專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種發(fā)電組合系統(tǒng)，具體地說是一種"燃?xì)廨啓C(jī)-堿金屬熱電直
接轉(zhuǎn)換器"的組合發(fā)電系統(tǒng)，用于動力能源領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)具有效 率高、功率大、體積小、投資省、運(yùn)行成本低和壽命周期較長等優(yōu)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、交通和 工業(yè)動力。目前燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電的形式主要有簡單循環(huán)發(fā)電、前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電、 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)、整體化循環(huán)、核燃聯(lián)合循環(huán)、燃機(jī)輔助循環(huán)、燃?xì)鉄煔饴?lián)合循環(huán)、 燃?xì)鉄岜寐?lián)合循環(huán)等。 最近美國能源部提出一種新型的聯(lián)合循環(huán)即燃料電池——燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)。該 循環(huán)將燃料電池和燃?xì)鉁u輪機(jī)結(jié)合在一起發(fā)電。這種設(shè)備能更有效地產(chǎn)生電力并大大減少 環(huán)境污染。其發(fā)電效率達(dá)到55%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤發(fā)電設(shè)備的35%發(fā)電效率，也高于燃?xì)鉁u 輪機(jī)50%的發(fā)電效率。 堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器(AMTEC)是一種將堿金屬(鉀、鈉)作為工作介質(zhì)的能量 轉(zhuǎn)換技術(shù)。它以陶瓷材料P 〃 41203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(yīng)器熱源和余熱產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能。堿金屬工質(zhì)(液態(tài)或氣 態(tài))在封閉循環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行，其轉(zhuǎn)換過程特點(diǎn)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(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)量小、適合分散布置的特點(diǎn)。同時(shí) 不像燃料電池那樣對于環(huán)境有苛刻的要求，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。但是堿金屬熱電直 接轉(zhuǎn)換器在工作時(shí)，需要有一定的溫度保證。
(三)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高能量轉(zhuǎn)化的總效率的燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電
直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 它包括由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和發(fā)電機(jī)組成的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，還包括由換熱器和
堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器組成的堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器
的輸出連接變換器，渦輪的尾氣通過管道和控制閥門進(jìn)入堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱
器，換熱器帶有第一排氣管道。 本發(fā)明還可以包括 1、渦輪與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器之間的管道上的控制閥門包括第一 控制閥門和第二控制閥門，渦輪的尾氣進(jìn)入第一控制閥門，第一控制閥門有兩路輸出、一路 經(jīng)第二控制閥門輸入換熱器、另一路通過管道輸入燃?xì)忸A(yù)熱器，壓氣機(jī)的輸出經(jīng)燃?xì)忸A(yù)熱 器后輸入連接燃燒室。 2、第二控制閥門上設(shè)置有第二排氣管道。
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3、燃?xì)忸A(yù)熱器上設(shè)置第三排氣管道。 本發(fā)明提出一種新型組合即燃?xì)廨啓C(jī)——堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)器組合。目前來講很 多專家學(xué)者將精力集中在如何提高燃?xì)廨啓C(jī)自身效率上，或如何提高燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽機(jī)等 傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備聯(lián)合使用的效率上，現(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)器技術(shù)在我國 已經(jīng)有了較快的發(fā)展。上海硅酸鹽研究所和哈爾濱工程大學(xué)正在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。因此本發(fā) 明在技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明系統(tǒng)中堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)器發(fā)電所需的熱能均來自于燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣 的高品位熱能。在傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)中，這些高品位熱能可用來預(yù)熱燃燒室入口處的空氣，但是 這些高品位熱能并不能的完全被利用。因此本系統(tǒng)引進(jìn)了堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器，通過管 路和閥門的控制將部分高品位熱能經(jīng)過換熱器傳達(dá)到堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器再進(jìn)行發(fā)電。 由于堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)器是利用的燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣的部分高品熱能，因此不會影響現(xiàn)有 的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的效率。因此本發(fā)明系統(tǒng)的統(tǒng)效率是在已有的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)效率 的基礎(chǔ)上外加堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器的效率。根據(jù)現(xiàn)在堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的實(shí)際效率，本 法明系統(tǒng)效率較單一的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)相比，保守估計(jì)可提高10%。 另外本發(fā)明下面所提到的方案只是對單一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行改革，安裝了堿 金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器。這個(gè)思想也可用于其他形式的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，如簡單循環(huán)發(fā)電、 前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)、整體化循環(huán)、核燃聯(lián)合循環(huán)、燃機(jī)輔 助循環(huán)、燃?xì)鉄煔饴?lián)合循環(huán)、燃?xì)鉄岜寐?lián)合循環(huán)。 本發(fā)明的系統(tǒng)中的堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器將燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣的高品位熱能直 接轉(zhuǎn)化為電能，提高能量轉(zhuǎn)化的總效率。 本發(fā)明提出了一種新形式的發(fā)電組合。即用將燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫尾氣為堿金屬 熱電直接轉(zhuǎn)換器提供工作溫度保證。兩者共同發(fā)電，這樣將會提高系統(tǒng)整體的效率。
(四)
附圖是本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 燃?xì)廨啓C(jī)-堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電系統(tǒng)的組成包括由壓氣機(jī)l、燃燒室2、渦 輪3和發(fā)電機(jī)4組成的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)a，它還包括由換熱器6和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器7組 成的堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)b，發(fā)電機(jī)和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器的輸出連接變換器5，渦 輪的尾氣通過管道和控制閥門進(jìn)入堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器，換熱器帶有第一排 氣管道20。 渦輪與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器之間的管道上的控制閥門包括第一控 制閥門31和第二控制閥門32，渦輪的尾氣進(jìn)入第一控制閥門，第一控制閥門有兩路輸出、 一路經(jīng)第二控制閥門輸入換熱器、另一路通過管道輸入燃?xì)忸A(yù)熱器8，壓氣機(jī)的輸出經(jīng)燃?xì)?預(yù)熱器后輸入連接燃燒室。第二控制閥門上設(shè)置有第二排氣管道21。燃?xì)忸A(yù)熱器上設(shè)置第 三排氣管道23。 在該系統(tǒng)剛啟動時(shí)，先啟動燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。這時(shí)第一、第二控制閥門全部關(guān)閉，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，在其工作穩(wěn)定后，打開第一、第二控制閥門。使具有高溫的尾 氣進(jìn)入堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括兩部分，即換熱器6 和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器(AMTEC)7。 高溫的尾氣通過換熱器6將熱量傳遞給堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器7，堿金屬熱電直 接轉(zhuǎn)換器在得到所需工作溫度下進(jìn)行工作發(fā)電。最后該通路的尾氣通過排氣管路20排出。 該排出的氣體可做供熱使用 由發(fā)電機(jī)4和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器7發(fā)出的電經(jīng)過變換器5進(jìn)入電網(wǎng)。
在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)工作均穩(wěn)定，且尾氣有一定剩余的 條件下，通過調(diào)節(jié)第一控制閥門，將多余的尾氣通過燃?xì)忸A(yù)熱器8為進(jìn)入燃燒室的壓縮空 氣加熱，進(jìn)而提高燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)自身的效率。最后該通路的剩余氣體通過排氣管路23排 出，該排出的氣體可做供熱使用。 在堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，同樣為了保障系統(tǒng)整體的效率，可以 通過調(diào)節(jié)第二控制閥門32將尾氣通過排氣管路21排出，從此排出的氣體可用于供熱；或通 過關(guān)閉第二控制閥門32，并調(diào)節(jié)第一控制閥門31將尾氣用于燃?xì)獾念A(yù)熱。這兩種方法都是 可行的。
權(quán)利要求
一種燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置，它包括由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和發(fā)電機(jī)組成的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征是還包括由換熱器和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器組成的堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器的輸出連接變換器，渦輪的尾氣通過管道和控制閥門進(jìn)入堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器，換熱器帶有第一排氣管道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置，其特征是渦 輪與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器之間的管道上的控制閥門包括第一控制閥門和第 二控制閥門，渦輪的尾氣進(jìn)入第一控制閥門，第一控制閥門有兩路輸出、一路經(jīng)第二控制閥 門輸入換熱器、另一路通過管道輸入燃?xì)忸A(yù)熱器，壓氣機(jī)的輸出經(jīng)燃?xì)忸A(yù)熱器后輸入連接 燃燒室。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置，其特征是第 二控制閥門上設(shè)置有第二排氣管道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃?xì)廨啓C(jī)與堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置，其特征是 燃?xì)忸A(yù)熱器上設(shè)置第三排氣管道。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種燃?xì)廨啓C(jī)-堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器發(fā)電裝置，它包括由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和發(fā)電機(jī)組成的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，還包括由換熱器和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器組成的堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)和堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器的輸出連接變換器，渦輪的尾氣通過管道和控制閥門進(jìn)入堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換熱器，換熱器帶有第一排氣管道。本發(fā)明提出了一種新形式的發(fā)電組合。即用將燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫尾氣為堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換器提供工作溫度保證。兩者共同發(fā)電，這樣將會提高系統(tǒng)整體的效率。
文檔編號H02N3/00GK101701550SQ200910073148
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者周春良, 張寶嶺, 鄭洪濤 申請人:哈爾濱工程大學(xué)