一种用于产生电能的微燃烧器系统技术方案

一种用于产生电能的便携式装置，包括一个或多个串联或并联工作的转换模块（１１）的矩阵，每一转换模块包括：由能够承受高温的材料构成的燃烧室（１４），通过喷射管道（１５）与所述燃烧室（１４）连接的喷射装置（１６），喷射频率 和所产生的功率的控制器（３０），用于将燃烧支持物质提供到燃烧室（１４）中的装置（１７），用于排出燃烧产物的装置（１８），用于选择地发射辐射到燃烧室（１４）的外表面上的装置（２６），用于将辐射能转换成电能的装置 （２４），用于点燃燃烧反应的装置，其特征在于燃烧室（１４）被封闭在转换室（２０）中，该转换室中保持低于大气压力的状态，使得由燃烧反应产生的大部分热量被转换成电磁辐射。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于产生电能的微燃烧器系统。本专利技术是基于这样一种物理原理，将由燃烧产生的热能转变成电磁能，进而，例如使用由半导体材料构成的光生伏打电池，又将电磁能转换成电能。本专利技术的目的是提供一种用于产生电能的微燃烧器系统，其可高效率地将热能转变成电能。根据本专利技术，通过一个具有在主权利要求中描述的特征的系统可实现这个目的。现在参考随附的附图详细描述本专利技术，但是附图仅仅作为非限制性的实例提供，其中附图说明图1根据本专利技术的微燃烧器系统的示意性透视图，以及图2是在图1中以箭头II表示的转换装置的透视截面图。参考图1，数字10示意性地表示用于产生电能的微燃烧器系统。该系统10包括多个彼此串联或并联电连接的转换装置11，每一转换装置构造成如下文所描述的。系统10包括提供燃料和燃烧载体给单个转换装置11的管道12的管线，用于从转换装置11排出气态燃烧产物的排气管道的管线13；和电连接网络，用于调节产生的电能、电点燃燃烧器并将电流从燃烧器传输到负载电阻。参考图2，每个转换装置11包括一个由能够承受高温的材料构成的燃烧室14。优选地，燃烧室为球形，并由能够承受数量级为1500-2000K温度的材料构成。优选地，燃烧室具有用于选择地发射电磁辐射的装置，优选地以施加在燃烧室14的外表面上的衬套26的形状制造。优选地，燃烧室由具有高导热性(例如钨或钼)的材料形成，以便允许由燃烧室产生的热传到外表面26。优选地，燃烧室14的至少一部分内表面涂覆了具有由催化剂涂覆的孔的中等孔或纳米级微孔类型的低导热性材料，从而具有降低燃烧激活温度和减少污染反应产物(例如氮氧化物)的功能。具有低导热性的材料可以以复合物的形式与具有高导热性的材料相交错。优选地衬套26在几百毫微米的波长频带中具有选择的发射能力。例如衬套26可以由直接在燃烧室的外表面上获得的微结构或者具有高选择的辐射光谱(钇、钍、铈、铕、铒、铽、镱或其它稀土元素的氧化物)的氧化物薄层构成。燃烧室14与燃料喷射管道15连通，还与用于提供燃烧支持物的管道17和用于排出气态反应产物的管道18连通。优选地，管道15是在微喷射系统16附近具有圆锥形末端部分的圆柱形形状，一部分向外增大；该圆锥形末端部分的作用是确保利用文丘里效应吸出燃烧支持物质。优选地，管道15、18由陶瓷材料或其它具有低导热性的材料构成，从而防止燃烧室的热量通过热传导传播到外部。排气管道18的最外面的部分优选地是金属的，以便允许废气在离开转换室之前释放出其余热。管道15可以具有回转的形状，例如螺旋或螺管，以便防止燃烧产物返回到微喷射器。类似地，排气管道18也具有回转形状，以便促进燃烧产物的冷却。优选地供给管道17与喷射管道15连接；或者，它可以直接与燃烧室连接。如果将和液态或气态的燃烧支持物质预混合的燃料混合物喷射到喷射管道15中，可以省去用于提供燃烧支持物质的管道17。燃烧室14被封闭，使得其不会与外部交换气态产物，除了通过管道15、17和18。每一转换装置11具有一个优选地由喷墨式喷射器构成的微喷射装置16，微喷射装置可以是“气泡”型或压电型，且该转换装置能够喷射燃料液滴或几微微升的燃烧支持物质混合物，并具有能够使用控制器(30)进行控制的从几千赫兹到几十万赫兹的频率。或者，如果使用了气态燃料，喷射系统可以由微型本生灯构成。由喷射系统16喷射的燃料可通过喷射管道15进入到燃烧室14内部。优选地，由喷射系统16喷射的气态燃料可在包括以下各项的组中选择甲烷、丙烷、丁烷、氢、天然气或其它包括能够将金属微粒添加于其中的燃料。每一转换装置11包括一个形成密封的转换室20的中空结构19，在该中空结构中可实现真空或包含处于低压的惰性气体。燃烧室14设置在转换室20内部，管道15、18延伸穿过中空结构19的壁。如果在中空结构19中获得真空，限定了转换室20的中空结构19的壁可以由金属构成，或者在所有其它情况中该壁可由涂覆有高反期层的陶瓷材料构成。该中空结构19包括一个椭圆形壁21和一个平面壁22，所以转换室20具有包括半轴A和B的旋转半椭圆体的形状。转换室20的轴的尺寸可以从燃烧室14直径的最小3倍变化到50倍。优选地燃烧室14定位在椭圆形表面的第一焦点。优选地椭圆形壁21的内表面提供有在整个辐射源的发射光谱上具有高反射能力的衬套23。中空结构19的平面壁22支承用于将电磁能转换成电能的装置，示意性地用参考数字24表示。所述转换装置优选地使用由半导体材料形成的光生伏打电池构成，优选地为了利用具有1500-2000K色温的普朗克辐射使转换效率最大，其具有数量级为0.5-0.8eV的能带隙。在一个优选的实施例中，光生伏打电池是肖特基类型的，且有源结由二氧化硅和铝构成。在选择的电磁能的情况下，构成转换装置的电池24的材料按照这样一种方式选择使得能带隙的能量比对应于最大发射波长的光子的能量略大，从而使在该波长的转换效率最大。优选地用反射性金属层涂覆转换装置24的外表面。该转换装置24的内壁可以用对于电磁辐射作为通带滤波器工作的层涂覆。所述层可以是多层介电涂层、处于渗透状态的金属涂层、抗反射的微结构(例如具有次波长周期的栅格)或光子晶体。转换装置24被定位在垂至于椭圆的长轴并通过椭圆的中心的平面内，从而由燃烧室14发出的辐射可均匀地到达光生伏打装置。此外，也是利用选择的几何形状，没有被转换装置24吸收的辐射被光生伏打电池24的反射后表面或前表面反射，并回射到它在燃烧室14上并被吸收。转换装置24的特定几何形状可使由燃烧室发出并由光生伏打电池24反射的辐射和由燃烧室14发出并由半椭圆体的内壁反射的辐射都集中在燃烧室14上。这确保了电磁能在转换室中最大的再循环，并因此使燃料消耗最小化和使整个转换效率最大化。由半椭圆体的内壁或由光生伏打电池24反射的辐射被衬套26以一定的效率再吸收，该效率与其被发射的效率相同。由燃烧支持物质反应产生的热量会使燃烧室的表面变热，并全部转换成电磁辐射。在转换室20中延伸的管道15、18的尺寸形成为使得利用燃烧室14和中空结构19之间的传导使热传递最小化。在转换室20内部发出的辐射入射到将电磁辐射转换成电能的转换装置24上，由每一书换装置11产生的电功率可以从几瓦变化到几十瓦。每一装置11都具有电触点(在此未示出)，该电触点可收集由半导体电池24产生的电能。保持燃烧室20内部为真空或低于大气压力的条件能够减小由于对流而消散的热能的量。因此，几乎所有由燃烧反应产生的热量被转换成电磁辐射，进而，该电磁辐射被转换装置24转换成电能。为了在转换室20中获得真空或低的压力条件，可以使用各种已知的在真空中装配装置的技术。权利要求1.一种用于产生电能的便携式装置，包括一个或多个串联或并联工作的转换模块(11)的矩阵，每一转换模块包括由能够承受高温的材料构成的燃烧室(14)，通过喷射管道(15)与所述燃烧室(14)连接的喷射装置(16)，喷射频率和所产生的功率的控制器(30)，用于将燃烧支持物质提供到燃烧室(14)中的装置(17)，用于排出燃烧产物的装置(18)，用于选择地发射辐射到燃烧室(14)的外表面上的装置(26)，用于将辐射能转换成电能的装置(24)，用于点燃燃烧反应的装置，其特征在于燃烧室(14)被封闭在转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：P·雷皮托，P·皮尔洛，C·卡维尼塞，B·帕雷蒂，E·巴洛科，M·皮兹，G·布鲁斯科，D·卡皮洛，D·伯勒阿，R·蒙法里诺，
申请(专利权)人：CRF阿西安尼顾问公司，
类型：发明
国别省市：