[發明專利]一種基于氫離子濃差電池的熱電轉換裝置

在審

• 申請號: 201910900523.4
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110829897A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 何志龍;韓耀祥;韋煒;林棟;邢子文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

一種基于氫離子濃差電池的熱電轉換裝置，包括用于對氫氣進行電離而產生電流的氫離子濃差電池以及加熱氫離子濃差電池內部氣體的換熱器；所述氫離子濃差電池包括質子交換膜以及布置在質子交換膜兩側的陰陽電極，其中，陽電極通入氫氣發生電離反應生成2e^?和2H⁺，陰電極通入惰性氣體，電離出的H⁺經過質子交換膜到達陰電極，電離出的e^?從陽電極經過外電路到達陰電極，在陰電極重新生成氫氣，并且在外電路中產生供用電裝置使用的電流。本發明換熱器加熱提高質子交換膜的質子通過率，從而提高放電效率，氫氣在整個反應中并沒有消耗，但在外電路中生成了電流。本發明與傳統的余熱發電系統相比有著高效，無污染，低噪聲等優點。

技術領域

本發明涉及熱電轉換領域，具體涉及一種基于氫離子濃差電池的熱電轉換裝置。

背景技術

隨著世界范圍內的能源緊張，各國正致力于節能、減排，力爭可持續的發展。基于這樣的一個事實，余熱利用越來越成為各國主要攻堅的方向，以期獲得更大、更多的收益。

我國能源緊缺的主要原因就是能源利用率低下，能源轉換效率較低，工業用能源中60％～65％的能源轉換為廢熱資源，回收利用還有很大的空間。廢熱利用有很多途徑，但是目前最重要的、最有意義的、最有價值的利用方式還是發電，但因為低溫余熱發電的技術比較落后，制約著它的進一步發展。目前，最常用的余熱發電途徑為ORC系統(有機朗肯循環發電系統)，其區別于傳統的水蒸汽循環發電系統，采用有機工質作為循環工質進行發電。然而這種發電方法需要蒸發器、冷凝器、汽輪機(組)、泵等組件，導致轉換效率比較低下，而且占地面積較大，成本較高。目前燃料電池作為新的發電裝置，相較于普通的發電方式具有較高的轉換效率(60％～70％)，而且燃料電池在發電過程中，不需要鍋爐汽輪機等裝置，因此，它既不會排放污染氣體，也沒有噪音的干擾，燃料電池越來越受到大家的關注。

氣體電極濃差電池是一種特殊的離子濃差燃料電池，如Pt|H₂(P₁)|HCI(C)|H₂(P₂)|Pt，P₁>P₂，P為氫氣壓力，利用陰陽兩級氫氣的濃度差產生電動勢。電極的陽極充入氫氣，氫氣在催化劑的條件下電離成H⁺，其陽極反應為H₂–2e^-＝2H⁺，電極的陰極充入惰性氣體，比如氬氣或者氮氣，H⁺通過中間的質子交換膜到達陰極，e^-通過外電路到達陰極，其陰極反應為2H⁺+2e^-＝H₂，總的電極反應為H₂＝H₂，即H₂從濃度高的地方到達濃度低的地方，總的H₂量沒有減少，但在過程中產生了電荷，即對外電路放了電。通過對該電池加熱可以提高質子交換膜的質子通過率，進而提高它的放電效率。因此，可以通過將其與余熱回收相結合，利用余熱來提高放電效率，經實驗研究，這樣熱電轉換效率大大高于ORC系統的熱電轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中廢熱資源利用率低，氣體電極濃差電池沒有能夠得到有效利用的問題，提供一種基于氫離子濃差電池的熱電轉換裝置，替代目前余熱回收的ORC系統，熱電轉換效率較高，且無污染無噪聲，可以應用在各種余熱回收場合。

為了實現上述目的，本發明基于氫離子濃差電池的熱電轉換裝置，有如下的技術方案：