的中下部，反应器腔体3的出口布置于水反应金属上部的空腔位置，反应器腔体3的入口布置于水反应金属的中下部位置。
[0044]基于所述系统的基于铝水反应的双透平热电联产方法，具体包括:
[0045](I)增压泵I出口的水分两路进入铝水反应器:一路进入反应器腔体3内，与高铝含量的水反应金属发生反应，产生氢气并释放热量；另一路进入换热部件2中，用于吸收反应器腔体3传递的反应热量，使液态水蒸发变成过热蒸汽；
[0046]反应器腔体内部的反应温度在350?800°C之间，压力在0.5?1MPa ;排出的过热蒸汽与氢气的温度均在300?600°C之间，压力均在I?lOMPa。通过调节反应器腔体和换热部件的水量，可以实现控制铝水反应器排出的过热蒸汽和氢气的温度与压力；
[0047](2)从反应器腔体3内产生的氢气以高温高压状态送入氢气透平4做功，带动发电机5发电；氢气从氢气透平4排出后进入燃料电池9发生电化学反应，氢气中的化学能转变为电能提供给用电装置8使用；电化学反应生成的水送至增压泵I入口重新进入循环；
[0048](3)从换热部件2流出的过热蒸汽进入蒸汽透平6做功，带动发电机7发电；蒸汽透平6排出的乏汽被送入热交换器10，乏汽冷却所释放的热量供热用户使用，其中的水蒸气被冷却凝结为液体水，然后送至增压泵I入口重新进入循环。
[0049]所述高铝含量的水反应金属能与水反应产生氢气放出热量，是最大尺寸为5?1mm的块状的铝合金，该铝合金的组分为:销80?90%、锂5?15%、镁5?10%。
[0050]另一种基于铝水反应的双透平热电联产系统(TTE)，如图2所示:
[0051]与前一种系统相比，存在的区别是:换热部件12的主体以蛇形管型布置在反应器腔体13的内部。燃料电池10中设换热装置11。
[0052]具体实施例1 (图1)
[0053]反应器腔体3内一定量的毫米级(5?1mm)块状的水反应金属(铝合金的组成为铝85%、锂7%、镁8%)，首先对反应器腔体3进行预热，待达到700 °C后启动增压泵I，向铝水反应器通水。水分两路，一路作为反应水进入反应器腔体3与水反应金属发生反应，生成三氧化二铝和氢气，并且放出大量的热。另一路作为工质水进入换热部件2，吸收了部分反应热量，变为过热蒸汽。待反应器腔体3内气体温度和压力达到预定值，出口阀门打开。氢气(2MPa，600°C)流出反应器腔体3进入氢气透平4，带动发电机5，将热能转化为电能输出给用户。然后后氢气进入燃料电池9发生电化学反应，放出电能生成水。从燃料电池9排出的水进入增压泵I循环。过热蒸汽(10MPa，540°C )流出换热部件2进入蒸汽透平6，带动发电机7，将热能转化为电能输出给用户。低温蒸汽从蒸汽透平6流出进入换热器10被冷却，放出的热量由热工质带走被利用。同时蒸气全部被冷却凝结成水进入增加泵I中循环使用。这一热电联合循环系统的能量利用效率可达到70%，其中发电效率可大于30%。
[0054]具体实施例2 (图2):
[0055]反应器腔体13内一定量的毫米级(5?1mm)块状的水反应金属(铝合金的组成为铝90%、锂5%、镁5%)，首先对反应器腔体13进行预热，待达到670 °C后启动增压泵11，向铝水反应器通水。水分两路，一路作为反应水进入反应器腔体13与水反应金属发生反应，生成三氧化二铝和氢气，并且放出大量的热。另一路作为工质水进入换热部件12，吸收了部分反应热量，变为过热蒸汽。待反应器腔体13内气体温度和压力达到预定值，出口阀门打开。氢气(lMPa，500°C )流出反应器腔体13进入氢气透平14，带动发电机15，将热能转化为电能输出给用户。然后后氢气进入燃料电池19发生电化学反应，放出电能生成水。从燃料电池19排出的水进入增压泵I循环。过热蒸汽^MPa，450°C )流出换热部件12进入蒸汽透平16，带动发电机17，将热能转化为电能输出给用户。低温蒸汽从蒸汽透平16流出进入换热器20被冷却，放出的热量由热工质带走被利用。同时蒸气全部被冷却凝结成水进入增加泵11中循环使用。燃料电池19内装有换热器21，将电化学反应放出的热传递给热工质供用户利用。这一设计不仅提高了供热量，同时降低了燃料电池19工作温度，有利用于提高燃料电池19的效率。从燃料电池19排出的水进入增压泵11循环。这一热电联合循环系统的能量利用效率可达到85%以上，其中发电效率可大于27%。
【主权项】
1.基于铝水反应的双透平热电联产系统，包括各自连接发电机的两个透平；其特征在于，所述透平分别是氢气透平和蒸汽透平； 该系统还包括一个铝水反应器，由反应器腔体和换热部件组成；反应器腔体和换热部件分别设出口和入口，增压泵通过输送水的管路分别连接至反应器腔体和换热部件的入P ； 所述反应器腔体的出口通过输送氢气的管路连接至氢气透平的入口，氢气透平的出口接至燃料电池的入口，燃料电池与用电装置相接，燃料电池的排放口通过输送水的管路接至所述增压泵的入口； 所述换热部件的出口通过输送过热蒸汽的管路连接至蒸汽透平的入口，蒸汽透平的出口连接至换热器，然后通过输送水的管路接至所述增压泵的入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应器腔体中装有占反应器腔体体积为50?70%的水反应金属；水反应金属装填在反应器腔体的中下部，反应器腔体出口布置于水反应金属上部的空腔位置，反应器腔体入口布置于水反应金属的中下部位置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述铝水反应器的换热部件是下述任意一种形式:换热部件的主体以螺旋管型布置在反应器腔体的外侧，或者是换热部件的主体以蛇形管型布置在反应器腔体的内部。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料电池中设换热装置。
5.基于权利要求1所述系统的基于铝水反应的双透平热电联产方法，其特征在于，具体包括: (1)增压泵出口的水分两路进入铝水反应器:一路进入反应器腔体内，与高铝含量的水反应金属发生反应，产生氢气并释放热量；另一路进入换热部件中，用于吸收反应器腔体传递的反应热量，使液态水蒸发变成过热蒸汽； (2)从反应器腔体内产生的氢气送入氢气透平做功，带动发电机发电；氢气从氢气透平排出后进入燃料电池发生电化学反应，氢气中的化学能转变为电能提供给用电装置使用；电化学反应生成的水送至增压泵入口重新进入循环； (3)从换热部件流出的过热蒸汽进入蒸汽透平做功，带动发电机发电；蒸汽透平排出的乏汽被送入热交换器，乏汽冷却所释放的热量供热用户使用，其中的水蒸气被冷却凝结为液体水，然后送至增压泵入口重新进入循环。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高铝含量的水反应金属能与水反应产生氢气放出热量，是最大尺寸为5?1mm的块状的铝合金，该铝合金的组分为:铝80?90%、锂 5 ?15%、镁 5 ?10%。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应器腔体内部的反应温度在350?800°C之间，压力在0.5?1MPa0
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铝水反应器排出的过热蒸汽与氢气的温度均在300?600°C之间，压力均在I?lOMPa。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过调节反应器腔体和换热部件的水量，实现控制铝水反应器排出的过热蒸汽和氢气的温度与压力。
【专利摘要】本发明涉及新型清洁能源高效利用领域，旨在提供一种基于铝水反应的双透平热电联产系统及方法。该系统中包括各自连接发电机的氢气透平和蒸汽透平；铝水反应器由反应器腔体和换热部件组成，增压泵分别连接其入口；反应器腔体接至氢气透平，氢气透平、燃料电池、增压泵依次连接，换热部件接至蒸汽透平，蒸汽透平、换热器、增压泵依次连接。本发明同时利用了氢气和反应热，并利用透平将反应热转化为电能，具有较高系统效率。系统的能量利用效率达到70％以上，其中发电效率大于27％。在供电的同时提供热能，适合野外作业、偏远地区小型建筑等中小型分布式供能。本发明为闭式系统，用完的铝合金可回收再利用，没有污染物和废弃物排放，清洁环保。
【IPC分类】H01M8-04
【公开号】CN104617318
【申请号】CN201510007724
【发明人】杨卫娟, 王智化, 张彦威, 周俊虎, 刘建忠, 周志军, 程军, 黄镇宇, 岑可法
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月7日