CN103321780A - 一种微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置 - Google Patents

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本发明涉及一种微脉动燃烧电能和推力产生方法，该方法的步骤为：（1）由微脉动燃烧装置将化学能转换成热能及物理能，并将物理能直接形成推力，同时微脉动燃烧装置的热能转换成光能；（2）由光电转换装置将光能转换成电能并输出。一种微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：由微型里克脉动燃烧器、光电转换装置组成，光电转换装置固装于微型里克脉动燃烧器外壁，所述微型里克脉动燃烧器由供气装置、点火装置、燃烧装置组成，供气装置、点火装置均固装于燃烧装置上。本发明微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置，其方法和结构设计科学合理，具有结构简单、制作容易、能源利用率高、适用范围广泛等优点，具有较高创新性。

Description

一种微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置
技术领域
本发明属于微动力机电系统领域，特别涉及一种微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置。
背景技术
近几十年来，微型装置及其系统如传感器、微尺度飞行器、微型医疗器械、微泵、微型马达等在国防、科研、医疗和工业等领域应用广泛。上述装置、系统和产品均要求能量供应系统具有体积小、重量轻、能量密度高和持续时间长等特点。碳氢燃料的储能密度约为40～50MJ／kg，目前普遍使用的、性能最好的锂离子电池只有0.4～0.5MJ／kg。即使燃料的化学能的10％转变为电能，碳氢燃料提供的储能密度也超过电池l0倍以上。由于碳氢燃料廉价和高储能密度的优点，基于燃烧的微型发电系统和微型推进系统的研究已经成为最近几年美国、日本、欧洲各国能源与环境界研究热点。
目前微型发电和推进系统的核心部件-微燃烧器都是基于稳态连续燃烧方式，如三层硅基微燃烧器、六层硅片微燃室、三维的瑞士卷式燃烧器等各种微燃烧器。这些微燃烧器可将燃料的化学能转化为动能和电能，但由于其结构复杂，加工制造困难。另外，稳态连续燃烧方式燃烧强度低，在微尺度效应下将出现燃烧器内工作不稳定、燃烧不完全、燃烧效率和热效率低，污染物排放浓度高等问题。为克服基于稳态连续燃烧方式的微燃烧器的缺点，课题组提出了一种基于脉动燃烧方式的微脉动燃烧器（中国专利文献201220238101.9）。基于燃料脉动燃烧的微燃烧器具有燃烧强度大、燃烧效率高，运行稳定等优点，还具有结构简单、无运动部件、易于操作的特点，避免了摩擦、密封、加工装配等难点。上述微脉动燃烧器虽然解决了脉动燃烧问题，但其产生的热能并未得到充分利用，也并未解决推力和电能的产生问题。为此，在微脉动燃烧器基础上，课题组开发了一种基于燃料脉动燃烧方式的微电能和推力产生方法和装置。新的电能和推力装置采用微脉动燃烧器，可高效地将燃料化学能转化为热能和机械能，其中热能进一步转化为电能。作为电能发生器，其工作过程热效率高、污染物排放小，同时结构设计简单易行，具有突出的优势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、制作容易、可使热能充分利用、并可同时产生推力和电能的微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种微脉动燃烧电能和推力产生方法，其特征在于：该方法的步骤为：
（1）.由微脉动燃烧装置将化学能转换成热能及物理能，并将物理能直接形成推力，同时微脉动燃烧装置的热能转换成光能；
（2），由光电转换装置将光能转换成电能并输出。
一种微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：由微型里克脉动燃烧器、光电转换装置组成，光电转换装置固装于微型里克脉动燃烧器外壁，所述微型里克脉动燃烧器由供气装置、点火装置、燃烧装置组成，供气装置、点火装置均固装于燃烧装置上。
而且，所述供气装置为两组，分别固装于燃烧装置两侧，均由流量控制装置、供气阀、燃料气瓶、输气管组成，燃气瓶、供气阀、流量控制装置依次连接在输气管上，输气管末端固装于燃烧装置上。
而且，所述燃烧装置由燃烧器尾管、金属纤维网或火焰稳定器组成，金属纤维网或火焰稳定器固装于燃烧器尾管内轴向四分之一处。
而且，所述光电转换装置，由光电板外套、电能输出装置组成，光电板外套套装于尾管外周，电能输出装置固装于光电板外套上并与光电板外套电连接。
本发明的优点和积极效果是：
1.本发明微脉动燃烧电能和推力产生装置结构简单，制作容易。
2.本发明微脉动燃烧电能和推力产生装置采用微脉动燃烧器作为核心部件，将微脉动燃烧技术的优点融入转换系统，可高效地将燃料化学能转化为热能和物理能，既节约能源，又降低污染物的排放量。
3.本发明微脉动燃烧电能和推力产生装置可将尾管吸收的热能转换成电能，既大大的提高了能源利用效率，又增大了燃烧器的功能和适用范围。
4.本发明微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置，其方法和结构设计科学合理，具有结构简单、制作容易、能源利用率高、适用范围广泛等优点，是一种具有较高创新性的微脉动燃烧电能和推力产生装置。
附图说明
图1为本发明微脉动燃烧电能和推力产生装置结构示意图；
图2为本发明微脉动燃烧电能和推力产生装置的工作原理图。
附图标记说明
1-流量控制装置，2-供气阀，3-燃料气瓶，4-输气管，5-金属纤维网，6-尾管，7-光电板外套，8-电能输出装置，9-点火装置。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种微脉动燃烧电能和推力产生方法，其方法为：第一步，由微脉动燃烧装置将化学能转换成热能、物理能，并将物理能直接形成推力，将热能转换成光能；第二步，由光电转换装置将光能转换成电能并输出。
一种微脉动燃烧电能和推力产生装置，由微型里克脉动燃烧器、光电转换装置组成，光电转换装置固装于微型里克脉动燃烧器外壁，所述微型里克脉动燃烧器由供气装置、点火装置9、燃烧装置组成，供气装置、点火装置均固装于燃烧装置上。
供气装置为两组，分别固装于燃烧装置两侧，均由流量控制装置1、供气阀2、燃料气瓶3、输气管4组成，燃气瓶、供气阀、流量控制装置依次连接在输气管上，输气管末端固装于燃烧装置上。
燃烧装置由燃烧器尾管6、金属纤维网5组成，金属纤维网固装于燃烧器尾管内轴向四分之一处。
光电转换装置，由光电板外套7、电能输出装置8组成，光电板外套套装于尾管外周，电能输出装置固装于光电板外套上并与光电板外套电连接。
本微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置的工作原理为：
首先，金属纤维网在点火装置电源产生的电流作用下加热变红，温度升高。然后，燃气装置将燃气通过输气管充入微脉动燃烧器的1/4处-金属纤维网位置，在加热金属纤维网作用下被点火燃烧。由于微燃烧器根据特殊声学结构（里克管）设计，微燃烧器内将产生自激励燃烧（脉动燃烧），空气或氧气自动吸入。燃烧强烈的高温火焰使得燃烧室尾管产生高速振荡烟气流，由尾管排出，该烟气流具有一定的动量，可直接作为推力使用。同时，高温火焰使得燃烧器尾管金属壁面发射出的大量光子，继而撞击在光电板外套上而转换成电能由电能输出端输出。本发明将微脉动燃烧技术的优点融入转换系统，可高效地将燃料化学能转化为热能和物理能，既节约能源，又降低污染物的排放量；本发明可将尾管吸收的热能转换成电能，既大大的提高了能源利用效率，又增大了燃烧器的功能和适用范围。
本实施例中，氢气具有热值高、反应时间短和火焰传播速度高、扩散速率高等优点，因此选择氢气作为燃气，同时氢气燃烧的产物为零污染的水蒸气，对环境无害。里克型微脉动燃烧器采用直管结构，管内径为12毫米，壁厚1.8毫米，整长为25厘米。材质使用具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性及耐高温性的2520不锈钢制成，其主要参数见下表：
材料名称 2520不锈钢
导热率 14.2W/m.℃
密度 7.8g/cm3
熔点 1400-1450℃
光电板为市售部件。通过调节燃气流量来调节该装置的电能输出量。

Claims (5)

1.一种微脉动燃烧电能和推力产生方法，其特征在于：该方法的步骤为：
（1）.由微脉动燃烧装置将化学能转换成热能及物理能，并将物理能直接形成推力，同时微脉动燃烧装置的热能转换成光能；
（2），由光电转换装置将光能转换成电能并输出。
2.一种微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：由微型里克脉动燃烧器、光电转换装置组成，光电转换装置固装于微型里克脉动燃烧器外壁，所述微型里克脉动燃烧器由供气装置、点火装置、燃烧装置组成，供气装置、点火装置均固装于燃烧装置上。
3.根据权利要求2所述的微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：所述供气装置为两组，分别固装于燃烧装置两侧，均由流量控制装置、供气阀、燃料气瓶、输气管组成，燃气瓶、供气阀、流量控制装置依次连接在输气管上，输气管末端固装于燃烧装置上。
4.根据权利要求2所述的微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：所述燃烧装置由燃烧器尾管、金属纤维网或火焰稳定器组成，金属纤维网或火焰稳定器固装于燃烧器尾管内轴向四分之一处。
5.根据权利要求2所述的微脉动燃烧电能和推力产生装置，其特征在于：所述光电转换装置，由光电板外套、电能输出装置组成，光电板外套套装于尾管外周，电能输出装置固装于光电板外套上并与光电板外套电连接。
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