[實用新型]基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置

有效

• 申請號: 201420763850.2
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN204258667U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 李君;孟龍;王源濤;王聰;陳金星;范皓龍;李擎擎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域：

本實用新型公開了一種基于微尺度燃燒的高效便攜式電源裝置,該裝置利用微燃燒器為熱源應用于熱光伏發電以及溫差發電，對熱能進行了梯級利用，從而實現熱-電轉換功率的最大化。

背景技術：

人類社會生活中幾乎90％左右的能源來自化石燃料燃燒，近幾十年來，微型裝置及其系統如傳感器、微尺度飛行器、調節器、微型醫療器械、微泵、微型馬達等在國防、科研、醫療和工業等領域應用廣泛。上述裝置、系統和產品均要求能量供應系統具有體積小、重量輕、能量密度高和持續時間長等特點，其動力需求功率范圍在幾毫瓦到幾百瓦之間，現有的供能方式基本為一次堿性電池、可充電電池，以及高性能的新型電池等。自從1997微動力機電系統被提出來，由于基于燃料燃燒的微動力系統具有高能量密度的特點，因此，近幾十年來此類基于燃燒的微動力系統成為國內、外研發機構的研究熱點。而微燃燒器與傳統電池相比較具有：價格低廉、保存期限長、能夠提供更穩定的電壓、再次添加燃料方便和比起一次性電池來環境友好等優點。

微燃燒發電的方式主要有熱光伏發電和溫差發電兩種。熱光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將熱輻射直接轉變為電能的一種技術。溫差發電的原理為熱電效應，即當熱電模塊的兩端溫度不相同時，材料中的電子或空穴會由高溫區向低溫區移動，從而產生電流或電荷堆積。然而，熱光伏發電只能利用燃燒器壁面的高溫輻射，中低溫部分的能量無法利用。溫差發電因為材料的限制，一般只能利用中低溫區的能量。二者具有各自的優缺點。

發明內容：

本實用新型就是基于此背景下，結合熱光伏裝置及溫差發電裝置二者各自的優點，設計出一種對熱能進行了梯級利用，從而實現熱-電轉換功率的最大化的電源裝置。

基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，包括：預熱通道1、2，混合腔3，微燃燒器4，熱光伏發電模塊5，還包括：溫差發電模塊6；燃燒廢氣從微燃燒器4中出來后，沖擊在溫差發電模塊的下端面上。

燃燒廢氣從微燃燒器4出來后，可以首先經過一個XY方向截面積不斷擴大的擴張通道10，增大了氣體沖擊的面積，有利于熱量均勻分布于溫差發電模塊上，提高了溫差發電的效率；所述擴張通道可以是在XZ方向截面為梯形。

還可以包括：溫差發電模塊固定板9，燃燒廢氣沖擊在它的一個側面，它的另一個側面連接溫差發電模塊6的熱端；散熱器7，緊貼溫差發電模塊6的冷端。

所述預熱通道、微燃燒器、熱光伏發電模塊在XY方向截面為扁平狀矩形，長邊方向平行陣列；預熱通道的數量為2，分別為燃料預熱通道和空氣預熱通道，分別位于陣列的兩個最外端；2個預熱通道的內側分別緊貼布置2個熱光伏發電模塊，2個熱光伏發電模塊之間交錯、均勻布置微燃燒器和熱光伏發電模塊。

所述混合腔位于預熱通道與微燃燒器之間，混合腔中布置有交錯的隔板，延長了氣體通過的時間，有利于氣體的充分混合。

本實用新型相對于現有技術的優點在于：由于常規的熱光伏發電，燃燒器尾氣溫度較高(約500℃)，尾部固定溫差發電模塊，回收了部分廢熱；本實用新型結合了熱光伏發電和溫差發電二種熱能利用方式各自的優點，將能源的利用效率大大提高。

附圖說明：

圖1是本實用新型實施例裝置的微燃燒器主體部分的立體圖，圖中，X、Y、Z坐標軸相互垂直；X軸方向為預熱通道、微燃燒器、熱光伏發電模塊平行陣列方向；Z軸方向為燃燒器內氣流流動方向；Y軸為同時垂直于X和Y軸的方向。

圖2是本實用新型實施例裝置部件組成原理結構簡圖；圖中，1代表燃料預熱通道，2代表空氣預熱通道，3代表混合腔，4代表微燃燒器，5代表熱光伏發電模塊，6代表溫差發電模塊，7代表散熱器，8代表風扇，9代表溫差發電模塊固定板，10代表擴張通道。

圖3是圖1的俯視圖。

具體實施方式：

實施例：

基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，包括：預熱通道1、2，混合腔3，微燃燒器4，熱光伏發電模塊5，還包括：

溫差發電模塊6；燃燒廢氣從微燃燒器4中出來后，首先經過一個XY方向截面積不斷擴大的擴張通道10，增大了氣體沖擊的面積，有利于熱量均勻分布于溫差發電模塊上，提高了溫差發電的效率；所述擴張通道可以是在XZ方向截面為梯形；

溫差發電模塊固定板9，燃燒廢氣沖擊在它的一個側面，它的另一個側面連接溫差發電模塊6的熱端；散熱器7，緊貼溫差發電模塊6的冷端；風扇8，位于散熱器上，提高散熱效果。