[发明专利]一种紧凑型微尺度热能动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧凑型微尺度热能动力系统，属于热力学领域。

背景技术

液体碳氢燃料能量密度高，运输/储存性能好，将液体碳氢燃料置于微小容器中进行微尺度级别的燃烧以获得长效高密度的电能的概念在上世纪末就已经被提出，但是由于燃烧的基本原理以及微尺度燃烧本身特性的限制，液体燃料很难在微小容器内持续稳定燃烧，进而释放热量并输出电能。造成这种现象的主要原因如下：

1.在微尺度燃烧中，装置的面积/体积比非常大，造成单位体积上的热损失严重，化学反应所释放的热量不足以维持自身的继续进行。

2.微尺度燃烧中通道狭小，其通道直径常常小于燃料的最小熄火距离，在燃烧化学反应中所产生的自由基在触及固体壁面后被快速消耗，因此无法持续保持化学反应，从而导致火焰的熄灭。

3.液体碳氢燃料分子较大，在反应的过程中化学反应复杂，化学反应速率较慢，且在反应的过程中存在复杂的相变，因此更加不易维持燃烧。

研究人员在提高微尺度燃烧装置燃烧稳定性、降低热量散失方面进行了许多工作，如采用回热装置，利用完成燃烧后的高温燃气对未燃气体进行加热，以减小淬熄距离；选用导热性能合适的壁面材料，使燃烧器在热量散失不很多的同时又能够对上游气体进行加热等等。

在对燃烧所产生的能量进行利用方面，研究人员提出并尝试了多种方式，其中以采用运动部件作为能量转化部件较为多见，包括斯特林发动机、转子发动机、涡轮、脉冲燃烧器、活塞式发动机等，这些燃烧装置能量转化效率高，但质量较大，噪音较高。此外还有瑞士卷型燃烧器、平板燃烧器等不含有运动部件的燃烧装置，此类装置多通过热-电转化材料或热-光-电转化材料输出电能，具有质量轻，无噪音等特点，但能量转化效率相对较低。

目前相关的研究工作主要集中在气体燃料的微尺度燃烧方面，且多数仅为原理性样机，此类样机的主要特点为：

1.此类样机采用气体燃料作为燃烧器的燃料，气体燃料体积密度很低，对储存的要求很高，且存在较为严重的安全隐患，一旦泄露容易造成人员及财产损失。

2.此类样机目前均需要外界能量对燃料以及空气进行加压，从而维持系统的正常运行，因此不具备持续工作能力。

3.此类样机结构并不完善，系统较为庞大且复杂，不够紧凑。

4.采用运动部件的样机的某些部件的往复运动会产生大量的噪音，对使用者的健康造成不利影响。

随着化石能源的快速消耗，环境问题的持续威胁，以及小型个人计算/通讯设备的快速发展都需要更为高效、清洁、紧凑的小型供电设备；同时特殊行业也对供电设备的长效性提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决由于现有技术紧凑度不够、噪音较大、能量供应不足等原因，导致现有微尺度热能动力装置无法完全满足社会需求的问题，从而提供一种紧凑型微尺度热能动力系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种紧凑型微尺度热能动力装置，包括燃烧器，多孔介质，涡轮，风扇，排气管，进气管，燃料箱，燃料输送管，膨胀袋，热管，热光电材料，启动电机，加热片，燃料调节单向阀；

连接关系：

燃烧器由内通道与外通道组成，多孔介质布置在燃烧器的内通道中。

风扇与燃烧器的内通道通过进气管相连接；排气管的一端连接燃烧器的外通道，另一端则与涡轮相连接；风扇与涡轮通过一根传动轴相连接；空气在风扇的作用下通过进气管进入燃烧器的内管中与燃料气体相混合，混合气体在燃烧器内完成燃烧。完成燃烧后的高温气体通过排气管驱动涡轮，涡轮则通过传动轴带动风扇运转。

燃料箱的一端通过燃烧输送管与多孔介质联接，另一端则与热量相联接，燃料调节单向阀位于燃料输送管上，起到调节燃料流量的作用，在紧凑型微尺度热能动力系统工作的过程中，系统输出功率的大小通过调节燃料流量的多少来进行调节。

燃烧器通过热管联接到燃料箱的内部。热管位于燃料箱内部的一端套有膨胀袋，加热片则位于膨胀袋内部，与热管固连。膨胀袋内置有低沸点液体。

燃烧器外部未与热管相连接的部分包覆有热光电材料，热光电材料将电能传输至负载设备。

启动电机与风扇相连接。

所述低沸点液体为沸点低于0℃的液体，包括氟利昂、丁烷。

所述多孔介质为温度高于1500K时，不与空气以及燃料液体发生化学反应的多孔介质，包括石棉、聚丙烯腈。

工作过程