[实用新型]基于微尺度燃烧的紧凑型电源装置

说明书

技术领域：

本实用新型公开了一种把液滴或蒸发液体直接喷进燃烧区的燃烧器，具体涉及基于微尺度燃烧的紧凑型电源装置。

背景技术：

微尺度燃烧是近年来燃烧学领域兴起并蓬勃发展的一个分支，尽管开展研究的时间不长，但在很多重要的基础问题方面(如微尺度燃烧火焰稳定性、微尺度燃烧的热耦合、微尺度燃烧的强化等)取得了不错的成果。微尺度燃烧的兴起源于1997年麻省理工学院的Epstein和Senturia在《科学》上发表的“Macro Power from Micro Machinery”(“来自小机械的大能量”)。这一学术思想提出：氢气和烃类燃料(如甲烷和丙烷等)的能量密度远远高于普通电池等常规能源系统，如果能将燃料中的化学能有效地转化为电能或者其他形式的能量(如机械能)，就可以开发出能量密度更高的能源动力系统，实现能量系统的小型化甚至微型化。这种小型化或者微型化的能量系统有望取代用于手机或者笔记本电脑等设备中的电池，或者应用于对能量密度要求较高的领域，如军事、航空、航天等。因此，近几十年来此类基于燃烧的微动力系统成为国内、外研发机构的研究热点。科研人员研发了不同类型的基于微燃烧的微动力装置，其中具有代表性的包括：麻省理工学院研发的微型燃气轮机，日本东北大学研发的基于Brayton循环的微型燃气轮机，南加州大学加工的用于微型热电转换装置的三维“瑞士卷(Swiss-roll)”微燃烧器，加州大学伯克利分校研发的微型转子发动机，新加坡国立大学研发的微型热光伏系统等。同时部分学者通过实验发现，通过对微尺度燃烧器全填充或者部分填充多孔介质材料，利用多孔介质材料(固体)本身的导热和辐射，形成内部的热回流，以及改变火焰位置，可以使燃烧温度以及壁面辐射效率显著地提高，是一种提高微燃烧系统效率的可行途径。

目前来看，基于微燃烧的可能的能量利用方式已经被广泛研究，其中热光伏转换、热电转换、热离子转换等几种转换方式由于没有运动部分，能够减小摩擦损失、泄露和消除了噪音，同时具有发电方式可靠性高，连续运行时间长、不需要维修保养等优点而被专家学者们所关注。这几种没有运动部分的转换途径中，相对而言通过热光伏转换和热电转换的效率较高，而且结构较为简单，因此成为微尺度发电装置比较理想的选择。热光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将热辐射直接转变为电能的一种技术。温差发电的原理为热电效应，即当热电模块的两端温度不相同时，材料中的电子或空穴会由高温区向低温区移动，从而产生电流或电荷堆积。然而，因为热光伏发电模块只有在高温(高于1000K)时，才能有较高的热电转化效率，所以在单独利用热光伏发电模块进行热电转换的系统中会有较多的余热被浪费掉。而热电模块因为材料的限制，只能利用于中低温热源，例如常见的Bi-Te型热电模块只能在低于600K下使用。

发明内容：

本实用新型目的是开发具有高能量密度的电源系统的原型机，通过对微尺度燃烧器结构的改进，在保持微尺度燃烧器结构紧凑的优势下，利用热光伏发电模块和温差发电模块的串联使用，对不同品位的热能在同一套系统内实现同时利用，优化了热源和能量转换装置之间的匹配，从而实现热-电转换功率的最大化，提高微燃烧系统的整体效率。具体技术方案如下：

基于微尺度燃烧的紧凑型电源装置，包括：燃烧器(1)，燃料从燃烧器一端进入，然后燃烧，废气从另一端排出；位于燃烧器外且沿燃料喷射方向依次串接的热光伏发电模块(3)、温差发电模块(4)。

作为优选方案，热光伏发电模块、温差发电模块将燃烧器分为前半段、后半段，还包括：位于前半段内的金属网(5)，用来调节调节燃烧火焰在燃烧器中的位置。

作为进一步优选方案之一，所述金属网为波浪形折叠。

作为进一步优选方案之二，还包括：位于后半段内且位于燃烧器与温差发电模块夹层中的金属隔板(2)，降低温差发电模块的工作温度。

本实用新型通过对微尺度燃烧器的改进，将热光伏发电模块与温差发电模块串联使用，实现在结构紧凑的前提下，高品位热能与低品位热能的同时利用，同时提高了微尺度燃烧器的热-电转换功率。

附图说明：

图1是本实用新型实施例装置的结构示意图；图中，1代表燃烧器，2代表金属隔板，3代表热光伏发电模块，4代表温差发电模块，5代表金属网，6代表金属散热器，7代表散热风扇。

图2是本实用新型实施例中燃烧器与隔板的结构示意图；

图3是图2沿A-A方向剖视图。

图4是本实用新型实施例装置中波浪形折叠金属网不锈钢的示意图。

具体实施方式：

实施例：