[发明专利]一种基于环路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，具体涉及一种使用新型冷却装置的微热光电系统。

背景技术

近年来，随着电子元器件高频、高速、高度集成化及封装技术的迅猛发展，体积小、重量轻、能量密度高，适应节能减排要求的新型微热光电新能源系统得到了广泛应用。微热光电系统由微燃烧器、光电转化系统以及光电池冷却系统组成。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，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和存储，实现电能对外输出。冷却系统对光电池表面进行冷却，维持系统持续稳定运行。整个系统清洁无污染，不需外置驱动部件，结构简单，成本低廉，输出电压稳定，能量密度能够达到普通锂电池的10倍以上。

燃烧器是系统的核心部件，提供经燃烧产生的持续、稳定的高温热源。然而燃烧室微小型化后，其表面积与体积的比值(面体比)增加了2个数量级，使得通过壁面的能量损失和自由基销毁几率大大增加，火焰稳定性变差，易发生不完全燃烧，导致辐射器表面温度降低，能量转化效率不高。此外，燃烧室特征尺寸太小，燃料与氧化剂在燃烧室停留时间太短，混合不均匀，导致燃烧效率降低，吹熄极限和稳燃范围减小。

微冷却系统无论采用常规自然对流冷却或强迫对流冷却，由于尺寸的微型化，使得传热功率偏低。微型普通热管受到毛细极限、沸腾极限以及蒸汽连续流动极限的制约，亦不能适应系统能量密度越来越高的趋势，成为限制系统性能提高的一个瓶颈。因此，如何设计体积小、布置简单、传热功率大的高效微冷却通道，进而提高系统性能、是微热光电系统急需解决的一个关键问题。

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、冷却效果佳、系统性能稳定的新型微热光电系统。

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竖壁及顶部之间均留有空隙，玻璃遮罩底板和微燃烧室外壳底板相平。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，在微燃烧室外壳的多孔介质顶板与玻璃遮罩顶板内壁之间的顶部间隙布置泡沫铜；在距离多孔介质顶板一定距离，微燃烧室外壳的竖直内壁厚度减薄，一定距离后逐渐恢复到原厚度，形成一个凹腔结构；在微燃烧室外壳的外侧壁上有选择性涂层（光电池材料有不同选择，各种不同材料的光电池对光能的吸收范围不同，针对光电池材料的不同选取对应的涂层，故称为选择性涂层）；玻璃遮罩外壁面固定贴合一层玻璃隔热层，玻璃隔热层与光电池一侧紧密相连，光电池的另一侧与蒸发器无缝连接；玻璃遮罩底板上布置均与玻璃遮罩和微燃烧室之间的间隙相通的氢气入口和氧气入口，微燃烧室外壳的底板上布置有排气出口。采用环路热管系统对光电池进行冷却，该系统由微蒸发器、蒸汽管道、微冷凝器和液体管道组成。微蒸发器由封闭的外壳组成，在距离外壳底板一定高度两侧布置有两块上端倾斜的隔热板，隔热板倾斜面与蒸发器外壳竖壁内壁相连,将蒸发器分为沸腾腔和2个吸液腔；沸腾腔内垂直于蒸发室加热内壁面平行的焊接多片强化沸腾板，强化沸腾板下端与隔热板底端同一高度，强化沸腾板顶端与蒸发器外壳顶板内壁面的距离为强化沸腾板底端与蒸发器外壳底板内壁面距离的3倍；蒸发器外壳顶板上布置有蒸汽出口；吸液腔内布置有上端倾斜的多孔毛细芯，回流液体入口设置在蒸发器外壳的竖壁下部；吸液腔、隔热板和强化沸腾板底部留有矩形流道；蒸汽管道位于蒸发器的顶端，蒸汽经蒸汽管道流入微冷凝器；微冷凝器由冷凝腔体和布置在外壳外侧壁面的散热翅片组成。铝制冷凝器外壳通过密封圈与蒸发器、光电池、玻璃隔热层、玻璃遮罩的侧壁面相连，组成冷凝腔体，冷凝器腔体内部设计有菱形交错的柱状结构。冷凝器外壳的上端面开有蒸汽入口孔，冷凝器外壳的下端面布置有液体出口孔，此孔与蒸发器外壳竖壁下部的回流液体入口孔对应。

本发明采用上述技术方案后具有如下有益效果：

1.        系统清洁无污染；结构简单，无外置驱动部件，被动散热，非能动性优越；能量密度高且输出电压稳定；成本低廉；