CN101691201B - 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置 - Google Patents

一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101691201B
CN101691201B CN2009101842097A CN200910184209A CN101691201B CN 101691201 B CN101691201 B CN 101691201B CN 2009101842097 A CN2009101842097 A CN 2009101842097A CN 200910184209 A CN200910184209 A CN 200910184209A CN 101691201 B CN101691201 B CN 101691201B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
parallel plate
combustion chamber
power device
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009101842097A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101691201A (zh
Inventor
潘剑锋
陈俊杰
杨文明
吴庆瑞
薛宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN2009101842097A priority Critical patent/CN101691201B/zh
Publication of CN101691201A publication Critical patent/CN101691201A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101691201B publication Critical patent/CN101691201B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置，属于微动力机电系统领域.其由微平行板燃烧室(1)，电子点火电极(2)，气体混合器(3)，真空透光隔热层(4)，光伏电池板(5)，喷管(6)组成，其中所述微平行板燃烧室(1)与气体混合器(3)通过导管连接，电子点火电极(2)置于微平行板燃烧室(1)平行板上燃料进口处用于点火；微平行板燃烧室(1)下部做成内嵌的喷管(6)；微平行板燃烧室(1)两侧为真空透光隔热层(4)，隔热层外侧为光电池(5)。该装置能高效的利用能源，产生巨大功率输出，同时简化动力机械结构设计，减少排放污染物的产生。

Description

一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置
技术领域
本发明属于微动力机电系统(Power MEMS，简称微动力系统)领域，是基于微尺度预混合燃烧的微热光电能量转换技术和喷气推力转化技术的联合，能利用燃料燃烧产生的化学能同时产生动能与电能的动力装置。
背景技术
从动力机械发展的历史进程看，每当能源装置的能量密度产生一个飞跃，都会给社会和经济带来深远的影响。18世纪的蒸汽发动机，以0.005W/g的能量密度为标志，引发了当时的工业革命。从19世纪到现在，内燃机的发展使能量密度达到了0.05-1.0W/g，从而使整个交通运输发生了巨变。20世纪研发的航空航天发动机使能量密度进一步上升到10W/g。喷气式飞机大大缩短了整个世界的距离。微动力装置的能量密度将冲破100W/g的大关。可以说，它是动力机械发展的第四个里程碑，它给现代社会带来的影响将是重大而深远的。
近年来，在国外，尤其是美国，相继开展了微动力机电系统(Power MEMS)和微发动机(micro-engine)的研究工作。碳氢燃料的能量密度(120MJ/Kg)大约是锂电池(1.2MJ/Kg)的100倍，由此人们提出了以燃烧为基础的微动力系统，即直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，然后依靠各种能量转换方式提供动力或产生电能。此外，这种微动力系统还具有成本低廉，产生的电压稳定等优点。美国、日本以及欧洲的大学和研究机构相继开展了这方面的研究，并开发出不同形式的样机，如：微燃气轮机、微型往复式电力发生器和微型转子发动机等。这些非直接能量转换的微型动力装置基本上都是将常规动力机械按比例缩小所得到的版本，由于高速运动部件的存在及机械传动的原因，在微观领域，这些装置在热损失、摩擦、密封、加工以及装配等方面遇到比常规装置要大得多的困难。
在国内，本课题组研究出一种基于微热光电技术的微燃烧动力系统——微热光电系统，它的基本原理是：燃料和氧化剂经微型混合器混合后，进入微燃烧室中燃烧。当壁面被加热到一定高温时，就会放出光子。当它们撞击光电池时，会激发出自由电子，从而产生电能。相对于前面几种微动力机，其具有无运动部件，易操作的优点。
微燃烧器是微热光电系统中最为重要的组成部分之一，其设计决定了内部燃烧的稳定性和外壁面温度的分布情况。目前，常见的微热光电系统的燃烧器为圆柱形，混合气在微火焰管内的驻留时间较短，燃烧不够充分，系统的整体转化效率不高。为此，课题组研发出了“平行板模块式微热光电系统”，并已展开了相关研究工作。平行板微型燃烧室的加工装配更加容易，而且方便实现多个系统之间的模块化组合，从而有利于单位体积能量输出密度的进一步提高。
微燃烧除了通过光电转换，将光能转化为电能外，产生的高温高压气体还有巨大的利用空间。如果在微燃烧室出口处接一个喷管，则高温高压气体降压增速，产生推力，气体热能将转化动能输出。这样燃料微燃烧产生的化学能转化为电能和动能输出，能量得到充分利用。
鉴于以上优点，如果将此基于微热光电技术的微燃烧动力系统加以改进，应用于动力机械，作为动力驱动装置，必将大大提高能源利用率，产生巨大功率输出，同时简化动力机械结构设计，减少排放污染物的产生。
发明内容
本发明目的是为机械设备设计一种新型的驱动装置，该驱动装置基于微燃烧动力技术设计，可以大大提高能源利用率，减少环境污染。同时，成本相对较低，结构十分简单，大大简化动力机械设计。
本发明的结构图如说明书附图2所示，它由图2中的气体混合器3、微平行板燃烧器(包括微平行板燃烧室(1)、电子点火电极(2)、真空透光隔热层(4)、光电池(5)与喷管(6)两部分构成。微平行板燃烧室1使用有较强耐高温性能的SiC陶瓷烧结而成，平板长宽为10mm×6mm，两板之间间隙厚度为1mm。SiC是一种耐高温性能良好而且廉价的宽带宽黑体辐射材料，其主要参数见下表：
  材料名称   碳化硅
  导热系数   92W/m·k
  密度   3.10g/cm3
  吸收比(红外辐射率)   0.77(法线方向)
微燃烧室1再与气体混合器3通过铜制导管连接，导管与微平行板燃烧室(1)及气体混合器(3)的连接均用耐高温胶粘接，电子点火电极(2)置于微平行板燃烧室(1)燃料进口处用于点火，用耐高温胶密封插口。微燃烧室下部做成内嵌的喷管(6)，燃烧产生的高温高压气体在此处降压增速，产生推力，用于驱动动力机械。微燃烧室(1)两侧为间距1mm真空透光隔热层(4)，材料采用石英玻璃，四周用隔热胶的粘合，然后抽掉空气形成真空制成。这一方面防止热量通过热传导损失，另一方面让燃烧辐射出的大量光子透过。隔热层外侧为光电池(5)，通过简单的固定卡具与空透光隔热层并排放置在一起。光伏电池板(4)吸收燃烧辐射出的光子，转化为电能，用于动力机械的供电系统。气体混合器(3)通过一个质量流量控制器来调节进入微型燃烧室(1)的气流流速。
本发明的特点在于在以往的微热光电动力系统的基础上，将微燃烧产生的高温高压气体的热能加以利用，通过喷管转化为气体动能，产生推力做功。另外，采用石英真空透光隔热层，辐射表面和光电池之间的热量交换被有效的减少，故能起到了很好的隔热效果。
由以上可看出，此微型动力驱动系统通过两平行平板间的微燃烧，燃烧释放出来的热量会使平板的温度升高，从而辐射出大量光子，当这些光子碰到光电池时，就激发出自由电子而输出电能。另一方面产生高温高压的气体，经喷管降压增速，产生推力，驱动动力装置。可见，能源得到了充分利用。
附图说明
图1为能量转换原理图；
图2为新型动力驱动装置结构示意图，1-微平行板燃烧室，2-电子点火电极，3-气体混合器，4-真空透光隔热层，5-光电池，6-喷管；
图3为微平行板燃烧器主视中心平面剖视图；
图4为微平行板燃烧器左视中心平面剖视图，1-微平行板燃烧室，4-真空透光隔热层，5-光电池，6-喷管。
具体实施方式
如说明书附图1所示，氢-氧燃料经气体混合器3按一定比例混合，进入微平行板燃烧室1，经过电子点火电极2点燃后燃烧，高温释放出光子经真空石英隔热层4打到外部的光伏电池上，转化成电能输出。另外高温高压尾气经尾喷管6降压增速，由内能转化为动能产生推力。对应于不同电压/电流、推力要求，可以通过调节燃烧流量、串联多个微燃烧器来实现。所用燃料应该优先选择氢气，生成的尾气为无污染的高温水蒸气。人畜肥堆沤、材料加工工厂废料等产生的生物质沼气经过简单脱硫装置过滤后也可作为装置的燃料，燃烧产物为水蒸气和二氧化碳混合气，与直接排放沼气或燃烧传统化石燃料相比，很大程度地预防或减小了环境污染。

Claims (2)

1.一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置，其特征在于由微平行板燃烧室(1)，电子点火电极(2)，气体混合器(3)，真空透光隔热层(4)，光电池(5)，喷管(6)组成，其中所述微平行板燃烧室(1)与气体混合器(3)通过导管连接，电子点火电极(2)置于微平行板燃烧室(1)平行板上燃料进口处用于点火；微平行板燃烧室(1)下部做成内嵌的喷管(6)；微平行板燃烧室(1)两侧为真空透光隔热层(4)，隔热层外侧为光电池(5)；其中微平行板燃烧室(1)由耐高温性能的SiC陶瓷材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置，其特征在于真空透光隔热层(4)由石英玻璃制成。
CN2009101842097A 2009-08-14 2009-08-14 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置 Expired - Fee Related CN101691201B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101842097A CN101691201B (zh) 2009-08-14 2009-08-14 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101842097A CN101691201B (zh) 2009-08-14 2009-08-14 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101691201A CN101691201A (zh) 2010-04-07
CN101691201B true CN101691201B (zh) 2011-12-21

Family

ID=42079941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101842097A Expired - Fee Related CN101691201B (zh) 2009-08-14 2009-08-14 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101691201B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102278741B (zh) * 2011-05-20 2013-03-13 江苏大学 一种基于碳氢燃料的双喷口平板式微燃烧室
CN106100518B (zh) * 2016-06-14 2019-03-19 中国工程物理研究院材料研究所 非能动微热光电、微热电和微热联合动力系统的实现方法
CN107740734A (zh) * 2017-09-28 2018-02-27 江苏大学 一种基于微尺度燃烧的自供能点火推进器
CN110748881B (zh) * 2019-11-08 2021-07-13 江苏科技大学 微尺度燃烧发电装置及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512108A (en) * 1994-09-29 1996-04-30 R & D Technologies, Inc. Thermophotovoltaic systems
US5932885A (en) * 1997-05-19 1999-08-03 Mcdermott Technology, Inc. Thermophotovoltaic electric generator
US6177628B1 (en) * 1998-12-21 2001-01-23 Jx Crystals, Inc. Antireflection coated refractory metal matched emitters for use in thermophotovoltaic generators
CN1330083C (zh) * 2003-05-16 2007-08-01 浙江大学 一种热电式微型电源
CN101383571A (zh) * 2008-05-05 2009-03-11 江苏大学 平行板模块式微热光电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512108A (en) * 1994-09-29 1996-04-30 R & D Technologies, Inc. Thermophotovoltaic systems
US5932885A (en) * 1997-05-19 1999-08-03 Mcdermott Technology, Inc. Thermophotovoltaic electric generator
US6177628B1 (en) * 1998-12-21 2001-01-23 Jx Crystals, Inc. Antireflection coated refractory metal matched emitters for use in thermophotovoltaic generators
CN1330083C (zh) * 2003-05-16 2007-08-01 浙江大学 一种热电式微型电源
CN101383571A (zh) * 2008-05-05 2009-03-11 江苏大学 平行板模块式微热光电系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anja Bieberle-H utter,et al..A micro-solid oxide fuel cell system as battery replacement.《J.Power Sources》.2007, *
Yang Wenming et al..Effect of wall thickness of micro-combustor on the performance of.《Sensors and Actuators》.2004, *
汤根生.平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟.《中国优秀博硕士学文论文全文数据库》.2005, *
潘剑锋等.微热光电系统原型的设计制造和测试.《工程热物理学报》.2005, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101691201A (zh) 2010-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chou et al. Porous media combustion for micro thermophotovoltaic system applications
CN101539293B (zh) 一种带有预热通道的微平行板燃烧器
CN103090384B (zh) 一种多孔介质回热型微尺度燃烧器
CN101691201B (zh) 一种基于微燃烧产生电能和推力的新型动力装置
US9605660B2 (en) Apparatus for heating working fluid of gas turbine-solar power generation system
CN201699625U (zh) 一种便携式微热光电装置
CN103311560A (zh) 固体氧化物燃料电池发电系统及其电池堆
CN104649227A (zh) 基于透氧膜的太阳能综合利用系统
TW201142146A (en) Compound-type electric power generation system
CN1829067A (zh) 微燃烧电产生器
WO2008105285A1 (ja) 燃料電池モジュール
CN103426962A (zh) 一种利用太阳能和燃料化学能的新型分布式热电联产系统
CN105240228A (zh) 一种太阳能斯特林发电装置
CN104425831A (zh) 一种发电方法及其系统
CN101505120A (zh) 矿井乏风逆流氧化温差发电系统
Yang et al. Microthermophotovoltaic power generator with high power density
CN203907607U (zh) 一种利用废气预热的旋流微燃烧器
CN201656860U (zh) 一种催化燃烧温差发电结构
CN102052254B (zh) 一种利用风能和燃料化学能的电力发生器
CN206329392U (zh) 一种生物质发电装置
CN203068515U (zh) 一种多孔介质回热型微尺度燃烧器
CN103321780B (zh) 一种微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置
CN201426102Y (zh) 一种矿井乏风逆流氧化温差发电装置
CN2879528Y (zh) 一种微燃烧电产生器
CN110821591B (zh) 一种无蓄热的绝热压缩空气储能方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111221

Termination date: 20140814

EXPY Termination of patent right or utility model