[發明專利]氫氣-堿金屬熱電直接轉換器發電系統

有效

• 申請號: 200910072528.9
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101604933A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 周春良;鄭洪濤;張寶嶺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種新型發電系統，具體地說是一種“氫氣-堿金屬熱電直接轉換器”的發電系統，用于動力能源領域。

(二)背景技術

氫在自然界中是最為普遍的元素，它主要以化合物的形態貯存于水里面，而水是地球上最豐富的物質。據推算，如果把海水中的氫全部提取出來，它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍！除了核燃料外，氫的發熱值是所有燃料發熱值中最高的，為142351kJ/kg，是汽油發熱值的3倍。其燃燒性能好，與空氣混合時可燃范圍在4％～75％，燃點高，燃燒速度快。而且，氫氣與氧氣燃燒后的產物為水，通過電解水等手段又可以獲得氫，這樣就可以形成可持續的能量利用循環。

今天，隨著能源形勢的越來越嚴峻，人們對氫能越來越青睞。人們在試驗將氫能轉化為電能、熱能，制造氫能汽車、船舶、摩托車、自行車。

目前，作為化工原料利用的氫氣占氫氣總產量的60％，還有相當部分的氫氣應用于電子產品加工等領域。

氫能利用方式主要有三種。

其一，利用氫的熱核反應放出核能，這是核能利用的重要途徑。

其次，就是最為普遍的氫氣直接燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，如氫氣發動機。德國寶馬汽車公司就一直致力于研發以氫氣為燃料的汽車發動機，并且已經推出了樣車進行運行試驗。

另外一種就是制造氫能燃料電池，比如，德國的奔馳汽車公司對于氫能燃料電池汽車情有獨鐘。迄今，氫燃料電池汽車已經完成或正在進行多個商業示范。燃料電池是一種直接通過電化學反應將燃料的化學能轉化成電能的發電裝置。與傳統電池的概念不同，燃料電池不需要充電，只要在它的陽極側連續輸入氫氣等燃料，再在陰極側通入氧化劑氣體(如空氣或氧氣)，電能就能源源不斷地輸出來了。

堿金屬熱電直接轉換器(AMTEC)是一種將堿金屬(鉀、鈉)作為工作介質的能量轉換技術。它以陶瓷材料β″-Al₂O₃為離子選擇性滲透膜。AMTEC可直接將太陽能、外部燃燒、放射性同位素、反應器熱源和余熱產生的熱能轉換成電能。堿金屬工質(液態或氣態)在封閉循環系統中運行，其轉換過程特點為等溫膨脹/壓縮，等壓加熱，因此可獲得高效率。另外AMTEC具有潔凈無噪聲、設備結構緊湊、維護量小、適合分散布置的特點。因此既可以在火電站的前置循環使用，也可單獨作為熱電站的發電機組用于工業發電，而且也可用于水下潛器作為安靜型高能量密度的發電設備，和民用運輸工具。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種堿金屬熱電直接轉換器將氫氣燃燒后放出的高品位熱能直接轉化為電能，提高熱能-電量轉化的總效率的氫氣-堿金屬熱電直接轉換器組合發電裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明主要包括堿金屬熱電直接轉換器A、冷卻器B、氫氣燃燒室C、熱控裝置D、儲氫罐E和儲氧罐F；儲氫罐E和儲氧罐F通過管路連接氫氣燃燒室C，氫氣燃燒室C內部有氫氣噴嘴1和氧氣噴嘴2，通過這兩個噴嘴將燃料噴入到氫氣燃燒室C中，在氫氣燃燒室C中燃料混合、燃燒并放出高品位的熱能，氫氣燃燒室C通過熱控裝置D與堿金屬熱電直接轉換器A的熱端連接、將高品位的熱能傳遞到堿金屬熱電直接轉換器A的熱端，堿金屬熱電直接轉換器A將熱能轉化為電能向外輸出。

本發明還可以包括：

1、在儲氫罐E和儲氧罐F與氫氣燃燒室C的連接管路上設置有負責控制氫氣、氧氣的流量和兩者的混合比例的控制閥門。

2、所述的堿金屬熱電直接轉換器A為一個。

3、所述的堿金屬熱電直接轉換器A為2-5個，各堿金屬熱電直接轉換器A并列設置。

4、在堿金屬熱電直接轉換器A冷端設置冷卻器B，冷卻器中的冷卻介質通過閥門a3的控制通過冷卻器入口5進入到冷卻器并從冷卻器出口5流出，并在外部泵的驅動下循環。

5、所述熱控裝置D主要由多孔層12、導熱層10、絕熱層9組成，多孔層12內填充有高導熱系數的導熱工質，閥門a1、和閥門a2控制導熱工質通過導熱工質進口3和導熱工質出口4流進、流出，并在外部泵的驅動下完成控制堿金屬熱電直接轉換器A熱端溫度，多孔層12與導熱層10緊緊相連，里面充滿具有高導熱系數的導熱介質。

本發明提出了一種氫氣發電系統，該系統利用堿金屬熱電直接轉換器將氫氣燃燒后放出的高品位熱能轉化為電能。堿金屬熱電直接轉換器是一種具有熱電高轉化效率的裝置。