[发明专利]燃烧光能利用装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧光能利用装置及方法，属于燃烧光能利用技术领域。

背景技术

可燃物质燃烧释放大量能量，这些能量以电磁波的形式向周围辐射，燃烧产生的电磁波主要有以热辐射为主的红外波段和以光辐射为主的可见光波段（波长为0.38-0.76μm）。燃烧产生的热辐射能通过动力装置转化为机械能（如汽油机、柴油机等）或者是通过热光伏系统（Thermo-PhotoVoltaic,TPV）将红外辐射能直接转化为电能。以主要利用燃烧过程中释放出的光辐射如各种燃烧发热量很小但发光量巨大的材料制作的冷光烟火、照明剂和发光信号剂；以主要利用燃烧过程中释放出的热辐射如无强光明焰的高温低氧无焰燃烧技术、阴燃暗燃过程；这些都是分别利用燃烧过程发出的光和热的典型与极端实例。然而目前各类常规燃烧过程仍是光和热并存的过程，然而在人们利用燃烧热辐射的热能时，其光辐射的光能就被浪费了。常规燃料燃烧过程中存在强光明焰燃烧区，可见光波段内的辐射能占总辐射能的1-4%左右，属于燃烧过程中的低品位能。开发利用低品位能是目前能源动力领域的研究焦点和热点，被誉为突破能源危机的指路明灯和最具有直接应用价值的节能研究开发。若能把高温燃烧时光辐射的可见光波段能量有效利用起来，对于提高现代热能动力循环综合热效率是非常有潜在意义的。现在能够直接利用光能的装置就是太阳能发电，是通过光伏电池将太阳光转化为电能，其适用的温度是室温（300K），然而在利用燃料燃烧光能时，其环境温度很高（1500~2500K），太阳能发电系统不适合。

发明内容

本发明的目的针对燃料燃烧时光辐射能被浪费的问题，提出了一种能够在高温下利用燃烧光能的燃烧光能利用装置及方法。

一种燃烧光能利用装置，其特征在于：依次包括光电转化元件和散热器，其中在光电转化元件之前还设置有与该光电转化元件匹配的用于滤除辐射能量低于该光电转换器件的禁带宽度而不能转换为电能的光子的光学滤波器。

当燃烧火焰稳定时可以没有取光器。而当燃烧火焰不稳定时在上述光学滤波器之前还设置有取光器。

一种燃烧光能利用方法，其特征在于包括以下过程：燃料在燃烧器燃烧发光，光能透过取光器；光能经过光学滤光器过滤实现光能与光电转化元件之间的匹配，因为燃烧会产生一些辐射能量低于光电转换器件的禁带宽度而不能转换为电能的光子，这部分辐射能量会加热光电转化元件，因此必须被过滤掉；光能被光电转化元件吸收，转换为电能输出；光电转化元件通过散热器来降低温度。

燃料在燃烧器内燃烧发热发光，强光明焰燃烧区光能通过光能穿透单元，进入光学滤波器，被光电转化元件吸收转化为电能。光电转化元件将光能转换为电能，是整个光能利用系统的核心部件。光学滤波器也即光谱控制器，用来实现光能与光电转化元件之间的匹配，因为燃烧会产生一些辐射能量低于光电转换器件的禁带宽度而不能转换为电能的光子，这部分辐射能量会加热光电转化元件，因此必须被过滤掉，如红外波段辐射被折回燃烧器内，光学滤波器其作用是将不能被转换电能的光波段光能反射回燃烧器，这样有利用提高燃烧热利用率，同时也能降低光电转化元件温度，保证其工作性能。光电转化元件可以采用光伏电池，另外，由于光电转化元件处在高温之中，可以采用散热器来降低光电转化元件温度，其形式可以是空冷、水冷，也可以是是增加翅片的形式。

本发明首创性地提出了利用燃烧过程中低品位能光能的概念，并且基于CPV（Combustion-PhotoVoltaic）系统给出了利用方法和实施的具体结构。本发明可以将燃烧光能简单、方便地转换为高品位的电能，提高了燃料燃烧时能量的利用率。这是一项符合我国“节能减排”国策，适合我国能源可持续利用的新技术。

附图说明

图1为本发明CPV系统原理图；

图2为炉膛型光能利用装置示意图；

图3为炉灶型光能利用装置示意图；

图4为内燃气缸型光能利用装置示意图；

图中标号名称：1、取光器；2、滤光器；3、光电转化元件；4、散热器；5、炉壁；6、燃气；7、气缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明：