CN104682769A - 甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置及方法。本发明涉及一种基于微尺度燃烧的高效便携式电源装置,该装置包括：燃料仓，空气预热通道(6)，混合腔(5)，微燃烧器(7)，热光伏发电模块(8)，氢气转化室(3)，甲烷与空气首先在氢气转化室反应并生成氢气，生成的混合气与空气预热通道进入的空气在微燃烧器中燃烧。本发明相对于现有技术的优点在于：甲烷很难在宽度为2mm的燃烧器中燃烧，但是当其中混有一部分氢气时，甲烷混合气可以在2mm的燃烧器中燃烧，甚至在更小的燃烧器中燃烧，且壁面温度明显增高。
Description
技术领域：
本发明公开了一种基于微尺度燃烧的高效便携式电源装置及方法,该装置首先将甲烷转化成氢气，利用微燃烧器为热源应用于热光伏发电，从而实现热-电转换。
背景技术：
燃烧燃料从而产生能量是生产生活中采用的最为广泛的能源利用方式。世界上有90％的能源是直接或间接地通过燃烧而得以利用的。但在某些场合，由于加工技术的限制，燃料燃烧就不能发挥其用武之地，比如手机、笔记本电脑等可携带电子设备，目前人们主要是依靠电池来给它们提供能源。化学电池由于体积小、携带方便等特点，在这些场合有很大的利用空间，但是其缺点也是显而易见的，因为其能量密度低、可连续工作时间短，需要经常地更换电池或充电。所以人们就开始尝试采用微燃烧器内的燃烧来获得能量。微燃烧器与电池相比具有：价格低廉、保存期限长、能够提供更稳定的电压、再次添加燃料方便和比起一次性电池来环境友好等优点。因此微燃烧器成为了一种很有潜力的储能设备。
微燃烧器的种类有很多种，其中微热光伏发电是发电效率比较高的一种。但是其受目前热光伏材料的限制，一般需要较高温度(600℃以上)才能达到一定的效率。但是很多燃料由于其热值较低，很难在微燃烧器燃烧，使壁面温度达到或者超过这一温度。所以一般微热光伏发电采用的燃料都是氢气。但是氢气的制取以及贮存，尤其是贮存存在很大的问题，一旦贮存不当，就会引起重大的爆炸事故。
发明内容：
本发明就是基于此背景下，采用布置氢气转化室，将燃料通过在氢气转化室中转化成氢气，然后在微燃烧器组中进行燃烧，实现氢气制取与利用的一体化，既扩展了微热光伏发电的燃料使用的种类，提高了微热光伏发电的效率，又避免了氢气贮存的风险。
甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置，包括：燃料仓，空气预热通道6，混合腔5，微燃烧器7，热光伏发电模块8，其特征在于，还包括：氢气转化室3，甲烷与空气首先在氢气转化室反应并生成氢气，生成的混合气与空气预热通道进入的空气在微燃烧器中燃烧。
所述氢气转化室中布置有多孔介质；多孔介质固体骨架的强蓄热和高热导率、高辐射能力使其具有自身组织热回流的特点，预混气体在其中的燃烧火焰温度可明显超过绝热火焰温度，实现超绝热燃烧，因此，多孔介质的高温区为富燃料的部分氧化重整制氢提供了必要条件。
所述氢气转化室中甲烷与空气的当量比为2.5；此时有80％左右的甲烷转化成氢气，氢气在生成气体中所占的体积分数为40％。
所述多孔介质层采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化铝。
空气与甲烷分别通过进气管道1、2进入氢气转化室3，经点火器4点火，在氢气转化室中燃烧，转化出氢气；转化后的气体进入混合仓5。在混合仓中与来自气体管路6的空气进行混合后，进入微燃烧器7，通过点火器4点火燃烧，燃烧释放出的热量使壁面发热；热光伏板8吸收壁面辐射出的热能，并将之转化为电能。
本发明相对于现有技术的优点在于：甲烷很难在宽度为2mm的燃烧器中燃烧，但是当其中混有一部分氢气时，甲烷混合气可以在2mm的燃烧器中燃烧，甚至在更小的燃烧器中燃烧，且壁面温度明显增高。
附图说明：
图1是本发明实施例装置部件组成原理结构简图；图中，1代表空气的进气通道，2代表甲烷的进气通道，3代表氢气转化室，4代表点火器，5代表混合腔，6代表空气预热通道。
图2是图1的俯视图；图中，1代表空气的进气通道，2代表甲烷的进气通道，7代表微燃烧器，8代表热光伏板。
具体实施方式：
实施例：
甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置，包括：燃料仓，空气预热通道6，混合腔5，微燃烧器7，热光伏发电模块8，其特征在于，还包括：氢气转化室3，甲烷与空气首先在氢气转化室反应并生成氢气，生成的混合气与空气预热通道进入的空气在微燃烧器中燃烧。
所述氢气转化室中布置有多孔介质；所述氢气转化室中甲烷与空气的当量比为2.5；所述多孔介质层采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化铝。
其运行共分为四个步骤，氢气转化、混合、点燃、热光伏转化。
(一)空气和甲烷通过进气管道1、2进入氢气转化室3。控制甲烷与空气的当量比为2.5。此时有80％左右的甲烷转化成氢气，氢气在生成气体中所占的体积分数为40％，氢气转化室中的多孔介质层采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化铝。
(二)氢气转化室中出来的气体，在混合腔5中与来自空气预热通道6的空气混合；混合腔中布置有隔板，有助于气体的充分混合。
(三)混合好的气体进入微燃烧器7，位于两端的点火器4，点燃微燃烧器(组)中的混合气体，微燃烧器壁面采用耐高温的不锈钢316L或者SiC。
(四)混合气体在微燃烧器中稳定地燃烧释放出热量，微燃烧器壁面受热产生热辐射，位于微燃烧器两侧的热光伏板8，吸收热辐射，并使之转化为电能，热光伏板采用比较常用的热光伏材料砷化镓。
Claims (4)
1.甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置，包括：燃料仓，空气预热通道(6)，混合腔(5)，微燃烧器(7)，热光伏发电模块(8)，其特征在于，还包括：氢气转化室(3)，甲烷与空气首先在氢气转化室反应并生成氢气，生成的混合气与空气预热通道进入的空气在微燃烧器中燃烧。
2.如权利要求1所述甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置，所述氢气转化室中布置有多孔介质。
3.如权利要求2所述甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电装置，所述多孔介质层采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化铝。
4.在权利要求3所述装置上实现的甲烷转化制氢式的微尺度热光伏发电方法，其特征在于包括如下步骤：
(一)空气和甲烷通过进气管道(1、2)进入氢气转化室(3)；控制甲烷与空气的当量比为2.5；
(二)氢气转化室中出来的气体，在混合腔(5)中与来自空气预热通道(6)的空气混合；
(三)混合好的气体进入微燃烧器(7)，位于两端的点火器(4)，点燃微燃烧器(7)中的混合气体；
(四)混合气体在微燃烧器中稳定地燃烧释放出热量，微燃烧器壁面受热产生热辐射，位于微燃烧器两侧的热光伏板(8)吸收热辐射，并使之转化为电能。
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