CN102544345B - 一种高性能热电转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能热电转换器，包括与高温端连接的热盘、与低温端连接的冷凝器、上端与冷凝器密封连接且下端与热盘密封连接的圆筒形厚热壁、设置在厚热壁轴线上端用于接收冷凝器液态工质的回流芯体、设置在厚热壁轴线下端用于接收回流芯体的液态工质并将其加热蒸发成工质蒸汽的蒸发器、设置在蒸发器外围的多个BASE管以及隔热器。本发明目的是提供一种减少高温端的热量损失、提高碱金属热电转换器转换效率的高性能热电转换器。提高碱金属热电转换器转换效率、输出功率，为外界负载提供更平稳、更可靠的功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及隔热设备技术领域，具体涉及到一种高性能热电转换器。
背景技术
碱金属热电转换器(AMTEC)是指将热量和电荷的物质不经过机械传动而直接转变为电能，是现代科学技术领域中的最新成就之一。碱金属热电直接转换其特点是体积小、重量轻、无运动部件、无噪声、可靠性高、无需维护、高效率和高功率密度等令人瞩目的特点。主要适用于核能、化石能、太阳能等多种形式的热源，在航空航天、地面、深水等空间领域，都有很好的应用前景。
在现有的碱金属热电转换过程中，由于碱金属热电转换器(AMTEC)是能量转换设备的关键部件之一，热量利用率的高低直接决定着其发电效率。如何将热电转换过程中高温端的热量辐射损失降到最低是目前迫切需要解决的。
发明内容
本发明目的是提供一种减少高温端的热量损失、提高碱金属热电转换器转换效率的高性能热电转换器。
本发明的技术解决方案为：
一种高性能热电转换器，包括与高温端10连接的热盘1、与低温端5连接的冷凝器4、上端与冷凝器4密封连接且下端与热盘1密封连接的圆筒形厚热壁3、设置在厚热壁3轴线上端用于接收冷凝器液态工质的回流芯体7、设置在厚热壁3轴线下端用于接收回流芯体7的液态工质并将其加热蒸发成工质蒸汽6的蒸发器9、设置在蒸发器9外围的多个BASE管2、可将厚热壁3内的空间隔成上下两部分的隔热器8，
其特殊之处在于：
所述隔热器8包括隔热罩11、至少一个拱形隔热层14、限位支撑环13、球面支撑体15、支撑体12；
所述隔热罩11包括拱形上端面和圆筒状侧面，其可将BASE管2与蒸发器9包围且圆筒状侧面与厚热壁3之间留有空隙；
所述隔热层14设置在隔热罩11的上端面的正上方，所述球面状隔热层14与隔热罩11的上端面之间被位于中心的限位支撑环13和位于圆周的多个球面支撑件15定位紧固；
所述限位支撑环13的中心用于穿过回流芯体7；
所述多个支撑件12用于将隔热罩11固定于厚热壁3上。
上述隔热罩11以及隔热层14的内壁上涂覆有辐射涂层。
上述隔热层14的数量为两个，所述两个隔热层14上下叠放且中间设置有间隙，所述两个隔热层14之间被位于中心的限位支撑环13和位于圆周的多个球面支撑件15定位紧固。
上述隔热罩11采用在在真空条件下具有消气特点的金属及其合金。
上述隔热罩11采用铌、锆、铪或其合金。
上述辐射涂层为金属铑。
上述隔热罩11下端为多孔结构。
本发明所具有的优点：
1、本发明为碱金属热电转换器，可减小热辐射损失，使高温端与低温端形成一定的温度差、压强差，提高碱金属热电转换器转换效率、输出功率，为外界负载提供更平稳、更可靠的功率输出。
2、本发明将隔热盖设置为拱形的，可有效的将碱金属热电转换器(AMTEC)高温端10的热辐射聚集，有效的降低了高温端的热量散发到低温端。
3、本发明在隔热罩内部采用金属铑作为辐射涂层，能有效的将热辐射聚集在隔热罩内，使整个转换器中热辐射16损失减小，提高碱金属热电转换器转换效率、输出功率。
附图说明：
图1为本发明热电转换器中隔热器的结构示意图；
图2为本发明热电转换器的结构示意图及工质蒸汽对流路径图；
图3为本发明热电转换器的热能辐射示意图；
具体实施方式
本发明隔热器8主要结构由隔热罩11、球面状隔热层14、限位支撑环13、球面支撑体15、支撑体12组成。其本身具有体积小、重量轻、结构简单、便于加工等优点。该隔热器8可有效的将碱金属热电转换器高温端10的热辐射16聚集，使BASE管2、蒸发器9、热盘1辐射出的热量，以
①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧
的路径对流，并通过隔热罩11内部的防辐射涂层降低隔热罩11自身热辐射16损失，能有效地将热能转换为电能，能使整个转换器中热辐射16损失减小，工质蒸汽流均匀，平稳的流向低温端5，以最大限度的提高热量利用效率。碱金属工质蒸汽6在冷凝器4凝结，工质以液态形式通过回流芯体7到达蒸发器9，如此循环。在其高温端10与低温端5形成一定的温度差、压强差，能更好的提高碱金属热电转换器转换效率和输出功率，为外界负载提供更平稳、更可靠的功率输出。
隔热器8下端隔热罩11将BASE管2与蒸发器9包围，顶端球面状隔热层14之间以中心限位支撑环13定位紧固，球面支撑体15支撑，外侧采用支撑体12固定于厚热壁3，将其固定于整个碱金属热电转换器之中。BASE管2外壁还原的工质蒸汽6在上升的时候遇到隔热器8，蒸汽将会沿着隔热罩壁11通过厚热壁3与隔热罩11之间的间隙上升到低温端5。在这个过程中，通过高温端BASE管2、蒸发器9、热盘1等以热辐射形式输出的热量，在隔热器8中经过球面状隔热层14与隔热罩11有效的将大部分热量聚集在隔热器8当中，用来减小碱金属热电转换器内部辐射热16传递。这样可以减小转换器内部的总热量损失，降低低温端5的温度，提高BASE组件的工作温度，防止工质蒸汽6在BASE管2内部形成凝结(防止转换器内部短路)，最后总体体现为热电转换效率与输出功率的提高。
本发明的隔热罩11和球面状隔热层14采用耐1000K以上的金属材料均可，尤其是在真空条件下具有消气特点的金属及其合金(如铌、锆、铪等)为佳。为了保证隔热效果，使热辐射16有效的转换成电能，其隔热罩11结构可以嵌套(如球面状隔热层14)，即可采用一层或多层结构实现。隔热罩11下端可加工多孔方式来有效的保证工质蒸汽6流通，使工质蒸汽6均匀、平稳的流向低温端5。
本发明的隔热罩11内部采用金属铑作为辐射涂层，能有效的将热辐射16聚集在隔热罩11内，使整个转换器中热辐射16损失减小，提高碱金属热电转换器转换效率和输出功率。
本发明碱金属热电转换器对于工质蒸汽6的对流方式如图2所。
本发明碱金属热电转换器对于热能辐射16方式如图3所示。
Claims (7)
1.一种高性能热电转换器，包括与高温端(10)连接的热盘(1)、与低温端(5)连接的冷凝器(4)、上端与冷凝器(4)密封连接且下端与热盘(1)密封连接的圆筒形厚热壁(3)、设置在厚热壁(3)轴线上端用于接收冷凝器液态工质的回流芯体(7)、设置在厚热壁(3)轴线下端用于接收回流芯体(7)的液态工质并将其加热蒸发成工质蒸汽(6)的蒸发器(9)、设置在蒸发器(9)外围的多个BASE管(2)、可将厚热壁(3)内的空间隔成上下两部分的隔热器(8)
其特征在于：
所述隔热器（8）包括隔热罩(11)、至少一个拱形隔热层(14)、限位支撑环(13)、球面支撑体(15)、支撑体(12)；
所述隔热罩(11)包括拱形上端面和圆筒状侧面，其可将BASE管(2)与蒸发器(9)包围且圆筒状侧面与厚热壁(3)之间留有空隙；
所述拱形隔热层(14)设置在隔热罩(11)的上端面的正上方，所述拱形隔热层(14)与隔热罩(11)的上端面之间被位于中心的限位支撑环(13)和位于圆周的多个球面支撑体(15)定位紧固；
所述限位支撑环(13)的中心用于穿过回流芯体(7)；
多个支撑体(12)用于将隔热罩(11)固定于厚热壁(3)上。
2.根据权利要求1所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述隔热罩(11)以及拱形隔热层(14)的内壁上涂覆有辐射涂层。
3.根据权利要求1或2所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述拱形隔热层(14)的数量为两个，所述两个拱形隔热层(14)上下叠放且中间设置有间隙，所述两个拱形隔热层(14)之间被位于中心的限位支撑环(13)和位于圆周的多个球面支撑体(15)定位紧固。
4.根据权利要求3所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述隔热罩(11)采用在在真空条件下具有消气特点的金属及其合金。
5.根据权利要求4所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述隔热罩(11)采用铌、锆、铪或其合金。
6.根据权利要求2所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述辐射涂层为金属铑。
7.根据权利要求3所述的高性能热电转换器，其特征在于：所述隔热罩(11)下端为多孔结构。
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