專利名稱：輻射爐屏板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射爐屏板，而且還涉及包括該屏板的裝置或設(shè)備。
本發(fā)明的目的之一就是要提供一種屏板，該屏板可以把從熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物中獲得的熱能轉(zhuǎn)換成輻射能，再經(jīng)過光轉(zhuǎn)換把輻射能轉(zhuǎn)換成電能。因此，這樣的屏板可以用于熱電一體化的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，一塊輻射爐屏板包括一片基片，該基片由耐熱的多孔材料制成，熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可以通過該基片，并且所述的基片至少一個(gè)側(cè)面有一層由稀土元素和/或稀土化合物組成的涂層。
本發(fā)明的裝置可包括所述的輻射爐屏板，燃燒燃料的燃燒器裝置，光電池裝置，該屏板被安裝在燃燒器裝置和光電池裝置之間，該光電池裝置正對著由所述涂層發(fā)出輻射能的側(cè)面，使輻射能入射到光電池裝置上，由所述的光電池裝置產(chǎn)生電能，并且該屏板的設(shè)置使得由所述燃燒產(chǎn)生的熱的氣態(tài)產(chǎn)物能通過該多孔基片，并對基片和涂層進(jìn)行加熱。
其上的稀土或稀土化合物可以在某個(gè)特定的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射能峰，通常在約900納米～3000納米的范圍內(nèi)，而并非吸收所有波長的輻射。通過使這個(gè)峰值輻射與給定的干電池的性能或特性曲線相匹配，有可能提高電轉(zhuǎn)換效率。
最好，可設(shè)置包括上述裝置的設(shè)備其中所述設(shè)備由所述的電力供電。
現(xiàn)參照附圖，通過例子對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。附圖中

圖1為一個(gè)實(shí)施例裝置的簡圖，該裝置包括燃料燃燒器裝置，光電池裝置以及根據(jù)本發(fā)明制成的輻射爐屏板；圖2為圖1中屏板的局部放大的簡圖；圖3為圖1中的燃燒器裝置的另一燃燒器裝置的簡圖；圖4為另一個(gè)實(shí)施例裝置的簡圖，該裝置包括一個(gè)燃料燃燒器裝置，光電池裝置和一塊根據(jù)本發(fā)明制成的輻射爐屏板；圖5為圖4中的裝置的改進(jìn)之后的平面簡圖；圖6為由圖1中的裝置組成的蒸汽發(fā)生器的局部簡圖，和圖7為一車輛的簡圖，包括一電力推進(jìn)系統(tǒng)，由圖1中所示的裝置提供電力。
在這些附圖中，相似的標(biāo)號(hào)代表相似或可比的元件。
參看圖1和圖2，標(biāo)號(hào)2所指的裝置用于完成熱光電能轉(zhuǎn)換的過程，其中燃燒燃料所產(chǎn)生的熱能被轉(zhuǎn)換成輻射能，而輻射能通過光電效應(yīng)被轉(zhuǎn)換成電能或電力。
裝置2包括一套燃燒器裝置4，如燃燒器4A有一個(gè)燃燒器板，其上有許多孔洞6，與燃燒空氣或氧氣預(yù)先混合的流體燃料在這些孔洞上燃燒。熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可以通過輻射爐屏板8，該屏板可以是板形的8A，輻射能由它入射到一個(gè)光電池裝置10上，裝置10將輻射能轉(zhuǎn)換成出現(xiàn)在電線12上的電能或電力。
光電池裝置10可以包括一個(gè)熱屏障，阻滯熱通過熱屏障到達(dá)電池裝置，但這樣的熱屏障至少有一部分熱屏障10A位于光電池裝置和輻射爐屏板8之間，熱屏障10A可以通過由輻射爐屏板向光電池裝置發(fā)出的輻射能。這種熱屏障可以控制或至少有助于控制光電池裝置10的工作溫度，使其基本保持或接近適宜的工作溫度，如不超過200℃，從而使電池裝置能有效進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。熱屏障部分10A可以是玻璃，如高溫玻璃。如果需要的話，還可以通過為電池裝置提供冷卻裝置，來控制光電池裝置10的工作溫度，如圖1中的熱交換裝置，有一個(gè)制冷劑入口管10B和一個(gè)制冷劑出口管10C。
流體燃料可以是液體或氣體燃料，如液體或氣體的碳?xì)淙剂?。如果用氣體燃料的話可以是天然氣。
輻射爐屏板8是由一種堅(jiān)硬的、多孔的耐熱材料制成的。它可以承受約1400℃的高溫，或承受1600℃的高溫，或甚至比1600℃再高100～200℃的高溫。在制成陶瓷屏板的材料被燒結(jié)成陶瓷之前，先被發(fā)泡以獲得所需的孔隙率。適宜地，在陶瓷泡沫屏板8中，孔隙率基本上是30個(gè)孔洞/645.16平方毫米(30個(gè)/平方英寸)或更低一些，如20個(gè)孔洞/645.16平方毫米。在屏板8中，這些孔洞是由陶瓷結(jié)構(gòu)中的孔隙或空腔形成的，這些孔隙和空腔彼此相通，使得熱氣體可以相對自由地穿過屏板，但流經(jīng)這些孔洞的途徑是迂回曲折的，以便促進(jìn)熱氣體和屏板之間的熱交換。這些孔洞或空腔占據(jù)了屏板8的絕大部分體積，使得屏板分隔孔洞的結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)形。所以屏板8即使是10毫米、20毫米或甚至更厚，仍可以具有相當(dāng)好的穿透性，就象一道網(wǎng)簾。
上述的多孔陶瓷材料制成的基片具有一層輻射放射涂層，該涂層由稀土遠(yuǎn)和/或稀土化合物組成。上述的稀土元素和/或稀土化合物可以是以液體或造型涂料的形式涂覆在基片或屏板8上的，可以采取浸涂基片的方式，更適宜地是將液體或造型涂料噴涂在基片上。放射涂層可以通過多次或連續(xù)地涂覆稀土元素和/或稀土化合物涂層而獲得。涂層數(shù)可以是4層或更多，如至少5層。整個(gè)基片或屏板8都可以被放射涂層覆蓋，更適宜地，屏板正對著光電池裝置10的側(cè)面14需要涂覆放射涂層，因?yàn)橹挥谐螂姵匮b置發(fā)出的輻射可用來產(chǎn)生電力。屏板8的另一側(cè)，尤其是正對著燃燒器8、與側(cè)面14相對的側(cè)面16不需要涂覆放射涂層，這意味著可以減少使用昂貴的稀土出來。從側(cè)面14，稀土材料制成的放射涂層能滲入基片或屏板8一定距離(如用虛線8標(biāo)出了可能的深入深度)。這是因?yàn)閭?cè)面14中的孔洞或空腔在該側(cè)下陷，能容納涂覆的放射涂層。著這是可取的，因?yàn)楣怆姵匮b置10正對的將是側(cè)面14上由稀土材料組成的更連續(xù)的放射涂層表面，即使所觀察到的連續(xù)表面正對電池裝置的平面各不相同。
基片或屏板8可以由多鋁紅柱石或氧化鋁的硅酸鹽(3Al2O3.2SiO2)制成?？梢杂芍辽?2％(質(zhì)量百分比)的氧化鋁和45％(質(zhì)量百分比)的二氧化硅制備這種基片，但有可能導(dǎo)致在陶瓷泡沫中出現(xiàn)游離的二氧化硅，而這些游離的二氧化硅會(huì)對放射涂層的輻射特性產(chǎn)生不利的影響。在涂覆放射涂層之前，先在基片8上涂覆一層障礙層，可以減少這種不利影響，但更適宜地，由約72％(質(zhì)量百分比)的氧化鋁和28％(質(zhì)量百分比)的二氧化硅制備基片8可以減少游離二氧化硅的含量。據(jù)信，由約78％(質(zhì)量百分比)的氧化鋁和22％(質(zhì)量百分比)的二氧化硅制備基片8可以消除游離的二氧化硅。
或者，基片或屏板8可以基本上用純的氧化鋁制備，如用至少90％(質(zhì)量百分比)的氧化鋁制備，或更適宜的由約98％(質(zhì)量百分比)的氧化鋁制備。
屏板8上涂覆的放射涂層可以由鐿和/或氧化鐿制成，如一種合適的化合物為釔，另一種為鐿代釔鋁石榴石(YbYAG)。
稀土元素化合物可以用于上述的障礙涂層，如鈮酸鐿。
由鐿和/或氧化鐿制成的放射涂層能得到波長范圍界于約900納米～1100納米之間的輻射峰。這使得具有這種涂層的屏板8尤其適合向以二氧化硅為基的光電池發(fā)出輻射。
另一種放射涂層可以是由鉺和/或鉺的化合物制成的，如一種合適的化合物為氧化鉺。用這種化合物的放射涂層尤其適合向以砷化鎵為基的光電池發(fā)出輻射。
如果需要的話，陶瓷泡沫屏板8的厚度可以界于其相對的兩個(gè)側(cè)面14、16之間，大約為30毫米或更薄一些，如15個(gè)孔洞/645.16平方毫米的泡沫大約為26毫米厚，或30個(gè)孔洞/645.16平方毫米的泡沫的厚度不超過約12毫米。
圖1中的燃燒器4A可以由圖3中的板形燃燒器代替，其中的燃燒器板20由一種多孔的陶瓷組成，流體燃料通過該板進(jìn)行燃燒。
在圖4中，通常用4標(biāo)注的燃燒器用4B表示，呈管形，并且被屏板8環(huán)繞。屏板8為一圓柱形的外罩或管形屏板8B的一端為圓形，而另一端被頂蓋22封閉。屏板8B由陶瓷泡沫材料制成，這種陶瓷材料與制成上述的圖1和2中的屏板或基片8的材料相似，并具有相似的孔隙率。屏板8B的外表面有一層與上述的組成相同的稀土元素和/或稀土化合物制成的放射涂層，該涂層發(fā)出輻射入射到光電池裝置10上。光電池裝置可以完全或局部環(huán)繞著管形屏板8B，如在圖5中，電池裝置10環(huán)繞著屏板。
在圖6中，蒸汽發(fā)生器26包括一個(gè)外殼28和一個(gè)熱交換器30，這個(gè)熱交換器將由從裝置2到達(dá)風(fēng)管32的熱的燃燒產(chǎn)物加熱。熱交換器30可以產(chǎn)生熱水或蒸汽。由光電池裝置10產(chǎn)生的電力可用于電力設(shè)備，并且蒸汽發(fā)生器26可以看作是一個(gè)熱電一體的系統(tǒng)。例如，產(chǎn)生的電力可以用于代替系統(tǒng)供電或輸送個(gè)電網(wǎng)供電系統(tǒng)。由電池裝置10輸出的電力可用于滿足蒸汽發(fā)生器26的電力需要，例如，通過普通供電，萬一系統(tǒng)供電中斷，電蒸汽發(fā)生器控制或代替系統(tǒng)供電，繼續(xù)為控制器供電。當(dāng)蒸汽發(fā)生器26與其他設(shè)備相連時(shí)，例如，與由電控制器和水泵組成的中央加熱系統(tǒng)相連，電池裝置10輸出的電力可以維持控制器和水泵的正常供電，或者在維持控制器和水泵正常供電的電力系統(tǒng)被中斷的緊急情況下，電池裝置輸出的電力能用來維持控制器和水泵的正常供電。
在圖7中的車輛34，例如是一輛摩托車，靠車輪36跑動(dòng)。該車輛的推進(jìn)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)，這套推進(jìn)系統(tǒng)包括一個(gè)為車輛提供推進(jìn)力的電馬達(dá)38，這個(gè)馬達(dá)由裝置2中的光電池裝置供電。
權(quán)利要求
1.一個(gè)輻射爐屏板，包括一片基片，該基片由耐熱的多孔材料制成，熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可以通過該基片，并且所述的基片至少有一個(gè)側(cè)面，有一層由稀土元素和/或稀土元素化合物組成的涂層。
2.權(quán)利要求1中所述的屏板，其特征在于的基片是一種堅(jiān)硬的泡沫材料。
3.權(quán)利要求2中所述的屏板，其特征在于所述的基片具有一個(gè)構(gòu)成孔隙或空腔的結(jié)構(gòu)，這些孔隙或空腔彼此相通。
4.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于的基片是陶瓷。
5.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于的基片的孔隙率大約為30個(gè)孔洞/645.16平方毫米(30個(gè)空洞3/平方英寸)，或更少一些。
6.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于的基片由多鋁紅柱石或氧化鋁的硅酸鹽制成。
7.權(quán)利要求6中所述的屏板，其特征在于所述的多鋁紅柱石或氧化鋁中基本上不含游離的二氧化硅。
8.權(quán)利要求6中所述的屏板，其特征在于的多鋁紅柱石或氧化鋁的硅酸鹽由72％重量百分比的氧化鋁和28％重量百分比的二氧化硅制備而成。
9.權(quán)利要求7中所述的屏板，其特征在于的多鋁紅柱石或氧化鋁的硅酸鹽由78％重量百分比的氧化鋁和22％重量百分比的二氧化硅制備而成。
10.權(quán)利要求1至6中所述的屏板，其特征在于的基片由氧化鋁制成或含有氧化鋁。
11.權(quán)利要求10中所述的屏板，其特征在于基片由含至少90％重量百分比的氧化鋁的材料制成。
12.權(quán)利要求11中所述的屏板，其特征在于基片由含至少95％重量百分比的氧化鋁的材料制成。
13.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于所述的涂層開始是以液體形式涂覆在基片上的。
14.權(quán)利要求13中所述的屏板，其特征在于所述的液體形式為造型涂料。
15.權(quán)利要求13或14中所述的屏板，其特征在于所述的涂層是噴涂在基片上的。
16.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于的稀土為鐿。
17.權(quán)利要求1至16中任何一條中所述的屏板，其特征在于的稀土化合物為氧化鐿。
18.權(quán)利要求1至16中任何一條中所述的屏板，其特征在于的稀土元素化合物為鐿代釔鋁石榴石(YbYAG)。
19.權(quán)利要求1至13中任何一條中所述的屏板，其特征在于的稀土為鉺。
20.權(quán)利要求1至16中任何一條中所述的屏板，其特征在于的稀土化合物為氧化鉺。
21.上述的任何一條權(quán)利要求中所述的屏板，其特征在于所述的涂層附著在一層障礙層上，該障礙層附著在基片上。
22.權(quán)利要求21中所述的屏板，其特征在于所述的障礙層含有稀土元素的化合物。
23.權(quán)利要求21中所述的屏板，其特征在于所述的障礙層含有鈮酸鐿。
24.包括上述任何一條權(quán)利要求中所述的輻射爐屏板、燃燒燃料的燃燒器裝置和光電池裝置的設(shè)備，該屏板被配置在燃燒器裝置和光電池裝置之間，該光電池裝置正對著由所述涂層發(fā)出輻射能的側(cè)面，使輻射能入射到光電池裝置上，由所述的光電池裝置產(chǎn)生電能，并且該屏板的設(shè)置使得由所述燃燒產(chǎn)生的熱的氣態(tài)產(chǎn)物能通過該多孔基片，并對基片和涂層進(jìn)行加熱。
25.權(quán)利要求24中所述的裝置，其特征在于的燃料為流體燃料。
26.權(quán)利要求25中所述的裝置，其特征在于的燃料為氣體燃料。
27.權(quán)利要求24中所述的裝置，其特征在于的燃料為天然氣。
28.權(quán)利要求24至27任何一條中所述的屏板，其特征在于所述的屏板基本上完全環(huán)繞著燃燒器裝置延伸。
29.權(quán)利要求24至28任何一條中所述的屏板，其特征在于所述的光電池基本上全部或至少局部環(huán)繞著燃燒器裝置延伸。
30.包括權(quán)利要求24至29任何一條中所述的裝置的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備的至少一部分由所述的電力供電。
31.包括權(quán)利要求24至29任何一條中所述的裝置和由所述電力供電的電馬達(dá)裝置的車輛。
32.包括權(quán)利要求24至29任何一條的裝置或權(quán)利要求30所述的設(shè)置的設(shè)備，其特征在于所述的設(shè)備為還包括熱交換器的加熱設(shè)備，這個(gè)熱交換器由所述的燃燒產(chǎn)物加熱。
33.權(quán)利要求32中所述的設(shè)備，其特征在于所述的設(shè)備為蒸汽發(fā)生器裝置。
34.權(quán)利要求1中所述的輻射爐屏板，基本如上所述。
35.包括一輻射爐屏板的裝置，所述裝置基本上參看附圖中的圖1和2，或圖1至3，或圖4，或圖5如上所述。
36.基本上如參看附圖6如上所述的加熱設(shè)備。
37.基本上如參看附圖7，如上所述的車輛。
全文摘要
一個(gè)輻射爐屏板(8)包括一片基片,該基片由耐熱、多孔、堅(jiān)硬的陶瓷泡沫材料制成,該材料較薄且呈網(wǎng)形,將其上彼此相通的孔洞分隔開,并且在每645.16平方毫米的面積上有30個(gè)孔洞或更少的孔洞。流體燃料燃燒器(4),如天然氣燃燒器的熱的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物可以很容易地滲透這種陶瓷泡沫材料。這種陶瓷泡沫材料可以是硅酸鋁,最好是不含游離二氧化硅的硅酸鋁,在屏板(8)的一個(gè)側(cè)面(14)上有一層噴涂的輻射放射涂層。該放射涂層由稀土元素和/或稀土化合物組成。這種稀土可以是鐿或鉺,而化合物可以是氧化鐿或氧化鉺。燃燒的熱產(chǎn)物所發(fā)出的熱使得放射涂層發(fā)出輻射,入射到光電池裝置(10)上,由該裝置產(chǎn)生電力,由電線(12)輸出。
文檔編號(hào)F23D14/12GK1340142SQ0080392
公開日2002年3月13日 申請日期2000年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月19日
發(fā)明者A·J·吉克埃爾斯, I·C·亞歷山大, R·皮特森, Q·馬布特 申請人:拉蒂斯知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司