專利名稱：高溫?zé)嵩矗鯘獠铍姵囟崖?lián)合發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)力發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及核動(dòng)力發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球變暖和酸雨是國際社會(huì)迫切希望解決的嚴(yán)重影響人類生活基礎(chǔ)的問題。全球變暖的約50％是由CO2引起的，其中的80％是由于燃燒石油、煤、天然氣和其它礦物燃料引起的。因此環(huán)境問題與能源消耗密切相關(guān)。核動(dòng)力在發(fā)電過程中不會(huì)釋放CO2，已成為人類從石油能源轉(zhuǎn)換到非石油能源的重要方法。
高溫氣冷堆是國際上近幾十年來發(fā)展起來的一種先進(jìn)的核裂變型反應(yīng)堆。該種反應(yīng)堆通過核裂變反應(yīng)在高溫下提供熱能。由于采用“全陶瓷”型包覆顆粒燃料元件，用石墨作為慢化劑與堆芯結(jié)構(gòu)材料，以化學(xué)惰性的單相氦氣作為冷卻劑，因而堆芯能夠承受高溫，有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。近些年由于模塊式堆芯技術(shù)的發(fā)展，高溫氣冷堆還實(shí)現(xiàn)了固有安全性。高溫氣冷堆除了一般核反應(yīng)堆所具有的不產(chǎn)生CO2的特點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)1)具有固有安全性整個(gè)壽期內(nèi)，在任何事故情況下，反應(yīng)堆都具有自停堆的能力，剩余發(fā)熱可依靠非能動(dòng)的自然機(jī)理傳出堆外，保證堆芯不會(huì)發(fā)生熔化事故，不會(huì)發(fā)生威脅公眾和環(huán)境安全的放射性產(chǎn)物釋放。
2)一回路氦氣出口溫度可達(dá)950℃或更高，是現(xiàn)有各類反應(yīng)堆中工作溫度最高的堆型。
現(xiàn)有的模塊式高溫氣冷堆的氣體或蒸汽發(fā)電循環(huán)類型中，模塊式高溫氣冷堆氦氣透平直接循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率最高，該種系統(tǒng)的高溫氦氣直接驅(qū)動(dòng)氦氣透平，透平同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，如圖1所示。在附圖1中，11-反應(yīng)堆堆本體；12-堆芯出口(溫度可達(dá)950℃)；13-反應(yīng)堆壓力殼；14-堆芯入口(溫度490℃)；15-發(fā)電機(jī)電極；16-發(fā)電機(jī)；17-渦輪入口；18-熱氣導(dǎo)管壓力殼；19-壓縮機(jī)Ⅰ；110-壓縮機(jī)Ⅱ；111-氣體透平系統(tǒng)壓力殼；112-中間冷卻器；113-預(yù)冷器；114-回?zé)崞鳎?15-渦輪出口(溫度513℃)；116-氣體透平。在該種系統(tǒng)中，氦氣從堆芯11的入口14進(jìn)入堆芯后被加熱，然后850℃的高溫氦氣經(jīng)熱氣導(dǎo)管18進(jìn)入渦輪機(jī)的入口直接驅(qū)動(dòng)氦氣透平116，透平116同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)16進(jìn)行發(fā)電。從渦輪機(jī)的出口115出來的約513℃的氦氣進(jìn)入回?zé)崞?14和預(yù)冷器113降溫，然后流經(jīng)壓縮機(jī)19、中間冷卻器112和壓縮機(jī)110進(jìn)一步降溫和壓縮。最后490℃的氦氣經(jīng)熱氣導(dǎo)管18的外層空間返回堆芯重新被加熱進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
高溫氣冷堆雖然是解決會(huì)嚴(yán)重影響人類生活基礎(chǔ)的全球變暖和酸雨之類環(huán)境問題的重要方法之一，但由于采用氣體透平或蒸汽透平發(fā)電，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高溫氣體透平制造成本極高，發(fā)電效率低。
燃料電池堆是一種靠從外部供給燃料(化學(xué)原料)，通過直接氧化將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。由于單個(gè)原電池的電位差很小，這種裝置通常是由許多獨(dú)立的燃料電池單元串、并聯(lián)組成。
圖2所示為兩個(gè)電池單元串聯(lián)組成的燃料電池。圖中21-導(dǎo)線與陰極之間的連接層；22-空氣陰極；23-固體電解質(zhì)層；24-陽極；25-相鄰電池單元之間的連接層；26-導(dǎo)線與陽極之間的連接層；27-出口管；28-出口端堵頭；29-陽極引線；210-入口端堵頭；211-入口管；212-多孔支承管。從圖中可以看出燃料電池單元由固體電解質(zhì)層23、空氣陰極22和陽極24構(gòu)成。其基本工作原理是把氣態(tài)燃料，例如H2,O2和CO混合氣體引入燃料電池的支承管內(nèi)腔，把空氣或氧氣引入陽極，由于電極間有15-20個(gè)數(shù)量級(jí)的氧活度差，從而產(chǎn)生了的0.7-1伏的電動(dòng)勢(shì)。
許多燃料電池串、并聯(lián)構(gòu)成燃料電池堆。圖3是固體氧化物燃料電池堆示意圖。圖中31-噴射泵；32-壓縮機(jī)；33-電機(jī)；34-殘余燃料的催化燃燒器；35-預(yù)熱器；36-燃料電池；37-空氣加熱器；38-隔熱層；39-陽極氣體循環(huán)回路；310-泄漏的燃料；311-輔助加熱用的氣體?？梢钥闯觯剂想姵囟延稍S多燃料電池36串、并聯(lián)在一起，并位于隔離層38內(nèi)部。電池外表面形成燃料電池堆的陰極側(cè)，電池組的內(nèi)表面形成燃料電池堆的陽極側(cè)。陰極側(cè)通入來自壓縮機(jī)32，經(jīng)空氣加熱器311,37加熱的空氣?？諝庵械难鯕饨?jīng)催化后成為氧離子通過單電池的ZrO2固體電解質(zhì)層后被還原成氧氣進(jìn)入陽極回路39。陽極回路39通入來自噴射泵31并經(jīng)預(yù)熱器35加熱的天然氣。當(dāng)從陰極進(jìn)入陽極回路中氧氣與陽極回路39中的燃料反應(yīng)時(shí)，從陰極進(jìn)入陽極側(cè)的氧氣被燃料及時(shí)耗損掉。這樣，在電池單元的固體電解質(zhì)兩側(cè)形成氧氣分壓差，約15-20個(gè)數(shù)量級(jí)的氧分壓差。電池單元產(chǎn)生的0.7-1伏的電動(dòng)勢(shì)是很低的，輸出的電流強(qiáng)度也是很有限。但是，由成千上萬的電池單元串，并聯(lián)組成的燃料電池堆總的電壓，電流輸出是相當(dāng)可觀的。由于燃料電池堆采用快離子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)，因而其工作溫度可達(dá)500-1000℃。
燃料電池堆具有如下的特點(diǎn)1)能量轉(zhuǎn)換效率高一般說來，火力發(fā)電及壓水堆發(fā)電，由于受到卡諾循環(huán)的限制，效率≤40％，即使采用高溫氣冷堆氣體透平發(fā)電，發(fā)電效率≤50％。而燃料電池堆不受卡諾循環(huán)的限制，其發(fā)電效率可達(dá)50％以上。
2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，噪音小，工作溫度可以很高。
3)輔助控制系統(tǒng)復(fù)雜。需要具備供給燃料，氧化劑以及生成水(若采用H2作燃料)和熱的排出系統(tǒng)。
4)若使用天燃?xì)?，粗氣油和煤氣等作燃料，燃料電池堆將產(chǎn)生二氧化碳，從而對(duì)環(huán)境造成不利影響，如“溫室效應(yīng)”。若采用價(jià)格昂貴的氫氣作燃料，發(fā)電成本將大大增加。
從上面內(nèi)容可以看出，高溫氣冷堆-透平發(fā)電裝置雖具有不產(chǎn)生二氧化碳的優(yōu)點(diǎn)，但高速轉(zhuǎn)動(dòng)件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)電效率低。固體氧化物燃料電池堆不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，噪音小，工作溫度高。但是當(dāng)使用廉價(jià)燃料時(shí)仍將對(duì)環(huán)境造成不利的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高溫?zé)嵩?氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置，使其既能保留高溫氣冷堆-透平發(fā)電和固體氧化物燃料電池發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能克服二種發(fā)電裝置的不足。
本發(fā)明提出的一種高溫?zé)嵩?氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于，包括由多個(gè)采用快離子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的電池通過串、并聯(lián)構(gòu)成的氧濃差電池堆，該電池堆設(shè)于一氧氣室內(nèi)部，各電池的內(nèi)腔連通構(gòu)成一加熱回路；還包括與加熱回路相連通的產(chǎn)生高溫的熱源及氧氣分離系統(tǒng)，該氧氣分離系統(tǒng)包括一個(gè)入口、一個(gè)氧氣出口和一個(gè)分離出氧氣后的剩余氣體的出口，該入口與所說的加熱回路相連，其氧氣出口和剩余氣體出口分別與所說的氧氣室和加熱回路相通。
所說的加熱回路還可設(shè)置有換熱器，該換熱器將該加熱回路分隔為與高溫?zé)嵩?、風(fēng)機(jī)和換熱器一側(cè)連通的一回路和與氧濃差電池堆、氧氣分離系統(tǒng)和換熱器另一側(cè)連通的二回路。
本發(fā)明提出的又一種高溫?zé)嵩?氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于，包括由多個(gè)采用快離子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的電池通過串、并聯(lián)構(gòu)成的氧濃差電池堆，該電池堆設(shè)于一氧氣室內(nèi)部，在該氧氣室內(nèi)部各電池之間設(shè)置有多個(gè)熱交換元件，各熱交換元件連通構(gòu)成一加熱回路；還包括與加熱回路相連通的產(chǎn)生高溫的熱源及真空泵和補(bǔ)氧器的補(bǔ)氧通路，該補(bǔ)氧通路的入口與所說的各電池的內(nèi)腔連通，其出口與所說的氧氣室相通。
所說的加熱回路還可設(shè)置有換熱器，該換熱器將該加熱回路分隔為與高溫?zé)嵩?、風(fēng)機(jī)和換熱器一側(cè)連通的一回路和與氧濃差電池堆、真空泵和換熱器另一側(cè)連通的二回路。
上述的兩種聯(lián)合發(fā)電裝置中的高溫?zé)嵩纯蔀楦邷貧饫涠鸦驘岷司圩兌阎械囊环N或燃油爐、燃煤爐和燃?xì)鉅t中的任何一種。
上述的兩種聯(lián)合發(fā)電裝置中的加熱二回路還可設(shè)置有壓縮機(jī)；在所說的一、二回路之間可設(shè)置有由氣/氣換熱的中間換熱器構(gòu)成的第三個(gè)回路；在所說的二回路中還可設(shè)置有廢熱鍋爐一蒸汽透平循環(huán)輔助發(fā)電裝置；在所說的一回路中還可設(shè)置有蒸汽透平輔助發(fā)電裝置。
本發(fā)明所說的氧濃差電池的電池單元由固體電解質(zhì)薄層和位于薄層兩側(cè)的陰極層和陽極層復(fù)合而成。氧濃差電池由電池單元串、并聯(lián)組成。氧濃差電池進(jìn)一步串、并聯(lián)構(gòu)成氧濃差電池堆。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的高溫氣冷堆一透平發(fā)電和燃料電池堆發(fā)電相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)1)高溫?zé)嵩床捎酶邷貧饫涠褧r(shí)具有不產(chǎn)生引起溫室效應(yīng)的二氧化碳的特點(diǎn)。
2)能量轉(zhuǎn)換效率高。
3)高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，噪聲小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
4)各回路的工作壓力低。
由于不需要高溫氣體驅(qū)動(dòng)氣\蒸透平發(fā)電，因而高溫堆一回路可以在較低壓力下工作。這將有利于降低高溫氣冷堆對(duì)結(jié)構(gòu)，材料和高溫壓力容器的要求，有利于提高高溫氣冷堆堆芯入口溫度和安全性。
5)氧濃差電池堆的工作溫度高，可以充分發(fā)揮高溫氣冷堆堆芯溫度高的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為已有的一種模塊式高溫氣冷堆氦氣透平直接循環(huán)系統(tǒng)組成示意圖。
圖2為已有的兩個(gè)電池單元串聯(lián)組成的燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已有的固體氧化物燃料電池堆示意圖。
圖4為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆直接循環(huán)系統(tǒng)組成示意圖。
圖5為本發(fā)明采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆直接循環(huán)系統(tǒng)組成示意圖。
圖6為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖7為本發(fā)明采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖8為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)和在二回路設(shè)置蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖9為本發(fā)明采用真空泵系統(tǒng)和在二回路設(shè)置蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖10為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)和在一、二回路均設(shè)置有蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖11為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)燃?xì)鉅t-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖12為本發(fā)明采用真空泵系統(tǒng)燃?xì)鉅t-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖13為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合制氫裝置示意圖。
圖14為本發(fā)明采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合制氫裝置示意圖。
圖15為本發(fā)明采用氧氣分離系統(tǒng)和三個(gè)回路系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)。
圖16為本發(fā)明單個(gè)電池單元組成的氧濃差電池(陽極側(cè)通入氦氣或氮?dú)?示意圖。
圖17為本發(fā)明單個(gè)電池單元組成的氧濃差電池(陽極側(cè)處于真空狀態(tài))示意圖。
圖18本發(fā)明的板狀氧濃差電池示意圖。
圖19為本發(fā)明的圓管狀氧濃差電池示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下
實(shí)施例1為采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆直接循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖中41-高溫氣冷堆；42-風(fēng)機(jī)；43-氧氣分離系統(tǒng)；44-補(bǔ)氧器；45-氧氦混合氣體輸運(yùn)管道；46-氧氣室；47-氧濃差電池；48-卡槽；49-熱電偶；410-氧氣室壁；411-溫度控制系統(tǒng)；412-保溫層；413-外殼；414-預(yù)熱器。從圖中可以看出，從高溫氣冷堆堆芯出來的高溫氦氣直接穿過氧濃差電池堆的氧濃差電池47的內(nèi)腔，加熱氧濃差電池堆中的氧濃差電池使其溫度達(dá)500-1000℃。氧氣室內(nèi)氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔的氦氣循環(huán)中，氧濃差電池產(chǎn)生電壓輸出。進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔的氧氣與氦氣混合后被送入氧氣分離系統(tǒng)43。分離出的氧氣被送入補(bǔ)氧器44。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧濃差電池外部的氧氣室中的氧氣量和氧分壓值基本不變。分離出的氦氣經(jīng)管道由風(fēng)機(jī)送入堆芯加熱，然后進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的低氧氣分壓值。
實(shí)施例2為采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆直接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中51-高溫氣冷堆；52-風(fēng)機(jī)；53-氧濃差電池；54-卡槽；55-鋼殼；56-熱電偶；57-氧氣室壁；58-溫度控制系統(tǒng)；59-補(bǔ)氧器；510-真空泵；511-氧氣輸運(yùn)管道；512-氧氣室；513-保溫層；514-熱交換組件；515-氧氣室。
從圖中可以看出，從高溫氣冷堆堆芯出來的高溫氦氣直接穿過氧氣室內(nèi)換熱組件514的內(nèi)腔，加熱氧濃差電池堆中的氧濃差電池使其溫度達(dá)500-1000℃。氧氣室512、515內(nèi)氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池53的內(nèi)腔中，氧濃差電池產(chǎn)生電壓輸出。進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔的氧氣被真空泵510抽走送入補(bǔ)氧器59以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的真空度。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧濃差電池外部的氧氣室中的氧氣量和氧分壓值基本不變。
實(shí)施例3為采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖中61-高溫氣冷堆；62-風(fēng)機(jī)；63-換熱器；64-氧濃差電池；65-卡槽；66-熱電偶；67-氧氣室壁；68-壓縮機(jī)；69-氧氣分離系統(tǒng)；610-補(bǔ)氧器；611-氧氣室；612-溫度控制系統(tǒng)；613-保溫層；614-外殼；615-預(yù)熱器。
該系統(tǒng)有兩個(gè)回路。一回路由高溫氣冷堆、風(fēng)機(jī)和換熱器組成。氧濃差電池堆由許多串、并聯(lián)在一起的氧濃差電池組成。氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)。氧氣室由氧濃差電池外壁與氧氣室壁構(gòu)成。氧濃差電池堆、換熱器以及壓縮機(jī)組成二回路。氦氣或氮?dú)庠诙芈分械倪\(yùn)動(dòng)過程是經(jīng)換熱器出來的高溫氦氣或氮?dú)馔ㄟ^管道進(jìn)入氧濃差電池64的內(nèi)腔加熱氧濃差電池使其溫度達(dá)500-1000℃，氧濃差電池外部的氧氣室內(nèi)的氧氣在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔，與氦氣混合后被送入氧氣分離系統(tǒng)。分離出的氧氣經(jīng)補(bǔ)氧器送往氧氣室611。分離出的氦氣經(jīng)二回路管道送往換熱器升溫后重新被送回氧濃差電池內(nèi)部以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的低氧氣分壓值。處于高溫狀態(tài)的氧濃差電池的內(nèi)部和外部存在氧氣壓力差時(shí)，氧濃差電池可對(duì)外輸出電壓和電流，從而氧濃差電池堆可對(duì)外輸出電壓和電流。圖6中所示的氧氣分離系統(tǒng)采用對(duì)氧氣和氦氣的混和氣體進(jìn)行壓縮和深度冷卻分離出氧氣和氦氣。需要說明的是利用分子篩的選擇性吸附也可以將氧氣和氦氣的混和氣體分離成氧氣和氦氣。
實(shí)施例4為采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖中71-高溫氣冷堆；72-風(fēng)機(jī)；73-壓縮機(jī)；74-氧濃差電池；75-卡槽；76-鋼殼；77-熱電偶；78-氧氣室壁；79-溫度控制系統(tǒng)；710-保溫層；711-熱交換組件；712-氧氣室；713-補(bǔ)氧器；714-真空泵；715-氧氣輸運(yùn)管道；716-氧氣室；717-換熱器。該系統(tǒng)有兩個(gè)回路。一回路由高溫氣冷堆、風(fēng)機(jī)和換熱器組成。氧濃差電池堆由許多串、并聯(lián)在一起的氧濃差電池組成。氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)。氧氣室內(nèi)壁、氧濃差電池外壁和氧氣室內(nèi)熱交換組件外壁構(gòu)成的空腔充以氧氣。二回路由氧濃差電池堆、壓縮機(jī)和換熱器組成，其循環(huán)介質(zhì)為氦氣或氮?dú)?。二回路中氦氣或氮?dú)獾倪\(yùn)動(dòng)過程是經(jīng)換熱器出來的高溫氦氣或氮?dú)馔ㄟ^管道進(jìn)入氧氣室內(nèi)的換熱組件內(nèi)部加熱氧氣室內(nèi)的氧濃差電池使其溫度達(dá)500-1000℃。氧氣室內(nèi)的氧氣在電化學(xué)反應(yīng)后一部分進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔。然后經(jīng)真空泵抽取被送入補(bǔ)氧器。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧以維持氧氣室的氧氣量和氧分壓值基本不變。真空泵對(duì)氧濃差電池內(nèi)腔氧氣的不斷抽取維持氧濃差電池的內(nèi)腔的低氧氣分壓值。處于高溫狀態(tài)的氧濃差電池的內(nèi)部和外部存在氧氣壓力差時(shí)，氧濃差電池可對(duì)外輸出電壓和電流。
實(shí)施例5為采用氧氣分離系統(tǒng)和在二回路設(shè)置蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖8所示。圖中81-高溫氣冷堆；82-中間換熱器；83-風(fēng)機(jī)；84-補(bǔ)氧器；85-氧濃差電池堆和氧氣室，氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)；86-廢熱鍋爐；87-發(fā)電機(jī)；88-冷凝器；89-汽輪機(jī)；810-水泵；811-氧氣分離系統(tǒng)。從圖中可以看出，來自高溫氣冷堆一回路的高溫氦氣通過連接一回路與二回路的中間換熱器將熱量傳給二回路中的氦氣。被加熱的氦氣給電池堆的氧濃差電池提供熱量，使之在500-1000℃下工作。氧氣室內(nèi)氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔。進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔的氧氣與氦氣混合后被送入氧氣分離系統(tǒng)。分離出的氧氣被送入補(bǔ)氧器。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧氣室的氧氣量和氧分壓值基本不變。分離出的氦氣經(jīng)管道送入中間換熱器加熱，然后出中間換熱器進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的低氧氣分壓值。
為了提高高溫氣冷堆-氧濃差電池聯(lián)合發(fā)電裝置的發(fā)電效率，將蒸汽輪機(jī)循環(huán)與高溫氣冷堆-氧濃差電池循環(huán)相互結(jié)合起來構(gòu)成高溫氣冷堆-氧濃差電池堆-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。從氧濃差電池內(nèi)腔出來的氧氣與氦氣混合氣體溫度很高。在氧濃差電池堆與氧氣分離系統(tǒng)之間建立廢熱鍋爐一蒸汽透平循環(huán)，讓混合氣體進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生高溫、高壓水蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)中做功。由此構(gòu)成余熱鍋爐型的高溫氣冷堆-氧濃差電池-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。蒸汽循環(huán)產(chǎn)生的動(dòng)力作輔助發(fā)電或給氧氣分離系統(tǒng)提供動(dòng)力。
實(shí)施例6為采用真空泵系統(tǒng)和在二回路設(shè)置蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖中91-高溫氣冷堆；92-中間換熱器；93-風(fēng)機(jī)；94-氧濃差電池堆和氧氣室，氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)；95補(bǔ)氧器；96-真空泵系統(tǒng)；97-發(fā)電機(jī)；98-冷凝器；99-水泵；910-汽輪機(jī)；911-廢熱鍋爐。來自高溫氣冷堆一回路的高溫氦氣通過連接一回路與二回路的中間換熱器將熱量傳給二回路中的氦氣。被加熱的氦氣流經(jīng)氧氣室內(nèi)熱交換組件的內(nèi)腔時(shí)給氧濃差電池提供熱量，使之能在500-1000℃下工作。氧氣室內(nèi)的高溫氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入真空室。進(jìn)入真空室的氧氣經(jīng)真空泵系統(tǒng)抽取后氧濃差電池產(chǎn)生電壓輸出。進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔的氧氣被真空泵抽走送入補(bǔ)氧器以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的真空度。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧濃差電池外部的氧氣室中的氧氣量和氧分壓值基本不變。
為了提高高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置的發(fā)電效率，將蒸汽輪機(jī)循環(huán)與高溫氣冷堆-氧濃差電池循環(huán)相互結(jié)合起來構(gòu)成高溫氣冷堆-氧濃差電池堆-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。從氧濃差電池內(nèi)腔出來的氧氣溫度很高。在氧濃差電池堆真空泵系統(tǒng)之間建立廢熱鍋爐--蒸汽透平循環(huán)，讓混合氣體進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生高溫、高壓水蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)中做功。由此構(gòu)成余熱鍋爐型的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。蒸汽循環(huán)產(chǎn)生的動(dòng)力作輔助發(fā)電或給真空泵系統(tǒng)提供動(dòng)力。
實(shí)施例7為采用氧氣分離系統(tǒng)和在一、二回路均設(shè)置有蒸汽-汽輪機(jī)循環(huán)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。如圖10所示。圖中101-高溫氣冷堆；102-中間換熱器；103-蒸汽發(fā)生器；104-發(fā)電機(jī)G1； 105-冷凝器Ⅰ；106-汽輪機(jī)Ⅰ；107-水泵Ⅰ；108-風(fēng)機(jī)；109-補(bǔ)氧器；1010-氧濃差電池堆和氧氣室，氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)；1011-廢熱鍋爐；1012-發(fā)電機(jī)62；1013-冷凝器Ⅱ；1014-汽輪機(jī)Ⅱ；1015-水泵Ⅱ；1016-氧氣分離系統(tǒng)。從圖中可以看出，該種循環(huán)區(qū)別于實(shí)施例5、6中的聯(lián)合循環(huán)在于在一回路設(shè)置了蒸汽發(fā)生器。其目的是為了獲得較低的一回路氦氣堆芯入口溫度，降低對(duì)高溫氣冷堆堆底結(jié)構(gòu)與材料和高溫氣冷堆壓力容器的要求。顯然，在本實(shí)施例以外的其它例子中，為了獲得較低的一回路堆芯入口溫度，均可采用在一回路加設(shè)蒸汽發(fā)生器獲得較低的一回路氦氣堆芯入口溫度。
實(shí)施例8為采用氧氣分離系統(tǒng)的燃?xì)鉅t-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖中111-高溫燃?xì)鉅t；112-氧濃差電池；113-卡槽；114-熱電偶；115-氧氣室壁；116-壓縮機(jī)；117-氧氣分離系統(tǒng)；118-預(yù)熱器；119-補(bǔ)氧器；1110-溫度控制系統(tǒng)；1111-保溫層；1112-外殼；1113-氧氣室；1114-換熱器；1115-風(fēng)機(jī)。從圖中可以看出，燃?xì)鉅t產(chǎn)生的高溫氣體通過換熱器將熱量傳給由換熱器、氧濃差電池堆和氧氣分離系統(tǒng)組成的回路中的氦氣或氮?dú)?。被加熱的氦氣或氮?dú)饨o氧濃差電池堆的氧濃差電池提供熱量，使之能在500-1000℃下工作。氧氣室內(nèi)氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔。進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔的氧氣與氦氣或氮?dú)饣旌虾蟊凰腿胙鯕夥蛛x系統(tǒng)。分離出的氧氣進(jìn)入補(bǔ)氧器。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧氣室的氧氣量和氧分壓值基本不變。分離出的氦氣或氮?dú)饨?jīng)管道送入中間換熱器加熱，然后出中間換熱器進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的低氧氣分壓值。
實(shí)施例9為采用真空泵系統(tǒng)的燃?xì)鉅t-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖中121-高溫燃?xì)鉅t；122-壓縮機(jī)；123-氧濃差電池；124-卡槽；125-鋼殼；126-熱電偶；127-氧氣室壁；128-溫度控制系統(tǒng)；129-補(bǔ)氧器；1210-真空泵；1211-氧氣輸運(yùn)管道；1212-氧氣室；1213-熱交換組件；1214-保溫層；1215-氧氣室；1216-換熱器；1217-風(fēng)機(jī)。從圖中可以看出，燃?xì)鉅t121產(chǎn)生的高溫氣體通過換熱器1216將熱量傳給由換熱器、氧氣室內(nèi)熱交換組件和壓縮機(jī)組成的回路中的氦氣或氮?dú)?。被加熱的氦氣或氮?dú)饬鹘?jīng)氧濃差電池堆氧氣室內(nèi)熱交換組件的內(nèi)腔時(shí)給氧濃差電池提供熱量，使之能在500-1000℃下工作。氧氣室內(nèi)的高溫氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入真空室。進(jìn)入真空室的氧氣經(jīng)真空泵系統(tǒng)抽取后氧濃差電池產(chǎn)生電壓輸出。進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔的氧氣被真空泵抽走送入補(bǔ)氧器以維持氧濃差電池的內(nèi)腔的真空度。補(bǔ)氧器給氧氣室補(bǔ)氧使氧濃差電池外部的氧氣室中的氧氣量和氧分壓值基本不變。
實(shí)施例10為采用氧氣分離系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合制氫裝置。其結(jié)構(gòu)如圖13所示。圖中131-高溫氣冷堆；132-風(fēng)機(jī)；133-換熱器；134-氧濃差電池；135-卡槽；136-儲(chǔ)氫裝置；137-熱電偶；138-氧氣室壁；139-溫度控制系統(tǒng)；1310-保溫層；1311-外殼；1312-壓縮機(jī)；1313-氧氣分離器；1314-預(yù)熱器；1315-儲(chǔ)氧器；1316-廢熱鍋爐； 1317-氧氣室。從圖中可以看出，該種循環(huán)區(qū)別于實(shí)施例5中的裝置在于在廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽導(dǎo)入氧氣室。其目的是使水蒸汽在高溫下分解成氧氣和氫氣后，氧氣在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔，而在在氧氣室剩下的氣體介質(zhì)為一定純度的氫氣。
實(shí)施例11為采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合制氫裝置。其結(jié)構(gòu)如圖14所示。圖中141-高溫氣冷堆；142-風(fēng)機(jī)；143-壓縮機(jī)；144-換熱器；145-余熱鍋爐；146-氧濃差電池；147-鋼殼；148-溫度控制系統(tǒng)；149-熱電偶；1410-氧氣室壁；1411-儲(chǔ)氧器；1412-真空泵；1413-保溫層；1414-熱交換組件；1415-氧氣室；1416-氧氣輸運(yùn)管道；1417-氧氣室；1418-儲(chǔ)氫裝置。從圖中可以看出，該種循環(huán)區(qū)別于實(shí)施例6中的裝置在于在廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽導(dǎo)入氧氣室。其目的是使水蒸汽在高溫下分解成氧氣和氫氣，氧氣在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池的內(nèi)腔，而在在氧氣室剩下的氣體介質(zhì)為一定純度的氫氣。
實(shí)施例12為采用氧氣分離系統(tǒng)和三個(gè)回路系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆間接循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電裝置。其結(jié)構(gòu)如圖15所示。圖中151-高溫氣冷堆；152-一、三回路之間換熱器；153-風(fēng)機(jī)；154-二、三回路之間換熱器；155-壓縮機(jī)；156-補(bǔ)氧氣；157-氧濃差電池堆和氧氣室，氧濃差電池堆位于氧氣室內(nèi)；158-氧氣分離器。從圖中可以看出，來自高溫氣冷堆一回路的高溫氦氣通過連接一回路與三回路的一、三回路之間換熱器152將熱量傳給三回路中的氦氣。被加熱的氦氣又通過連接三回路與二回路的二、三回路之間換熱器154將熱量傳給二回路中的氦氣。被加熱的二回路中的氦氣流經(jīng)氧濃差電池內(nèi)腔時(shí)給電池堆的氧濃差電池提供熱量，使之在500-1000℃下工作。氧氣室內(nèi)的氧氣的一部分在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔。進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔的氧氣與氦氣混合后被送入氧氣分離器158。分離出的氧氣被送入補(bǔ)氧器156。分離出的氦氣經(jīng)管道被送入二、三回路之間換熱器154加熱，然后出換熱器154進(jìn)入氧濃差電池內(nèi)腔以維持氧濃差電池內(nèi)腔的低氧分壓值。
圖16是與采用氧氣分離系統(tǒng)的發(fā)電裝置相配的單個(gè)電池單元組成的氧濃差電池。圖中161-陰極層；162-固體電解質(zhì)層；163-陽極層；164-陽極側(cè)；165-多孔支承管；166-陰極側(cè)；167-負(fù)載；168-帶保溫層的殼體。從圖中可以看出氧濃差電池單元由固體電解質(zhì)層、陰極層、陽極層和支承管構(gòu)成。其基本工作原理是把高溫氦氣或氮?dú)猓雰?nèi)電極(陽極層)；把氧氣或氧氣與氦氣的混合氣體引入外電極(陰極層)，并使陰極側(cè)的氧氣的壓力遠(yuǎn)大于陽極側(cè)氧氣的壓力。處于高溫狀態(tài)的氧濃差電池，例如其溫度達(dá)500-1000℃，的電極間存在氧活度差時(shí)將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
在圖17是與采用真空泵系統(tǒng)的發(fā)電裝置相配的單個(gè)電池單元組成的氧濃差電池。圖中171-陰極層；172-固體電解質(zhì)層；173-陽極層；174-陽極側(cè)(真空室)；175-多孔支承層；176-陰極側(cè)；177-負(fù)載；178-帶保溫層的殼體。氧濃差電池單元由固體電解質(zhì)層、陰極層、陽極層和支承管構(gòu)成。其基本工作原理是利用真空泵使內(nèi)電極(陽極層)側(cè)處于一定的真空狀態(tài)；將高溫氧氣引入外電極(陰極層)，并使陰極側(cè)的氧氣的壓力遠(yuǎn)大于陽極側(cè)氧氣的壓力。處于高溫狀態(tài)的氧濃差電池的電極間存在氧活度差，從而產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。
單個(gè)電池單元組成的氧濃差電池所能產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是非常小的。因此實(shí)際氧濃差電池是由若干電池單元串聯(lián)或串聯(lián)加并聯(lián)組成的。
圖18是一種板狀氧濃差電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中181-導(dǎo)線與陰極之間的連接層；182-陰極層；183-固體電解質(zhì)薄層；184-陽極層；185-相鄰電池單元之間的引線；186-導(dǎo)線與陽極之間的連接層；187-氣體出口管；188-框架；189-陽極引線；1810-支承板；1811-氣體入口管。
連接層181和連接層186的材料為銀或銀鈀合金。陰極層182的材料為錳酸鑭La0.9Sr0.1MnO3或La0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，空隙率為20-60％。陰極層采用絲網(wǎng)印刷方法將錳酸鑭或鉻酸鑭印刷在氧化鋯薄層上，經(jīng)燒結(jié)附著在氧化鋯薄層上，或利用等離子噴涂方法噴涂在氧化鋯薄層上，或利用軋膜、干壓、流延、壓鑄等方法制成膜，在燒結(jié)前與氧化鋯薄層復(fù)合然后燒結(jié)成一體。固體電解質(zhì)層183的材料為氧化鋯ZrO2+Y2O3(8mol％)，其實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％，可以利用化學(xué)氣相沉積或電化學(xué)氣相沉積、等離子噴涂或燒結(jié)技術(shù)制成。陽極層184的材料為鉻酸鑭La0.9Sr0.1CrO3或La0.95-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或錳酸鑭La1-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，空隙率為20-40％。陽極層采用絲網(wǎng)印刷方法將錳酸鑭或鉻酸鑭印刷在氧化鋯支承板外表面上，經(jīng)燒結(jié)附著在氧化鋯支承板上，或利用等離子噴涂方法噴涂在氧化鋯支承板上，或利用軋膜、干壓、流延、壓鑄等方法制成膜，在燒結(jié)前與氧化鋯支承板外表面復(fù)合然后燒結(jié)成-體。燒成后的引線185和陽極引線189的實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％。當(dāng)燒成后的引線致密性差時(shí)，在引線燒成后用高溫玻璃或與高溫玻璃類似的密封材料密封。引線材料為鉻酸鑭La1-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)，鉻酸鑭加鈷La1-xSrxCr1-yCoyO3(x=0.1-0.3,y=0.1-0.3)，或錳酸鑭La1-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，或銀，或銀鈀合金。氣體出口管187(在此種氧濃差電池用于采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置時(shí)氣體出口管被封閉)、氣體入口管1811和框架188的材料為部分穩(wěn)定的氧化鋯，例如ZrO2+Y2O3(3mol％)或(ZrO2)0.85(CaO)0.15，其實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％。支承板1810的材料為部分穩(wěn)定的氧化鋯ZrO2+Y2O3(3mo1％)或(ZrO2)0.85(CaO)0.15，其空隙率為20-40％。
圖19是管狀氧濃差電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中191-導(dǎo)線與陰極之間的連接層；192-陰極層；193-固體電解質(zhì)薄層；194-陽極層；195-相鄰電池單元之間的引線；196-導(dǎo)線與陽極之間的連接層；197-氣體出口管；198-支承管的氣體出口端堵頭；199-陽極引線；1910-支承管的氣體入口端堵頭；1911-氣體入口管；1912-支承管。
連接層191和連接層196的材料為銀或銀鈀合金。陰極層192的材料為錳酸鑭La0.9Sr0.1MnO3或Lan0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，空隙率為20-60％。陰極采用絲網(wǎng)印刷方法將錳酸鑭或鉻酸鑭印刷在氧化鋯薄層上，經(jīng)燒結(jié)附著在氧化鋯薄層上，或利用等離子噴涂方法噴涂在氧化鋯薄層上，或利用軋膜、干壓、流延、壓鑄等方法制成膜，在燒結(jié)前與氧化鋯薄層復(fù)合然后燒結(jié)成一體。陽極層194的材料為鉻酸鑭La0.9Sr0.1CrO3或La0.95-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或錳酸鑭La1-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，空隙率為20-40％。陽極采用絲網(wǎng)印刷方法將錳酸鑭或鉻酸鑭印刷在氧化鋯支承管外表面上，經(jīng)燒結(jié)附著在氧化鋯支承管上，或利用等離子噴涂方法噴涂在氧化鋯支承管上，或利用軋膜、干壓、流延、壓鑄等方法制成膜，在燒結(jié)前與氧化鋯支承管外表面復(fù)合然后燒結(jié)成一體。固體電解質(zhì)薄層193的材料為氧化鋯ZrO2+Y2O3(8mol％)，其實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％，可以利用化學(xué)氣相沉積、等離子噴涂或燒結(jié)技術(shù)制成。為了防止氣體從引線處漏出，燒成后的引線195和陽極引線199的實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％，當(dāng)燒成后的引線致密性差時(shí)，在引線燒成后用高溫玻璃或與高溫玻璃類似的密封材料密封。引線材料為鉻酸鑭La1-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)或La0.9-xSrxCrO3(x=0.1-0.3)，鉻酸鑭加鈷La1-xSrxCr1-yCoyO3(x=0.1-0.3，y=0.1-0.3)，或錳酸鑭La1-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.95-xSrxMnO3(x=0.1-0.3)或La0.9xSrxMnO3(x=0.1-0.3)，或銀，或銀鈀合金。氣體出口管197(當(dāng)此種氧濃差電池用于采用真空泵系統(tǒng)的高溫氣冷堆-氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置時(shí)，此出口封閉)、支承管的氣體出口端堵頭198、氣體入口端堵頭1910和氣體入口管1911的材料為部分穩(wěn)定的氧化鋯，例如ZrO2+Y2O3(3mol％)或(ZrO2)0.85(CaO)0.15，其實(shí)際密度達(dá)到理論密度的95％以上，最好達(dá)到100％。支承管1912的材料為部分穩(wěn)定的氧化鋯ZrO2+Y2O3(3mol％)或(ZrO2)0.95(CaO)0.15，其空隙率為20-40％。
權(quán)利要求
1.一種高溫?zé)嵩?氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于，包括由多個(gè)采用快離子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的電池通過串、并聯(lián)構(gòu)成的氧濃差電池堆，該電池堆設(shè)于一氧氣室內(nèi)部，各電池的內(nèi)腔連通構(gòu)成一加熱回路；還包括與加熱回路相連通的產(chǎn)生高溫的熱源及氧氣分離系統(tǒng)，該氧氣分離系統(tǒng)包括一個(gè)入口、一個(gè)氧氣出口和一個(gè)分離出氧氣后的剩余氣體的出口，該入口與所說的加熱回路相連，其氧氣出口和剩余氣體出口分別與所說的氧氣室和加熱回路相通。
2.一種高溫?zé)嵩?氧濃差電池堆聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于，包括由多個(gè)采用快離子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的電池通過串、并聯(lián)構(gòu)成的氧濃差電池堆，該電池堆設(shè)于一氧氣室內(nèi)部，在該氧氣室內(nèi)部各電池之間設(shè)置有多個(gè)熱交換元件，各熱交換元件連通構(gòu)成一加熱回路；還包括與加熱回路相連通的產(chǎn)生高溫的熱源及真空泵和補(bǔ)氧器的補(bǔ)氧通路，該補(bǔ)氧通路的入口與所說的各電池的內(nèi)腔連通，其出口與所說的氧氣室相通。
3.如權(quán)利要求1或2所說的發(fā)電裝置，其特征在于，所說的高溫?zé)嵩礊楦邷貧饫涠鸦驘岷司圩兌阎械囊环N或燃油爐、燃煤爐和燃?xì)鉅t中的任何一種。
4.如權(quán)利要求1所說的發(fā)電裝置，其特征在于，所說的加熱回路還設(shè)置有換熱器，該換熱器將該加熱回路分隔為與高溫?zé)嵩?、風(fēng)機(jī)和換熱器一側(cè)連通的一回路和與氧濃差電池堆、氧氣分離系統(tǒng)和換熱器另一側(cè)連通的二回路。
5.如權(quán)利要求2所說的發(fā)電裝置，其特征在于，所說的加熱回路還設(shè)置有換熱器，該換熱器將該加熱回路分隔為與高溫?zé)嵩础L(fēng)機(jī)和換熱器一側(cè)連通的一回路和與氧濃差電池堆、真空泵和換熱器另一側(cè)連通的二回路。
6.如權(quán)利要求4或5所說的發(fā)電裝置，其特征在于，所說的加熱二回路還設(shè)置有壓縮機(jī)。
7.如權(quán)利要求4或5所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的一、二回路之問設(shè)置有由氣/氣換熱的中間換熱器構(gòu)成的第三個(gè)回路。
8.如權(quán)利要求4或5所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的二回路中還設(shè)置有廢熱鍋爐一蒸汽透平循環(huán)輔助發(fā)電裝置。
9.如權(quán)利要求7所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的二回路中還設(shè)置有廢熱鍋爐一蒸汽透平循環(huán)輔助發(fā)電裝置。
10.如權(quán)利要求4或5所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的一回路中還設(shè)置有蒸汽透平輔助發(fā)電裝置。
11.如權(quán)利要求6所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的一回路中還設(shè)置有蒸汽透平輔助發(fā)電裝置。
12.如權(quán)利要求7或9所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的一回路中還設(shè)置有蒸汽透平輔助發(fā)電裝置。
13.如權(quán)利要求8所說的發(fā)電裝置，其特征在于，在所說的一回路中還設(shè)置有蒸汽透平輔助發(fā)電裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于動(dòng)力發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明將高溫?zé)嵩春脱鯘獠铍姵囟呀M成發(fā)電裝置,高溫?zé)嵩串a(chǎn)生的熱量使氧濃差電池處于高溫工作狀態(tài),氧濃差電池堆由許多串、并聯(lián)在一起的氧濃差電池組成并位于氧氣室內(nèi);補(bǔ)氧器通過管道與氧氣室相連,并給氧氣室提供氧氣。氧濃差電池內(nèi)腔具有比氧濃差電池外部低的氧分壓。本發(fā)明發(fā)電效率高,高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件少,對(duì)環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1323074SQ0112013
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者董建令 申請(qǐng)人:清華大學(xué)