[實(shí)用新型]一種微燃燒發(fā)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320546342.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN203466771U
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范愛武;萬建龍;張賀;張婧宜;劉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02S10/30
• 分類號(hào): H02S10/30
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于微小尺度發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種微燃燒發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

不斷涌現(xiàn)的各種微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），如微型機(jī)器人、微型傳感器以及手機(jī)等便攜式電子設(shè)備，要求其動(dòng)力系統(tǒng)具備體積小、重量輕、能量密度大、以及使用方便等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的化學(xué)電池存在重量大、能量密度小、使用時(shí)間短、充電時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能完全勝任這方面的需求；而氫氣和碳?xì)浠衔锟扇細(xì)怏w的能量密度比化學(xué)電池高幾十倍。因此，基于燃燒的微小型發(fā)電系統(tǒng)，即微燃燒發(fā)電裝置，具有與化學(xué)電池競(jìng)爭(zhēng)的巨大潛力，引起了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。

微燃燒發(fā)電的方式主要有熱光伏發(fā)電和熱電發(fā)電兩種。熱光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將熱輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。熱電轉(zhuǎn)換是最方便直接的發(fā)電方式。其原理為熱電效應(yīng)，即當(dāng)熱電模塊的兩端溫度不相等時(shí)，材料中的電子或空穴會(huì)由高溫區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流或電荷堆積。熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由熱源、冷源和熱電模塊構(gòu)成。

然而，熱光伏發(fā)電只能利用燃燒器壁面發(fā)出的高溫輻射能，中低溫部分的能量無法利用。熱電發(fā)電因?yàn)闊犭姴牧侠涠诵杈S持低溫才能有效發(fā)電，而現(xiàn)有維持熱電材料冷端低溫的技術(shù)有：被動(dòng)式，如裝配金屬翅片來加強(qiáng)散熱，增加了裝置體積且效果有限；主動(dòng)式，驅(qū)動(dòng)冷氣體或冷水帶走熱量，消耗額外能量且熱損耗大。目前，由于熱電材料冷端無法有效冷卻，熱電發(fā)電效率普遍比較低，只有1%左右。另外，目前高溫?zé)犭姴牧铣杀靖撸阅懿环€(wěn)定，一般很少應(yīng)用，因此熱電發(fā)電一般只能利用中低溫區(qū)的能量。目前雖然有結(jié)合熱光伏發(fā)電原理和熱電發(fā)電原理的裝置，但僅為兩者的簡(jiǎn)單疊加，結(jié)構(gòu)松散，熱量散失問題沒有改善，熱電發(fā)電模塊冷端冷卻問題仍然存在。

除此以外，在微燃燒發(fā)電裝置中，火焰的穩(wěn)定性是另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題。這是因?yàn)樵谖⑿⌒腿紵髦校捎谌紵冶砻娣e與體積的比，即面體比，相對(duì)于常規(guī)尺度來說要大兩至三個(gè)數(shù)量級(jí)，使得通過壁面的散熱損失的比例大大增加，同時(shí)化學(xué)反應(yīng)的自由基被燃燒室壁面的捕獲幾率也大大增加，因此，火焰穩(wěn)定性變差，容易發(fā)生熄火。此外，燃燒室?guī)缀纬叽缣。瑲怏w混合物在其中的停留時(shí)間短，可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w往往來不及完全反應(yīng)就被吹出燃燒室，不僅導(dǎo)致燃燒效率降低，而且可燃?xì)怏w的吹熄極限和穩(wěn)燃范圍也大大縮小。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種微燃燒發(fā)電裝置，其目的在于通過對(duì)其關(guān)鍵組件的形狀、尺寸及其設(shè)置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效解決現(xiàn)有微燃燒發(fā)電技術(shù)中的熱光伏發(fā)電裝置無法利用中低溫區(qū)能量，熱電發(fā)電模塊只能利用中低溫區(qū)能量且冷端冷卻技術(shù)增加體積或消耗額外能量，火焰穩(wěn)定性差，易發(fā)生熄火的問題，同時(shí)可提高發(fā)電效率和發(fā)電穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命、縮小發(fā)電裝置尺寸。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種燃燒能量梯級(jí)利用的微燃燒發(fā)電裝置，包括第一至第四預(yù)熱通道，燃燒室，擋流板，第一、第二熱光伏發(fā)電模塊，以及第一、第二熱電發(fā)電模塊；所述第一、第三預(yù)熱通道一端相連，形成U型管道，所述第二、第四預(yù)熱通道一端相連，形成U型管道，兩套U型管道分別設(shè)置在燃燒室兩側(cè)，第一、第二預(yù)熱通道另一端為進(jìn)氣口，用于通入可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w或其混合氣體，第三、第四預(yù)熱通道另一端交匯在燃燒室入口外，所述擋流板設(shè)置在第三、第四預(yù)熱通道交匯處，用于將氣體導(dǎo)入燃燒室；第一、第二熱光伏發(fā)電模塊分別設(shè)置在燃燒室與第三、第四預(yù)熱通道之間形成的高溫區(qū)，第一、第二熱電發(fā)電模塊分別設(shè)置在第一、第三預(yù)熱通道之間和第二、第四預(yù)熱通道之間形成的中低溫區(qū)。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其燃燒室從功能上劃分為依次首尾相連的三段，第一段作為入口，第二段作為穩(wěn)燃腔，第三段作為燃盡腔。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其穩(wěn)燃腔的的具體實(shí)現(xiàn)方式為：定義所述燃燒室的入口截面寬度為W，所述燃燒室的第二段橫截面寬度為W’，滿足W’>W，以此使得燃燒室的第二段內(nèi)形成低速回流區(qū)，起到穩(wěn)燃作用。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其燃燒室入口橫截面寬度W、燃燒室穩(wěn)燃腔橫截面寬度W’、穩(wěn)燃腔長(zhǎng)度L滿足2L/(W’-W)的值在1到4之間。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其燃燒室穩(wěn)燃腔與燃盡腔連接的一端加工成導(dǎo)角，用于引導(dǎo)穩(wěn)燃腔內(nèi)的氣體進(jìn)入燃盡腔。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其燃燒室的入口與穩(wěn)燃腔的連接端橫截面沿氣體流動(dòng)方向逐漸變窄，形成用于輔助穩(wěn)燃的喇叭狀連接通道。

優(yōu)選地，所述微燃燒發(fā)電裝置，其喇叭狀連接通道與燃燒室穩(wěn)燃腔連接處的橫截面寬度和燃燒室入口橫截面寬度的比值在0.4到0.7之間。