CN107588673A - 一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置，包括微燃烧室和相变储能发电系统，所述相变储能发电系统包括温差发电模块和相变储能装置，所述相变储能装置固定在微燃烧室长度方向的外表面；所述相变储能装置内部填充相变储能材料；所述第二陶瓷支撑片与第一陶瓷支撑片相互平行，所述N型半导体和P型半导体交替排列在第一陶瓷支撑片和第二陶瓷支撑片之间，且通过导电片串联连接；所述第二陶瓷支撑片另一端面上安装散热翅片；所述导电片与储能装置连接。本发明能够有效解决现有微燃烧发电技术中高温端温度分布不均问题，提高了装置的发电稳定性及发电效率，同时相变储能系统在微燃烧室停止燃烧后能持续提供热量，提高了能源使用效率。

Description

一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置

技术领域

本发明涉及微燃烧技术领域，特别涉及一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置。

背景技术

随着微型加工技术的发展，微型机电系统(Micro Electro-Mechanical System，简称MEMS)被广泛应用于各个领域，而微型化后的机电系统，其大小将会受限于电源或动力装置的形状及尺寸。传统的电化学电池存在能量密度低，寿命短等缺点且充放电时间长，其通用性和适应性不及微燃烧发电装置。

微尺度燃烧器作为发电装置的核心部件面体比大约为500m^-1，比常规燃烧器的面体比增大了两个数量级，因此其热损失与产热量之比要比常规燃烧器大两个数量级。对于现阶段的微燃烧发电装置而言，燃烧器壁面损失的热量未得到充分利用造成了能源浪费，使得发电效率低下。

微燃烧发电装置的发电方式主要有热光伏发电和温差发电两种。在温差发电模块的研究和设计中，由Seebeck效应可知，温差发电输出电压与发电模块冷热两端的温度差成正比，若高温热源端的温度分布不均或者不稳定，将影响其电能输出的稳定性和装置整体效率。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其目的在于通过将相变储能系统与微燃烧发电装置结合，能够有效解决现有微燃烧发电技术中高温端温度分布不均问题，提高了装置的发电稳定性及发电效率。同时相变储能系统在微燃烧室停止燃烧后能持续提供热量，提高了能源使用效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置，包括微燃烧室和相变储能发电系统，所述相变储能发电系统安装在微燃烧室长度方向的外表面两侧，且对称分布；所述相变储能发电系统包括温差发电模块和相变储能装置，所述相变储能装置固定在微燃烧室长度方向的外表面；所述相变储能装置内部填充相变储能材料；所述温差发电模块包括第一陶瓷支撑片、第二陶瓷支撑片、N型半导体和P型半导体，所述第一陶瓷支撑片固定在所述相变储能装置上；所述第二陶瓷支撑片与第一陶瓷支撑片相互平行，所述N型半导体和P型半导体交替排列在第一陶瓷支撑片和第二陶瓷支撑片之间，且通过导电片串联连接；所述第二陶瓷支撑片另一端面上安装散热翅片；所述导电片与储能装置连接。

进一步，所述微燃烧室为两侧开口矩形，所述微燃烧室一侧为进气口，另一侧为排气口；所述微燃烧室设有多孔介质区域；所述多孔介质区域到所述进气口距离为所述微燃烧室长度的2/3～3/4倍，所述多孔介质区域优选氧化铝，所述多孔介质区域的孔隙率优选0.6～0.9。

进一步，所述多孔介质区域浸渍有催化剂，所述催化剂优选金属铂。

进一步，所述微燃烧室的上下内壁截面为对称分布的连续梯形方波形状，所述微燃烧室上下内壁截面内壁面最宽处为H1，所述微燃烧室上下内壁截面内壁面最窄处为H2，H1：H2为1.6～1.9；所述梯形方波底角A为30°～35°。

进一步，所述相变储能材料为金属相变储能材料，金属相变储能材料的相变温度在400℃～800℃之间。

进一步，所述相变储能装置与微燃烧室通过高温胶粘连固定，且粘接处涂有导热脂，用于强化传热。

进一步，还包括弹性补偿片，所述弹性补偿片安装在第二陶瓷支撑片与所述N型半导体和P型半导体之间，用于消除热应力。

进一步，还包括隔热挡板，所述热挡板安装在所述散热翅片和微燃烧室之间，且将所述温差发电模块和相变储能装置包围。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，通过上下内壁截面为对称分布的连续梯形方波形状，对微燃烧室内流场进行了优化，增强了可燃气体在微燃烧室内的空间反应以及停留时间，使燃料燃烧更加充分，微燃烧器内的高温反应区域得到更好的扩展形成稳燃区域。

2.本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，相变储能装置能高效地吸收燃烧器释放的热量进行储能，相变储能材料储能方式为相变潜热相比于其它储能方式大得多，在相变过程中将吸收或释放大量的能量，其温度和热流基本恒定，从而为温差发电模块提供了稳定的高温热源。且相变储能装置可在微燃烧室停止工作时利用相变储能材料相变过程中储存的热量继续为温差电池提供高温源，有效提高燃料的利用率。

3.本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，在相变储能装置提供稳定高温热源的前提下，温差发电模块稳定地将热能直接转换为电能，为工作部件提供稳定连续的工作环境。

4.本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，结合了微燃烧技术、相变储能技术以及温差发电技术，能够有效解决现有微燃烧发电技术中高温端温度分布不均问题，提高了装置的发电稳定性及发电效率。同时相变储能系统在微燃烧室停止燃烧后能持续提供热量，提高了能源使用效率。

附图说明

图1为本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置结构示意图。

图2为图1的内部结构示意图。

图3为图1的剖面图。

图中：

1-第一温差发电模块；2-第二温差发电模块；3-第一相变储能装置；4-第二相变储能装置；5-微燃烧室；6-隔热挡板；7-多孔介质区域；8-散热翅片；9-第二陶瓷支撑片；10-第一陶瓷支撑片；11-弹性补偿片；12-导电片；13-相变储能材料；14-N型半导体；15-P型半导体。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2和图3所示，本发明所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，包括微燃烧室5和相变储能发电系统，所述相变储能发电系统安装在微燃烧室5长度方向的外表面两侧，且对称分布；由于结构对称，下面用一侧来描述，所述相变储能发电系统包括第一温差发电模块1和第一相变储能装置3，所述第一相变储能装置3固定在微燃烧室5长度方向的外表面；所述第一相变储能装置3内部填充相变储能材料13；所述第一温差发电模块1包括第一陶瓷支撑片10、第二陶瓷支撑片9、N型半导体14和P型半导体15，所述第一陶瓷支撑片10固定在第一所述相变储能装置3上；所述第二陶瓷支撑片9与第一陶瓷支撑片10相互平行，所述N型半导体14和P型半导体15交替排列在第一陶瓷支撑片10和第二陶瓷支撑片9之间，且通过导电片12串联连接；所述第二陶瓷支撑片9另一端面上安装散热翅片8；所述导电片12与储能装置连接。

所述微燃烧室5为两侧开口矩形，所述微燃烧室5一侧为进气口，另一侧为排气口；所述微燃烧室5设有多孔介质区域7；所述多孔介质区域7到所述进气口距离为所述微燃烧室5长度的2/3～3/4倍，所述多孔介质区域7优选氧化铝，所述多孔介质区域7的孔隙率优选0.6～0.9。所述多孔介质区域7浸渍有催化剂，所述催化剂优选金属铂。所述微燃烧室5的上下内壁截面为对称分布的连续梯形方波形状，所述微燃烧室5上下内壁截面内壁面最宽处为H1，所述微燃烧室5上下内壁截面内壁面最窄处为H2，H1：H2为1.6～1.9；所述梯形方波底角A为30°～35°。

实施例具体结构为，微燃烧室5外部呈矩形结构，长为20mm宽为16mm高为3mm；所述微燃烧室5的上下内壁截面为对称分布的连续梯形方波形状，所述微燃烧室5上下内壁截面内壁面最宽处为H1，所述微燃烧室5上下内壁截面内壁面最窄处为H2，H1：H2为1.6～1.9；倾角A为30°～35°；所述多孔介质区域7到所述进气口距离为所述微燃烧室5长度的2/3～3/4倍；微燃烧室5可选用碳化硅(SiC)加工；所述多孔介质材料为氧化铝，孔隙率采取0.6～0.9，浸渍有催化剂金属铂。第一相变储能装置3和第二相变储能装置4外部呈矩形结构，整体尺寸长为16mm、宽为12mm、高为2.5mm，壁厚1mm，可选用耐高温不锈钢加工。相变储能材料13为金属相变储热材料，具体为Al-Cu-Mg-Zn-Si复合金属相变储热材料，本实施例材料相变温度在600℃～750℃之间；第一相变储能装置3和第二相变储能装置4与微燃烧室5通过高温胶粘连并涂有导热硅脂强化传热。

第一半导体温差发电模块1和第二半导体温差发电模块2均包括第一陶瓷支撑片10、第二陶瓷支撑片9、N型半导体14和P型半导体15，所述第一陶瓷支撑片10固定在第一所述相变储能装置3上；所述第二陶瓷支撑片9与第一陶瓷支撑片10相互平行，所述N型半导体14和P型半导体15交替排列在第一陶瓷支撑片10和第二陶瓷支撑片9之间，且通过导电片12串联连接；本实施例中N型半导体为PbTe热电材料，P型半导体的材料为Si0.8Ge0.2热电材料，每组单级温差发电器含有1个N型半导体和1个P型半导体，第一半导体温差发电模块1和第二半导体温差发电模块2均由23组单级温差发电器串联。所述第二陶瓷支撑片9另一端面上安装散热翅片8；所述导电片12与储能装置连接。所述弹性补偿片11安装在第二陶瓷支撑片9与所述N型半导体14和P型半导体15之间，用于消除热应力。

如图1所示，所述隔热挡板6安装在所述散热翅片8和微燃烧室5之间，且将所述第一温差发电模块1和第一相变储能装置3以及所述第二温差发电模块2和第二相变储能装置4包围，减少了热量的散失从而提高了系统的发电效率。

工作过程：将H₂/空气混合气体以2m/s的速度导入微燃烧室5内，由点火探针引燃后，使得微燃烧室5内的气相反应得以发生，微燃烧室5壁面的梯形槽结构使得燃烧气体流场优化，燃烧更加充分，未燃烧充分气体进入多孔介质催化区域7后催化反应的发生产生的热量将继续传递给燃烧室壁面，使得燃烧更加充分、高效。第一相变储能装置3和第二相变储能装置4吸收微燃烧室5壁面热量发生相变进行蓄热并将在壁面形成稳定的高温区域。壁面与第一温差发电装置、第二温差发电装置接触提供稳定的高温端，与散热翅片8接触的陶瓷支撑片为冷端，由于材料本身固有的特性，通过热激发作用，P型半导体15和N型半导体14内部的电子和空穴对的浓度发生变化，使温差发电装置输出稳定电压。相变储能装置可在微燃烧室停止工作时利用相变储能材料发生相变继续释放热量，为温差电池提供高温源，有效提高了燃料的利用率。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，包括微燃烧室(5)和相变储能发电系统，所述相变储能发电系统安装在微燃烧室(5)长度方向的外表面两侧，且对称分布；

所述相变储能发电系统包括温差发电模块(1，2)和相变储能装置(3，4)，所述相变储能装置(3，4)固定在微燃烧室(5)长度方向的外表面；所述相变储能装置(3，4)内部填充相变储能材料(13)；所述温差发电模块(1，2)包括第一陶瓷支撑片(10)、第二陶瓷支撑片(9)、N型半导体(14)和P型半导体(15)，所述第一陶瓷支撑片(10)固定在所述相变储能装置(3，4)上；所述第二陶瓷支撑片(9)与第一陶瓷支撑片(10)相互平行，所述N型半导体(14)和P型半导体(15)交替排列在第一陶瓷支撑片(10)和第二陶瓷支撑片(9)之间，且通过导电片(12)串联连接；所述第二陶瓷支撑片(9)另一端面上安装散热翅片(8)；所述导电片(12)与储能装置连接。

2.根据权利要求1所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，所述微燃烧室(5)为两侧开口矩形，所述微燃烧室(5)一侧为进气口，另一侧为排气口；所述微燃烧室(5)设有多孔介质区域(7)；所述多孔介质区域(7)到所述进气口距离为所述微燃烧室(5)长度的2/3～3/4倍，所述多孔介质区域(7)优选氧化铝，所述多孔介质区域(7)的孔隙率优选0.6～0.9。

3.根据权利要求2所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，所述多孔介质区域(7)浸渍有催化剂，所述催化剂优选金属铂。

4.根据权利要求2所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，所述微燃烧室(5)的上下内壁截面为对称分布的连续梯形方波形状，所述微燃烧室(5)上下内壁截面内壁面最宽处为H1，所述微燃烧室(5)上下内壁截面内壁面最窄处为H2，H1：H2为1.6～1.9；所述梯形方波底角A为30°～35°。

5.根据权利要求1所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，所述变储能材料(13)为金属相变储能材料，金属相变储能材料的相变温度在400℃～800℃之间。

6.根据权利要求1所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，所述相变储能装置(3，4)与微燃烧室(5)通过高温胶粘连固定，且粘接处涂有导热脂，用于强化传热。

7.根据权利要求1所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，还包括弹性补偿片(11)，所述弹性补偿片(11)安装在第二陶瓷支撑片(9)与所述N型半导体(14)和P型半导体(15)之间，用于消除热应力。

8.根据权利要求1所述的带有相变储能系统的微燃烧发电装置，其特征在于，还包括隔热挡板(6)，所述隔热挡板(6)安装在所述散热翅片(8)和微燃烧室(5)之间，且将所述温差发电模块(1，2)和相变储能装置(3，4)包围。