CN107919818A - 一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，设置多孔介质燃烧器作为热电装置的热端，设置空气冷却系统作为热电装置的冷端，以及具有通过冷热温差发电的热电装置。热电装置两侧分别为热端和冷端。热端与多孔介质燃烧器紧密连接，冷端与空气冷却系统紧密连接，使热电装置热端和冷端产生温度差。根据热电效应，使热电装置发出电能，供负载元件发电。本发明充分利用燃气在多孔介质中超绝热燃烧放出的热量，设备结构简单，减少系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种温差发电装置技术领域，特别涉及一种利用多孔介质超绝热燃烧进行温差发电的装置。
背景技术
温差发电技术是根据塞贝克效应通过热电元件将热能转化为电能的技术。当热电元件的两个相对面之间存在一定的温差时，就会建立起一定的电势差，如果形成回路，在回路中就会产生电流，此时，热电元件相当于直流电源。当温差越大时，输出的电压和功率越高。温差发电装置寿命长、无振动、无噪声、无磨损，在航天、汽车等很多领域得到广泛应用，受到越来越多的关注。
现有的一些温差发电装置主要利用太阳能作为热电元件的热端，但是由于太阳能蓄热温度相对较低，从而制约了发电的电压和输出功率，难以提高发电效率。同时，由于集热器中需要设置油盐和油水换热器等相关辅助设备，增加了系统成本。公开号为CN107178916A的“太阳能热电装置及控制方法”，其设计理念在于通过直通管的设置，积聚更多能量，降低能耗。公开号为CN107221996A的“一种基于太阳能温差发电的供电系统” 属于固态能量转换过程，将槽式抛物面聚光集热技术与温差发电技术结合，使用太阳能作为热源，采用冬季自然冷源降温进行发电。
发明内容
本发明提供一种利用多孔介质超绝热燃烧进行温差发电的装置，解决现有技术中热电元件的热端温度低，导致输出电压和功率不高的问题，而且设备简单，系统成本低。
本发明采用的技术方案是：设置多孔介质燃烧器作为热电装置的热端。燃烧器整体为正四边形柱状结构，其上连接燃气管和空气管，燃气和空气的燃烧方式为预混燃烧。燃烧器的前端嵌入电子点火装置。燃烧器外层为金属外壳，内部为多孔介质泡沫陶瓷,泡沫陶瓷由三段构成，中间段为泡沫陶瓷一，两端为泡沫陶瓷二。两种泡沫陶瓷为规格不同的多孔材料，所起的作用也不同。泡沫陶瓷一的孔隙尺度大，有助于支持燃烧，提高燃烧温度形成超绝热燃烧，并将热量传给金属外壳。泡沫陶瓷二的孔隙尺度较小，流通性差，主要是将火焰定位于泡沫陶瓷一内燃烧，如果中间段火焰向上游或下游传播，可以起到熄灭火焰的作用。同时可以通过辐射传热形成热回流，对燃气进行预热，减小着火热，可以扩展贫可燃极限，实现低热值气体稳定燃烧。设置空气冷却系统作为热电装置的冷端以及具有通过冷热温差发电的热电装置。
所述的外壳为钢结构，外形为正四边形的柱状结构，内部为直径为50mm的圆形中空结构；
所述的圆形中空结构内填充规格不同的两种泡沫陶瓷，分别为泡沫陶瓷一和泡沫陶瓷二；
所述的泡沫陶瓷一为20ppi泡沫陶瓷，孔隙直径在3-4mm，孔隙率为80-85%，泡沫陶瓷为圆柱型结构，直径为50mm，厚度为80-100mm，其材质为耐高温氧化铝泡沫陶瓷；
所述的泡沫陶瓷二为30ppi泡沫陶瓷，孔隙直径在1-2mm，孔隙率为20-30%，泡沫陶瓷为圆柱型结构，直径为50mm，厚度为80-100mm，其材质为耐高温氧化铝泡沫陶瓷；
所述的热电装置采用Bi2Te3作为热电材料；
所述热电装置的两侧分别为热端和冷端；
所述的热端与多孔介质燃烧器的金属外壳接触，用于吸收金属外壳的热量；所述冷端与空气冷却系统接触，利用空气冷却系统进行冷却，使热端和冷端之间产生温度差；
所述的热电装置设置正极输出端和负极输出端，正极输出端和负极输出端与负载元件进行连接，为负载元件供应电能。
本发明具有的优点及效果是：（1）热电装置充分利用燃气和空气在多孔介质中燃烧放出的热量，设备结构简单，减少系统成本。（2）由于多孔介质极大的比表面积和良好的辐射传热能力，一部分热量回流到燃烧区域，使气体的温度高于相应燃料的绝热火焰温度，形成超绝热燃烧，提高了燃烧区域的温度，导致输出电压和功率得以提高。（3）由于多孔介质的存在，使部分反应热通过固体的导热和辐射，形成自我组织的热回流，使得未燃的新鲜空气得到预热，因此可以扩展贫可燃极限，燃烧低热值气体（如生物质气，工业废气等），提高能源利用率。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1为一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置的整体结构示意图。
图2为一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置的整体结构剖面图。
图3为一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置的热电装置供电图。
图中，1、燃气管，2、空气管， 3、电子点火装置，4、金属外壳，5、热电装置，6、空气冷却系统，7、泡沫陶瓷一，8、泡沫陶瓷二,9、螺栓孔，10、负载元件，51、热端，52、冷端。
具体实施方式
根据附图详细说明本发明的具体结构。
如图1所示，本发明的燃烧器外形设计成横截面为正四边形的柱体结构，采用不锈钢制成，内部设计成直径为50mm的中空结构。金属外壳分为上缸和下缸两部分，采用螺栓进行连接。燃烧器内部主要用于填充泡沫陶瓷，燃气和空气通过燃气管和空气管进入燃烧器，电子点火装置点燃混合气体，在燃烧室内进行燃烧。
如图2所示，燃烧室的泡沫陶瓷由三段构成，中间段为泡沫陶瓷一，两端为泡沫陶瓷二。两种泡沫陶瓷为规格不同的多孔材料。泡沫陶瓷一为耐高温的20ppi氧化铝泡沫陶瓷，孔隙直径在3-4mm，孔隙率为80-85%，泡沫陶瓷为柱状结构，直径为50mm，厚度为80-100mm。泡沫陶瓷二为耐高温的30ppi氧化铝泡沫陶瓷，孔隙直径在1-2mm，孔隙率为20-30%，泡沫陶瓷为圆柱型结构，直径为50mm，厚度为80-100mm。
如图3所示，热电装置采用Bi2Te3材料制成。热电装置的两侧分别为热端和冷端。多孔介质燃烧器金属外壳与热电装置热端紧密连接，作为温差发电装置的热端。空气冷却系统与热电装置的冷端紧密连接，作为温差发电装置的冷端，使热端和冷端形成温度差，根据热电效应，使热电装置发出电能。热电装置设置正极输出端和负极输出端，与负载元件进行连接，为其供应电能。
Claims (6)
1.一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于，设置多孔介质燃烧器作为热电装置的热端，设置空气冷却系统作为热电装置的冷端，以及具有通过冷热温差发电的热电装置，热电装置两侧分别为热端和冷端，热端与多孔介质燃烧器紧密连接，冷端与空气冷却系统紧密连接，使热电装置热端和冷端产生温度差，根据热电效应，使热电装置发出电能，为负载元件供应电能。
2.根据权利要求1所述的一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于,所述的燃烧器的外壳为钢结构，外形为正四边形的柱状结构，内部为直径为50mm的圆形中空结构。
3.根据权利要求1所述的一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于,所述的圆形中空结构内填充规格不同的两种泡沫陶瓷，分别为泡沫陶瓷一和泡沫陶瓷二。
4.根据权利要求1所述的一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于,所述的泡沫陶瓷一为20ppi泡沫陶瓷，孔隙直径在3-4mm，孔隙率为80-85%，泡沫陶瓷为圆柱型结构，直径为50mm，厚度为80-100mm，其材质为耐高温氧化铝泡沫陶瓷。
5.根据权利要求1所述的一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于,所述的泡沫陶瓷二为30ppi泡沫陶瓷，孔隙直径在1-2mm，孔隙率为20-30%，泡沫陶瓷为圆柱型结构，直径为50mm，厚度为80-100mm，其材质为耐高温氧化铝泡沫陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种利用多孔介质超绝热燃烧的温差发电装置，其特征在于,所述的热电装置采用Bi2Te3作为热电材料。
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