RU2280927C2 - Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении - Google Patents
Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280927C2 RU2280927C2 RU2004129954/09A RU2004129954A RU2280927C2 RU 2280927 C2 RU2280927 C2 RU 2280927C2 RU 2004129954/09 A RU2004129954/09 A RU 2004129954/09A RU 2004129954 A RU2004129954 A RU 2004129954A RU 2280927 C2 RU2280927 C2 RU 2280927C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tehg
- water
- hydrogen
- solid electrolyte
- compartment
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению водорода из воды при эксплуатации атомных электростанций с помощью термоэлектрохимических генераторов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа получения водорода из воды за счет использования энергии ионизирующего излучения и тепла, выделяемого в процессе генерирования электроэнергии. Согласно изобретению способ эксплуатации энергоустановки, включающей несколько ТЭХГ с твердыми керамическими электролитами, в том числе твердый электролит с протонной проводимостью и твердый электролит с проводимостью по ионам кислорода с нанесенными на их поверхность пористыми электродными покрытиями на основе палладия, систему подачи воды, разделения и отвода водорода и кислорода, а также дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na с твердым электролитом на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным покрытием, указанные ТЭХГ помещают в отсек с водой или паром и делящимся веществом U235 или его оксидами с последующим перемещением отсека в активную зону ядерного реактора, а при замыкании электродов через внешнюю нагрузку генерируют электрический ток на этих генераторах с одновременным разделением продуктов разложения воды при ионизационном облучении, при этом выделяемое в отсеке тепло в процессе ядерного деления и генерирования электрической энергии направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na. Перед эксплуатацией в анодную полость дополнительного ТЭХГ помещают делящееся вещество U235 или его оксиды. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области преобразования ядерной и тепловой энергии в электрическую для получения водорода.
Известен способ эксплуатации атомных электростанций, в которых вся энергия, выделяющаяся в процессе ядерной реакции, превращается в тепловую энергию, затем в термодинамическом цикле турбогенератора в механическую и электрическую энергию [1]. Полученная электроэнергия поступает в электролизер для получения водорода из воды. Такой же тепловой цикл происходит в ТЭХГ при преобразовании тепловой энергии в электрическую [2].
Известно, что в процессе генерирования электрической энергии часть полезной потенциальной энергии превращается в тепло (в основном за счет потерь на электродах и в электролите), которое обычно отводится непроизводительно [3]. Эти потери тепла значительны и в режиме максимальной мощности равны половине потенциальной энергии [4], т.е. в этом случае к.п.д. преобразования потенциальной энергии (ηэ) равен 0,5 (50%) от к.п.д. цикла Карно (ηк).
При температуре подогрева Тг 1000 К и температуре холодильника 400 К суммарный к.п.д. будет равен ηк·ηэ=0,6.0,5=0,3 (30%).
Если анодную и катодную полость ТЭХГ выдерживать при максимальной температуре цикла, то и тепло, выделяемое в процессе генерирования электрической энергии, также будет характеризоваться максимальной температурой и следовательно может полностью утилизироваться в самом термодинамическом цикле, повышая его к.п.д. [5].
В этом случае предельное значение к.п.д. определяется по формуле η=ηк·ηэ/1-ηк·(1-ηэ).
При получении водорода из воды в электролизере в режиме максимальной мощности значение к.п.д. электролизера ηэл. будет составлять 0,5 (50%), а значение суммарного к.п.д. энергоустановки для получения водорода будет равно η=ηк·ηэ·ηэл=0,15 (15%). Применительно к использованию для этих целей в электролизере электроэнергии, вырабатываемой АЭС, указанное значение суммарного к.п.д. энергоустановки с учетом преобразования высокопотенциальной ядерной энергии будет сравнительно низким.
Известно, что энергия ионизирующего излучения, возникающего в процессе ядерной реакции, на один акт деления U235 составляет 200 МэВ (энергия быстрых нейтронов - 5 МэВ, γ- лучей - 10 МэВ, β- и нейтрино-частиц - 18 МэВ, осколков деления - 166 МэВ) [6]. Следовательно, энергия любой частицы ионизирующего излучения в тысячи раз больше энергии связи атомов в молекулах (~5 эВ) и энергии связи валентных электронов с атомами (~10 эВ) [7].
Известно, что в процессе ионизационного облучения молекула воды разлагается на водород и кислород. Часть образовавшихся атомов водорода и кислорода вступают в обратную реакцию с образованием воды и выделением тепла, а другая часть в виде смеси газов этих элементов накапливается [7]. Благодаря ТЭХГ с твердыми электролитами с проводимостью по ионам водорода (протонная) и соответственно по ионам кислорода, с нанесенными электродными покрытиями на основе палладия, становится возможным разделение и отвод этих газов из зоны реакции с одновременной генерацией электрического тока.
С целью повышения суммарного к.п.д. энергоустановки для получения водорода из воды предлагается способ эксплуатации ТЭХГ при использовании энергии ионизирующего излучения.
Для достижения этой цели в герметический отсек с изолированными токоотводами помещают ядерное горючее (U235 или его оксиды) и термоэлектрохимические генераторы с керамическими твердыми электролитами (ТЭ), а именно: с ТЭ, проводящим по ионам водорода (с протонной проводимостью), в частности, на основе цирконата стронция, и с ТЭ с проводимостью по ионам кислорода, и в частности на основе оксидов циркония и церия с добавками оксида иттрия и (или) редкоземельных элементов [8], - покрытыми пористыми электродами на основе палладия, а также систему подачи воды и систему разделения и отвода из зоны реакции образующихся в процессе разложения воды газообразных продуктов реакции в виде водорода и кислорода, а также дополнительный ТЭХГ электрохимической системы натрий-натрий с керамическим ТЭ на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным (например, молибденовым) покрытием.
При перемещении отсека в активную зону ядерного реактора под воздействием ионизирующего излучения ядерной реакции происходит разложение молекул воды с образованием атомов и ионов водорода и кислорода и их радикалов типа ОН [7]. Часть полученных продуктов вступает в обратную реакцию с образованием воды и выделением тепла, а другая часть смеси газообразных продуктов накапливается. Разность парциальных давлений водорода и соответственно кислорода по обеим сторонам твердого электролита с протонной и соответственно с кислородной проводимостью создает потенциальную энергию и соответственно ЭДС на электродах, покрывающих ТЭ.
Соединив токоотводы электродов через полезную нагрузку, можно разделить смесь газообразных продуктов на составляющие компоненты, направляя ионы водорода и соответственно ионы кислорода через твердые электролиты ТЭХГ с соответствующей проводимостью. При этом в одном процессе генерируют электрический ток и одновременно получают и отводят водород и кислород. В отсек подают воду (пар) по мере ее разложения и расходования. При этом выделяемое в отсеке тепло направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы натрий-натрий с ТЭ на основе натриевого бета-глинозема, покрытым пористым электродом, перед эксплуатацией которого в анодную полость такого ТЭХГ помещают ядерное горючее. Все потоки электрической энергии направляют в электролизер для получения водорода.
Источники информации
1. Бамп Т.Р. Третье поколение реакторов-размножителей. Физика атомного ядра и плазмы. М.: Наука, 1974, вып. №10, с.66-77.
2. Агрус Б. Термически регенерируемый элемент с жидкими металлами. Сб. ППТЭ и ТЭ, 1964, №11.
3. Ворогушин В.Т. Способ повышения к.п.д. термически регенерируемого топливного элемента. Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по электрохимии. Источники тока и преобразователи энергии. 1982, т.1, с.61.
4. Фаворский О.Н. Установки для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. М.: Высшая школа, 1965.
5. Ворогушин В.Т. Термодинамический цикл с использованием тепла, выделяемого при генерировании электроэнергии. Журнал физической химии. 1982. т.LVI, с.1092-1095.
6. Мэррей Р. Введение в ядерную технику. И.Л.М. 1995, с.62.
7. Платцман Р.Л. Что такое ионизующие излучения? Физика атомного ядра и плазмы. М.: Наука, 1974, с.3
8. Глебова Е. Рывок в водородное будущее. Наука и жизнь. 2004. №2, с.16-19.
Claims (2)
1. Способ эксплуатации системы термоэлектрохимических генераторов (ТЭХГ) с твердыми керамическими электролитами, системой подачи воды, разделения и отвода водорода и кислорода, включая твердый электролит с протонной проводимостью, твердый электролит с проводимостью по ионам кислорода с нанесенными на их поверхность пористыми электродными покрытиями на основе палладия, а также дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na с твердым электролитом на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным покрытием, отличающийся тем, что указанные ТЭХГ помещают в отсек, содержащий воду или пар и делящееся вещество U235 или его оксиды, с последующим перемещением отсека в активную зону ядерного реактора, дистанционно соединяют электроды ТЭХГ с внешней полезной нагрузкой, генерируют в указанных ТЭХГ электрический ток, отводят соответственно водород и кислород, добавляют в отсек воду по мере ее разложения и расходования, при этом выделяемое в отсеке тепло в процессе ядерного деления и генерирования электроэнергии направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na.
2. Способ эксплуатации по п.1, отличающийся тем, что в анодную полость ТЭХГ электрохимической системы Na-Na перед эксплуатацией вводят делящееся вещество U235 или его оксиды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129954/09A RU2280927C2 (ru) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129954/09A RU2280927C2 (ru) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004129954A RU2004129954A (ru) | 2006-03-27 |
RU2280927C2 true RU2280927C2 (ru) | 2006-07-27 |
Family
ID=36388586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004129954/09A RU2280927C2 (ru) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2280927C2 (ru) |
-
2004
- 2004-10-15 RU RU2004129954/09A patent/RU2280927C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004129954A (ru) | 2006-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dotan et al. | Decoupled hydrogen and oxygen evolution by a two-step electrochemical–chemical cycle for efficient overall water splitting | |
CN102652379B (zh) | 电池和运行电池的方法 | |
HUP0004319A2 (hu) | Megnövelt kötési energiával rendelkező hidrogénvegyületek és reaktor, nagyfeszültségű elektrolizáló-cella, valamint eljárások ezek előállítására, továbbá adalékanyag, izzókatód, félvezető, akkumulátor és üzemanyagcella, valamint eljárások energia... | |
CN104521046A (zh) | Ciht动力系统 | |
JP2009016331A (ja) | 燃料電池加速活性化装置および方法 | |
US3138487A (en) | Fuel cell | |
JP3708924B2 (ja) | 熱・電気併用による化学的水素製造方法 | |
Deng et al. | A self-circulating pathway for the oxygen evolution reaction | |
US3432352A (en) | High temperature fuel cell having a palladium film between the anode and electrolyte | |
RU2280927C2 (ru) | Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов (тэхг) для получения водорода при ионизационном облучении | |
Gupta et al. | Solid oxide fuel cell: a review | |
KR101642426B1 (ko) | 양방향 이온 전달형 고체 산화물 수전해 셀 | |
McEvoy | Fundamentals and applications of electrochemistry | |
CN103840184B (zh) | 一种直接硼氢化物燃料电池单电池活化方法 | |
Wang et al. | A novel direct borohydride fuel cell using an acid–alkaline hybrid electrolyte | |
KR20120064682A (ko) | 연료 전지 | |
US9472812B2 (en) | Electric energy cell | |
Roy et al. | ‘‘HYTEC’’—A thermally regenerative fuel cell | |
Lagrille et al. | Thermodynamics and Kinetics of Solid Oxide Fuel Cells with Molten Tin Anodes | |
US20130088184A1 (en) | Battery device utilizing oxidation and reduction reactions to produce electric potential | |
CN106251912B (zh) | 基于质子导体陶瓷膜的自循环氚靶系统 | |
Wang et al. | Power-to-Hydrogen: Process Modeling and Thermodynamic Analysis of High Temperature Solid Oxide Electrolysis | |
KR20130075988A (ko) | 고체산화물 연료전지용 분리판 | |
LIU et al. | Direct Carbon Solid Oxide Fuel Cells | |
CN117936148A (zh) | 一种含氚水的处理方法及处理系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HK4A | Changes in a published invention | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161016 |