一种用于产生电能的微燃烧器系统
专利汇可以提供一种用于产生电能的微燃烧器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于产生 电能 的系统，包括：一个由能够承受高温的材料构成的 燃烧室 (14)，一个利用喷射管道(15)与所述燃烧室(14)连接的喷射装置(16)，用于提供燃烧支持物质到燃烧室(14)中的装置(17)和用于排出气态燃烧产物的装置(18)，用于选择地发射 辐射 到燃烧室(14)的外表面上的装置(26)。该燃烧室(14)被封闭在一个转换室(20)中，在该转换室(20)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可转换成 电磁辐射 。，下面是一种用于产生电能的微燃烧器系统专利的具体信息内容。
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)，
用于控制喷射装置(16)的喷射频率和所产生的功率的控制器(30)，
用于提供燃烧支持物质到燃烧室(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，
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。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于燃烧室(14)为球形，转换室(20) 为半椭圆形状，并对应于椭圆的第一焦点定位燃烧室(14)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述用于将辐射能转换成电能的 装置(24)被定位成在垂直于椭圆的长轴并通过椭圆中心的平面上。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于将辐射能转换成电能的 装置(24)包括多个光生伏打电池。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于选择地发射辐射的装置 具有窄的发射频带，峰值与一波长一致，在该用于将辐射能转换成电能的装置 (24)具有最大转换效率。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于选择地发射辐射的装置 包括施加在燃烧室(14)的外表面上的衬套(26)，所述衬套由包括以下各项的 组中选择的材料构成：微结构金属、金属性或介电光子晶体、氧化物或稀土的 氧化物的混合物。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于燃烧室(14)的外表面具有这样 一种总面积，使得由所述用于选择地发射辐射的装置发出的辐射等于由燃烧室 在恒稳态产生的总热能与部分辐射能之和，该辐射能通过转换室的内壁或转换 装置(24)所反射和由燃烧室(14)所吸收的。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述转换室(20)具有尺寸在燃 烧室直径的3至50倍之间的轴。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述喷射装置(16)是喷墨型的 头部。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述喷射头是“气泡”喷墨型。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述喷射头是压电的。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于燃烧室(14)由具有高导热性 的材料构成，并能够承受高温。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于燃烧室(14)的部分内表面涂 覆有多孔的具有低导热性并能够承受高温的材料层。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于所述多孔层的孔隙用催化材料 进行涂覆，该催化材料用于降低燃烧反应的激活温度和限制有害的燃烧产物的 产生。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于燃烧室(14)由金属性材料构 成。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于所述金属性材料由钨或钼构成。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述喷射管道(15)和所述用 于提供燃烧支持物质到燃烧室中的装置(17)以及所述用于排出燃烧产物的装 置(18)由具有低导热性的材料构成。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于所述用于排出燃烧产物的装置 (18)的最外段由具有高导热性的材料构成，以便允许燃烧产物在排出转换室 之前产生余热。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于喷射管道(15)和所述用于提 供燃烧支持物质到燃烧室中的装置(17)独立地终止在燃烧室(14)中。
20.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于提供燃烧支持物质到 燃烧室中的装置(17)在进入燃烧室(14)之前终止在喷射管道(15)。
21.如权利要求1所述的系统，其特征在于转换室(20)形成在由光学抛 光的金属材料构成的中空结构(19)中。
22.如权利要求1所述的系统，其特征在于转换室(20)限定在由塑料或 陶瓷材料构成的中空结构(19)中，并涂覆有高反射性的材料层(23)。
23.如权利要求4所述的系统，其特征在于面对所述转换室(20)的内部 的所述光生伏打电池的表面涂覆有光学衬套，该衬套在作为具有透射率峰值的 通频带滤波器在对应于一定波长的长波长电磁辐射工作，在该波长处光生伏打 电池具有最大的转换效率。
24.如权利要求4所述的系统，其特征在于所述光生伏打电池基于肖特基 结。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于所述肖特基结由二氧化硅和铝 构成。
26.如权利要求23所述的系统，其特征在于所述光学衬套由选自包括以下 各项的组中的材料构成：多层介电衬套、处于渗透状态的金属性衬套、金属性 光子晶体、抗反射微结构。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于喷射装置(16)由小型的本生 灯构成。
28.如权利要求17所述的系统，其特征在于由所述喷射装置(16)喷出的 气态燃料属于包括以下各项的组：甲烷、丙烷、丁烷、天然气。
29.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于排出燃烧产物的装置 (18)内部涂覆有能够使燃烧反应的有害产物中和的催化材料。
30.如权利要求1所述的系统，其特征在于为了促进废气的冷却，所述用 于排出燃烧产物的装置(18)具有回转的路径。
31.如权利要求1所述的系统，其特征在于为了防止燃烧产物返回到喷射 装置中，喷射管道(15)具有回转的路径。
32.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述点燃装置是电气的，通过 放电、火花或白炽灯丝启动燃烧。
33.如权利要求1所述的系统，其特征在于在转换室(20)的内部获得真 空。
34.如权利要求1所述的系统，其特征在于在转换室(20)的内部包含处 于低于大气压力的惰性气体。
35.如权利要求33所述的系统，其特征在于转换室由光学抛光的金属性材 料构成。
36.如权利要求33或34所述的系统，其特征在于转换室由光学抛光的陶 瓷材料构成。
37.如权利要求1所述的系统，其特征在于使用在所述用于选择地发射辐射 的装置发出的整个辐射光谱上具有高反射性的层涂覆转换室的内壁。
38.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述用于排出燃烧产物的装置(18) 为排气管道。
技术领域
发明内容
本发明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。
根据本发明，通过一个具有以下描述的特征的系统可实现这个目的，即一 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；
通过喷射管道与所述燃烧室连接的喷射装置；
用于控制喷射装置的喷射频率和所产生的功率的控制器；
用于提供燃烧支持物质到燃烧室中的装置；
用于排出燃烧产物的装置；
用于选择地发射辐射到燃烧室的外表面上的装置；
用于将辐射能转换成电能的装置；
用于点燃燃烧反应的装置；
其特征在于燃烧室被封闭在转换室中，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。
现在参考随附的附图详细描述本发明，但是附图仅仅作为非限制性的实例 提供，其中：
附图说明
图2是在图1中以箭头II表示的转换装置的透视截面图。
具体实施方式
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。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射层的陶瓷材料构成。
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24的电池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，由每一转换装置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。
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