[发明专利]热-电化学转换器

权利要求书

1.一种热-电转换器，包括：

至少三个多孔电极；

工作流体；

至少两个离子或质子传导膜，所述至少三个多孔电极与所述至少两个离子或质子传导膜堆叠成重叠构型，由此每个膜夹在一对多孔电极之间，所述至少三个多孔电极和所述至少两个离子或质子传导膜包括共烧结或熔融的单片式结构；和

第一管道，所述的第一管道是高压管道，所述第一管道包含处于第一压力下的工作流体；

第二管道，所述的第二管道是低压管道，所述的第二管道包含处于低于所述第一压力的第二压力下的工作流体；

其中任何顺序多孔电极对的第一多孔电极耦合到所述高压管道，用于高压工作流体流过其中，并且任何顺序多孔电极对中的第二多孔电极耦合到低压管道，用于低压工作流体流过其中，所述第一多孔电极是高压电极，并且所述第二多孔电极是低压电极；

热-电转换器还包括外部负载，当电负载连接在高压电极和低压电极之间且转换器耦合到热源时，转换器产生电能，当工作流体从高压膨胀到低压时，来自热源的热量被转换成电能，膨胀热由热源提供；

当电源连接在高压电极和低压电极之间且转换器耦合到散热器时，转换器用作热泵，当电能驱动工作流体从低压到高压压缩时，压缩热被排出到散热器。

2.一种热-电化学转换器，包括第一MEA堆和第二MEA堆，所述第一MEA堆和第二MEA堆中的每一个包括：

至少三个多孔电极；

工作流体；

至少两个离子或质子传导膜，所述至少三个多孔电极与所述至少两个离子或质子传导膜以交替顺序堆叠；

至少三个包含工作流体的管道，所述管道中的至少一个是包含处于第一压力的工作流体的高压管道，并且所述管道中的至少另一个是包含处于低于第一压力的第二压力的工作流体的低压管道，

其中每个MEA堆中的任何顺序多孔电极对的第一多孔电极耦合到所述高压管道，用于高压工作流体流过其中，并且顺序多孔电极对中的第二多孔电极耦合到低压管道，用于低压工作流体流过其中，使得每个膜经受一对多孔电极之间的压力差，所述第一多孔电极是高压电极，并且所述第二多孔电极是低压电极，

其中所述高压管道在所述第一MEA堆中的高压电极与所述第二MEA堆中的高压电极之间耦合高压工作流体流，

其中所述低压管道在所述第一MEA堆中的低压电极与所述第二MEA堆中的低压电极之间耦合低压工作流体流，和

其中所述MEA堆中的至少一个是具有单片式结构的高密度多层MEA堆；

热-电转换器还包括外部负载，当电负载连接在高压电极和低压电极之间且转换器耦合到热源时，转换器产生电能，当工作流体从高压膨胀到低压时，来自热源的热量被转换成电能，膨胀热由热源提供；

当电源连接在高压电极和低压电极之间且转换器耦合到散热器时，转换器用作热泵，当电能驱动工作流体从低压到高压压缩时，压缩热被排出到散热器。

3.根据权利要求2所述的热-电化学转换器，其特征在于，其中总负载被耦合到所述第一MEA堆，由此借助电子通过外部负载的传导，和离子或质子通过所述第一MEA堆的离子或质子传导膜传导，当压力迫使所述工作流体从所述高压电极流动到所述第一MEA堆的低压电极时，向所述总负载供电，

其中所述总负载包括所述外部负载和所述第二MEA堆的串联连接，由此由所述第一MEA堆产生的功率的一部分耦合到所述第二MEA堆的高压和低压电极，以迫使工作流体从低压到高压流动，因为电子流被功率强制并且通过所述第二MEA堆的所述离子或质子传导膜诱导离子或质子传导，而由第一MEA堆产生的任何剩余功率被提供给外部负载。

4.根据权利要求3所述的热-电化学转换器，其特征在于，所述第一MEA堆包括陶瓷材料，并且所述第二MEA堆包括聚合物材料。