CN110446800B - 一种铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置 - Google Patents

一种铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置 Download PDF

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Abstract

一种太阳能热还原制备金属的装置，该装置包括太阳能收集光热转化系统和热还原系统，所述太阳能收集光热转化系统包括：太阳能采集装置(1)、太阳能聚集装置(2)、太阳能传输装置(3)或光热转换传输装置；所述热还原系统包括：金属还原室(15)、电场和/或磁场发生装置(15‑3)、分离冷却装置(15‑4)。太阳能收集光热转化系统将光或热量输送至金属还原室分解金属氧化物，分解产物在电场/磁场作用下分离，经冷却后收或液态金属。该装置还包括余热回收再利用系统。通过直接利用太阳能加热分解金属氧化物，提高了能源利用率，极大地避免了环境污染和能源浪费，具有良好的应用前景。

Description

一种铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置
技术领域
本发明涉及金属氧化物的热还原装置，尤其涉及电池金属氢氧化物的还原。
背景技术
铝空气燃料电池在放电后生成氢氧化铝，而放电后生成的氢氧化铝需要通过还原重新生成铝金属，从而完成完成铝空气燃料电池的充电和铝金属的循环利用，而目前公布的氢氧化铝的还原都集中在将氢氧化铝加热分解生成氧化铝(Al2O3)，然后再将氧化铝(Al2O3)进行电解--又称为电解铝，还原成铝金属，再制备成铝空气燃料电池需要的负极材料铝板电极，然而电解铝需要消耗大量的电能，按照目前电解铝的水平，每生产1吨电解铝，需要消耗电能在13000KWh左右， 2014年中国工信部公布的铝冶炼能耗参考标准为12500KWh，而每吨铝通过铝空气电池释放的电能最高为8100KWh，如果按照电解铝的工艺来还原铝空气燃料电池放电后生成的氢氧化铝，会造成能源的大量浪费，环境的污染以及电能的紧张。
本发明基于申请人另外一个发明专利，申请号 PCT/CN2015/096576(发明名称：空气金属燃料电池)中的空气铝金属燃料电池中大量金属铝作为负极的使用，放电后生成的氢氧化铝的还原，形成一种绿色的，环保的，可循环的解决方案及产业系统。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足提供一种太阳能热还原制备金属的装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能热还原制备金属的装置，包括太阳能收集光热转化系统和热还原系统，
所述太阳能收集光热转化系统包括：太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置或光热转换传输装置，所述太阳能采集装置用于采集太阳光，所述太阳能聚集装置与太阳能采集装置相连，用于将采集的太阳光进行聚集，所述太阳能传输装置与太阳能聚集装置相连，用于传输聚集的太阳光，所述光热转换传输装置与太阳能聚集装置相连，将聚集的太阳能转化为热能并传输热能；
所述热还原系统包括：金属还原室、电场和/或磁场发生装置、分离冷却装置，所述金属还原室与太阳能收集光热转化系统相连接，用于接受太阳能或由太阳能转化的热能，使位于其中的金属氧化物热分解，所述电场和/或磁场发生装置用于产生电场/磁场分离分解产物，所述分离冷却装置能形成低温区域，用于冷却分解产物，分别产生液态金属和气态氧。其中电场和/或磁场发生装置，优选的实施方式是电场发生装置，其产生电场，分离分解产物。
进一步地，所述金属还原室的一侧区域与太阳能传输装置或光热转换传输装置相连接，将太阳能收集光热转化系统聚集的太阳光或由太阳能转化的热能传输到氧化铝还原室中的加热区域。
进一步地，所述电场/磁场位于金属还原室的中间区域。
进一步地，所述分离冷却装置位于金属还原室的另一侧区域。
进一步地，所述金属还原室具有金属排除口和氧气排出口。
进一步地，还包括金属回收储存室，所述金属回收储存室与金属还原室的金属排出口相连，金属回收储存室上设置有金属输送装置，金属散热装置，金属输送装置将金属还原室中的金属液体抽到金属回收储存室中，同时在金属散热装置冷却作用下，金属的温度进一步降低，并储存到金属回收储存室中。
进一步地，还包括金属电极制备间，金属回收储存室与金属电极制备间之间通过电极输送装置将金属输送到电极制备间中，在电极制备间中将金属制备成所需规格的金属电极。
进一步地，所述金属回收储存室为中空的保温箱体结构，金属回收储存室的外壳上具有保温材料。
进一步地，还包括氧气回收储存室，在其上设置有氧气输送装置，氧气散热装置，氧气输送装置将金属还原室中的氧气抽到氧气回收储存室，同时在氧气散热装置冷却作用下，氧气的温度进一步降低，并暂时储存到氧气回收储存室中。
进一步地，所述氧气回收储存室的外壳上具有保温材料，氧气回收储存室上具进料口和出料口，氧气回收储存室上的进料口与氧气输送装置相连接，氧气回收储存室上的出料口与氧气加工输送装置相连接，所述氧气加工输送装置将氧气回收储存室中的氧气输送到氧气加工间。
进一步地，还包括金属氧化物粉碎预热混合室，所述混合室包括混合室进料口、混合室出料口和催化剂投料装置，在混合室内设有粉碎装置，在混合室壁上设有加热装置，所述混合室出料口通过输送装置与金属还原室的进料口相连。
进一步地，还包括金属氢氧化物加热分解室，包括金属氢氧化物加热分解室进料口、出料口和抽湿装置，在金属氢氧化物加热分解室内设有搅拌装置，在金属氢氧化物加热分解室壁上设有加热装置，所述金属氢氧化物加热分解室出料口通过金属氧化物输送装置与混合室进料口相连。
进一步地，还包括金属氢氧化物收集粉碎干燥室，其包括金属氢氧化物收集粉碎干燥室进料口和出料口，在金属氢氧化物收集粉碎干燥室内设有粉碎机和干燥机，金属氢氧化物收集粉碎干燥室出料口通过金属氢氧化物干粉输送装置与金属氢氧化物加热分解室进料口相连。
进一步地，还包括金属氢氧化物收集储藏室，其包括金属氢氧化物收集储藏室进料口和出料口，金属氢氧化物收集储藏室出料口通过金属氢氧化物输送装置与金属氢氧化物收集粉碎干燥室进料口相连。
进一步地，光热转换传输装置包括热量传输管，热量传输管与太阳能聚集装置相接的一端设置有太阳能光热转化装置，将光能转化为热能，另一端设置有热量释放装置，并与金属还原室相连。
进一步地，光热转换传输装置为热量传输管，热量传输管的一端处于太阳能聚集装置的焦点处，另一端并与金属还原室相连。
进一步地，所述热量传输管为超导热管。
进一步地，所述太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置或光热转换传输装置组成光热转换小单元，所述太阳能收集光热转化系统包括若干所述光热转换小单元。
进一步地，所述还包括用于支撑固定光热转换小单元的支撑固定装置。
进一步地，所述太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置紧密相连或融合为一体。这些装置紧密连接融合为一体，以避免能量在采集、聚集、传输过程中的损失。
进一步地，所述太阳能传输装置与太阳能聚集装置连接的一端位于太阳能聚集装置的焦点上。
进一步地，所述太阳能采集装置采集太阳光的一侧设有自动清洁装置。
进一步地，所述的太阳能热还原制备金属的装置，还包括太阳自动跟踪装置，其控制太阳能采集装置、太阳能聚集装置的方向，使太阳光更多的进入到太阳能采集装置。避免太阳光被阻挡、反射所造成的损失。
进一步地，太阳能采集装置上设有损坏自动报警装置。
进一步地，所述装置还包括热回收再利用系统，所述热回收再利用系统余热回收管、热量传输管、余热分配装置、太阳能热发电装置，余热回收管与所述太阳能热还原制备金属装置中的冷却和/或散热装置相接，通过热量传输管传递热量，所述热量通过余热分配装置分配热量用于加热和/或热发电装置发电。
本发明所述的太阳能热还原制备金属的装置，所制备的金属包括但不限于铝、锌、镁、锂、铁、钠等。
本发明在不消耗电能和不污染环境完全绿色环保的情况下，利用自然界中丰富的太阳能将氢氧化铝转化成铝金属，完成铝空气燃料电池的充电过程。在本发明创新的整过氧化铝转化成铝金属过程中，只是将太阳能的光能转化成热能，再利用热能将氧化铝转化成铝金属，整个过程中不需要直接将太阳能转化的热能再转化成机械能(太阳能热发电)，或者将太阳能转化成电能(光伏发电)，因此本发明专利技术的太阳能的损耗极低，太阳能的利用率可达68％-80％，远远高于太阳能热发电的29％(造价高，工程量大)，太阳能光伏发电的18％(成本高，转化率不理想，生产光伏材料的过程中造成环境污染)，太阳能薄膜发电的13％(成本高，转化率低，生产薄膜材料的过程中造成环境污染)。是一种环保、绿色循环、低成本的氢氧化铝还原技术。
本发明还可应用于铝矿石的冶炼，将铝矿石转化成铝金属，因为本发明专利利用自然界中丰富的太阳能热能将铝矿石转化成铝金属，因此可有效降低环境污染，并有效降低能源成本，该方法也同样适用于其他金属矿。
附图说明
图1为本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的结构示意图；
图2为本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的一种用热量传输管32-3代替太阳能传输装置3的结构示意图；
图3本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置中太阳能收集光热转换系统10的结构示意图；；
图4本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置中的氧化铝还原室15的结构示意图；
图5本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的氧化铝还原室15中，氧化铝气化、离解、还原成金属铝和氧气以及金属铝和氧气的回收储存的结构示意图；
图6本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的氧化铝还原室15中间区域电场/磁场A-A1方向上的截面图；
图7本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的氧化铝还原室15铝/氧气分离冷却装置15-4区域B-B1方向上的截面图。
具体实施方式
以下以铝空气燃料电池产生的氢氧化铝为原料，来说明本发明的装置。应当理解，此处仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，在不背离本发明的精神和实质的前提下，对本发明所做的修改、润色，均属于本发明的范围。
铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置由三系统构成：太阳能收集光热转换系统，氢氧化铝的还原系统，热能回收再利用系统构成。
其中太阳能收集光热转换系统是将太阳光进行采集，聚集，传输以及将太阳能的光能转化成热能，为氢氧化铝的还原系统提供能量。
其中氢氧化铝的还原系统是将铝空气燃料电池放电后收集的氢氧化铝进行干燥，粉碎，加热分解为氧化铝(Al2O3)，进一步粉碎预加热氧化铝(Al2O3)并与催化剂混合，然后将混合有催化剂的氧化铝 (Al2O3)运送至氧化铝(Al2O3)还原室中高温加热至气态，然后离解成离子态，并在电场或磁场的作用下
Figure BDA0001894870370000081
生成金属铝和氧气，同时将金属铝和氧气分离冷却，将金属铝根据铝空气燃料电池的需求制成相应规格的铝板电极，将氧气根据不同的需求制作成相应规格的高压氧，液态氧，固态氧(将此三种形态的氧可作为铝空气燃料电池的正极材料，可用于外太空，深海等无氧环境)，或者直接还回大自然。
其中热能回收再利用系统将金属铝和氧气分离冷却时释放的热量、金属铝制成铝板电极的过程中和氧气制作高压氧，液态氧，固态氧的过程中释放的热量进行回收再利用，将这些回收的热量一部分输送到氢氧化铝的还原系统用于干燥、加热分解氢氧化铝，进一步预加热氧化铝(Al2O3)。
然后将这些回收的热量的剩余部分输送到太阳能热发电装置，通过热机、半导体温差发电转化成电能。
可将这些电能中的一部分输送到太阳能收集光热转换系统，用于太阳能收集光热转化系统的自动化控制和维护，包括太阳能采集装置的自动清洁、太阳能采集装置自动跟踪太阳移动，太阳能采集装置损坏自动报警等。
还可将这些电能中的一部分输送到氢氧化铝的还原系统，用于氢氧化铝的还原系统的运行动力和自动控制，包括将铝空气燃料电池放电后收集的氢氧化铝运输到氢氧化铝初步处理装置中的动力能源，作为在氢氧化铝初步处理装置粉碎机的动力能源，用于将干燥粉碎后的氢氧化铝运输到氢氧化铝分解装置中的动力能源，作为在氢氧化铝分解装置搅拌机、抽湿机的动力能源，用于将分解后的氧化铝(Al2O3) 运输到氧化铝预热催化装置中的动力能源，作为在氧化铝预热催化装置搅拌机、粉碎机的动力能源，催化剂自动投入的动力能源，用于将预热、粉碎、混合有催化剂氧化铝(Al2O3)运输到氧化铝还原室中的控制和动力能源，作为氧化铝还原室中形成电场或磁场的电力能源，作为还原后的铝金属和氧气从氧化铝还原室中运输到铝金属储存室和氧气储存室的控制和动力能源，作为还原后的铝金属制作成铝空气燃料电池所需求规格铝板电极的控制和动力能源，作为还原后的氧气制作成相应规格的高压氧，液态氧，固态氧的控制和动力能源，或者作为直接还回大自然的控制和动力能源。
还可将这些电能中的一部分用作铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置操作人员的日常生活用电。
另外发完电剩余的热能也可以作为铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置操作人员和周边居民的日常生活用热能。
以下结合附图进一步说明本发明的装置：
实施例1
(一)太阳能收集光热转换系统
太阳能收集光热转换系统由太阳能采集装置1，太阳能聚集装置 2，太阳能传输装置3，支撑固定装置4等构成。
太阳能采集装置1为太阳光透过率极高(大于90％)反射率极低(低于10％)光吸收率极低(低于1dB/Km)的石英，塑料、玻璃、有机玻璃、金属塑料、金属玻璃、复合材料、生物材料、生物复合材料等材料制成板状、薄膜状、网状、纤维状、中间有空腔等结构，形状可为矩形，圆形，多边形，不规则形，厚度为：毫米级0.1-100mm，微米级：0.1-1000微米，纳米级：0.1-1000纳米，太阳能采集装置1 的一侧与太阳光直接接触，另一侧与太阳能聚集装置2紧密接触或者融合到一块形成一个整体，太阳能采集装置1将太阳光尽可能多的采集透过并传输给太阳能聚集装置2，太阳能采集装置1与太阳光直接接触的一侧设置有自动清洁装置(此装置为常规成熟技术，图略)，可将影响太阳光透过的尘土、灰尘、液滴、污渍清理干净，保持太阳能采集装置1的清洁干净，保证太阳光的透过不受影响。太阳能采集装置1上设置有太阳能采集装置损坏自动报警装置(此装置为常规成熟技术，图略)，在太阳能采集装置1受到撞击，碰撞，自然灾害等造成局部破坏时可即时报警，提醒维护人员及时修复、更换和维护，保持太阳光的采集效率。太阳能采集装置1可制成一定规格尺寸，与相应规格的太阳能聚集装置2、太阳能传输装置3构成太阳能收集光热转换小单元，而太阳能收集光热转化系统就是有至少一个太阳能收集光热转换小单元通过支撑固定装置4安装固定到地面5上而构成或拼接构成的。
太阳能聚集装置2为阳光透过率极高(大于90％)反射率极低(低于10％)光吸收率极低(低于1dB/Km)的石英，塑料、玻璃、有机玻璃、金属塑料、金属玻璃、复合材料，生物材料、生物复合材料等材料制成透镜结构，可以是凸透镜结构，弗伦科尔透镜结构，凹透镜结构，光纤透镜结构，薄透镜结构，多透镜结构等。在太阳能聚集装置2的一侧紧贴有太阳能采集装置1，或者在太阳能聚集装置2的一侧与太阳能采集装置1融合到一体，这样太阳能采集装置1一方面将采集到的太阳光传输到太阳能聚集装置2上，太阳能聚集装置2将太阳能采集装置1传输过来的太阳光进行聚集、聚焦，然后将聚集、聚焦的太阳光传送给太阳能传输装置3，另一方面太阳能采集装置1还可以提到保护和维护太阳能聚集装置2的作用，太阳能聚集装置2的另一侧与太阳能传输装置3直接或间接的连接在一起，太阳能聚集装置2可以与太阳能传输装置3直接连接在一起形成光纤透镜结构，太阳能传输装置3正好位于太阳能聚集装置2聚光的焦点处，太阳能聚集装置2与太阳能传输装置3通过光导材料耦合在一体，这样太阳能聚集装置2与太阳能传输装置3通过光导材料连接在一体的，太阳光通过太阳能聚集装置2的聚集后再通过光导材料传输到太阳能传输装置3中，这样太阳光从太阳能采集装置1进入通过太阳能聚集装置 2的聚集，再进入到太阳能传输装置3中，整过过程中太阳光都是在透光率极高的光导材料中传输，这样太阳能的损耗是极低的(损耗率低于1％)，因此太阳光在聚集的过程中热损耗是极低的，太阳能聚集装置2可以与太阳能传输装置3间接连接在一起形成光纤+空气+透镜结构，太阳能采集装置1和太阳能聚集装置2通过支撑固定装置4安装固定到地面5上，太阳能传输装置3也通过支撑固定装置4安装固定到地面5上，其中太阳能传输装置3的一端(太阳光进入的一端) 正好设置于太阳能聚集装置2聚光的焦点处，太阳能聚集装置2与太阳能传输装置3的一端(太阳光进入的一端)之间是空气，因此是间接连结，这样太阳光从太阳能采集装置1进入通过太阳能聚集装置2 的聚集，通过空气再进入到太阳能传输装置3中，整过过程中太阳光都是在透光率极高的环境中传输，其中空气的光导率也非常高的，因此太阳能的损耗是极低的(损耗率低于1％)，太阳光在聚集的过程中热损耗也是极低的，这里所指的空气是干净，清洁的空气，而不是含有大量悬浮物的污染空气。
太阳能传输装置3为光导率较高的光导纤维结构的装置，为太阳光透过率极高(大于90％)反射率极低(低于10％)光吸收率(光损耗)极低(低于1dB/Km)的石英，塑料、玻璃、有机玻璃、金属塑料、金属玻璃、复合材料、生物材料、生物复合材料等材料制成的光导纤维结构的装置，太阳能传输装置3的一端(太阳光进入的一端) 与太阳能聚集装置2直接或者间接的连接在一起，另一端(太阳光输出的一端)与氧化铝(Al2O3)还原室15相连接，太阳光从太阳能采集装置1进入通过太阳能聚集装置2的聚集，再通过太阳能传输装置 3的传输进入到氧化铝(Al2O3)还原室15中，在氧化铝(Al2O3)还原室中聚集的太阳能由光能转化为热能，加热氧化铝(Al2O3)，将氧化铝(Al2O3)气化离解，进一步完成氧化铝(Al2O3)热还原过程。
太阳能传输装置3中心是光导纤维结构的装置，外层包覆有保护层和绝缘层，防止周围环境对太阳能传输装置3的伤害，如水，火，电击，碰撞等。
由太阳能采集装置1以一定规格尺寸，与相应规格的太阳能聚集装置2、太阳能传输装置3构成太阳能收集光热转换小单元上可以设置有太阳跟踪装置(此装置为常规成熟技术，图略)，以提升太阳能的利用效率。
支撑固定装置4为固定支撑太阳能收集光热转化系统的结构，将太阳能收集光热转化系统紧紧牢固地固定到地面5上，从而保证太阳能收集光热转化系统稳定安全的运行，其结构为柱状，管庄，块状，片状，带状等形状，其材料可以是钢材料，合金材料，钢筋混凝土材料，塑料材料，塑钢材料，玻璃钢材料，木质材料等。
其中地面5为本装置(铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置)的承载安装的基础，维持本装置(铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置)在一个稳定安全的环境下运行，但地面5不是本发明创新的限制性结构，也就是说本装置也可以脱离底面，在一定高度的空间里或者海平面上也可以应用。
(二)氢氧化铝的还原系统20
其中氢氧化铝的还原系统20由氢氧化铝收集储藏间11，氢氧化铝收集粉碎干燥间12，氢氧化铝加热分解间13，氧化铝粉碎预热混合间14，氧化铝还原室15，电场/磁场发生装置15-3，铝/氧气分离冷却装置15-4，氧化铝还原总控装置15-6，铝金属回收储存室16，氧气回收储存室18，铝板电极制备间17，氧气加工间19等结构构成。
氢氧化铝收集储藏间11是将铝空气燃料电池放电后收集的氢氧化铝暂时性的储存，是一个可以容纳一定体积、重量的氢氧化铝的中空结构，其形状为圆形，矩形，多边形，椭圆形，不规则形等形状，其材料为，金属，复合材料，砖混，钢筋混凝土，塑料，塑钢等，氢氧化铝收集储藏间11至少有一个进料口，至少有一个出料口，进料口和出料口都是可以自动控制开关的，在不进料(氢氧化铝)的情况下。氢氧化铝收集储藏间11的内部与外界环境是相对隔离开的，氢氧化铝收集储藏间11的出料口设置有氢氧化铝输送装置11-1，氢氧化铝输送装置11-1为自动控制开关传输装置，一端与氢氧化铝收集储藏间11的出料口相连接另一端与氢氧化铝收集粉碎干燥间12的进料口相连接，其传输和控制动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能。
氢氧化铝收集粉碎干燥间12是集粉碎，干燥为一体的装置，可以边粉碎边干燥，氢氧化铝收集粉碎干燥间12至少有一台粉碎机，至少有一台干燥机，其中粉碎机动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能，其中干燥机动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能，干燥机热量来源于氧化铝还原室15及铝/氧气分离冷却装置15-4释放的余热，通过余热回收管31导出后经过余热分配装置33的自动分配，通过热量传输管32传送给氢氧化铝收集粉碎干燥间12中的干燥机，氢氧化铝收集粉碎干燥间12至少有一个进料口，至少有一个出料口，氢氧化铝收集粉碎干燥间12的进料口与氢氧化铝输送装置 11-1相连接，氢氧化铝输送装置11-1将氢氧化铝收集储藏间11中的氢氧化铝输送给氢氧化铝收集粉碎干燥间12中的粉碎机和干燥机，将输送过来的氢氧化铝制成干燥的粉末(又称氢氧化铝干粉末)，然后再将氢氧化铝干粉末从氢氧化铝收集粉碎干燥间12的出料口排出，进入到氢氧化铝干粉输送装置12-1，氢氧化铝收集粉碎干燥间 12的出料口与氢氧化铝干粉输送装置12-1连接在一体，氢氧化铝干粉输送装置12-1为自动控制开关传输装置，一端与氢氧化铝收集粉碎干燥间12的出料口相连接另一端与氢氧化铝加热分解间13的进料口相连接，其传输和控制动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能。
氢氧化铝加热分解间13是氢氧化铝受热分解为氧化铝和水的化学反应装置，具有搅拌加热的功能，氢氧化铝加热分解间13中设置有加热装置，搅拌装置，抽湿装置，这些装置的动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能，加热装置的热量来源与氧化铝还原室15及铝/氧气分离冷却装置15-4释放的余热，通过余热回收管31导出后经过余热分配装置33的自动分配，通过热量传输管32传送给氢氧化铝加热分解间13中的加热装置，氢氧化铝加热分解间13至少有一个进料口，至少有一个出料口，至少有一个排湿气口13-2，
氢氧化铝加热分解间13的进料口与氢氧化铝干粉输送装置12-1 相连接，氢氧化铝干粉末就是通过氢氧化铝干粉输送装置12-1输送到氢氧化铝加热分解间13中的。
氢氧化铝加热分解间13的出料口与氧化铝输送装置13-1相连接，而氢氧化铝分解后生成的氧化铝就是通过氧化铝输送装置13-1 输送到氧化铝粉碎预热混合间14中的。
排湿气口13-2一端与抽湿装置相连接，另一端与外界相通，抽湿装置将氢氧化铝分解后生成得水通过排湿气口排出。
氢氧化铝分解的温度在200℃-1000℃，在不同的温度下，生成的氧化铝的晶体结构有所不同，因此余热分配装置33可分阶段自动分配温度，使生成的氧化铝更容易在氧化铝粉碎预热混合间14中粉碎，与催化剂混合。
氢氧化铝加热分解间13的内侧设置有耐高温材料，外面设置有保温材料，以减少热量的损耗和延长设备的使用寿命。氢氧化铝加热分解间13的排湿气口13-2上设置有热量回收装置。
氧化铝粉碎预热混合间14为氧化铝热分解做准备工作，将氧化铝进一步的粉碎，并与催化剂相混合，同时进一步加热，将200℃-1000℃的氧化铝加热至1000℃-1500℃或者更高的温度。
氧化铝粉碎预热混合间14内侧设置有耐高温材料，外面设置有保温材料，以减少热量的损耗和延长设备的使用寿命。
氧化铝粉碎预热混合间14中至少有一台耐高温的粉碎加热装置，至少有一个进料口，至少有一个出料口，至少有一个催化剂投料装置14-2，
粉碎加热装置的动力来源于太阳能热发电装置34产生的电能，热量来源于氧化铝还原室15及铝/氧气分离冷却装置15-4释放的余热，通过余热回收管31导出后经过余热分配装置33的自动分配，通过热量传输管32传送给氧化铝粉碎预热混合间14的粉碎加热装置，
氧化铝粉碎预热混合间14的进料口与氧化铝输送装置13-1相连接。
氧化铝粉碎预热混合间14的出料口与预氧化铝输送装置14-1相连接，从氧化铝粉碎预热混合间14的出料口排出的氧化铝是经过进一步粉碎加热至1000-1500℃，并且混合有催化剂(称之为预氧化铝)，预氧化铝。
氧化铝粉碎预热混合间14的催化剂投料装置14-2为催化剂的储存和自动投料装置，其所加的催化剂为：铂系催化剂，钛系催化剂等催化剂，根据不同的情况，加催化剂，也可以不加催化剂。
预氧化铝输送装置14-1为自动控制开关传输装置，一端与氧化铝粉碎预热混合间14的出料口相连接，一端与氧化铝还原室15的进料口相连接，在与氧化铝还原室15进料口相连接的位置上设置有耐高温开关14-3和耐高温开关控制器14-4，通过耐高温开关14-3和耐高温开关控制器14-4可将预氧化铝安全的输送到氧化铝还原室15 中，耐高温开关14-3为耐高温的材料制成，可以是，钨、氧化镁、石墨、氮化硼等材料构成。
氧化铝还原室15是氧化铝热还原的地方，也是太阳能转化成热能的地方，氧化铝还原室15为一个耐高温的中空装置，其形状为圆柱体状，柱状体状，棱状体状，不规则状，由钨、氧化镁、石墨、氮化硼等材料中的一种或多种构成或复合构成。氧化铝还原室15的外壳15-1设置有耐高温保温材料，氧化铝还原室15中填充有惰性气体，可以是氦气，氩气，氖气等惰性气体，氧化铝还原室15也可处于真空环境中，有助于氧化铝的蒸发(气化)和离解。
预氧化铝被输送到氧化铝还原室15中时，在太阳能收集光热转化系统10聚集的太阳光的照射下，太阳能转化为热能，氧化铝被加热至2900摄氏度左右，开始蒸发成气态，然后离解，在催化剂的相应作用，离解成铝离子(AL3+)和氧离子(O2-)。
氧化铝还原室15的一侧区域与太阳能收集光热转化系统10通过太阳能传输装置3相连接，将太阳能收集光热转化系统10聚集的太阳光传输到氧化铝还原室15中的加热区域15-2。加热区域的温度应当达到氧化物气化温度，例如3000℃以上。
氧化铝还原室15的中间区域设置有电场/磁场，电场/磁场是由电场/磁场发生装置15-3产生的，产生电场/磁场所需要的能源来源于太阳能热发电装置34产生的电能。
氧化铝还原室15的另一侧区域设置有铝/氧气分离冷却装置 15-4，铝/氧气分离冷却装置15-4与余热回收管31相连接，余热回收管31将铝/氧气分离冷却装置15-4释放的余热导出到余热分配装置 33中，余热分配装置33根据不同的需求将热量分配到氢氧化铝收集粉碎干燥间12、氢氧化铝加热分解间13、氧化铝粉碎预热混合间14 以及太阳能热发电装置34中，用于加热和发电，形成余热二次利用。
氧化铝还原室15中的加热区域15-2中离解成铝离子(AL3+)和氧离子(O2-)向铝/氧气分离冷却装置15-4释放热量形成的低温区扩散运动，在扩散运动的同时，铝离子(AL3+)和氧离子(O2-)经过电场/磁场发生装置15-3产生的电场/磁场区域，高温的铝离子(AL3+) 和氧离子(O2-)在电场/磁场的作用下向不同的方向运动，这时高温的铝离子(AL3+)和氧离子(O2-)之间的碰撞开始减少，铝离子(AL3+) 和铝离子(AL3+)之间的碰撞开始增加，氧离子(O2-)和氧离子(O2-) 之间的碰撞开始增加，伴随着铝/氧气分离冷却装置15-4的进一步冷却，温度随之降低，铝离子(AL3+)聚集的区域形成铝金属，氧离子 (O2-)聚集的区域形成氧分子，这时的铝金属呈液态，氧气为气态，
氧化铝还原室15上设置有铝金属和氧气排出口，铝金属的排出口与铝金属回收储存室16相连接，氧气排出口与氧气回收储存室18 相连接，铝金属回收储存室16上设置有铝金属输送装置16-2，铝金属散热装置16-3，铝金属输送装置16-2将氧化铝还原室15中的铝金属液体抽到金属回收储存室16中，同时在铝金属散热装置16-3冷却作用下，铝金属的温度进一步降低，并暂时储存到金属回收储存室 16中。
同样的，氧气回收储存室18上设置有氧气输送装置18-2，氧气散热装置18-3，氧气输送装置18-2将氧化铝还原室15中的氧气抽到氧气回收储存室18，同时在氧气散热装置18-3冷却作用下，氧气的温度进一步降低，压力也进一步的降低，并暂时储存到氧气回收储存室18中。
金属回收储存室16为中空的保温箱体结构，金属回收储存室16 的外壳16-1上安装有保温材料，金属回收储存室16上至少有一个进料口，至少有一个出料口，金属回收储存室16上的进料口与铝金属输送装置16-2相连接，金属回收储存室16上的出料口与铝板电极输送装置17-1相连接，铝板电极输送装置17-1将金属回收储存室16 中的铝金属输送到铝板电极制备间17中，在铝板电极制备间17中将金属铝制备成铝空气燃料电池所需要规格的铝板电极。
氧气回收储存室18为中空的保温压力容器结构，氧气回收储存室18的外壳18-1上安装有保温材料，氧气回收储存室18上至少有一个进料口，至少有一个出料口，氧气回收储存室18上的进料口与氧气输送装置18-2相连接，氧气回收储存室18上的出料口与氧气加工间19上的氧气加工输送装置19-1相连接，氧气加工输送装置19-1 将氧气回收储存室18中的氧气输送到氧气加工间19中，在氧气加工间19中根据不同的需求，将氧气制作成相应规格的高压氧，液态氧，固态氧，或者直接还回大自然。
氧化铝还原总控装置15-6用于控制氧化铝在氢氧化铝的还原系统20中加热，气化，离解，分解，冷却运输等整个过程，保证在无人的条件下完成氧化铝的热还原。
铝板电极仓库17-2用于存放制备好的铝板电极，
铝板电极成品运输装置17-3，将铝板电极制备间17中制备的铝板电极通过搬运，传送带等方式运送至铝板电极仓库17-2中，归类，摆放。
氧气成品仓库19-2用于存放制备好的高压氧，液态氧，固态氧
氧气成品运输装置19-3，将氧气加工间19中制备的高压氧，液态氧，固态氧通过搬运，传送带等方式运送至氧气成品仓库19-2中，归类，摆放。
(三)热能回收再利用系统
热能回收再利用系统由余热回收管31，热量传输管32，余热分配装置33，太阳能热发电装置34构成，余热回收管31，热量传输管 32为高导热率的材料构成，可以是超导热管，热管，铝金属，银金属等，尤其是超导热管有非常高的导热率，热量的传输过程中损耗非常小，几乎为零，为首选。余热分配装置33为热量控制系统，可根据实际需要将热量分配到氢氧化铝收集粉碎干燥间12、氢氧化铝加热分解间13、氧化铝粉碎预热混合间14以及太阳能热发电装置34 中，用于加热和发电，形成余热二次利用。太阳能热发电装置34为一种热发电装置，可以是汽轮机发电，半导体温差发电，相变发电等，太阳能热发电装置34产生的电能可供本发明装置应用，还可将这些电能中的一部分用作铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置操作人员的日常生活用电。
另外发完电剩余的热能也可以作为铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置操作人员和周边居民的日常生活用热能。
实施例2
本例中的结构同实施例1，但太阳能传输装置3替换光热转化传输装置(图2)。
以实现将太阳能聚集装置2的聚集太阳能转化的热能传输到氧化铝还原室15中，为本发明铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的一种用热量传输管32代替太阳能传输装置3的结构(见图2)。其中传输管32-3的形状，结构，材料和传输管32是相同的，优选超导热管的结构。
对于热量传输管32-3与太阳能聚集装置2相接的一端设置有太阳能光热转化装置32-1，太阳能光热转化装置32-1可将太阳能高效率的转化为热能(大于80％)，光反射率极低(1％)，光吸收率极高 (大于80％)，耐高温可以是金属，玻璃，塑料，金属氧化物，氧化物，氮化物，复合物等。太阳能光热转化装置32-1可以是上述材料中的一种或一种以上的复合物。太阳能光热转化装置32-1可以是纳米材料的涂层或者涂层，涂到太阳能光热转化装置32-1的一端，太阳能光热转化装置32-1是将太阳能聚集装置2聚集的太阳光转化为热能，然后将热能传递给热量传输管32-3，热量传输管32-3再将热量传输到氧化铝还原室15中。
对于热量传输管32-3与氧化铝还原室15相接的一端设置有热量释放装置32-2，热量释放装置32-2将热量传输管32-3传输的热量迅速的释放到氧化铝还原室15中的氧化铝上，使氧化铝的温度迅速提高，气化，离解。热量释放装置32-2为导热速度快的材料，耐高温，可以是金属，金属氧化物，氧化物，氮化物，复合物等，热量释放装置32-2为上述材料中的一种或一种以上的复合物。热量释放装置32-2 可以是纳米材料的涂层或者涂层，涂到太阳能光热转化装置32-3的一端，热量释放装置32-2也可以是网状结构，树状结构，片状结构等，可将太阳能光热转化装置32-3传递的热量迅速地传递给氧化铝还原室15中的氧化铝。
对于太阳能光热转化装置32-1，热量释放装置32-2，在本发明创新的铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置的一种用热量传输管32-3代替太阳能传输装置3的结构也可以不需要，热量传输管32-3 的一端正好位于太阳能聚集装置2的焦点处，太阳能聚集装置2聚集的太阳光正好照射到热量传输管32-3的一端，将太阳能转化为热能，热量传输管32-3将转化的热能迅速(接近光速的速度)的传递到热量传输管32-3另一端，与氧化铝还原室15相接的一端，并在这一端将热量在传递给氧化铝还原室15中的氧化铝。
本发明的铝空气燃料电池氢氧化铝太阳能热还原装置还可以用于其他金属空气燃料电池负极放电产物的还原。
可以用于锌空气燃料电池氢氧化锌太阳能热还原，只需要将氧化铝还原室15中的温度降到氧化锌气化离解的温度范围(1950℃ -2100℃)，就可达到锌空气燃料电池氢氧化锌太阳能热还原。此外，可以用于镁空气燃料电池氢氧化镁太阳能热还原，可以用于锂空气燃料电池氢氧化锂太阳能热还原，可以用于铁空气燃料电池氢氧化铁太阳能热还原，以及其他金属空气燃料电池负极放电产物的还原。
工业实用性
本发明太阳能热还原装置可以用于金属空气燃料电池负极放电产物的还原，具有工业应用价值。

Claims (26)

1.一种太阳能热还原制备金属的装置，包括太阳能收集光热转化系统和热还原系统，
所述太阳能收集光热转化系统包括：太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置或光热转换传输装置，所述太阳能采集装置用于采集太阳光，所述太阳能聚集装置与太阳能采集装置相连，用于将采集的太阳光进行聚集，所述太阳能传输装置与太阳能聚集装置相连，用于传输聚集的太阳光，所述光热转换传输装置与太阳能聚集装置相连，将聚集的太阳能转化为热能并传输热能；
所述热还原系统包括：金属还原室、电场和/或磁场发生装置、分离冷却装置，所述金属还原室与太阳能收集光热转化系统相连接，用于接受太阳能或由太阳能转化的热能，使位于其中的金属氧化物热分解，所述电场和/或磁场发生装置用于产生电场/磁场分离分解产物，所述分离冷却装置能形成低温区域，用于冷却分解产物，分别产生液态金属和气态氧；
其还包括金属氧化物粉碎预热混合室，所述混合室包括混合室进料口、混合室出料口和催化剂投料装置，在混合室内设有粉碎装置，在混合室壁上设有加热装置，所述混合室出料口通过输送装置与金属还原室的进料口相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述金属还原室的一侧区域与太阳能传输装置或光热转换传输装置相连接，将太阳能收集光热转化系统聚集的太阳光或由太阳能转化的热能传输到氧化铝还原室中的加热区域。
3.根据权利要求2所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述电场/磁场位于金属还原室的中间区域。
4.根据权利要求3所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述分离冷却装置位于金属还原室的另一侧区域。
5.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述金属还原室具有金属排出 口和氧气排出口。
6.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括金属氢氧化物加热分解室，包括金属氢氧化物加热分解室进料口、出料口和抽湿装置，在金属氢氧化物加热分解室内设有搅拌装置，在金属氢氧化物加热分解室壁上设有加热装置，所述金属氢氧化物加热分解室出料口通过金属氧化物输送装置与混合室进料口相连。
7.根据权利要求6所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括金属氢氧化物收集粉碎干燥室，其包括金属氢氧化物收集粉碎干燥室进料口和出料口，在金属氢氧化物收集粉碎干燥室内设有粉碎机和干燥机，金属氢氧化物收集粉碎干燥室出料口通过金属氢氧化物干粉输送装置与金属氢氧化物加热分解室进料口相连。
8.根据权利要求7所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括金属氢氧化物收集储藏室，其包括金属氢氧化物收集储藏室进料口和出料口，金属氢氧化物收集储藏室出料口通过金属氢氧化物输送装置与金属氢氧化物收集粉碎干燥室进料口相连。
9.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括金属回收储存室，所述金属回收储存室与金属还原室的金属排出口相连，金属回收储存室上设置有金属输送装置，金属散热装置，金属输送装置将金属还原室中的金属液体抽到金属回收储存室中，同时在金属散热装置冷却作用下，金属的温度进一步降低，并储存到金属回收储存室中。
10.根据权利要求9所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括金属电极制备间，金属回收储存室与金属电极制备间之间通过电极输送装置将金属输送到电极制备间中，在电极制备间中将金属制备成所需规格的金属电极。
11.根据权利要求10所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述金属回收储存室为中空的保温箱体结构，金属回收储存室的外壳上具有保温材料。
12.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，光热转换传输装置包括热量传输管，热量传输管与太阳能聚集装置相接的一端设置有太阳能光热转化装置，将光能转化为热能，另一端设置有热量释放装置，并与金属还原室相连。
13.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，光热转换传输装置为热量传输管，热量传输管的一端处于太阳能聚集装置的焦点处，另一端并与金属还原室相连。
14.根据权利要求13所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述热量传输管为超导热管。
15.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置或光热转换传输装置组成光热转换小单元，所述太阳能收集光热转化系统包括若干所述光热转换小单元。
16.根据权利要求15所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述还包括用于支撑固定光热转换小单元的支撑固定装置。
17.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述太阳能采集装置、太阳能聚集装置、太阳能传输装置紧密相连或融合为一体。
18.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述太阳能传输装置与太阳能聚集装置连接的一端位于太阳能聚集装置的焦点上。
19.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，太阳能采集装置采集太阳光的一侧设有自动清洁装置。
20.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括太阳自动跟踪装置，其控制太阳能采集装置、太阳能聚集装置的方向，使太阳光更多的进入到太阳能采集装置。
21.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，太阳能采集装置上设有损坏自动报警装置。
22.根据权利要求1所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括氧气回收储存室，在其上设置有氧气输送装置，氧气散热装置，氧气输送装置将金属还原室中的氧气抽到氧气回收储存室，同时在氧气散热装置冷却作用下，氧气的温度进一步降低，并暂时储存到氧气回收储存室中。
23.根据权利要求22所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述氧气回收储存室的外壳上具有保温材料，氧气回收储存室上具进料口和出料口，氧气回收储存室上的进料口与氧气输送装置相连接，氧气回收储存室上的出料口与氧气加工输送装置相连接，所述氧气加工输送装置将氧气回收储存室中的氧气输送到氧气加工间。
24.根据权利要求1～23任一项所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，还包括热回收再利用系统，所述热回收再利用系统余热回收管、热量传输管、余热分配装置、太阳能热发电装置，余热回收管与所述太阳能热还原制备金属装置中的冷却和/或散热装置相接，通过热量传输管传递热量，所述热量通过余热分配装置分配热量用于加热和/或热发电装置发电。
25.根据权利要求1～23任一项所述的太阳能热还原制备金属的装置，其特征在于，所述制备的金属为铝、锌、镁、锂、铁、钠。
26.一种太阳能热还原制备金属的方法，该方法采用权利要求1-25任一项所述的装置制备金属。
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