CN202772811U - 碱金属循环流动式热电转换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了属于热电转换领域的一种碱金属循环流动式热电转换装置。碱金属热电转换装置是以Beta-氧化铝固体电解质为离子选择性渗透膜，以液态碱金属或气态碱金属为工质的热电能量直接转换器件，适用热源温度范围为900-1300K，理论上，热电转换效率可达30～40％。国内以往的研究成果主要集中在Beta-氧化铝固体电解质的电化学性能上，本实用新型则是设计了一种利用毛细力使碱金属循环流动的热电转化装置，解决了热电转换装置可持续、高效发电问题，具有很高的实用价值。

Description

碱金属循环流动式热电转换装置
技术领域
本实用新型属于热电转换领域，特别涉及碱金属循环流动式热电转换装置。
背景技术
碱金属热电转换装置是以Beta-氧化铝固体电解质为离子选择性渗透膜，以液态碱金属或气态碱金属为工质的热电能量直接转换器件，适用热源温度范围为900-1300K，理论上，热电转换效率可达30～40％。国内现有碱金属热电转换技术，仅限于碱金属工质从高温侧一次通过BASE管流到低温侧从而产生电流，没有路径与动力再从低温侧流回高温侧，即循环流动，也就是不具备连续发电功能。
本实用新型则是设计了一种利用毛细力使碱金属循环流动的热电转化装置，解决了热电转换装置可持续、高效发电问题，具有很高的实用价值。
实用新型内容
本实用新型基于现有的碱金属热电转换装置的缺点，提供了一种碱金属循环流动式热电转换装置的设计方案。本实用新型的核心在于，将现有的碱金属热电转换技术与可产生毛细力的多孔介质相结合，形成了一种碱金属循环流动式热电转换装置。
一种碱金属循环流动式热电转换装置，该装置包括外壳、吸液芯组件、BASE管、冷凝器和外电路，装置外壳的一端为热端、另一端为冷端，所述冷凝器位于外壳内冷端，热端和冷凝器之间充有碱金属工质，所述BASE管的Beta-氧化铝固体电解质将碱金属工质分为温度和压力不同的两部分，所述吸液芯组件由吸液芯和蒸发器组成，吸液芯组件的吸液芯一端与冷凝器相连，一端与蒸发器相连，蒸发器一端与吸液芯相连，一端与热端相连，外电路与BASE管的高压端和冷端的液态碱金属相连；
所述吸液芯组件由多段不同孔径的多孔介质构成，多孔介质的孔径由吸液芯顶端到蒸发器底端依次减小。
碱金属工质在热端处被加热至碱金属蒸汽，在压差的作用下通过BASE管，在BASE管表面的Beta氧化铝固体电解质将碱金属电离，碱金属离子通过BASE管，电子留在BASE管的高压端，外电路中产生电流使碱金属离子和电子在装置内重新结合为碱金属原子，并且被冷凝器冷凝为液态碱金属，在吸液芯组件产生的毛细力的作用下，液态碱金属经吸液芯流动至蒸发器，并且再次被加热至碱金属蒸汽，从而形成循环。
本实用新型的有益效果是：大大提高了碱金属热电转换装置的实用性，使得碱金属热电转换技术从实验阶段推向实用阶段成为可能；本装置在效率、运行成本、环境友好性等方面优于其它类型的热电转换装置，可用于太阳能发电及特殊环境下的电源系统；本实用新型所涉及的碱金属可循环式热电转换装置利用吸液芯组件产生的毛细力形成闭合循环系统，在热源稳定的情况下可连续、长时间提供电流，具有很高的实用价值。
附图说明
图1是本实用新型所述的碱金属循环流动式热电转换装置工作原理图；
图2是本实用新型所述的碱金属循环流动式热电转换装置工作流程图；
图3是实施例1中吸液芯组件的结构图；
图中标号：1-碱金属循环流动式热电转换装置热端；2-碱金属循环流动式热电转换装置外壳；3-碱金属循环流动式热电转换装置BASE管；4-碱金属循环流动式热电转换装置冷凝器；5-碱金属循环流动式热电转换装置冷端；6-碱金属循环流动式热电转换装置吸液芯；7-碱金属循环流动式热电转换装置蒸发器；8-碱金属循环流动式热电转换装置外电路。
具体实施方式
下面通过附图以碱金属钠为例来说明本实用新型。
实施例1
如图1所示，碱金属循环流动式热电转换装置，该装置包括外壳2、吸液芯组件、BASE管3、冷凝器4和外电路8，装置外壳2的一端为热端1、另一端为冷端5，所述冷凝器4位于外壳2内的冷端5，热端1和冷凝器4之间充有钠工质，所述BASE管3的Beta-氧化铝固体电解质将钠工质分为温度和压力不同的两部分，所述吸液芯组件由吸液芯6和蒸发器7组成，吸液芯6的顶端与冷凝器4相连，底端与蒸发器7相连，蒸发器7的顶端与吸液芯6相连，底端与热端1相连通，外电路8与BASE管3的高压端和冷端5的液态钠相连；
图1中箭头所示方向即钠在装置内的流动方向，液态钠在热端1处被加热至钠蒸汽，在压差的作用下通过BASE管3，在BASE管3表面的Beta氧化铝固体电解质将钠电离：Na→e+Na+，利用Beta-氧化铝固体电解质具有选择性渗透膜功能使Na+通过BASE管，电子留在BASE管3的高压端，外电路中产生电流后，Na+和电子在装置内重新结合为钠原子，并且被冷凝器4冷凝为液态钠，在吸液芯组件产生的毛细力的作用下，液态钠经吸液芯6流动至蒸发器7，并且再次被加热至气态钠，从而形成循环。图2的流程图具体说明了这一循环过程。
所述可产生毛细力的吸液芯组件由九段孔径不同的柱状多孔介质组成，如图3所示，其中，吸液芯6由七段孔径不同的多孔介质组成，蒸发器7由两段孔径不同的多孔介质组成。九段多孔介质的孔径由吸液芯6顶端到蒸发器7底端依次减小。
上述吸液芯组件的制作方法：用于制作吸液芯6部分的是七个压制成型的柱状金属粉末块，用于制作蒸发器7部分的是两个压制成型的柱状金属粉末块；九个金属粉末块的孔径互不相同，且九个金属粉末块的孔径从吸液芯6顶端到蒸发器7底端依次减小，将九个金属粉末块一起放入模具，进行烧结，实现吸液芯组件的一体制作成型，得到整体烧结成型的吸液芯组件。

Claims (1)

1.一种碱金属循环流动式热电转换装置，其特征在于：该装置包括外壳（2）、吸液芯组件、BASE管（3）、冷凝器（4）和外电路（8），装置外壳（2）的一端为热端（1）、另一端为冷端（5），所述冷凝器（4）位于外壳（2）内冷端（5），热端（1）和冷凝器（5）之间充有碱金属工质，所述BASE管（3）的Beta-氧化铝固体电解质将碱金属工质分为温度和压力不同的两部分，所述吸液芯组件由吸液芯（6）和蒸发器（7）组成，吸液芯（6）一端与冷凝器（4）相连，一端与蒸发器（7）相连，蒸发器（7）一端与吸液芯（6）相连，一端与热端（1）相连通，外电路（8）与BASE管（3）的高压端和冷端（5）的液态碱金属相连；
所述吸液芯组件由多段不同孔径的多孔介质构成，多孔介质的孔径由吸液芯（6）顶端到蒸发器（7）底端依次减小。 
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