Термоэлектрохимический генератор (тэхг)

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе (ТЭХГ). Техническим результатом изобретения является улучшение массогабаритных характеристик и повышение КПД. Согласно изобретению ТЭХГ содержит анодную полость, заполненную парами натрия высокого давления, катодную полость, заполненную парами натрия низкого давления, отделяемые друг от друга керамическим электролитом на основе натриевого β-глинозема, покрытым со стороны анодной и катодной полости пористым анодом и катодом, подогреватель, использующий, в частности, энергию изотопов, и холодильник. ТЭХГ содержит устройство периодического отвода тепла то от одной из полостей к холодильнику при термоизоляции другой полости, то отвода тепла от другой полости при термоизоляции от холодильника первой полости, для чего это устройство содержит поворачивающийся на 180 градусов цилиндр, контактирующий с холодильником и указанными полостями, причем часть образующей поверхности этого цилиндра выполнена из теплопроводящего материала, а другая часть его образующей поверхности выполнена из теплоизолирующего материала, при этом указанный цилиндр со стороны теплопроводящей поверхности и со стороны теплоизолированной поверхности содержит токоотводы, контактирующие с анодной и катодной полостями. 2 ил.

 

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе (ТЭХГ). В отличие от известных термоэлектрических и термоионных безмашинных преобразователей, использующих энергию изотопов (1), ТЭХГ имеет более высокий к.п.д. за счет того, что подогреваемая зона анодной и катодной полости разнесена в пространстве от холодильника, а тепло Ленца-Джоуля (2), выделяемое в процессе генерирования электроэнергии, при максимальной температуре цикла может быть утилизировано полностью в самом термодинамическом цикле преобразователя (аналог) (3).

Аналог содержит анодную полость, заполненную жидким натрием, отделенную керамическим электролитом на основе β-глинозема от катодной полости, заполненной парами натрия пониженного давления. Давление в катодной полости определяет температура холодильника-конденсатора. Причем поступление натрия от конденсатора к анодной полости осуществляется за счет столба жидкого натрия и в условиях земной гравитации не требуется дополнительная насосная система. Относительно известных преобразователей тепловой энергии в электрическую аналог имеет максимальное значение к.п.д. Однако в условиях невесомости ему необходима дополнительная насосная система, снижающая к.п.д. и весогабаритные показатели аналога.

Известен ТЭХГ (4) (прототип), конструктивная схема которого изображена на фиг.1. Он содержит анодную полость, заполненную парами натрия повышенного давления - 1, катодную полость, заполненную парами натрия пониженного давления - 2, керамический электролит на основе β-глинозема - 3, керамическое кольцо - 4, пористый анод - 5, пористый катод - 6, нагреватель - 7, холодильник - 8, насосную систему - 9, испаритель - 10. Стрелками обозначены потоки натрия и тепла.

Из-за разности давлений между анодной и катодной полостью возникает ЭДС. При замыкании анода и катода через внешнюю нагрузку натрий в виде ионов перетекает через керамический электролит из полости повышенного давления в полость пониженного давления, генерируя электрический ток. Поскольку прототип содержит насосную систему, то он может работать в условиях космоса. Однако наличие ее у прототипа и дополнительного испарителя существенно ухудшает его весогабаритные характеристики и снижает к.п.д.

Для устранения указанных недостатков предложен ТЭХГ, конструктивная схема которого представлена на фиг.2. Предлагаемый ТЭХГ содержит анодную полость, заполненную парами натрия повышенного давления - 1, катодную полость, заполненную парами натрия пониженного давления - 2, керамический электролит на основе натриевого В-глинозема - 3, керамическое кольцо - 4, пористый анод - 5, пористый катод - 6, нагреватель, в частности, использующий энергию изотопов - 7, холодильник - 8, поворачивающийся на 180 градусов цилиндр - 9, термопроводящая часть образующей поверхности цилиндра 10, термоизолирующая часть образующей поверхности цилиндра - 11, токоотвод, контактирующий с поверхностью анодной полости - 12, токоотвод, контактирующий с поверхностью катодной полости - 13, стрелками обозначены потоки тепла.

Предлагаемый термоэлектрохимический генератор, содержащий анодную полость, заполненную парами натрия высокого давления, катодную полость, заполненную парами натрия низкого давления, отделяемые друг от друга керамическим электролитом на основе натриевого β-глинозема, покрытым со стороны анодной и катодной полости пористыми анодом и катодом, подогреватель, использующий, в частности, энергию изотопов и холодильник, отличается тем, что содержит устройство периодического отвода тепла то от одной из полостей к холодильнику при термоизоляции от холодильника к другой полости, то отвода тепла от другой полости при термоизоляции первой полости, для чего это устройство содержит поворачивающийся на 180 градусов цилиндр, контактирующий с холодильником и указанными полостями, причем часть образующей поверхности этого цилинлра выполнена из теплопроводящего материала, а другая часть его образующей поверхности выполнена из термоизолирующего материала, при этом указанный цилиндр со стороны анодной полости и со стороны катодной полости содержит токоотводы, контактирующие с этими полостями.

Предлагаемый ТЭХГ работает следующим образом. Натрий, находящийся в теплоизолированной полости, нагревается и испаряется. Давление пара натрия в этой полости становится больше давления пара натрия в другой охлаждаемой полости, которая контактирует теплопроводящей частью образующей цилиндра с холодильником. Из-за разности давлений между этими полостями возникает ЭДС. При замыкании электродов через внешнюю нагрузку натрий в виде ионов перетекает через керамический электролит из полости повышенного давления в полость пониженного давления. При выработке натрия в термоизолированной полости поворотом цилиндра на 180 градусов цилиндр своей термопроводящей поверхностью контактирует с этой полостью и холодильником, а термоизолированной поверхностью контактирует с другой полостью, термоизолируя ее от холодильника. Таким образом, первая полость становится катодной, а вторая полость становится анодной. Цикл повторяется. При этом токоотвод со стороны теплоизолированной поверхности цилиндра будет всегда отрицательный, а токоотвод со стороны теплопроводящей поверхности цилиндра будет, соответственно, положительный. Это упрощает коммутацию ТЭХГ в батарее. Предлагаемый ТЭХГ благодаря отсутствию испарителя и насосной системы имеет более высокие весогабаритные показатели и более высокий к.п.д. относительно известных космических безмашинных преобразователей. Поэтому предлагаемый ТЭХГ может найти применение для электропитания автономных космических энергоустановок, в частности для электропитания навигационных систем.

Источники информации

1. У.Корлисс, Д.Хорви. Источники энергии на радиоактивных изотопах «Мир», Москва, 1967, 146-171.

2. Л.Н.Антропов. Теоретическая электрохимия. - М.: «Высшая школа», 1975, 19-21.

3. Журнал «Инженер», №4, 2004, 36-37.

4. Journal of Power Sources 96 (2001), 343-351.

Термоэлектрохимический генератор, содержащий анодную полость, заполненную парами натрия высокого давления, катодную полость, заполненную парами натрия низкого давления, отделяемые друг от друга керамическим электролитом на основе натриевого β-глинозема, покрытым со стороны анодной и катодной полости пористым анодом и катодом, подогреватель, использующий, в частности, энергию изотопов, и холодильник, отличающийся тем, что содержит устройство периодического отвода тепла то от одной из полостей к холодильнику, при термоизоляции другой полости, то отвода тепла от другой полости, при термоизоляции от холодильника первой полости, для чего это устройство содержит поворачивающийся на 180° цилиндр, контактирующий с холодильником и указанными полостями, причем часть образующей поверхности этого цилиндра выполнена из теплопроводящего материала, а другая часть его образующей поверхности выполнена из теплоизолирующего материала, при этом указанный цилиндр со стороны теплопроводящей поверхности и со стороны теплоизолированной поверхности содержит токоотводы, контактирующие с анодной и катодной полостями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимии. .

Изобретение относится к области разработки вторичных химических источников постоянного тока, а точнее к области преобразования химической энергии в электрическую.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в автономных источниках электроэнергии. .

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топливным элементам. .

Изобретение относится к аккумулятору и способам его заряда и разряда. .

Изобретение относится к устройствам преобразования одного вида энергии в другой и может использоваться для получения электроэнергии без затраты топлива за счет тепловой энергии окружающей среды.

Изобретение относится к энергетическим установкам (ЭУ), содержащим электрохимический генератор (ЭХГ) с водородно-кислородными топливными элементами, и может быть использовано в составе электроэнергетической системы (ЭЭС) подводного аппарата (ПА).

Изобретение относится к области нелинейных конденсаторов, согласно изобретению емкостной конвертор представляет собой нелинейную по напряжению емкость с нелинейным диэлектриком, в качестве которого используют органический пироэлектрический диэлектрик с сегнетоэлектрической поляризацией, способный в цикле заряд и разряд увеличивать проницаемость от 0 ~ 1,2 до v ~ 8 в переменном поле Е так, что обеспечивая тем самым >1, где Wp - мощность при разряде, W3 - модность при заряде.

Изобретение относится к области аккумулирования электроэнергии. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к первичным и вторичным твердотельных химических источников тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении химических источников тока. .

Изобретение относится к области производства металлокерамических узлов (МКУ) и может быть использовано при изготовлении герметичных, вакуум-плотных и термостойких МКУ для химических источников тока (прежде всего серно-натриевых аккумуляторов), узлов и приборов в электронной, радиотехнической, электротехнической и др.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для теплоизоляции, например, высокотемпературных аккумуляторных батарей (систем натрий-сера/раб.темп.

Изобретение относится к электрохимическим генераторам с одним рабочим веществом и может быть использовано в ядерной энергетике. .

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано при заправке сернонатриевых аккумуляторов жидким натрием. .

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано для терморегулирования высокотемпературных аккумуляторных батарей, например, систем натрий-сера (рабочая температура 300...350оС), натрий-хлорид никеля (250...370оС), литий-сульфид железа (400...480оС) и др.

Изобретение относится к системе электрических аккумуляторных батарей внедорожных транспортных средств с гибридной энергетической установкой

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе

Наверх