一种独特的热电能量直接转换器件碱金属热电转换器_AMTEC_
气馈式碱金属热电转换装置性能分析方法
气馈式碱金属热电转换装置性能分析方法朱磊;李华琪;杨宁;马腾跃;胡攀;田晓艳【摘要】To support design and evaluate the performance of vapor‐fed alkali metal thermal to electric conveter (AM TEC) cells ,based on pressure model ,electric model and thermal model of vapor‐fed AM TEC ,the analysis approach for thermoelectric con‐version performance of AMTEC was developed .The validation was performed through studying electrical power output ,thermoelectric conversion efficiency and load following performance of AM TEC module in SAIRS‐C . The predict ions of power output and thermoelectric conversion efficiency obtained by the approach show general agreement with the reference data ,but there is deviation between calculation value of load follow‐ing and reference value .This approach is capable to apply to analyzing and evaluating the performance of vapor‐fed AMTEC cells ,and it needs further improvement when used in the cell design .%为促进气馈式碱金属热电转换装置（AMTEC）的设计与性能评价，基于气馈式AMTEC压力模型、电模型、热模型，开发了气馈式AMTEC热电转换性能分析程序，以SAIRS‐C空间电源中AMTEC模块作为计算对象，计算其输出电功率、热电转换效率、负荷跟踪特性等性能参数。
碱金属热电转换器实用化的两个关键问题
碱金属热电转换器实用化的两个关键问题
张来福;李斌
【期刊名称】《能源技术》
【年(卷),期】2004(025)003
【摘要】文章提出了提高AMTEC热电转换效率的可能途径,分析了AMTEC的电输出特性在运行过程中发生退化的原因.认为AMTEC电特性随运行时间的退化现象主要是由于在运行过程中电极多孔薄膜和BASE材料特性的退化所引起的.【总页数】3页(P114-116)
【作者】张来福;李斌
【作者单位】山西电力科学研究院,太原,030001;中国科学院电工研究所,北
京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TM61
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温差发电技术及其一些应用
温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。
由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。
图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。
例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。
Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。
提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。
目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。
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ORC简介
• 有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC ) 是以低沸 点有机物为工质的朗肯循环, 主要由余热锅炉(或换热器)、透 平、冷凝器和工质泵四大部套组成, 其工作原理如图1 所示： 有机工质在换热器中从余热流中吸收热量, 生成具一定压力和 温度的蒸汽, 蒸汽进入透平机械膨胀做功, 从而带动发电机或 拖动其它动力机械“从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放 热, 凝结成液态, 最后借助工质泵重新回到换热器, 如此不断 地循环下去。
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总结
• 太阳能的利用并不仅仅局限于我们所熟知太阳能热电厂，太阳 能热水器，以及太阳能电池板。
• 随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升, 以及 由于能源消耗带来的环境负担(如二氧化碳排放等) , 能源和环 境问题已经成为全世界共同关注的重大问题。正是由于太阳能 具有普遍、无害、巨大、长久等特性，所以太阳能的利用得到 了很大的发展。
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谢谢各位批评指正
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谢谢您的观看！
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应用一：太阳能与AMTEC联合系统
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AMTEC简介
• 碱金属热电转换器：是指以碱金属（Li、Na、K、Rb、 Cs、Fr）为工质，通过工质的循环直接进行热电的转换， 它没有运动部件，是一种新型的热电转化技术。
【国家自然科学基金】_液体工质_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 融化温度 蒸气压 纳米流体 离子液体 磁性液体 磁场 相变微胶囊 激光推进 潜热型功能热流体 渗透率 液膜 液体分布装置 流型转换 流动与传热 水滴 气泡 有限体积法 新工质 数值模拟 推进性能 微槽 强化传热 开孔规格 射流冲击 吸液芯 变形 加速度环境 准则关联式 关联 低温回路热管 传热特性 上升速度 nrtl模型
科研热词 推荐指数 离子液体 3 湍流掺混 2 混合焓 2 数值模拟 2 圆柱渐扩型观察室 2 三元工质溶液 2 风洞实验 1 超燃冲压发动机支板 1 质量传递率 1 蒸发阶段 1 耐久实验 1 缩放喷管 1 等离子体射流 1 空化模型理论 1 碱金属热电转换器(amtec) 1 电热化学发射 1 状态方程 1 热防护 1 热质传输 1 热响应 1 炯分析 1 演变特性 1 湍流 1 液膜 1 液体工质 1 液体密度 1 液/气界面 1 流体力学 1 活塞式压缩机 1 气-液两相流 1 毛细蒸发 1 毛细多孔芯 1 毛细 1 槽道热管 1 有机朗肯循环 1 整装式液体发射药火炮 1 插管 1 扩展特性 1 扩展形态 1 性能系数 1 微通道 1 工质 1 实验 1 太阳能热发电 1 多热源 1 周期性扩缩 1 吸收式制冷循环 1 吸收制冷 1 可靠性 1 发汗冷却 1 双股燃气射流 1 双股射流 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
碱金属热电转换器
碱金属热电转换器（碱金属热电转换高效率垃圾发电器）一、概述碱金属热电转换是利用”- Al2O3固体电解质的离子导电性、用钠作工质，以热再生浓度差电池过程为工作原理的热电能量直接转换新技术。
碱金属热电转换器(Alkali Metal Thermal to Electric Converter, AMTEC)则是一种面积型发电器件，它无运动部件、无噪声、无需维护，可以和温度在600°C至900°C范围任何形式的热源相结合，构成模块组合式发电装置，满足不同容量负载的要求，热电转换效率可超过30%，而且具有排热温度较高(300°C上下)的特点。
与垃圾气化熔融技术相结合，构成高效率垃圾发电系统，是碱金属热电转换技术的重要应用方向，碱金属热电转换高效率垃圾发电将在我国方兴未艾的垃圾发电技术发展中占有重要的地位。
二、碱金属热电转换器的工作原理及发展概况AMTEC的工作过程可以参照图1来说明。
AMTEC是一个充有少量钠的密闭容器，由厚度约1毫米的”- Al2O3固体电解质和电磁泵将其分隔成压力不同的两部分。
在高压侧，工质钠被热源加热，在钠与固体电解质的交界面，由压力差决定的化学势梯度驱使钠离子透过”- Al2O3向低压侧的电解质- 多孔电极界面迁移，负载开路时，在b ”- Al2O3两侧便形成电动势，这一过程和浓度差电池类似，因而，AMTEC的空载电压由能斯特方程决定。
负载接通时，电子从高压侧经外电路到达多孔电极处，与离子复合成钠原子，然后图1。
AMTEC的工作原理钠以蒸气相穿过低压空间到达冷凝器，凝结的液钠则由电磁泵送回高压侧。
实质上，”- Al2O3在能量转换过程中起着选择性渗透膜的作用，而AMTEC是工质钠通过固体电解质等温膨胀做功的热机。
在热源温度1150K、冷源温度500K、”- Al2O3壁厚为1毫米、考虑器件的内部损失时，AMTEC的效率随电流的密度而变化。
当不可逆过程造成的损失为0.2瓦¤[ 厘米] 2时，效率峰值为35%，对同样温度范围的卡诺循环效率的比值达62%。
碱金属热电转换器的电极效率
２ Ｂ Ｅ 面 电 阻对 电极 效 率 的影 响 ＡＳ
Ｖ ＝ Ａ — Ｂｌｉ— ｉ ｇ Ｒ０ （） ２
１ 碱 金 属 热 电 转 换 器 的 电极 效 率 的定
义
碱 金 属 热 电转 换 器 的 电 极 效 率 可 定 义 Ｌ 为 单 ４ 位 面积 的 电极 净 输 出 电功 率 与单 位 面 积 的 电极所 需 要 的总 热 输入 功 率 之 比 。在 忽 略 电磁 泵耗 电和 引线
欧 姆损 失 以及 寄生 热 损 失 （ 括 通 过 电输 出 引 线 和 包 支撑 Ｂ Ｅ 的结 构件 的热传 导 损 失 以及 由电极 多 孑 ＡＳ Ｌ
薄膜 表 面 向冷 凝 器 表 面 的 热 辐 射 损 失 ） 的热 传 导 中
损失 部分 的 情 况 下 ， ＭＴ Ｃ 的 电 极 效 率 可 用 下 式 Ａ Ｅ
引起广 泛 关 注 。关 于碱 金 属 热 电转 换 器 的工 作原 理
Ｐ 去：ｐ）ｑ ＋（ ＣＴ＋ｒ ＋ ｄ ａ ｄ
（
和研 究 进 展情 况 ， 以前 已作 过详 细介 绍 Ｌ’ ， 此 不 １ ｊ在 ２
再赘 述 。在 国 内 ， 国科 学 院 电工 研 究 所 热 电能 量 中 直接 转 换 实验 室 的研 究 人 员在 碱 金 属 热 电转换 器 的 实验 研 究 方 面 已 做 了 大 量 工 作 并 取 得 了 一 定 进 展 Ｌ 。本 文将 主要 从理 论 上讨 论 Ｂ Ｅ面 电阻 以及 ３ Ｊ ＡＳ
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第 ２ ３卷
第 ５期
太
阳
能
学
报
Ｖ Ｏ ． ３． １ ２ ＮＯ． ５
ｏ ｃ ．． ０ ２ ｔ ２ ０
２０ ０ ２年 １ ０月
【国家自然科学基金】_毛细芯_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 5 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
科研热词 环路热管 试验 蒸发器 环路热管(lhp) 热控 温度波动 平板型蒸发器 工质 实验研究 制作
2014年 序号 1 2 3 4
2014年 科研热词 环路热管 热物性 毛细芯 双孔径分布 推荐指数 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2011年 科研热词 铜纤维 热柱 烧结 温度迟滞 毛细芯 成形工艺 微沟槽 平板式蒸发器 冷凝温度 充灌率 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 环路热管 温度波动 毛细芯 蒸发器 稳定性 相变 电子器件散热 平板式蒸发器 平板型蒸发器 实验研究 多孔介质 驱动机制 铜-铝-氧化铝 系统仿真 相变回路 界面 电子器件 热管 热控 烧结 温度迟滞 流体回路 毛细芯热管 毛细泵环 毛细 模型 格子boltzmann 有效导热系数 无重力 散热 工质倒流 工程热物理 小型环路热管 孔隙尺度 复合结构 复合多孔材料 双储液器 压降 侧壁导热 传热 优化设计 cpl
2008年 序号
科研热词 1 环路热管 2 毛细蒸发器 3 复合毛细芯
推荐指数 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42