專利名稱：用于產(chǎn)生動(dòng)力的混合系統(tǒng)的制作方法
近年來，為電子設(shè)備、通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和其它遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)中的設(shè)備提供動(dòng)力的需要在不斷增長，提高了對(duì)高效可移動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的需求。這些應(yīng)用需要有能提供高功率且高能量密度的動(dòng)力源，同時(shí)還需要最小的尺寸和重量、低排放和低成本。
到目前為止，電池是用來提供便攜式動(dòng)力源的主要裝置。然而，由于需要花時(shí)間來進(jìn)行再充電，已表明電池對(duì)于持續(xù)使用的應(yīng)用來說是不便利的。而且，便攜式電池的產(chǎn)電量通常限制在幾毫瓦到幾瓦的范圍內(nèi)，并因而不能滿足對(duì)顯著水平的可移動(dòng)的、輕便的動(dòng)力生成的需要。
也已經(jīng)使用了由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的汽油或柴油燃料小型發(fā)電機(jī)。然而，這些發(fā)電機(jī)的噪音和排放特性使得它們完全不能適合于廣泛的可移動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，并且對(duì)于室內(nèi)使用來說是不安全的。雖然用高能量密度的液態(tài)燃料提供動(dòng)力的傳統(tǒng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)在尺寸方面具有優(yōu)勢(shì)，但是出于熱力學(xué)尺度和成本的考慮，趨向于將它們使用在較大的發(fā)電廠中。
光電和熱電發(fā)電機(jī)是僅有的商業(yè)可用的2千瓦以下的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。盡管光電方法的優(yōu)點(diǎn)是清楚的，但是缺點(diǎn)也是明顯的。對(duì)于熱電發(fā)電機(jī)，它們趨向于是大型的、昂貴的并且是相對(duì)低效率的。
考慮到這些因素，對(duì)于大小范圍在約5.1~204kg-m/sec(50～2000瓦)內(nèi)的動(dòng)力系統(tǒng)是一片空白。而且，為了利用高能量密度的液態(tài)燃料，需要改進(jìn)低燃料加注速度的燃料準(zhǔn)備和輸送系統(tǒng)。此外，這些系統(tǒng)還必須能以最小排放進(jìn)行高效燃燒。低于204kg-m/sec(2千瓦)的無噪清潔動(dòng)力源能有利地補(bǔ)充當(dāng)前技術(shù)，諸如那些基于光電陣列的動(dòng)力源，并且能產(chǎn)生出一種有益的混合系統(tǒng)來產(chǎn)生電力。
一方面，本發(fā)明指向一種用于產(chǎn)生電力的混合系統(tǒng)，包括(a)用于收集太陽輻射并將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電力的光電陣列；(b)用于從液態(tài)燃料源產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，該裝置包括(i)至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道帶有入口端和出口端，所述入口端與該液態(tài)燃料源成流體連通；(ii)沿所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道布置的熱源，所述熱源可操作來將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料加熱到足以使至少一部分液態(tài)燃料從液態(tài)變到汽態(tài)的程度，并從所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端輸送基本上汽化的燃料流；(iii)與所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端連通的燃燒室；以及(iv)可操作來將所述燃燒室中的燃燒所釋放的熱轉(zhuǎn)化成電力的轉(zhuǎn)化裝置；和(c)電連接至所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置的存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)由所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生的電力。
另一方面，本發(fā)明指向一種產(chǎn)生電力的方法，包括(a)通過使用光電陣列將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電力；(b)將液態(tài)燃料供給至至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道；(c)通過加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料，使基本上汽化的燃料流流過該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的出口；(d)在燃燒室中燃燒該汽化燃料；(e)使用轉(zhuǎn)化裝置將燃燒室中燃燒汽化燃料所產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為電力；和(f)將步驟(a)和步驟(e)中產(chǎn)生的電力存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。
按照一種優(yōu)選方式，該毛細(xì)流動(dòng)通道可包括毛細(xì)管，而該熱源可包括電阻加熱元件，用通過其間的電流加熱的一段管。進(jìn)一步，在另一種優(yōu)選方式中，該轉(zhuǎn)化裝置包括輸出上至約510kg-m/sec(5千瓦)電力的帶發(fā)電機(jī)的微渦輪機(jī)、帶發(fā)電機(jī)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、熱電設(shè)備或熱光電設(shè)備?？商峁c(diǎn)火器在裝置啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)燃汽化燃料。燃料供給可以設(shè)置成向流動(dòng)通道輸送加壓的液態(tài)燃料，優(yōu)選是以低于7.0kg-m/sec(100psig)的壓力，更優(yōu)選是低于3.5kg-m/sec(50psig)，再更優(yōu)選是低于0.7kg-m/sec(10psig)，最優(yōu)選的是低于0.35kg-m/sec(5psig)。該優(yōu)選方式可以在裝置啟動(dòng)時(shí)用低點(diǎn)火能量來操作，這是因?yàn)樗芴峁┡c空氣混合的汽化燃料流，并且在燃燒室中形成具有25μm或更小、優(yōu)選為10μm或更小的平均液滴粒徑的氣溶膠。
為了處理與在加熱液態(tài)燃料期間沉積物的形成相關(guān)的問題，一種優(yōu)選方式提供了一種方法和裝置來清除在裝置的運(yùn)行期間形成的沉積物。
現(xiàn)在，參考僅以示例的方式給出的本發(fā)明優(yōu)選方式并參考附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中

圖1以局部剖面示出了一種燃料汽化裝置，該裝置包括一種按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的毛細(xì)流動(dòng)通道；圖2示出了一種能用來實(shí)現(xiàn)圖4的裝置和系統(tǒng)的多毛細(xì)管布置；圖3示出了圖2所示裝置的端視圖；圖4示出了一種能用來在多毛細(xì)管布置中汽化燃料并氧化沉積物的裝置細(xì)節(jié)，以便輸送在本發(fā)明的實(shí)施中使用的基本上汽化的燃料；圖5示出了向毛細(xì)流動(dòng)通道輸送燃料和可選的氧化氣體的控制裝置示意圖；圖6示出了使用燃燒熱來預(yù)熱液態(tài)燃料的布置示意圖；圖7示出了燃料汽化裝置的另一種實(shí)施例的側(cè)視圖，該裝置使用可動(dòng)桿來從毛細(xì)流動(dòng)通道中清除沉積物；圖7A是圖7所示實(shí)施例的側(cè)視圖，從毛細(xì)流動(dòng)通道中清除沉積物的可動(dòng)桿完全嵌入在毛細(xì)流動(dòng)通道內(nèi)；圖8是按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生動(dòng)力的裝置的示意圖，其中，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)來產(chǎn)生電；圖9示出了按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的動(dòng)力產(chǎn)生裝置的部分截面示意圖；圖10是按照本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的框圖。
現(xiàn)在參考圖1～10中所示出的實(shí)施例，其中，從始至終用類似的標(biāo)號(hào)指示類似的部件。
本發(fā)明提供了一種動(dòng)力產(chǎn)生裝置，該裝置優(yōu)選是燃燒高能量密度的液態(tài)燃料。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置包括至少一個(gè)連接到燃料源的毛細(xì)尺寸的流動(dòng)通道、沿著該流通通道布置以便將流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料加熱到足以從流動(dòng)通道的出口輸送汽化燃料流的熱源，在其內(nèi)燃燒汽化燃料的燃燒室，和將燃燒室中的燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力和/或電力的轉(zhuǎn)化裝置。Pellizzari在2002年5月10日遞交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No.10/143463中公開了一種與燃燒室和動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置相結(jié)合的受熱毛細(xì)管的應(yīng)用，名稱為“Method andApparatus for Generating Power by Combustion of Vaporized Fuel(通過燃燒汽化燃料產(chǎn)生動(dòng)力的方法和裝置)”，該專利申請(qǐng)與本發(fā)明具有共同的適格發(fā)明人并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引入作為參考。
該流動(dòng)通道可以是用電阻加熱器加熱的毛細(xì)管，該管的一段通過將電流流過該段管而被加熱。該毛細(xì)流動(dòng)通道的特征也在于具有低的熱慣性，使得該毛細(xì)通道能非常迅速地達(dá)到汽化燃料所需的溫度，如在2.0秒內(nèi)，優(yōu)選地在0.5秒內(nèi)，更優(yōu)選地在0.1秒內(nèi)。該毛細(xì)尺寸的流動(dòng)通道優(yōu)選是在毛細(xì)管主體內(nèi)形成，該毛細(xì)管主體諸如是單一的或多層的金屬、陶瓷或玻璃主體。該通道具有朝向入口和出口開孔的封閉體積，入口和出口之一可以向該毛細(xì)管主體外部敞開，或者可以連接到同一主體或另一主體內(nèi)的另一通道上或連接到配件上。該加熱器可以由一部分主體如一段不銹鋼管形成，或者該加熱器可以是包含在毛細(xì)管中的或位于毛細(xì)管上的分立的電阻加熱材料層或電阻加熱絲。
該流動(dòng)通道可以是包括有向入口和出口開孔而其間可以通過流體的封閉體積的任何形狀。該流動(dòng)通道可以有任何所需截面，一種優(yōu)選的截面是直徑均勻的圓形。其它的毛細(xì)流動(dòng)通道截面包括非圓形如三角形、正方形、矩形、橢圓形或其它形狀，而流動(dòng)通道的截面不需均勻。該流動(dòng)通道可以直線延伸或非直線地延伸，也可以是單一流動(dòng)通道或多路徑流動(dòng)通道。
一個(gè)毛細(xì)尺寸的流動(dòng)通道可以有一水力直徑，該水力直徑優(yōu)選地小于2mm，更優(yōu)選地小于1mm，最優(yōu)選地小于0.5mm。該“水力直徑”是一個(gè)用于計(jì)算通過流體輸運(yùn)元件的流體流動(dòng)特性的參數(shù)，并定義為該流體輸運(yùn)元件的流通面積的四倍除以與流體接觸的固體邊界的周長(通常稱為“浸濕”周長)。對(duì)于具有圓形流動(dòng)通道的管子，該水力直徑和實(shí)際直徑是相等的。在毛細(xì)通道被金屬毛細(xì)管限定的情況下，該管子可以具有0.01～3mm的內(nèi)徑，優(yōu)選的為0.1～1mm，最優(yōu)選的為0.15～0.5mm?；蛘呤?，該毛細(xì)通道可以用通道的橫截面積來限定，該面積可以是8×10-5～7mm2，優(yōu)選地為8×10-3～8×10-1mm2，更優(yōu)選的為2×10-3～2×10-1mm2。單一或多根毛細(xì)管、各種壓力、各種毛細(xì)管長度、施加到毛細(xì)管上的熱量、以及不同形狀和/或截面積的許多組合將適合于給定的應(yīng)用。
該轉(zhuǎn)化裝置可以是用于將熱量轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力或電力的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、微渦輪機(jī)或其它合適的裝置，其帶有任選的能產(chǎn)生高達(dá)約510kg-m/sec(5000瓦)功率的發(fā)電機(jī)。該液態(tài)燃料可以是任何種類的碳?xì)浠衔锶剂?，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、汽油、煤油或柴油，氧化劑例如是乙醇、甲醇、甲基叔丁基醚或其任何混合物，將這些燃料供給到流動(dòng)通道的壓力優(yōu)選地小于7.0kg-m/sec(100psig)，更優(yōu)選地小于3.5kg-m/sec(50psig)，再更優(yōu)選地小于0.7kg-m/sec(10psig)，最優(yōu)選地小于0.35kg-m/sec(5psig)。該汽化燃料可以混有空氣而形成氣溶膠，其液滴平均粒徑為25μm或更小，優(yōu)選是10-或更小，從而允許清潔而有效的點(diǎn)火能力。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，液態(tài)燃料經(jīng)由一根受熱毛細(xì)管(如小直徑玻璃管、陶瓷管或金屬管，例如內(nèi)徑3mm或更小的不銹鋼管)輸送到燃燒室中，汽化燃料在燃燒室中與已預(yù)熱的或未加熱的空氣混合。該汽化燃料可以與處在環(huán)境溫度的空氣混合，后者被吸到通入燃燒室的空氣供給通道中?；蛘呤?，該汽化燃料可以與已預(yù)熱的空氣混合，例如是通過一個(gè)熱交換器來預(yù)熱空氣，該熱交換器用從燃燒室排出的廢氣的熱量預(yù)熱空氣。如果需要，該空氣在與汽化燃料混合之前可以例如通過一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)來增壓。
在受熱毛細(xì)通道中的液態(tài)燃料汽化期間，碳和/或重碳?xì)浠衔锏某练e物會(huì)積聚在毛細(xì)管壁上，并嚴(yán)重限制燃料流動(dòng)，這最終會(huì)導(dǎo)致堵塞毛細(xì)流動(dòng)通道。這些沉積物積聚的速率是毛細(xì)管壁溫度、燃料流率和燃料類型的函數(shù)。雖然相信燃料添加劑對(duì)于減少這些沉積物是有用的，但如果出現(xiàn)堵塞，本發(fā)明的燃料汽化裝置有利地提供一種用于清除運(yùn)行期間形成的沉積物的裝置。
按照本發(fā)明，空氣-燃料混合物在燃燒室中燃燒而產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力或電力的熱量。在燃燒之前，該動(dòng)力產(chǎn)生裝置提供可靠的液態(tài)燃料輸送和汽化燃料的霧化。
當(dāng)汽化燃料與環(huán)境溫度下的空氣混合而在小于7.0kg-m/sec(100psig)、優(yōu)選地小于3.5kg-m/sec(50psig)、更優(yōu)選地小于0.7kg-m/sec(10psig)，再更優(yōu)選地小于0.35kg-m/sec(5psig)的液態(tài)燃料壓力下運(yùn)行時(shí)，該受熱毛細(xì)流動(dòng)通道能形成一種小燃料液滴(如25μm或更小，最好10μm或更小)的氣溶膠。本發(fā)明有能力在低的空氣供給壓力(如小于50.80mm H2O(2英寸水))下燃燒燃料、快速起動(dòng)、提供對(duì)污垢、堵塞和膠粘的控制、在降低的廢氣排放水平下運(yùn)行，以及只需低的點(diǎn)火能量就能點(diǎn)燃燃料-空氣混合物。
按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其點(diǎn)火能量需求特性。最小點(diǎn)火能量這一術(shù)語用于描述能夠點(diǎn)燃一種霧化的燃料/空氣混合物的容易程度，這種點(diǎn)火通常采用一種諸如火花點(diǎn)火源的點(diǎn)火器。本發(fā)明的裝置能夠提供的汽化燃料和/或氣溶膠其液滴的Sauter平均直徑(SMD)小于25μm，優(yōu)選地小于10μm，更優(yōu)選地小于5μm，這樣細(xì)的氣溶膠有利于改善燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用中的啟動(dòng)特性和火焰穩(wěn)定性。此外，能對(duì)SMD值等于或小于25μm的燃料非常顯著地減少最小點(diǎn)火能量。例如，如Lefebvre的《燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒(Gas Turbine Combustion)》(半球出版公司，1983年)一書的252頁中討論的，當(dāng)SMD減小時(shí)，與一種霧化的燃料/空氣混合物可以點(diǎn)火的容易程度有關(guān)的術(shù)語Emin急劇減小。最小點(diǎn)火能量粗略地正比于氣溶膠中燃料液滴的Sauter平均直徑(SMD)的三次方。SMD是這樣一種液滴的直徑，即該液滴的表面對(duì)體積比與整個(gè)噴霧的表面對(duì)體積比相等，而且SMD與該噴霧的質(zhì)量輸送特性有關(guān)。在Lefebvre一書中顯示，對(duì)于各種燃料，Emin和SMD之間的關(guān)系粗略地近似于下述關(guān)系式log Emin＝4.5(log SMD)+k；式中，Emin以毫焦(mJ)為單位測(cè)量，SMD以μm為單位測(cè)量，而k是與燃料種類相關(guān)的常數(shù)。
按照Lefebvre所述，重燃料油在115μm的SMD處具有約800mJ的最小點(diǎn)火能量，在50μm的SMD處具有約23mJ的最小點(diǎn)火能量。異辛烷在90μm的SMD處具有約9mJ的最小點(diǎn)火能量，在40μm的SMD處具有約0.4mJ的最小點(diǎn)火能量。對(duì)于柴油燃料，當(dāng)SMD等于100μm時(shí)，Emin為約100mJ。SMD減小到30μm時(shí)，Emin會(huì)減小到約0.8mJ?？梢岳斫?，對(duì)小于25μm的SMD值，點(diǎn)火系統(tǒng)的需求將顯著減小。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置呈現(xiàn)出非常理想的低點(diǎn)火能量需求。低點(diǎn)火能量需求通過減小全系統(tǒng)重量以及通過減小與點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)的附加動(dòng)力損失而使動(dòng)力輸出最大化，從而提高了本發(fā)明的產(chǎn)生動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。
鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，最好用低能火花點(diǎn)火裝置作為動(dòng)力產(chǎn)生裝置的點(diǎn)火器。最好是能夠提供約5～7mJ范圍內(nèi)的火花能量的小型壓電點(diǎn)火裝置。此類裝置已知是簡單的、緊湊的并且不產(chǎn)生附加的負(fù)載問題。由本發(fā)明的裝置提供的超細(xì)燃料汽化與低能壓電點(diǎn)火裝置配合而提供優(yōu)越的點(diǎn)火特性。
已知液態(tài)燃料燃燒裝置的排放特性對(duì)燃料液滴粒徑分布的品質(zhì)是敏感的。高品質(zhì)的細(xì)噴霧促進(jìn)燃料蒸發(fā)并增強(qiáng)混合，由此減小了對(duì)富燃料燃燒的需要并減少了常常伴隨的煙灰的產(chǎn)生。小液滴跟隨氣流流線并不易撞擊燃燒器壁。相反，大液滴能撞擊燃燒器壁并導(dǎo)致CO和碳?xì)浠衔锏呐欧排c產(chǎn)生碳沉積物。在火焰非常受限的裝置中，該問題更值得注意。
在汽化燃料燃燒期間產(chǎn)生的熱量可以轉(zhuǎn)換為電力或機(jī)械動(dòng)力。例如，該熱量可以轉(zhuǎn)換為任何所需量的電力或機(jī)械動(dòng)力，例如上至510kg-m/sec(5000瓦)的電力或機(jī)械動(dòng)力。與只能提供幾小時(shí)的約2.0kg-m/sec(20W)的便攜式電池技術(shù)或產(chǎn)生大于102kg-m/sec(1KW)的噪音大、排放高的內(nèi)燃機(jī)/發(fā)電機(jī)相比較，按照本發(fā)明優(yōu)選一個(gè)實(shí)施例的裝置提供了一種幾百瓦范圍內(nèi)的無躁、清潔動(dòng)力源。
有很多技術(shù)可用來將按照本發(fā)明在燃燒室中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電力或機(jī)械動(dòng)力。例如，在2.0～510kg-m/sec(20～5000瓦)范圍內(nèi)，至少可以考慮下列技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)換為可用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械動(dòng)力的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，可用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的微燃?xì)廨啓C(jī)，直接將熱轉(zhuǎn)化為電的熱電技術(shù)，以及直接將輻射能轉(zhuǎn)換為電的熱光電技術(shù)。
熱電裝置提供無躁、耐用的優(yōu)點(diǎn)，并與外部燃燒系統(tǒng)聯(lián)接，提供了對(duì)于燃料的低排放和靈活性的潛力?？捎米鬓D(zhuǎn)化裝置的各種類型的熱電發(fā)生器中包括美國專利No.5563368、No.5793119、No.5917144、No.6172427中所公開的裝置，這些專利的公開內(nèi)容在此引入作為參考。
熱光電裝置具有安靜的優(yōu)點(diǎn)，能提供中等功率密度，并與外部燃燒系統(tǒng)聯(lián)接，提供了對(duì)于燃料的低排放和靈活性的潛力?？捎米鬓D(zhuǎn)化裝置的各種類型的熱光電裝置中包括美國專利No.5512109、No.5753050、No.6092912和No.6204442中所公開的裝置，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。如美國專利No.6204442中所示，可以使用一個(gè)熱輻射體來吸收燃燒氣體的熱量，而從該熱輻射體輻射出的熱被引導(dǎo)至一個(gè)光電元件而轉(zhuǎn)化成電，從而防止該光電元件直接暴露于燃燒氣體。
微燃?xì)廨啓C(jī)在高的比功率方面是令人滿意的?？捎米鬓D(zhuǎn)化裝置的微燃?xì)廨啓C(jī)包括美國專利No.5836150、No.5874798和No.5932940中所公開的裝置，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有尺寸、無躁運(yùn)行、耐用性方面的優(yōu)點(diǎn)，并與外部燃燒系統(tǒng)聯(lián)接，提供了對(duì)于燃料的低排放和靈活性的潛力。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，能用作轉(zhuǎn)化裝置的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)將是顯而易見的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖中示出一種用在本發(fā)明裝置中的燃料汽化裝置。燃料汽化裝置10用于汽化從液態(tài)燃料源引出的液態(tài)燃料，該燃料汽化裝置10包括一個(gè)帶有入口端14和出口端16的毛細(xì)流動(dòng)通道12。流體控制閥18用于使毛細(xì)流動(dòng)通道12的入口端14與液態(tài)燃料源F成流體連通，并將基本上為液態(tài)的液態(tài)燃料輸入毛細(xì)流動(dòng)通道12。優(yōu)選的是，流體控制閥18可以由螺線管操縱。熱源20沿毛細(xì)流動(dòng)通道12設(shè)置。最優(yōu)選的是，通過用電阻材料管形成毛細(xì)流動(dòng)通道來提供熱源20，當(dāng)在接頭22和24處將電流源連接到該管子上以便在其間輸送電流時(shí)，毛細(xì)流動(dòng)通道12的一部分形成為一個(gè)加熱器元件。可以理解，然后熱源20可操作來將毛細(xì)流動(dòng)通道12中的液態(tài)燃料加熱到足以使至少一部分液態(tài)燃料從液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的程度，并從毛細(xì)流動(dòng)通道20的出口端16輸送基本上汽化的燃料流?；旧掀侵钢辽?0％的液態(tài)燃料被熱源汽化，優(yōu)選地至少70％，更優(yōu)選地至少80％的液態(tài)燃料被汽化。
燃料汽化裝置10還包括用于清除在本發(fā)明裝置運(yùn)行期間形成的沉積物的裝置。圖1中示出的用于清除沉積物的裝置包括流體控制閥18、熱源20和用于使毛細(xì)流動(dòng)通道12與氧化劑源C成流體連通的氧化劑控制閥26?？梢岳斫?，該氧化劑控制閥可以位于或靠近毛細(xì)流動(dòng)通道12的任一端，或者構(gòu)造成與毛細(xì)流動(dòng)通道12的任一端成流體連通。如果氧化劑控制閥位于或靠近毛細(xì)流動(dòng)通道12的出口端，那么它用于使氧化劑源C與毛細(xì)流動(dòng)通道12的出口端16成流體連通。在運(yùn)行過程中，熱源20用于將毛細(xì)流動(dòng)通道12中的氧化劑C加熱到足以氧化在加熱液態(tài)燃料F期間形成的沉積物的程度。在一個(gè)實(shí)施例中，為了從加燃料模式切換到清除模式，氧化劑控制閥26可操作來在向毛細(xì)流動(dòng)通道12內(nèi)輸入液態(tài)燃料F和輸入氧化劑C之間交替變換，并且在將氧化劑輸入該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中時(shí)，能夠就地清理毛細(xì)流動(dòng)通道。
一種氧化沉積物的技術(shù)包括使空氣或蒸汽通過毛細(xì)流動(dòng)通道。如所指出的，在清除操作期間該毛細(xì)流動(dòng)通道最好被加熱，以便起動(dòng)和持續(xù)氧化過程直到將沉積物消耗掉。為了增強(qiáng)該清除操作，可以利用一種催化物質(zhì)來減少完成清除所需的溫度和/或時(shí)間，該催化物質(zhì)或者是作為毛細(xì)管壁的涂層或者是作為毛細(xì)管壁的組成部分。為了連續(xù)運(yùn)行該燃料汽化裝置，可以使用多于一個(gè)的毛細(xì)流動(dòng)通道，使得當(dāng)例如用傳感器檢測(cè)到一個(gè)堵塞狀態(tài)時(shí)，可以將燃料流轉(zhuǎn)向到另一毛細(xì)流動(dòng)通道，而氧化劑流開始通過要被清理的被堵塞毛細(xì)流動(dòng)通道。作為例子，一個(gè)毛細(xì)管主體中能夠包括多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，并可以提供一種閥配置來有選擇地向每一個(gè)流動(dòng)通道供給液態(tài)燃料或空氣。
或者是，可以使燃料流從一毛細(xì)流動(dòng)通道轉(zhuǎn)向而以預(yù)定間隔起動(dòng)氧化劑流。可以通過一控制器實(shí)現(xiàn)燃料向毛細(xì)流動(dòng)通道的輸送。例如，該控制器能在一個(gè)預(yù)定期間內(nèi)激活燃料輸送，而在該預(yù)定量的時(shí)間后停止燃料的輸送。該控制器也可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)探測(cè)到的狀態(tài)來調(diào)整液態(tài)燃料的壓力和/或供給到毛細(xì)流動(dòng)通道的熱量。所探測(cè)狀態(tài)尤其可以包括燃料壓力、毛細(xì)管溫度或空氣-燃料比。該控制器還可以控制一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道清除沉積物。
該清除技術(shù)可以應(yīng)用于帶有單個(gè)流動(dòng)通道的燃燒裝置。但是，如果該燃燒裝置在清除操作期間間歇性地中斷，那么在清除期間供給到該流動(dòng)通道的能量最好是電能。各次清除之間的時(shí)間間隔或者可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的堵塞特性而固定，或者可以利用一傳感和控制裝置來檢測(cè)堵塞而按需要起動(dòng)清除過程。例如，一個(gè)控制裝置能夠通過探測(cè)到達(dá)毛細(xì)流動(dòng)通道的燃料供給壓力而檢測(cè)堵塞程度。
如所指出的，氧化清除技術(shù)也可以應(yīng)用于需要連續(xù)運(yùn)行的燃料汽化裝置。在這種情況下，利用了多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道。圖2和3中例示了用在本發(fā)明中的一種示范的多毛細(xì)流動(dòng)通道燃料汽化裝置。圖2表示一種集成于單一組件94中的多毛細(xì)管布置的示意圖。圖3表示組件94的端視圖。如圖所示，該組件可以包括三根毛細(xì)管82A、82B、82C和一根可包括實(shí)心不銹鋼桿的正電極92。這三根管和該桿可以支承在電絕緣材料的主體96中，并可以經(jīng)由配件98向該桿和毛細(xì)管供電。例如，可以向一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管的上游端供給直流電，而處于毛細(xì)管下游端的接頭95可以形成流過桿92的電流的返回路徑。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖中示出一個(gè)在本發(fā)明的實(shí)施中使用的多毛細(xì)管汽化系統(tǒng)80。該系統(tǒng)包括毛細(xì)管82A至82C、燃料供給線84A至84C、氧化劑供給線86A至86C、氧化劑控制閥88A至88C、電力輸出線90A至90C以及共用地線91。該系統(tǒng)80能夠清理一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管而同時(shí)利用一個(gè)或多個(gè)其它毛細(xì)管來繼續(xù)輸送燃料。例如，在清理毛細(xì)流動(dòng)通道82A期間可以經(jīng)由毛細(xì)流動(dòng)通道82B和82C來燃燒燃料。對(duì)毛細(xì)流動(dòng)通道82A的清理可以通過這樣來完成，即中斷對(duì)毛細(xì)管82A的燃料供應(yīng)、向毛細(xì)流動(dòng)通道82A供應(yīng)所帶熱量足以氧化該毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物的空氣。因此，可以在連續(xù)輸送燃料的同時(shí)對(duì)一個(gè)或幾個(gè)毛細(xì)管進(jìn)行清理。該被清理的一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道最好在清除過程中用電阻加熱器或從該應(yīng)用反饋回來的熱量來加熱。再一次，對(duì)于任何給定的毛細(xì)流動(dòng)通道，各次清除之間的時(shí)間間隔或者可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的已知堵塞特性而固定，或者可以利用一個(gè)傳感和控制系統(tǒng)來檢測(cè)沉積物的聚集并按需要來起動(dòng)清除過程。
圖5表示一種操作按照本發(fā)明裝置的控制系統(tǒng)的示范示意圖，該裝置包括一個(gè)用于清理堵塞的毛細(xì)通道的氧化氣體源。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)可操作地連接到燃料源102的控制器100，燃料源102向諸如毛細(xì)流動(dòng)通道104的流動(dòng)通道供應(yīng)燃料和可選的空氣。該控制器還可操作地連接在電源106上，電源106向一電阻加熱器或直接向金屬毛細(xì)流動(dòng)通道104輸電，以便將該管子加熱到足以汽化該燃料。如果需要，該燃料系統(tǒng)可以包括多個(gè)可操作地連接到控制器100上的流動(dòng)通道和加熱器?？刂破?00能可操作地連接在一個(gè)或多個(gè)信號(hào)發(fā)送裝置上，該信號(hào)發(fā)送裝置諸如通斷開關(guān)、熱電偶、燃料流率傳感器、空氣流率傳感器、功率輸出傳感器、電池電量傳感器等，由此，可以將控制器100編程以響應(yīng)于由信號(hào)發(fā)送裝置108輸出到該控制器的信號(hào)而自動(dòng)地控制燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行。
在運(yùn)行過程中，按照本發(fā)明裝置的燃料汽化裝置可以構(gòu)造成能反饋燃燒期間所產(chǎn)生的熱量，使得液態(tài)燃料在經(jīng)過毛細(xì)管時(shí)被加熱到足以基本上汽化該液態(tài)燃料，由此減少或免去或補(bǔ)充了對(duì)電加熱或其它方式加熱該毛細(xì)流動(dòng)通道的需要。例如，該毛細(xì)管可以做得更長來增加其表面積，以便更大的熱量傳輸，該毛細(xì)管可以構(gòu)造成穿過燃燒著的燃料，或者可以設(shè)置一個(gè)熱交換器來利用從燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣來預(yù)熱燃料。
圖6以簡化形式表示可以如何安置毛細(xì)流動(dòng)通道64，使得行經(jīng)其間的液態(tài)燃料能被加熱到高溫，從而減少燃料汽化加熱器的功率需求。如圖所示，包含毛細(xì)流動(dòng)通道的管子的一部分66穿過燃燒燃料的火焰68。為了最初的起動(dòng)，可以利用連接在一電源如蓄電池74上的電線70、72來加熱由該管子的一段組成的電阻加熱器或單獨(dú)的電阻加熱器，該電阻加熱器可用來在一開始汽化該液態(tài)燃料。在用合適的點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃該汽化燃料之后，該管子的該部分66可以由燃燒的熱量預(yù)熱，從而減少了另外為了用電阻加熱器持續(xù)汽化燃料而所需的功率。因此，通過預(yù)熱該管子，可以汽化該管子中的燃料而不必使用電阻加熱器，從而可以節(jié)省能源。
可以理解，圖1～6中示出的燃料汽化裝置和附屬系統(tǒng)也可以與本發(fā)明的其它實(shí)施例一起使用。再參照?qǐng)D1，用于清除沉積物的裝置包括流體控制閥18、使毛細(xì)流動(dòng)通道12與溶劑成流體連通的溶劑控制閥26，溶劑控制閥26置于毛細(xì)流動(dòng)通道12的一端。在該利用溶劑進(jìn)行清除的裝置的一個(gè)實(shí)施例中，該溶劑控制閥可操作來在向毛細(xì)流動(dòng)通道12中輸入液態(tài)燃料和輸入溶劑之間交替，使得當(dāng)將溶劑輸入毛細(xì)流動(dòng)通道12時(shí)，能夠就地清理毛細(xì)流動(dòng)通道12。雖然已經(jīng)利用各種各樣的溶劑，但該溶劑可以包括從液態(tài)燃料源來的液態(tài)燃料。當(dāng)這種情況時(shí)，不需要溶劑控制閥，因?yàn)椴恍枰谌剂虾腿軇┲g交替，而在清理毛細(xì)流動(dòng)通道期間應(yīng)當(dāng)逐漸停止熱源或停用熱源。
圖7表示本發(fā)明的另一示范實(shí)施例。用于本發(fā)明裝置中的燃料汽化裝置200具有用于輸送液態(tài)燃料F的受熱毛細(xì)流動(dòng)通道212。熱量由沿通道212安置的熱源220提供。最優(yōu)選的是，熱源220是通過用電阻材料管形成毛細(xì)流動(dòng)通道212而提供的，當(dāng)電流源在接頭222和224處連接到該管子上以在其間輸送電流時(shí)，毛細(xì)流動(dòng)通道212的一部分形成為加熱器元件。
為了清除在燃料汽化裝置200的運(yùn)行期間形成的沉積物，穿過裝置主體230的端帽234的孔236安置一根軸向可動(dòng)桿232，使桿232與毛細(xì)流動(dòng)通道212的入口端214的孔沿軸向?qū)?zhǔn)。端帽234的內(nèi)部容積中提供有用于密封的密封材料238?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7A，示出軸向可移桿232完全延伸在毛細(xì)流動(dòng)通道212內(nèi)?？梢岳斫?，通過選擇軸向可動(dòng)桿232的直徑，使得在毛細(xì)流動(dòng)通道212的內(nèi)部產(chǎn)生最小壁間隙，從而形成一種組合裝置，該組合裝置能基本上除去所有在燃料汽化裝置200運(yùn)行期間沿毛細(xì)流通通道212內(nèi)表面積聚的沉積物。
圖8示出了按照本發(fā)明的裝置的示意圖，該裝置包括自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)30和燃燒室34，其中，處于550～750℃的熱量被往復(fù)活塞轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力，該往復(fù)活塞驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)32以產(chǎn)生電力。該組件還包括毛細(xì)流動(dòng)通道/加熱器組件36、控制器38、整流器/調(diào)節(jié)器40、電池42、燃料源44、同流換熱器46、燃燒鼓風(fēng)機(jī)48、冷卻器50和冷卻器/鼓風(fēng)機(jī)52。在運(yùn)行過程中，控制器38可操作來控制到毛細(xì)管36的燃料輸送，并控制室34中燃料燃燒，使得燃燒的熱量驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞，以便發(fā)動(dòng)機(jī)從交流發(fā)電機(jī)32輸出電力。如果需要，可以用一臺(tái)輸出機(jī)械動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)學(xué)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)來替代該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)?？梢栽诿绹鴮＠鸑o.4277942、No.4352269、No.4384457和No.4392350中找到燃燒室和空氣預(yù)熱裝置的例子，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。
圖9表示按照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種動(dòng)力產(chǎn)生裝置的部分截面示意圖，該裝置可以形成諸如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱轉(zhuǎn)化裝置的一部分。如圖9中所示，由空氣鼓風(fēng)機(jī)輸送到空氣入口的空氣進(jìn)入燃燒室34并且與由毛細(xì)管/加熱器裝置36輸送到該室的汽化燃料混合。室34中的燃燒熱加熱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)30的端部，而一個(gè)滑動(dòng)的活塞以產(chǎn)生電的方式在交流發(fā)電機(jī)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。室34可設(shè)計(jì)成允許廢氣預(yù)熱進(jìn)入的空氣，從而降低了燃燒燃料的能量需求。例如，外殼可以包括一個(gè)允許進(jìn)入的空氣在風(fēng)室內(nèi)循環(huán)的多壁配置，該多壁配置被在排氣通道中循環(huán)的廢氣加熱。通過使入口空氣(用箭頭55表示)穿過環(huán)繞著燃燒室34的旋流器葉片56而使得入口空氣在燃燒室中渦旋。燃燒的空氣-燃料混合物加熱該熱轉(zhuǎn)化裝置(斯特林發(fā)動(dòng)機(jī))30而廢氣(用箭頭57表示)排出燃燒室。
通常，該動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置可以包括一個(gè)液態(tài)燃料源和至少一個(gè)流動(dòng)通道(如一個(gè)或多個(gè)受熱毛細(xì)管)，通過該至少一個(gè)流動(dòng)通道將從燃料源來的燃料汽化并將燃料輸送到燃燒室中，汽化燃料在燃燒室中燃燒，而燃燒室中產(chǎn)生的熱量用于驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其它熱轉(zhuǎn)化裝置?？梢允褂脽峤粨Q器來在空氣行經(jīng)熱交換器中的空氣通道時(shí)預(yù)熱空氣，由此盡可能提高該裝置的效率，亦即通過預(yù)熱與汽化燃料混合的空氣來加強(qiáng)室中的燃燒，從而只需較少的燃料來將斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)維持在所需的運(yùn)行溫度。廢氣可以通過熱交換器中的排氣管，由此可以將廢氣的熱量轉(zhuǎn)移到待輸送到燃燒室的空氣。
燃燒室可以包括在其中空氣與汽化燃料混合和/或空氣-燃料混合物燃燒的任何合適的裝置。例如，燃料可以與空氣在一個(gè)文杜里管中混合而提供空氣-燃料混合物，而空氣-燃料混合物可在文杜里管下游的熱產(chǎn)生區(qū)中燃燒。為了觸發(fā)燃燒，可以將空氣-燃料混合物限制在一個(gè)點(diǎn)火區(qū)中，諸如火花發(fā)生器的點(diǎn)火器在該點(diǎn)火區(qū)中點(diǎn)燃該混合物。該點(diǎn)火器可以是能夠點(diǎn)燃燃料的任何裝置，如機(jī)械火花發(fā)生器、電火花發(fā)生器、電阻加熱的點(diǎn)火絲等。電火花發(fā)生器可使用任何合適的動(dòng)力源如小型電池來供電。但是，該電池可用手動(dòng)操作的壓電換能器來替代，壓電換能器在被激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生電流。利用這樣一種裝置，可以由于壓縮該換能器的電-機(jī)械作用而產(chǎn)生電流。例如，可以設(shè)置一個(gè)撞擊器，以便在壓下觸發(fā)器時(shí)，該撞擊器以預(yù)定的力撞擊該換能器。換能器產(chǎn)生的電可以通過適當(dāng)?shù)碾娐饭┙o至火花發(fā)生機(jī)構(gòu)?？梢岳眠@樣一種裝置來點(diǎn)燃燃料-空氣混合物。
由轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生的電力的一部分可存儲(chǔ)在一個(gè)合適的存儲(chǔ)裝置中，如電池或電容器中，該存儲(chǔ)裝置可用于為點(diǎn)火器供電。例如，可使用一個(gè)手動(dòng)操作的開關(guān)來將電流送到一個(gè)電阻加熱元件或使電流直接通過一根金屬管的一部分來汽化流動(dòng)通道中的燃料，或者可以將電流供給至點(diǎn)火器來觸發(fā)輸送到燃燒室的燃料-空氣混合物的燃燒。
如果需要，燃燒燃料而產(chǎn)生的熱量可以用于操作任何種類的依賴機(jī)械動(dòng)力或電力的裝置。例如，一個(gè)熱轉(zhuǎn)化源可用來為便攜式電氣設(shè)備產(chǎn)生電，該電氣設(shè)備諸如是電話通訊設(shè)備(如無線電話)、便攜式計(jì)算機(jī)、動(dòng)力工具、儀表、野外作業(yè)裝備、軍事裝備、如機(jī)動(dòng)自行車、動(dòng)力輪椅和海上推進(jìn)設(shè)備的運(yùn)輸裝置、電子傳感器件、電子監(jiān)控裝備、電池充電器、照明裝備、加熱裝備等。該熱轉(zhuǎn)化裝置也可用于為非便攜式設(shè)備提供動(dòng)力，或者為沒有電力網(wǎng)或不方便或不可靠接入電力網(wǎng)的地區(qū)提供動(dòng)力。這些地區(qū)和/或非便攜式設(shè)備包括邊遠(yuǎn)生活區(qū)和軍營、自動(dòng)售貨機(jī)、海上裝置等。
預(yù)期在本發(fā)明的混合動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)中使用的光電陣列包括各種各樣的光電電池。已知是可用的優(yōu)選類型的例子可提供20～25％的轉(zhuǎn)化效率，并且可包括若干轉(zhuǎn)化層。例如，在最外表面上是藍(lán)響應(yīng)層，接下來是綠-紅響應(yīng)層，再接下來是紅外響應(yīng)層。其它的類型是用鎵而非硅制成。然而，在一定環(huán)境中，使用相對(duì)低效率(10～18％)的電池是更經(jīng)濟(jì)的，其中，電池的半導(dǎo)體表面優(yōu)選具有足夠量(對(duì)于截面面積)的傳導(dǎo)金屬條，使得所產(chǎn)生的比制造商預(yù)計(jì)的電流大幾倍的電流不會(huì)使該半導(dǎo)體過熱，或者甚至使金屬導(dǎo)體熔化。
或者是，專用設(shè)計(jì)的太陽能電池可包括一種非晶類型，該非晶類型包括構(gòu)造在平面表面或非平面表面上的分層非晶硅，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能理解的。這些電池結(jié)構(gòu)的發(fā)展允許將電池材料氣相沉積或?yàn)R射到任何表面上以形成均勻涂層。
已知各種制造光電電池和光電陣列的方法，如美國專利No.4152824、No.4239555、No.4451969、No.4595790、No.4851308、No.6077722、No.6111189、No.6368892、No.6423565和No.6465724所顯然的那樣，這些專利的內(nèi)容在此引入作為參考。
如果例如陣列的一部分處于相對(duì)受光不足的位置，那么可以提供用來平衡負(fù)載的裝置，這在用光電電池產(chǎn)生動(dòng)力的領(lǐng)域中是普遍的。有效的運(yùn)行電壓至少是12V，從最小化傳輸損耗和半導(dǎo)體損耗的觀點(diǎn)來說，特別是在太陽光微弱而實(shí)際電壓下降的時(shí)候，更高的電壓能提供增強(qiáng)的功效。正如本領(lǐng)域中已知的那樣，可以提供一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，以便即使在電流變化時(shí)也能保持恒定的輸出電壓。通常，與本發(fā)明一起使用的陣列可以產(chǎn)生在51～204kg-m/sec(500瓦～2千瓦)范圍內(nèi)或更大的電力。
現(xiàn)在參見圖10，示出了按照一種優(yōu)選方式的混合動(dòng)力系統(tǒng)300的框圖。如圖所示，提供有動(dòng)力單元310，該動(dòng)力單元310包括液態(tài)燃料源和一個(gè)或多個(gè)受熱毛細(xì)管，來自燃料源的燃料通過毛細(xì)管而被汽化并且被輸送到燃燒室，汽化燃料在燃燒室中燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生的熱被用來驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其它的熱轉(zhuǎn)化設(shè)備，正如在前面所描述的那樣。熱轉(zhuǎn)化設(shè)備最好是連接到交流發(fā)電機(jī)如線性交流發(fā)電機(jī)，用于產(chǎn)生電力并且將電力輸送到蓄電池340，蓄電池340饋電至電力電子模塊350，該電力電子模塊350又連接至負(fù)載。
光電陣列320可從先前所述的類型中選取，光電陣列320也電連接到蓄電池340，而其規(guī)模適合于在峰值太陽輻射期間提供負(fù)載的總需求，或者是可以設(shè)計(jì)成用動(dòng)力單元310來進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)于動(dòng)力單元310的規(guī)模，一個(gè)帶有35.7kg-m/sec(350瓦)容量的發(fā)動(dòng)機(jī)的單元每一天12個(gè)小時(shí)所提供的功率輸出相似于102kg-m/sec(1千瓦)的光電陣列在一個(gè)晴天所提供的功率輸出。因此，該動(dòng)力單元的容量可以顯著地低于該光電陣列的容量，并且依然提供了發(fā)送能力和動(dòng)力可靠性的增強(qiáng)?？梢岳斫?，可以同時(shí)使用多個(gè)動(dòng)力單元來處理更大的應(yīng)用。
特別優(yōu)選地，光電陣列320提供大約90％的輸送電力，形成需要每年運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)300～800小時(shí)的混合策略。相比于光電陣列，本發(fā)明的混合結(jié)構(gòu)能減少光電板和電池存儲(chǔ)容量需求的25％～50％，并且能減少資金成本和占用成本。此外，該預(yù)期的混合結(jié)構(gòu)減少了電池子系統(tǒng)的壓力(縮減的放電水平等)，最終在替代計(jì)劃中提高了兩倍或更多倍。
雖然已參考其優(yōu)選實(shí)施例而詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚，可以進(jìn)行各種變化和利用等效的方案而并不偏離本
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生電力的混合系統(tǒng)，包括(a)用于收集太陽輻射并將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電力的光電陣列；(b)用于從液態(tài)燃料源產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，該裝置包括(i)至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道帶有入口端和出口端，所述入口端與該液態(tài)燃料源成流體連通；(ii)沿所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道布置的熱源，所述熱源可操作來將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料加熱到足以使至少一部分液態(tài)燃料從液態(tài)變到汽態(tài)的程度，并從所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端輸送基本上汽化的燃料流；(iii)與所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端連通的燃燒室；以及(iv)可操作來將所述燃燒室中的燃燒所釋放的熱轉(zhuǎn)化成電力的轉(zhuǎn)化裝置；和(c)電連接至所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置的存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)由所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生的電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合系統(tǒng)，其中，所述熱源包括電阻加熱元件。
3.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道包括至少一個(gè)毛細(xì)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合系統(tǒng)，其中，所述熱源包括所述毛細(xì)管的一段，該段毛細(xì)管被通過其的電流加熱。
5.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，還包括用于清除在裝置的運(yùn)行期間形成的沉積物的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合系統(tǒng)，其中，所述用于清除沉積物的裝置包括流體控制閥、所述熱源和氧化劑控制閥，所述氧化劑控制閥用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與氧化劑成流體連通，所述熱源還可操作來將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道內(nèi)的氧化劑加熱到足以氧化在加熱液態(tài)燃料的過程中形成的沉積物的程度，其中，用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與氧化劑成流體連通的所述氧化劑控制閥可操作來在向所述毛細(xì)流動(dòng)通道輸入液態(tài)燃料和輸入氧化劑之間進(jìn)行交替，并且在把氧化劑輸入到所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道時(shí)能就地清理所述毛細(xì)流動(dòng)通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合系統(tǒng)，其中，所述用于清除沉積物的裝置包流體控制閥，所述流體控制閥可操作來使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與溶劑成流體連通，并且在把該溶劑輸入到所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道時(shí)能就地清理所述毛細(xì)流動(dòng)通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合系統(tǒng)，其中，該溶劑包括來自于液態(tài)燃料源的液態(tài)燃料，并且其中，該熱源在清理所述毛細(xì)流動(dòng)通道的過程中是被停止的。
9.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，其中，所述燃燒室包括可操作來將汽化燃料點(diǎn)燃的點(diǎn)火器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合系統(tǒng)，其中，所述熱源有效地將該液態(tài)燃料汽化到能有效地降低點(diǎn)燃器的點(diǎn)燃能量需求的程度。
11.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)化裝置選自微渦輪機(jī)、帶發(fā)電機(jī)的微渦輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、帶發(fā)電機(jī)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、熱電設(shè)備和熱光電設(shè)備。
12.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)化裝置輸出上至510kg-m/sec(5千瓦)的機(jī)械動(dòng)力或電力。
13.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，還包括燃料源，所述燃料源能以100psig或更小的壓力向所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道輸送加壓的液態(tài)燃料。
14.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，還包括熱交換器，該熱交換器包括排氣管，從所述燃燒室中排出的一部分廢氣通過該排氣管進(jìn)行循環(huán)，而空氣通過空氣通道進(jìn)行循環(huán)，所述熱交換器通過將排氣管中廢氣的熱量轉(zhuǎn)移到空氣來預(yù)熱所述空氣通道中的空氣。
15.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合系統(tǒng)，還包括空氣鼓風(fēng)機(jī)，所述空氣鼓風(fēng)機(jī)在壓力下將空氣供給至所述燃燒室，使得加壓空氣能與汽化燃料以所需空氣對(duì)燃料的比進(jìn)行混合，以便有效地燃燒該空氣-燃料混合物。
16.一種產(chǎn)生電力的方法，包括(a)通過使用光電陣列將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電力；(b)將液態(tài)燃料供給至至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道；(c)通過加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料，使基本上汽化的燃料流流過該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的出口；(d)在燃燒室中燃燒該汽化燃料；(e)使用轉(zhuǎn)化裝置將燃燒室中燃燒汽化燃料所產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為電力；和(f)將步驟(a)和步驟(e)中產(chǎn)生的電力存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道包括至少一個(gè)毛細(xì)管，該熱源包括電阻加熱元件或一段毛細(xì)管，該段毛細(xì)管被通過其間的電流加熱，該方法還包括使液態(tài)燃料流過該毛細(xì)管并且通過加熱該管來汽化該液態(tài)燃料。
18.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，該轉(zhuǎn)化裝置選自微渦輪機(jī)、帶發(fā)電機(jī)的微渦輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、帶發(fā)電機(jī)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、熱電設(shè)備和熱光電設(shè)備。
19.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括定期清理至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述定期清理步驟包括(i)停止加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，和(ii)將溶劑供給至該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，由此清除在該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中形成的沉積物。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生電力的混合系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)包括用于收集太陽輻射并將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電力的光電陣列；用于從液態(tài)燃料源產(chǎn)生動(dòng)力的裝置，該裝置包括至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道帶有入口端和出口端，所述入口端與該液態(tài)燃料源成液體連通；沿所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道布置的熱源，所述熱源可操作來將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液態(tài)燃料加熱到足以使至少一部分液態(tài)燃料從液態(tài)變到汽態(tài)的程度，并從所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端輸送基本上汽化的燃料流；與所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端連通的燃燒室；以及可操作來將所述燃燒室中的燃燒所釋放的熱轉(zhuǎn)化成電力的轉(zhuǎn)化裝置；和電連接至所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置的存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)由所述光電陣列和所述轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生的電力。
文檔編號(hào)F23C9/00GK1826698SQ200380110205
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者R·O·佩利扎里 申請(qǐng)人:菲利普莫里斯美國公司