的中下部，反應(yīng)器腔體3的出口布置于水反應(yīng)金屬上部的空腔位置，反應(yīng)器腔體3的入口布置于水反應(yīng)金屬的中下部位置。
[0044]基于所述系統(tǒng)的基于鋁水反應(yīng)的雙透平熱電聯(lián)產(chǎn)方法，具體包括:
[0045](I)增壓泵I出口的水分兩路進(jìn)入鋁水反應(yīng)器:一路進(jìn)入反應(yīng)器腔體3內(nèi)，與高鋁含量的水反應(yīng)金屬發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣并釋放熱量；另一路進(jìn)入換熱部件2中，用于吸收反應(yīng)器腔體3傳遞的反應(yīng)熱量，使液態(tài)水蒸發(fā)變成過熱蒸汽；
[0046]反應(yīng)器腔體內(nèi)部的反應(yīng)溫度在350?800°C之間，壓力在0.5?1MPa ;排出的過熱蒸汽與氫氣的溫度均在300?600°C之間，壓力均在I?lOMPa。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器腔體和換熱部件的水量，可以實(shí)現(xiàn)控制鋁水反應(yīng)器排出的過熱蒸汽和氫氣的溫度與壓力；
[0047](2)從反應(yīng)器腔體3內(nèi)產(chǎn)生的氫氣以高溫高壓狀態(tài)送入氫氣透平4做功，帶動發(fā)電機(jī)5發(fā)電；氫氣從氫氣透平4排出后進(jìn)入燃料電池9發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，氫氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芴峁┙o用電裝置8使用；電化學(xué)反應(yīng)生成的水送至增壓泵I入口重新進(jìn)入循環(huán)；
[0048](3)從換熱部件2流出的過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽透平6做功，帶動發(fā)電機(jī)7發(fā)電；蒸汽透平6排出的乏汽被送入熱交換器10，乏汽冷卻所釋放的熱量供熱用戶使用，其中的水蒸氣被冷卻凝結(jié)為液體水，然后送至增壓泵I入口重新進(jìn)入循環(huán)。
[0049]所述高鋁含量的水反應(yīng)金屬能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣放出熱量，是最大尺寸為5?1mm的塊狀的鋁合金，該鋁合金的組分為:銷80?90%、鋰5?15%、鎂5?10%。
[0050]另一種基于鋁水反應(yīng)的雙透平熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(TTE)，如圖2所示:
[0051]與前一種系統(tǒng)相比，存在的區(qū)別是:換熱部件12的主體以蛇形管型布置在反應(yīng)器腔體13的內(nèi)部。燃料電池10中設(shè)換熱裝置11。
[0052]具體實(shí)施例1 (圖1)
[0053]反應(yīng)器腔體3內(nèi)一定量的毫米級(5?1mm)塊狀的水反應(yīng)金屬(鋁合金的組成為鋁85%、鋰7%、鎂8%)，首先對反應(yīng)器腔體3進(jìn)行預(yù)熱，待達(dá)到700 °C后啟動增壓泵I，向鋁水反應(yīng)器通水。水分兩路，一路作為反應(yīng)水進(jìn)入反應(yīng)器腔體3與水反應(yīng)金屬發(fā)生反應(yīng)，生成三氧化二鋁和氫氣，并且放出大量的熱。另一路作為工質(zhì)水進(jìn)入換熱部件2，吸收了部分反應(yīng)熱量，變?yōu)檫^熱蒸汽。待反應(yīng)器腔體3內(nèi)氣體溫度和壓力達(dá)到預(yù)定值，出口閥門打開。氫氣(2MPa，600°C)流出反應(yīng)器腔體3進(jìn)入氫氣透平4，帶動發(fā)電機(jī)5，將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出給用戶。然后后氫氣進(jìn)入燃料電池9發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，放出電能生成水。從燃料電池9排出的水進(jìn)入增壓泵I循環(huán)。過熱蒸汽(10MPa，540°C )流出換熱部件2進(jìn)入蒸汽透平6，帶動發(fā)電機(jī)7，將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出給用戶。低溫蒸汽從蒸汽透平6流出進(jìn)入換熱器10被冷卻，放出的熱量由熱工質(zhì)帶走被利用。同時蒸氣全部被冷卻凝結(jié)成水進(jìn)入增加泵I中循環(huán)使用。這一熱電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用效率可達(dá)到70%，其中發(fā)電效率可大于30%。
[0054]具體實(shí)施例2 (圖2):
[0055]反應(yīng)器腔體13內(nèi)一定量的毫米級(5?1mm)塊狀的水反應(yīng)金屬(鋁合金的組成為鋁90%、鋰5%、鎂5%)，首先對反應(yīng)器腔體13進(jìn)行預(yù)熱，待達(dá)到670 °C后啟動增壓泵11，向鋁水反應(yīng)器通水。水分兩路，一路作為反應(yīng)水進(jìn)入反應(yīng)器腔體13與水反應(yīng)金屬發(fā)生反應(yīng)，生成三氧化二鋁和氫氣，并且放出大量的熱。另一路作為工質(zhì)水進(jìn)入換熱部件12，吸收了部分反應(yīng)熱量，變?yōu)檫^熱蒸汽。待反應(yīng)器腔體13內(nèi)氣體溫度和壓力達(dá)到預(yù)定值，出口閥門打開。氫氣(lMPa，500°C )流出反應(yīng)器腔體13進(jìn)入氫氣透平14，帶動發(fā)電機(jī)15，將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出給用戶。然后后氫氣進(jìn)入燃料電池19發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，放出電能生成水。從燃料電池19排出的水進(jìn)入增壓泵I循環(huán)。過熱蒸汽^MPa，450°C )流出換熱部件12進(jìn)入蒸汽透平16，帶動發(fā)電機(jī)17，將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出給用戶。低溫蒸汽從蒸汽透平16流出進(jìn)入換熱器20被冷卻，放出的熱量由熱工質(zhì)帶走被利用。同時蒸氣全部被冷卻凝結(jié)成水進(jìn)入增加泵11中循環(huán)使用。燃料電池19內(nèi)裝有換熱器21，將電化學(xué)反應(yīng)放出的熱傳遞給熱工質(zhì)供用戶利用。這一設(shè)計不僅提高了供熱量，同時降低了燃料電池19工作溫度，有利用于提高燃料電池19的效率。從燃料電池19排出的水進(jìn)入增壓泵11循環(huán)。這一熱電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用效率可達(dá)到85%以上，其中發(fā)電效率可大于27%。
【主權(quán)項】
1.基于鋁水反應(yīng)的雙透平熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括各自連接發(fā)電機(jī)的兩個透平；其特征在于，所述透平分別是氫氣透平和蒸汽透平； 該系統(tǒng)還包括一個鋁水反應(yīng)器，由反應(yīng)器腔體和換熱部件組成；反應(yīng)器腔體和換熱部件分別設(shè)出口和入口，增壓泵通過輸送水的管路分別連接至反應(yīng)器腔體和換熱部件的入P ； 所述反應(yīng)器腔體的出口通過輸送氫氣的管路連接至氫氣透平的入口，氫氣透平的出口接至燃料電池的入口，燃料電池與用電裝置相接，燃料電池的排放口通過輸送水的管路接至所述增壓泵的入口； 所述換熱部件的出口通過輸送過熱蒸汽的管路連接至蒸汽透平的入口，蒸汽透平的出口連接至換熱器，然后通過輸送水的管路接至所述增壓泵的入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器腔體中裝有占反應(yīng)器腔體體積為50?70%的水反應(yīng)金屬；水反應(yīng)金屬裝填在反應(yīng)器腔體的中下部，反應(yīng)器腔體出口布置于水反應(yīng)金屬上部的空腔位置，反應(yīng)器腔體入口布置于水反應(yīng)金屬的中下部位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁水反應(yīng)器的換熱部件是下述任意一種形式:換熱部件的主體以螺旋管型布置在反應(yīng)器腔體的外側(cè)，或者是換熱部件的主體以蛇形管型布置在反應(yīng)器腔體的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池中設(shè)換熱裝置。
5.基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的基于鋁水反應(yīng)的雙透平熱電聯(lián)產(chǎn)方法，其特征在于，具體包括: (1)增壓泵出口的水分兩路進(jìn)入鋁水反應(yīng)器:一路進(jìn)入反應(yīng)器腔體內(nèi)，與高鋁含量的水反應(yīng)金屬發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣并釋放熱量；另一路進(jìn)入換熱部件中，用于吸收反應(yīng)器腔體傳遞的反應(yīng)熱量，使液態(tài)水蒸發(fā)變成過熱蒸汽； (2)從反應(yīng)器腔體內(nèi)產(chǎn)生的氫氣送入氫氣透平做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；氫氣從氫氣透平排出后進(jìn)入燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，氫氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芴峁┙o用電裝置使用；電化學(xué)反應(yīng)生成的水送至增壓泵入口重新進(jìn)入循環(huán)； (3)從換熱部件流出的過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽透平做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；蒸汽透平排出的乏汽被送入熱交換器，乏汽冷卻所釋放的熱量供熱用戶使用，其中的水蒸氣被冷卻凝結(jié)為液體水，然后送至增壓泵入口重新進(jìn)入循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述高鋁含量的水反應(yīng)金屬能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣放出熱量，是最大尺寸為5?1mm的塊狀的鋁合金，該鋁合金的組分為:鋁80?90%、鋰 5 ?15%、鎂 5 ?10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)器腔體內(nèi)部的反應(yīng)溫度在350?800°C之間，壓力在0.5?1MPa0
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述鋁水反應(yīng)器排出的過熱蒸汽與氫氣的溫度均在300?600°C之間，壓力均在I?lOMPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器腔體和換熱部件的水量，實(shí)現(xiàn)控制鋁水反應(yīng)器排出的過熱蒸汽和氫氣的溫度與壓力。
【專利摘要】本發(fā)明涉及新型清潔能源高效利用領(lǐng)域，旨在提供一種基于鋁水反應(yīng)的雙透平熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)中包括各自連接發(fā)電機(jī)的氫氣透平和蒸汽透平；鋁水反應(yīng)器由反應(yīng)器腔體和換熱部件組成，增壓泵分別連接其入口；反應(yīng)器腔體接至氫氣透平，氫氣透平、燃料電池、增壓泵依次連接，換熱部件接至蒸汽透平，蒸汽透平、換熱器、增壓泵依次連接。本發(fā)明同時利用了氫氣和反應(yīng)熱，并利用透平將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為電能，具有較高系統(tǒng)效率。系統(tǒng)的能量利用效率達(dá)到70％以上，其中發(fā)電效率大于27％。在供電的同時提供熱能，適合野外作業(yè)、偏遠(yuǎn)地區(qū)小型建筑等中小型分布式供能。本發(fā)明為閉式系統(tǒng)，用完的鋁合金可回收再利用，沒有污染物和廢棄物排放，清潔環(huán)保。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號】CN104617318
【申請?zhí)枴緾N201510007724
【發(fā)明人】楊衛(wèi)娟, 王智化, 張彥威, 周俊虎, 劉建忠, 周志軍, 程軍, 黃鎮(zhèn)宇, 岑可法
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月7日