RU2446516C1 - Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface - Google Patents
Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446516C1 RU2446516C1 RU2010144326/07A RU2010144326A RU2446516C1 RU 2446516 C1 RU2446516 C1 RU 2446516C1 RU 2010144326/07 A RU2010144326/07 A RU 2010144326/07A RU 2010144326 A RU2010144326 A RU 2010144326A RU 2446516 C1 RU2446516 C1 RU 2446516C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- working medium
- pressure
- solar heat
- electrolyte
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, конкретно к барогальваническим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую.The invention relates to energy, specifically to barogalvanicheskih generators for converting thermal energy into electrical energy.
Известны способы преобразования солнечной энергии в электроэнергию (Б.Андерсон, «Солнечная энергия (Основы строительного проектирования)», М., Стройиздат, 1982 г.) [1].Known methods for converting solar energy into electricity (B. Anderson, “Solar energy (Fundamentals of building design)”, M., Stroyizdat, 1982) [1].
Известен способ и устройство прямого преобразования солнечной энергии в электричество с помощью барогальванического преобразователя (С.А.Сидорцев «О барогальваническом преобразователе солнечной энергии в электричество и тепло», ж. «Гелиотехника» №3, 1984 г.) [2].There is a method and device for the direct conversion of solar energy into electricity using a barogalvanic converter (S. A. Sidortsev "On the barogalan converter of solar energy into electricity and heat", J. "Heliotekhnika" No. 3, 1984) [2].
Способ прямого преобразования солнечного тепла в электричество [2] принят за прототип и обладает рядом перспективных достоинств, к которым следует отнести: высокую энергетическую эффективность, отсутствие движущихся частей, дешевое рабочее тело, малый удельный вес, поскольку в современных условиях электродный блок генератора может быть изготовлен с использованием новых наноматериалов (углеродных нанотрубок) и нанотехнологий.The method of direct conversion of solar heat into electricity [2] is adopted as a prototype and has a number of promising advantages, which include: high energy efficiency, the absence of moving parts, cheap working fluid, low specific gravity, since in modern conditions the generator’s electrode block can be made using new nanomaterials (carbon nanotubes) and nanotechnology.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения резервной электроэнергии из солнечного тепла на поверхности планеты Луна.An object of the invention is to develop a method for producing backup electricity from solar heat on the surface of the moon planet.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, это: 1 - повышение удельной мощности прямого преобразования солнечного тепла в электричество; 2 - выработка одноразового наперед заданного количества киловатт-часов электроэнергии.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is: 1 - increase in the specific power of the direct conversion of solar heat into electricity; 2 - generation of a predetermined one-time specified number of kilowatt hours of electricity.
Для решения сформулированной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе [2] получения электроэнергии путем прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в барогальваническом генераторе, расположенном в потоке солнечного излучения на поверхности планеты Луна, путем нагрева и перегрева рабочего тела в жидкой фазе в полости высокого давления, его ионизации на границе: электрод высокого давления - электролит, переноса ионов рабочего тела через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов рабочего тела на границе: электролит - электрод низкого давления и поступления рабочего тела в виде перегретого пара от электрода низкого давления в полость низкого давления, в полости высокого давления размещают наперед заданное по массе количество рабочего тела, а полость низкого давления сообщают с вакуумом окружающей среды, в которую самопроизвольно выпускается перегретый пар низкого давления рабочего тела.To solve the stated problem with the achievement of the specified technical result in the known method [2] for generating electricity by directly converting thermal energy into electrical energy in a barogalvanic generator located in the solar radiation flux on the surface of the moon planet, by heating and overheating of the working fluid in the liquid phase in a high cavity pressure, its ionization at the boundary: high-pressure electrode - electrolyte, ion transport of the working fluid through the electrolyte layer under the influence of an electro gradient field, recombination of ions of the working fluid at the boundary: the electrolyte is a low-pressure electrode and the working fluid flows in the form of superheated steam from the low-pressure electrode into the low-pressure cavity, the amount of the working medium, predetermined by mass, is placed in the high-pressure cavity, and the low-pressure cavity is informed with an environmental vacuum into which superheated low pressure steam of the working fluid is spontaneously released.
Указанные преимущества и особенности настоящего изобретения станут понятными при рассмотрении прилагаемых фигур.These advantages and features of the present invention will become apparent when considering the attached figures.
Фиг.1. Функциональная схема барогальванического электрогенератора, в котором реализуется предлагаемый способ получения электроэнергии на поверхности планеты Луна: а) в начале работы генератора; б) в конце работы генератора.Figure 1. Functional diagram of a barogalvanic electric generator, which implements the proposed method for generating electricity on the surface of the planet Moon: a) at the beginning of the generator; b) at the end of the generator.
Фиг.2. Изображение в T-S диаграмме (температура - энтропия): совокупность термодинамических процессов, характеризующих предлагаемый способ получения электроэнергии (сплошные линии) и термодинамический цикл способа-прототипа получения электроэнергии (пунктирные линии).Figure 2. Image in the T-S diagram (temperature - entropy): a set of thermodynamic processes characterizing the proposed method for generating electricity (solid lines) and the thermodynamic cycle of the prototype method for generating electricity (dashed lines).
Фиг.3. Расчетные значения напряжений (V) и удельной мощности (W) на клеммах барогальванического электрогенератора, работающего по предлагаемому способу (сплошные линии) и способу-прототипу (пунктирные линии).Figure 3. The calculated values of the voltages (V) and specific power (W) at the terminals of the barogalvanic electric generator operating according to the proposed method (solid lines) and the prototype method (dashed lines).
На фиг.1 изображено: 1 - токогенерирующая ячейка барогальванического электрогенератора; 2 - полость высокого давления перегретого жидкого рабочего тела (перегретого жидкого йода) с давлением P1=2,5 атм, температурой Т1=573 К, равной температуре, получаемой за счет сконцентрированной солнечной энергии на поверхности Луны с максимальной массой рабочего тела Мр.т.=max и объемом полости 2 - V=const; 3 - полость низкого давления с температурой T1=573 K перегретого пара низкого давления рабочего тела и давлением Р2=2,5·10-6 атм (перегретый пар йода низкого давления); 4 - пористый электрод высокого давления; 5 - пористый (газодиффузионный) электрод низкого давления; 6 - электролит (например, йодистое серебро); 7 - дырчатая (перфорированная) стенка, ограничивающая полость низкого давления 3; 8 - самопроизвольное выпускание перегретого пара низкого давления Р2=2,5·10-6 атм (йода) с температурой T1=573 К в вакуум окружающей среды в процессе выработки электроэнергии ячейкой 1; 9 - выходные электрические клеммы ячейки 1 электрогенератора; Q1 - подвод солнечного тепла к ячейке 1 электрогенератора на поверхности планеты Луна.Figure 1 shows: 1 - current-generating cell of a barogalvanic electric generator; 2 - high-pressure cavity of an overheated liquid working fluid (superheated liquid iodine) with a pressure of P 1 = 2.5 atm, a temperature of T 1 = 573 K, equal to the temperature obtained due to concentrated solar energy on the surface of the moon with a maximum mass of the working fluid M r .t. = max and cavity volume 2 - V = const; 3 - a low-pressure cavity with a temperature T 1 = 573 K of superheated steam of low pressure of the working fluid and a pressure of P 2 = 2.5 · 10 -6 atm (superheated steam of low pressure iodine); 4 - porous high pressure electrode; 5 - porous (gas diffusion) electrode of low pressure; 6 - electrolyte (for example, silver iodide); 7 - hole (perforated) wall bounding the low-
На фиг.2 изображено: К - критическая точка; Х=1 - линия жидкого рабочего тела; (10-11-12-13-14) - совокупность термодинамических процессов, характеризующих предлагаемый способ получения электроэнергии: (10-11) - процесс нагрева твердого рабочего тела (кристаллического йода) от твердого состояния Ттв. до температуры плавления Тпл.=386,6 К с поглощением солнечного тепла Q2; (11-12) - процесс плавления твердого рабочего тела и переход его в жидкое состояние при температуре Тпл.=386,6 К с поглощением солнечного тепла Q3 - теплоты фазового перехода; (12-13) - процесс нагрева жидкого рабочего тела (йода) при постоянном давлении Р2=2,5 атм от температуры Тпл.=386,6 К до температуры, получаемой за счет сконцентрированной солнечной энергии на поверхности Луны, равной T1=573 К - температуре перегрева жидкого йода с поглощением солнечного тепла Q4; (13-14) - процесс изотермической выработки электрической энергии в ячейке 1 при температуре T1=573 К с поглощением солнечного тепла Q5, при этом Q1=Q2+Q3+Q4+Q5; 13 - точка на T-S диаграмме, в которой рабочее тело находится в перегретом жидком состоянии с температурой T1=573 K и давлением Р2=2,5 атм; 14 - точка на T-S диаграмме, в которой рабочее тело находится в виде перегретого пара низкого давления с температурой T1=573 К и давлением Р2=2,5·10-6 атм; (15-16-17-18-19-20-15) - термодинамический цикл на T-S диаграмме способа-прототипа получения электроэнергии: (15-16) - процесс нагрева твердого рабочего тела (йода) солнечным теплом до температуры плавления; (16-17) - процесс плавления рабочего тела за счет солнечного тепла; (17-18) - процесс нагрева и перегрева жидкого рабочего тела за счет солнечного тепла; (18-19) - процесс изотермической выработки электроэнергии с поглощением солнечного тепла; (19-20) - процесс охлаждения перегретого пара рабочего тела; (20-15) - процесс изотермического перехода от сухого пара до твердого состояния рабочего тела (кристаллического йода).Figure 2 shows: K is a critical point; X = 1 - line of the liquid working fluid; (10-11-12-13-14) - a set of thermodynamic processes that characterize the proposed method of generating electricity: (10-11) - the process of heating a solid working fluid (crystalline iodine) from a solid state T TV. to the melting temperature T pl. = 386.6 K with absorption of solar heat Q 2 ; (11-12) - the process of melting of a solid working fluid and its transition to a liquid state at a temperature T pl. = 386.6 K with the absorption of solar heat Q 3 - the heat of the phase transition; (12-13) - the process of heating a liquid working fluid (iodine) at a constant pressure of P 2 = 2.5 atm from the temperature T pl. = 386.6 K to the temperature obtained due to concentrated solar energy on the lunar surface, equal to T 1 = 573 K - the temperature of superheat of liquid iodine with the absorption of solar heat Q 4 ; (13-14) - the process of isothermal generation of electrical energy in
Барогальванический электрогенератор работает по предлагаемому способу следующим образом.Barogalanic electric generator works by the proposed method as follows.
Тепловая энергия сконцентрированного солнечного излучения Q1 поднимает температуру ячейки 1 до температуры T1=573 K, при которой находящееся в полости высокого давления 2 рабочее тело будет находиться в перегретом состоянии с давлением P1=2,5 атм и температурой T1=573 K.The thermal energy of concentrated solar radiation Q 1 raises the temperature of
Рабочий процесс токообразования в ячейке 1 состоит в ионизации жидкого йода высокого давления P1 в полости 2 по реакции на границе: электрод 4 - электролит 6, перетоке ионов через слой электролита 6 под действием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов йода на границе: электролит 6 - электрод 5 по реакции в полости 3.The working process of current formation in
Расширение жидкого йода через электродный блок, включающий электроды 4 и 5 и электролит 6, происходит изотермически с поглощением тепла Q5 (фиг.2, процесс (13-14)). Пар йода низкого давления Р2=2,5·10-6 атм (у прототипа Р2 соответствует давлению упругих паров над твердым йодом при температуре T=300 K и составляет величину P′2=2,5·10-4 атм (Дж.Кэй, Т.Лэби «Таблицы физических и химических постоянных», физ-мат. литература, М, 1962, с 112)) через отверстия 8 стенки 7 будет уходить в вакуум окружающей среды на поверхности Луны. В вакууме отсутствует йод и поэтому в вакууме нет парциального давления пара йода - оно равно нулю. Ничто не будет препятствовать быстрому уходу перегретого пара йода от электрода 5 через отверстия 8 стенки 7 в вакуум окружающей среды вблизи поверхности Луны. Это давление Р2 будет ниже давления упругих паров йода над твердой фазой P'2=2,5·10-4 атм. Поскольку в реальности давление Р2 неизвестно, то примем его Р2=2,5·10-6 атм, отличающееся от P'2=2,5·10-4 атм на два порядка.The expansion of liquid iodine through the electrode block, including
Электродвижущая сила токогенерирующей ячейки 1 определится по формуле:The electromotive force of the current-generating
где ΔG - перепад термодинамического потенциала Гиббса - Дж/моль;where ΔG is the Gibbs thermodynamic potential drop - J / mol;
Z - валентность иона йода, переносчика заряда в системе Z=2;Z is the valency of the iodine ion, the charge carrier in the system Z = 2;
F - число Фарадея, 96500 Кл/моль ≈10-4 Кл/моль;F is the Faraday number, 96500 C / mol ≈10 -4 C / mol;
R - газовая постоянная, ;R is the gas constant ;
P1=2,5 атм; P2=2,5·106 атм; Tт.я.=T1=573 K. Подставляя значения величин в формулу (1), получим напряжение на клеммах 9 ячейки 1 генератора:P 1 = 2.5 atm; P 2 = 2.5 · 10 6 atm; T i.e. = T 1 = 573 K. Substituting the values in the formula (1), we obtain the voltage at the
Удельная мощность на клеммах 9 ячейки 1 генератора определяется формулой:The power density at the
где J - плотность тока на электродах 4, 5, А/см2.where J is the current density at the
В качестве электролита примем йодистое серебро AgI с электропроводностью æэлектр≈0,1 1/Ом·см, и толщину электролита примем δ=0,1 см, тогда формула (3) примет вид:As an electrolyte, we take AgI iodide silver with a conductivity of æ electron ≈0.1 1 / Ohm · cm, and we take δ = 0.1 cm as the thickness of the electrolyte, then formula (3) takes the form:
На фиг.3 представлены расчетные значения напряжений на клеммах 9 одной ячейки и ее удельной мощности, рассчитанные по формулам (1-4), в зависимости от плотности тока на электродах 4, 5 ячейки 1. По формулам (1-4) были рассчитаны аналогичные значения напряжения V и удельной мощности W токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу (пунктирные линии).Figure 3 presents the calculated values of the voltages at the
Как видно из графика (фиг.3), при работе ячейки 1 генератора в режиме максимальной удельной мощности, составляющей Wген.=0,156 Вт/см2 (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу, Wпрот.=0,05 Вт/см2), напряжение на клеммах 9 ячейки 1 будет равно Vген.=0,395 B (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу, - Vпрот.=0,225 B), при плотности тока Jген.=0,395 А/см2 (у токогенерирующей ячейки, работающей по способу-прототипу, Jпрот.=0,225 А/см2).As can be seen from the graph (figure 3), when the
Удельный расход рабочего тела-йода через электродный блок, включающий электроды 4, 5 и электролит 6, ячейки 1 однозначно задается законом Фарадея:The specific consumption of the working fluid-iodine through the electrode block, including
где g - удельный расход рабочего тела через электродный блок ячейки 1, г/сек;where g is the specific consumption of the working fluid through the electrode block of the
Iпол. - полный ток, вырабатываемый всей поверхностью электродов 4, 5, S4=S5;I floor - the total current generated by the entire surface of the
Sяч. - площадь электрода 4 или 5, S4=S5;S cell. - the area of the
A - атомный вес рабочего тела, йода, г/моль (для йода A=126,91 г/моль ≈ A=127 г/моль).A is the atomic weight of the working fluid, iodine, g / mol (for iodine, A = 126.91 g / mol ≈ A = 127 g / mol).
Примем для расчета удельного расхода:We take to calculate the specific consumption:
Sяч.=Sэлектрода 4,5=100 см2 S cell. = S electrode 4,5 = 100 cm 2
часовой расход рабочего тела будет равен:hourly flow rate of the working fluid will be equal to:
суточный расход рабочего тела будет равен:the daily consumption of the working fluid will be equal to:
масса заправки рабочим теплом Mр.т. полости 2 (фиг.1) будет равна:mass of filling with working heat M r.t. cavity 2 (figure 1) will be equal to:
где n - время в сутках работы электрогенератора на поверхности Луны.where n is the time in days of operation of the electric generator on the lunar surface.
Таким образом, использование предлагаемого способа получения электрической энергии на поверхности Луны позволяет повысить удельную мощность прямого преобразования солнечного тепла в электричество и обеспечить выработку резервного, одноразового, наперед заданного, количества киловатт-часов электроэнергии.Thus, the use of the proposed method for producing electrical energy on the lunar surface allows to increase the specific power of direct conversion of solar heat into electricity and to ensure the generation of a reserve, one-time, predetermined amount of kilowatt-hours of electricity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144326/07A RU2446516C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144326/07A RU2446516C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2446516C1 true RU2446516C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46030995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010144326/07A RU2446516C1 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446516C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3458356A (en) * | 1966-05-02 | 1969-07-29 | Ford Motor Co | Thermo-electric generator |
RU2080528C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Barogalvanic converter |
RU2084056C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Baro-galvanic converter (version) and pump which is part of it |
-
2010
- 2010-10-29 RU RU2010144326/07A patent/RU2446516C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3458356A (en) * | 1966-05-02 | 1969-07-29 | Ford Motor Co | Thermo-electric generator |
RU2080528C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Barogalvanic converter |
RU2084056C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "ККИП" | Baro-galvanic converter (version) and pump which is part of it |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Senthilraja et al. | Performance evaluation of water and air based PVT solar collector for hydrogen production application | |
Khalilnejad et al. | A hybrid wind-PV system performance investigation for the purpose of maximum hydrogen production and storage using advanced alkaline electrolyzer | |
Nafchi et al. | Performance assessment of a solar hydrogen and electricity production plant using high temperature PEM electrolyzer and energy storage | |
Zhang et al. | Pyro-electrolytic water splitting for hydrogen generation | |
Mohamed et al. | Hydrogen preheating through waste heat recovery of an open-cathode PEM fuel cell leading to power output improvement | |
US9023495B2 (en) | Unit thermionic electric converter and thermoelectric converter system | |
Yang et al. | Remarkable output power enhancement of sliding-mode triboelectric nanogenerator through direct metal-to-metal contact with the ground | |
Yang et al. | A tubing shaped, flexible thermal energy harvester based on a carbon nanotube sheet electrode | |
da Costa Lopes et al. | Experimental and theoretical development of a PEM electrolyzer model applied to energy storage systems | |
US20090224545A1 (en) | Power generator utitlizing circulated working fluid from a pulsed electrolysis system and method of using same | |
Marino et al. | Electrode kinetics in the “capacitive mixing” and “battery mixing” techniques for energy production from salinity differences | |
Tanaka | Concept design of solar thermal receiver using alkali metal thermal to electric converter (AMTEC) | |
RU2446516C1 (en) | Method for obtaining reserve electric energy from solar heat on moon surface | |
Yang et al. | Electrochemical impedance analysis of thermogalvanic cells | |
RU2446518C1 (en) | Method to produce reserve power from thermal energy of sun and/or biogas | |
RU2446517C1 (en) | Method for obtaining electric energy from heat of atmosphere on venus surface | |
RU2596605C2 (en) | Hydrogen generator of electric energy | |
JP2020519871A (en) | Generator and method for producing electricity | |
Mensah et al. | Stimulating green energy potential in Sub-Saharan Africa: An analysis of copper–copper sulphate thermogalvanic cell architecture | |
El-Genk et al. | An experimental investigation of the performance of a thermionic converter with planar molybdenum electrodes for low temperature applications | |
Lodhi et al. | Effect of geometrical variations on AMTEC cell heat losses | |
RU2440539C1 (en) | Method to convert thermal energy of sun and/or biogas into electric energy | |
Kazarik et al. | Method and device for long-term cycling tests of reversible fuel cells | |
KR101284288B1 (en) | Single cell module for alkali metal thermal to electric converter | |
JPH08138730A (en) | Alkali metal thermoelectric power generating system |