[发明专利]一种用于航空涡喷发动机余热回收的近场热光伏发电装置

说明书

一种用于航空涡喷发动机余热回收的近场热光伏发电装置，涉及近场热光伏余热回收技术领域。为了解决如何在保证近场热光伏技术进行高效的余热回收发电的情况下，还能维持光伏电池的低温状态的问题。本发明中近场热光伏系统安装在发动机高温区域的外壁上，近场热光伏系统的内壁与发动机外壁相贴合；每个近场热光伏系统包括多组微分的近场热光伏单元和扇形支撑壳体；多组近场热光伏单元并排紧密排列在扇形支撑壳体内；每组近场热光伏单元包括一个选择性辐射器和一块光伏电池板，光伏电池板处于选择性辐射器远离热源的一侧，且光伏电池板与选择性辐射器之间保持真空纳米间隙；多块光伏电池板与电压调节器电连接。本发明主要用于航空发动机的余热回收。

技术领域

本发明涉及近场热光伏余热回收技术领域，尤其涉及一种用于航空涡喷发动机余热回收的近场热光伏发电装置。

背景技术

热光伏是一种通过光伏效应将热源工业废热、燃料燃烧和集中太阳辐射等释放的热能直接转换为电能的能源利用方法，但辐射器向光伏电池的辐射热传递会受到黑体辐射的限制，引入近场热光伏可以超越黑体辐射，突破远场热光伏的局限性。当辐射源与电池的间隔小于特征波长时，倏逝波会通过光子隧穿增强辐射传递，将光伏电池中的光生载流子提高几个数量级，可实现高效转换和大功率输出。

航空发动机燃料燃烧所产生的能量中有很大一部分通过热量散失，军用航空发动机燃烧室的工作温度已经超过了2000K，民用航空发动机也要达到1800-1900K，如果能对这部分高品位热能进行回收，将提升航空发动机整体的能量利用率。现有的航空发动机余热回收发电技术多基于朗肯循环或半导体温差发电，存在重量大、结构复杂、维护成本高和安全隐患大等弊端，运用近场热光伏技术进行余热回收可以很好的避免这些问题；而且在理想情况下，近场热光伏在1500K时能达到35％的能量转换效率及接近10⁵W/m²的电能输出；但是由于近场热光伏技术中光伏电池与选择性辐射器之间的距离达到微米甚至纳米级别，即使采用真空隔热，光伏电池也会不可避免的受到高温热源的影响，而光热电池需维持在较低温度下可以保证正常工作，故如何在保证近场热光伏技术进行高效的余热回收发电的情况下，还能维持光伏电池的低温状态是本发明需要考虑的重点问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：如何在保证近场热光伏技术进行高效的余热回收发电的情况下，还能维持光伏电池的低温状态的问题；进而提供一种用于航空发动机余热回收的近场热光伏发电装置，本发明的余热回收发电装置既结构简单、轻薄便携，又具有较高的输出功率，是一种极具潜力的航空发动机余热回收利用的装置。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种用于航空涡喷发动机余热回收的近场热光伏发电装置，它包括多个近场热光伏系统、电压调节器和多个相变换热器；所述的多个近场热光伏系统周向均匀安装在涡喷发动机高温区域的外壁上，近场热光伏系统的内壁与涡喷发动机的外壁相贴合；每个近场热光伏系统包括多组微分的近场热光伏单元和一个扇形支撑壳体；所述的多组近场热光伏单元并排紧密排列在扇形支撑壳体内；每组近场热光伏单元包括一个选择性辐射器和一块光伏电池板，所述的光伏电池板处于选择性辐射器远离热源的一侧，且光伏电池板与选择性辐射器之间保持真空纳米间隙；多块光伏电池板与电压调节器电连接；每个近场热光伏系统对应设置一个相变换热器，所述的相变换热器设置在支撑壳体与飞机蒙皮之间，相变换热器的热端与支撑壳体的外壁贴合，相变换热器的冷端与飞机蒙皮的内壁相贴合。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

1、本发明运用近场热光伏系统回收了航空发动机余热产出电能，不仅减少了发动机用来带动外部发电机所做的有用功，提高了航空发动机整体的能量利用率，而且将航空发动机燃烧室剩余的热能转化为可利用的电能，缓解了燃烧室的散热压力。