CN105161776B - 新能源工质相变电池 - Google Patents

Abstract

一种新能源工质相变电池，属于电池技术领域。本发明的目的是提供一种在环保的基础上，以物理的变化结合电化学可长时间持续保持供电的新能源工质相变电池。本发明的燃料发生器连接的加热管插在密闭的集热器内部，集热器通过管路与冷凝器连通；集热器分别通过第一电池出气管和第二电池出气管与第一电池和第二电池相通，第一电池和第二电池分别通过第一电池进液管和第二电池进液管通过汇聚管与储液罐相通，储液罐与冷凝器相通，第一电池双向电磁阀和第二电池双向电磁阀均通过线路连接在共用时间继电器上；第一电池和第二电池内部的电池内部电极连接在供电线路上。本发明优点在于体积小，用燃烧很少燃料达到发电的效率。成本造价低，无噪音。结构简单，产生电能功率大。

Description

新能源工质相变电池

技术领域

本发明属于电池技术领域。

背景技术

纯电动车由于现有的蓄电池本身的技术问题，充电的时间以及补充电能条件的不成熟，无法长距离行驶等问题，导致很难普及。

发明内容

本发明的目的是提供一种在环保的基础上，以物理的变化结合电化学，无需充电，可长时间持续保持供电，高效节能的产出电能与蓄电池进行组合或直接应用于驱动的新能源工质相变电池。

本发明的燃料发生器连接的加热管插在密闭的集热器内部，集热器通过管路与冷凝器连通，并且在集热器出气口处安装有集热器出气单向阀；集热器分别通过第一电池出气管和第二电池出气管与第一电池和第二电池相通，第一电池和第二电池分别通过第一电池进液管和第二电池进液管通过汇聚管与储液罐相通，储液罐与冷凝器相通，在第一电池出气管和第一电池进液管上安装有第一电池双向电磁阀，第二电池出气管和第二电池进液管上安装有第二电池双向电磁阀，第一电池双向电磁阀和第二电池双向电磁阀均通过线路连接在共用时间继电器上，共用时间继电器通过线路连接在供电线路上；在第一电池出气管、第一电池进液管、第二电池出气管和第二电池进液管上均有一段绝缘管；第一电池和第二电池内部的电池内部电极连接在供电线路上，并且在电池内部电极的其中正极上有电池线路单向二极管；在第一电池内部有加热器，加热器通过线路连接在供电线路上；在汇聚管上安装有循环液泵。

本发明将第一电池和第二电池内部通过绝缘隔板分为左右两个缸，其中左缸通过左缸气管与绕管相通，绕管通过右缸气管与右缸相通，绕管缠绕在集热器内，集热器连接在燃烧发生器上；左缸气管和右缸气管上安装有双向电磁阀，双向电磁阀通过线路连接在时间继电器上，时间继电器连接在供电线路上；左缸下部连通有左缸液管，右缸下部连通有右缸液管，左缸液管与右缸液管通过管路连通，在左缸液管和右缸液管上安装有极性磁场，极性磁场的两个磁极间是平板电极和电子液氨，平板电极连接在供电线路上；左缸液管和右缸液管上安装有压力阀门；在左缸气管和右缸气管上均有一段绝缘管。

本发明优点在于体积小，用燃烧很少燃料达到发电的效率。成本造价低，无噪音。结构简单，产生电能功率大，单组电池发电量千瓦级。本发明的工质电池在根本上解决了电动汽车续航问题，使用直接燃烧燃料，天然气，汽油，等等的燃料，比发动机作功更环保，利用了工质相变的特异性增加能效比，不受低温环境影响，同时也可应用与汽车的余热回收，或应用于太阳能热发电。

附图说明

图1是本发明第一种方案结构示意图；

图2是本发明第二种方案结构示意图；

图3是本发明图2的A部分放大示意图。

具体实施方式

本发明的燃料发生器1连接的加热管20插在密闭的集热器2内部，集热器2通过管路与冷凝器12连通，并且在集热器2出气口处安装有集热器出气单向阀15；集热器2分别通过第一电池出气管6和第二电池出气管10与第一电池4和第二电池8相通，第一电池4和第二电池8分别通过第一电池进液管7和第二电池进液管11通过汇聚管21与储液罐13相通，储液罐13与冷凝器12相通，在第一电池出气管6和第一电池进液管7上安装有第一电池双向电磁阀5，第二电池出气管10和第二电池进液管11上安装有第二电池双向电磁阀9，第一电池双向电磁阀5和第二电池双向电磁阀9均通过线路连接在共用时间继电器3上，共用时间继电器3通过线路连接在供电线路上；在第一电池出气管6、第一电池进液管7、第二电池出气管10和第二电池进液管11上均有一段绝缘管19；第一电池4和第二电池内部的电池内部电极17连接在供电线路上，并且在电池内部电极17的其中正极上有电池线路单向二极管18；在第一电池4内部有加热器16，加热器16通过线路连接在供电线路上；在汇聚管21上安装有循环液泵14。

本发明将第一电池4和第二电池8内部通过绝缘隔板分为左右两个缸，其中左缸通过左缸气管45与绕管43相通，绕管43通过右缸气管46与右缸相通，绕管43缠绕在集热器2内，集热器2连接在燃烧发生器1上；左缸气管45和右缸气管46上安装有双向电磁阀42，双向电磁阀42通过线路连接在时间继电器41上，时间继电器41连接在供电线路上；左缸下部连通有左缸液管47，右缸下部连通有右缸液管48，左缸液管47与右缸液管48通过管路连通，在左缸液管47和右缸液管48上安装有极性磁场49，极性磁场49的两个磁极间是平板电极491和电子液氨492，平板电极491连接在供电线路上；左缸液管47和右缸液管48上安装有压力阀门44；在左缸气管45和右缸气管46上均有一段绝缘管19。

以下对本发明做进一步详细描述：

以原电池为例；配置电解质制造原电池产生电能很容易，关键在于电解质在释放电能的过程中会失去活性导致电池电量下降，直到不能使用。在实际中、原电池的原料利用率极低，由于电解液的放电变化导致电能下降，两极材料只消耗了很小的一点就被丢弃，不单是材料的浪费，还对环境产生污染，所以电解质保持活化是关键。保持活化就等于保持了电能的输出，为了解决这个问题。本发明利用相变工质配置电解质，例如：液氨、（氨水本身就是弱电解质，）氟（化学性质极为活泼，是氧化性最强的物质之一），合理加入利于产生电能的其它混合物质组合应用。

使用天然气或者汽油（燃料类）直接燃烧产生热能， 使工质的液相气相变化进行闭合循环，反复相变通过电池内部，使电池内部的化学物质重新活化与激活，利用化合价的变化。在混合工质反复的物理变化下，持续进行电化学的反应，产生电能。

以混合工质吸热膨胀推动自身溶剂化的电子,如；氨合电子液体穿过磁场产生电能，完成动力续航，弥补电动车临时充电以及远程行驶的不足。

以工质氨水混合液态电解质为例；在闭合工作循环系统中，混合物成分含量根据需要调整浓度，根据需要可以为两种或者多种混合液体。达到电化学反应产生电能，或者根据需要在两极间填充利于产生电能的颗粒物质，如卡琳娜循环中氨水在工作时的汽化、温度等特性、混合液体在吸收温度的时候，由于氨是最先汽化，离解、致使设计的含有离子的混合液体的浓度被改变，电化学性能也随之变化，电解质浓度不同形成了浓差发电。

氨汽化后进入冷凝器释放温度，冷凝回液氨状态，同时完成相变，液氨反复持续循环回电池内部、与设计的电池原料电解质进行重新融合、离解、保持电解质活化，利用工质相变的物理变化，汽化、液化，重组、促使电池内部保持活化状态，混合工质保持电化学特性，这种作功方式结合原电池，蓄电池，液流电池的原理，或使用离子膜，会形成多种方式产生电能，或者与环境温度结合，强制冷却冷凝器温度产生温差，来促使工质相变，也可设计为两套相变系统为双液组合产生电能，也可根据所设计的需要，在一定温度范围控制氨与水同时汽化，产生其它的所需要的反应，在由多个电堆交替循环作功保持所需电流电压的稳定状态。

工质电池在有负载输出时，电池内部会产生温度，由此也可以设计为使用外接电力加热电池，使工质汽化产生工作循环，在由输出负荷产生的温度来持续的维持循环系统工作，由于电池内部化学变化需要时间，使用工质的流动速度不需要太大，所以利用环境温度（如太阳能）加上本身产生温度即可完成电能输出，关键在于冷凝器液化的散热，确保循环工作系统的温差，在环境温度不足时启动燃料燃烧进行温度补偿。

由于电解质可以随时保持活化状态，不需要用电解质的量来完成电池的电能容量，因此两极的距离可以离的很近，增加电极的单位面积，缩小了电池的体积，在整个闭合的管路中，气化的氨气不导电，所以电池组可以设计为串联工作。

根据上面所诉原理，由于相变循环发电的系统，能产生电化学反应的电极材料以及电解液种类太多，只做两个类型的原理解释，以表述单工质或者工质混合液体，利用物理变化结合电化学产生电能的方式方法的说明。

工质相变电池方案一，以工质氨水混合液态电解质闭合循环为例。

根据原理图一所诉；1燃料发生器，2集热器，3时间继电器，4第一电池，5第一电池双向电磁阀，6第一电池出气口，7第一电池进液口，8第二电池，9第二电池双向电磁阀，10第二电池出气口，11第二电池进液口，12冷凝器，13储液罐，14循环液泵，15集热器出口单向阀，16加热器，17电池内部电极，18电池线路单向二极管，19绝缘管，20集热器燃烧腔。

燃料发生器1燃烧在燃烧腔20内产生热能，集热器2与燃气热水器原理一样，类似于水套炉，内部为燃烧管道20，加热内管壁使两个管壁之间的高温集热器2发热，此时智能时间继电器给第一电池4的双向电磁阀5供电1分钟，时间继电器的供电时间根据产品的实际设计设置，当第一电池4的双向电磁阀5的出气口6打开同时关闭进液口7，时间继电器3同时控制第二电池8的双向电磁阀9的出气口10关闭，同时打开第二电池的进液口11，由于第一电池4的出气口6与高温集热器2导通，第一电池4内部的氨类混合电解质中的氨气会迅速吸收集热器2的温度，并且汽化为高温高压气体，此时第一电池4内部开始离解，由于第一电池4的进入口7被双向电磁阀5关闭，所以第一电池4就形成了一个固定体积的单口容器，在反作用力下，高温高压气体在气体体积的膨胀作用下，只能顶开集热器出口单向阀15释放，高压气体进入冷凝器12进行热交换释放热能，释放热能的高压氨气液化为液氨，在持续的高压推动下，液氨流经储液罐13，由于第一电池4在作功，进入口7被关闭，液体只能进入打开着进入口11的没有作功的第二电池8，进入第二电池8的液氨与电池内部的混合物质重新活化，

由于时间继电器设定在一分钟，一分钟后第一电池4的双向电磁阀出口6被关闭，与集热器2断开连接，同时打开第一电池4的进液口7，第一电池4停止汽化反应，改为进液活化，此时第二电池8的进液口11关闭，出气口10打开，第二电池8与集热器2连通，开始汽化，如此反复轮流工作，或者在集热器2温度不足时候以液体泵14辅助液氨回流。

本发明的每个电池出气口与进液口端部都设计有绝缘管19，对整个闭合循环系统进行绝缘分割，让每一个电池在电能输出的时候都是独立的，不产生短路情况，同时方便于电池组的串联或者并联。

本发明为多电池组合发电，多电池组的作功与第一电池4第二电池8一样，在电池内部被反复活化的时候电池电极17输出电能，每个电池的电极线路设计有单向二极管防止电流回流，实际中根据所需要的电流电压设计电池个体的数量，在时间继电器的控制下有秩序的轮流工作，保证整个工作系统的输出稳定性，。

本发明在环境温度达到循环情况下，使用电力加热器16对电池内部进行短暂的加热辅助启动，在环境温度无法达到工作状态时，使用燃料发生器1进行工作，整个循环工作系统关键在于集热器与冷凝器的温差。

本发明可以使用电子元件根据每个电池输出电能的强度，当某个电池电压下降至规定值需要重新活化的时候控制出气、进液电磁阀，精准控制，减少能耗，使这个电池组轮流工作，保持电压电流的稳定性。

本发明也可以应用于热水器采暖。只需要把电池的输出端接到电池内部的电力加热器上面，电池在有负荷的情况下产生热量气化，同时加热器也产生热量气化，被气化的工质在冷凝器里面进行热交换，释放热能。完成热水器或者采暖。

根据上面所诉；氨在集热器汽化所产生的气体体积以及气体压力，在去往冷凝器的管路中串接气动马达，气动马达旋转带动发电机发电，最大化利用能源。

本发明、本方案、优点是可以在寒冷地区工作，电池不受温度影响，只要达到工质相变循环所需要的温差就可以作功。

相变电池方案二；以电子液氨溶液闭合循环为例；

除铍以外的碱金属和碱土金属可以溶解在液氨中，形成氨合金属正离子和氨合电子，呈蓝色，稀溶液具有异常高的电导率。并且该溶液具有顺磁性，当金属的浓度很高时呈青铜色，貌似熔融的金属。这种金属似的溶液，好像一种“稀释的金属”，电子的行为相当自由，它的电导甚至与金属相当，根据这些事实，以磁流体发电机原理设计工质相变电池，在燃料燃烧的作用下，与集热器导通的电子液氨里面的氨，吸热汽化膨胀，（液氨在50摄氏度就可以到达2兆帕的压力），在反作用力下，利用自己本身汽化所产生的压力，高速推动发电工质、电子液氨溶液，以一定的速度垂直通过磁流体发电通道，通道两侧磁体为两极磁体，一对平板型电极对称地紧贴在磁流体发电通道内与磁场方向平行的内壁上。由于电子液氨不断地切割磁力线，从而产生交变电能，通过一对平板型电极导出，性能稳定、发电量极高，可做电动车续航电力。

具有代表性的电子液氨有；液氨加锂溶液，液氨加钠溶液。

根据原理图二所诉；

每组电池为两个缸，为闭合反复循环，电子液氨在闭合的反复循环中的容量，不能完全充满整个闭合循环，以便于完成反复流动，电子液氨溶液的浓度根据需要设计。

此原理图中集热器2内螺旋盘绕在燃烧腔内的高压管，作为每一个电池组的连接，作用是氨吸收此高压管的温度进行汽化膨胀。

燃料发生器1工作，燃料在燃烧腔2内燃烧生产高温，螺旋环绕在燃烧腔内的集热器43受热，第一组相变电池的时间继电器41工作，设定为10秒，时间根据产品容量设计，双向电磁阀42工作，打开第一组电池的左高压缸的通道45，同时关闭右高压缸的46通道，左缸中的电子液氨溶液由于导通了燃烧腔2内的集热器43的内部，电子液氨溶液中的氨迅速吸取集热器43内部温度，产生相变汽化、在集热器43管内急速膨胀，产生高压气体，由于缸管路被双向电磁阀关闭形成集热器43的单向性，致使高压气体在反作用力下只能推动左缸内电子液氨溶液，往出口（磁流体发电机）A方向去，电子液氨在高压气体的作用下，高速通过有极性磁场A，电子液氨切割磁力线，产生电能，通过平板电极导491出，电子液氨通过磁场过程中被强制冷却后进入右高压缸，冷却可以为风冷，也可以为水冷，对电池部分以及高压缸部分进行整体冷却，产生与高温部分2集热器43的温差，使汽化的氨气冷凝为液态，同时也降低所有空置缸的压力，实验证明；在高压缸与高温部分断开时，由于没有了可吸收的热源，缸内的压力会迅速下降到环境温度压力，（或者设计有毛细管进行空置缸的降压，以利用电子液氨快速进入）氨的气化膨胀体积倍数极大，（19g液氨/24L汽体体积）很少量的氨的气化的体积就可以缸内液体推送干净，对电子液氨溶液内部不产生影响。

本发明的汽化部位不导电，为闭合管路内部的绝缘，外部管路设计有绝缘管19，每个电池根据产品实际情况都设计有绝缘管，两个缸之间设计有绝缘层，或者设计成两个独立的缸以便于绝缘分割，让每一个电池在电能输出的时候都是独立的，不产生短路情况，同时方便于电池组的串联或者并联。

10秒后智能时间继电器41按照设定，关闭左缸电磁阀42，由于双向电磁阀的本身设计，同时右缸电磁阀42打开，右缸内电子液氨通过集热器43吸收燃烧腔2内热源汽化产生压力，把电子液氨溶液经过磁场反向推回到左缸，往返流动，反之亦然。电子液氨在磁场的发电通道内往复流动，不断地切割磁力线，从而产生交变电能，第二组电池8以及更多组电池都以同样的方式作功。根据需要串联或者并联产生电能。

可以根据需要在每个缸与发电磁场之间设置有压力阀，在缸内压力到达设计温度与压力值时在打开释放电子液氨溶液，因为电子液氨溶液穿过磁场的速度越快，产生电能越大。

可以把第一方案与第二方案结合使用，把氨合金属正离子利用起来，（由于方案一是以反复活化为基础，所以自放电问题可以放宽）使能源利用率最大化，或者利用工质相变（中间使用自由活塞隔离）推动液态金属（如，镓）生产电能。

根据上面所诉；设计为多组发电电池，进行组合发电，使电能稳定，线性工作。

Claims (2)

1.一种新能源工质相变电池，其特征在于：燃料发生器（1）连接的加热管（20）插在密闭的集热器（2）内部，集热器（2）通过管路与冷凝器（12）连通，并且在集热器（2）出气口处安装有集热器出气单向阀（15）；集热器（2）分别通过第一电池出气管（6）和第二电池出气管（10）与第一电池（4）和第二电池（8）相通，第一电池（4）和第二电池（8）分别通过第一电池进液管（7）和第二电池进液管（11）通过汇聚管（21）与储液罐（13）相通，储液罐（13）与冷凝器（12）相通，在第一电池出气管（6）和第一电池进液管（7）上安装有第一电池双向电磁阀（5），第二电池出气管（10）和第二电池进液管（11）上安装有第二电池双向电磁阀（9），第一电池双向电磁阀（5）和第二电池双向电磁阀（9）均通过线路连接在共用时间继电器（3）上，共用时间继电器（3）通过线路连接在供电线路上；在第一电池出气管（6）、第一电池进液管（7）、第二电池出气管（10）和第二电池进液管（11）上均有一段绝缘管（19）；第一电池（4）和第二电池内部的电池内部电极（17）连接在供电线路上，并且在电池内部电极（17）的其中正极上有电池线路单向二极管（18）；在第一电池（4）内部有加热器（16），加热器（16）通过线路连接在供电线路上；在汇聚管（21）上安装有循环液泵（14）。

2.权利要求1所述的新能源工质相变电池，其特征在于：将第一电池（4）和第二电池（8）内部通过绝缘隔板分为左右两个缸，其中左缸通过左缸气管（45）与绕管（43）相通，绕管（43）通过右缸气管（46）与右缸相通，绕管（43）缠绕在集热器（2）内，集热器（2）连接在燃烧发生器（1）上；左缸气管（45）和右缸气管（46）上安装有双向电磁阀（42），双向电磁阀（42）通过线路连接在时间继电器（41）上，时间继电器（41）连接在供电线路上；左缸下部连通有左缸液管（47），右缸下部连通有右缸液管（48），左缸液管（47）与右缸液管（48）通过管路连通，在左缸液管（47）和右缸液管（48）上安装有极性磁场（49），极性磁场（49）的两个磁极间是平板电极（491）和电子液氨（492），平板电极（491）连接在供电线路上；左缸液管（47）和右缸液管（48）上安装有压力阀门（44）；在左缸气管（45）和右缸气管（46）上均有一段绝缘管（19）。