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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2136086
Hochtemperatur WANDLER Wärmeenergie in Strom
Name des Erfinders:. Grishin VK; Pilze AS
Der Name des Patentinhabers: Open Joint Stock Company "Rocket und Space Corporation" Energia "im.S.P.Koroleva"
Korrespondenzanschrift: 141070, Moskau Region, Korolev, Lenin Str 4a, RSC "Energia" im.S.P.Koroleva, promsobstvennosti und Innovationsabteilung.
Startdatum des Patents: 1998.03.23
Die Erfindung betrifft die Elektrotechnik, nämlich zu hohe Energiequellen Direkte Umwandlung von Wärme in Elektrizität. Gemäß der Erfindung wird die Hochtemperatur - Wärmeenergiewandler in elektrische Energie umfaßt ein hermetisches Gehäuse , das aus zwei Teilen, teplopodvodyaschey, Kühlkörper; Erhitzt und abgekühlt miteinander verbundenen Abteilen, ionenleitfähige Membran mit Elektroden an den äußeren und inneren Oberflächen des kalten Endes mit dem Isolator, wobei eine der Kammern mit einer Wärmeversorgungssystem vorgesehen ist, und die andere - die Wärmeentfernungssystem, und es wurde ein Hydraulik- und Dampfverteilern teplopereotrazhayuschie Bildschirmen und im Fall des dritten gemacht, Wärmedämmung. Auf der inneren Oberfläche des Gehäuses wärme aufgebracht Kapillarstruktur über eine Leitung mit Sammlern kommuniziert; ein gekühltes Abteil ist durch die Innenwand des Kühlkörpers des Gehäuses, die Kapillarstruktur, ein wärmeisolierendes Teil des Gehäuses, die Außenwand des Dampfsammler, wobei die innere Oberfläche der ionenleitfähigen Membran mit der inneren Elektrode und der inneren Oberfläche des Deckels und beheizten Kammer gebildet Hydraulikverteiler Innenwand teplopodvodyaschey des Gehäuses, die Außenfläche der Membran gebildet mit Außenelektrode und die Außenfläche der Abdeckung; teplopereotrazhayuschie wobei die Lochgitter an isolierenden Gehäuseteil innerhalb des Kühlfaches angebracht sind, gelangt das kalte Ende durch den gekühlten Fach und ist an einem Ende mit dem Stromkollektor und der ionenleitfähige Membran der Innenelektrode und das andere Ende wird isoliert gegenüber dem Gehäuse verbunden. Das technische Ergebnis der Erfindung ist es, eine hocheffiziente zur Verfügung zu stellen, erhöhen Lebensdauer und Zuverlässigkeit, ihre eigenen Energieverbrauch zu senken, konstruktive Vereinfachung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Hochleistungsquellen direkte Umwandlung von Wärme in Strom und kann in Solarenergie oder die Schaffung autonomer Stromquellen mit jedem Hochtemperatur - Wärmequelle verwendet werden.
Bekannte Maschinen und bearbeitungs oder direkt Wandler von Wärmeenergie in elektrische Energie um.
Bekannten Wärmeenergiewandler [1] direkt in elektrischen Strom einer elektrochemischen Konzentrationszelle, die eine abgedichtete Struktur, die aus zwei durch ionenleitfähige Membran getrennten Kammern, auf dessen beide Oberflächen Elektroden benachbarten Gasdiffusions sind. Einem Fach wird Wärme von einer externen Quelle zugeführt wird, von einem anderen - gegeben ist. Arbeitsfluid in der Dampfphase in der Kammer und dem Volumen in der Flüssigphase an den Wänden und am Boden des Abteils - Das Fach wird durch das Arbeitsfluid in der flüssigen Phase in einem gekühlten erhitzt. Wegen des Unterschieds der Arbeitsfluidtemperaturen in den Kammern und damit der Druck (Konzentrationen) von gesättigtem Dampf elektrochemische Potentialdifferenz auftritt, um das Auftreten einer elektromotorischen Kraft führt.
Abteilen hoch (heiß) und niedriger (kalt) Druckleitung mit einer Vorrichtung zum Zuführen des Flüssigphasen-Arbeitsfluid von der Pumpe zurück. Dieses Element ist ein Wandler der Differenz des chemischen Potentials des Arbeitskörpers in zwei Abteile mit unterschiedlichen Temperaturen zu sein.
Darüber hinaus wird die Gaskonzentration bekannten Energieelement verwendet [2]. Diese Vorrichtung umfasst zwei Elementgaskonzentration, Gas in dem geschlossenen Kreislauf enthalten, bestehend aus dem Niederdruckleitung, die jeden der ersten und zweiten Elemente der Gaskonzentration verbindet. Elemente, die in einem geschlossenen elektrischen Schaltkreis, von dem Strom fließen kann.
Die Nachteile der oben genannten Wandler sind merkWärmeVerluste in Form von Wärmefluss von der beheizten Elemente der Struktur in die in einem Wärmefluss gekühlten Abteil von der Oberfläche der ionenleitenden Membran an den Wänden des Kühlraums. Diese Tatsache ist bereits in [1] und es wird auch gezeigt, dass diese Verluste den Wirkungsgrad des Wandlers 10 ..15% verringern kann.
Die am nächsten an der Erfindung durch die technische Wesen ist ein Konverter von thermischer Energie in elektrische Energie [3].
Der Wandler umfasst ein abgedichtetes Gehäuse in zwei Ionentransportmembran miteinander verbunden Abteile zweiatomigen Gas gefüllt, in einem einatomigen Gas beheizt distanziert. Zu beiden Seiten der gasdurchlässigen Membran benachbarten Elektroden mit Strom führenden versehen. Eine der Kammern ist mit einem Wärmeversorgungssystem zur Verfügung gestellt, und die anderen - die Wärmeabfuhr System. Jod, Fluor, Chlor, Brom: Da das Membranmaterial wird aus ionenleitenden Elektrolyt zur atomarem Gas dissoziiert sowie zweiatomiges Gas ausgewähltes Gas mit einer niedrigen Energie von Dissoziation, beispielsweise Halogene, ausgewählt.
Der Nachteil des Prototyps ist möglich throw Gas in dem erhitzten Osiek dissoziiert, wird dies durch den Verlust seiner (Gas) Energie Elektrolyten zur Umwandlung begleitet. Wärmeverluste führen zu einer reduzierten Effizienz des Wandlers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen hohen Wirkungsgrad zu schaffen, erhöht die Zuverlässigkeit und Lebensdauer, eine eigene Energieverbrauch reduziert, vereinfacht Aufbau.
Objekt wird, dass der Hochtemperaturkonverter von thermischer Energie in elektrische Energie erreicht wird , ein abgedichtetes Gehäuse , bestehend aus zwei Teilen: teplopodvodyaschey, Kühlkörper, erwärmt und abgekühlt miteinander verbundenen Abteilen, ionenleitfähige Membran mit Elektroden an den äußeren und inneren Oberflächen des kalten Endes an dem Isolator, und ein der Kammern ist mit einem Wärmeversorgungssystem, und die andere vorgesehen ist - die Wärmeentfernungssystem, und es wurde ein Hydraulik- und Dampfverteilern den dritten Teil Abschirmungen und das Gehäuse ist aus teplopereotrazhayuschie - über eine Leitung die Wärmeisolierung an der inneren Oberfläche des Kühlkörpers des Gehäuses aufgebrachte Struktur Kapillare kommuniziert mit Reservoiren ; ein gekühltes Abteil ist durch die Innenwand des Kühlkörpers des Gehäuses, die Kapillarstruktur, ein wärmeisolierendes Teil des Gehäuses, die Außenwand des Dampfsammler, wobei die innere Oberfläche der ionenleitfähigen Membran mit der inneren Elektrode und der inneren Oberfläche des Deckels und beheizten Kammer gebildet Hydraulikverteiler Innenwand teplopodvodyaschey des Gehäuses, die Außenfläche der ionenleitfähigen Membran gebildet mit der Außenelektrode und der Außenfläche der Abdeckung; teplopereotrazhayuschie wobei die Lochgitter an isolierenden Gehäuseteil innerhalb des Kühlfaches angebracht sind, gelangt das kalte Ende durch den gekühlten Fach und ist an einem Ende mit dem Stromkollektor und der ionenleitfähige Membran der Innenelektrode und das andere Ende wird isoliert gegenüber dem Gehäuse verbunden.
Als Material für die Ionentransportmembran einen Festelektrolyten mit Ionenleitfähigkeit des Alkalimetalls ausgewählt ist, und als Arbeitsfluid Alkalimetall, wie Natrium, in das Fach mit Wärmezufuhr in der flüssigen Phase und in der Kammer mit dem Kühlkörper in Form von Dampf in den Kammervolumen und Flüssigkeit befindet Phase an den Wänden. Flüssigphasen Kompartimente sind hydraulisch in der Kapillarstruktur verbunden ist, und für die flüssige Phase Kompartimente von Oberflächenspannungskräfte verwendet pumpen.
Zur Reduzierung der leitenden Wärmeverlust zwischen den Kammern mit einem großen Wärmewiderstand und pereotrazhayuschie Bildschirme eingelassen wird, werden verwendet, um den Wärmefluss zu verringern.
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Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild der Hochtemperaturwärme in elektrische Energie umwandeln, bei dem:
Der Sender enthält einen hermetisch abgedichteten Körper, der aus drei Teilen besteht: teplopodvodyaschey 1, 2 wärmedämmenden, Kühlkörper 3. Der Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt ist - erwärmt und abgekühlt 4 5. |
Der Sender enthält einen hermetisch abgedichteten Körper, der aus drei Teilen besteht: teplopodvodyaschey 1, 2 wärmedämmenden, Kühlkörper 3. Der Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilt ist - erwärmt und abgekühlt 4 5.
Der Raum, der durch das beheizte Abteil teplopodvodyaschey Teil gebildet 4 des Gehäuses 1, der Außenfläche der ionenleitfähigen Membran 6 mit der Außenelektrode 9, die Außenfläche des Deckels 7 und 8. Der Hydraulikverteiler Raumkühlfach 5 gebildet und wärmedämmenden beiden Teile des Gehäuses 3, die Kapillarstruktur 15, Dampfsammler 16 und die Innenflächen der Abdeckung 7 und der ionenleitfähigen Membran 6 mit der internen Elektrode 10 auf beiden Seiten des ionenleitenden Membran 6 weist eine Arbeitsmedium durchlässige Elektroden, die äußere und innere 9 10, wobei die Elektrode auf der inneren Oberfläche der Membran 6 elektrisch mit dem kalten Ende 11, Stromabnehmer 12 und dem kalten Ende 11 elektrisch von dem Isolatorkörper 13 isoliert.
Elektrode 9 auf der äußeren Oberfläche der ionenleitenden Membran 6 ist elektrisch mit dem leitenden Gehäuse Fluid 14 in flüssiger Phase arbeiten, vollständig den Raum der beheizten Abdeckung füllt 4. Die Innenfläche des Kühlkörpers des Gehäuses 3 Kapillarstruktur 15 angeordnet, die beispielsweise in Form eines Filzes-Metallschicht, und ein Dampfverteiler 16.
Erwartete Kammer 5 mit einem Arbeitsmedium in der Dampfphase in der Kammer und dem Volumen in der flüssigen Phase in der Kapillarstruktur 15. Die flüssige Phase des Arbeitsfluids in der Kapillarstruktur gefüllt ist 15 hydraulisch mit der flüssigen Phase 14 in einer beheizten Kammer 4 durch ein Metallrohr 17 mit kleinem Durchmesser verbunden ist, ist in die Header eingefügt 8 und 16.
In dem Isolationsbereich angeordnet teplopereotrazhayuschie zwei Siebe 18, in Form von Scheiben aus Metallfolie.
Die elektrische Last (nicht gezeigt) ist an dem Gehäuse 1 teplopodvodyaschey Teil 11 und dem kalten Ende verbunden.
Der Wandler arbeitet wie folgt. Die Wärme, die Beschickung zu der Kammer 4, Füllen sie erwärmt die flüssige Phase des Arbeitsfluids in der Kammer 14. Das erwärmte Arbeitsfluid 4 hat ein großes chemisches Potential als in der Kühlkammer 5.
Unterschiede im chemischen Potential in den Kammern 4 und 5 entspricht der Differenz zwischen der Konzentration des Arbeitsmittels auf den Oberflächen der Membran 6. Der Unterschied zwischen den Konzentrationen von Atomen des Arbeitskörpers der Atome bewirkt, dass die Arbeitsfluid-Diffusionsfluss durch die ionenleitfähige Membran 6 von der Außenelektrode 9 mit der inneren Elektrode 10. Da die Leitfähigkeit des Materials durch die Membranmaterials durchgeführt wird Ionen, die Atome des Arbeitsmediums durch eine große chemische Potential wird dem Elektron an die Elektrode 9 gegeben und fallen in die ionenleitfähige Membran 6 in Form eines Ions. Elektronen freigesetzt Atom in der Außenelektrode 9, tritt durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit Phasen-Arbeitsfluid 14 teplopodvodyaschuyu Körperabschnitt 1, einen externen Schaltkreis (nicht gezeigt) zu dem kalten Ende 11 des Stromabnehmers 12 und der Innenelektrode 10. Das Arbeitsfluid Ion während der Diffusion durch genähert ionenleitenden 6 Membran an die Innenelektrode 10, ein Elektron von der Elektrode empfängt, wird neutralisiert und wird zu einem unteilbaren Zustand.
Nutzarbeit wird in der Phase der Bewegung des Arbeitsfluids durch die ionenleitenden Membranmaterial 6. Da die Strömung von Substanzen durch die Membran erfolgen kann nur in Form von Ionen von der Bedingung der Erhaltung der Ladung, die elektronische Komponente des Arbeitsfluids strömt durch die äußeren Atome der elektrischen Schaltung und führt die Arbeit an der Last.
Da die Elektroden 9 und 10 mit dem Arbeitsfluid von Atomen durchlässig sind, können die Atome die Oberfläche der ionenleitenden Membran 6 durch die äußere Elektrode 9 und weg von der Membranoberfläche zu der inneren Elektrode 10 innerhalb des Bereichs des Kühlraums 5 erreichen.
Im Prozess der Diffusion in der Dampfvolumen Kühlfach 5 Atome des Arbeitsfluids den Kühlkörper des Gehäuses 3 und kondensiert auf der Oberfläche der Kapillarstruktur zu bewegen, 15 ist mit der Wärme des Gehäuses 3 Wärmesenke gegeben.
Untransformierten in elektrische Energieabgabe der bei der Kondensation freigesetzte Wärme wird von den Wänden der Kammer 3 über die Wärmesenke, wie beispielsweise Wärmestrahlung entfernt wird. Zur Minimierung der Verluste konduktive Wärmeabteilen 4 und 5 durch isolierende Abschnitt 2. Um getrennt sind, um Verluste in Form von Wärmestrahlung Kompartimente reduzieren 4 und 5 sind teplopereotrazhayuschimi Sieb 18 getrennt, die 5 Durchtritt der Dampfphasen-Arbeitsfluid von der Oberfläche der Innenelektrode 10 in einer gekühlten Kammer ermöglicht.
Somit wird eine direkte Strömung des Stoffes, nützliche Arbeit in der elektrischen Last Herstellung, erstreckt sich von dem leitfähigen Arbeitskörper 14 in der flüssigen Phase in einem beheizten Abteil 4 durch die ionenleitfähige Membran 6 an die Kapillarstruktur 15 an den Wänden des Kühlraums 5.
Rückstau Substanzen mit geringen chemischen Potential aus dem Kühlraum 4, 5 in der erwärmten flüssigen Phase 17 durch das Metallrohr durchgeführt wird und die Header 8 und 16. Die Bewegung der flüssigen Phase Arbeitsfluid von der kapillaren Strukturen 15 durch den Dampfverteiler 16, ein Metallrohr 17 und einen Hydraulikverteiler 8 zu einem beheizten Raum 4 wird durch die Oberflächenspannung der flüssigen Phase vorgesehen ist.
Erhöhung des chemischen Potentials des Arbeitsfluids zu den Ausgangsdaten erfolgt in dem Verfahren in einem beheizten Abteil 4 der Heizung.
In der obigen Struktur, verglichen mit dem Stand der Technik durch den erhöhten Wirkungsgrad aufgrund des reduzierten leitfähigen und Strahlungswärmeverluste vorgesehen ist.
Erhöhte Lebensdauer und Zuverlässigkeit gewährleistet ist, und das Fehlen einer Einrichtung zum Zuführen der Flüssigphase als eine separate Einheit mit ihrem eigenen begrenzte Ressource und Zuverlässigkeit zurück.
Mit dieser Struktur wird der Betrieb der Vorrichtung zum Zuführen der Flüssigphase zurück, bestehend aus der Kapillarstruktur 15, Sammler 8 und 16 und dem Metallrohr 17 wird durch Oberflächenspannung bereitgestellt. Das Fehlen von beweglichen Teilen, erhöht sich die Lebensdauer und Zuverlässigkeit.
Verringerung des Energieverbrauchs von selbst aufgrund des Prinzips der Rückströmung der flüssigen Phase Vorrichtung, die auf dem Phänomen der Oberflächenspannung und der Kontinuität der Flüssigkeit keine externe Stromquelle benötigt und basiert.
Vereinfachen der Struktur, die mit der Ausführung der Rückströmung der flüssigen Phase Vorrichtung, die keine beweglichen Teile aufweist und derart ausgebildet ist, dass seine Elemente sind multifunktional und bieten nicht nur den Transport der flüssigen Phase, sondern auch die korrekte Funktion des gesamten Konverters. Nämlich 15 die Kapillarstruktur eine 3 Fluiddampf auf dem Kühlkörper des Gehäuses Kondensations arbeiten, die Kontinuität des Volumens der flüssigen Phase und an den Dampfverteiler 16 Fütterung, die zusammen mit dem Rohr 17, die hydraulische Verbindung von der flüssigen Phase in den Kammern 4 und 5, und zusammen mit einem Hydraulikverteiler liefert 8 Körperflüssigkeit.
Elektrische Kennwerte des Wandlers werden durch die Arbeitsfluidtemperatur in einem beheizten Abteil 4 und dem Logarithmus des Verhältnisses der Dampfdrücke des Arbeitsfluids zwischen den Kammern 4 und 5 gemäß der Formel bestimmt
Der Druck des Arbeitsfluiddampf aus dem erwärmten Kammer 4 wird durch den Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur des Arbeitsfluids in einem erhitzten Fach bestimmt. Dampfdruck aus dem Kühlfach durch den Arbeitsfluiddruck von gesättigtem Dampf bei der minimalen Temperatur auf der Oberfläche der Kapillarstruktur 15 definiert durch das Gehäuseteil 3 gekühlt wird und die Druckdifferenz während der Strömung von Dampf von der Oberfläche der Elektrode 10 auf der Oberfläche der kapillaren Struktur 15. In der beschriebenen Konstruktion wird im Gegensatz zu dem Stand der Technik ergeben, sind teplopereotrazhayuschie Bildschirme 18, die zwischen der Membranoberfläche von dem Kühlfach 5 und der Oberfläche der Kapillarstruktur 15 und verringert daher die erzeugte EMK die Druckdifferenz erhöht. 18 jedoch der zusätzliche Druckabfall durch teplopereotrazhayuschimi Bildschirme eingeführt ist weniger als 3% des Druckreichen Arbeitsfluiddampf bei einer Temperatur des gekühlten Abschnitts des Gehäuses 3 und somit eine Verringerung der EMK und der Wirkungsgrad ist geringer als 3%, während teplopereotrazhayuschie Bildschirme den Verlust von Wärmestrahlung zu reduzieren ~ 10 ... 12%. Daher ist trotz einer niedrigen (~ 3%) Abnahme der EMF ermöglicht diese Struktur Effizienz der Vorrichtung mit dem Prototyp bei der vollen 7 ... 10% im Vergleich zu erhöhen.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist, dass alle Elemente des Prozesses, und die Materialien erforderlichen Vorrichtungen herzustellen, sind gut etabliert und werden in der Industrie verwendet.
LITERATUR
- Materials Science Forum. Vol. 76 (1991), S.. 261 - 264. Urheberrecht Trans Tech Publications, Schweiz. ENTWICKLUNG DER AMTEC, ein Konverter THERMAL in elektrische Energie. V.Heinzel, F.Huber, W.Peppler und H.Hill. Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Inst. Pelz Reactorentwicklung. D-7500 Karlsruhe, BRD
- Das US-Patent 4677038 N, H 01 M 14/00, 1982
- Patent RF N 2074460, H 01 M 14/00
FORDERUNGEN
High-Wandler von thermischer Energie in elektrische Energie, um eine abgedichtete Umhüllung , bestehend aus zwei Teilen: teplopodvodyaschey, Kühlkörper, die erwärmt und abgekühlt miteinander verbundenen Abteilen, ionenleitfähige Membran mit Elektroden an den äußeren und inneren Oberflächen des kalten Endes mit dem Isolator, wobei eine der Kammern mit einer Wärmeversorgungssystem vorgesehen ist, und die andere - die Wärmeentfernungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine hydraulische und Dampfverteiler eingeführt teplopereotrazhayuschie Abschirmungen und das Gehäuse ist der dritte Teil aus, isolierend an der Innenfläche des Kühlkörpers des Gehäuses aufgebracht Kapillarstruktur über eine Leitung in Verbindung mit den Kollektoren Fach gekühlt durch die Innenwand des Kühlkörpers des Gehäuses ausgebildet ist, die Kapillarstruktur, ein wärmeisolierendes Teil des Gehäuses, die Außenwand des Dampfsammler, wobei die innere Oberfläche der ionenleitfähigen Membran mit der inneren Elektrode und der inneren Oberfläche des Deckels und beheizten Kammer gebildet Hydraulikverteiler Innenwand teplopodvodyaschey des Gehäuses, die Außenfläche der ionenleitfähigen Membran mit externen Elektrode und die Außenfläche der Abdeckung und teplopereotrazhayuschie Lochblenden auf isolierenden Gehäuseteil innerhalb des Kühlfaches angebracht sind, gelangt das kalte Ende durch den gekühlten Fach und ist an einem Ende mit dem Stromkollektor und der ionenleitfähige Membran der Innenelektrode und das andere Ende wird isoliert gegenüber dem Gehäuse verbunden.
Druckversion
Erscheinungsdatum 31.10.2006gg
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