甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置及方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明公開了一種基于微尺度燃燒的高效便攜式電源裝置及方法，該裝置首先將甲烷轉化成氫氣，利用微燃燒器為熱源應用于熱光伏發(fā)電，從而實現熱-電轉換。
【背景技術】
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[0002]燃燒燃料從而產生能量是生產生活中采用的最為廣泛的能源利用方式。世界上有90%的能源是直接或間接地通過燃燒而得以利用的。但在某些場合，由于加工技術的限制，燃料燃燒就不能發(fā)揮其用武之地，比如手機、筆記本電腦等可攜帶電子設備，目前人們主要是依靠電池來給它們提供能源?；瘜W電池由于體積小、攜帶方便等特點，在這些場合有很大的利用空間，但是其缺點也是顯而易見的，因為其能量密度低、可連續(xù)工作時間短，需要經常地更換電池或充電。所以人們就開始嘗試采用微燃燒器內的燃燒來獲得能量。微燃燒器與電池相比具有:價格低廉、保存期限長、能夠提供更穩(wěn)定的電壓、再次添加燃料方便和比起一次性電池來環(huán)境友好等優(yōu)點。因此微燃燒器成為了一種很有潛力的儲能設備。
[0003]微燃燒器的種類有很多種，其中微熱光伏發(fā)電是發(fā)電效率比較高的一種。但是其受目前熱光伏材料的限制，一般需要較高溫度(600°C以上)才能達到一定的效率。但是很多燃料由于其熱值較低，很難在微燃燒器燃燒，使壁面溫度達到或者超過這一溫度。所以一般微熱光伏發(fā)電采用的燃料都是氫氣。但是氫氣的制取以及貯存，尤其是貯存存在很大的問題，一旦貯存不當，就會引起重大的爆炸事故。

【發(fā)明內容】

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[0004]本發(fā)明就是基于此背景下，采用布置氫氣轉化室，將燃料通過在氫氣轉化室中轉化成氫氣，然后在微燃燒器組中進行燃燒，實現氫氣制取與利用的一體化，既擴展了微熱光伏發(fā)電的燃料使用的種類，提高了微熱光伏發(fā)電的效率，又避免了氫氣貯存的風險。
[0005]甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置，包括:燃料倉，空氣預熱通道6，混合腔5，微燃燒器7，熱光伏發(fā)電模塊8，其特征在于，還包括:氫氣轉化室3，甲烷與空氣首先在氫氣轉化室反應并生成氫氣，生成的混合氣與空氣預熱通道進入的空氣在微燃燒器中燃
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[0006]所述氫氣轉化室中布置有多孔介質；多孔介質固體骨架的強蓄熱和高熱導率、高輻射能力使其具有自身組織熱回流的特點，預混氣體在其中的燃燒火焰溫度可明顯超過絕熱火焰溫度，實現超絕熱燃燒，因此，多孔介質的高溫區(qū)為富燃料的部分氧化重整制氫提供了必要條件。
[0007]所述氫氣轉化室中甲烷與空氣的當量比為2.5 ;此時有80%左右的甲烷轉化成氫氣，氫氣在生成氣體中所占的體積分數為40%。
[0008]所述多孔介質層采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化鋁。
[0009]空氣與甲烷分別通過進氣管道1、2進入氫氣轉化室3，經點火器4點火，在氫氣轉化室中燃燒，轉化出氫氣；轉化后的氣體進入混合倉5。在混合倉中與來自氣體管路6的空氣進行混合后，進入微燃燒器7，通過點火器4點火燃燒，燃燒釋放出的熱量使壁面發(fā)熱；熱光伏板8吸收壁面輻射出的熱能，并將之轉化為電能。
[0010]本發(fā)明相對于現有技術的優(yōu)點在于:甲烷很難在寬度為2mm的燃燒器中燃燒，但是當其中混有一部分氫氣時，甲烷混合氣可以在2mm的燃燒器中燃燒，甚至在更小的燃燒器中燃燒，且壁面溫度明顯增高。
【附圖說明】
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[0011]圖1是本發(fā)明實施例裝置部件組成原理結構簡圖；圖中，I代表空氣的進氣通道，2代表甲燒的進氣通道，3代表氫氣轉化室，4代表點火器，5代表混合腔，6代表空氣預熱通道。
[0012]圖2是圖1的俯視圖；圖中，I代表空氣的進氣通道，2代表甲烷的進氣通道，7代表微燃燒器，8代表熱光伏板。
【具體實施方式】
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[0013]實施例:
[0014]甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置，包括:燃料倉，空氣預熱通道6，混合腔5，微燃燒器7，熱光伏發(fā)電模塊8，其特征在于，還包括:氫氣轉化室3，甲烷與空氣首先在氫氣轉化室反應并生成氫氣，生成的混合氣與空氣預熱通道進入的空氣在微燃燒器中燃
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[0015]所述氫氣轉化室中布置有多孔介質；所述氫氣轉化室中甲烷與空氣的當量比為
2.5 ;所述多孔介質層采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化鋁。
[0016]其運行共分為四個步驟，氫氣轉化、混合、點燃、熱光伏轉化。
[0017](一)空氣和甲烷通過進氣管道1、2進入氫氣轉化室3?？刂萍淄榕c空氣的當量比為2.5。此時有80%左右的甲烷轉化成氫氣，氫氣在生成氣體中所占的體積分數為40%，氫氣轉化室中的多孔介質層采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化鋁。
[0018](二)氫氣轉化室中出來的氣體，在混合腔5中與來自空氣預熱通道6的空氣混合；混合腔中布置有隔板，有助于氣體的充分混合。
[0019](三)混合好的氣體進入微燃燒器7，位于兩端的點火器4，點燃微燃燒器(組)中的混合氣體，微燃燒器壁面采用耐高溫的不銹鋼316L或者SiC。
[0020](四)混合氣體在微燃燒器中穩(wěn)定地燃燒釋放出熱量，微燃燒器壁面受熱產生熱輻射，位于微燃燒器兩側的熱光伏板8，吸收熱輻射，并使之轉化為電能，熱光伏板采用比較常用的熱光伏材料砷化鎵。
【主權項】
1.甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置，包括:燃料倉，空氣預熱通道￠)，混合腔(5)，微燃燒器(7)，熱光伏發(fā)電模塊(8)，其特征在于，還包括:氫氣轉化室(3)，甲烷與空氣首先在氫氣轉化室反應并生成氫氣，生成的混合氣與空氣預熱通道進入的空氣在微燃燒器中燃燒。
2.如權利要求1所述甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置，所述氫氣轉化室中布置有多孔介質。
3.如權利要求2所述甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置，所述多孔介質層采用泡沫陶瓷碳化硅或者氧化鋁。
4.在權利要求3所述裝置上實現的甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電方法，其特征在于包括如下步驟: (一)空氣和甲烷通過進氣管道(1、2)進入氫氣轉化室(3);控制甲烷與空氣的當量比為 2.5 ; (二)氫氣轉化室中出來的氣體，在混合腔(5)中與來自空氣預熱通道￠)的空氣混合； (三)混合好的氣體進入微燃燒器(7)，位于兩端的點火器(4)，點燃微燃燒器(7)中的混合氣體； (四)混合氣體在微燃燒器中穩(wěn)定地燃燒釋放出熱量，微燃燒器壁面受熱產生熱輻射，位于微燃燒器兩側的熱光伏板(8)吸收熱輻射，并使之轉化為電能。
【專利摘要】甲烷轉化制氫式的微尺度熱光伏發(fā)電裝置及方法。本發(fā)明涉及一種基于微尺度燃燒的高效便攜式電源裝置,該裝置包括：燃料倉，空氣預熱通道(6)，混合腔(5)，微燃燒器(7)，熱光伏發(fā)電模塊(8)，氫氣轉化室(3)，甲烷與空氣首先在氫氣轉化室反應并生成氫氣，生成的混合氣與空氣預熱通道進入的空氣在微燃燒器中燃燒。本發(fā)明相對于現有技術的優(yōu)點在于：甲烷很難在寬度為2mm的燃燒器中燃燒，但是當其中混有一部分氫氣時，甲烷混合氣可以在2mm的燃燒器中燃燒，甚至在更小的燃燒器中燃燒，且壁面溫度明顯增高。
【IPC分類】H02N11-00
【公開號】CN104682769
【申請?zhí)枴緾N201510072209
【發(fā)明人】王源濤, 李君 , 陳金星, 王聰, 李擎擎, 范皓龍
【申請人】天津大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月11日