Электрохимический преобразователь



Электрохимический преобразователь
Электрохимический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2409879:

Сергеев Святослав Михайлович (RU)

Изобретение относится к электрохимическому преобразователю, предназначенному для превращения механической, тепловой или световой энергии в электричество с помощью обратимых электрохимических реакций, идущих на поверхности инертных электродов. Согласно изобретению устройство содержит заполненный хлором и хлороводородом сосуд (1) со средством (2) для механического или конвективно-теплового перемешивания, соединенный каналами (4, 5) с прижатым к электродам (7, 8) капиллярным носителем (6), пропитанным водным электролитом (9). Из-за перемешивания газов в сосуде (1) и расслоения в каналах (4, 5) в электролите возникает устойчивый градиент концентраций хлора и хлороводорода между анодом (7) и катодом (8), в результате чего появляется выходное напряжение. Техническим результатом является высокая эффективность преобразования механической, тепловой или световой энергии в электричество и дешевизна устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение предназначено для превращения механической, тепловой или световой энергии в электричество посредством электрохимических реакций. Может применяться в различных устройствах, потребляющих электрический ток.

Известно несколько способов получения электричества. Основным из них является использование электрических машин, вырабатывающих ток в результате взаимодействия проводников с магнитным полем. Также широко применяются первичные и вторичные химические источники тока, у которых при работе изменяются как электроды, так и электролит [1].

Электроды менее популярных топливных элементов инертны, но здесь требуется непрерывная подводка топлива и окислителя. В качестве топлива чаще всего используется водород. Из возможных окислителей в разное время были изучены кислород, перекись водорода, азотная кислота, бром и хлор [2]. Самым эффективным, как и следовало ожидать, оказался топливный элемент, использующий пару водород-хлор. Хотя методов компактного и безопасного хранения водорода и хлора пока не разработано, данный вариант до сих пор вызывает интерес [3, 4].

Наиболее близким к представленному ниже устройству можно считать топливный элемент, у которого имеются такие же конструктивные признаки, и присутствуют те же вещества, а именно нерастворимые электроды, водный электролит, хлор и хлористый водород [5].

Существенное отличие всех топливных элементов - подводка топлива и окислителя - не всегда является приемлемым. Кроме того, пока нет вариантов этого устройства, достойных массового производства.

Оказалось, что можно создать непрерывно работающий источник тока, имеющий некоторое сходство с топливным элементом, но вместо окислителя и топлива использующий механическую, тепловую или световую энергию.

Конструкция такого преобразователя представлена в разрезе на фиг.1. В заполненном смесью хлора и хлороводорода сосуде 1 имеется средство для перемешивания 2. Последнее может быть механическим или конвективным с источником тепла. В частности, возможен нагрев с помощью светового или теплового излучения, для проникновения которого у стенки есть прозрачный участок 3. Сосуд 1 имеет отверстия сверху и снизу, переходящие в газовые каналы 4 и 5 соответственно. Последние закрыты капиллярным носителем 6, прижатым в верхнем канале к аноду 7, а в нижнем - к катоду 8. Капиллярный носитель пропитан содержащим хлор и хлороводород водным электролитом, избыток которого находится в полости 9.

Устройство функционирует следующим образом. В точках контакта электролита с анодом и катодом протекает обратимая реакция:

В сосуде 1 хлор и хлороводород вследствие непрерывного перемешивания имеют неизменные парциальные давления по всему объему. Однако из-за разной плотности хлор в канале 4 опускается, а хлороводород в канале 5 поднимается к капиллярному носителю 6. Так как содержание растворенного в жидкости газа прямо пропорционально парциальному давлению, максимум концентрации хлора в электролите оказывается около анода, а хлороводорода - около катода. Это приводит в результате реакции (1) к появлению между анодом и катодом разности потенциалов, вычисляемой по формуле Нернста. В преобразованном для нашего случая виде, где напряжение Δφ получается в милливольтах, она выглядит так:

CA и CK соответствуют концентрациям обозначенных в скобках веществ в электролите около анода и катода соответственно. Поскольку вблизи анода больше хлора, а вблизи катода больше хлороводорода, поставляющего ионы хлора, то оба слагаемых в формуле (2) имеют положительные значения.

При подключении нагрузки реакция (1) на аноде протекает в сторону превращения нейтрального хлора в его отрицательные ионы. Получающийся хлороводород улетучивается в канал 4 и поднимается в сосуд 1. На катоде реакция (1) идет влево с образованием из ионов хлора нейтральных молекул, которые выделяются в форме газа в канал 5 и опускаются в сосуд 1.

Корпус опытной ячейки был выполнен из фторопласта. Для электродов использовался графит. Циркуляция газовой смеси осуществлялась с помощью железного стерженька в пластиковой оболочке, раскручиваемого внешними магнитами на вращающемся кронштейне (лабораторная магнитная мешалка).

На фиг.2 приведена экспериментальная нагрузочная характеристика - зависимость напряжения U(B) от плотности тока J (мА/см2) на поверхности электродов. В противовес скромному напряжению преобразователь выдает значительные плотности тока.

Тот факт, что в объекте изобретения отсутствуют явные энергетические потери, дает основание надеяться на высокую эффективность преобразования механической, тепловой или световой энергии в электричество. Кроме того, устройство отличается низкой стоимостью, поскольку не содержит редких или драгоценных материалов, и не требует дорогостоящих технологических процессов при изготовлении.

Источники информации

1. В.Р.Варламов. Современные источники питания. Справочник. 2-е изд., исп. и доп. - М.: ДМК Пресс, 2001 г.

2. В.Фильштих. Топливные элементы. Перевод с немецкого под ред. В.С.Багоцкого. - М., Мир, 1968 г.

3. Патент США №5041197 от 20.08.1991.

4. Патент РФ №2336606 от 08.05.2007.

5. Патент Великобритании №934145 от 29.09.1959.

1. Электрохимический преобразователь, включающий в себя инертные анод и катод в контакте с водным электролитом, способным соприкасаться с хлором и хлороводородом, отличающийся тем, что электролитом пропитан неэлектропроводный капиллярный носитель, примыкающий к аноду и катоду, и имеется средство для перемешивания газов, расположенное в содержащем хлор и хлороводород сосуде, верхнее отверстие которого соединено газовым каналом с участком капиллярного носителя, примыкающим к аноду, а нижнее - с участком капиллярного носителя, примыкающим к катоду.

2. Электрохимический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что средство для перемешивания газов имеет подвижные элементы.

3. Электрохимический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что средство для перемешивания газов имеет более высокую температуру, чем окружающие конструктивные элементы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к процессам или способам получения альтернативной энергии, в частности к процессам, известным как фотоэлектрохимические, посредством которых получают атомы водорода и кислорода посредством разделения молекулы воды, при котором генерируются атомы водорода и кислорода.

Изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую и может быть использовано в источниках тока, принцип действия которых основан на электронных процессах, протекающих в полупроводниковых катализаторах.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологическому термогенераторному оборудованию, и предназначено для питания постоянным электрическим током комплекса радиоэлектронной аппаратуры и средств автоматики и телемеханики газопроводов в непрерывном режиме функционирования.

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах (ТЭ) и может использоваться при проектировании автономных, резервных, транспортных энергоустановок, эксплуатируемых в полевых условиях.

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе (ТЭХГ). .

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 энергетике и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках

Изобретение относится к области судостроения

Изобретение относится к области получения электроэнергии на основе использования электрохимических реакций

Изобретение относится к энергетике, конкретно к барогальваническим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую

Изобретение относится к энергетике, конкретно к барогальваническим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую

Изобретение относится к энергетике, конкретно к барогальваническим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для прямого преобразования тепла сжигаемого биогаза в электричество постоянного тока с утилизацией тепла отводимых продуктов сгорания на отопление и горячее водоснабжение энергоавтономных усадебных домов

Изобретение относится к области электротехники, в частности к энергоустановкам для совместной выработки электроэнергии и теплоты, использующим углеводородное топливо и предназначенным для локальных потребителей. Установка содержит подсистему автотермической переработки топлива с нейтрализацией оксида углерода, подсистему выработки электроэнергии с контуром термостабилизации и батареей топливных элементов, подсистему воздухоснабжения, подсистему водоснабжения с емкостью для регенерированной воды, подсистему нейтрализации выхлопных газов и средства подготовки к запуску. Узлы смешивания, подогрева и реформинга реагентов в топливном процессоре выполнены в виде раздельных независимых блоков, контур термостабилизации выполнен изолированным от системы регенерации воды, увлажнитель воздуха включен в поток выходного воздушного потока, а подсистема подготовки к пуску снабжена дополнительными каналами подведения топлива и воздуха к подсистеме утилизации выхлопных газов, коммутируемыми трехходовыми клапанами. Установка оснащена системой автоматического управления. Повышение экономичности расхода топлива и надежности энергоустановки за счет повышения автономности подсистем и минимизации перекрестных связей между узлами является техническим результатом изобретения. 2 ил.

Термоэлектрический генератор, работающий от тепловой энергии сжигаемого газа, относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может использоваться в местах, удаленных от линий электропередачи для питания постоянным электрическим током комплекса радиоэлектронной аппаратуры и средств автоматики и телеметрии газопроводов (расход, давление, свойства газа и т.п.) в непрерывном режиме функционирования. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик термоэлектрического генератора, а это полная автономность, автоматизация регулирования температуры нагрева теплоприемника, повышенная надежность и большой срок службы генератора, регулируемое выходное постоянное напряжение в диапазоне 3÷12 В и возможность регулировать ток заряда аккумуляторной батареи благодаря резистору подстроечному в блоке реле. Термоэлектрический генератор, работающий от тепловой энергии сжигаемого газа, содержит четыре термоэлектрических модуля, радиаторы, теплоприемник с горелочным устройством. В состав термоэлектрического генератора также входит: блок управления, силовой блок, блок реле, два температурных датчика, газовый электромагнитный клапан, электрическая зажигалка. Работа генератора полностью автоматизирована (после его первого запуска) и отлаженно работает благодаря микроконтроллерному управлению. Изобретение обеспечивает бесперебойной работой газоредуцирующие объекты магистральных газопроводов и газовых сетей низкого давления (средства телемеханики, контрольно-измерительные приборы, освещение, охранно-пожарная сигнализация и т.д.). 9 ил.

Изобретение относится к области энергетики, предназначено для одновременного получения пресной воды, холода и электроэнергии. Достигаемые технические результаты - более высокая экономия потребляемой электроэнергии, вплоть до полной компенсации энергозатрат на собственные нужды установки, сопровождающаяся снижением количества выбросов токсичных и парниковых газов судовой энергетической установки, больший коэффициент полезного действия, а также возможность получать холод - получены путем совмещения процесса опреснения воды с получением холода и электроэнергии. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх