[發(fā)明專利]組合型堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換式太陽能系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910073075.1
• 申請(qǐng)日: 2009-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN101674031A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周春良;鄭洪濤;張寶嶺;潘賢德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N3/00
• 分類號(hào): H02N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種能源領(lǐng)域的能量綜合利用系統(tǒng)，具體地說是一種將固體氧化燃料電池(SOFC)的排氣或這是Li/SF₆化學(xué)反應(yīng)器和太陽能組合起來綜合利用作為堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器的熱源的能量系統(tǒng)。

(二)背景技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，能源問題已經(jīng)越來越被各個(gè)國家所重視，如何有效的對(duì)能源進(jìn)行綜合利用是一個(gè)迫在眉睫的問題。

太陽能集熱器是一種將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峁べ|(zhì)的特殊熱交換器，是太陽能利用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。聚焦式太陽能蓄熱系統(tǒng)利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成高溫?zé)崮苋缓罄酶邷叵嘧冃顭崞鲗⑻柲苻D(zhuǎn)換來的熱能存儲(chǔ)起來以供利用。按照集熱方式的不同聚焦式太陽能集熱系統(tǒng)可以分為：槽式、塔式、碟式三種。槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上；塔式系統(tǒng)是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡將陽光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，以產(chǎn)生很高的溫度；碟式系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上；上述三種集熱方式中接收器接收到熱量后加熱接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)，然后經(jīng)過熱交換器將熱量存儲(chǔ)在蓄熱器中以供利用。目前最先進(jìn)的聚焦式集熱方式是碟式，其工作溫度可達(dá)750℃，具有很高的太陽能利用效率。

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將氣體或者氣化燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能和熱能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它是一種全固態(tài)結(jié)構(gòu)的燃料電池，其單電池包括多孔的陽極層、陰極層和致密的電解質(zhì)層。圖1為SOFC的工作原理示意圖。SOFC的能量轉(zhuǎn)換是通過電極上的電化學(xué)過程來進(jìn)行的，陰極和陽極的反應(yīng)分別為：

O₂+4e^-＝2O^2-

2O^2-+2H₂＝2H₂O+4e^-

SOFC除了具有燃料電池所共有的發(fā)電效率高、清潔干凈、噪聲小和模塊化結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)外，和其它燃料電池相比它還有其特有的優(yōu)點(diǎn)，比如：(1)避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的腐蝕和電解質(zhì)流失等問題；(2)電極反應(yīng)過程相當(dāng)迅速；(3)無需采用貴金屬電極因而降低了成本；(4)能量的綜合利用效率可達(dá)到80％以上；(5)燃料范圍廣泛，不僅可以用H2，CO等作燃料，而且可以直接用天然氣、煤氣化氣和其它碳?xì)浠衔锶缂状嫉茸魅剂希?6)可以承受較高濃度的硫化物和CO的毒害，因此對(duì)電極的要求大大降低；(7)使用具有電催化作用的陽極可以在發(fā)電同時(shí)生產(chǎn)化學(xué)品，如制成燃料電池反應(yīng)器等。SOFC也存在許多問題，如：陰極材料會(huì)逐漸燒結(jié)，陽極材料則會(huì)發(fā)生團(tuán)聚導(dǎo)致電極氣孔率和活性下降；電解質(zhì)與陰極發(fā)生界面反應(yīng)形成高阻的第二相，加速電池的衰退和電池壽命的縮短；并且太高的溫度也對(duì)密封和連接材料提出了非常苛刻的要求，從而增加了電池放大和組裝的困難；目前還面臨著造價(jià)太高的難題。SOFC的排氣溫度很高(400℃～850℃)，余熱具有很大的利用價(jià)值。

化學(xué)反應(yīng)器是應(yīng)用于熱動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)中產(chǎn)生熱源的裝置。熱動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理是通過化學(xué)反應(yīng)在瞬間產(chǎn)生大量的熱，利用熱能對(duì)渦輪機(jī)做功，把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。因此化學(xué)反應(yīng)器的效率高低直接會(huì)影響熱動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)整體效率。化學(xué)反應(yīng)器中金屬燃料中僅就能量密度而言，Li、Na、K、Mg、Al都可以作為備選燃料，而相應(yīng)的F2、Cl2、O2、SF6、FClO3、ClF3以及多種碳氟化合物等成為備選氧化劑。其中F2、Cl2、FClO3和ClF3有很大的毒性，而O2與上述所有金屬的燃燒產(chǎn)物熔點(diǎn)均高于反應(yīng)區(qū)溫度，且不溶于它們中任何一種燃料。在剩下的氧化劑中SF6與碳氟化合物相比在能量密度上占有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且SF6在室溫下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、無毒、無腐蝕性，它在20℃時(shí)蒸汽壓為2.1MPa，不需要額外的輔助設(shè)備就能把它輸送到燃燒室。因此，SF6是所有備選氧化劑中最理想的。

下面列舉了典型的幾種反應(yīng)：

1、6Li+3H2O＝2LiH+2LiOH+Li2O+H2+Q

2、8Na+SF6＝Na2S+6NaF+Q

3、8Li+SF6＝Li2S+6LiF+Q

4、4Mg+SF6＝MgS+3MgF2+Q