基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明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(yīng)用于熱光伏發(fā)電以及溫差發(fā)電，對(duì)熱能進(jìn)行了梯級(jí)利用，從而實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換功率的最大化。
【背景技術(shù)】
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[0002]人類社會(huì)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(tǒng)如傳感器、微尺度飛行器、調(diào)節(jié)器、微型醫(yī)療器械、微泵、微型馬達(dá)等在國防、科研、醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。上述裝置、系統(tǒng)和產(chǎn)品均要求能量供應(yīng)系統(tǒng)具有體積小、重量輕、能量密度高和持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)，其動(dòng)力需求功率范圍在幾毫瓦到幾百瓦之間，現(xiàn)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(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)被提出來，由于基于燃料燃燒的微動(dòng)力系統(tǒng)具有高能量密度的特點(diǎn)，因此，近幾十年來此類基于燃燒的微動(dòng)力系統(tǒng)成為國內(nèi)、外研發(fā)機(jī)構(gòu)的研宄熱點(diǎn)。而微燃燒器與傳統(tǒng)電池相比較具有:價(jià)格低廉、保存期限長、能夠提供更穩(wěn)定的電壓、再次添加燃料方便和比起一次性電池來環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]微燃燒發(fā)電的方式主要有熱光伏發(fā)電和溫差發(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)。溫差發(fā)電的原理為熱電效應(yīng)，即當(dāng)熱電模塊的兩端溫度不相同時(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。然而，熱光伏發(fā)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(fā)電因?yàn)椴牧系南拗?，一般只能利用中低溫區(qū)的能量。二者具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明就是基于此背景下，結(jié)合熱光伏裝置及溫差發(fā)電裝置二者各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種對(duì)熱能進(jìn)行了梯級(jí)利用，從而實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換功率的最大化的電源裝置。
[0005]基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，包括:預(yù)熱通道1、2，混合腔3，微燃燒器4，熱光伏發(fā)電模塊5，還包括:溫差發(fā)電模塊6 ;燃燒廢氣從微燃燒器4中出來后，沖擊在溫差發(fā)電模塊的下端面上。
[0006]燃燒廢氣從微燃燒器4出來后，可以首先經(jīng)過一個(gè)XY方向截面積不斷擴(kuò)大的擴(kuò)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(fā)電模塊上，提高了溫差發(fā)電的效率；所述擴(kuò)張通道可以是在XZ方向截面為梯形。
[0007]還可以包括:溫差發(fā)電模塊固定板9，燃燒廢氣沖擊在它的一個(gè)側(cè)面，它的另一個(gè)側(cè)面連接溫差發(fā)電模塊6的熱端；散熱器7，緊貼溫差發(fā)電模塊6的冷端。
[0008]所述預(yù)熱通道、微燃燒器、熱光伏發(fā)電模塊在XY方向截面為扁平狀矩形，長邊方向平行陣列；預(yù)熱通道的數(shù)量為2，分別為燃料預(yù)熱通道和空氣預(yù)熱通道，分別位于陣列的兩個(gè)最外端；2個(gè)預(yù)熱通道的內(nèi)側(cè)分別緊貼布置2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊，2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊之間交錯(cuò)、均勻布置微燃燒器和熱光伏發(fā)電模塊。
[0009]所述混合腔位于預(yù)熱通道與微燃燒器之間，混合腔中布置有交錯(cuò)的隔板，延長了氣體通過的時(shí)間，有利于氣體的充分混合。
[0010]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:由于常規(guī)的熱光伏發(fā)電，燃燒器尾氣溫度較高(約500°C )，尾部固定溫差發(fā)電模塊，回收了部分廢熱；本發(fā)明結(jié)合了熱光伏發(fā)電和溫差發(fā)電二種熱能利用方式各自的優(yōu)點(diǎn)，將能源的利用效率大大提高。
【附圖說明】
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[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例裝置的微燃燒器主體部分的立體圖，圖中，X、Y、Z坐標(biāo)軸相互垂直；χ軸方向?yàn)轭A(yù)熱通道、微燃燒器、熱光伏發(fā)電模塊平行陣列方向；ζ軸方向?yàn)槿紵鲀?nèi)氣流流動(dòng)方向；Υ軸為同時(shí)垂直于X和Y軸的方向。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例裝置部件組成原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖中，I代表燃料預(yù)熱通道，2代表空氣預(yù)熱通道，3代表混合腔，4代表微燃燒器，5代表熱光伏發(fā)電模塊，6代表溫差發(fā)電模塊，7代表散熱器，8代表風(fēng)扇，9代表溫差發(fā)電模塊固定板，10代表擴(kuò)張通道。
[0013]圖3是圖1的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0014]實(shí)施例:
[0015]基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，包括:預(yù)熱通道1、2，混合腔3，微燃燒器4，熱光伏發(fā)電模塊5，還包括:
[0016]溫差發(fā)電模塊6 ;燃燒廢氣從微燃燒器4中出來后，首先經(jīng)過一個(gè)XY方向截面積不斷擴(kuò)大的擴(kuò)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(fā)電模塊上，提高了溫差發(fā)電的效率；所述擴(kuò)張通道可以是在XZ方向截面為梯形；
[0017]溫差發(fā)電模塊固定板9，燃燒廢氣沖擊在它的一個(gè)側(cè)面，它的另一個(gè)側(cè)面連接溫差發(fā)電模塊6的熱端；散熱器7，緊貼溫差發(fā)電模塊6的冷端；風(fēng)扇8，位于散熱器上，提高散熱效果。
[0018]所述預(yù)熱通道、微燃燒器、熱光伏發(fā)電模塊在XY方向截面為扁平狀矩形，長邊方向平行陣列；預(yù)熱通道的數(shù)量為2，分別為燃料預(yù)熱通道和空氣預(yù)熱通道，分別位于陣列的兩個(gè)最外端；2個(gè)預(yù)熱通道的內(nèi)側(cè)分別緊貼布置2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊，2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊之間交錯(cuò)、均勻布置微燃燒器和熱光伏發(fā)電模塊。
[0019]所述混合腔位于預(yù)熱通道與微燃燒器之間，混合腔中布置有交錯(cuò)的隔板，延長了氣體通過的時(shí)間，有利于氣體的充分混合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，包括:預(yù)熱通道(1、2)，混合腔(3)，微燃燒器(4)，熱光伏發(fā)電模塊(5)，其特征在于，還包括:溫差發(fā)電模塊￠);燃燒廢氣從微燃燒器(4)中出來后，沖擊在溫差發(fā)電模塊(6)的下端面上。
2.如權(quán)利要求1所述基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，其特征在于:燃燒廢氣從微燃燒器(4)出來后，首先經(jīng)過一個(gè)XY方向截面積不斷擴(kuò)大的擴(kuò)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(fā)電模塊上，提高了溫差發(fā)電的效率。
3.如權(quán)利要求2所述基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，其特征在于:所述擴(kuò)張通道在XZ方向截面為梯形。
4.如權(quán)利要求3所述基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，其特征在于，還包括:溫差發(fā)電模塊固定板(9)，燃燒廢氣沖擊在它的一個(gè)側(cè)面，它的另一個(gè)側(cè)面連接溫差發(fā)電模塊(6)的熱端；散熱器(7)，緊貼溫差發(fā)電模塊￠)的冷端。
5.如權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，其特征在于: 所述預(yù)熱通道、微燃燒器、熱光伏發(fā)電模塊在XY方向截面為扁平狀矩形，長邊方向平行陣列； 預(yù)熱通道的數(shù)量為2，分別為燃料預(yù)熱通道(I)和空氣預(yù)熱通道(2)，分別位于陣列的兩個(gè)最外端； 2個(gè)預(yù)熱通道的內(nèi)側(cè)分別緊貼布置2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊，2個(gè)熱光伏發(fā)電模塊之間交錯(cuò)、均勻布置微燃燒器和熱光伏發(fā)電模塊。
6.如權(quán)利要求5所述基于微尺度燃燒的便攜式電源裝置，其特征在于:所述混合腔位于預(yù)熱通道與微燃燒器之間，混合腔中布置有交錯(cuò)的隔板，延長了氣體通過的時(shí)間，有利于氣體的充分混合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于微尺度燃燒的高效便攜式電源裝置,該裝置包括：預(yù)熱通道1、2，混合腔3，微燃燒器4，熱光伏發(fā)電模塊5，還包括：溫差發(fā)電模塊6；燃燒廢氣從微燃燒器4中出來后，沖擊在溫差發(fā)電模塊的下端面上。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明結(jié)合了熱光伏發(fā)電和溫差發(fā)電二種熱能利用方式各自的優(yōu)點(diǎn)，將能源的利用效率大大提高。
【IPC分類】H02N11-00
【公開號(hào)】CN104578975
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410740658
【發(fā)明人】李君 , 孟龍, 王源濤, 王聰, 陳金星
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日