RU2446518C1 - Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas - Google Patents
Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446518C1 RU2446518C1 RU2010144329/07A RU2010144329A RU2446518C1 RU 2446518 C1 RU2446518 C1 RU 2446518C1 RU 2010144329/07 A RU2010144329/07 A RU 2010144329/07A RU 2010144329 A RU2010144329 A RU 2010144329A RU 2446518 C1 RU2446518 C1 RU 2446518C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- pressure
- low
- biogas
- electrolyte
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, конкретно к барогальваническим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую.The invention relates to energy, specifically to barogalvanicheskih generators for converting thermal energy into electrical energy.
Известны способы преобразования солнечной энергии в электроэнергию (Б.Андерсон, «Солнечная энергия (Основы строительного проектирования)», М.: Стройиздат, 1982 г.) [1].Known methods for converting solar energy into electricity (B. Anderson, "Solar energy (Fundamentals of building design)", Moscow: Stroyizdat, 1982) [1].
Известен способ и устройство прямого преобразования солнечной энергии в электричество с помощью барогальванического преобразователя (С.А.Сидорцев «О барогальваническом преобразователе солнечной энергии в электричество и тепло», ж. «Гелиотехника» №3, 1984 г.) [2].There is a method and device for the direct conversion of solar energy into electricity using a barogalvanic converter (S. A. Sidortsev "On the barogalan converter of solar energy into electricity and heat", J. "Heliotekhnika" No. 3, 1984) [2].
Способ прямого преобразования солнечного тепла в электричество [2] принят за прототип и обладает рядом перспективных достоинств, к которым следует отнести: высокую энергетическую эффективность, отсутствие движущихся частей, дешевое рабочее тело, малый удельный вес, поскольку в современных условиях электродный блок генератора может быть изготовлен с использованием новых наноматериалов (углеродных нанотрубок) и нанотехнологий.The method of direct conversion of solar heat into electricity [2] is adopted as a prototype and has a number of promising advantages, which include: high energy efficiency, the absence of moving parts, cheap working fluid, low specific gravity, since in modern conditions the generator’s electrode block can be made using new nanomaterials (carbon nanotubes) and nanotechnology.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения резервной электроэнергии из тепловой энергии солнца и/или сжигаемого биогаза.An object of the invention is to develop a method for producing backup electricity from the thermal energy of the sun and / or biogas burned.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения это: 1 - повышение удельной мощности прямого преобразования солнечного тепла в электричество; 2 - выработка одноразового наперед заданного количества киловатт-часов электроэнергии.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is: 1 - increasing the specific power of the direct conversion of solar heat into electricity; 2 - generation of a predetermined one-time specified number of kilowatt hours of electricity.
Для решения сформулированной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе [2] получения электроэнергии путем прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в барогальваническом генераторе, путем нагрева и перегрева рабочего тела в жидкой фазе в полости высокого давления, его ионизации на границе: электрод высокого давления - электролит, переноса ионов рабочего тела через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов рабочего тела на границе: электролит - электрод низкого давления и поступления рабочего тела в виде перегретого пара от электрода низкого давления в полость низкого давления, в полости высокого давления размещают наперед заданное по массе количество рабочего тела, а полость низкого давления сообщают с земной атмосферой вблизи поверхности Земли, в которую самопроизвольно выпускается перегретый пар низкого давления рабочего тела.To solve the stated problem with the achievement of the specified technical result in the known method [2] for generating electricity by directly converting heat into electric energy in a barogalvanic generator, by heating and overheating the working fluid in the liquid phase in the high-pressure cavity, its ionization at the boundary: high-pressure electrode - electrolyte, the transfer of ions of the working fluid through the electrolyte layer under the action of a gradient of the electrostatic field, the recombination of ions of the working fluid at the boundary: electrolyte - the low-pressure electrode and the influx of the working fluid in the form of superheated steam from the low-pressure electrode into the low-pressure cavity, the amount of the working medium, predetermined by mass, is placed in the high-pressure cavity, and the low-pressure cavity is communicated with the Earth’s atmosphere near the Earth’s surface, into which the superheated low pressure steam of the working fluid.
Указанные преимущества и особенности настоящего изобретения станут понятными при рассмотрении прилагаемых фигур.These advantages and features of the present invention will become apparent when considering the attached figures.
Фиг.1. Функциональная схема барогальванического электрогенератора, в котором реализуется предлагаемый способ получения электроэнергии: а) в начале работы генератора; б) в конце работы генератора.Figure 1. Functional diagram of a barogalvanic electric generator, which implements the proposed method for generating electricity: a) at the beginning of the generator; b) at the end of the generator.
Фиг.2. Изображение в T-S диаграмме (температура - энтропия): совокупность термодинамических процессов, характеризующих предлагаемый способ получения электроэнергии (сплошные линии) и термодинамический цикл способа-прототипа получения электроэнергии (пунктирные линии).Figure 2. Image in the T-S diagram (temperature - entropy): a set of thermodynamic processes characterizing the proposed method for generating electricity (solid lines) and the thermodynamic cycle of the prototype method for generating electricity (dashed lines).
Фиг.3. Расчетные значения напряжений (V) и удельной мощности (W) на клеммах барогальванического электрогенератора, работающего по предлагаемому способу (сплошные линии) и способу-прототипу (пунктирные линии).Figure 3. The calculated values of the voltages (V) and specific power (W) at the terminals of the barogalvanic electric generator operating according to the proposed method (solid lines) and the prototype method (dashed lines).
На фиг.1 изображено: 1 - токогенерирующая ячейка барогальванического электрогенератора; 2 - полость высокого давления перегретого жидкого рабочего тела (перегретого жидкого йода) с давлением P1=2,5 атм, температурой Т1=573 К, с максимальной массой рабочего тела Мр.т.=max и объемом полости 2 - V=const; 3 - полость низкого давления с температурой T1=573 К перегретого пара низкого давления рабочего тела и давлением Р2=2,5·10-5 атм (перегретый пар йода низкого давления); 4 - пористый электрод высокого давления; 5 - пористый (газодиффузионный) электрод низкого давления; 6 - электролит (например, йодистое серебро); 7 - дырчатая (перфорированная) стенка, ограничивающая полость низкого давления 3; 8 - самопроизвольное выпускание перегретого пара низкого давления Р2=2,5·10-5 атм (йода) с температурой Т1=573 К в атмосферу Земли в процессе выработки электроэнергии ячейкой 1; 9 - выходные электрические клеммы ячейки 1 электрогенератора; Q1 - подвод тепла солнечного излучения и/или сжигаемого биогаза к ячейке 1 электрогенератора.Figure 1 shows: 1 - current-generating cell of a barogalvanic electric generator; 2 - high-pressure cavity of an overheated liquid working fluid (superheated liquid iodine) with a pressure of P 1 = 2.5 atm, a temperature of T 1 = 573 K, with a maximum mass of the working fluid M r.t. = max and cavity volume 2 - V = const; 3 - a low-pressure cavity with a temperature T 1 = 573 K of superheated steam of low pressure of the working fluid and a pressure of P 2 = 2.5 · 10 -5 atm (superheated steam of low pressure iodine); 4 - porous high pressure electrode; 5 - porous (gas diffusion) electrode of low pressure; 6 - electrolyte (for example, silver iodide); 7 - hole (perforated) wall bounding the low-
На фиг.2 изображено: К - критическая точка; Х=1 - линия жидкого рабочего тела; (10-11-12-13-14) - совокупность термодинамических процессов, характеризующих предлагаемый способ получения электроэнергии: (10-11) - процесс нагрева твердого рабочего тела (кристаллического йода) от твердого состояния Ттв. до температуры плавления Тпл.=386,6 К с поглощением солнечного тепла Q2; (11-12) - процесс плавления твердого рабочего тела и переход его в жидкое состояние при температуре Тпл.=386,6 К с поглощением солнечного тепла Q3 - теплоты фазового перехода; (12-13) - процесс нагрева жидкого рабочего тела (йода) при постоянном давлении Р2=2,5 атм от температуры Тпл.=386,6 К до температуры, равной T1=573 К, - температуре перегрева жидкого йода с поглощением тепла Q4; (13-14) - процесс изотермической выработки электрической энергии в ячейке 1 при температуре T1=573 К с поглощением тепла Q5, при этом Q1=Q2+Q3+Q4+Q5; 13 - точка на T-S диаграмме, в которой рабочее тело находится в перегретом жидком состоянии с температурой Т1=573 К и давлением Р2=2,5 атм; 14 - точка на T-S диаграмме, в которой рабочее тело находится в виде перегретого пара низкого давления с температурой T1=573 К и давлением Р2=2,5-10-5 атм; (15-16-17-18-19-20-15) - термодинамический цикл на T-S диаграмме способа-прототипа получения электроэнергии: (15-16) - процесс нагрева твердого рабочего тела (йода) до температуры плавления; (16-17) - процесс плавления рабочего тела; (17-18) - процесс нагрева и перегрева жидкого рабочего тела; (18-19) - процесс изотермической выработки электроэнергии; (19-20) - процесс охлаждения перегретого пара рабочего тела; (20-15) процесс изотермического перехода от сухого пара до твердого состояния рабочего тела (кристаллического йода).Figure 2 shows: K is a critical point; X = 1 - line of the liquid working fluid; (10-11-12-13-14) - a set of thermodynamic processes that characterize the proposed method of generating electricity: (10-11) - the process of heating a solid working fluid (crystalline iodine) from a solid state T TV. to the melting temperature T pl. = 386.6 K with absorption of solar heat Q 2 ; (11-12) - the process of melting of a solid working fluid and its transition to a liquid state at a temperature T pl. = 386.6 K with the absorption of solar heat Q 3 - the heat of the phase transition; (12-13) - the process of heating a liquid working fluid (iodine) at a constant pressure of P 2 = 2.5 atm from the temperature T pl. = 386.6 K to a temperature equal to T 1 = 573 K, - the temperature of the superheat of liquid iodine with heat absorption Q 4 ; (13-14) - the process of isothermal generation of electrical energy in
Барогальванический электрогенератор работает по предлагаемому способу следующим образом.Barogalanic electric generator works by the proposed method as follows.
Тепловая энергия сконцентрированного солнечного излучения и/или сжигаемого биогаза Q1 поднимает температуру ячейки 1 до температуры T1=573 К, при которой находящееся в полости высокого давления 2 рабочее тело будет находиться в перегретом состоянии с давлением P1=2,5 атм и температурой T1=573 К.The thermal energy of concentrated solar radiation and / or biogas burned Q 1 raises the temperature of
Рабочий процесс токообразования в ячейке 1 состоит в ионизации жидкого йода высокого давления P1 в полости 2 по реакции на границе: электрод 4 - электролит 6, перетоке ионов через слой электролита 6 под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов йода на границе: электролит 6 - электрод 5 по реакции в полости 3.The working process of current formation in
Расширение жидкого йода через электродный блок, включающий электроды 4 и 5 и электролит 6, происходит изотермически с поглощением тепла Q5 (фиг.2, процесс (13-14)). Пар йода низкого давления Р2=2,5·10-5 атм (у прототипа Р2 соответствует давлению упругих паров над твердым йодом при температуре Т=300 К и составляет величину Р'2=2,5·10-4 атм (Дж.Кэй, Т.Лэби «Таблицы физических и химических постоянных», физ-мат. литература, М., 1962, с. 112) через отверстия 8 стенки 7 будет уходить в атмосферу вблизи поверхности Земли. В ней отсутствует йод, и поэтому в атмосфере Земли нет парциального давления пара йода - оно равно нулю. Давление воздуха порядка 1 атмосферы не будет препятствовать быстрому уходу перегретого пара йода от электрода 5 через отверстия 8 стенки 7 в воздушную окружающую среду вблизи поверхности Земли. Это давление Р2 будет ниже давления упругих паров йода над твердой фазой Р'2=2,5·10-4 атм. Поскольку в реальности давление Р2 неизвестно, то примем его Р2=2,5·10-5 атм, отличающееся от Р'2=2,5·10-4 атм в 10 раз в сторону уменьшения.The expansion of liquid iodine through the electrode block, including
Электродвижущая сила токогенерирующей ячейки 1 определится по формуле:The electromotive force of the current-generating
где ΔG - перепад термодинамического потенциала Гиббса - Дж/моль;where ΔG is the Gibbs thermodynamic potential drop - J / mol;
Z - валентность иона йода, переносчика заряда в системе Z=2;Z is the valency of the iodine ion, the charge carrier in the system Z = 2;
F - число Фарадея, 96500 Кл/моль ≈10-4 Кл/моль;F is the Faraday number, 96500 C / mol ≈10 -4 C / mol;
R - газовая постоянная, ;R is the gas constant ;
Р1=2,5 атм; Р2=2,5·10-5 атм; Тт.я.=Т1=573 К. Подставляя значения величин в формулу (1), получим напряжение на клеммах 9 ячейки 1 генератора:P 1 = 2.5 atm; P 2 = 2.5 · 10 -5 atm; T. i.e. = T 1 = 573 K. Substituting the values in the formula (1), we obtain the voltage at the
Удельная мощность на клеммах 9 ячейки 1 генератора определяется формулой:The power density at the
где J - плотность тока на электродах 4, 5, А/см2.where J is the current density at the
В качестве электролита примем йодистое серебро AgI с электропроводностью æэлектр≈0,1 1/Ом·см, и толщину электролита примем δ=0,1 см, тогда формула (3) примет вид:As an electrolyte, we take AgI iodide silver with a conductivity of æ electron ≈0.1 1 / Ohm · cm, and we take δ = 0.1 cm as the thickness of the electrolyte, then formula (3) takes the form:
На фиг.3 представлены расчетные значения напряжений на клеммах 9 одной ячейки и ее удельной мощности, рассчитанные по формулам (1 - 4) в зависимости от плотности тока на электродах 4, 5 ячейки 1. По формулам (1-4) были рассчитаны аналогичные значения напряжения V и удельной мощности W токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу (пунктирные линии).Figure 3 shows the calculated values of the voltages at the
Как видно из графика (фиг.3), при работе ячейки 1 генератора в режиме максимальной удельной мощности, составляющей Wген=0,108 Вт/см2 (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу Wпрот.=0,05 Вт/см2) напряжение на клеммах 9 ячейки 1 будет равно Vген.=0,33 В (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу - Vпрот.=0,225 В), при плотности тока Jген.=0,33 А/см2 (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу, Jпрот.=0,225 А/см2).As can be seen from the graph (figure 3), when the
Удельный расход рабочего тела-йода через электродный блок, включающий электроды 4, 5 и электролит 6, ячейки 1 однозначно задается законом Фарадея:The specific consumption of the working fluid-iodine through the electrode block, including
где g - удельный расход рабочего тела через электродный блок ячейки 1, г/сек;where g is the specific consumption of the working fluid through the electrode block of the
Iпол. - полный ток, вырабатываемый всей поверхностью электродов 4, 5, S4=S5;I floor - the total current generated by the entire surface of the
Sяч. - площадь электрода 4 или 5, S4=S5;S cell. - the area of the
А - атомный вес рабочего тела, йода, г/моль (для йода А=126,91 г/моль ≈ А=127 г/моль).A is the atomic weight of the working fluid, iodine, g / mol (for iodine, A = 126.91 g / mol ≈ A = 127 g / mol).
Примем для расчета удельного расхода:We take to calculate the specific consumption:
Sяч.=Sэлектрода 4,5=100 см2 S cell. = S electrode 4,5 = 100 cm 2
часовой расход рабочего тела будет равен:hourly flow rate of the working fluid will be equal to:
суточный расход рабочего тела будет равен:the daily consumption of the working fluid will be equal to:
масса заправки рабочим теплом Мр.т. полости 2 (фиг.1) будет равна:mass of filling with working heat M r.t. cavity 2 (figure 1) will be equal to:
где n - время в сутках работы электрогенератора.where n is the time in days of operation of the electric generator.
Таким образом, использование предлагаемого способа получения электрической энергии позволяет: повысить удельную мощность прямого преобразования тепла солнечного излучения и/или сжигаемого биогаза в электричество и обеспечить выработку резервного, одноразового, наперед заданного, количества киловатт-часов электроэнергии.Thus, the use of the proposed method for producing electric energy allows you to: increase the specific power of direct conversion of heat of solar radiation and / or biogas burned into electricity and ensure the generation of a reserve, one-time, predetermined amount of kilowatt-hours of electricity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144329/07A RU2446518C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144329/07A RU2446518C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2446518C1 true RU2446518C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46030997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010144329/07A RU2446518C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446518C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3458356A (en) * | 1966-05-02 | 1969-07-29 | Ford Motor Co | Thermo-electric generator |
RU2080528C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Barogalvanic converter |
RU2084056C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Baro-galvanic converter (version) and pump which is part of it |
-
2010
- 2010-10-29 RU RU2010144329/07A patent/RU2446518C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3458356A (en) * | 1966-05-02 | 1969-07-29 | Ford Motor Co | Thermo-electric generator |
RU2080528C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Barogalvanic converter |
RU2084056C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Baro-galvanic converter (version) and pump which is part of it |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nafchi et al. | Performance assessment of a solar hydrogen and electricity production plant using high temperature PEM electrolyzer and energy storage | |
Wu et al. | Microwave-treated graphite felt as the positive electrode for all-vanadium redox flow battery | |
Reed et al. | Performance of Nafion® N115, Nafion® NR-212, and Nafion® NR-211 in a 1 kW class all vanadium mixed acid redox flow battery | |
Khalilnejad et al. | A hybrid wind-PV system performance investigation for the purpose of maximum hydrogen production and storage using advanced alkaline electrolyzer | |
JP5723425B2 (en) | Alkali metal thermoelectric converter including heat exchanger | |
US9023495B2 (en) | Unit thermionic electric converter and thermoelectric converter system | |
Wang et al. | An efficient strategy exploiting the waste heat in a solid oxide fuel cell system | |
Eapen et al. | Low grade heat recovery for power generation through electrochemical route: Vanadium Redox Flow Battery, a case study | |
Yang et al. | Electrochemical impedance analysis of thermogalvanic cells | |
Li et al. | A numerical model for a thermally regenerative electrochemical cycled flow battery for low-temperature thermal energy harvesting | |
RU2446518C1 (en) | Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas | |
RU2446516C1 (en) | Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface | |
RU2446517C1 (en) | Method for obtaining electric energy from heat of atmosphere on venus surface | |
Tanaka | Concept design of solar thermal receiver using alkali metal thermal to electric converter (AMTEC) | |
Bae et al. | Thermobattery based on CNT coated carbon textile and thermoelectric electrolyte | |
Ying et al. | Modelling of the electricity generation from living plants | |
Wang et al. | Boosted energy harvesting in droplet electrochemical cell with non-equilibrium electrical double layer | |
RU2440539C1 (en) | Method to convert thermal energy of sun and/or biogas into electric energy | |
Mensah et al. | Stimulating green energy potential in Sub-Saharan Africa: An analysis of copper–copper sulphate thermogalvanic cell architecture | |
CN109192542A (en) | Supercapacitor stannic disulfide/graphite phase carbon nitride composite material and preparation method | |
Wang et al. | The effect of space charge neutralization on the parametric design of photon enhanced thermionic solar converters | |
Lodhi et al. | Effect of geometrical variations on AMTEC cell heat losses | |
KR101631553B1 (en) | An AMTEC cell housing and an AMTEC cell using the same | |
Kodama | Correct D2O Cold Fusion Reactor with Strong Alkaline Electrolyte | |
Amori et al. | Hydrogen production by hybrid photovoltaic thermal system |