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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2280927

СПОСІБ ЕКСПЛУАТАЦІЇ термоелектрохімічних ГЕНЕРАТОРІВ (ТЕХГ)
ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ ПРИ іонізаційну ОПРОМІНЕННІ

Ім'я винахідника: Ворогушін Віктор Тихонович (RU); Тельнова Галина Борисівна (RU); Солнцев Костянтин Олександрович (RU)
Ім'я патентовласника: Інститут фізико-хімічних проблем керамічних матеріалів РАН (RU)
Адреса для листування: 119361, Москва, вул. Озерна, 48, ІПК РАН
Дата початку дії патенту: 2004.10.15

Винахід відноситься до отримання водню з води при експлуатації атомних електростанцій за допомогою термоелектрохімічних генераторів.

Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності способу отримання водню з води за рахунок використання енергії іонізуючого випромінювання і тепла, що виділяється в процесі генерування електроенергії. Згідно винаходу спосіб експлуатації енергоустановки, що включає кілька ТЕХГ з твердими керамічними електролітами, в тому числі твердий електроліт з протонною провідністю і твердий електроліт з провідністю по іонам кисню з нанесеними на їх поверхню пористими електродними покриттями на основі паладію, систему подачі води, поділу та відведення водню і кисню, а й додатковий ТЕХГ електрохімічної системи Na-Na з твердим електролітом на основі натрієвого бета-глинозему з провідністю по іонам натрію з нанесеним на його поверхню пористим електродним покриттям, зазначені ТЕХГ поміщають у відсік з водою або парою і речовиною, що ділиться U ²³⁵ або його оксидами з подальшим переміщенням відсіку в активну зону ядерного реактора, а при замиканні електродів через зовнішнє навантаження генерують електричний струм на цих генераторах з одночасним поділом продуктів розкладання води при іонізаційному опроміненні, при цьому виділяється у відсіку тепло в процесі ядерного ділення і генерування електричної енергії направляють в додатковий ТЕХГ електрохімічної системи Na-Na. Перед експлуатацією в анодний порожнину додаткового ТЕХГ поміщають діляться речовина U ²³⁵ або його оксиди.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області перетворення ядерної та теплової енергії в електричну для отримання водню.

Відомий спосіб експлуатації атомних електростанцій, в яких вся енергія, що виділяється в процесі ядерної реакції, перетворюється в теплову енергію, потім в термодинамічній циклі турбогенератора в механічну і електричну енергію [1]. Отримана електроенергія надходить в електролізер для отримання водню з води. Такий же теплової цикл відбувається в ТЕХГ при перетворенні теплової енергії в електричну [2].

Відомо, що в процесі генерування електричної енергії частина корисної потенційної енергії перетворюється в тепло (в основному за рахунок втрат на електродах і в електроліті), яке зазвичай відводиться непродуктивно [3]. Ці втрати тепла значні і в режимі максимальної потужності рівні половині потенційної енергії [4], тобто в цьому випадку к.к.д. перетворення потенційної енергії ( _е) дорівнює 0,5 (50%) від к.к.д. циклу Карно ( _к).

При температурі підігріву Т _г 1000 К і температурі холодильника 400 К сумарний ККД буде дорівнює

_до · _е = 0,6.0,5 = 0,3 (30%).

Якщо анодний і катодний порожнину ТЕХГ витримувати при максимальній температурі циклу, то і тепло, що виділяється в процесі генерування електричної енергії, і буде характеризуватися максимальною температурою і отже може повністю утилізуватися в самому термодинамическом циклі, підвищуючи його к.к.д. [5].

В цьому випадку граничне значення к.к.д. визначається за формулою = _до · _е / 1 _до · (1 _е).

При отриманні водню з води в електролізері в режимі максимальної потужності значення к.к.д. електролізера _ел. становитиме 0,5 (50%), а значення сумарного ККД енергоустановки для отримання водню дорівнюватиме

= _до · _е · _ел = 0,15 (15%).

Стосовно до використання для цих цілей в електролізері електроенергії, яку виробляють АЕС, вказане значення сумарного ККД енергоустановки з урахуванням перетворення високопотенційне ядерної енергії буде порівняно низьким.

Відомо, що енергія іонізуючого випромінювання, що виникає в процесі ядерної реакції, на один акт поділу U ²³⁵ становить 200 МеВ (енергія швидких нейтронів - 5 МеВ, - Променів - 10 МеВ, - І нейтрино-частинок - 18 МеВ, осколківподілу - 166 МеВ) [6]. Отже, енергія будь-якої частинки іонізуючого випромінювання в тисячі разів більше енергії зв'язку атомів в молекулах (~ 5 еВ) і енергії зв'язку валентних електронів з атомами (~ 10 еВ) [7].

Відомо, що в процесі ионизационного опромінення молекула води розкладається на водень і кисень. Частина утворилися атомів водню і кисню вступають в зворотну реакцію з утворенням води і виділенням тепла, а інша частина у вигляді суміші газів цих елементів накопичується [7]. Завдяки ТЕХГ з твердими електролітами з провідністю по іонам водню (протонна) і відповідно по іонів кисню, з нанесеними електродними покриттями на основі паладію, стає можливим поділ і відведення цих газів із зони реакції з одночасною генерацією електричного струму.

З метою підвищення сумарного ККД енергоустановки для отримання водню з води пропонується спосіб експлуатації ТЕХГ при використанні енергії іонізуючого випромінювання.

Для досягнення цієї мети в герметичний відсік з ізольованими струмовідводами поміщають ядерне пальне (U ²³⁵ або його оксиди) і термоелектрохімічних генератори з керамічними твердими електролітами (ТЕ), а саме: з ТЕ, які проводять по іонів водню (з протонною провідністю), зокрема, на основі цирконата стронцію, і з ПЕ з провідністю по іонам кисню, і зокрема на основі оксидів цирконію і церію з добавками оксиду ітрію і (або) рідкоземельних елементів [8], - покритими пористими електродами на основі паладію, а й систему подачі води і систему поділу і відведення із зони реакції утворюються в процесі розкладання води газоподібних продуктів реакції у вигляді водню і кисню, а й додатковий ТЕХГ електрохімічної системи натрій-натрій з керамічним ТЕ на основі натрієвого бета-глинозему з провідністю по іонам натрію з нанесеним на його поверхню пористим електродним (наприклад, молібденовим) покриттям.

При переміщенні відсіку в активну зону ядерного реактора під впливом іонізуючого випромінювання ядерної реакції відбувається розкладання молекул води з утворенням атомів і іонів водню і кисню і їх радикалів типу ОН [7]. Частина отриманих продуктів вступає в зворотну реакцію з утворенням води і виділенням тепла, а інша частина суміші газоподібних продуктів накопичується. Різниця парціальних тисків водню і відповідно кисню по обидва боки твердого електроліту з протонної і відповідно з кисневою провідністю створює потенційну енергію і відповідно ЕРС на електродах, що покривають ТЕ.

Поєднавши струмовідводи електродів через корисне навантаження, можна розділити суміш газоподібних продуктів на складові компоненти, направляючи іони водню і відповідно іони кисню через тверді електроліти ТЕХГ з відповідною провідністю. При цьому в одному процесі генерують електричний струм і одночасно отримують і відводять водень і кисень. У відсік подають воду (пар) в міру її розкладання і витрачання. При цьому виділяється в відсіку тепло направляють в додатковий ТЕХГ електрохімічної системи натрій-натрій з ТЕ на основі натрієвого бета-глинозему, покритим пористим електродом, перед експлуатацією якого в анодний порожнину такого ТЕХГ поміщають ядерне пальне. Всі потоки електричної енергії направляють в електролізер для отримання водню.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Бамп Т.Р. Третє покоління реакторів-розмножувачів. Фізика атомного ядра і плазми. М .: Наука, 1974, вип. №10, с.66-77.

2. Агрус Б. Термічно регенеріруемий елемент з рідкими металами. Зб. ППТЕ і ТЕ, 1964, №11.

3. Ворогушін В.Т. Спосіб підвищення к.к.д. термічно регенерованого паливного елемента. Тези доповідей VI Всесоюзної конференції по електрохімії. Джерела струму і перетворювачі енергії. 1982, т.1, с.61.

4. Фаворський О.Н. Установки для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну. М .: Вища школа, 1965.

5. Ворогушін В.Т. Термодинамічний цикл з використанням тепла, що виділяється при генеруванні електроенергії. Журнал фізичної хімії. 1982. т.LVI, с.1092-1095.

6. Меррей Р. Введення в ядерну техніку. І.Л.М. 1995 року, с.62.

7. Платцман Р.Л. Що таке іонізующей випромінювання? Фізика атомного ядра і плазми. М .: Наука, 1974, с.3

8. Глібова Є. Ривок в водневе майбутнє. Наука і життя. 2004. №2, С.16-19.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб експлуатації системи термоелектрохімічних генераторів (ТЕХГ) з твердими керамічними електролітами, системою подачі води, поділу та відведення водню і кисню, включаючи твердий електроліт з протонною провідністю, твердий електроліт з провідністю по іонам кисню з нанесеними на їх поверхню пористими електродними покриттями на основі паладію, а й додатковий ТЕХГ електрохімічної системи Na-Na з твердим електролітом на основі натрієвого бета-глинозему з провідністю по іонам натрію з нанесеним на його поверхню пористим електродним покриттям, що відрізняється тим, що зазначені ТЕХГ поміщають у відсік, що містить воду або пар і діляться речовина U ²³⁵ або його оксиди, з подальшим переміщенням відсіку в активну зону ядерного реактора, дистанційно з'єднують електроди ТЕХГ з зовнішньої корисним навантаженням, генерують в зазначених ТЕХГ електричний струм, відводять відповідно водень і кисень, додають в відсік воду в міру її розкладання і витрачання, при цьому виділяється в відсіку тепло в процесі ядерного ділення і генерування електроенергії направляють в додатковий ТЕХГ електрохімічної системи Na-Na.

2. Спосіб експлуатації по п.1, що відрізняється тим, що в анодний порожнину ТЕХГ електрохімічної системи Na-Na перед експлуатацією вводять діляться речовина U ²³⁵ або його оксиди.

Версія для друку
Дата публікації 27.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів