套设布置；所述外层筒及中间筒均在中部区域存在一个由下至上的缩口段；所述内层筒在中部区域存在一个由下至上的扩口段；在所述外层筒和中间筒之间，形成所述外层直流气通道；

15、在所述内层筒和中间筒之间的下部区域，与所述内层筒同轴由内至外设置有所述内直管和所述外直管；在所述内层筒下部与所述内直管间围设形成所述顺时针旋流气通道，在所述内直管与所述外直管间围设形成所述中间直流气通道，在所述外直管与所述中间筒下部间围设形成所述逆时针旋流气通道；所述顺时针旋流体设置于顺时针旋流气通道的内部，所述顺时针旋流体由多个沿圆周方向布置的导流叶片组成，用于实现将轴向射流导向为顺时针旋转射流；所述逆时针旋流体设置于逆时针旋流气通道的内部，所述逆时针旋流体由多个沿圆周方向布置的导流叶片，用于实现将轴向射流导向为逆时针旋转射流；

16、在所述内层筒与所述中间筒围设形成的上部区域，形成所述混合通道；所述锥形稳流体为锥形实体结构，固定设置于所述圆盘的中心上部区域，且位于所述混合通道的中心处；所述锥形稳流体的设置用于减弱位于中心燃烧头中心区域的气流回流强度，并且减少到达中心燃烧头中心区域的纳米粉体材料的量，防止纳米粉体材料在中心区域的粘附和堆积。

17、本发明的有益效果为：

18、(1)本发明设计提出了环形雾化体，相比于常规采用的单喷嘴调节的雾化器，本发明所述的环形雾化体可通过沿着圆周方向均匀布置的多个前驱物通道，实现对液体前驱物的多通道同时供给，大幅增加了前驱物的供给流量及纳米粉体材料合成速度，同时，通过在液体前驱物射流两侧布置方向相反的高速剪切气流，能够确保对大流量下液体前驱物的瞬间雾化，提高了大流量下的前驱物雾化性能；

19、(2)在环形雾化体的内侧及外侧分别布置了位于内侧的中心燃烧头和位于外侧的周向微元燃烧头，能够确保纳米粉体材料合成过程处于稳定及均匀的高温环境下，提高纳米粉体材料的粒径分布均匀性及合成粉体材料的性能；

20、(3)考虑到位于内侧的中心燃烧头对整体火焰分布的影响重大，本发明通过构建顺时针旋流气通道、中间直流气通道和逆时针旋流气通道，能够分别形成顺时针旋转气流、直流气流和逆时针旋转气流，通过调整相邻两股气流间的气流流量比，可以实现对气流旋流强度和旋流方向的连续性有效调节，从而能够根据不用的纳米粉体材料合成需求，有效调节位于中心区域的气流流动及火焰分布特性，进而调节纳米粉体材料的火焰合成过程。