[发明专利]氢气-碱金属热电直接转换器发电系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种新型发电系统，具体地说是一种“氢气-碱金属热电直接转换器”的发电系统，用于动力能源领域。

(二)背景技术

氢在自然界中是最为普遍的元素，它主要以化合物的形态贮存于水里面，而水是地球上最丰富的物质。据推算，如果把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍！除了核燃料外，氢的发热值是所有燃料发热值中最高的，为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。其燃烧性能好，与空气混合时可燃范围在4％～75％，燃点高，燃烧速度快。而且，氢气与氧气燃烧后的产物为水，通过电解水等手段又可以获得氢，这样就可以形成可持续的能量利用循环。

今天，随着能源形势的越来越严峻，人们对氢能越来越青睐。人们在试验将氢能转化为电能、热能，制造氢能汽车、船舶、摩托车、自行车。

目前，作为化工原料利用的氢气占氢气总产量的60％，还有相当部分的氢气应用于电子产品加工等领域。

氢能利用方式主要有三种。

其一，利用氢的热核反应放出核能，这是核能利用的重要途径。

其次，就是最为普遍的氢气直接燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，如氢气发动机。德国宝马汽车公司就一直致力于研发以氢气为燃料的汽车发动机，并且已经推出了样车进行运行试验。

另外一种就是制造氢能燃料电池，比如，德国的奔驰汽车公司对于氢能燃料电池汽车情有独钟。迄今，氢燃料电池汽车已经完成或正在进行多个商业示范。燃料电池是一种直接通过电化学反应将燃料的化学能转化成电能的发电装置。与传统电池的概念不同，燃料电池不需要充电，只要在它的阳极侧连续输入氢气等燃料，再在阴极侧通入氧化剂气体(如空气或氧气)，电能就能源源不断地输出来了。

碱金属热电直接转换器(AMTEC)是一种将碱金属(钾、钠)作为工作介质的能量转换技术。它以陶瓷材料β″-Al₂O₃为离子选择性渗透膜。AMTEC可直接将太阳能、外部燃烧、放射性同位素、反应器热源和余热产生的热能转换成电能。碱金属工质(液态或气态)在封闭循环系统中运行，其转换过程特点为等温膨胀/压缩，等压加热，因此可获得高效率。另外AMTEC具有洁净无噪声、设备结构紧凑、维护量小、适合分散布置的特点。因此既可以在火电站的前置循环使用，也可单独作为热电站的发电机组用于工业发电，而且也可用于水下潜器作为安静型高能量密度的发电设备，和民用运输工具。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种碱金属热电直接转换器将氢气燃烧后放出的高品位热能直接转化为电能，提高热能-电量转化的总效率的氢气-碱金属热电直接转换器组合发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明主要包括碱金属热电直接转换器A、冷却器B、氢气燃烧室C、热控装置D、储氢罐E和储氧罐F；储氢罐E和储氧罐F通过管路连接氢气燃烧室C，氢气燃烧室C内部有氢气喷嘴1和氧气喷嘴2，通过这两个喷嘴将燃料喷入到氢气燃烧室C中，在氢气燃烧室C中燃料混合、燃烧并放出高品位的热能，氢气燃烧室C通过热控装置D与碱金属热电直接转换器A的热端连接、将高品位的热能传递到碱金属热电直接转换器A的热端，碱金属热电直接转换器A将热能转化为电能向外输出。

本发明还可以包括：

1、在储氢罐E和储氧罐F与氢气燃烧室C的连接管路上设置有负责控制氢气、氧气的流量和两者的混合比例的控制阀门。

2、所述的碱金属热电直接转换器A为一个。

3、所述的碱金属热电直接转换器A为2-5个，各碱金属热电直接转换器A并列设置。

4、在碱金属热电直接转换器A冷端设置冷却器B，冷却器中的冷却介质通过阀门a3的控制通过冷却器入口5进入到冷却器并从冷却器出口5流出，并在外部泵的驱动下循环。

5、所述热控装置D主要由多孔层12、导热层10、绝热层9组成，多孔层12内填充有高导热系数的导热工质，阀门a1、和阀门a2控制导热工质通过导热工质进口3和导热工质出口4流进、流出，并在外部泵的驱动下完成控制碱金属热电直接转换器A热端温度，多孔层12与导热层10紧紧相连，里面充满具有高导热系数的导热介质。

本发明提出了一种氢气发电系统，该系统利用碱金属热电直接转换器将氢气燃烧后放出的高品位热能转化为电能。碱金属热电直接转换器是一种具有热电高转化效率的装置。