CN110594730A - 一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，包括燃烧筒，燃烧筒的内部设置燃烧器，燃烧器的顶部设置有点火机构，燃烧器内部设置燃料蒸发管，燃料蒸发管内下部填充有吸油多孔介质，上部开设有燃料蒸汽孔；燃料蒸发管下端设置有油泵，并且油泵与燃料蒸发管下端相连；燃料蒸发管上部与燃烧器内壁之间形成混合腔，燃料蒸发管下部与燃烧器内壁之间形成空气输送通道，空气输送通道与混合腔相连通；燃烧器的外壁与燃烧筒的内壁之间形成烟气通道；燃烧筒的外壁上设置有温差发电模块。本发明使液体燃料充分燃烧，将热能转换为电能，降低使用电池造成的环境污染，减轻户外移动时的负担，使用电设备不需要长时间中断电源的供应。

Description

一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置
技术领域
本发明涉及到温差发电技术领域、供电技术领域、燃烧器技术领域，具体涉及到一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置。
背景技术
对于执行任务的军事人员、地质勘探人员等常在野外的工作者，需要使用许多电子设备，例如导航设备、通讯设备、摄像设备等，对于这些移动的设备，电力供应主要是由，电池提供。然而，可充电电池和一次性电池中含有许多有害物质，对环境造成严重的污染，这些有害物质对人类和动物的健康构成潜在的危险，因此，这些电池大多都是单独收集和处理，这需要昂贵的代价；电池具有较低的能量密度，在实际应用中电池的质量相对较大，不利于野外工作者的户外移动；另外对于可充电电池充电时间比较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，利用液体燃料的燃烧产生热量，利用温差发电装置将热量转换成电能，供自身的用电设备以及外部用电设备的使用；降低使用电池造成的环境污染，减轻户外移动时的负担，使用电设备不需要长时间中断电源的供应。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案：
一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，包括设置在壳体内的燃烧筒，燃烧筒的内部设置燃烧器，燃烧器的顶部设置有点火机构，，燃烧器内部设置燃料蒸发管，燃料蒸发管内下部填充有吸油多孔介质，上部开设有燃料蒸汽孔；燃料蒸发管下端设置有油泵，并且油泵与燃料蒸发管下端相连；燃料蒸发管上部与燃烧器内壁之间形成混合腔，燃料蒸发管下部与燃烧器内壁之间形成空气输送通道，空气输送通道与混合腔相连通；燃烧器的外壁与燃烧筒的内壁之间形成烟气通道；燃烧筒的外壁上设置有温差发电模块，温差发电模块上设置有翅片式散热器。
本发明进一步的改进在于，燃烧筒顶端设置有第一保温装置，燃烧筒的下部设置有第二保温装置；第一保温装置的上部设置有散热风机。
本发明进一步的改进在于，空气输送通道内填充有第二多孔介质，烟气通道内填充有第一多孔介质。
本发明进一步的改进在于，翅片式散热器为扇形，翅片的厚度为1-2mm，相邻两个翅片之间的距离为1.5-2mm，翅片式散热器的材质为铜或铝。
本发明进一步的改进在于，燃烧筒底部设置有助燃风机，助燃风机将风输送到空气输送通道；由散热风机吸入的空气与翅片式散热器换热后吹出，油泵通过油管将油箱中的燃料供入燃料蒸发管中，燃料进入吸油多孔介质，并在吸油多孔介质中均匀扩散蒸发，然后通过燃料蒸汽孔进入混合腔，与由空气输送通道吹入到混合腔中的空气混合；混合腔顶部开设有若干混合燃气出孔。
本发明进一步的改进在于，燃烧筒包括外壳，壳体为内部圆形、外部六边形的棱柱状，棱柱底面为边长为42-60mm的正六边形，圆形的内径为68-98mm。
本发明进一步的改进在于，燃料蒸发管的直径为5～20mm，燃料蒸汽孔的直径为1～6mm，燃料蒸发管的材料为耐高温的不锈钢；吸油多孔介质为渐变结构，孔隙率从外到内逐渐增大，最外侧吸油多孔介质的孔隙率为0.8-0.87，吸油多孔介质为纤维状或泡沫状的不锈钢，纤维状的不锈钢的丝径为20-40μm，泡沫状的不锈钢的孔密度为40-80PPI；吸油多孔介质中心开设有圆孔，圆孔直径为1.5-3mm，圆孔的深度与吸油多孔介质的高度比为(3.5-4):5。
本发明进一步的改进在于，散热风机为轴流风机，且在进风处设置过滤网，助燃风机与散热风机的风量比例为1:(8-10)。
本发明进一步的改进在于，第一多孔介质为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第一多孔介质孔隙率为0.3-0.5，第一多孔介质为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI。
本发明进一步的改进在于，第二多孔介质为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第二多孔介质孔隙率为0.3-0.5，第二多孔介质为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：在烟气通道与空气输送室内设置第一多孔介质，燃料燃烧产生的高温烟气，从烟气通道排除，由于烟气通道内设置第一多孔介质，增加了与高温烟气的换热面积，一方面使更多的热量传递到空气输送通道中，提高助燃空气的温度，另一方面降低了烟气的温度；在空气输送通道内设置第二多孔介质，一方面增强与助燃空气的换热面积，提高了混合气的温度，一方面增强了热量的传递，使更多的热量传递给吸油多孔介质，提高了燃油的蒸发强度；在燃料蒸发管中设置吸油多孔介质，增大了与液体燃料的接触面积，使燃油快速彻底的蒸发。
进一步的，本发明烟气通道内的第一多孔介质孔隙率从上到下逐渐增大，使得第一多孔介质与高温烟气换热后，第一多孔介质的上端的温度远高于下端的温度，同时空气输送通道内的第二多孔介质孔隙率从上到下逐渐增大，使第一多孔介质通过第二多孔介质传递到吸油多孔介质的热量上端高于下端，同使得吸油多孔介质上端的温度高于下端的温度，同时使得吸油多孔介质上端的温度高于液体燃料的蒸发温度，使得液体燃料彻底蒸发成燃料蒸汽；吸油多孔介质从里到外孔隙率逐渐变小，使得热量从外部更多的传到内部，由于液体燃料是在吸油多孔介质内部蒸发，液体燃料蒸发时，会先沸腾产生气泡，在吸油多孔介质上部中心位置不设置吸油多孔介质，使的沸腾产生气泡受到的阻力小，容易排出。
进一步的，本发明由于液体燃料具有较高的能量密度，该装置与具有同等能量容量的电池相比重量较轻；相比与电池对环境的污染，燃料燃烧释放的烟气对环境的污染较低，同时燃料可以简单快速的补充，而不需要长时间中断电源的供应。
附图说明
图1是液体燃料燃烧的热电转换装置总体结构示意图。
图2是图1中沿A-A线的剖视图。
图3是图1中沿B-B线的剖视图。
附图标记说明：1、散热风机；2、翅片式散热器；3、温差发电模块；4、燃烧器；5、第二保温装置；6、第一多孔介质；7、烟气通道；8、空气输送通道；9、助燃风机；10、油箱；11、油泵；12、油管；13、吸油多孔介质；14、第二多孔介质；15、燃料蒸发管；16、燃料蒸汽孔；17、混合腔；18、混合燃气出孔；19、燃烧筒；20、点火机构；21、第一保温装置；22、壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参见图1、图2与图3，本发明包括设置在壳体22内的燃烧筒19，燃烧筒19的内部设置燃烧器4，燃烧器4的顶部设置有点火机构20，燃烧器4内部设置燃料蒸发管15，燃料蒸发管15内下部填充有吸油多孔介质13，上部开设有燃料蒸汽孔16；燃料蒸发管15下端设置有油泵11、油箱10，油箱10通过油管12与油泵11相连，油泵11通过油管12与燃料蒸发管15下端相连；燃料蒸发管15上部与燃烧器4内壁之间形成混合腔17，燃料蒸发管15下部与燃烧器4内壁之间形成空气输送通道8，空气输送通道8内填充有第二多孔介质14；燃烧器4的外壁与燃烧筒19的内壁之间形成环形的烟气通道7，烟气通道7内填充有第一多孔介质6；燃烧筒19顶端的外部设置有圆形的第一保温装置21，燃烧筒19的下部设置有第二保温装置5；第一保温装置21的上部设置有散热风机1。
参见图2，燃烧筒19的外壁上设置有温差发电模块3，温差发电模块3上设置有翅片式散热器2，翅片式散热器2为扇形，翅片的厚度为1-2mm，相邻两个翅片之间的距离为1.5-2mm，翅片式散热器2的材质为铜或铝。
燃烧筒19底部设置有助燃风机9，助燃风机9将风输送到环形的空气输送通道8，环形的空气输送通道8与混合腔17相连通。由散热风机1吸入的空气与翅片式散热器2换热后吹出，油泵11通过油管12将油箱10中的燃料供入燃料蒸发管15中，燃料被吸油多孔介质13吸收，并在吸油多孔介质13中均匀扩散蒸发，然后通过燃料蒸汽孔16进入混合腔17，与由助燃风机9、空气输送通道8吹入到混合腔17中的空气混合。混合腔17顶部开设有若干混合燃气出孔18。
参见图2，燃烧筒19包括外壳，壳体的圆形与棱柱状间隔设置，利用导热性较好的扇形铜块将圆形与棱柱状相连，外壳由若干导热板组成，即燃烧筒19为一段封闭的内圆外方的正六棱柱；燃烧筒19的横截面的正六边型的边长为42-60mm，圆形的内径为68-98mm，导热板的材质为铜或铝。
具体的，参见图3，燃料蒸发管15上部周向均匀分布若干燃料蒸汽孔16，燃料蒸发管15直径为5～20mm，燃料蒸汽孔16的直径为1～6mm，燃料蒸发管15的材料为耐高温的不锈钢；燃料蒸发管15内下部填充的吸油多孔介质13为渐变结构，孔隙率从外到内逐渐增大，其孔隙率的变化范围为0.1-0.2，最外侧吸油多孔介质13的孔隙率为0.8-0.87，吸油多孔介质13为纤维状或泡沫状的不锈钢，纤维状的不锈钢的丝径为20-40μm，泡沫状的不锈钢的孔密度为40-80PPI；吸油多孔介质13中心开设有圆孔，孔直径为1.5-3mm，孔的深度与吸油多孔介质13的高度比为3.5-4:5。
具体的，散热风机1采用轴流风机，且在进风处设置过滤网，助燃风机9与散热风机1的风量比例为1:8-10。
温差发电模块3产生的电能供油泵11、散热风机1、助燃风机9等自身的用电设备以及外部的用电设备使用。
燃烧筒19的顶部设置第一保温装置20，目的是使燃烧筒19内混合燃气燃烧释放的热量不会从顶部散失，使更多的热量集中到燃烧筒19的侧壁，提高温差发电模块3热端的温度；燃烧筒19的下半部分设置环形的第二保温装置5，防止高温烟气的部分热量从燃烧筒19的侧壁散失，使更多的热量通过热传递的方式传递给第二多孔介质14和吸油多孔介质13，从而提高助燃空气的温度，以及提高液体燃料的蒸发速度。
本发明中烟气通道7内的第一多孔介质6为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第一多孔介质6孔隙率为0.3-0.5，第一多孔介质6为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI，提高了与高温烟气的换热面积，提高热量的传递，使更多的热量传递给第二多孔介质14；环形的空气输送通道8内设置的第二多孔介质14，增强了与空气的换热面积，提高了助燃空气的温度，第二多孔介质14为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第二多孔介质14孔隙率为0.3-0.5，第二多孔介质14为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI，提高热量的传递，使更多的热量传递给吸油多孔介质13，利于燃油的蒸发。
本发明中第一多孔介质6与第二多孔介质14的孔隙率从上到下逐渐变大，目的使第一多孔介质6上端的温度远高于下端的温度，使得第一多孔介质6热量更多的通过第二多孔介质14传递到吸油多孔介质13中，使吸油多孔介质13的温度上端高于下端，同时使吸油多孔介质13上端的温度高于液体燃料的蒸发温度。
本发明中吸油多孔介质13从内到外孔隙率逐渐变小，使得热量从外部更多的传到内部，由于液体燃料是在吸油多孔介质内部蒸发，液体燃料蒸发时，会先沸腾产生气泡，吸油多孔介质13中心开设有圆孔，孔直径为1.5-3mm,孔的深度与吸油多孔介质的高度比为3.5-4:5，能够使的沸腾产生气泡受到的阻力小，容易排出。第一多孔介质6、第二多孔介质14与吸油多孔介质13的材质相同。
本装置的工作过程为：点火机构19先通电，达到灼热时。油泵11将油箱10内的燃料通过油管12供入燃料蒸发管15，液体燃料被吸油多孔介质13吸收，达到灼热的点火机构19通过热传递将热量传递给吸油多孔介质13，使液体燃料蒸发，燃料蒸汽从燃料蒸汽孔16喷入混合腔17中，与经助燃风机9吹入混合腔17中的空气混合，形成混合燃气；混合燃气进入燃烧筒19，由点火机构19点燃，产生比较小的初期点火火焰，从而加热燃烧筒19和燃烧器4，燃烧产生的高温烟气，由烟气通道7排出，高温烟气与第一多孔介质6进行换热，烟气通道7内第一多孔介质6的热量通过燃烧器4的侧壁传递给第二多孔介质14，当空气进入混合腔17时，空气与空气输送通道8内的第二多孔介质14进行换热，提高空气的温度，从而提高混合燃气的温度；同时传递到第二多孔介质14的热量一部分通过燃料蒸发管15的侧壁传递到吸油多孔介质13中，提高液体燃料的蒸发速率，当燃烧筒19内温度能够维持可靠的点火温度后，点火机构20断电。当点火机构20断电时，散热风机1开始工作，将空气吹向翅片式散热器2，空气与翅片式散热器2进行换热，带走大量热量，使得温差发电模块3的冷、热端有一定的温差，使温差发电模块3产生电能，为油泵11等自身用电设备以及外部用电设备供电。

Claims (10)

1.一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，包括设置在壳体(22)内的燃烧筒(19)，燃烧筒(19)的内部设置燃烧器(4)，燃烧器(4)的顶部设置有点火机构(20)，燃烧器(4)内部设置燃料蒸发管(15)，燃料蒸发管(15)内下部填充有吸油多孔介质(13)，上部开设有燃料蒸汽孔(16)；燃料蒸发管(15)下端设置有油泵(11)，并且油泵(11)与燃料蒸发管(15)下端相连；燃料蒸发管(15)上部与燃烧器(4)内壁之间形成混合腔(17)，燃料蒸发管(15)下部与燃烧器(4)内壁之间形成空气输送通道(8)，空气输送通道(8)与混合腔(17)相连通；燃烧器(4)的外壁与燃烧筒(19)的内壁之间形成烟气通道(7)；燃烧筒(19)的外壁上设置有温差发电模块(3)，温差发电模块(3)上设置有翅片式散热器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，燃烧筒(19)顶端设置有第一保温装置(21)，燃烧筒(19)的下部设置有第二保温装置(5)；第一保温装置(21)的上部设置有散热风机(1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，空气输送通道(8)内填充有第二多孔介质(14)，烟气通道(7)内填充有第一多孔介质(6)。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，翅片式散热器(2)为扇形，翅片的厚度为1-2mm，相邻两个翅片之间的距离为1.5-2mm，翅片式散热器(2)的材质为铜或铝。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，燃烧筒(19)底部设置有助燃风机(9)，助燃风机(9)将风输送到空气输送通道(8)；由散热风机(1)吸入的空气与翅片式散热器(2)换热后吹出，油泵(11)通过油管(12)将油箱(10)中的燃料供入燃料蒸发管(15)中，燃料进入吸油多孔介质(13)，并在吸油多孔介质(13)中均匀扩散蒸发，然后通过燃料蒸汽孔(16)进入混合腔(17)，与由空气输送通道(8)吹入到混合腔(17)中的空气混合；混合腔(17)顶部开设有若干混合燃气出孔(18)。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，燃烧筒(19)包括外壳，外壳为壳体为内部圆形、外部六边形的棱柱状，棱柱底面为边长为42-60mm的正六边形，圆形的内径为68-98mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，燃料蒸发管(15)的直径为5～20mm，燃料蒸汽孔(16)的直径为1～6mm，燃料蒸发管(15)的材料为耐高温的不锈钢；吸油多孔介质(13)为渐变结构，孔隙率从外到内逐渐增大，最外侧吸油多孔介质(13)的孔隙率为0.8-0.87，吸油多孔介质(13)为纤维状或泡沫状的不锈钢，纤维状的不锈钢的丝径为20-40μm，泡沫状的不锈钢的孔密度为40-80PPI；吸油多孔介质(13)中心开设有圆孔，圆孔直径为1.5-3mm，圆孔的深度与吸油多孔介质(13)的高度比为(3.5-4):5。
8.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，散热风机(1)为轴流风机，且在进风处设置过滤网，助燃风机(9)与散热风机(1)的风量比例为1:(8-10)。
9.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，第一多孔介质(6)为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第一多孔介质(6)孔隙率为0.3-0.5，第一多孔介质(6)为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI。
10.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的热电转换装置，其特征在于，第二多孔介质(14)为渐变结构，孔隙率从上到下逐渐增大，最上端第二多孔介质(14)孔隙率为0.3-0.5，第二多孔介质(14)为纤维或者泡沫，纤维的丝径为20-40μm，泡沫的孔密度为20-60PPI。
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