[发明专利]一种基于热管原理冷却的微热光电系统

说明书

技术领域

 本发明属于微动力机电系统领域，具体涉及一种微热光电系统。

背景技术

微热光电系统由微燃烧器、光电转化系统以及光电池冷却通道组成，由氢气和氧气在微燃烧器内燃烧释放出化学能，使燃烧器壁面处于高温状态，通过微燃烧器外表面选择性涂层材料，能发射一定波长的光谱，由半导体光伏材料吸收并进行光电转换，实现电能的输出，整个过程集中在数十立方厘米甚至数立方厘米的空间，能量密度高(为锂电池的10倍以上)，结构简单，成本低廉且电压稳定。

微热光电系统中的光电功能材料承受高温能力差，需要冷却才能维持发电系统正常工作，如何布置简单、高效的微冷却通道进而改善系统冷却性能、适应能量密度越来越高的趋势是微热光电系统急需解决的关键问题。

微燃烧器是系统的核心部件，要求其性能稳定，能提供持续、稳定的高温热源，同时安全性好，能量密度高，尾气排放符合环境要求。现有微燃烧器的缺陷是；1、当常规尺度的燃烧器缩小为数立方厘米时，火焰被局限在狭小空间里，氢气和氧气(空气)混合程度减弱，在燃烧器的停留时间缩短，易发生不完全燃烧，导致辐射器表面温度较低，能量转化效率不高。2、随着燃烧室尺寸的减小，燃烧室的表面积和体积比大幅增加，这使得微燃烧器散热损失急剧增加，降低了火焰温度，进而影响了火焰稳定性和发生熄火，热效率降低。

 发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足而提供一种能量转化效率高、性能稳定的微热光电系统。

本发明采用的技术方案是：具有微燃烧器，微燃烧器包括玻璃遮罩和设置在玻璃遮罩内腔中的微燃烧室，玻璃遮罩和微燃烧室的两侧及顶部之间均留有空隙，微燃烧室由微燃烧室外壳和多孔介质面板组成，微燃烧室外壳的顶板是多孔介质面板；在接近微燃烧室外壳底板处的微燃烧室外壳的内侧壁厚度减薄，形成一个突扩结构；在微燃烧室外壳的外侧壁上有选择性涂层；玻璃遮罩外侧壁固定贴合一层玻璃隔热层，玻璃隔热层与光电池的一侧紧密相连，光电池的另一侧与平板热管无缝连接；玻璃遮罩的底板上布置均与玻璃遮罩和微燃烧室之间的空隙相通的氢气入口和氧气入口；微燃烧室的正上方是气体冷却系统，气体冷却系统由冷却气体入口、冷却通道和冷却气体出口组成，冷却气体入口和冷却气体出口分别分布在气体冷却系统的前、后两侧，冷却气体入口和冷却气体出口之间连接冷却通道。冷却通道的底面由玻璃遮罩、玻璃隔热层以及光电池的顶面组合而成，冷却通道的左、右侧面是平板热管的内侧面。

本发明采用上述技术方案后具有如下有益效果：

1、本发明增设了燃料气体的预热通道，利用燃烧器壁面的散热加热预热气体，提高反应物焓值,同时氢气和氧气在预热通道上部空间充分混合，经多孔介质的进气面板均匀进入燃烧室， 提高燃烧反应速度和燃烧效率，获得相对均匀的温度场分布，降低燃料熄火间距，减小燃烧器的热量损失，提高能量利用效率。

2、本发明采用突扩结构的微燃烧器产生回流区实现稳定的微尺度燃烧，流道突然扩大，在突扩区内形成高温回流，增强燃料混合程度，延长燃料混合物在燃烧室的停留时间，有利于实现稳定燃烧。当混合气体流速不变时，微燃烧室的稳定燃烧界限有所扩展。

3、本发明利用流体相变换热极大提高通道散热能力，同时又避免常规高速气体冷却流动产生的噪声污染。

4、本发明不仅减小微燃烧室外壳侧壁的能量损失，提高燃气的进口焓，实现燃料气体较好的稳定燃烧，且燃烧效率提高，维持稳定燃烧的氢氧混合比区间相应扩展，有效提高能量利用率；利用基于热管原理的相变换热极大提高通道散热能力，能很好满足光电系统能量密度越来越高的需求。

附图说明

图 1 为本发明基于热管原理冷却的微热光电系统的外轮廓主视图；

图 2 为图1的左视图；

图 3 为图1的内部结构图； 

图 4 为图1中气体冷却系统4的俯视图及气体流向示意图；

图 5 为图1中气体冷却系统4的左视图；

图中：1.微燃烧器；2.光电池；3.平板热管；4.气体冷却系统；5.玻璃隔热层；6. 玻璃遮罩；7.微燃烧室外壳；8.氢气预热通道；9.气体混合区；10.多孔介质面板；11.氧气预热通道；12.涂层；13. 微燃烧室；14. 突扩结构；15.氢气入口；16. 排气出口；17.氧气入口；18. 冷却气体入口；19.冷却通道；20.冷却气体出口。

具体实施方式