专利名称：基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置的制作方法
技术领域：
基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，属于热电能量转换技术领域，特别涉及到利用燃料燃烧实现热电转换的技术领域。
目前已有目的在于利用低品位热能的热电转换装置，但这种装置结构尺寸大，电能输出密度小，效率低；满足不了某些特殊设备对机动性、重量轻、能量密度高、寿命长的需要。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；在所述燃气通道(6)的内壁上涂覆有使得燃气在到达所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)之间的交接处形成的燃烧区(5)时达到点火温度的助燃催化剂。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)；在所述燃烧区(5)的内壁上涂覆有助燃催化剂。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；在所述燃气通道(6)的内壁上涂覆有使得燃气在到达所述燃气通道(6)和所述烟气通道(7)之间的交接处形成的燃烧区(5)时达到点火温度的助燃催化剂。
本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与上述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)；在所述燃烧区(5)的内壁上涂覆有助燃催化剂。
试验证明，使用本实用新型所提出的基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置达到了预期目的。
如
图1所示的条形燃烧器，燃烧器内有一条与绝热外壳13相连的墙体4，将燃烧器内的空间隔成燃气通道6和烟气通道7。启动时，预混燃气1由燃气入口2进入燃烧器，经过燃气通道6流向燃烧区5，在燃烧区5中被点火器11点燃，释放的高温烟气10经过烟气通道7后从烟气出口9排出燃烧器。燃烧过程中，高温烟气通道7和低温燃料通道6则形成了温差式热电元件3的热端和冷端，从而使该热电元件产生电势，通过输出电极8为负载供电。另一方面，由于进入燃烧器的新的预混燃气1不断接受逆向流动的高温烟气10的热量，而被加热，直至在燃烧区5内点火燃烧，释放出全部热量，同时使高温烟气10的热量不断降低，最后冷却后的烟气由烟气出口9排出燃烧器。因此，在燃烧器工作的整个过程中实现了逆流换热。整个燃烧器应封装在绝热外壳13中以避免热量的散失。
如图2所示，温差式热电元件是由多组交替布置的n型和p型半导体元件串联组成，或由许多不同金属或合金的烧结面串结组成。埋在墙体中的热电元件与燃气通道接触的一端可作为冷端，与高温烟气通道接触的一端作为热端，在温差的作用下，产生电势，输出电压(功率)为负载供电。图中热电元件的电极通过墙体引出到绝热外壳上，其从墙体引出的位置可以是任意的。
图3和图4所示的矩形和圆形双螺旋式燃烧器，其工作方式与条形逆流换热式燃烧器的工作方式是相同的。其内部由两条墙体4a和4b将内部空间间隔成燃气通道6和烟气通道7，而其螺旋形结构使得热量在燃烧器中能够更多的被预混燃气吸收，减少了热量的散失，使排出的烟气温度更低，同时对绝热外壳材料的要求也相应降低，从而降低了装置的成本。
上述燃烧器所使用的点火器11可以是电火花、热电阻、或压电陶瓷等，点火器11与外部引线12相接，通电后点燃燃烧区5内的预混燃料。可以在燃烧区5的内壁上涂覆助燃催化剂，以降低燃气的着火点温度。
在有些情况下，靠外部电源来使点火器点火是不适用的(如在用作电池使用时)，这时在燃烧区内可以不用安装点火器，而是在燃气通道的内壁上涂覆助燃催化剂(如Pt)，使燃气在通道中预热，在到达燃烧区时达到点火温度而自动着火燃烧。同时应选用在催化剂表面着火温度较低的燃料，如氢气等。
对于热电元件输出电压的大小，可以通过调整预混燃气中燃料与空气的比例控制燃烧强度和烟气温度，从而调节输出电压(功率)。也可以将多个热电元件装在墙体内的不同位置，通过其串、并联的变化而实现输出电压的大小。为方便控制输出电压，可在热电元件与输出电极之间连接一个控制模块，通过操纵控制模块来改变热电元件的串、并联关系来控制输出电压的大小。
本实用新型所提出的热电转换装置应用非常广泛，既可用作大型设备的动力源、或发电设备，也可用作移动设备、便携设备的电源。与传统的化学能-热能-动能-电能发电系统相比，其具有结构尺寸小、机动性能好、发电效率高、投资少、运行成本低、不受热源环境的影响、无有害气体排放等显著优点；与目前传统的燃料电池相比，其具有燃料适用性广，对所有气体燃料和轻质液体燃料都适用，因而不需要复杂的燃料制备和处理过程；同时也不需要传统燃料电池所需要的电极和电介质。通过微尺度燃烧技术和集成加工技术可以容易实现电池的微小型化，从而降低产品价格，有利于商业化；与传统的化学电池相比，优势更为明显，主要有①能量密度高(可达100倍)；②非常高的功率/重量比或功率/体积比；③便宜，采用集成电路加工方法，能够实现容量大小的任意组合；④燃料罐里存的是燃料(作为电池时，需配备燃料罐)，几乎有无限长的保存期；⑤有更恒定的电流和电压，无记忆效应，再填装或更换方便、迅速，无需化学电池长时间充电，更换燃料罐很方便，就像换普通干电池一样；⑥环境上超越现有可用的电池，属于环保电池。若以氢为燃料，电池仅释放对环境无害的水。
权利要求1.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)。
2.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；在所述燃气通道(6)的内壁上涂覆有使得燃气在到达所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)之间的交接处形成的燃烧区(5)时达到点火温度的助燃催化剂。
3.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在所述绝热外壳(13)内，与所述绝热外壳(13)内壁相连的一条墙体(4)；装在所述墙体(4)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；相对于墙体(4)，在墙体(4)的两侧和绝热外壳(13)内壁间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)；在所述燃烧区(5)的内壁上涂覆有助燃催化剂。
4.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与所述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)。
5.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；在所述燃气通道(6)的内壁上涂覆有使得燃气在到达所述燃气通道(6)和所述烟气通道(7)之间的交接处形成的燃烧区(5)时达到点火温度的助燃催化剂。
6.基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳(13)；嵌在绝热外壳(13)内，相互间隔且呈双螺旋分布的两条墙体(4a，4b)；分别装在上述两条墙体(4a，4b)内，电极(8)引到所述绝热外壳(13)上的温差式热电元件(3)；在上述两条墙体(4a，4b)之间形成的两条分别与所述绝热外壳(13)上的燃气进口(2)相通的燃气通道(6)，和与所述绝热外壳(13)上的烟气出口(9)相通的烟气通道(7)；位于所述燃气通道(6)与上述烟气通道(7)交接处的燃烧区(5)内，安装在所述绝热外壳(13)内壁上，且在绝热外壳(13)上引出点火引线(12)的点火器(11)；在所述燃烧区(5)的内壁上涂覆有助燃催化剂。
专利摘要基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置，属于热电能量转换领域，特别涉及到利用燃料燃烧实现热电转换的技术领域。它含有燃烧器，其特征在于，它含有绝热外壳；与绝热外壳相连，嵌在其内的墙体；墙体内装有与绝热外壳上的输出电极相连的温差式热电元件；墙体两侧分别是与绝热外壳上的燃气进口和烟气出口相通的燃气通道和烟气通道，两条通道的交接处形成燃烧区，燃烧区内装有点火器或在燃气通道的内壁涂覆有使燃气在到达燃烧区时自动燃烧的催化剂。本实用新型与传统发电装置相比，结构简单，能量转换效率高；由于采用逆流换热方式，降低了燃烧温度，使燃料稳定燃烧，同时实现污染物的零排放，具有清洁、环保的优点。
文档编号H02N11/00GK2596663SQ0229153
公开日2003年12月31日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年12月20日
发明者钟北京 申请人:清华大学