SU969079A1

SU969079A1 - Electrochemical generator

Info

Publication number: SU969079A1
Application number: SU813278272A
Authority: SU
Inventors: В.А. Дроздов; Н.В. Оболенский; С.А. Сидорцев
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Строительной Физики Госстроя Ссср
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1981-04-13
Publication date: 1983-09-30

Description

о: соabout: with

ОABOUT

4141

:о:about

Изобретение относитс к гелиотехнике , в частности к электрохимическим генератораг, преобразующим тепловую энергию в электрическую.The invention relates to solar technology, in particular to an electrochemical generator, which converts thermal energy into electrical energy.

Известен электрохимический генератор , содержащий электрически соединенные между собой токогенерирующие чейки в виде диэлектрических сосудов, разделенных пористыми электродами с заключенным между ними электролитом на полости высокого и низкого давлени , испаритель и конденсатор рабочего тела, гидравлически св занные с сосудами, сборник конденсата рабочего тела и насос дл его перекачки ij .A known electrochemical generator comprising electrically interconnected current generating cells in the form of dielectric vessels separated by porous electrodes with an electrolyte enclosed between them into high and low pressure cavities, an evaporator and a working fluid condenser hydraulically connected to the vessels, a collecting fluid condensate and a pump for his swapping ij.

Термодинамический цикл такого генератора характеризуетс следующим. В испарителе к йоду (рабочему телу) подводитс теплова энерги максимальной температуре цикла - и происходит испарение йода.Пар йода через подвбд щий трубопровод пара, высокого давлени с параметрами РЫХЛ, поступает в полости высокого давлени токогенерирующих чеек, которыеThe thermodynamic cycle of such a generator is characterized as follows. In the evaporator, heat energy is supplied to iodine (working body) at the maximum temperature of the cycle - and iodine evaporates. Iodine vapor through the steam supplying high-pressure pipeline with RYHL parameters enters the high-pressure cavities of the current generating cells, which

предст.авл ют собой сосуды, разделенные перегородками из пористых никелевых электродов с заключенным между ними электролитом, йодистым свинцом, «на две полости - высокого и низкого давлени пара рабочего тела,и ограниченные Henpo3pa4HHivtH и нетеплопроводными верхними и нижними наружными стенками.The vessels are divided by partitions made of porous nickel electrodes with electrolyte and lead iodide between them, "into two cavities — high and low vapor pressure of the working fluid, and limited to Henpo3pa4HHivtH and non-heat-conducting upper and lower outer walls.

Вследствие разности термодинамических потенциалов (т.д.п.) рабочего гела.в полост х чеек, обусловленной разницей давлений пара, на их электродах возникает электродвижуща аила (ЭДС), по вл етс электрический ГОК и вырабатываетс электрическа энерги Wij . Пар йода низкого давлеН1ИЯ из полостей низкого давлени ччеек с параметрами , через этвод щий трубопровод пара низкого давлени поступает в регенеративный теплообменник, где охлаждаетс и с 1араметрами мид поступает в конденсатор , где конденсируетс , отдаэа в окружающую его среду теплоту сонденсации йода QJOHA- Сконденсирозанный йод поступает в сборник конleHcaxai рабочего тела, а затем через трубопровод рабочего тела - к насо:у , где сжимаетс до начального давтени РКОП своей работы насос ютребл ет часть электрической энерйи , выработанной чейками. Зате сидкий йод с параметрами , Р, юступает в регенеративный теплообteHHMK , где подогреваетс до макси альной температуры цикла Т,;,, при том его давление остаетс неизмен1ЫМ Ру,(, , и вновь поступает в испаитель . Термодинамический цикл -генеатора замкнут. Полезна работа дикла получаетс в форме электрической энергии.Due to the difference in thermodynamic potentials (etc.) of the working gel in the cavity of cells, due to the difference in vapor pressure, an electromotive ail (EMF) appears on their electrodes, electric GOK appears and electrical energy Wij is generated. Low-pressure iodine vapor from low-pressure cavities of cells with parameters, through this low-pressure steam pipeline enters the regenerative heat exchanger, where it cools and enters the condenser, which is condensed, with the parameters of the MID, QJOHA-condensate iodine into the collector Hcaxai of the working fluid, and then through the pipeline of the working fluid — to the pump: y, where the pump is compressed to the initial pressure of the RCOP of its work; Noah cells. At the same time, sidic iodine with parameters, P, proceeds to the regenerative heat exchanger HHMK, where it is heated to the maximum temperature of the cycle T, ;, while its pressure remains constant, Py, (,, and re-enters the evaporator. The thermodynamic cycle of the generator is closed. Useful work Dicla is produced in the form of electrical energy.

В теоретическом цикле (T-S диаграмма ) такого генератора процессы подвода и отвода тепла изотермичны. Цикл состоит ,из двух изотерм и двух эквидистантных изобар, т.е. он эквивалентен циклу Карно. Поэтому КПД преобразовани тепловой энергии в электрическую таким генератором может быть максимально близким к предельному КПД цикла Карно. Это вл етс главным достоинством электрохимического генератора.In the theoretical cycle (T-S diagram) of such a generator, the processes of heat supply and removal are isothermal. The cycle consists of two isotherms and two equidistant isobars, i.e. it is equivalent to the Carnot cycle. Therefore, the efficiency of converting thermal energy into electrical energy by such a generator can be as close as possible to the limiting efficiency of the Carnot cycle. This is the main advantage of an electrochemical generator.

Однако в известном генераторе не предусмотрен подвод тепла непосредственно к токогенерирующим чейкам с тем, чтобы избежать влени тепловой пол ризации, св занного с понижением температуры чеек за счет сн ти - с них нескомпенсированной теплом электрической мощности. Реальный цикл генератора по этой причине будет отличатьс от оптимального тем, что изотерма рабочего процессу выработки электрической энергии , будет располагатьс между изотермами испарени Т,, и конденсации TjjQjj. Очевидно, это обсто тельство снизит КПД цикла и ухудшит электроэнергетические характеристики генератора,However, the known generator does not provide for the supply of heat directly to current generating cells in order to avoid the occurrence of thermal polarization associated with lowering the temperature of the cells due to the removal of the uncompensated heat of electrical power from them. The real cycle of the generator for this reason will differ from the optimal one in that the isotherm of the working process of generation of electric energy will be located between the evaporation isotherms T ,, and the condensation TjjQjj. Obviously, this circumstance will reduce the efficiency of the cycle and worsen the electric power characteristics of the generator,

К недостаткам генератора следует отнести также сложность подготовки его к работе. При температуре окружающей среды йод находитс в твердом состо нии,.а в генераторе не предусмотрен подвод тепла к трубопроводу , соедин ющему конденсатор с испарителем .The disadvantages of the generator should also include the difficulty of preparing it for work. At ambient temperature, iodine is in a solid state, and in the generator there is no provision for heat supply to the pipeline connecting the condenser to the evaporator.

Целью изобретени вл етс повыт шёние КПД генератора и упрощение его эксплуатации путем использовани солнечной энергии.The aim of the invention is to increase the efficiency of the generator and simplify its operation by using solar energy.

Цель достигаетс тем, что в электрохимическом генераторе, содержащем электрически соединенные между собой токогенерирующие чейки в виде диэлектрических сосудов, разделенных пористыми электродами с заключенным мейуз.у ними электролитом н полости высокого и низкого давлени , испаритель и конденсатор рабочего тела, гидравлически св занные с сосудами, сборник конденсата рабочего тела и насос дл его перекачки, верхние части сосудов и испарител выполнены оптически прозрачными и снабжены по периметру концейтраторами солнечного излучени , а нижние выполнены из теплопроводного материала, служат конденсатором и снабжены охладителем, включающим аккумул тор тепла, теплообменник и насос с трубопроводами дл теплоносител , а нижние части испарител и сборника конденсата расположены с тепловым контактом один, отнасительно другого. На фиг. 1 показана конструктивна схема генератора; на фиг. 2 - генератор , план; на фиг. 3 - термодинамический цикл предложенного генератора показан сплошными лини ми, известного генератора - пунктирньами; на фиг. 4 - расчетные характеристики генератора. Электрохимический генератор содержит электрически соединенные между собой токогенерирующие чейки в виде диэлектрических сосудов 1 (фиг. 1) разделенных пористыми электродами 2 с заключенным между ними электролитом 3 на полости 4 и 5 высокого и низкого давлени соответственно,испаритель 6 и конденсатор 7 рабочего тела, гидравлически св занные с сосудами 1, сборник S конденсата рабочего тела и насос 9 дл его перекачки .Верхние части 10 cocyдoв l и верхн часть 11 испарител 6 выполнены оптически прозрачными и снабжены по периметру концентраторами 12 солнечного излучени . Нижние части 13 сосудов 1 и ниж-н часть 14 испарител 6 выполнены из теплопроводного материала. Нижние части 13 сосудов 1 служат конденсатором 7 и снабжены охладителем 15, включающим аккумул тор 16 тепла,теп лообменник 17, насос 18 с трубопроводами 19 дл теплоносител . Нижн часть 14 испарител 6 и сборник 8 конденсата рабочего тела расположены с тепловым контактом от носительно друг друга. Сосуде 1 имеют, например, пр моугольную форму и выполнены из керамики . Пористые электроды 2 выполнен никелевыми. Электролитом 3 служит йодистый свинец с проводимостью по .ирну рабочего тела (йода). Электролит 3 обеспечивает газоплотность ме ду полост ми 4 и 5. Электролит 3 обеспечивает газоплотность между полост г 4 и 5. Электроды 2 имеют гоковыводы 20. Три токогенерирукнцие чейки электрически соединены меж ду собой, например последовательно. Токогенерирующие чейки выполнены практически в виде коллекторов солнечной энергии, к которым по периметру примыкают плоские концентраторы 12, расположенные под углом 120° к верхней части 10 сосудов 1 ( чеек), выполненной в виде прозрачной плоской стенки. Концентраторы 12 на сосудах могут быть закреплены шарнирио и скл дыватьс . Верхние части 10 сосудов 1 могут быть выполнены из двух, трех, слоев стекл, установленных с зазора ми, которые вакуумированы дл , уменьшени потерь тепла. Токогенерирукхцие чейки расположены неподвижно под углом 37-45 к горизонту в зависимос ттл от широты местности, в которой установлен генератор. Степень концентрации излучени пор дка 7-10. Нижние части 13 сосудов 1 выполнены , например, из нержавеющей стали и имеют развитую поверхность теплообмена , вл сь конденсатором 7 паров рабочего тела (йода) низ.кого давлени .. Керамические стенки сосудов 1 с внешней стороны теплоизолированы.Отвод щий трубопровод 21 конденсата .рабочего тела выполнен из нержавеющей стали, теплоизолирован и соедин ет полости 5 низкого давлени сосудов 1 со сборником 8 конденсата рабочего тела. Испаритель 6 представл ет собой коллектор солнечной энергии в форме плоского сосуда, изготовленного, например , из нержавеющей стали и заполненного рабочим телом, например йодом. Поверхность испарител , обращенна к солнцу, имеет степень черноты , близкую к единице. Она теплоизолирована от окружающей среды двух- илитрехслойным стеклом с вакуумньвли промежутками (не показаны). Испаритель 6 теплоизолирован дл уменьшени потерь тепла. К боковым гран м испарител 6 по периметру приьвлкают плоские концентраторы 12, расположенные под углом 120° к поверхности испарител 6, воспринимающей солнечную радиацию. Закрепление плоских концентраторов на стенках испарител 6 аналогично закреплению плоских -концентраторов на сосудах 1. Испаритель 6 расположен неподвижно под углом 37-45 к горизонту,, в зависимости от широты местности, на которой.установлен генератор. Подвод щий трубопровод 22 пара йода высокого давлени представл ет собой теплоизолированный с внешней стороны распределительный трубопровод , выполненный из нержавеющей стали, и соедин ющий испаритель 6 с токогенерирующими чейками (сосудами 1). Сборник 8 конденсата рабочего тела представл ет собой теплоизолированный с внешней стороны сосуд в виде бачка дл сбора сконденсированного рабочего тела и изготовлен из нержавеющей стали. Он расположен на теплопроводной нижйей части 14 испарител 6 , не подвергающейс солнечному облучению. Площадь контакта бачка с испарителем 6 вл етс поверхностью теплообмена. Трубопровод 23 рабочего тела также расположен на нижней части 14 испарител 6 и площадь его контакта с испарителем б тоже вл етс поверхностью теплообмена. Трубопровод сделан из нержавеющей стали, теплоизолирован сThe goal is achieved by the fact that in an electrochemical generator containing electrically interconnected current generating cells in the form of dielectric vessels separated by porous electrodes with a meyuz in them electrolyte n high and low pressure cavities, an evaporator and a working fluid condenser connected hydraulically to the vessels, the condensate collector of the working fluid and the pump for pumping it; the upper parts of the vessels and the evaporator are made optically transparent and equipped with solar radiation concentrators around the perimeter The lower ones are made of thermally conductive material, serve as a condenser and equipped with a cooler including a heat accumulator, a heat exchanger and a pump with pipes for heat transfer fluid, and the lower parts of the evaporator and condensate collector are located with thermal contact one for the other. FIG. 1 shows a structural diagram of the generator; in fig. 2 - generator, plan; in fig. 3 - the thermodynamic cycle of the proposed generator is shown by solid lines of a known generator - dotted; in fig. 4 - design characteristics of the generator. The electrochemical generator contains current-generating cells electrically interconnected in the form of dielectric vessels 1 (Fig. 1) separated by porous electrodes 2 with electrolyte 3 between them into cavities 4 and 5 of high and low pressure, respectively, evaporator 6 and condenser 7 of the working fluid hydraulically Zannye with vessels 1, a collection S of condensate of the working fluid and a pump 9 for its transfer. The upper part 10 of the condenser l and the upper part 11 of the evaporator 6 are made optically transparent and have a concentrator around the perimeter am 12 solar radiation. The lower parts 13 of the vessels 1 and the lower part 14 of the evaporator 6 are made of heat-conducting material. The lower parts 13 of the vessels 1 serve as a condenser 7 and are equipped with a cooler 15 comprising a heat accumulator 16, a heat exchanger 17, a pump 18 with pipes 19 for a heat transfer medium. The lower part 14 of the evaporator 6 and the collector 8 of the working medium condensate are arranged with thermal contact relative to each other. Vessel 1 has, for example, a rectangular shape and is made of ceramic. Porous electrodes 2 are made of nickel. Electrolyte 3 is lead iodide with a conductive .irnu working medium (iodine). Electrolyte 3 provides gas tightness between cavities 4 and 5. Electrolyte 3 provides gas tightness between cavity 4 and 5. Electrodes 2 have electrical outlets 20. Three current-generating cells are electrically interconnected between themselves. Current-generating cells are made practically in the form of solar energy collectors, which are surrounded by flat concentrators 12 along the perimeter, located at an angle of 120 ° to the upper part of 10 vessels 1 (cells), made in the form of a transparent flat wall. The hubs 12 on the vessels can be attached by a hinge and folded. The upper parts 10 of the vessels 1 can be made of two, three glass layers installed with gaps that are evacuated to reduce heat loss. The current generating cells are fixed at an angle of 37-45 to the horizon, depending on the latitude of the terrain in which the generator is installed. The degree of concentration of radiation is on the order of 7-10. The lower parts of the 13 vessels 1 are made, for example, of stainless steel and have a developed heat exchange surface, being the condenser 7 of the working fluid (iodine) vapor of low pressure .. The ceramic walls of the vessels 1 are insulated from the outside. The condensate discharge pipe 21 The bodies are made of stainless steel, are thermally insulated and connects the cavities 5 of the low pressure vessel 1 with the condensate collector 8 of the working medium. The evaporator 6 is a solar collector in the form of a flat vessel made, for example, of stainless steel and filled with a working fluid, such as iodine. The evaporator surface facing the sun has a degree of blackness close to unity. It is thermally insulated from the environment by double-layer or three-layer glass with vacuum gaps (not shown). The evaporator 6 is thermally insulated to reduce heat loss. The lateral faces of the evaporator 6 along the perimeter attract flat concentrators 12 located at an angle of 120 ° to the surface of the evaporator 6, which perceives solar radiation. Fixing flat concentrators on the walls of the evaporator 6 is similar to fixing flat concentrators on the vessels 1. The evaporator 6 is fixed at an angle of 37-45 to the horizon, depending on the latitude of the terrain on which the generator is installed. The high pressure iodine vapor feed line 22 is an external heat insulated distribution pipe made of stainless steel and connecting the evaporator 6 with current generating cells (vessels 1). Collection 8 of working medium condensate is a tank insulated from the outside in the form of a tank for collecting condensed working fluid and is made of stainless steel. It is located on the heat-conducting lower portion 14 of the evaporator 6, which is not exposed to solar radiation. The contact area of the tank with the evaporator 6 is the heat exchange surface. The working fluid line 23 is also located on the bottom 14 of the evaporator 6 and its contact area with the evaporator b is also a heat exchange surface. The pipeline is made of stainless steel, heat insulated with

внешней стороны и соедин ет сборник 8 конденсата рабочего, тела с испарителем 6.the outer side and connects the collection of 8 condensate working, the body with the evaporator 6.

Насос 9 дл прокачки рабочего тел установлен в нижней части трубопровода 23 и служит дл подачи жидкого рабочего тела из сборника 8 конденсата в испаритель 6.-Дл своей работы насос 9 потребл ет часть электрической энергии, вырабатываемой генератором . ,A pump 9 for pumping the working medium is installed in the lower part of the pipeline 23 and serves to supply a liquid working medium from the condensate collector 8 to the evaporator 6. For its operation, the pump 9 consumes part of the electrical energy produced by the generator. ,

Обратный клапан 24 расположен на трубопроводе 23 у входа в испаритель б и обеспечивает устойчивую циркул цию рабочего тела в генераторе (по стрелкам на фиг. 1,2). The check valve 24 is located on the pipe 23 at the entrance to the evaporator b and ensures stable circulation of the working fluid in the generator (according to the arrows in Fig. 1.2).

Охладитель 15 теплоизолирован от окружающей его среды и состоит из расположенных под нижними част ми 13 сосудов 1, камер 25 теплоносител , св занных с расположенным в аккумул торе 16 тепла змеевиковым теплообменником 17, и насо.са 18 дл прокачки теплоносител .The cooler 15 is thermally insulated from its surroundings and consists of 13 vessels 1 located below the lower parts, heat carrier chambers 25 connected to a coil heat exchanger 17 located in the heat accumulator 16, and pump 18 for pumping the heat carrier.

Камеры 25 выполнены, например, из нержавеющей стали и примыкают к нижним част м 13 сосудов 1.The chambers 25 are made, for example, of stainless steel, and 13 vessels 1 are adjacent to the lower parts.

Змеевиковый теплообменник 17 служит дл передачи тепловой энергии, поглощенное теплоносителем в камерах 25, воде, содержащейс в аккумул торе 16 тепла.The coil heat exchanger 17 serves to transfer thermal energy absorbed by the coolant in the chambers 25 to the water contained in the heat accumulator 16.

Насос 18 дл прокачки теплоносител обеспечивает его циркул цию по контуру. Дп своей работы насос 18 потребл ет часть электрической энергии , вырабатываемой генератором. A pump 18 for pumping coolant circulates it around the circuit. In its operation, pump 18 consumes a portion of the electrical energy produced by the generator.

Аккумул тор 16 тепла представл ет собой теплоизолированный с внешней стороны бак, заполненный водой. В нем расположен змеевиковый теплооб менник 17. Аккумул тор 16 снабжен подвод щим патрубком 26 дл холодной воды и отвод щим патрубком 2 дл подогретой воды, на которых расположена регулирующа запорна арматура.The heat accumulator 16 is an externally insulated tank filled with water. It houses a coil heat exchanger 17. The accumulator 16 is provided with an inlet pipe 26 for cold water and a discharge pipe 2 for heated water, on which the regulating valves are located.

Генератор имеет выходные клеммы 28 дл подключени к нагрузке (потребителю ) или к аккумул торной батаре дл ее зар дки, после чего эта батаре подключаетс к нагрузке.The generator has output terminals 28 for connecting to a load (consumer) or to a battery to charge it, after which this battery is connected to the load.

Генератор работает следующим образом .The generator works as follows.

Теплова энерги сконцентрированного солнечного излучени поднимает температуру испарител 6 от температуры окружающей среды, при которой ЙОД находитс в твердом состо нии ;т.пл. йода й13,бс) до температуры 190-200С, на 10-20С превышающей температуру кипени йода (Т.кип. йоla 183°С).The heat energy of the concentrated solar radiation raises the temperature of the evaporator 6 from the ambient temperature at which the Iodine is in a solid state; m.p. iodine i13, bs) to a temperature of 190–200 ° C, 10–20 ° C higher than the boiling point of iodine (T. boiling point 183 ° C).

Конструкци испарител 6 с четызехзеркальньлм концентратором 12 юзвол ет, при плотности потока падаю1ей радиации равной 630 вт/м и сте (ени концентрации К 5 иметь темпе атуру испарител 6, на превыЗнающую температуру окружающей среды. Давление насыщенных паров йода при температуре кипени равно 1-атм.The design of the evaporator 6 with a four-mirror concentrator 12 yuzvolt, when the density of the incident radiation is 630 W / m and the concentration of K 5 to have an evaporator tempo of 6, which exceeds the ambient temperature. The pressure of saturated iodine vapor at boiling point is 1-atm .

Одновременно с процессами разогрева и кипени йода в испарителе 6 за счет передачи тепла через его нижнюю теплопроводную часть 14 будут происходить процессы нагрева твердого йрда и его плавлени в сборнике. 6 конденсата рабочего тела и трубопроводе 23. Предельна температура Нагрева йода 115-120 С, но не выше, чтобы не повышать минимальное давление пара йода. Давление насыщенных паров йода при температуре 120°С равно 102 атм.Simultaneously with the processes of heating and boiling of iodine in the evaporator 6 due to the transfer of heat through its lower heat-conducting part 14, the processes of heating solid Yrda and its melting in the collector will occur. 6 condensate of the working fluid and the pipeline 23. Limiting temperature Heating iodine 115-120 C, but not higher, so as not to increase the minimum vapor pressure of iodine. The pressure of saturated iodine vapor at a temperature of 120 ° С is 102 atm.

Из испарител 6 пар йода с давле-г нием 1 атм и температурой 200с по подвод щему трубопроводу 22 пара высокого давлени поступает в полости 4 сосудов 1.From the evaporator 6 iodine pairs with a pressure of 1 atm and a temperature of 200 s through the supply pipe 22 high pressure steam enters the cavities 4 of the vessels 1.

Теплова энерги сконцентрированного солнечного излучени S, проход щего через прозрачные верхние части 10 сосудов 1 попадает на электроды 2 и поднимает их температуру до 300320°С . При плотности потока падающей радиации 630 Вт/м и степени концент рации К 7 возможно получение температуры , на превышающей темпе )эатуру окружающей среды.The heat energy of the concentrated solar radiation S passing through the transparent upper parts of the 10 vessels 1 falls on the electrodes 2 and raises their temperature to 300,320 ° C. With a flux density of incident radiation of 630 W / m and a concentration degree of K 7, it is possible to obtain a temperature at an excess rate of the environment.

Счита толщину каждого электрода 2 ра;вной 0,1 см и толщину сло электролита 3 равной 0,1 см, получим, что тепло от электродов 2 за счет теплопроводности электродов 2 и электролита 3 равномерно нагревает эти блоки до температуры . За счет конвективного нагрева вблизи электродов 2 пара йода высокого давлени происходит его перегрев до . С друго стороны, поскольку сборник 8 конденсата рабочего тела сообщаетс О лост ми 5 сосудов 1 с п 7мощью отвод щего трубопровода 21 конденсата рабочего тела, то в полост х 5 сосудов 1 давление пара йода будет также 10 атм. За счет конвективного нагрева пара йода низкого давлени вблизи электродов 2 происходит neperiJes рабочего тела до . Таким образом, сосуда 1 имеют температуру и в их полост х 4 и 5 вблизи электродов 2 находитс перегретый пар йода с давлением Цмк исп атм, и РМИН соответственно. При температуре электролит 3 (йодистьй свинец) в твердом состо нии оЪладает проводимостью по ионам йода. Она составл ет величину М 0,1 . Поэтому, вследствие разнос ти термодинамических потенциалов (ТДП) пара йода в полост х 4 и 5, св занной с разницей давлений, на электродах 2 возникает ЭДС, пропорциональна разности ТДО, реализуема во внешней электрической цепи: электроды 2 - полезна нагрузка . Рабочий процесс токообразовани в чейках состоит изионизации :паров йода высокого давлени в поло т х 4 по реакции +2 2 , на границе электрод 2 - электролит- 3, перетоке ионов через слой электролита 3 под действием градиента электростатического пол , рекомбинации ион йода на границе электролит 3 - элек трод 2 по реакции 21 1,2+ 2е-в полост х 5. Так как пар йода по своим свойствам близок к идеальному газу, то ЭДС, возникающа на клеммах 28 каж дой чейки, будет равна V - Н ТУЧРмакс , - - 7 р - -1-П р . tMHB 2 573 2,3 ,1 п ох ,3 . 10-4 ig Т02 024 в., где До - перепад ТДП рабочего тела дж/моль; Z - валентность иона, перенос чика зар да в системе; F - число Фара.де , кулон/моль R - газова посто нна ,. ; дж/моль. К; ). РМЦН (РИНА) - экстре маке исп мальные давлени паров йо атм. Величины ЭДС, рассчитанные по это формуле, хорошо согласуютс с экспер ментальными значени ми ЭДС известного генератора дл тех же температур Удельна электрическа мощность W, вырабатываема чейками, будет иметь вид „ / 12 D-t Л- ZF (0,24-1) Вт/см где I - плотность тока на электродах чейки, А/см, о-тлект - толщина электролита, см. Термодинамический цикл генератора представлен на фиг, 3 сплошными лини ми. Процесс токообразовани производитс в чейках, нагретьох солнечной энергией до максимальной температуры цикла - Т , так что расширение паров йода через эле ктрод ные блоки происходит изотермически (процесс А -в) с поглощением солнечного тепла Q,,,. Пары йода низкого давлени охлаждаютс у внутренних поверхностей нижних частей 13 (процесс ), а затем конденсируютс на этих поверхност х (процесс С - D) при минимальной температуре цикла после чего жидкий йод Сс1мотеком, под действием силы т жести, поступает в сборник 8 конденсата рабочего тела. Затем жидкий Йод насосом 9 сжимаетс до максимального давлени Р,. (процесс D-E) и подаетс в испаритель 6. В нем за счет сол вечной энергии он.подогреваетс (процесс E-F) и испар етс (процесс F-A), а затем через подвод щий трубопровод 22 пара высокого давлени поступает в полости 4 сосудов 1, где перегреваетс до максимальной температуры цикла (процесс А-А), и цикл замыкаетс . Полезна работа цикла получаетс в форме электрической энергии, В генераторе отводимое от рабочего тела тепло процессов В-С и C-D не сбрасываетс в окружающую сосуды . 1 среду, а передаетс через нижние теплопроводные части 13 теплоносителю , циркулирующему в камерах 25, который отводит это тепло через теплообменник 17 в вод ной аккумул тор 16 тепла. Наход ща с в нем вода аккумулирует это тепло, ее температура повышаетс и она используетс , например , на бытовые нужды. В качестве теплоносител может быть использовано органическое соединение, например глицерин с температурой кипени превышающей температуру конденсации йода, чтобы теплоноситель не закипал . Предельна эффективность цикла . пр мого преобразовани тепловой энергии солнечного излучени в электрическую энергию равна м Тмдкс -Тмцц Eju -TKQHAUopHOT otKcС 573-390 о 32 573- На фиг. 4 представлены значени напр жений на клеммах 28 одной из чеек и ее удельной мощности, рассчитанных по представленным выше формулам , в зависимости от плотности тока на электродах 2. Как видно из графика , при работе чейки в режиме максимальной удельной мощности, составл ющей 15-10 Вт/см, напр жение на 28 будет равно 0,12 В при плотности тока 0,12 А/см. Дл получени мощности 5 кВт потребуетс обща площадь чеек равна 33,3 м (например, дл фотогенератора в этом случае необходима обща площадь панели 70 м). При размере каждой из чеек равной размеру модул из кремниевых солнечных элементов, например 38x102 см, кажда чейка будет иметь максимальную мощность 58)2 Вт (у фотогенератора - 33 В).-Дл получени мощности в 5 кВт потребуетс 86 чеек (у фотогенератора - 150 модулей). При последовательном соединении всех чеек напр жение на выходных клеммах 28 Генератора составит величину 10,3 В 1у фотогенератора - 16 В при параллельном электрическом соединении всех модулей), В генераторе используютс дешевые вещества - йод и йодистый свинец. и относительно недорогие материалы пористый никель, нержавеюща сталь. Это вл етс предпосылкой к снижению удельной стоимости вырабатываемой энергии. В нем также згшожена возможность создани установки заданной электрической мощности (1-20 кВт) путем подключени к подвод щему трубопроводу 22 пара высокого давдени и отвод щему трубопроводу 21 конденсата рабочего тела необходимого количества чеек, что обусловлено отсутствием у Йода в жидкой и паровой фазах электронной проводимости, привод щей к короткому замыканию электродов 2 через пар рабочего тела. Использование солнечной энергии и ее подвод непосредственно k токо генерирующим чейкам (сосудам) позвол ет избежать влени тепловой пол ризёщии, что повышает КПД цикла, а тепловой контакт использующего солнечную энергию испарител 6 со сборником 8 конденсата рабочего тела Ьа счет плавлени последнего упрощает эксплуатацию электрохимического генератора . Использование солнечной энергии дл работы электрохимического генератора делает его автономным.Considering the thickness of each electrode 2 equal to 0.1 cm and the thickness of the electrolyte layer 3 equal to 0.1 cm, we obtain that the heat from the electrodes 2 due to the thermal conductivity of the electrodes 2 and electrolyte 3 evenly heats these blocks to temperature. Due to convective heating near the electrodes 2, a high-pressure iodine pair is superheated before. On the other hand, since the collector 8 of the working medium condensate is reported by the edges of 5 vessels 1 with 7 using the condensate discharge pipe 21 of the working body, then in the cavity of 5 vessels 1 the iodine vapor pressure will also be 10 atm. Due to the convective heating of low-pressure iodine vapor near the electrodes 2, the working fluid neperiJes occurs before. Thus, vessel 1 has a temperature and in their cavities 4 and 5 near the electrodes 2 there is superheated iodine vapor with a pressure Cmf isp atm and PMIN, respectively. At a temperature of electrolyte 3 (lead iodide) in a solid state, it exhibits conductivity over iodine ions. It amounts to M 0.1. Therefore, due to the difference in thermodynamic potentials (TDP) of iodine vapor in cavities 4 and 5, associated with the pressure difference, an electromotive voltage occurs on the electrodes 2, proportional to the differential of the TAR, realizable in the external circuit: electrodes 2 are the load. The working process of current formation in cells consists of ionization: high pressure iodine vapor in margins x 4 by +2 2 reaction, at the interface 2 - electrolyte-3, ion flow through the electrolyte layer 3 under the action of an electrostatic field gradient, recombination the iodine ion at the electrolyte interface 3 - electrode 2 according to the reaction 21 1,2+ 2e - in the cavity x 5. Since iodine vapor is close to an ideal gas in its properties, the EMF arising at the terminals 28 of each cell will be equal to V - Н ТУЧРмакс, - - 7 p - -1-P p. tMHB 2,573 2.3, 1 n oh, 3. 10-4 ig Т02 024 c., Where Do - difference TDP of the working fluid j / mol; Z is the valence of the ion, the charge transfer carrier in the system; F is the Fara. number, pendant / mol R is a gas constant,. ; j / mol TO; ). RMTSN (RINA) —extra maximum local vapor pressures yo atm. The EMF values calculated by this formula are in good agreement with the experimental EMF values of the known generator for the same temperatures. The specific electric power W generated by the cells will look like "/ 12 Dt L-ZF (0.24-1) W / cm where I is the current density on the electrodes of the cell, A / cm, Electroplet thickness — see. The thermodynamic cycle of the generator is shown in FIG. 3, with solid lines. The process of current formation is carried out in cells, heated by solar energy to the maximum temperature of the cycle - T, so that the expansion of iodine vapor through the electrodes occurs isothermally (process A – c) with the absorption of solar heat Q ,,,. Low pressure iodine vapors are cooled at the inner surfaces of the lower parts 13 (process), and then condensed on these surfaces (process C - D) at the minimum temperature of the cycle, after which liquid iodine Cs1motekom, under the influence of gravity, enters the working condensate 8 body. Then, liquid Iodine is compressed by pump 9 to maximum pressure P ,. (DE process) and is fed to the evaporator 6. It is heated by it (solar process EF) and evaporated (FA process) by means of solar energy, and then through the supply pipe 22 high pressure steam enters the cavities 4 of the vessels 1, where overheats to maximum cycle temperature (process A-A), and the cycle is closed. The useful operation of the cycle is obtained in the form of electrical energy. In the generator, the heat of the BC-C and C-D processes removed from the working fluid is not discharged into the surrounding vessels. 1 is transferred through the lower heat-conducting parts 13 to the coolant circulating in the chambers 25, which transfers this heat through the heat exchanger 17 to the heat accumulator 16. The water in it accumulates this heat, its temperature rises and it is used, for example, for household needs. An organic compound, for example glycerol with a boiling point higher than the iodine condensation temperature, can be used as a heat carrier so that the coolant does not boil. Ultimate cycle efficiency. direct conversion of thermal energy of solar radiation into electrical energy is m Tmdks -Tmts Eju -TKQHAUopHOT otKcC 573-390 about 32573. In FIG. Figure 4 shows the voltage values at the terminals 28 of one of the cells and its specific power calculated using the formulas presented above, depending on the current density on the electrodes 2. As can be seen from the graph, when the cell operates in the maximum specific power mode, it is 15-10 W / cm, the voltage at 28 will be 0.12 V at a current density of 0.12 A / cm. To obtain a power of 5 kW, a total cell area of 33.3 m is required (for example, for a photogenerator in this case, a total panel area of 70 m is required). With each cell size equal to the size of a module of silicon solar cells, for example 38x102 cm, each cell will have a maximum power of 58) 2 W (for a photo generator - 33 V) .- To obtain a power of 5 kW, 86 cells are required (for a photo generator - 150 modules). When all cells are connected in series, the voltage at the output terminals 28 of the Generator will be 10.3 V 1 of the photogenerator — 16 V with parallel electrical connection of all modules). The generator uses cheap substances — iodine and iodide. and relatively inexpensive materials are porous nickel, stainless steel. This is a prerequisite for reducing the specific cost of energy produced. It also shows the possibility of creating a given electric power installation (1-20 kW) by connecting a high pressure pair and a discharge pipe 21 of the working fluid condensate to the supply pipe 22, which is due to the lack of electronic conductivity in the liquid and vapor phases leading to a short circuit of the electrodes 2 through the working fluid vapor. The use of solar energy and its supply directly to current-generating cells (vessels) avoids the occurrence of thermal polarization, which increases the efficiency of the cycle, and thermal contact using solar energy evaporator 6 with working condensate collector 8 La by melting the latter simplifies operation of the electrochemical generator. The use of solar energy for the operation of an electrochemical generator makes it autonomous.

V « Ц,V "C,

Claims

An electrochemical generator containing electrically interconnected current-generating cells in the form of dielectric vessels separated by porous electrodes with electrolyte enclosed between them into high and low pressure cavities, an evaporator and a condenser of the working fluid, hydraulically connected to the vessels, a condensate collector, a working fluid and a pump for it pumping, characterized in that, in order to increase efficiency and simplify operation by using solar energy, the upper parts of the vessels and the evaporator are made of They are optically transparent and equipped with solar concentrators around the perimeter, while the lower ones are made of heat-conducting material, serve as a condenser and are equipped with a cooler including a heat accumulator, a heat exchanger and a pump with pipelines for the coolant, and the lower parts of the evaporator and condenser collector are located with the thermal contact one relative to the other.

SU „. 969079>

(