| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2074460
ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ БЕЗПОСЕРЕДНЬО В ЕЛЕКТРИЧНУ
Ім'я винахідника: Гришин В.К .; Вечір О.О .; Синявський В.В.
Ім'я патентовласника: Ракетно-космічна корпорація "Енергія" ім.С.П.Корольова
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.10.04
Використання: автономні джерела енергії, перетворювачі непридатного тепла. Суть винаходу: перетворювач теплової енергії містить герметичний корпус, розділений іонообмінної мембраною на два відсіки, заповнених двоатомний газом, дисоціює при нагріванні в одноатомний газ. До обом сторонам мембрани примикають газопроникні електроди, забезпечені токовиводамі. Один з відсіків забезпечений системою підведення тепла, а інший - системою відведення тепла. Як матеріал мембрани обраний електроліт з іонною провідністю по диссоциированного атомарному газу, а в якості двоатомних газу обраний газ з малою енергією дисоціації, наприклад галогени: йод, фтор, хлор, бром.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до джерел електроенергії з безпосереднім перетворенням тепла в електрику і може бути використано при створенні автономних джерел електроенергії на органічному паливі та при створенні утилізаторів високоенергетичного тепла, наприклад вихлопних газів і диму.
Відомі машинні і безмашинному або прямі перетворювачі теплової енергії в електричну [1] До машинним перетворювачів відносяться двигуни і газотурбінні установки, а й двигуни внутрішнього згоряння, двигуни Стівлінга, поршневі розширювальні машини. Основними типами прямих перетворювачів теплоти є теплоелектричні, термоемісійні і магнитогидродинамические. Крім розглянутих перетворювачів теплоти відомі й інші перетворювачі первинної енергії, це хімічної паливні елементи або електрохімічні генератори і світловий фотоелектричні батареї.
Найбільш близьким до винаходу по технічній сутності є перетворювач у вигляді воднево-кисневого паливного елемента [2] Перетворювач складається з двох відсіків, розділених іонообмінної мембраною, до бічних поверхонь якої притиснуті електроди, виконані у вигляді сітки. Електроди з'єднані з струмознімачами. З одного боку мембрани знаходиться водовід, з іншого кисень. З боку кіслоpодного електрода є гноти для відводу води, що утворюється і трубки, в яких циркулює охолоджуюча вода. Водневий і кисневий відсіки між собою не пов'язані. Все це знаходиться всередині корпусу. Окремі такі елементи електрично коммутируются в батарею паливних елементів
Подібний елемент є перетворювачем з витратою робочого тепла, що призводить до обмеженого ресурсу і енергоємності.
Технічним результатом, що досягається при використанні винаходу, є забезпечення тривалого ресурсу роботи, високої енерговиработкі і можливість використання теплової енергії, отриманої будь-яким способом, в тому числі утилизируемой.
Зазначений технічний результат досягається перетворювачем теплової енергії безпосередньо в електричну, що містить герметичний корпус, розділений на два відсіки, заповнених газоподібними речовинами, між якими розміщена іонопроніцаемая мембрана, на обох бічних поверхнях якої розміщені електроди, забезпеченими токовиводамі, а один з відсіків забезпечений системою відводу тепла, в якому один з відсіків забезпечений системою підведення тепла, обидва відсіку повідомляються між собою і заповнені одним і тим же газом, в якості якого обраний двоатомний газ, який при нагріванні дисоціює в одноатомний газ, а в якості матеріалу іонопроніцаемой мембрани обраний електроліт з іонною провідністю по диссоциированного атомному газу обраного двоатомних газу.
На кресленні наведена схема перетворювача теплової енергії безпосередньо в електричну.
 |
Перетворювач теплової енергії безпосередньо в електричну містить корпус 1, частина 2 якого виконана у вигляді теплоподводящей системи, наприклад камери з нагрітим газом або рідким теплоносієм, можливо виконання цієї камери у вигляді камери згоряння. Ионообменная мембрана 3 ділить внутрішній простір всередині корпусу 1 на два відсіки нагрівається 4 і охолоджується 5. На обох сторонах мембрани 3 розміщені контактують з нею газопроникні електроди 6 і 7, наприклад у вигляді сітки, кожен з яких забезпечений ізольованими від корпусу 1 токовиводамі 8 і 9 , які через герметичні токовиводи 10 виведені за межі корпусу 1. Відсік 5 забезпечений системою відводу тепла 11, яка може бути виконана з циркуляцією теплоносія, на основі теплових труб або у вигляді теплоизлучающих ребер. Відсік 4 і 5 заповнені двоатомний газом, наприклад йодом. Відсіки 4 і 5 повідомляються між собою, наприклад у вигляді трубки, щілини, капіляра 12 в іонообмінної мембрані або в вигляді окремого вузла, який може бути виконаний і у вигляді дроселя або зворотного клапана. |
ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ БЕЗПОСЕРЕДНЬО В ЕЛЕКТРИЧНУ
Працює наступним чином
Тепло з теплопроводящей системи 2 нагріває двоатомний газ у відсіку 4. При нагріванні, починаючи з деякої температури, двоатомний газ дисоціює на моноатомних газ з поглинанням певної кількості теплової енергії, пропорційного питомій теплоємності дисоціації обраного двоатомних газу. Утворився в результаті дисоціації у відсіку 4 атомарний газ має вищий хімічним потенціалом, ніж газ у відсіку 5 в молекулярному стані (при рівних тисках). За рахунок цієї різниці хімічних потенціалів можна отримати електричну роботу, якщо ні розділені електролітом (іонообмінної мембраною 3), що містить іони, які можуть бути отримані при іонізації атома газу (наприклад йоду) приєднанням до нього електрона. Тоді, якщо з боку атомарного газу поверхню електроліту контактує додатково з електронним путівником (електродом 6), атоми газу буде захоплювати електрони електронного провідника і переходити у вигляді іонів в електроліт. Якщо інша сторона електроліту і контактує з електронним путівником (електрод 7), але з цього боку розташований молекулярний газ, то в силу його меншого хімічного потенціалу, ніж у атомарного газу, процес іонізації молекулярного газу буде відбуватися в меншій мірі. В результаті електронний провідник 6 з боку атомарного газу має більш позитивний потенціал, ніж провідник 7 з боку молекулярного газу. Тому при замиканні провідників через зовнішній ланцюг потече електричний струм. Крім того, концентрація іонів вище з боку електроліту 3, яка має контакт з атомарним газом (нагрівається відсік 4), тому при замиканні електродів 6 і 7 всередині електроліту 3 виникає дифузний струм іонів. В результаті такого процесу відбувається перенесення робочого речовини з тієї частини системи, де його хімічний потенціал вище (відсік 4 з атомарним газом), в ту частину, де його хімічний потенціал нижче (відсік 5 з молекулярною газом). Тому при замиканні електродів через зовнішній ланцюг тиск газу в охолоджуваному відсіку 5 буде підвищуватися, а в нагрівається відсіку 4 знижуватися. Щоб організувати постійний процес генерування електроенергії, необхідно забезпечити перехід двоатомних газу з охолоджувальної боку електроліту на обігрівається. Це реалізується шляхом з'єднання відсіків 4 і 5 за допомогою трубки 12, яка може бути виконана і у вигляді зворотного клапана або дроселя. Непреобразованная частина теплової потужності відводиться системою 11 відводу тепла, яка може бути виконана на основі циркулюючого теплоносія, на основі теплових труб або у вигляді теплопередающих ребер.
Таким чином, частина теплової енергії, витраченої на нагрівання і дисоціацію двоатомних газу на одноатомний за допомогою іонообмінної мембрани, перетворюється в електроенергію. Як двоатомних газу доцільно вибрати галоген, так як інші двоатомні гази мають занадто високі значення теплот дисоціації. Серед галогенів найкращим є йод. За аналогією з гальванічним елементом ЕРС Е перетворювача може бути записано у вигляді
EB / Г,
де В стандартний ізобарний потенціал реакції дисоціації, а Г число Фарадея (96500 кул / г.екв).
При тиску 10 тис. Па для йоду
В [еВ] 151100 100- 779 N [К] (2)
І відповідно
Е [B] А + ВТ 0,788 0,000552 Т [K] (3)
Для Т 600 К і 1000 К відповідно Е 0,470 В і 0,26 В.
Підсумкова ефективність перетворення теплової енергії в електричну може бути охарактеризована електричним ККД h Е / A, де Е визначається (1), а А перший член виразу (2). Для Т 600 і 1000 К відповідно отримаємо 0,600 і 0,338. З використанням цих значень h повний ККД перетворення теплової енергії в електричну
hh а,
де а частка теплової енергії, поглинута при дисоціації двоатомних газу, отримаємо h 0,2 0,4 в залежності від температури і значення а.
Таким чином, перетворювач теплової енергії безпосередньо в електричну володіє відносно високим ККД і тривалим ресурсом в зв'язку з відсутністю витрачаються компонентів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Перетворювач теплової енергії безпосередньо в електричну, що містить герметичний корпус, розділений на дві сполучені між собою відсіку, заповнених газоподібним речовиною, між якими розміщена іонопроніцаемая мембрана, на обох бічних поверхнях якої розміщені газопроникні електроди, забезпечені токовиводамі, причому один з відсіків забезпечений системою підведення тепла, а іншою системою відводу тепла, що відрізняється тим, що в якості газоподібного речовини обраний двоатомний газ, який при нагріванні дисоціює в одноатомний газ, а в якості матеріалу іонопроніцаемой мембрани обраний електроліт з іонною провідністю по диссоциированного атомарному газу обраного двоатомних газу.
2. Перетворювач по п. 1, яке відрізняється тим, що в якості двоатомних газу обраний газ з малою енергією дисоціації.
3. Перетворювач по п. 2, який відрізняється тим, що в якості двоатомних газу з малою енергією дисоціації обраний галоген, йод, фтор, хлор, бром.
4. Перетворювач по пп. -1 3, який відрізняється тим, що обидва відсіку повідомляються між собою через дросель або зворотний клапан.
Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.