本发明专利技术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。射温度的均匀性及整体输出功率。射温度的均匀性及整体输出功率。
【技术实现步骤摘要】
一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置
[0001]本专利技术涉及微型动力机电系统和工程热物理
，具体涉及一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。而本申请的专利技术人经过研究发现，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。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术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。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]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，所述预混稳压底座包括稳压空腔，所述稳压空腔的底部连接有多个预混气体燃料入口，所述稳压空腔的表面贯通连接有燃烧室连接底座；所述微燃烧器包括相互贯通的连接底座和微尺度燃烧室，所述连接底座与燃烧室连接底座插接连通，所述微尺度燃烧室由多个燃烧室正交布置构成，每个燃烧室上靠近入口一侧嵌入有多个交错排列的催化钝体，所述催化钝体的表面负载有铂催化剂，每个燃烧室出口一侧的室内壁上设有出口台阶；所述散热结构包括均设有散热翅片的圆状整体散热结构和多个散热支撑结构，所述多个散热支撑结构固定连接于圆状整体散热结构的内部，相对的两个散热支撑结构内表面与一个燃烧室的两个辐射面正对，所述两个散热支撑结构之间的圆状整体散热结构内壁上设置有连接耳座，所述连接耳座与连接底座和燃烧室连接底座固定连接；所述InGaAsSb光电池模块贴附于散热支撑结构的内表面上。
[0008]与现有技术相比，本专利技术提供的多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置具有以下优点：1)、在每个燃烧室上靠近入口一侧嵌入设置多个交错排列的催化钝体，催化钝体的表面负载有铂催化剂，由此通过该催化钝体能够提高微尺度下火焰燃烧的稳定性和效率，使燃烧室壁面辐射温度更高；2)、在每个燃烧室出口一侧的室内壁上设有出口台阶，由此通过该出口台阶能够提高燃烧室表面辐射温度的均匀性；3)、微燃烧器的微尺度燃烧室由多个燃烧室正交布置构成，而多燃烧室耦合的燃烧器能够最大限度的利用空间，增加辐射表面，是常规微燃烧器电能输出的多倍，极大的扩宽了其应用范围；4)、相比于常规设计，本装置还包括由均设有散热翅片的圆状整体散热结构和多个散热支撑结构组成的散热结构，因而有利于装置整体散热，大大提升了实用价值；5)、采用多个预混气体燃料入口的预混稳压底座，在通入气态碳氢燃烧时，通过稳压空腔内压力稳定后，能够将燃料压力均匀的分配到各个燃烧室，多燃烧室稳定燃烧的情况下，使得微燃烧器整体的工作效率和整体输出功率大大提高，且由于输出电能的增加，使得其应用场景也更宽泛。
[0009]进一步，所述稳压空腔的底部连接有四个预混气体燃料入口，对应所述微尺度燃烧室由四个燃烧室正交布置构成。
[0010]进一步，所述预混气体燃料入口的外径为3.5mm，内径为2.5mm，所述预混气体燃料入口的中心轴线与燃烧室入口所呈平面夹角为45
°
。
[0011]进一步，所述每个燃烧室入口一侧的室内壁上设有入口台阶，所述入口台阶与预混稳压底座之间固定有金属网。
[0012]进一步，所述入口台阶和出口台阶的阶高均为0.5mm，所述入口台阶的轴向长度为1mm，所述出口台阶的轴向长度为20mm。
[0013]进一步，所述入口台阶的下端面距离燃烧室入口1mm，所述出口台阶的上端面与燃烧室出口平齐。
[0014]进一步，所述每个燃烧室上靠近入口一侧嵌入有五个直径为1.5mm交错排列的圆柱形催化钝体。
[0015]进一步，所述圆柱形催化钝体通过浸渍法制成，具体包括以下步骤：
①
取1g氯铂酸晶状颗粒溶于100ml去离子水中，搅拌至完全溶解，形成黄褐色溶液；
②
将直径1.5mm高2.5mm材料为具有耐高温性能的碳化硅陶瓷的圆柱型钝体，洗净晾干，在600℃的马弗炉中煅烧1小时后放置冷却；
③
将圆柱形钝体完全浸没于氯铂酸溶液中12小时，然后在120℃干
燥箱内干燥3小时，最后在600℃的马弗炉中煅烧6小时形成圆柱形催化钝体。
[0016]进一步，所述圆状整体散热结构的散热翅片长度为8mm，散热翅片厚度为1mm，相邻散热翅片的角度间距为5
°
；所述散热支撑结构的散热翅片长度为2.5mm，散热翅片厚度为0.5mm，相邻散热翅片的间距为2.5mm。
[0017]进一步，所述InGaAsSb光电池模块包括过滤层、P型半导体、N型半导体和内层支撑片，所述P型半导体和N型半导体设于过滤层和内层支撑片之间，所述P型半导体和N型半导体通过导电片串联连接，所述过滤层与燃烧室的辐射面正对，所述内层支撑片贴附于散热支撑结构的内本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，包括预混稳压底座、微燃烧器、散热结构和InGaAsSb光电池模块，所述预混稳压底座包括稳压空腔，所述稳压空腔的底部连接有多个预混气体燃料入口，所述稳压空腔的表面贯通连接有燃烧室连接底座；所述微燃烧器包括相互贯通的连接底座和微尺度燃烧室，所述连接底座与燃烧室连接底座插接连通，所述微尺度燃烧室由多个燃烧室正交布置构成，每个燃烧室上靠近入口一侧嵌入有多个交错排列的催化钝体，所述催化钝体的表面负载有铂催化剂，每个燃烧室出口一侧的室内壁上设有出口台阶；所述散热结构包括均设有散热翅片的圆状整体散热结构和多个散热支撑结构，所述多个散热支撑结构固定连接于圆状整体散热结构的内部，相对的两个散热支撑结构内表面与一个燃烧室的两个辐射面正对，所述两个散热支撑结构之间的圆状整体散热结构内壁上设置有连接耳座，所述连接耳座与连接底座和燃烧室连接底座固定连接；所述InGaAsSb光电池模块贴附于散热支撑结构的内表面上。2.根据权利要求1所述的多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，所述稳压空腔的底部连接有四个预混气体燃料入口，对应所述微尺度燃烧室由四个燃烧室正交布置构成。3.根据权利要求2所述的多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，所述预混气体燃料入口的外径为3.5mm，内径为2.5mm，所述预混气体燃料入口的中心轴线与燃烧室入口所呈平面夹角为45
°
。4.根据权利要求1所述的多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，所述每个燃烧室入口一侧的室内壁上设有入口台阶，所述入口台阶与预混稳压底座之间固定有金属网。5.根据权利要求4所述的多燃烧室耦合的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，所述入口台阶和出口台阶的阶高均为0.5mm，所述入口台阶的轴向长度为1m...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭庆国，谢波，鲁眈，卫佳，傅广，王小源，徐丽，李鲜花，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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