用于发电的非热的热致发光制造技术

通过在多个光伏电池以及多个光子之间有效地耦合来将多个燃烧产物转换为电力的方法以及系统。所述多个光子是从一光致发光材料的一燃烧工序发出，所述燃烧工序包含燃烧的化学反应。

Non thermal thermoluminescence for power generation

A method and system for converting a plurality of combustion products into electric power by effectively coupling a plurality of photovoltaic cells and a plurality of photons. The plurality of photons are emitted from a combustion process of a photoluminescent material, and the combustion process includes a combustion chemical reaction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于发电的非热的热致发光相关申请本专利申请与2017年4月2日提交的共有美国临时专利申请序列第62/480459号(标题：用于发电的非热的热致发光)有关并主张其优先权，本揭示通过引用的方式将其内容全部并入本文中。
本专利技术涉及一种用于将多种燃烧产物转换为电力的方法以及系统。
技术介绍
热致发光(candoluminescence)是通过某些材料在高温下发出的光，通常是暴露在一火焰中。所述光在一些波长下的强度可能会高于在相同温度下从白炽发光(incandescence)所预期的黑体(blackbody)发射。如本文中所讨论的“黑体”是吸收在所有波长下落在其上的所有辐射的一物体。当一黑体处于一均匀的温度时，其发射具有取决于温度的一特征频率分布。它的发射称为黑体辐射(black-bodyradiation)。热致发光的装置包含气罩(gasmantle)。如图1A至1C中所示，一纯丁烷火焰产生较差的可见辐射以及高热(图1A)。这种蓝色是由于多个受激分子自由基引起的。当放置光致发光(photoluminescent，PL)材料在所述火焰附近时(像在多个气罩中那样)，相同的燃烧工序会产生更强的可见辐射，如图1B中所示。图1C示出了所述气罩的多个稀土发射源附近的热致发光变化。在本实例中，丁烷的化学结构为C4H12，且燃烧时的化学反应为：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O。丁烷的燃烧热为2.8769[MJmol-1]，对于一单分子(除以阿伏伽德罗数(Avogadronumber))会产生30电子伏特(eV)，且对于每个被还原的化学键的能量约为3eV。这种高能的激子打断多个C-H键(425纳米发射)以及多个C-C键(紫外线/蓝光/红光发射)并产生多个自由基。重新键结导致图1A中的周蓝光(weekbluish)辐射。能量无需任何额外的工序变成热能，但是当将多个光致发光材料放置在反应附近时，所述激子可以在热化之前传递至所述发射源。1970年代对气罩的广泛研究优化了它们在可见光波长光谱中的发光。如在HenryF.Ivey的“热致发光以及自由基激发的发光(Candoluminescenceandradical-excitedluminescence)”(J.Lum.，8，4，271(1974))中所述，这些发射已被认为是非热的，是通过多种活性气体或多种化学自由基激发。图2A示出了包含二氧化钍以及铈(ThO2：Ce)的常规气罩，其显示了三个数量级。图2B示出了在相同温度下，比黑体辐射更多的多个高能光子。考虑在红外(IR)区域中丁烷的零星发射率(请参见http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi？ID＝C106978&Units＝SI&Type＝IR-SPEC&Index＝17#IR-SPEC)，估计这种可见光发射占总能量的很大一部分(超过50％)。使用一宽带隙(bandgap)太阳能电池收集此辐射(例如，GaAs，Eg＝1.35eV或GaInP，Eg＝2.1eV)，预期使总效率在相同等级下为～50％的可用辐射。然而，这并未考虑其他热损耗。
技术实现思路
本专利技术在其一些实施例中，提供了通过在多个光伏电池以及多个光子(从一燃烧工序发射)之间有效地耦合来将多个燃烧产物转换为电力的方法以及系统，例如，所述燃烧工序的燃烧化学反应。本专利技术的多个实施例还是关于非热的发射，例如，光致发光以及热致发光，其中所述发射的辐射超过一热发射的辐射，且发射的所述多个光子是用于产生能量。在本专利技术中，多个激子(多个光子)之间能量传递的这些机制不同于气罩中的能量传递，气罩的能量传递是基于热传输，用于产生低于黑体辐射的热辐射。在本专利技术的一些实施例中，是关于一种用于将化学势转换为电能的方法。所述方法包括：提供一光致发光材料至与一燃料的燃烧相关的一化学反应区中，以与燃烧的所述燃料发生一化学反应，使得所述光致发光材料辐射多个光子；以及通过将至少一个光伏元件放置在靠近与所述燃料的所述燃烧相关的所述化学反应区来收集辐射的所述多个光子，收集的所述多个光子使所述至少一个光伏元件产生电流。可选地，所述光致发光材料是液化为一气体混合物的部分。可选地，所述光致发光材料的粒子尺寸的直径小于100微米。可选地，所述光致发光材料是选自钕(Nd3+)、镱(Yb3+)、铒(Er3+)、钬(Ho3+)、镨(Pr3+)、铈(Ce3+)、二氧化钍(ThO2)、CeO、ZnO、氧化镱(Yb2O3)、掺钛蓝宝石(Ti：Al2O3)、钇(Y3+)、钐(Sm3+)、铕(Eu3+)、钆(Gd3+)、铽(Tb3+)、镝(Dy3+)、镏(Lu3+)、氧化铋(Bi2O3)以及铬(Cr)的多种过渡金属所组成的群组。可选地，所述至少一个光伏元件是选自GaAs、GaP、Si、Ge、GeN、Si3N4以及PbS所组成的群组。可选地，所述方法更包括：提供一燃料流以供应燃料用于所述燃烧；以及提供所述光致发光材料至所述化学反应区中包含提供所述光致发光材料至所述燃料流中。可选地，所述燃料是选自丁烷、甲烷、煤油、汽油、其他多种石油基燃料以及氢气所组成的群组。在本专利技术的一些实施例中，是关于一种用于将化学势转换为电能的系统。所述系统包括：一腔室，包含一内部，所述内部包含：一光伏元件；一燃烧器元件，靠近所述光伏元件，所述燃烧器元件以一火焰的形式支持燃料燃烧，所述火焰的周边限定一化学反应区；以及一源头，用于提供一光致发光材料至与一燃料的燃烧相关的所述化学反应区中，以与燃烧的所述燃料发生一化学反应，使得所述光致发光材料辐射多个光子，用于通过所述光伏元件来收集以产生电流。可选地，所述系统更包括：一燃料源头，与所述燃烧器元件连通。可选地，用于提供所述光致发光材料的所述源头与所述燃料源头连通。可选地，所述光伏元件靠近所述化学反应区。可选地，所述腔室包含至少一个出口。可选地，所述腔室的所述内部包含一过滤器，用于捕获所述光致发光材料。可选地，所述系统更包括至少一个反射器，与所述腔室的所述内部连通。可选地，所述至少一个反射器包含一镜子。在本专利技术的一些实施例中，是关于一种用于将化学势转换为电能的方法。所述方法包括：提供一光致发光材料，作为一气体混合物中的多个液化粒子与一载气进入燃烧的燃料中，使得所述光致发光材料辐射多个光子；以及通过放置至少一个光伏元件靠近所述燃烧的燃料来收集辐射的所述多个光子，收集的所述多个光子使所述至少一个光伏元件产生电流。可选地，所述方法是使得所述光致发光材料的粒子尺寸的直径小于100微米。可选地，所述方法是使得所述光致发光材料是选自钕(Nd3+)、镱(Yb3+)、铒(Er3+)、钬(Ho3+)、镨(Pr3+)、铈(Ce3+)、二氧化钍(ThO2)、CeO、ZnO、氧化镱(Yb2O3)、掺钛蓝宝石(Ti：Al2O3)、钇(Y3+)、钐(Sm3+)、铕(Eu3+)、钆(Gd3+)、铽(Tb3+)、镝(Dy3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将化学势转换为电能的方法，其特征在于：所述方法包括：/n提供一光致发光材料至与一燃料的燃烧相关的一化学反应区中，以与燃烧的所述燃料发生一化学反应，使得所述光致发光材料辐射多个光子；以及/n通过将至少一个光伏元件放置在靠近与所述燃料的所述燃烧相关的所述化学反应区来收集所述辐射的多个光子，所述收集的多个光子使所述至少一个光伏元件产生电流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170402 US 62/480,4591.一种用于将化学势转换为电能的方法，其特征在于：所述方法包括：
提供一光致发光材料至与一燃料的燃烧相关的一化学反应区中，以与燃烧的所述燃料发生一化学反应，使得所述光致发光材料辐射多个光子；以及
通过将至少一个光伏元件放置在靠近与所述燃料的所述燃烧相关的所述化学反应区来收集所述辐射的多个光子，所述收集的多个光子使所述至少一个光伏元件产生电流。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光致发光材料是液化为一气体混合物的部分。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述光致发光材料的粒子尺寸的直径小于100微米。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述光致发光材料是选自钕(Nd3+)、镱(Yb3+)、铒(Er3+)、钬(Ho3+)、镨(Pr3+)、铈(Ce3+)、二氧化钍(ThO2)、CeO、ZnO、氧化镱(Yb2O3)、掺钛蓝宝石(Ti：Al2O3)、钇(Y3+)、钐(Sm3+)、铕(Eu3+)、钆(Gd3+)、铽(Tb3+)、镝(Dy3+)、镏(Lu3+)、氧化铋(Bi2O3)以及铬(Cr)的多种过渡金属所组成的群组。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个光伏元件是选自GaAs、GaP、Si、Ge、GeN、Si3N4以及PbS所组成的群组。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法更包括：
提供一燃料流以供应燃料用于所述燃烧；以及
提供所述光致发光材料至所述化学反应区中包含提供所述光致发光材料至所述燃料流中。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述燃料是选自丁烷、甲烷、煤油、汽油、其他多种石油基燃料以及氢气所组成的群组。


8.一种用于将化学势转换为电能的系统，其特征在于：所述系统包括：
一腔室，包含一内部，所述内部包含：
一光伏元件；
一燃烧器元件，靠近所述光伏元件，所述燃烧器元件以一火焰的形式支持燃料燃烧，所述火焰的周边限定一化学反应区；以及
一源头，用于提供一光致发光材料至与一燃料的燃烧相关的所述化学反应区中，以与燃烧的所述燃料发生一化学反应，使得所述光致发光材料辐射多个光子，用于通过所述光伏元件来收集以产生电流。


9.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡梅尔·罗茨柴尔德，
申请(专利权)人：技术研发基金有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL