[发明专利]一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置

说明书

本发明提供一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，包括预混稳压底座、微燃烧器、散热结构和InGaAsSb光电池模块，预混稳压底座包括底部连接有多个预混气体燃料入口的稳压空腔，稳压空腔表面连接有燃烧室连接底座，微燃烧器包括与燃烧室连接底座插接连通的连接底座及与连接底座连通的微尺度燃烧室，微尺度燃烧室由多个燃烧室正交布置构成，燃烧室靠近入口一侧嵌入有多个交错排列的催化钝体而出口一侧设有出口台阶，散热结构包括圆状整体散热结构及固定于圆状整体散热结构内部的多个散热支撑结构，InGaAsSb光电池模块贴附于散热支撑结构表面上与燃烧室辐射面正对。本申请能提高微尺度下火焰燃烧的稳定性和效率，燃烧室表面辐射温度的均匀性及整体输出功率。

技术领域

本发明涉及微型动力机电系统和工程热物理技术领域，具体涉及一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置。

背景技术

随着机械设备的小型化和对机电工程装备的迫切需求，微机电系统(MEMS)的研究成为一个热点。人们迫切需要找到一种合适的、能源密度更高、持续时间更长、供应稳定的微能源装置。碳氢燃料比目前最高水平的锂离子电池高出两个数量级的能量密度，因此，开发基于碳氢燃料燃烧的具有高能量密度的微型动力装置尤为重要，如微型燃气轮机、微型三角转子发动机、微型热光电系统等。其中，基于微尺度燃烧的热光电系统不包括任何运动结构，此外还具有结构简单、重量轻、体积小等优点，因此被认为是最有前途的微能源器件之一。

基于微尺度燃烧的热光电系统的基本原理是预混燃料在微燃烧室内燃烧并释放出热量，使化学能转换为热能，然后通过光感材料吸收壁面辐射能的方式产生电能。该系统的特点是能够在1cm³的体积内输出1～20W的功率。相对于化学电池，单位质量存储的能量和单位体积发出的功率具有巨大优势，同时使用碳氢燃料还具有费用低、工作持续时间长、没有记忆效应等优点。

基于微尺度燃烧的热光电系统的燃烧器通常采用圆柱型和平板型两种结构。圆柱型内部结构简单，但内部很难设计钝体、凹腔等结构来提高燃料的停留时间，因此平板型燃烧器更受开发者青睐。例如公开号为CN111623349A、专利名称为一种基于瑞士卷结构的双腔环形微燃烧器，公开号为CN108278600A、专利名称为一种组合式微尺度回热型燃烧器，以及公开号为CN104296139A、专利名称为一种内置平行隔板的多通道微型燃烧器的专利申请都是属于平板结构。而本申请的发明人经过研究发现，虽然这些专利技术方案能够提高燃料的驻留时间及提高燃烧效率，但是微型热光电装置的根本目的是提高能量转换的效率，通过燃烧的热能保证辐射壁面释放足够的光子，而现有燃烧器在热能利用上还不够充分，较难保证系统电能的稳定输出；此外，由于现有的微燃烧器往往只考虑了单一燃烧空腔部分的结构设计，没有实现多个子装置的重叠布置，导致总的输出功率较低；同时，由于该部件在开发过程中不仅要考虑到如何使燃料的化学能被辐射壁面吸收，而且对于整体部件的散热，也应当纳入微型机电动力装置的设计考虑之中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，该装置通过催化燃烧技术提高微尺度下火焰燃烧的稳定性和效率；采用出口台阶设计提高微燃烧室表面辐射温度的均匀性；多燃烧室同时工作，降低单一燃烧器热损失以及提高整体输出功率，拓宽了现阶段微尺度燃烧发电装置的应用场景。

为了实现上述技术目的，本发明采用了如下的技术方案：