[发明专利]基于机械泵和毛细泵互补作用的碱金属热电转换器

说明书

本发明提供了一种基于机械泵和毛细泵互补作用的碱金属热电转换器，包括由冷端、热端和柱状外壳围成的封闭腔体、设置在封闭腔体内的毛细泵、电磁泵和BASE管，冷端和热端分别设置在柱状外壳顶部和底部，冷端包括固定连接的冷端外壳和冷端底座，冷端外壳内部设有穹顶，在穹顶表面均匀设有若干毛细泵引流槽，冷端外壳的外部的周侧及顶部都均匀设有若干散热翅片，冷端底座的中部设有电磁泵集水槽，热端包括中空腔体和热端上封盖。本发明联合机械泵和毛细泵，并且采用NaK合金作为循环工质，给碱金属热电转换器的循环工质提供足够的循环动力，两者配合使用能够有效避免断流、烧干等传热失效的发生，提高了热电转换效率以及运行的可靠性。

技术领域

本发明创造属于能量转换装置技术领域，尤其是涉及基于机械泵和毛细泵互补作用的碱金属热电转换器。

背景技术

常规碱金属热电转换器(AMTEC)是一个充有少量碱金属的密闭容器，由厚度约1毫米的β”-Al₂O₃固体电解质(BASE)和电磁泵将其分隔成压力不同的两部分。在高压侧，工质被热源加热，由压力差决定的化学势梯度驱使碱金属离子透过β”-Al₂O₃向低压侧的电解质-多孔电极界面迁移，负载接通时，电子从高压侧经外电路到达多孔电极处，与离子复合成原子。类似热管换热器，有人提出可以用毛细泵取代电磁泵。但是毛细泵的性能主要受到多孔介质几何参数、固体骨架材料、热端和冷端温度等的影响。一旦毛细泵失效，就不能给AMTEC工质钠提供足够的循环动力，以致于AMTEC不能稳定地工作。AMTEC装置的整体效率直接受到毛细泵性能好坏的影响，在运行状况发生变化的情况下，毛细泵有可能发生断流、烧干等而失效，另外，由于工质钠在常温下为固态，温度达到97.81℃时才会由固态变为液态，这就对碱金属换热器的冷端环境提出一定的要求，工作环境要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出基于机械泵和毛细泵互补作用的碱金属热电转换器，联合机械泵和毛细泵，并且采用NaK合金作为循环工质，给AMTEC的循环工质提供足够的循环动力，两者配合使用能够有效避免断流、烧干等传热失效的发生，提高了热电转换效率以及运行的可靠性。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

基于机械泵和毛细泵互补作用的碱金属热电转换器，包括由冷端、热端和柱状外壳围成的封闭腔体、设置在封闭腔体内的毛细泵、电磁泵和BASE管，所述的冷端设置在柱状外壳顶部，所述的热端设置在柱状外壳的底部，所述的冷端包括固定连接的冷端外壳和冷端底座，所述的冷端外壳内部设有穹顶，在穹顶表面均匀设有若干毛细泵引流槽，所述的冷端外壳的外部的周侧及顶部都均匀设有若干散热翅片，所述的冷端底座的中部设有电磁泵集水槽，所述的穹顶扣在所述电磁泵集水槽的上端，且从若干毛细泵引流槽的槽末端流出的液体均流向电磁泵集水槽外表面与冷端底座内表面围合的区域，所述的热端包括中空腔体和热端上封盖，所述的中空腔体内设有循环工质钠钾合金和蒸发器，所述的电磁泵设置在封闭腔体的中心处，所述的电磁泵的上端穿过冷端底座与电磁泵集水槽连通，所述的电磁泵的下端穿过热端上封盖与中空腔体连通，所述的毛细泵包括多根毛细芯，多根所述的毛细芯沿柱状外壳的内壁圆周排列，且两端分别穿过冷端底座和热端上封盖，所述的BASE管设置在电磁泵和毛细泵之间，所述的BASE管的上下两端分别穿过冷端底座和热端上封盖，所述的BASE管和热端上封盖将封闭腔体分隔成压力和温度不同的两部分，所述的BASE管的内外侧表面均涂覆有一多孔金属膜电极，且内侧为阳极，外侧附有阴极，所述的阴极和阳极之间设有外部负载。

进一步的，所述热端表面贴有一监测热端温度变化的温度传感器，所述的温度传感器与控制器电连接，所述的控制器控制电磁泵的开启。

进一步的，所述毛细芯为圆管状，采用粉末冶金烧制或金属丝或金属网压制。

进一步的，所述BASE管设置三根，且按照圆周分布。

进一步的，所述电磁泵集水槽呈碗状。