CN111678124A - 一种温差发电机及其集热结构和燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，涉及温差发电技术领域，包括燃烧腔和预热部，其中，所述预热部设有多个燃料通道，以及与燃料通道连通的燃料口；所述燃料口与所述燃烧腔连通；远离燃料口方向，所述燃烧腔空间呈现变大趋势。针对温差发电机存在能量密度低的技术问题，利用集热结构和燃烧器的结构改进，它可以充分燃烧，提高转化效率和能量密度。

Description

一种温差发电机及其集热结构和燃烧器

技术领域

本发明涉及温差发电技术领域，具体涉及一种温差发电机及其集热结构和燃烧器。

背景技术

相比于锂电池供电系统，温差发电机常用于户外极端情况下供电，具有体积小，能量密度高的优点。温差发电机通过回收热量，将热量转化成电能，但仍存在热量转化效率低，能量密度不高的技术问题；将温差发电机用于户外用电时，常存在产能不足，难以满足各类电器产品用电续航能力需求的技术问题。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对温差发电机存在能量密度低的技术问题，本发明提供了一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，利用集热结构和燃烧器的结构改进，它可以充分燃烧，提高转化效率和能量密度。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种燃烧器，包括燃烧腔和预热部，其中，所述预热部设有多个燃料通道，以及与燃料通道连通的燃料口；所述燃料口与所述燃烧腔连通；远离燃料口方向，所述燃烧腔空间呈现变大趋势。

可选的，还包括燃料供给部，所述燃料供给部与燃料通道连通。

可选的，所述预热部的两侧设有第一传热件。

可选的，包括第一侧板、第二板和第三板，所述第二板和第三板分别与预热部的两侧连接，所述第一侧板连接所述第二板、预热部和第三板，以形成所述燃烧腔。

可选的，所述燃烧腔数量为3个以上。

可选的，所述燃烧腔和预热部的外侧均设有用以固定所述燃烧器的第一固定部。

可选的，所述燃烧腔内设有第二传热件。

一种集热结构，包括设于以上任一项所述的一种燃烧器两侧外部的集热板，所述集热板靠近所述燃烧器一侧设有第三传热件。

可选的，所述集热板远离所述预热部一端设有用于固定连接燃烧器和集热板的挡板，所述挡板与燃烧腔之间设有传热通道。

一种温差发电机，包括依次设于以上任一项所述的一种集热结构外侧的温差发电片和散热装置，所述温差发电片与控制器电连接。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，燃料经过预热部内的多个燃料通道被预热后，通过燃料口进入到燃烧腔内，燃烧腔的空间被设计成与火焰燃烧所需空间一致的形状，即远离燃料口方向，所述燃烧腔空间呈现变大趋势，从而确保进入到燃烧腔内的燃料可在燃烧腔的空间内进行充分燃烧，充分释放热量；以便温差发电机可以吸收到更多的热量，从而促进热量转化率，提高能量密度。

(2)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，所述第一传热件均布于所述预热部的两侧上，用于加热通过燃料通道内的燃料，所述第一传热件起到传热导热的作用，将热量导入到预热部上，从而对通过燃料通道内的燃料进行预热以接近燃料的燃点，以便燃料进入燃烧腔内后可较快进行充分燃烧。所述第一传热件、第二传热件可以是肋柱，所述肋柱可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形、多边形，或其他等不规则形状；所述第一传热件、第二传热件还可以是凸起状，比如圆形凸起、方形凸起、不规则凸起等。在实际应用时，可根据成本、成品难度、开模难度、导热效果及性价比等方面综合考虑所述第一传热件、第二传热件的形态。

(3)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，所述燃烧腔共有3、4或5个，当所述燃烧腔为3个时，包括依次连通的第一燃烧腔、第二燃烧腔和第三燃烧腔，所述第一燃烧腔、第二燃烧腔和第三燃烧腔所占空间逐次变大；所述第一燃烧腔、第二燃烧腔和第三燃烧腔的形态空间，可分别为方形、圆弧形等。在实际使用中，所述燃烧腔的设计，可综合考虑燃料种类、燃料流速、压力等参数，结合对应燃料的燃烧火焰特征，根据经验值设置燃烧腔的空间大小。

(4)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，所述第二传热件均布于所述燃烧腔内，即所述第二传热件均布于第二板内侧和第三板内侧，所述第二传热件起到传热导热的作用，将燃料充分燃烧产生的热量导入到燃烧腔内壁上，相比于单纯靠气体导热，可以降低热量损失。燃料充分燃烧后，燃烧腔内所含气体较少，无法起到充分导热作用，燃烧腔内部的热量无法及时传导出去，通过燃烧腔内设置的第二传热件，可将热量及时导出，降低热量损失，提高热量传导速度，进而提到转化率。

(5)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，集热板与所述燃烧器两侧外部充分接触，从而可收集燃料充分燃烧产生的热量，进而便于将热能快速及时，无损耗的转化成电能。

(6)本申请实施例提出的一种温差发电机及其集热结构和燃烧器，所述挡板一方面用以固定连接燃烧器和集热板，另一方面，用于与燃烧腔配合形成所述传热通道。燃料在燃烧腔中充分燃烧后，一方面通过燃烧腔本身导热和传热传递到设于燃烧腔外侧的集热板上的第三传热件上，另一方面，燃料在燃烧腔内充分燃烧产生的带有余热的烟气通过传热通道传递到燃烧腔外侧，即燃烧腔与集热板之间的空间内，以便第三传热件充分吸收热量传递给集热板。所述挡板上设有若干第三固定孔，所述集热板与挡板匹配处设有若干第四固定孔，所述第三固定孔与第四固定孔相匹配，用以通过如螺丝、螺栓或螺杆等类似的固定件，从而将所述挡板与集热板固定在一起。所述集热板与所述燃烧器的第一固定部相对应处设有第二固定部，所述第二固定部上设有若干与所述第一固定孔相匹配的第二固定孔，用以与第一固定孔相匹配，用以通过如螺丝、螺栓或螺杆等类似的连接件，从而便于将所述燃烧器和所述集热板固定在一起，起到良好的传热导热作用。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种燃烧器截面剖视图；

图2为本发明实施例提出的一种燃烧器立体结构示意图之一；

图3为本发明实施例提出的一种燃烧器立体结构示意图之二；

图4为本发明实施例提出的一种燃烧器的燃料供给部结构示意图；

图5为本发明实施例提出的一种燃烧器截面剖视立体图；

图6为本发明实施例提出的一种集热结构立体图；

图7为本发明实施例提出的一种温差发电机截面剖视立体图之一；

图8为本发明实施例提出的一种温差发电机截面剖视图；

图9为本发明实施例提出的一种温差发电机截面剖视立体图之二；

图10为本发明实施例提出的一种温差发电机截面剖视立体图之三；

图11为本发明实施例提出的一种温差发电机立体图；

图12为本发明实施例提出的一种温差发电机的温差发电片结构示意图；

图13为本发明实施例提出的一种温差发电机的液冷模块结构示意图；

图14为本发明实施例提出的一种温差发电机的挡板结构示意图；

图15为本发明实施例提出的一种燃烧器的燃烧腔截面剖视立体图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

结合附图1-15，一种燃烧器，包括燃烧腔11和预热部12，其中，所述预热部12设有多个燃料通道，以及与燃料通道连通的燃料口121；所述燃料口121与所述燃烧腔11连通；远离燃料口121方向，所述燃烧腔11空间呈现变大趋势。

燃料经过预热部12内的多个燃料通道被预热后接近燃料的燃点，通过燃料口121进入到燃烧腔11内，燃烧腔11的空间被设计成与对应燃料的火焰燃烧所需空间一致的形状，即远离燃料口121方向，所述燃烧腔11空间呈现变大趋势，从而确保进入到燃烧腔11内的燃料可在燃烧腔11的空间内进行充分燃烧，充分释放热量；以便温差发电机可以吸收到更多的热量，从而促进热量转化率，提高能量密度。

可选的实施方式是，还包括燃料供给部13，所述燃料供给部13与燃料通道连通。用于向燃料通道中输送燃料，为燃烧器提供燃料，保障燃烧器燃烧产生热量。

可选的实施方式是，所述预热部12的两侧设有第一传热件122。可选的实施方式是，所述第一传热件122均布于所述预热部12的两侧上，用于加热通过燃料通道内的燃料，所述第一传热件122起到传热导热的作用，将热量导入到预热部12上，从而对通过燃料通道内的燃料进行预热，以便燃料进入燃烧腔11内后可进行充分燃烧。所述第一传热件122可以是肋柱，所述肋柱可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形、多边形，或其他等不规则形状；所述第一传热件122还可以是凸起状，比如圆形凸起、方形凸起、不规则凸起等。在实际应用时，可根据成本、成品难度、开模难度、导热效果及性价比等方面综合考虑所述第一传热件122的形态。

实施例2

结合附图1-15，本实施例的一种燃烧器，与实施例1的技术方案相比，还可改进如下：包括第一侧板103、第二板102和第三板101，所述第二板102和第三板101分别与预热部12的两侧连接，所述第一侧板103连接所述第二板102、预热部12和第三板101，以形成所述燃烧腔11。通过两块第一侧板103，分别各一块第二板102和第三板101组合，以形成所述燃烧腔11，从而确保燃料充分燃烧。

实施例3

结合附图1-15，本实施例的一种燃烧器，与实施例1或2的技术方案相比，还可改进如下：所述燃烧腔11数量为3个以上，所述单个燃烧腔11的空间大小，及燃烧腔11的数量，可根据燃烧器可产生的总热量，及对应适配的温差发电机的发电功率等级等因素综合考虑确定。可选的实施方式是，所述燃烧腔11共有3、4或5个，当所述燃烧腔11为3个时，包括依次连通的第一燃烧腔111、第二燃烧腔112和第三燃烧腔113，所述第一燃烧腔111、第二燃烧腔112和第三燃烧腔113所占空间逐次变大；所述第一燃烧腔111、第二燃烧腔112和第三燃烧腔113的形态空间，可分别为方形、圆弧形等。在实际使用中，所述燃烧腔11的设计，可综合考虑燃料种类、燃料流速、压力等参数，结合对应燃料的燃烧火焰特征，根据经验值设置燃烧腔11的空间大小。

可选的实施方式是，所述燃烧腔11和预热部12的外侧均设有用以固定所述燃烧器的第一固定部14。所述第一固定部14上设有若干第一固定孔141，用以通过连接件，从而方便固定所述燃烧器。所述燃料供给部13、燃烧腔11和预热部12可一体成型，方便开模成型，还可最大限度降低热量损失。

可选的实施方式是，所述燃烧腔11内设有第二传热件1101。将燃料燃烧产生的燃料，通过第二传热件1101传递到燃烧腔11的外部，从而更直接的将热量传导出去，减少热量损失，促进热量转换率。

可选的实施方式是，所述第二传热件1101均布于所述燃烧腔11的内，可选的方式是，所述第二传热件1101均布于第二板102内侧和第三板101内侧，所述第二传热件1101起到传热导热的作用，将燃料充分燃烧产生的热量导入到燃烧腔11上，相比于单纯靠气体导热，可以降低热量损失。燃料充分燃烧后，燃烧腔11内所含气体较少，无法起到充分导热作用，燃烧腔11内部的热量无法及时传导出去，通过燃烧腔11内设置的第二传热件1101，可将热量及时导出，降低热量损失，提高热量传导速度，进而提到转化率。

所述第二传热件1101可以是肋柱，所述肋柱可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形、多边形，或其他等不规则形状；所述第二传热件1101还可以是凸起状，比如圆形凸起、方形凸起、不规则凸起等。在实际应用时，可根据成本、成品难度、开模难度、导热效果及性价比等方面综合考虑所述第二传热件1101的形态。

实施例4

结合附图1-15，本实施例的一种集热结构包括设于实施例1-3任一项技术方案所述的一种燃烧器两侧外部的集热板2，所述集热板2靠近所述燃烧器一侧设有第三传热件201。集热板2与所述燃烧器两侧外部充分接触，从而可收集燃料充分燃烧产生的热量，进而便于将热量快速及时，无损耗的转化成电能。

可选的实施方式是，所述集热板2远离所述预热部12一端设有用于固定连接燃烧器和集热板2的挡板5，所述挡板5与燃烧腔11之间设有所述传热通道114。所述挡板5一方面用以固定连接燃烧器和集热板2，另一方面，用于与燃烧腔11配合形成所述传热通道114。燃料在燃烧腔11中充分燃烧后，一方面通过燃烧腔11本身，以及燃烧腔11内壁上的第二传热件1101的导热和传热作用，将热量传递到设于燃烧腔11外侧的集热板2上的第三传热件201上，另一方面，燃料在燃烧腔11内充分燃烧产生的带有余热的烟气通过传热通道114传递到燃烧腔11外侧，即燃烧腔11与集热板2之间的空间内，以便第三传热件201充分吸收热量传递给集热板2。所述挡板5上设有若干第三固定孔51，所述集热板2与挡板5匹配处设有若干第四固定孔202，所述第三固定孔51与第四固定孔202相匹配，用以通过如螺丝、螺栓或螺杆等类似的固定件，从而将所述挡板5与集热板2固定在一起。

所述集热板2与所述燃烧器的第一固定部14相对应处设有第二固定部21，所述第二固定部21上设有若干与所述第一固定孔141相匹配的第二固定孔211，用以与第一固定孔141相匹配，用以通过如螺丝、螺栓或螺杆等类似的连接件，从而便于将所述燃烧器和所述集热板2固定在一起，起到良好的传热导热作用。

实施例5

结合附图1-15，本实施例的一种温差发电机，包括依次设于实施例4任一项技术方案所述的一种集热结构外侧的温差发电片3和散热装置，所述温差发电片3与控制器电连接。

温差发电片3用于吸收集热板2上传导的热量，转化成电能后，传递给控制器；散热装置，用于给温差发电片3散热；本实施例可选的实施方式是，所述散热装置为液冷模块4。液冷模块4包括冷却液入口41和冷却液出口42，用以确保液冷模块4可充分起到冷却的效果；以便温差发电片3充分将热量转化成电量。通过控制位于集热板2上的2个温差发电片3与所述控制器电连接方式，可实现2个温差发电片3的并联或串联，从而可使控制器输出电能的功率等级不同。

一方面温差发电片3与集热板2大面积接触，保证均温；此外，集热结构的规模化，紧凑化、同质化，以使所述集热结构呈现对称排列形态，可保证温差发电同势能，可减少控制器中稳压模块的设置数量及不同规格稳压模块的设置，减少稳压模块占用空间，便于温差发电机的集成化，模块化，规模化及批量化生产制造，进一步降低温差发电成本；且便于安装，可适应性强，结构设置灵活多变，可根据不同尾气排放口的体积大小，或形态不同，灵活排布和设计。

本实施例可选的实施方式是，所述控制器包括若干并联或串联设置的稳压模块，所述温差发电片3与所述稳压模块连接。所述稳压模块用于将温差发电片3转化的电能稳定输出成相应电压等级的电能，从而可进行并联或串联，进而输出稳定的电能，以供用电设备使用。

可选的实施方式是，控制器还包括用于保护稳压模块的保护电路。通过设置保护电路防止因所述燃烧器或所述集热结构异常产生的电势能变化，对稳压模块所带来的损坏等情况发生，用以保护稳压模块，从而确保温差发电片3后端的结构设备的安全，起到及时有效保护作用。

实施例6

结合附图1-15，本实施例的一种温差发电机，此外，本实施例提出了三合一的集热器(即所述集热结构)，具有以下特点：(1)该集热器由三块高导热材料(铜、铝、硅和石墨等)组成，呈三文治结构，并具有侧面密封板，密封板(如挡板5，或者所述燃烧器的侧面)上可打孔安装电点火装置。(2)中间体(即所述燃烧器)可回收烟气余热预热未燃燃料，同时具有多级(3-5级)自稳燃燃烧器，可适应不同的流速(燃烧功率)。此外，燃料通过多个燃料通道预热，并从燃料口121喷射，燃烧更均匀，污染物排放更低。(3)中间体用于回收余热的肋柱，肋柱可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形或多边形，位于烟气尾部。(4)通过密封侧边(即挡板5)，烟气逆向流动进入温差发电机的集热结构内，即中间体与集热板2之间。(5)温差发电集热器具有肋柱结构，肋柱可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形或多边形，用于强化热量收集。(6)温差发电集热器外侧安装多片温差发电片3，温差发电片3外侧安装液冷模块4。(7)同一侧温差发电片3串联成为一组，与另外一组串联或并联接入稳压器。

燃料从燃料供给部13进入预热部12的多个燃料通道内，利用预热部12上的第一传热件122对进入燃料通道内的燃料进行预热，预热之后的燃料通过燃料口121进入燃烧腔11内，利用所述燃烧腔11空间远离燃料口121方向，呈现变大趋势；燃料在燃烧腔11中进行充分燃烧。产生的热量一方面通过设于第二传热件1101传递到燃烧腔11外部的集热板2上，一方面烟气余热经传热通道114通过燃烧腔11两侧传递到集热板2上。集热板2上设有若干第三传热件201，同样可进一步提高传热和导热效果，降低热量损失，提高热量传递速度，促进热量转化电能的效率提升。结合附图1-15所示，燃烧器、集热结构、温差发电片和冷却装置均设置为方形，四者紧密贴合，以使所述温差发电机集成化，占用空间小，能量密度高。对于本实施例所述的温差发电机，当燃料为甲烷时，比能量为300Wh/kg；同样的燃料情况下，而现有的温差发电机的比能量小于150Wh/kg；换言之，在选择同样燃料的情况下，采用本实施例技术方案提出的温差发电机，可将比能量提高至2倍以上。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括燃烧腔和预热部，其中，

所述预热部设有多个燃料通道，以及与燃料通道连通的燃料口；

所述燃料口与所述燃烧腔连通；

远离燃料口方向，所述燃烧腔空间呈现变大趋势。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，还包括燃料供给部，所述燃料供给部与燃料通道连通。

3.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，所述预热部的两侧设有第一传热件。

4.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，还包括第一侧板、第二板和第三板，所述第二板和第三板分别与预热部的两侧连接，所述第一侧板连接所述第二板、预热部和第三板，以形成所述燃烧腔。

5.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，所述燃烧腔数量为3个以上。

6.根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，所述燃烧腔和预热部的外侧均设有用以固定所述燃烧器的第一固定部。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种燃烧器，其特征在于，所述燃烧腔内设有第二传热件。

8.一种集热结构，其特征在于，包括设于权利要求1-7任一项所述的一种燃烧器两侧外部的集热板，所述集热板靠近所述燃烧器一侧设有第三传热件。

9.根据权利要求8所述的一种集热结构，其特征在于，所述集热板远离所述预热部一端设有用于固定连接燃烧器和集热板的挡板，所述挡板与燃烧腔之间设有传热通道。

10.一种温差发电机，其特征在于，包括依次设于权利要求8-9任一项所述的一种集热结构外侧的温差发电片和散热装置，所述温差发电片与控制器电连接。

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