Термоэлектрохимический генератор

Термоэлектрохимический генератор

Реферат

 

Использование: электрохимические генераторы с одним рабочим веществом. Сущность изобретения: термоэлектрохимический генератор содержит источник тепла, герметичный корпус, заполненный щелочным металлом, мембрану из избирательно пористого материала, расположенную внутри корпуса и контактирующую одной стороной с пористым электродом, электрически связанным с изолированным от корпуса токовыводом, а другой стороной контактирующую с капиллярным фитилем, соединяющим мембрану со стенкой корпуса. Источник тепла расположен внутри корпуса и поджат к мембране контактным элементом. Контактный элемент может быть выполнен из материала с памятью формы. Термоэлектрический генератор может содержать ряд последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов. Объем щелочного металла не превышает номинальной емкости фитилей. Предложенный генератор обладает повышенной эффективностью за счет снижения потерь энергии. 1 ил.

Изобретение относится к электрохимическим генераторам с одним рабочим веществом и может быть использовано в ядерной энергетике. Известны термоэлектрохимические генераторы (ТЭХГ) с высокотемпературным нагревом, описанные в [1] и [2] ТЭХГ, как правило, содержит полости с натрием, находящимся в жидком или парообразном состоянии. Полости разделены мембраной, пропускающей только ионы натрия, что позволяет на стороне высокого давления собрать электроны ионизации натрия и через полезную нагрузку вернуть электроны натрию на стороне низкого давления. Низкое давление достигается снижением температуры охлаждением и конденсацией паров натрия. Жидкий натрий подается в зоны высокого давления насосом. К недостаткам известных конструкций можно отнести сравнительно большие габариты высоковольтных устройств и довольно высокие тепловые утечки при преобразовании химической и тепловой энергий в электрическую.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому является устройство описанное в [3] Известный термоэлектрический генератор состоит из герметичного корпуса, заполненного щелочным металлом мембраны из избирательно пористого материала, расположенной внутри корпуса и контактирующей одной стороной с пористым электродом, электрически связанным с изолированным от корпуса токовыводом, а другой стороной, контактирующей с капилярным фитилем, соединяющим мембрану со стенкой корпуса. Прототип тоже характеризуется значительными тепловыми утечками.

Перед авторами стояла задача создания устройства, лишенного указанных недостатков. Предлагается для достижения указанного результата в термоэлектрическом генераторе источник тепла расположить внутри герметичного корпуса и поджать его к мембране и капиллярному фитилю при помощи контактного элемента. Контактный элемент может быть выполнен из материала с памятью формы. Термоэлектрический генератор, может быть конструктивно выполнен в виде гирлянды последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов, расположенных в общем корпусе. Каждый из электрогенерирующих элементов состоит из последовательно контактирующих пористого электрода, пористой мембраны фитиля источника тепла и контактного элемента. Объем щелочного металла не должен превышать номинальную емкость фитилей, а корпус с внутренней стороны должен бить выполнен из несмачиваемого щелочным металлом материала.

Поджатие источника тепла, расположенного в герметичном корпусе к капиллярному фитилю, позволяет снизить температурный перепад. Выполнение контактного элемента из материала с памятью формы позволят улучшить тепловой контакт и стабилизировать характеристики генератора. Выполнение генератора многоэлементным позволяет поднять рабочее напряжение при малых мощностях и габаритах. Дозирование объема натрия и выполнение внутренней стенки из несмачиваемого материала позволяет избежать электрического замыкания соседних элементов потеками натрия на холодной стенке. Таким образом достигается указанный технический результат, На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, где 1-токовывод, 2 - сильфон, 3 -термоввод, 4 -верхний экран, 5 -корпус ТЭХГ, 6 -изоляция, 7 - капиллярный фитиль, 8-пористая мембрана, 9 -источник тепла, 10 -контактный элемент, 11 нижний теплоизолятор, 12 -пористый электрод.

Пористая мембрана 8 выполнена из твердого электролита (натрий-бэта-глинозем). Верхняя сторона мембраны имеет токосъемное покрытие. Контактный элемент 10 выполнен из материала с памятью формы.

Устройство работает следующим образом. Бароэлектрический генератор, оснащенный источником тепла, например, с делящимся веществом, помещается в ядерный реактор. Он может быть выполнен конструктивно как узел ядерного реактора. К генератору, оснащенному изотопным или химическим источником тепла, это требование не предъявляется. При достижении рабочей температуры (фитиль 7 за счет капиллярных сил подает щелочной металл (натрий) к нижней стороне избирательно пористой мембраны 8. При этом возникает перепад давления натрия на мембране. Ионы натрия пройдя через мембрану, отдают свой заряд пористому электроду 12, соединенному с токовыводом 1. Поскольку температура базового перехода материала с памятью формы, из которого изготовлен контактный элемент 10, находится немного ниже нижнего предела рабочих температур, то в рабочем состоянии источник тепла будет всегда поджат к фитилю и мембране.

Не трансформированное тепло снимается с корпуса генератора 5 либо теплоносителем ядерного реактора, либо при помощи специальных средств. При этом отсутствует необходимость подвода тепловой энергии к генератору извне.

Использование изобретения позволит повысить эффективность тормоэлектрохимического генератора, а также создать условия для получения высокого напряжения при малой мощности и малых габаритах.

Источники информации: 1. Патент Великобритании N 14614071, НКИ HIS.

2. Патент США N 4220692, НКИ 429-l04, 1980.

3. Патент США N 4857421, МКИ НО1М 10/39, НКИ 429/104, 1989.

Формула изобретения

1. Термоэлектрохимический генератор, содержащий источник тепла, герметичный корпус с щелочным металлом, изолированный от корпуса токовывод и расположенный внутри корпуса электрогенерирующий элемент, состоящий из последовательно контактирующих поверхностями пористого электрода, пористой мембраны из суперионного проводника и фитиля, причем электрод электрически связан с токовыводом, а фитиль контактирует со стенкой корпуса, отличающийся тем, что электрогенерирующий элемент дополнительно содержит прижимной контактный элемент, а источник тепла расположен между последним и фитилем.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент выполнен из материала с памятью формы.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит ряд последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что объем щелочного металла не превышает емкости фитилей.

РИСУНКИ

Рисунок 1