IT201800007710A1

IT201800007710A1 - DEVICE FOR ENERGY CONVERSION, ENERGY CONVERSION SYSTEM AND RELATED ENERGY CONVERSION PROCEDURE

Info

Publication number: IT201800007710A1
Application number: IT102018000007710A
Authority: IT
Inventors: Gianluca Tumminelli; Gaetano Tuzzolino; Calogero Gattuso; Fabio Santoro; Marco Barbera; Alfonso Collura; Roberto Candia
Original assignee: Qohelet Solar Italia Spa; Universita' Degli Studi Di Palermo; Istituto Naz Di Astrofisica-Inaf
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-01-31

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:

“Dispositivo per la conversione di energia, sistema di conversione di energia e relativo procedimento di conversione di energia” "Energy conversion device, energy conversion system and related energy conversion procedure"

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

Campo dell'invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce ai dispositivi di conversione diretta di energia termica in energia elettrica. Più in dettaglio l'invenzione è stata sviluppata con riferimento a dispositivi di conversione di energia di tipo statico, quali ad esempio le c.d. celle AMTEC, acronimo di Alkali Metal Thermo Electric Converter (convertitori termoelettrici a metalli alcalini). The present invention relates to devices for direct conversion of thermal energy into electrical energy. More in detail, the invention has been developed with reference to static type energy conversion devices, such as for example the so-called AMTEC cells, acronym for Alkali Metal Thermo Electric Converter (thermoelectric converters to alkali metals).

Tecnica nota Known technique

Un convertitore termoelettrico di energia di tipo statico, quale una cella AMTEC, è configurato per la conversione statica dell'energia termica in energia elettrica. A static type thermoelectric energy converter, such as an AMTEC cell, is configured for static conversion of thermal energy into electrical energy.

In altre parole, il dispositivo non prevede organi mobili (quali giranti di turbine o stantuffi) per la trasformazione dell'energia. In other words, the device does not provide moving parts (such as turbine impellers or pistons) for the transformation of energy.

Una cella AMTEC di tipo noto comprende un lato di alta pressione, un lato di bassa pressione, un'interfaccia selettivamente permeabile costituita da un elettrolita solido, e include inoltre un evaporatore ed un condensatore che condizionano termicamente i lati di alta pressione e bassa pressione rispettivamente, l’uno mediante somministrazione di energia termica, l’altro mediante assorbimento di energia termica. A known type AMTEC cell comprises a high pressure side, a low pressure side, a selectively permeable interface consisting of a solid electrolyte, and also includes an evaporator and a condenser which thermally condition the high pressure and low pressure sides respectively , one by administering thermal energy, the other by absorbing thermal energy.

L'elettrolita solido costituisce un’interfaccia selettivamente permeabile ed è disposto fra un primo e un secondo elettrodo ai cui capi sono collegati un carico elettrico (tipicamente un utilizzatore che preleva l’energia elettrica convertita nel dispositivo) e un interruttore, quest’ultimo configurato per abilitare un collegamento elettrico fra i due elettrodi attraverso l’utilizzatore/carico elettrico) continuità elettrica tra di essi. The solid electrolyte constitutes a selectively permeable interface and is arranged between a first and a second electrode at the ends of which are connected an electrical load (typically a user who draws the electrical energy converted into the device) and a switch, the latter configured to enable an electrical connection between the two electrodes through the user / electrical load) electrical continuity between them.

L'ambiente di alta pressione di una cella AMTEC ospita un fluido di lavoro monofase (gassoso) costituito da un metallo alcalino quale sodio, litio, o potassio. The high-pressure environment of an AMTEC cell houses a single-phase (gaseous) working fluid consisting of an alkali metal such as sodium, lithium, or potassium.

Il lato di alta pressione è sottoposto a un condizionamento termico ad opera di una sorgente esterna, ad esempio la radiazione solare o un fluido termovettore. The high pressure side is subjected to thermal conditioning by an external source, for example solar radiation or a heat transfer fluid.

Le elevate temperature che si sviluppano all'interno del lato di alta pressione (l’aggettivo “alta” è usato in termini relativi rispetto al lato a bassa temperatura) addensano il fluido di lavoro in fase vapore verso l'interfaccia selettivamente permeabile, in corrispondenza della quale ha luogo la ionizzazione degli atomi neutri del metallo alcalino. Contestualmente, gli elettroni liberati con la ionizzazione si addensano sull’anodo, ossia sull’elettrodo all'interfaccia fra l'ambiente di alta pressione e l'interfaccia selettivamente permeabile (elettrolita solido). The high temperatures that develop inside the high pressure side (the adjective "high" is used in relative terms with respect to the low temperature side) thickens the working fluid in the vapor phase towards the selectively permeable interface, corresponding to of which the ionization of the neutral atoms of the alkali metal takes place. At the same time, the electrons released with ionization thicken on the anode, ie on the electrode at the interface between the high pressure environment and the selectively permeable interface (solid electrolyte).

Questo processo è possibile grazie all'elevata differenza di pressione (ovvero di vuoto) tra il lato caldo (anodo) e il lato freddo (catodo) e all'impermeabilità dell'elettrolita solido sia agli atomi neutri, sia agli elettroni. L’elettrolita solido è infatti pervio solo rispetto agli ioni (cationi) metallici. This process is possible thanks to the high pressure difference (i.e. vacuum) between the hot side (anode) and the cold side (cathode) and to the impermeability of the solid electrolyte to both neutral atoms and electrons. The solid electrolyte is in fact patent only with respect to metal ions (cations).

Questa caratteristica lascia al metallo in fase vapore un'unica possibilità per l’espansione, ossia mediante la ionizzazione dei propri atomi neutri, con produzione di cationi alcalini che migrano attraverso l'elettrolita solido, ed elettroni liberi. This feature leaves the metal in the vapor phase with a single possibility for expansion, that is, through the ionization of its neutral atoms, with the production of alkaline cations that migrate through the solid electrolyte, and free electrons.

I cationi alcalini, spinti della differenza di pressione, attraversano l'interfaccia selettivamente permeabile accumulandosi in corrispondenza dell’interfaccia con il lato a bassa pressione (ossia all’interfaccia con il catodo), mentre gli elettroni impossibilitati a trasferirsi dall’anodo al catodo si accumulano nel lato ad alta pressione. The alkaline cations, pushed by the pressure difference, cross the selectively permeable interface accumulating at the interface with the low pressure side (i.e. at the interface with the cathode), while the electrons unable to transfer from the anode to the cathode accumulate on the high pressure side.

Tale processo di carica continua fino a quando la quantità di elettroni nel lato di alta pressione sarà tale da determinare una differenza di potenziale che impedisce l'ulteriore flusso di ioni metallici stabilendo un equilibrio. This charging process continues until the amount of electrons in the high pressure side is such as to determine a potential difference that prevents the further flow of metal ions by establishing an equilibrium.

Chiudendo il circuito esterno, ossia abilitando la comunicazione fra l'anodo ed il catodo è possibile abilitare il transito degli elettroni liberi con conversione di energia elettrica ai capi degli elettrodi. Il transito degli elettroni liberi dall’anodo al catodo da luogo altresì a una ricombinazione di essi con gli ioni metallici che sono transitati attraverso l’elettrolita solido, e creando quindi metallo in fase vapore nell’ambiente di bassa pressione. Questo è quindi raffreddato dal condensatore, ritornando allo stato liquido. By closing the external circuit, ie by enabling the communication between the anode and the cathode, it is possible to enable the transit of free electrons with conversion of electrical energy across the electrodes. The transit of free electrons from the anode to the cathode also gives rise to a recombination of them with the metal ions that have passed through the solid electrolyte, and thus creating metal in the vapor phase in the low pressure environment. This is then cooled by the condenser, returning to the liquid state.

Al fine di assicurare il funzionamento in continuo di una cella AMTEC con valori di tensione agli elettrodi costante è necessario predisporre un circuito di ricircolo fra il condensatore e l'evaporatore. Nel circuito di ricircolo è installata una pompa di ricircolo (naturale, ossia gravimetrica, o meccanica-idraulica) che veicola il metallo liquido condensato verso il lato ad alta pressione. In order to ensure the continuous operation of an AMTEC cell with constant voltage values at the electrodes, it is necessary to prepare a recirculation circuit between the condenser and the evaporator. A recirculation pump (natural, i.e. gravimetric, or mechanical-hydraulic) is installed in the recirculation circuit which conveys the condensed liquid metal towards the high pressure side.

La pompa di ricircolo ha la funzione di reintegrare nel lato ad alta pressione le moli di fluido di lavoro “consumate” attraverso l’interfaccia selettivamente permeabile, ossia le moli di fluido di lavoro che sono transitate verso il lato di bassa pressione per ionizzazione del fluido di lavoro e successiva ricombinazione con gli elettroni. The recirculation pump has the function of reintegrating in the high pressure side the moles of working fluid "consumed" through the selectively permeable interface, that is, the moles of working fluid that have passed to the low pressure side by ionization of the fluid of work and subsequent recombination with electrons.

Se così non fosse, la pressione del fluido di lavoro gassoso nel lato ad alta pressione risulterebbe incontrollabile con il solo condizionamento termico di esso, in quanto per un fluido di lavoro gassoso – in base alle equazioni di stato dei gas - la pressione è funzione sia della temperatura assoluta, sia del numero di moli. Ciò vale sia qualora il modello sfrutti l’equazione di stato dei gas ideali (1), (2), sia nel caso in cui si utilizzino relazioni più complesse quali l’equazione di Van Der Waals. If this were not the case, the pressure of the gaseous working fluid in the high pressure side would be uncontrollable with only its thermal conditioning, since for a gaseous working fluid - according to the gas state equations - the pressure is a function of both absolute temperature and the number of moles. This applies both if the model exploits the equation of state of ideal gases (1), (2), and in the case in which more complex relationships are used such as the Van Der Waals equation.

pV = nRT (1) pV = nRT (1)

p = nRT/V (2) con p = pressione; V = volume del gas; n = numero di moli del gas; R = costante gas ideali; T = temperatura assoluta. p = nRT / V (2) with p = pressure; V = volume of the gas; n = number of moles of the gas; R = ideal gas constant; T = absolute temperature.

Allo stesso modo la pressione del fluido di lavoro gassoso nel lato a bassa pressione salirebbe a causa dell’aumento del numero di moli (1) e (2), e anche essa risulterebbe non controllabile. La tensione elettrica generata agli elettrodi a circuito aperto, Eo, secondo la legge di Nernst Similarly, the pressure of the gaseous working fluid in the low pressure side would rise due to the increase in the number of moles (1) and (2), and it too would be uncontrollable. The electrical voltage generated at the open circuit electrodes, Eo, according to Nernst's law

Eo = RT/zF ln(Pa/Pc) (3) Eo = RT / zF ln (Pa / Pc) (3)

con Pa pressione anodica, Pc Pressione Catodica, R costante dei Gas, F costante di Faraday, z valenza del metallo, T temperatura della elettrolita, dipende dal logaritmo del rapporto di pressione. with Pa anode pressure, Pc Cathodic pressure, R constant for Gases, F Faraday constant, z valence of the metal, T temperature of the electrolyte, depends on the logarithm of the pressure ratio.

In assenza di un sistema di rigenerazione della cella, tale rapporto tenderebbe all’unità (ossia a 1) col passare del tempo e conseguentemente la tensione generata a zero, a causa del progressivo esaurimento della cella. In the absence of a cell regeneration system, this ratio would tend to unity (ie 1) over time and consequently the voltage generated to zero, due to the progressive depletion of the cell.

Dunque, soltanto se il numero di moli gassose dinamicamente permanenti nel lato di alta pressione e in quello a bassa pressione è mediamente costante nel tempo diviene possibile stabilire una corrispondenza biunivoca fra la temperatura di condizionamento del lato di alta pressione e la pressione che insiste all’interno di esso e, similmente, del lato a bassa pressione e la pressione che insiste all’interno di esso. Therefore, only if the number of dynamically permanent gaseous moles on the high pressure side and on the low pressure side is on average constant over time, does it become possible to establish a one-to-one correspondence between the conditioning temperature of the high pressure side and the pressure that insists on inside of it and, likewise, of the low pressure side and the pressure that insists inside it.

Diversamente, la pressione varierebbe in funzione del consumo di moli gassose, diminuendo nel tempo ed esitando quindi in valori di tensione fra gli elettrodi non costanti, in particolare decrescenti, nel tempo. Otherwise, the pressure would vary according to the consumption of gaseous moles, decreasing over time and therefore resulting in non-constant voltage values between the electrodes, in particular decreasing over time.

Si tenga presente infatti che il rateo di ionizzazione del metallo gassoso dipende strettamente dalla pressione, in quanto – come detto - la ionizzazione che interessa gli atomi neutri di metallo è la conseguenza dell’espansione del gas attraverso l’elettrolita solido per effetto della differenza di pressione fra i due lati dell’elettrolita stesso. In fact, it should be borne in mind that the ionization rate of the gaseous metal strictly depends on the pressure, since - as mentioned - the ionization that affects the neutral metal atoms is the consequence of the expansion of the gas through the solid electrolyte due to the difference in pressure between the two sides of the electrolyte itself.

Agli indubbi vantaggi di una cella AMTEC, ossia: To the undoubted advantages of an AMTEC cell, namely:

- conversione diretta di energia termica in energia elettrica senza parti in movimento, - direct conversion of thermal energy into electrical energy without moving parts,

- assenza di materia al di fuori dell'involucro della cella, - absence of matter outside the cell envelope,

- valori di temperatura delle pareti della sezione calda e fredda sufficienti per permettere cascami termici di altri processi, ad esempio per il condizionamento di uno o più fluidi termovettori che lambiscono la cella, - temperature values of the walls of the hot and cold section sufficient to allow thermal waste from other processes, for example for the conditioning of one or more heat transfer fluids that lap the cell,

fanno da contrappunto diversi problemi tecnici che sono suscettibili di limitarne l'impiego operativo. Nel novero di tali problemi compaiono: counterpoint various technical problems that are likely to limit its operational use. Among these problems appear:

- il degrado dell'elettrolita solido che realizza l'interfaccia selettivamente permeabile con conseguente diminuzione del rendimento dovuto all’utilizzo di metalli alcalini aggressivi sia per elettrodi e le membrane, che per involucro di cella, - the degradation of the solid electrolyte that creates the selectively permeable interface with a consequent decrease in performance due to the use of aggressive alkali metals both for electrodes and membranes, and for the cell envelope,

- problemi di sicurezza, dovuti all'utilizzo di soluzioni di metalli alcalini che sono fortemente corrosive oltre certe concentrazioni di soglia, - safety problems, due to the use of alkali metal solutions which are highly corrosive beyond certain threshold concentrations,

- i costi di produzione delle celle che attualmente sono stimabili in € 4000-10000 per kW di potenza elettrica, - scarsa potenza elettrica specifica per unità di peso, attualmente pari a 16 W/Kg. - the production costs of the cells which are currently estimated at € 4000-10000 per kW of electrical power, - low specific electrical power per unit of weight, currently equal to 16 W / Kg.

Tuttavia, è proprio la presenza di un circuito di ricircolo a costituire un problema tecnico soverchio rispetto agli altri. Il circuito di ricircolo, e in particolare la pompa di ricircolo, è per definizione un componente vulnerabile nell’economia generale della cella AMTEC, in quanto è l’unico componente (nel caso di pompa meccanica idraulica) dotato di parti mobili e soggetto per conseguenza a guasti per usura e/o malfunzionamenti delle parti mobili stesse, mentre per le pompe gravimetriche condiziona la posizione della cella che deve restare immobile, ovvero mantenere un angolo costante tra l’asse verticale e la direzione dell’accelerazione di gravità. However, it is precisely the presence of a recirculation circuit that constitutes an overwhelming technical problem compared to the others. The recirculation circuit, and in particular the recirculation pump, is by definition a vulnerable component in the general economy of the AMTEC cell, as it is the only component (in the case of a hydraulic mechanical pump) equipped with moving parts and consequently subject to failures due to wear and / or malfunctions of the moving parts themselves, while for gravimetric pumps it affects the position of the cell which must remain immobile, i.e. maintain a constant angle between the vertical axis and the direction of acceleration due to gravity.

Questo limita fortemente l’impiego delle celle AMTEC in ambienti ostili, per i quali si richiede affidabilità pressoché assoluta (si pensi ad esempio alle applicazioni spaziali). This severely limits the use of AMTEC cells in hostile environments, for which almost absolute reliability is required (think for example of space applications).

Nemmeno gli effetti di questo problema tecnico possono dirsi mitigati dalle celle AMTEC note in cui il ricircolo avviene per gravità. In questo tipo di celle AMTEC l’assetto della cella è pressoché immodificabile se si vuole assicurare una portata di ricircolo costante, per cui la cella non può essere utilizzata in tutto il novero di applicazioni in cui essa si trovi su un sistema in movimento con assetto variabile. Not even the effects of this technical problem can be said to be mitigated by known AMTEC cells in which recirculation occurs by gravity. In this type of AMTEC cells the cell structure is practically unchangeable if a constant recirculation flow rate is to be ensured, so the cell cannot be used in all the applications in which it is on a moving system with structure. variable.

Scopo dell'invenzione Purpose of the invention

Lo scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi tecnici precedentemente menzionati. The object of the present invention is to solve the aforementioned technical problems.

In particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo termoelettrico di conversione di energia in cui sia possibile controllare la pressione all’interno dell’ambiente di alta e bassa pressione indipendentemente dal numero di moli di fluido di lavoro gassoso. In particular, the purpose of the present invention is to provide a thermoelectric energy conversion device in which it is possible to control the pressure inside the high and low pressure environment regardless of the number of moles of gaseous working fluid.

Sintesi dell'invenzione Summary of the invention

Lo scopo della presente invenzione è raggiunto da un dispositivo di conversione di energia, da un sistema e da un procedimento in base a una o più delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell'insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all'invenzione. The object of the present invention is achieved by an energy conversion device, a system and a method according to one or more of the following claims, which form an integral part of the technical teaching given herein in relation to the invention.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

L'invenzione sarà ora descritta con riferimento alle figure annesse, provviste a puro titolo di esempio non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached figures, provided purely by way of non-limiting example, in which:

- la figura 1 è una vista prospettica di un dispositivo di conversione di energia in base ad una forma di esecuzione dell'invenzione, Figure 1 is a perspective view of an energy conversion device according to an embodiment of the invention,

- la figura 2 è una vista prospettica esplosa del dispositivo di figura 1, figure 2 is an exploded perspective view of the device of figure 1,

- la figura 3 è una vista in sezione del dispositivo di figura 1, - figure 3 is a sectional view of the device of figure 1,

- la figura 4 è una vista prospettica individuale di un sottoassieme del dispositivo di figura 1, Figure 4 is an individual perspective view of a subassembly of the device of Figure 1,

- la figura 5 è una vista prospettica di una componente del dispositivo di figura 1, figure 5 is a perspective view of a component of the device of figure 1,

- la figura 6 è una vista in sezione longitudinale del componente di figura 5, - figure 6 is a longitudinal section view of the component of figure 5,

- la figura 7 è una vista ingrandita del dettaglio indicato dalla freccia VII in figura 6, - figure 7 is an enlarged view of the detail indicated by arrow VII in figure 6,

- la figura 8 è una vista prospettica di un elettrodo del dispositivo di figura 1, figure 8 is a perspective view of an electrode of the device of figure 1,

- le figure 9 e 10 illustrano schematicamente due modalità di collegamento elettrico fra dispositivi di generazione di energia in base all'invenzione, - Figures 9 and 10 schematically illustrate two ways of electrical connection between energy generation devices according to the invention,

- le figure 11 e 12 illustrano uno schema elettrico equivalente di varie connessioni elettriche di dispositivi in base all'invenzione, - figures 11 and 12 illustrate an equivalent electrical diagram of various electrical connections of devices according to the invention,

- la figura 11A illustra uno schema circuitale del dispositivo di conversione in base all’invenzione, - Figure 11A illustrates a circuit diagram of the conversion device according to the invention,

- le figure 11B, 11C illustrano curve di caratterizzazione di dispositivi in base all’invenzione impieganti diversi fluidi di lavoro, mentre la figure 11D illustra uno schema elettrico di maggio dettaglio corrispondente agli schemi della figura 11, - Figures 11B, 11C illustrate the characterization curves of devices based on the invention using different working fluids, while Figure 11D illustrates an electrical diagram of greater detail corresponding to the diagrams of Figure 11,

- la figura 13 illustra un sistema di conversione di energia in base ad una forma di esecuzione dell'invenzione, - la figura 14 è una vista prospettica ingrandita del dettaglio indicato dalla freccia XIV in figura 13, e Figure 13 illustrates an energy conversion system based on an embodiment of the invention, Figure 14 is an enlarged perspective view of the detail indicated by arrow XIV in Figure 13, and

- la figura 15 è una rappresentazione schematica di un ulteriore sistema di conversione in base all'invenzione. Figure 15 is a schematic representation of a further conversion system according to the invention.

Descrizione particolareggiata Detailed description

Con riferimento alla figura 1, il numero di riferimento 1 designa nel complesso una forma d'esecuzione preferita di un dispositivo di conversione di energia in base all'invenzione. With reference to Figure 1, the reference numeral 1 generally designates a preferred embodiment of an energy conversion device according to the invention.

Con riferimento alle figure 1 a 3, il dispositivo di conversione 1 comprende una prima riserva 2 avente un primo volume V2 per un fluido di lavoro e una seconda riserva 4 avente un volume V4 per il fluido di lavoro. Le riserve 2 e 4 sono fissate da parti opposte di una piastra separatrice 6. In particolare, le riserve 2, 4 sono assicurate in posizione mediante staffe a C che impegnano flange F2, F4 delle riserve 2, 4 rispettivamente. With reference to Figures 1 to 3, the conversion device 1 comprises a first reserve 2 having a first volume V2 for a working fluid and a second reserve 4 having a volume V4 for the working fluid. The reserves 2 and 4 are fixed on opposite sides of a separating plate 6. In particular, the reserves 2, 4 are secured in position by means of C-brackets which engage flanges F2, F4 of the reserves 2, 4 respectively.

Il dispositivo di conversione 1 comprende almeno un’interfaccia selettivamente permeabile 8 che separa i volumi V2 e V4. The conversion device 1 comprises at least one selectively permeable interface 8 which separates the volumes V2 and V4.

Con riferimento alle figure 2 a 7, ciascuna interfaccia selettivamente permeabile 8 è realizzata come un corpo tubolare cilindrico avente asse longitudinale X8, una prima estremità aperta 10 ed una seconda estremità chiusa 12. La realizzazione dell’interfaccia selettivamente permeabile 8 come corpo tubolare aumenta notevolmente l'area efficace dell'interfaccia stessa. With reference to Figures 2 to 7, each selectively permeable interface 8 is made as a cylindrical tubular body having longitudinal axis X8, a first open end 10 and a second closed end 12. The realization of the selectively permeable interface 8 as a tubular body increases considerably the effective area of the interface itself.

Il corpo tubolare comprende una prima porzione 8A si estende dall’estremità 10 all’estremità 12 e che è costituito da un elettrolita solido (ȕ-allumina drogata con cationi del metallo fluido di lavoro), e una seconda porzione 8B saldata con giunzione metallo-ceramica J (ad esempio realizzata per brasatura a vuoto) alla prima porzione 8A. La porzione 8B è realizzata preferibilmente dello stesso metallo di cui è costituita la piastra 6 ed è configurata sostanzialmente come un manicotto che cinge la porzione 8A in corrispondenza dell’estremità 10 per una lunghezza assiale L1. The tubular body comprises a first portion 8A extending from the end 10 to the end 12 and which is constituted by a solid electrolyte (ȕ-alumina doped with cations of the working fluid metal), and a second portion 8B welded with metal junction. ceramic J (for example made by vacuum brazing) to the first portion 8A. The portion 8B is preferably made of the same metal of which the plate 6 is made and is substantially configured as a sleeve that surrounds the portion 8A at the end 10 for an axial length L1.

I corpi tubolari realizzanti le interfacce 8 sono portati e saldati alla piastra 6 e saldati ad essa, e in particolare le porzioni 8B sono calzate in una disposizione di fori passanti realizzata sulla piastra 6 e saldate ad essa. La disposizione qui illustrata è del tipo a quinconcia, ma sono naturalmente possibili disposizioni alternative in funzione delle esigenze. The tubular bodies forming the interfaces 8 are carried and welded to the plate 6 and welded to it, and in particular the portions 8B are fitted in an arrangement of through holes made on the plate 6 and welded to it. The arrangement illustrated here is of the quinctot type, but alternative arrangements are of course possible according to requirements.

Ciascuna interfaccia selettivamente permeabile 8 è realizzata con un elettrolita solido, preferibilmente ȕallumina drogata con cationi del metallo scelto come fluido di lavoro, ed è pertanto pervia solo rispetto agli ioni metallici del fluido di lavoro scelto in fase vapore. L’interfaccia 8 è invece impermeabile/impervia agli atomi neutri del fluido di lavoro metallico in fase vapore e agli elettroni liberi (trattandosi di un isolante elettrico). Each selectively permeable interface 8 is made with a solid electrolyte, preferably alumina doped with cations of the metal selected as the working fluid, and is therefore only permeable with respect to the metal ions of the working fluid selected in the vapor phase. The interface 8 is instead impermeable / impervious to the neutral atoms of the metallic working fluid in the vapor phase and to free electrons (being an electrical insulator).

Al corpo tubolare dell'interfaccia 8 sono accoppiati un primo elettrodo 14 esposto al volume V2 ed un secondo elettrodo 16 esposto al volume V4. Ciascun complesso comprendente un elettrodo 14, un elettrodo 16, e la relativa interfaccia 8 definisce un’unità di conversione di energia del dispositivo 1. A first electrode 14 exposed to volume V2 and a second electrode 16 exposed to volume V4 are coupled to the tubular body of the interface 8. Each assembly comprising an electrode 14, an electrode 16, and the relative interface 8 defines an energy conversion unit of the device 1.

Il primo elettrodo 14 è disposto a contatto con il corpo tubolare dell'interfaccia 8 all'interno di esso, mentre l’elettrodo 16 è disposto a contatto con il corpo tubolare dell'interfaccia 8 all'esterno di esso. The first electrode 14 is arranged in contact with the tubular body of the interface 8 inside it, while the electrode 16 is arranged in contact with the tubular body of the interface 8 outside it.

A riguardo, ciascuno degli elettrodi 14, 16 è realizzato come un elemento tubolare, ma a differenza dell’interfaccia 8 ciascun elettrodo ha entrambe le estremità aperte. In this regard, each of the electrodes 14, 16 is made as a tubular element, but unlike the interface 8 each electrode has both ends open.

Ciascuno degli elettrodi 14, 16 ha struttura porosa o altrimenti aperturata. A titolo esemplificativo, la struttura dell'elettrodo 16 è visibile sia in figura 5, sia in figura 8, ove è illustrato il reticolo di aperture passanti che punteggia la superficie dell'elettrodo stesso. Each of the electrodes 14, 16 has a porous or otherwise open structure. By way of example, the structure of the electrode 16 is visible both in figure 5 and in figure 8, where the grating of through openings that punctuates the surface of the electrode is illustrated.

Si osservi, con particolare riferimento alla figura 3, che in una forma di esecuzione preferita i corpi tubolari cilindrici 8 sono affacciati in parte maggioritaria entro il volume V4, ove risiedono tutte le estremità cieche 12 e gli elettrodi 14, 16. Tuttavia, una parte del corpo tubolare 8 in corrispondenza dell’estremità 10 sporge entro il volume 2 per ragioni che diverranno evidenti nella descrizione che segue. It should be noted, with particular reference to Figure 3, that in a preferred embodiment the cylindrical tubular bodies 8 face mostly within the volume V4, where all the blind ends 12 and the electrodes 14, 16 reside. of the tubular body 8 at the end 10 protrudes into the volume 2 for reasons which will become evident in the following description.

Con riferimento alla figura 7, l'elettrodo 14 è integrale con un terminale ricurvo 18 che costituisce l'interfaccia esterna dell'elettrodo 14. Il terminale ricurvo si estende radialmente verso l’asse X8, compie una prima curva riallineandosi all’asse X8, quindi una seconda curva che lo riallinea alla direzione radiale avviandolo attraverso la parete del corpo tubolare dell’interfaccia 8. A tale riguardo, il terminale elettrico (morsetto) 18 è elettricamente isolato dall'interfaccia 8 mediante l'interposizione di una boccola isolante 20 (c.d. feedthrough), sostanzialmente al fine di evitare la creazione di un diverso percorso conduttivo con corto circuito elettrico della cella. Il feed-through in sostanza mantiene la tenuta meccanica (differenza di pressione) permettendo ad un conduttore elettrico di essere in contatto con l’elettrodo 14, pur rimanendo isolato elettricamente dall’elettrodo 16 e dal terminale elettrico 22. With reference to Figure 7, the electrode 14 is integral with a curved terminal 18 which constitutes the external interface of the electrode 14. The curved terminal extends radially towards the X8 axis, makes a first curve realigning itself to the X8 axis, then a second curve that realigns it to the radial direction starting it through the wall of the tubular body of the interface 8. In this regard, the electrical terminal (clamp) 18 is electrically isolated from the interface 8 by means of the interposition of an insulating bushing 20 ( so-called feedthrough), basically in order to avoid the creation of a different conductive path with electrical short circuit of the cell. The feed-through essentially maintains the mechanical seal (pressure difference) allowing an electrical conductor to be in contact with the electrode 14, while remaining electrically isolated from the electrode 16 and from the electrical terminal 22.

L'elettrodo 16 è invece provvisto di un terminale 22 disposto direttamente sulla superficie esterna di esso e anch'esso costituente l'interfaccia con l'esterno dell'elettrodo 16 stesso. The electrode 16, on the other hand, is provided with a terminal 22 arranged directly on the external surface thereof and also constituting the interface with the outside of the electrode 16 itself.

Come visibile dalle figure 6 e 7, l'elettrodo 14 è esposto al volume V2 tramite la bocca 10 del corpo tubolare dell'interfaccia 8, mentre l'elettrodo 16 è esposto al volume V4. L’estremità chiusa 12 e la parete del corpo tubolare 8 schermano gli elettrodi 14, 16 l’uno rispetto all’altro. As can be seen from Figures 6 and 7, the electrode 14 is exposed to the volume V2 through the mouth 10 of the tubular body of the interface 8, while the electrode 16 is exposed to the volume V4. The closed end 12 and the wall of the tubular body 8 shield the electrodes 14, 16 from each other.

Con riferimento alla figura 4 ed alle figure 9 a 12, la predisposizione dei terminali 18 e 22 consente di realizzare qualsivoglia collegamento elettrico fra le unità di conversione di energia interne al singolocella dispositivo di conversione 1 per erogare i valori di tensione e densità di corrente desiderati ai capi di ogni dispositivo 1. With reference to Figure 4 and Figures 9 to 12, the arrangement of the terminals 18 and 22 allows any electrical connection to be made between the energy conversion units inside the single conversion device 1 to deliver the desired voltage and current density values. at the ends of each device 1.

In particolare, disponendo i terminali 18, 22 a una distanza assiale sufficiente lungo lo sviluppo longitudinale delle unità di conversione è possibile realizzare due reti di collegamento elettrico separato N14 ed N16 fra elettrodi omologhi delle varie unità di conversione, ove la rete N14 collega elettricamente gli elettrodi 14, mentre la rete N16 collega elettricamente gli elettrodi 16. In particular, by arranging the terminals 18, 22 at a sufficient axial distance along the longitudinal extension of the conversion units, it is possible to create two separate electrical connection networks N14 and N16 between homologous electrodes of the various conversion units, where the N14 network electrically connects the electrodes 14, while the N16 network electrically connects the electrodes 16.

In tal modo possono essere realizzati collegamenti in serie, in parallelo, o ancora collegamenti misti serieparallelo fra le unità di conversione. In this way it is possible to make connections in series, in parallel, or even mixed series-parallel connections between the conversion units.

Gli stessi dispositivi 1 possono essere oggetto di collegamento elettrico secondo qualsivoglia modalità, in funzione delle esigenze, per erogare valori di potenza desiderata alla tensione e alla corrente operative. Alcuni esempi di collegamento elettrico sono oggetto delle figure 9 a 12. The same devices 1 can be electrically connected in any way, according to requirements, to deliver desired power values at the operating voltage and current. Some examples of electrical connection are the subject of figures 9 to 12.

La figura 9 è esemplificativa di un collegamento in serie di quattro dispositivi di conversione 1, mentre la figura 10 è esemplificativa di un collegamento in parallelo dei medesimi quattro dispositivi. Figure 9 is an example of a series connection of four conversion devices 1, while Figure 10 is an example of a parallel connection of the same four devices.

Quale che sia la modalità di collegamento, l'unità del circuito è rappresentata dal dispositivo di trattamento 1 schematizzato e in figura 9A. Ai capi del circuito elettrico sono collegati in serie un interruttore SW e un carico elettrico LD – quest’ultimo rappresentativo di un’utenza elettrica (o un inverter per la conversione della corrente continua in corrente alternata, collegato a sua volta alla rete elettrica e che com’è noto viene percepito dal sistema serie-parallelo di celle, come un carico elettrico esterno) che assorbe l’energia elettrica convertita dai dispositivi 1 - attraverso il quale transita una densità di corrente totale di sistema itot. Whatever the connection modality, the circuit unit is represented by the treatment device 1 schematized and in Figure 9A. At the ends of the electric circuit, a SW switch and an electric load LD are connected in series - the latter representative of an electrical user (or an inverter for converting direct current into alternating current, connected in turn to the electricity grid and which as is known it is perceived by the series-parallel system of cells, as an external electrical load) which absorbs the electrical energy converted by the devices 1 - through which a total current density of the itot system passes.

Dagli schemi delle figure 9 e 10 sono visibili due parametri notevoli del circuito delle rispettive figure, ossia una tensione totale ai capi del circuito – indicata dal riferimento Vtot e corrispondente alla tensione in ingresso all’utenza elettrica - e la summenzionata densità di corrente totale di sistema itot. Come noto, la densità di corrente itot è costante e pari alla corrente che scorre nei dispositivi 1 del collegamento in serie di figura 9 divisa per un’area superficiale di riferimento (sezione trasversale dell’elettrolita solido, se a configurazione piana, ovvero superficie laterale dello stesso, se a configurazione tubolare), mentre è pari alla somma delle singole correnti transitanti nei dispositivi 1 nel caso del collegamento in parallelo di figura 10, divisa per un’area superficiale di riferimento (sezione trasversale dell’elettrolita solido, se a configurazione piana, ovvero superficie laterale dello stesso, se a configurazione tubolare). From the diagrams of figures 9 and 10 two notable parameters of the circuit of the respective figures are visible, i.e. a total voltage across the circuit - indicated by the reference Vtot and corresponding to the input voltage to the electrical user - and the aforementioned total current density of itot system. As is known, the current density itot is constant and equal to the current flowing in the devices 1 of the series connection of figure 9 divided by a reference surface area (cross section of the solid electrolyte, if in a flat configuration, i.e. lateral surface of the same, if in tubular configuration), while it is equal to the sum of the single currents passing through the devices 1 in the case of the parallel connection of figure 10, divided by a reference surface area (cross section of the solid electrolyte, if in the configuration flat, or lateral surface of the same, if tubular configuration).

Viceversa, la tensione Vtot è pari alla somma delle singole tensioni ai capi di ogni dispositivo 1 nel collegamento in serie di figura 9, mentre nel collegamento in parallelo della figura 10 la tensione Vtot è la medesima che insiste ai capi di ogni singolo dispositivo 1. Vice versa, the voltage Vtot is equal to the sum of the single voltages at the ends of each device 1 in the series connection of figure 9, while in the parallel connection of figure 10 the voltage Vtot is the same that exists at the ends of each single device 1.

Le figure 11 e 12 illustrano una rappresentazione circuitale equivalente degli schemi di collegamento in serie e parallelo delle figure 9 e 10 rispettivamente, solamente in questo caso riferiti a un collegamento in serie (figura 11) o in parallelo (figura 12) di ventiquattro dispositivi 1. Figures 11 and 12 illustrate an equivalent circuit representation of the series and parallel connection diagrams of Figures 9 and 10 respectively, only in this case referring to a series (Figure 11) or parallel (Figure 12) connection of twenty-four devices 1 .

La figura 11A illustra lo schema circuitale del singolo dispositivo, schematizzabile come un generatore di tensione ideale e un carico resistivo connesso in serie ad esso e fornisce inoltre alcuni parametri operativi limite consistenti in un campo di temperatura operativa T(anodo/catodo), in una tensione nominale V ed in una densità di corrente nominale i all'interno di ogni dispositivo 1. Questi ultimi parametri sono declinati rispetto, ad esempio, all’utilizzo di sodio (Vsodium, isodium) o di piombo (Vlead, ilead) come fluido di lavoro. Figure 11A illustrates the circuit diagram of the single device, schematized as an ideal voltage generator and a resistive load connected in series to it and also provides some limit operating parameters consisting of an operating temperature range T (anode / cathode), in a nominal voltage V and in a nominal current density i inside each device 1. These last parameters are declined with respect, for example, to the use of sodium (Vsodium, isodium) or lead (Vlead, ilead) as work.

A puro titolo esemplificativo, in una forma di esecuzione in base all’invenzione, due possibili set di condizioni operative di erogazione di massima densità di potenza (Pd_max) per dispositivi al sodio e al piombo sono, per il singolo tubo generatore 8 (figura 11A): Purely by way of example, in an embodiment according to the invention, two possible sets of operating conditions of delivery of maximum power density (Pd_max) for sodium and lead devices are, for the single generator tube 8 (figure 11A ):

Sodio Sodium

Temperatura (anodo/catodo) = 1000/500 K Temperature (anode / cathode) = 1000/500 K

Vsodium = 0.325 V Vsodium = 0.325 V

isodium = 750 mA/cm<2>isodium = 750 mA / cm <2>

Pd_max = 244 mW/cm<2>Pd_max = 244 mW / cm <2>

Piombo Lead

Temperatura (anodo/catodo) = 973/773 K Temperature (anode / cathode) = 973/773 K

Vlead = 0.051 V Vlead = 0.051V

ilead = 33.5 mA/cm<2>ilead = 33.5 mA / cm <2>

Pd_max = 1.70 mW/cm<2>Pd_max = 1.70 mW / cm <2>

come evincibile dalle figure 11B, 11C che illustrano le curve di polarizzazione tensione-densità di corrente e le curve di potenza (densità di potenza-densità di corrente) computate sperimentalmente per sistemi al sodio, litio e potassio (Tanodo=1000 K, Tcatodo=500 K) e per sistemi allo zinco, cadmio e piombo (Tanodo=973 K, Tcatodo=773 K). as can be seen from figures 11B, 11C which illustrate the voltage-current density bias curves and the power curves (power density-current density) experimentally computed for sodium, lithium and potassium systems (Tanodo = 1000 K, Tcatode = 500 K) and for zinc, cadmium and lead systems (Tanodo = 973 K, T cathode = 773 K).

Si osserverà peraltro che il dispositivo 1 in base all’invenzione può operare indifferentemente con metalli alcalini (gruppo IA della tavola periodica) e con metalli non alcalini, quali ad esempio i metalli bassofondenti monovalenti e bivalenti del gruppo IIB e dei gruppi IIIA e IVA della tavola periodica (Zinco, Cadmio, Mercurio, Gallio, Indio, Tallio, Stagno, Piombo) . It will also be observed that the device 1 according to the invention can operate indifferently with alkaline metals (group IA of the periodic table) and with non-alkaline metals, such as for example the monovalent and divalent low-melting metals of group IIB and groups IIIA and IVA of the periodic table (Zinc, Cadmium, Mercury, Gallium, Indium, Thallium, Tin, Lead).

Il funzionamento del dispositivo di conversione 1 è il seguente. The operation of the conversion device 1 is as follows.

Ciascun dispositivo 1 si caratterizza, rispetto ai dispositivi noti (incluse le celle AMTEC), per due aspetti fondamentali, ossia: Each device 1 is characterized, with respect to known devices (including AMTEC cells), for two fundamental aspects, namely:

- è privo di impianto di ricircolo: l'unica comunicazione fra la prima riserva 2 e la seconda riserva 4, quindi fra i volumi V2 e V4, è ammessa attraverso l'una o più interfacce 8 (quindi attraverso le unità di conversione), - it has no recirculation system: the only communication between the first reserve 2 and the second reserve 4, therefore between volumes V2 and V4, is allowed through one or more interfaces 8 (therefore through the conversion units),

- è altresì privo di componenti identificabili in senso stretto come un evaporatore e un condensatore, ed è configurato per operare, in entrambe le riserve 2, 4, con fluido bifasico; questa è una caratteristica fondamentale dell’invenzione, in quanto – come si vedrà a breve – è ciò che funzionalmente consente di eliminare l’impianto di ricircolo. Come noto, i dispositivi in accordo con lo stato dell’arte operano con fluido di lavoro che compie un vero e proprio ciclo termodinamico di espansione, condensazione, compressione, evaporazione. - it is also devoid of strictly identifiable components such as an evaporator and a condenser, and is configured to operate, in both reserves 2, 4, with biphasic fluid; this is a fundamental feature of the invention, since - as will be seen shortly - it is what functionally allows to eliminate the recirculation system. As known, the devices in accordance with the state of the art operate with a working fluid that performs a real thermodynamic cycle of expansion, condensation, compression, evaporation.

Per descrivere il funzionamento si farà riferimento – puramente per esigenze narrative – a un ciclo completo di carica e scarica di un dispositivo 1 assumendo che la condizione iniziale sia quella di presenza di fluido di lavoro all'interno del primo volume V2. Il dispositivo 1 si trova in posizione rispetto a quanto illustrato in figura 3 (assumendo come riferimento la tavola di disegno in posizione orizzontale, ossia con le riserve 2, 4 in posizione polare (allineate lungo la direttrice alto/basso). To describe the operation, reference will be made - purely for narrative needs - to a complete charge and discharge cycle of a device 1 assuming that the initial condition is that of the presence of working fluid inside the first volume V2. The device 1 is in position with respect to what is illustrated in Figure 3 (taking as a reference the drawing table in a horizontal position, that is with the reserves 2, 4 in the polar position (aligned along the top / bottom line).

Il fluido di lavoro all'interno del volume V2 è un metallo bassofondente allo stato liquido come ad esempio sodio, litio o potassio (metalli alcalini), o anche piombo, stagno o zinco (metalli non alcalini). The working fluid inside the volume V2 is a low melting metal in the liquid state such as sodium, lithium or potassium (alkali metals), or even lead, tin or zinc (non-alkaline metals).

Il processo di carica del dispositivo 1 ha luogo predisponendo un fluido di lavoro nella prima riserva 2 e condizionandola termicamente mediante somministrazione di energia termica. La riserva 4 è invece condizionata termicamente per assorbimento di energia termica da essa. The charging process of the device 1 takes place by preparing a working fluid in the first reserve 2 and thermally conditioning it by administering thermal energy. The reserve 4, on the other hand, is thermally conditioned by the absorption of thermal energy from it.

Il condizionamento termico della prima riserva 2 è contestuale all’assoggettamento della stessa a un determinato grado di vuoto iniziale (pressioni ad esempio dell’ordine di 1 Pa ovvero 10<-5 >bar) e ha inizio da condizioni di temperatura ambiente. Il condizionamento termico della prima riserva 2 può aver luogo ad esempio mediante l'esposizione di questa alla radiazione solare, oppure mediante riscaldamento con altri sistemi noti, ad esempio un fluido termovettore, quand’anche impiegato per recupero di cascami di calore o per contatto diretto con una parete calda o ancora con una fiamma. The thermal conditioning of the first reserve 2 is contextual to its subjecting to a certain degree of initial vacuum (pressures, for example, of the order of 1 Pa or 10 <-5> bar) and starts from ambient temperature conditions. The thermal conditioning of the first reserve 2 can take place, for example, by exposing it to solar radiation, or by heating with other known systems, for example a heat-carrying fluid, even when used for the recovery of heat waste or by direct contact. with a hot wall or with a flame.

Il condizionamento termico della riserva 2 e del volume V2 da inizio al passaggio di stato solido-liquido, e una volta che il metallo è completamento fuso, al passaggio di stato liquido-vapore del metallo che costituisce il fluido di lavoro. Una volta raggiunto l’equilibrio termico, il liquido evaporante fa aumentare la pressione fino ad un valore di equilibrio che è pari alla tensione di vapore dello stesso fluido di lavoro metallico alla temperatura media di lavoro tra il lato caldo (riserva 2) e la parete della medesima esposta alla radiazione solare o allo scambio termico con fluido termovettore. In funzione della quantità di energia somministrata alla riserva 2 per condizionamento termico verrà instaurata una corrispondente condizione di equilibrio fra la fase vapore e la fase liquida, ossia il volume 2 verrà occupato da un determinato numero di moli di fluido di lavoro in fase gassosa in equilibrio con il liquido. Il livello del liquido nel volume V2 (lo stesso vale per il volume V4) è già in partenza (prima dell’evaporazione) nell’ordine di qualche mm o al massimo di 1-1,5 cm, più che sufficiente per gli obiettivi energetici del dispositivo e sufficientemente basso per evitare di lambire le unità di conversione creando indesiderati cortocircuiti degli elettrodi 14, 16. The thermal conditioning of the reserve 2 and of the volume V2 initiates the transition of the solid-liquid state, and once the metal is completely molten, the transition of the liquid-vapor state of the metal which constitutes the working fluid. Once the thermal equilibrium is reached, the evaporating liquid increases the pressure up to an equilibrium value which is equal to the vapor pressure of the same metallic working fluid at the average working temperature between the hot side (reserve 2) and the wall of the same exposed to solar radiation or heat exchange with heat transfer fluid. A corresponding condition of equilibrium between the vapor phase and the liquid phase will be established as a function of the quantity of energy administered to the reserve 2 for thermal conditioning, i.e. the volume 2 will be occupied by a certain number of moles of working fluid in the gaseous phase in equilibrium with liquid. The liquid level in the volume V2 (the same applies to the volume V4) is already starting (before evaporation) in the order of a few mm or at most 1-1.5 cm, more than enough for the energy objectives of the device and sufficiently low to avoid touching the conversion units creating unwanted short circuits of the electrodes 14, 16.

Fintanto che l'interruttore SW è aperto il fluido di lavoro in fase vapore che è in equilibrio con il liquido all’interno del volume V2 si addensa sui corpi tubolari delle interfacce 8 attraversando la struttura porosa dell’elettrodo 14 e ionizzandosi al momento dell’interazione con l’interfaccia 8. Gli elettroni liberati nella ionizzazione si addensano sull’elettrodo 14, che in questa condizione funge da anodo. As long as the SW switch is open, the working fluid in the vapor phase which is in equilibrium with the liquid inside the volume V2 thickens on the tubular bodies of the interfaces 8, crossing the porous structure of the electrode 14 and ionizing at the moment of interaction with the interface 8. The electrons released in the ionization accumulate on the electrode 14, which in this condition acts as an anode.

Alla chiusura dell'interruttore SW viene abilitata, in ciascuna unità di conversione del dispositivo 1, una comunicazione elettrica fra anodo 14 e catodo 16, con contestuale flusso degli elettroni liberati nella ionizzazione e ricombinazione dei medesimi con gli ioni di fluido di lavoro metallico in fase vapore che hanno attraversato l’interfaccia 8. Ciò globalmente induce un transito di carica elettrica (corrente elettrica) nell’utenza elettrice LD, che preleva l’energia elettrica convertita dal dispositivo 1. When the switch SW is closed, an electrical communication between anode 14 and cathode 16 is enabled in each conversion unit of the device 1, with a simultaneous flow of the electrons released in the ionization and recombination of the same with the ions of the metal working fluid in phase vapor that have crossed the interface 8. This generally induces a transit of electric charge (electric current) in the electric consumer LD, which takes the converted electric energy from the device 1.

Il flusso ricombinato di ioni metallici ed elettroni (quindi un flusso in fase vapore di atomi neutri del metallo utilizzato come fluido di lavoro) invade il volume V4 dove, in ragione del condizionamento termico cui la riserva 4 è sottoposta, esso condensa passando in fase liquida. Il liquido si raccoglie in corrispondenza della piastra 6 alla base delle unità di conversione. A tal proposito, la porzione del corpo tubolare delle interfacce 8 in corrispondenza dell’estremità aperta 10 è schermata tramite saldatura metallo-ceramica J rispetto all’interazione dell’elettrolita solido con il fluido di lavoro metallico liquido condensato, evitando conseguentemente l’eventualità di fenomeni di cortocircuito tra i due elettrodi 14 e 16. The recombined flow of metal ions and electrons (therefore a vapor phase flow of neutral atoms of the metal used as the working fluid) invades the volume V4 where, due to the thermal conditioning to which the reserve 4 is subjected, it condenses passing into the liquid phase . The liquid collects at the plate 6 at the base of the conversion units. In this regard, the portion of the tubular body of the interfaces 8 at the open end 10 is shielded by metal-ceramic welding J with respect to the interaction of the solid electrolyte with the condensed liquid metallic working fluid, consequently avoiding the possibility of short-circuit phenomena between the two electrodes 14 and 16.

Il dispositivo 1 funziona a tensione continua costante e, se il carico esterno rimane fisso ed assorbe corrente costante (flusso continuo di cationi), fintanto che esiste ancora una frazione (di entità anche piccola) di fluido di lavoro in fase liquida nel volume V2 in equilibrio con la fase vapore, e il livello di liquido del fluido di lavoro nel volume V4 non arriva a lambire l’elettrodo 16. The device 1 operates at constant direct voltage and, if the external load remains fixed and absorbs constant current (continuous flow of cations), as long as there is still a fraction (even a small entity) of working fluid in the liquid phase in the volume V2 in equilibrium with the vapor phase, and the liquid level of the working fluid in the volume V4 does not reach the electrode 16.

Al contrario dei dispositivi di tipo noto, il funzionamento basato su fluido bifasico consente di eliminare completamente qualsiasi sistema di ricircolo poiché non è necessario reintegrare le moli di fluido di lavoro in fase vapore “consumate” al catodo per garantire il funzionamento. Contrary to known devices, the operation based on biphasic fluid allows to completely eliminate any recirculation system since it is not necessary to replenish the moles of working fluid in the vapor phase "consumed" at the cathode to guarantee operation.

Infatti, nel dispositivo 1 in base all’invenzione è la condizione di equilibrio fra la fase liquida e la fase vapore del fluido di lavoro (determinata con il condizionamento termico della riserva 2) a garantire la costanza del numero di moli di fluido in fase vapore. Crucialmente, in questo modo il solo controllo della temperatura di condizionamento (lato anodo e lato catodo) determina anche la pressione all’interno del volume V2, e per conseguenza determina anche la tensione ai capi degli elettrodi 14, 16 di ciascuna unità di conversione. In fact, in the device 1 according to the invention it is the condition of equilibrium between the liquid phase and the vapor phase of the working fluid (determined with the thermal conditioning of the reserve 2) that guarantees the constancy of the number of moles of fluid in the vapor phase . Crucially, in this way the only control of the conditioning temperature (anode side and cathode side) also determines the pressure inside the volume V2, and consequently also determines the voltage across the electrodes 14, 16 of each conversion unit.

Lo stesso vale, si apprezzerà, per il volume V4, dove il condizionamento termico della riserva 4 per assorbimento di energia termica da essa stabilisce la condizione di equilibrio fra fase liquida e fase vapore garantendo la costanza del numero di moli di fluido di lavoro in fase vapore. Questo consente di stabilire la pressione che insiste nel volume V4 per solo condizionamento termico, ossia avendo la temperatura come unica variabile di controllo (così come è per il volume V2). The same applies, it will be appreciated, for the volume V4, where the thermal conditioning of the reserve 4 by absorption of thermal energy from it establishes the condition of equilibrium between the liquid phase and the vapor phase, guaranteeing the constancy of the number of moles of working fluid in phase. steam. This allows to establish the pressure that insists in the volume V4 for thermal conditioning only, that is, having the temperature as the only control variable (as it is for the volume V2).

In altre parole, la variabilità della pressione dovuta alla variazione del numero di moli viene soppressa grazie all’utilizzo di un fluido di lavoro (e in generale un ambiente di lavoro) bifasico tanto all’anodo, quanto al catodo, lasciando la sola temperatura a governare il processo. Rimanendo il numero di moli costante durante tutto il processo di scarica del dispositivo 1, ossia durante il trasferimento del fluido di lavoro dal volume V2 al volume V4, ecco che diviene possibile rinunciare al ricircolo del fluido di lavoro condensato nel volume V4. In other words, the variability of the pressure due to the variation in the number of moles is suppressed thanks to the use of a biphasic working fluid (and in general a working environment) both at the anode and at the cathode, leaving only the temperature at govern the process. Since the number of moles remains constant throughout the discharge process of device 1, i.e. during the transfer of the working fluid from volume V2 to volume V4, it becomes possible to give up the recirculation of the working fluid condensed in volume V4.

Quando tutto il fluido di lavoro originariamente nel volume V2 è stato consumato al catodo 16 dell’una o più unità di conversione il dispositivo 1 è esausto. L’interruttore SW può quindi essere riportato in posizione aperta. When all the working fluid originally in the volume V2 has been consumed at the cathode 16 of one or more conversion units, the device 1 is exhausted. The SW switch can then be returned to the open position.

Per procedere a un nuovo utilizzo del dispositivo 1 è sufficiente invertire il condizionamento termico dei volumi V2 e V4, ossia è sufficiente assoggettare il volume V4 a un condizionamento termico per somministrazione di energia, e il volume V2 a un condizionamento termico per assorbimento di energia. Contestualmente, il dispositivo 1 viene capovolto verticalmente (il riferimento di orientamento è sempre dato dal foglio di figura 3 con orientamento orizzontale) in modo da trovarsi nella condizione di figura 3 con il pelo libero del liquido nel volume V4 pochi millimetri o al più 1-1,5 cm al di sopra del fondo, e ben distante dalle estremità 12 delle unità di conversione. To proceed with a new use of the device 1 it is sufficient to invert the thermal conditioning of the volumes V2 and V4, that is, it is sufficient to subject the volume V4 to a thermal conditioning for the administration of energy, and the volume V2 to a thermal conditioning for the absorption of energy. At the same time, the device 1 is overturned vertically (the orientation reference is always given by the sheet of figure 3 with horizontal orientation) so as to be in the condition of figure 3 with the free surface of the liquid in the volume V4 a few millimeters or at most 1- 1.5 cm above the bottom, and well away from the 12 ends of the conversion units.

Il processo di scarica avviene con le medesime modalità sopra descritte, solo invertendo il ruolo delle riserve 2 e 4 e dei volumi V2 e V4, oltre a una differenza nella raccolta del fluido condensato, con polarità degli elettrodi invertita, ma ripristinata a condizioni coerenti rispetto al carico esterno LD attraverso un commutatore di tensione SW_C (figura 11D), che costituisce la forma di esecuzione preferita dell’interruttore SW. Schematicamente, il commutatore SW_C include un doppio contattore, ciascuno con due posizioni operative estreme , - speculari fra loro, e una posizione neutra N, che realizza la condizione di interruttore aperto. Il doppio contattore commuta in modo coerente, così da risultare sempre nella stessa polarità all’interfaccia con il carico LD. The discharge process takes place in the same manner described above, only by reversing the role of reserves 2 and 4 and volumes V2 and V4, as well as a difference in the collection of the condensed fluid, with the polarity of the electrodes reversed, but restored to conditions consistent with respect to to the external load LD through a voltage switch SW_C (Figure 11D), which constitutes the preferred embodiment of the switch SW. Schematically, the switch SW_C includes a double contactor, each with two extreme operating positions, mirroring each other, and a neutral position N, which realizes the condition of open circuit breaker. The double contactor switches consistently, so as to always result in the same polarity at the interface with the LD load.

Il condizionamento termico della riserva 4 e del volume V4 da inizio al passaggio di fase liquido-vapore del metallo che costituisce il fluido di lavoro. Come detto, in funzione della quantità di energia somministrata alla riserva 4 per condizionamento termico verrà instaurata una corrispondente condizione di equilibrio fra la fase vapore e la fase liquida, ossia il volume 4 verrà occupato da un determinato numero di moli di fluido di lavoro in fase gassosa in equilibrio con il liquido. The thermal conditioning of the reserve 4 and of the volume V4 initiates the passage of the liquid-vapor phase of the metal which constitutes the working fluid. As mentioned, a corresponding equilibrium condition between the vapor phase and the liquid phase will be established according to the quantity of energy administered to the reserve 4 for thermal conditioning, i.e. the volume 4 will be occupied by a certain number of moles of working fluid in phase gaseous in equilibrium with the liquid.

Come già osservato è la condizione di equilibrio fra la fase liquida e la fase vapore del fluido di lavoro (determinata con il condizionamento termico della riserva 4) a garantire la costanza del numero di moli di fluido in fase vapore. In questo modo il solo controllo della temperatura di condizionamento (lato anodo e lato catodo) determina anche la pressione all’interno del volume V4, e per conseguenza determina anche la tensione ai capi degli elettrodi 16, 14 di ciascuna unità di conversione. As already observed, it is the condition of equilibrium between the liquid phase and the vapor phase of the working fluid (determined with the thermal conditioning of the reserve 4) which guarantees the constancy of the number of moles of fluid in the vapor phase. In this way, the only control of the conditioning temperature (anode side and cathode side) also determines the pressure inside the volume V4, and consequently also determines the voltage across the electrodes 16, 14 of each conversion unit.

Lo stesso vale, per quanto descritto, per il volume V2, dove il condizionamento termico della riserva 2 per assorbimento di energia da essa stabilisce la condizione di equilibrio fra fase liquida e fase vapore garantendo la costanza del numero di moli di fluido di lavoro in fase vapore. Questo di nuovo consente di stabilire la pressione che insiste nel volume V2 per solo condizionamento termico, ossia avendo la temperatura come unica variabile di controllo (così come è per il volume V4). The same applies, as described, for the volume V2, where the thermal conditioning of the reserve 2 by absorption of energy from it establishes the condition of equilibrium between the liquid phase and the vapor phase, guaranteeing the constancy of the number of moles of working fluid in phase steam. This again makes it possible to establish the pressure that insists in the volume V2 for thermal conditioning only, ie having the temperature as the only control variable (as it is for the volume V4).

Fintanto che l'interruttore SW è aperto il fluido di lavoro in fase vapore che è in equilibrio con il liquido all’interno del volume V4 si addensa sui corpi tubolari delle interfacce 8 attraversando la struttura porosa dell’elettrodo 16 e ionizzandosi al momento dell’interazione con l’interfaccia 8. Gli elettroni liberati nella ionizzazione si addensano sull’elettrodo 16, che in questa condizione funge da anodo. As long as the SW switch is open, the working fluid in the vapor phase which is in equilibrium with the liquid inside the volume V4 thickens on the tubular bodies of the interfaces 8, crossing the porous structure of the electrode 16 and ionizing at the moment of interaction with the interface 8. The electrons released in the ionization accumulate on the electrode 16, which in this condition acts as an anode.

Alla chiusura dell'interruttore SW viene abilitata, in ciascuna unità di conversione del dispositivo 1, una comunicazione elettrica fra anodo 16 e catodo 14, con contestuale flusso degli elettroni liberati nella ionizzazione e ricombinazione dei medesimi con gli ioni di fluido di lavoro metallico in fase vapore che hanno attraversato l’interfaccia 8. Ciò globalmente induce un transito di carica elettrica (corrente elettrica) nell’utenza elettrice LD, che preleva l’energia elettrica convertita dal dispositivo 1. When the switch SW is closed, in each conversion unit of the device 1, an electrical communication is enabled between anode 16 and cathode 14, with a simultaneous flow of the electrons released in the ionization and recombination of the same with the ions of the metallic working fluid in phase vapor that have crossed the interface 8. This generally induces a transit of electric charge (electric current) in the electric consumer LD, which takes the converted electric energy from the device 1.

Il flusso ricombinato di ioni metallici ed elettroni (quindi un flusso in fase vapore di atomi neutri del metallo utilizzato come fluido di lavoro) invade il volume V2 dove, in ragione del condizionamento termico cui la riserva 2 è sottoposta, esso condensa passando in fase liquida. Il liquido si raccoglie in questo caso in corrispondenza della piastra 6 al di sotto delle estremità 10, che sporgono rispetto al filo della piastra 6 per evitare indesiderate ricadute di fluido di lavoro condensato entro il volume interno delle unità di conversione. La schermatura delle estremità 10 rispetto all’interazione dell’elettrolita liquido con il metallo liquido evita ulteriori reazioni. The recombined flow of metal ions and electrons (therefore a vapor phase flow of neutral atoms of the metal used as the working fluid) invades the volume V2 where, due to the thermal conditioning to which the reserve 2 is subjected, it condenses passing into the liquid phase . In this case, the liquid collects at the plate 6 below the ends 10, which protrude with respect to the edge of the plate 6 to avoid undesirable fallout of the condensed working fluid within the internal volume of the conversion units. The shielding of the ends 10 with respect to the interaction of the liquid electrolyte with the liquid metal avoids further reactions.

Quando tutto il fluido di lavoro originariamente nel volume V4 è stato consumato al catodo 14 dell’una o più unità di conversione il dispositivo 1 è nuovamente esausto. L’interruttore SW può quindi essere riportato in posizione aperta. When all the working fluid originally in volume V4 has been consumed at the cathode 14 of one or more conversion units, the device 1 is exhausted again. The SW switch can then be returned to the open position.

Per procedere a un nuovo utilizzo del dispositivo 1 è – nuovamente - sufficiente invertire il condizionamento termico dei volumi V4 e V2, ossia è sufficiente riassoggettare il volume V2 a un condizionamento termico per somministrazione di energia, e il volume V4 a un condizionamento termico per assorbimento di energia. Contestualmente, il dispositivo 1 viene ri-capovolto verticalmente in modo da trovarsi nella condizione opposta a quella di figura 3 con il pelo libero del liquido nel volume V2 pochi millimetri al di sopra del fondo. To proceed with a new use of device 1 it is - again - sufficient to invert the thermal conditioning of volumes V4 and V2, i.e. it is sufficient to re-subject the volume V2 to a thermal conditioning for energy administration, and the volume V4 to a thermal conditioning by absorption. of energy. At the same time, the device 1 is inverted vertically so as to be in the opposite condition to that of Figure 3 with the free surface of the liquid in the volume V2 a few millimeters above the bottom.

Di fatto, il ciclo termodinamico di un dispositivo AMTEC che assicura un funzionamento in continuo per una durata indefinita, viene sostituito da un funzionamento a ciclo temporale (durata del transitorio di scarica). Per un dato valore di densità di corrente (ovvero per un dato valore del carico esterno o della potenza assorbita), la durata del ciclo (o durata del transitorio di scarica fino ad esaurimento) dipende dalla quantità di materia caricata nel dispositivo (fluido di lavoro contenuto all’anodo). Alla fine di ogni ciclo il dispositivo va invertito ed la cella è nuovamente carica. In fact, the thermodynamic cycle of an AMTEC device that ensures continuous operation for an indefinite duration is replaced by a time cycle operation (duration of the discharge transient). For a given value of current density (i.e. for a given value of the external load or of the absorbed power), the duration of the cycle (or duration of the discharge transient until exhaustion) depends on the quantity of material loaded into the device (working fluid contained at the anode). At the end of each cycle the device is inverted and the cell is charged again.

In sintesi, e in via generale, in base all’invenzione è definito un procedimento per la conversione di energia mediante il dispositivo 1 comprendente: In summary, and in general, on the basis of the invention a procedure is defined for the conversion of energy by means of the device 1 comprising:

- predisporre un fluido di lavoro in una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4; per quanto descritto, il fluido di lavoro può comprendere metalli alcalini (gruppo IA della tavola periodica) quali sodio, potassio, litio, e metalli non alcalini, quali ad esempio i metalli bassofondenti monovalenti e bivalenti del gruppo IIB e dei gruppi IIIA e IVA della tavola periodica (Zinco, Cadmio, Mercurio, Gallio, Indio, Tallio, Stagno, Piombo), e la quantità di fluido di lavoro risulta in una corrispondente capacità del dispositivo 1, ossia una corrispondente durata del transitorio di scarica, - preparing a working fluid in one of said first reserve 2 and second reserve 4; as described, the working fluid can include alkali metals (group IA of the periodic table) such as sodium, potassium, lithium, and non-alkaline metals, such as for example the monovalent and divalent low melting metals of group IIB and groups IIIA and IVA of the periodic table (Zinc, Cadmium, Mercury, Gallium, Indium, Thallium, Tin, Lead), and the quantity of working fluid results in a corresponding capacity of the device 1, i.e. a corresponding duration of the discharge transient,

- condizionare termicamente l’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 mediante somministrazione di energia termica ad essa, in cui il condizionare termicamente l’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 instaura nel fluido di lavoro una condizione di equilibrio fra una fase liquida e una fase gassosa, con migrazione della fase gassosa verso l’almeno una interfaccia selettivamente permeabile 8, - thermally conditioning one of said first reserve 2 and second reserve 4 by administering thermal energy to it, in which thermally conditioning one of said first reserve 2 and second reserve 4 establishes a condition of equilibrium in the working fluid between a liquid phase and a gas phase, with migration of the gas phase towards the at least one selectively permeable interface 8,

- condizionare termicamente l’altra di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 mediante assorbimento di energia termica da essa; i condizionamenti termici assicurano dunque un flusso di calore dalla porzione calda (lato anodico) alla porzione fredda (lato catodico), - thermally condition the other of said first reserve 2 and second reserve 4 by absorbing thermal energy from it; the thermal conditioning therefore ensures a flow of heat from the hot portion (anode side) to the cold portion (cathode side),

- abilitare un transito di carica elettrica (corrente elettrica) fra il primo elettrodo 14 e il secondo elettrodo 16 associati all’interfaccia selettivamente permeabile 8 (a ciascuna interfaccia selettivamente permeabile 8). - enable a transit of electric charge (electric current) between the first electrode 14 and the second electrode 16 associated with the selectively permeable interface 8 (to each selectively permeable interface 8).

Come descritto, il condizionare termicamente l’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 mediante somministrazione di energia termica ad essa stabilisce una pressione del fluido di lavoro entro il volume V2, V4 dell’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4, fondamentalmente in ragione della costanza del numero di moli di fluido di lavoro in fase gassosa. As described, thermally conditioning one of said first reserve 2 and second reserve 4 by administering thermal energy thereto establishes a pressure of the working fluid within the volume V2, V4 of one of said first reserve 2 and second reserve 4 , basically due to the constancy of the number of moles of working fluid in the gaseous phase.

L’interfaccia selettivamente permeabile 8 asseconda un’espansione del fluido di lavoro in fase gassosa nel volume V2, V4 dell’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 mediante ionizzazione del fluido di lavoro in fase gassosa e liberazione di elettroni verso l’elettrodo 14, 16 esposto al volume V2, V4 dell’una di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4. The selectively permeable interface 8 supports an expansion of the working fluid in the gaseous phase in the volume V2, V4 of one of said first reserve 2 and second reserve 4 by ionizing the working fluid in the gaseous phase and freeing electrons towards the electrode 14, 16 exposed to volume V2, V4 of one of said first reserve 2 and second reserve 4.

L’abilitare un transito di carica elettrica (corrente elettrica) fra il primo elettrodo 14 e il secondo elettrodo 16 (intendendo con ciò anche il transito di carica elettrica (corrente elettrica) nel circuito globale comprendente più unità di conversione e più dispositivi 1) associati all’almeno una interfaccia selettivamente permeabile 8 abilita un transito degli elettroni liberati nella ionizzazione verso l’elettrodo esposto al volume V2, V4 dell’altra di dette prima 2 e seconda riserva 4 e la ricombinazione degli elettroni liberati con gli ioni di fluido di lavoro in fase gassosa transitanti attraverso l’interfaccia selettivamente permeabile 8. Enabling a transit of electric charge (electric current) between the first electrode 14 and the second electrode 16 (meaning also the transit of electric charge (electric current) in the global circuit comprising several conversion units and several associated devices 1) the at least one selectively permeable interface 8 enables a transit of the electrons released in the ionization towards the electrode exposed to the volume V2, V4 of the other of said first 2 and second reserve 4 and the recombination of the liberated electrons with the working fluid ions in the gas phase passing through the selectively permeable interface 8.

Il condizionare termicamente l’altra di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4 mediante assorbimento di energia termica da essa instaura nel fluido di lavoro nel rispettivo volume V2, V4 una condizione di equilibrio fra una fase liquida e una fase gassosa, realizzando inoltre una condensazione del fluido di lavoro in fase gassosa transitante verso il volume V2, V4 dell’altra di dette prima riserva 2 e seconda riserva 4. Thermally conditioning the other of said first reserve 2 and second reserve 4 by absorbing thermal energy therefrom establishes in the working fluid in the respective volume V2, V4 a condition of equilibrium between a liquid phase and a gaseous phase, furthermore realizing a condensation of the working fluid in the gaseous phase passing towards the volume V2, V4 of the other of said first reserve 2 and second reserve 4.

L’assenza di circuito di ricircolo e di qualsivoglia parte mobile nei dispositivi 1 risolve il problema tecnico più pressante e apre a campi applicativi non coltivabili con i dispositivi noti, come ad esempio le applicazioni con sistemi di concentrazione solare a fuoco mobile. The absence of a recirculation circuit and any moving part in the devices 1 solves the most pressing technical problem and opens up fields of application that cannot be cultivated with known devices, such as applications with mobile focus solar concentration systems.

Inoltre, nel campo dello sfruttamento di energia solare o di cascami termici di altri impianti l’utilizzo del dispositivo 1 risulta esser particolarmente vantaggioso, come illustrato brevemente nelle figure 13, 14, 15 grazie al fatto che è possibile semplicemente ruotare dispositivi di trattamento 1 attorno ad un asse trasversale in modo da esporre selettivamente ad una sorgente termica la riserva 2 o la riserva 4. Sostanzialmente il sistema si configura come una cella (batteria o pila elettrica) rigenerabile per semplice inversione dell’anodo con il catodo Furthermore, in the field of exploiting solar energy or thermal waste from other plants, the use of the device 1 is particularly advantageous, as illustrated briefly in figures 13, 14, 15 thanks to the fact that it is possible to simply rotate treatment devices 1 around to a transverse axis so as to selectively expose reserve 2 or reserve 4 to a heat source. Basically, the system is configured as a cell (battery or electric cell) that can be regenerated by simple inversion of the anode with the cathode

In varie forme di esecuzione, come illustrato nelle figure 13, 14, è possibile costituire sistemi di conversione di energia termica in cui una pluralità di dispositivi 1 è accoppiata ad un dispositivo concentratore solare 100. In various embodiments, as illustrated in figures 13, 14, it is possible to constitute thermal energy conversion systems in which a plurality of devices 1 is coupled to a solar concentrator device 100.

Il dispositivo concentratore solare 100 è del tipo Fresnel (ma si possono utilizzare altre tipologie come collettori parabolici lineari o a disco) e comprende un telaio 102 portante una schiera di dispositivi di riflessione 104 di tipo Fresnel, che sono configurati per concentrare l’energia della radiazione solare incidente ISR (sotto forma di radiazione riflessa RSR) in un fuoco lineare in corrispondenza del quale è collocata una schiera 106 di dispositivi 1. La schiera di dispositivi 106 è girevole attorno a una asse focale Ȗ106 in modo da esporre selettivamente alla radiazione solare riflessa le riserve 2 o 4 (nella figura 14 sono esposte le riserve 4). The solar concentrator device 100 is of the Fresnel type (but other types can be used such as linear or disc parabolic collectors) and comprises a frame 102 carrying an array of reflection devices 104 of the Fresnel type, which are configured to concentrate the energy of the radiation incident solar ISR (in the form of reflected radiation RSR) in a linear focus at which an array 106 of devices 1 is placed. The array of devices 106 is rotatable about a focal axis Ȗ106 so as to selectively expose to the reflected solar radiation reserves 2 or 4 (reserves 4 are shown in Figure 14).

La schiera di dispositivi 106 può essere dotata di due schiere opposte di piastre di materiale termicamente conduttivo 108, 110 (ad esempio rame) che sono accoppiate all’esterno del fondo delle riserve 2, 4 rispettivamente e che uniformano la temperatura lungo la schiera 106 in direzione focale. Inoltre, siccome – per quanto descritto -la pressione di equilibrio del fluido di lavoro bifasico è pari alla tensione di vapore dello stesso fluido di lavoro alla temperatura media di lavoro tra la riserva ad alta temperatura e la parete della medesima esposta alla radiazione solare o allo scambio termico con fluido termovettore, nel caso della predisposizione delle piastre 108, 110 la temperatura più uniforme consente di avere valori di pressione di equilibrio ancor meglio controllabili con la sola modulazione di temperatura. The array of devices 106 can be equipped with two opposite arrays of plates of thermally conductive material 108, 110 (e.g. copper) which are coupled to the outside of the bottom of the reserves 2, 4 respectively and which uniform the temperature along the array 106 in focal direction. Furthermore, since - as described - the equilibrium pressure of the biphasic working fluid is equal to the vapor pressure of the same working fluid at the average working temperature between the high temperature reserve and the wall of the same exposed to solar radiation or heat exchange with heat transfer fluid, in the case of the arrangement of the plates 108, 110 the more uniform temperature allows to have equilibrium pressure values which can be even better controlled by modulating the temperature alone.

La figura 15 illustra invece un esempio di sfruttamento del dispositivo 1 per l’interazione con cascami termici di altri impianti. In questo caso, il condizionamento per somministrazione di energia termica è realizzato per esposizione alla radiazione solare, mentre il condizionamento per assorbimento di energia è realizzato tramite un fluido termovettore in tubi TB, ad esempio olio. Naturalmente, i particolari di realizzazione e le forme di esecuzione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione così come definita dalle rivendicazioni annesse. Figure 15 instead illustrates an example of exploitation of the device 1 for interacting with thermal waste from other plants. In this case, the conditioning for the administration of thermal energy is carried out by exposure to solar radiation, while the conditioning for the absorption of energy is carried out by means of a heat transfer fluid in TB tubes, for example oil. Naturally, the details of construction and the embodiments may be widely varied with respect to what has been described and illustrated, without thereby departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Ad esempio, in luogo della forma tubolare cilindrica qui descritta le unità di conversione possono avere forma discoidale piana, con un’interfaccia 8 disposta a guisa di membrana fra due elettrodi 14, 16 piani. In tali forme si esecuzione, è possibile alloggiare le siffatte unità di conversione discoidali in fori sulla piastra separatrice 6 o può essere la stessa unità di conversione ad essere unica (ed estesa all’intera sezione trasversale delle riserve 2, 4) a fungere da piastra separatrice 6. For example, instead of the cylindrical tubular shape described here, the conversion units can have a flat discoidal shape, with an interface 8 arranged in the form of a membrane between two electrodes 14, 16 planes. In these embodiments, it is possible to house such discoidal conversion units in holes on the separating plate 6 or it can be the same conversion unit that is unique (and extended to the entire cross section of the reserves 2, 4) to act as a plate separator 6.

Claims

CLAIMS 1. Energy conversion device (1) comprising: - a first reserve (2) having a first volume (V2) for a working fluid - a second reserve (4) having a second volume (V4) for the working fluid, - at least one selectively permeable interface (8), open with respect to ions of said working fluid, realizing a fluid communication between said first reserve (2) and said second reserve (4), said selectively permeable interface (8) including a solid electrolyte, in which a first electrode (14) exposed to said first volume (V2), and a second electrode (16) exposed to said second volume (V4) are coupled to each selectively permeable interface (8), and in which said second electrode ( 16) is arranged on an opposite side of the selectively permeable interface (8) with respect to the first electrode (14).

Conversion device (1) according to claim 1, wherein one of said first reserve (2) and second reserve (4) is configured, in use, for a thermal conditioning alternatively by administering thermal energy thereto and by absorption of thermal energy therefrom, and the other of said first reserve (2) and second reserve (4) is configured for thermal conditioning alternatively by absorption of thermal energy therefrom and for administering thermal energy thereto.

Conversion device (1) according to claim 2, wherein during use the thermal conditioning by administering thermal energy to one of said first reserve (2) and second reserve (4) establishes in the working fluid contained in the respective volume (V2, V4) a condition of equilibrium between a liquid phase and a gaseous phase, with migration of the gaseous phase towards said at least one selectively permeable interface (8).

Conversion device (1) according to claim 2 or claim 3, wherein during use the thermal conditioning by absorbing thermal energy from the other of said first reserve (2) and second reserve (4) establishes in the fluid in the respective volume (V4, V2) a condition of equilibrium between a liquid phase and a gas phase, creating a condensation of the working fluid in the gaseous phase passing towards the volume (V2, V4) of the other of said first reserve ( 2) and second reserve (4) when a transit of electric charge is enabled between the first electrode (14) and the second electrode (16) associated with the at least one selectively permeable interface (8).

Conversion device (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein said first reserve (2, V2) and said second reserve (4, V4) are in fluid communication only through said at least one selectively permeable interface (8).

Conversion device (1) according to claim 1 or claim 5, wherein each selectively permeable interface (8) comprises a tubular body having a first open end (10) and a second closed end (12).

7. Conversion device (1) according to claim 6, in which each tubular body (8) is carried by a separating plate (6) on which said first reserve (2) and said second are fixed on opposite sides thereof reserve (4), each tubular body projecting partly (10) into said first volume (V2) and partly (12) into said second volume (V4).

Conversion device (1) according to claim 6 or claim 7, wherein said first electrode (14) and said second electrode (16) have a tubular shape.

Conversion device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said first electrode (14) and said second electrode (16) have a porous or open structure.

Conversion device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said first reserve (2) and said second reserve (4) are made of thermally conductive material.

Energy conversion system (100) comprising a plurality of conversion devices according to any one of the preceding claims electrically connected to each other.

Energy conversion system according to claim 11, further comprising a solar radiation concentrator device (104) configured to concentrate the solar radiation at one or the other of said first (2) and second reservoirs (4) .

Method for converting energy by means of a conversion device (1) according to one or more of claims 1 to 10, the method comprising: - prepare a working fluid in one of said first (2) and second reservoirs (4), - thermally conditioning one of said first reserve (2) and second reserve (4) by administering thermal energy to it, in which said thermally conditioning one of said first reserve (2) and second reserve (4) establishes in said working fluid a condition of equilibrium between a liquid phase and a gaseous phase, with migration of the gaseous phase towards said at least one selectively permeable interface (8), - thermally condition the other of said first reserve (2) and second reserve (4) by absorbing thermal energy from it, - enable a transit of electric charge between the first electrode (14) and the second electrode (16) associated with the selectively permeable interface (8).

14. Process according to claim 13, wherein: - said thermally conditioning one of said first reserve (2) and second reserve (4) by administering thermal energy thereto establishes a pressure of the working fluid within the volume (V2 , V4) of one of said first reserve (2) and second reserve (4), - said selectively permeable interface (8) supports an expansion of the working fluid in the gaseous phase in the volume (V2, V4) of one of said first reserve (2) and second reserve (4) by ionization of said working fluid in gas phase and release of electrons towards the electrode (14, 16) exposed to the volume (V2, V4) of one of said first reserve (2) and second reserve (4),

15. Process according to claim 13 or claim 14, wherein said enabling a transit of electric charge between the first electrode (14) and the second electrode (16) associated with the at least one selectively permeable interface (8) enables a transit of the electrons released in the ionization towards the electrode exposed to the volume (V4, V2) of the other of said first (2) and second reserves (4) and the recombination of the liberated electrons with the ions of the working fluid in the gaseous phase passing through the selectively permeable interface (8).

16. Process according to any one of claims 13 to 15, wherein said thermally condition the other of said first reserve (2) and second reserve (4) by absorbing thermal energy it establishes in the working fluid in the respective volume (V4 , V2) a condition of equilibrium between a liquid phase and a gaseous phase, and realizes a condensation of the working fluid in the gaseous phase passing towards the volume (V2, V4) of the other of said first reserve (2) and second reserve ( 4).

17. Process according to any one of claims 13 to 16, wherein said working fluid comprises a low melting metal, with a melting temperature at atmospheric pressure lower than 700 ° C.

18. Process according to any one of claims 13 to 17, further comprising reversing the conditioning of the first reserve (2) and of the second reserve (4) upon exhaustion of the working fluid in the gaseous phase in the volume of one of said first (2) ) and second reserve (4).