[发明专利]催化燃烧和热电转换集成发电装置

说明书

本发明公开一种催化燃烧和热电转换集成发电装置。该装置若干发电单元组成，每个发电单元由上下两层催化燃烧单元和热电转换单元组成，燃烧单元由冷端通道、流通通道和热端通道三个通道组成。热电转换单元包括热端导电薄膜、冷端导电薄膜以及位于两者之间的P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件，冷端导电薄膜和热端导电薄膜分别位于冷、热端通道上，催化剂均匀沉积在热端导电薄膜上。每个发电单元内部半导体薄膜热电元件之间由绝缘基板隔开，发电单元之间由绝缘层隔开。本发明提供的催化燃烧和热电转换集成发电装置可以催化燃烧所产生的热量可以直接传递给热电装置，可以节约空间，减少能量的损失。

技术领域

本发明涉及薄膜热电发电技术领域，具体而言，涉及一种催化燃烧和热电转换集成发电装置。

背景技术

发电是将非电能形式的能量转换成电能的过程，目前，常见的发电形式包括水力发电、火力发电、风力发电、太阳能发电、海洋能发电、核能发电等，其中，火力发电是主要的发电形式。火力发电是利用可燃物在燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电形式。

以化学键形式存储能量的可燃物(例如：甲醇和甲醛)通常先转换成热能而不是直接转换到电能，通常，这种能量转换发生在高温条件下，并且，通常需要外部点燃才能启动燃烧。因此，通过直接燃烧将化学能转换成热能，再将热能转换成电能的装置，通常需要点火系统和防止温度过高损害装置的温度监控系统，这将大大增加装置的复杂性和降低能源的利用效率。

发明内容

为克服现有的将有机燃料直接燃烧进行发电所带来的各种问题，本发明提供一种结合催化燃烧和热电转换的发电装置，此装置具有使用安全、操作简单、投入费用低等优点。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

该装置由若干个发电单元组成，每个发电单元由上下两层催化燃烧单元和热电转换单元组成，催化燃烧单元由冷端通道、流通通道和热端通道三个通道组成，燃料气体/空气混合物由冷端通道进入，并吸收热端传递到冷端的热量，经过流通通道，进入热端通道，并在热端通道的催化剂表面发生催化燃烧反应。热电转换单元包括热端导电薄膜、冷端导电薄膜以及位于两者之间的P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件，冷端导电薄膜和热端导电薄膜分别位于冷、热端通道上，催化剂均匀沉积在热端导电薄膜上。每个发电单元内部半导体薄膜热电元件之间由绝缘基板隔开，发电单元之间由绝缘层隔开，各个热电发电模块的始、末端导电薄膜通过导线串联连接，所形成的完整发电装置通过导线与外部电路连接，整个装置由绝缘外壳包裹。

本发明优选的燃料气体为甲醇、甲醛等只含一个碳原子的有机燃料，此类燃料气体由于只含一个碳原子，因此，其不含有C-C键，而C-C键断裂需要很高的能量，这有利于降低此类燃料气体的起始点火温度，甚至可以在室温下都能进行催化燃烧，而不需要提供额外的加热设备，这有利于简化装置结构，提高装置空间利用率。

冷端通道、流通通道、热端通道均为基板之间，除沉积的薄膜和填充的绝缘层之外的空隙所组成。

本发明的绝缘基板包括聚酰亚胺基板、PCB基板、纳米陶瓷基板、玻璃薄片、SiO₂片、亚克力板等，用于发电单元之间的相互隔绝，并用于沉积热电模块。

半导体薄膜热电元件包括Bi₂Te₃、PbTe、SiGe等半导体合金金属合金型热电材料、方钴矿热电材料、FeSi₂、MnSi₂等金属硅化物型热电材料、NaCo₂O₄等氧化物型热电材料，以及由这些材料的超晶格结构、纳米结构所形成的半导体薄膜热电元件。本发明优选的是Bi₂Te₃基热电材料，此热电材料在400℃以下温度具有良好的热电性能，P、N型半导体薄膜热电元件交替排列，两者之间通过导电薄膜在末端相互连接。