[發(fā)明專利]一種微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生方法和裝置

有效

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103321780A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 吳中華;徐玉君;李占勇
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: F02K7/00
• 分類號: F02K7/00;H02N6/00
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

技術領域

本發(fā)明屬于微動力機電系統(tǒng)領域，特別涉及一種微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生方法和裝置。

背景技術

近幾十年來，微型裝置及其系統(tǒng)如傳感器、微尺度飛行器、微型醫(yī)療器械、微泵、微型馬達等在國防、科研、醫(yī)療和工業(yè)等領域應用廣泛。上述裝置、系統(tǒng)和產(chǎn)品均要求能量供應系統(tǒng)具有體積小、重量輕、能量密度高和持續(xù)時間長等特點。碳氫燃料的儲能密度約為40～50MJ／kg，目前普遍使用的、性能最好的鋰離子電池只有0.4～0.5MJ／kg。即使燃料的化學能的10％轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽細淙剂咸峁┑膬δ苊芏纫渤^電池l0倍以上。由于碳氫燃料廉價和高儲能密度的優(yōu)點，基于燃燒的微型發(fā)電系統(tǒng)和微型推進系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為最近幾年美國、日本、歐洲各國能源與環(huán)境界研究熱點。

目前微型發(fā)電和推進系統(tǒng)的核心部件-微燃燒器都是基于穩(wěn)態(tài)連續(xù)燃燒方式，如三層硅基微燃燒器、六層硅片微燃室、三維的瑞士卷式燃燒器等各種微燃燒器。這些微燃燒器可將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為動能和電能，但由于其結構復雜，加工制造困難。另外，穩(wěn)態(tài)連續(xù)燃燒方式燃燒強度低，在微尺度效應下將出現(xiàn)燃燒器內(nèi)工作不穩(wěn)定、燃燒不完全、燃燒效率和熱效率低，污染物排放濃度高等問題。為克服基于穩(wěn)態(tài)連續(xù)燃燒方式的微燃燒器的缺點，課題組提出了一種基于脈動燃燒方式的微脈動燃燒器（中國專利文獻201220238101.9）。基于燃料脈動燃燒的微燃燒器具有燃燒強度大、燃燒效率高，運行穩(wěn)定等優(yōu)點，還具有結構簡單、無運動部件、易于操作的特點，避免了摩擦、密封、加工裝配等難點。上述微脈動燃燒器雖然解決了脈動燃燒問題，但其產(chǎn)生的熱能并未得到充分利用，也并未解決推力和電能的產(chǎn)生問題。為此，在微脈動燃燒器基礎上，課題組開發(fā)了一種基于燃料脈動燃燒方式的微電能和推力產(chǎn)生方法和裝置。新的電能和推力裝置采用微脈動燃燒器，可高效地將燃料化學能轉(zhuǎn)化為熱能和機械能，其中熱能進一步轉(zhuǎn)化為電能。作為電能發(fā)生器，其工作過程熱效率高、污染物排放小，同時結構設計簡單易行，具有突出的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單、制作容易、可使熱能充分利用、并可同時產(chǎn)生推力和電能的微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生方法和裝置。

本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：

一種微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生方法，其特征在于：該方法的步驟為：

（1）.由微脈動燃燒裝置將化學能轉(zhuǎn)換成熱能及物理能，并將物理能直接形成推力，同時微脈動燃燒裝置的熱能轉(zhuǎn)換成光能；

（2），由光電轉(zhuǎn)換裝置將光能轉(zhuǎn)換成電能并輸出。

一種微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置，其特征在于：由微型里克脈動燃燒器、光電轉(zhuǎn)換裝置組成，光電轉(zhuǎn)換裝置固裝于微型里克脈動燃燒器外壁，所述微型里克脈動燃燒器由供氣裝置、點火裝置、燃燒裝置組成，供氣裝置、點火裝置均固裝于燃燒裝置上。

而且，所述供氣裝置為兩組，分別固裝于燃燒裝置兩側(cè)，均由流量控制裝置、供氣閥、燃料氣瓶、輸氣管組成，燃氣瓶、供氣閥、流量控制裝置依次連接在輸氣管上，輸氣管末端固裝于燃燒裝置上。

而且，所述燃燒裝置由燃燒器尾管、金屬纖維網(wǎng)或火焰穩(wěn)定器組成，金屬纖維網(wǎng)或火焰穩(wěn)定器固裝于燃燒器尾管內(nèi)軸向四分之一處。

而且，所述光電轉(zhuǎn)換裝置，由光電板外套、電能輸出裝置組成，光電板外套套裝于尾管外周，電能輸出裝置固裝于光電板外套上并與光電板外套電連接。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1.本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置結構簡單，制作容易。

2.本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置采用微脈動燃燒器作為核心部件，將微脈動燃燒技術的優(yōu)點融入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可高效地將燃料化學能轉(zhuǎn)化為熱能和物理能，既節(jié)約能源，又降低污染物的排放量。

3.本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置可將尾管吸收的熱能轉(zhuǎn)換成電能，既大大的提高了能源利用效率，又增大了燃燒器的功能和適用范圍。

4.本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生方法和裝置，其方法和結構設計科學合理，具有結構簡單、制作容易、能源利用率高、適用范圍廣泛等優(yōu)點，是一種具有較高創(chuàng)新性的微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置結構示意圖；

圖2為本發(fā)明微脈動燃燒電能和推力產(chǎn)生裝置的工作原理圖。

附圖標記說明

1-流量控制裝置，2-供氣閥，3-燃料氣瓶，4-輸氣管，5-金屬纖維網(wǎng)，6-尾管，7-光電板外套，8-電能輸出裝置，9-點火裝置。