高效热电直接转换技术基础研究

AMTEC (Alkali Metal Thermal To Electric Converter) is a promising technology for converting heat energy to electric energy. AMTEC is a machine without moving parts and could convert heat into electricity directly. It is characterized by high conversion efficiency, no noise and maintenance requirements. AMTEC can be used as the auxiliary equipment of other energy conversion device, and as a generator set in thermal power stations for industrial power generation. It also can be used as a quiet type of high energy density power generation equipment to ship, underwater vehicle and the spacecraft, and can be available as build thermal batteries used in civilian means of transport. The subject studies the AMTEC components and overall performance, including the optimizing design technology of components, performance studying and the reliability of the whole work. It designs the AMTEC components and studies performance through theoretical calculation and experimental methods. Achieving the optimizing design of AMTEC components and reliability analysis. Solving the problem of key model in the AMTEC power generation technology, the design techniques of components, the components and overall performance analysis. The launching of this subject will play a role in AMTEC technology and other thermoelectric conversion technology.

碱金属热电转换器(Alkali Metal Thermal to Electric Converter缩写为AMTEC)技术是一项新兴的热电转换技术。AMTEC是一种无运动、直接将热能转换成电能的热机，具有热电转换效率高、无噪声、免维护等优点。AMTEC可作为其他能量转换装置的辅助设备，也可作为热电站的发电机组用于工业发电；可用于船舶及水下航行器、航天器作为安静型高能量密度的发电设备，也可作为蓄热电池用于民用运输工具。本课题对AMTEC组件及整体工作性能进行研究，内容包括部件优化设计技术、性能研究及整体工作可靠性等。课题采用理论计算和实验方法对AMTEC组件进行设计及性能研究，实现AMTEC组件的优化设计及工作可靠性研究分析。解决AMTEC发电技术中关键部件设计技术、部件及整体性能分析等问题。本课题的开展将对AMTEC技术及其它热电转换技术起到一定的促进作用。

项目的背景：AMTEC技术是属于新兴的能量转换技术，它可以独立应用，也可以与其他热源和发电系统（如太阳能、氢能等）组合成组合供电系统。AMTEC用于太阳能热发电、氢能燃烧热利用、工业余热存储及利用；可以将AMTEC和太阳能光伏发电系统集成用于深层太空探测器，可以大幅度提高探测器的功率水平和工作寿命。利用AMTEC和大规模蓄电设备（如钠硫电池）组合成新兴的能源供应模块，对于高可靠性长寿命的能源开发技术有非常重要的意义。.项目的主要研究内容：1.对毛细泵、电极、蒸发器、冷凝器采用微米或亚微米级毛细结构内工质流动与能量传输的理论，参照单管毛细介质内工质流动研究方法，理论分析了固体电解质内离子流动、毛细泵内工质流动、多孔电极内电子迁移规律、蒸发器内气液界面变化规律和冷凝器表面冷凝规律。2.通过对AMTEC中多级、多孔的毛细泵进行理论研究和实验研究，理论上建立多级多孔介质的传热传质模型，采用计算流体力学方法对于毛细泵进行性能计算。3.对不同复杂结构的AMTEC中热损失理论研究；建立了高真空度下复杂结构内辐射换热模型和稀薄气体流动模型，计算了不同设计结构和材料下AMTEC的辐射热损失。4.对AMTEC主要组成部件-BASE组件进行性能及可靠性的研究5. 对过渡金属氧化物电极材料进行了纳米结构成形技术和性能研究.重要结果：1. 参考并修正了AMTEC关键部件及整体数学模型。2. 明确了AMTEC中毛细泵的性能及其影响因素，研制了能够满足AMTEC工质循环及工作性能的毛细泵和整体工质循环回路。3. 明确了AMTEC在工作过程中热损失及其影响因素。4. 进行高效AMTEC组件可靠性研究。.关键数据：1. AMTEC部件及整体数学模型。2. 多级多孔毛细泵数学模型与性能计算模型。3. AMTEC电极数学模型及仿真模型。4. AMTEC热损失理论及计算模型。5. AMTEC中BASE组件可靠性研究数据。.科学意义：本研究开展了AMTEC部件及整体性能的基础研究。借鉴并修正了AMTEC部件及整体数学模型，计算并分析了AMTEC部件及整体的性能及影响因素；针对高真空复杂几何条件的辐射热损失进行了深入分析；针对多级多孔毛细泵进行了深入的理论研究和实验验证；针对AMTEC中最为关键的BASE组件进行了焊接可靠性能研究。本研究的开展具有重要的科学意义。