CN1829067A - 微燃烧电产生器 - Google Patents

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王谦
刘春生
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Jiangsu University
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Abstract

本发明涉及微燃烧领域，其包括：燃料瓶、微混合器、供气阀、供气管、喷头、火焰管、电子点火器、燃烧室、选择性辐射涂层、冷却室，其特征是采用温差电池作为发电部件，燃料瓶经供气管、微混合器、喷头与燃烧室相连，微混合器安装在供气管中，采用电子打火与供气阀同步控制器控制供气阀的开关和燃料的点火，电子点火器固定在喷头上，从燃烧室向外依次是火焰管、选择性辐射涂层、导热块、温差电池、微冷却翅片，其中导热块、温差电池、微冷却翅片的两侧向外依次是隔热层、密封块，燃烧室的尾部是冷却室。其优点是同时将光电池和温差电池结合起来，能获得较高的能量转换率；利用文托里管进行空气和燃料混合，可实现自动吸入空气，简化了装置结构。

Description

微燃烧电产生器
技术领域
本发明涉及微燃烧领域，特指利用温差发电和光发电原理通过微型燃烧室把化石燃料燃烧所产生的热能转化成电能的装置。
背景技术
目前微燃烧发电领域，一般单独采用热电、光电技术，并且其能源转换效率普遍偏低。如专利US5593509“Portable thermo-photovoltaic power source”，US2005121069“Thermophotovoltaic power supply”都是采用光发电技术；专利WO2006017390“FUELFLEXIBLE THERMOELECTRIC GENERATOR WITH BATTERY CHARGER(带充电器的面包卷式的热电发生器)”，WO2006017478“FUEL FLEXIBLE THERMOELECTRIC MICRO-GENERATOR(面包卷式的热电发生器)”，WO2006017389“FUEL FLEXIBLE THERMOELECTRIC MICRO-GENERATOR WITHMICRO-TURBINE(带透平机的面包卷式的热电发生器)”的燃烧室采用的都是“swiss roll”结构，并且都是利用热发电技术，国内微发电技术，专利CN200410104850.2“微燃烧电产生器”利用电场把正负等离子流分离的方法发电的，并且也没有明确微燃烧器的结构。现有技术中没有采用将光发电与热发电技术结合的装置。
发明内容
为了避免和克服上述不足，本发明的目的是提供一种利用温差发电和光发电原理把热电技术和光电技术相结合的微燃烧电产生器，能获得较高的能量转换率。
实现本发明的技术方案为：
微燃烧电产生器包括：燃料瓶、微混合器、供气阀、供气管、喷头、火焰管、电子点火器、电子打火与供气阀同步控制器、燃烧室、选择性辐射涂层、微冷却翅片、冷却室，其特征是采用温差电池作为发电部件，燃料瓶经供气管、微混合器、喷头与燃烧室相连，微混合器安装在供气管中，采用电子打火与供气阀同步控制器控制供气阀的开关和燃料的点火，电子点火器固定在喷头上，从燃烧室向外依次是火焰管、选择性辐射涂层、导热块、温差电池、微冷却翅片，其中导热块、温差电池、微冷却翅片的两侧向外依次是隔热层、密封块，燃烧室的尾部是冷却室。
为提高发电效率，可同时在燃烧室与温差电池之间设置光电池，将光能转换为电能发电。并在选择性辐射涂层和光电池之间抽成真空或充入低压的惰性气体。
且为降低热阻，在温差电池的两面涂上热硅脂。
所述微混合器为一种利用文托里管进行空气和燃料混合的文托里管微混合器。
供气管由散热率较高的材料做成，为防止回火现象发生，优选铝质材料。
同时冷却室的背面也设有温差电池，以回收排放废气中的热量，将其转化为电能。
其工作原理是，氢气或碳氢化合物和氧气在文托里微混合器里混合后进入微型火焰管燃烧室中燃烧，燃烧所产生的热能通过温差电池转化为电能或通过光电池与温差电池结合转化成电能。微型火焰管燃烧室的管壁选用耐热材料SiC、Al2O3，燃烧室的外表面是选择性辐射涂层，光电池则由低频带间隙材料制成，如GaSb、GaInAsSb等。当燃烧室壁面，也就是说，选择性辐射涂层被加热到一定高温时，就会放出光子。当光子撞击光电池时，会激发出自由电子输出电能。因为没有运动件，它的制造和装配较容易，操作亦可靠。同时，它具有较高的能量转换率。透过光电池的热量以及废气所带走的热量再通过温差电池转化为电能。温差电池属于物理电池，它是一种把热能转换成电能的装置。根据塞贝克电动势，即热电效应：当两种不同的金属相接触时，它们之间会产生电位差，将它们组成回路，若两接头的温度不同，则由于两接头的接触电位不同，电路中会产生电动势。半导体材料常表现出较高的热电转换性能。若把n-型和p-型半导体温差电材料连接在一起，当两端温度不同时，p-型半导体中的空穴和n-型半导体中的电子会分别向低温端积累，遂在两端各自产生温差电动势。利用这一原理，通过将p-型和n-型半导体进行适当的串并联连接后制成具有一定输出功率及输出电压的温差电池设置在光电池的外面以及燃烧室的尾部，以产生电能，进一步提高热能的利用率。
本发明的优点是：
(1)同时将光电池和温差电池结合起来，能获得较高的能量转换率。
(2)利用文托里管进行空气和燃料混合，可实现自动吸入空气，简化了装置结构。
本发明可广泛地应用于工业、农业、环境保护、医疗卫生等各行各业的各种电子器件中，它还可以作为微型汽车、微型飞机、微型泵、微型机械等的动力。本发明所公开的微型、携带式的动力装置不仅对微机电系统产业，而且对以现代微电信息和生物技术为支柱的产业都会产生巨大的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
如图所示，图中标号分别代表：1.电子打火与供气阀同步控制器  2.燃料  3.进气阀4.燃料瓶  5.供气阀  6.文托里微混合器  7.供气管  8.喷头  9.电子点火器  10.隔热层  11.燃烧室  12.火焰管  13.选择性辐射涂层  14.光电池  15.导热块  16.温差电池  17.微冷却翅片18.密封块  19.冷却室。
具体实施方式
如图所示，本实施例中燃料瓶(4)中的燃料(2)通过供气管(7)由喷头(8)喷到燃烧室(11)进行燃烧，文托里微混合器(6)安装在供气管(7)中，供气管由散热率较高的材料做成，优选铝质材料，可以防止回火现象的发生；供气阀(5)和电子点火器(9)由固定在燃料瓶(4)上的电子打火与供气阀同步控制器(1)来控制，电子点火器(9)固定在喷头上(8)；燃料(2)由燃料瓶(4)底部的进气阀(3)进行补充；从燃烧室(11)向外依次是火焰管(12)、选择性辐射涂层(13)、光电池(14)、导热块(15)、温差电池(16)、微冷却翅片(17)，光电池(14)、导热块(15)、温差电池(16)、微冷却翅片(17)的两侧向外依次是隔热层(10)、密封块(18)，选择性辐射涂层(13)和光电池(14)之间抽成真空或着是充有低压的惰性气体，以减少对辐射的阻碍，温差电池(16)的两面涂上热硅脂，以减少热阻；燃烧室(11)的尾部是冷却室(19)，冷却室(19)的背面设有温差电池(15)。
使用时，开启电子打火与供气阀同步控制器(1)，供气阀(5)打开，燃料(2)流入供气管(7)中，同时安装在供气管(7)中的文托里微混合器(6)也会把空气吸入供气管(7)中，燃料和空气的混合气就通过供气管(7)由喷头(8)喷到燃烧室(11)燃烧，文托里微混合器(6)可根据流体力学的伯努利方程和燃烧化学平衡来设计。燃烧释放的热量经火焰输送到选择性辐射涂层(13)，选择性辐射涂层(13)发射光子的光谱峰值与光电池(14)的波段相吻合、光电池(14)吸收辐射光子的能量就转化为电能输出。透过光电池的热量由导热块(15)传递到温差电池(16)转换为电能输出。燃烧后的高温废气从燃烧室(11)排到冷却室(19)中冷却后排出，冷却室(19)的背面设有温差电池(16)，可以把废气中的热能再次利用，转化成电能输出。当不需要发电时，关闭电子打火与供气阀同步控制器(1)即可。

Claims (7)

1、微燃烧电产生器，它包括：燃料瓶(4)、微混合器、电子点火与供气阀同步控制器(1)、供气阀(5)、供气管(7)、喷头(8)、火焰管(12)、电子点火器(9)、燃烧室(11)、选择性辐射涂层(13)、微冷却翅片(17)、冷却室(19)，其特征是采用温差电池(16)作为发电部件，燃料瓶(4)经供气管(7)、微混合器、喷头(8)与燃烧室(11)相连，电子点火器(9)固定在喷头(8)上，从燃烧室向外依次是火焰管(12)、选择性辐射涂层(13)、导热块(15)、温差电池(16)、微冷却翅片(17)，导热块(15)、温差电池(16)、微冷却翅片(17)的两侧向外依次是隔热层(10)、密封块(18)，燃烧室的尾部是冷却室(19)。
2、根据权利要求1所述的微燃烧电产生器，其特征在于：在燃烧室(11)与温差电池(16)之间设置光电池(14)。
3、根据权利要求2所述的微燃烧电产生器，其特征在于：在选择性辐射涂层(13)和光电池(14)之间抽成真空或充入低压的惰性气体。
4、根据权利要求1所述的微燃烧电产生器，其特征在于：供气管(7)由散热率较高的材料做成，优选铝质材料。
5、根据权利要求1所述的微燃烧电产生器，其特征在于：所述微混合器为安装在供气管(7)中的文托里微混合器(6)。
6、根据权利要求1所述的微燃烧电产生器，其特征在于：温差电池(16)的两面涂有热硅脂。
7、根据权利要求1所述的微燃烧电产生器，其特征在于：冷却室(19)的背面同时设有温差电池(16)。
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