[發明專利]一種用于航空渦噴發動機余熱回收的近場熱光伏發電裝置

有效

• 申請號: 202210740893.8
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115013156B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 何明鍵;齊宏;王博文;任亞濤;高包海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F02C6/18
• 分類號: F02C6/18;F28D15/02;F28D15/04;H02J7/35;H02S40/30
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 高志光

一種用于航空渦噴發動機余熱回收的近場熱光伏發電裝置，涉及近場熱光伏余熱回收技術領域。為了解決如何在保證近場熱光伏技術進行高效的余熱回收發電的情況下，還能維持光伏電池的低溫狀態的問題。本發明中近場熱光伏系統安裝在發動機高溫區域的外壁上，近場熱光伏系統的內壁與發動機外壁相貼合；每個近場熱光伏系統包括多組微分的近場熱光伏單元和扇形支撐殼體；多組近場熱光伏單元并排緊密排列在扇形支撐殼體內；每組近場熱光伏單元包括一個選擇性輻射器和一塊光伏電池板，光伏電池板處于選擇性輻射器遠離熱源的一側，且光伏電池板與選擇性輻射器之間保持真空納米間隙；多塊光伏電池板與電壓調節器電連接。本發明主要用于航空發動機的余熱回收。

技術領域

本發明涉及近場熱光伏余熱回收技術領域，尤其涉及一種用于航空渦噴發動機余熱回收的近場熱光伏發電裝置。

背景技術

熱光伏是一種通過光伏效應將熱源工業廢熱、燃料燃燒和集中太陽輻射等釋放的熱能直接轉換為電能的能源利用方法，但輻射器向光伏電池的輻射熱傳遞會受到黑體輻射的限制，引入近場熱光伏可以超越黑體輻射，突破遠場熱光伏的局限性。當輻射源與電池的間隔小于特征波長時，倏逝波會通過光子隧穿增強輻射傳遞，將光伏電池中的光生載流子提高幾個數量級，可實現高效轉換和大功率輸出。

航空發動機燃料燃燒所產生的能量中有很大一部分通過熱量散失，軍用航空發動機燃燒室的工作溫度已經超過了2000K，民用航空發動機也要達到1800-1900K，如果能對這部分高品位熱能進行回收，將提升航空發動機整體的能量利用率。現有的航空發動機余熱回收發電技術多基于朗肯循環或半導體溫差發電，存在重量大、結構復雜、維護成本高和安全隱患大等弊端，運用近場熱光伏技術進行余熱回收可以很好的避免這些問題；而且在理想情況下，近場熱光伏在1500K時能達到35％的能量轉換效率及接近10⁵W/m²的電能輸出；但是由于近場熱光伏技術中光伏電池與選擇性輻射器之間的距離達到微米甚至納米級別，即使采用真空隔熱，光伏電池也會不可避免的受到高溫熱源的影響，而光熱電池需維持在較低溫度下可以保證正常工作，故如何在保證近場熱光伏技術進行高效的余熱回收發電的情況下，還能維持光伏電池的低溫狀態是本發明需要考慮的重點問題。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：如何在保證近場熱光伏技術進行高效的余熱回收發電的情況下，還能維持光伏電池的低溫狀態的問題；進而提供一種用于航空發動機余熱回收的近場熱光伏發電裝置，本發明的余熱回收發電裝置既結構簡單、輕薄便攜，又具有較高的輸出功率，是一種極具潛力的航空發動機余熱回收利用的裝置。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是：

一種用于航空渦噴發動機余熱回收的近場熱光伏發電裝置，它包括多個近場熱光伏系統、電壓調節器和多個相變換熱器；所述的多個近場熱光伏系統周向均勻安裝在渦噴發動機高溫區域的外壁上，近場熱光伏系統的內壁與渦噴發動機的外壁相貼合；每個近場熱光伏系統包括多組微分的近場熱光伏單元和一個扇形支撐殼體；所述的多組近場熱光伏單元并排緊密排列在扇形支撐殼體內；每組近場熱光伏單元包括一個選擇性輻射器和一塊光伏電池板，所述的光伏電池板處于選擇性輻射器遠離熱源的一側，且光伏電池板與選擇性輻射器之間保持真空納米間隙；多塊光伏電池板與電壓調節器電連接；每個近場熱光伏系統對應設置一個相變換熱器，所述的相變換熱器設置在支撐殼體與飛機蒙皮之間，相變換熱器的熱端與支撐殼體的外壁貼合，相變換熱器的冷端與飛機蒙皮的內壁相貼合。

本發明與現有技術相比產生的有益效果是：

1、本發明運用近場熱光伏系統回收了航空發動機余熱產出電能，不僅減少了發動機用來帶動外部發電機所做的有用功，提高了航空發動機整體的能量利用率，而且將航空發動機燃燒室剩余的熱能轉化為可利用的電能，緩解了燃燒室的散熱壓力。