Преобразователь термоэлектрической энергии Джонсона - Johnson thermoelectric energy converter

А Преобразователь термоэлектрической энергии Джонсона или же JTEC это тип твердое состояние Тепловой двигатель который использует электрохимический окисление и восстановление водорода в двухэлементном тепловом цикле, который приближается к Цикл Ericsson.[1] Он исследуется как жизнеспособная альтернатива обычным фотоэлектрическим элементам. Лонни Джонсон изобрел его и утверждает, что преобразователь демонстрирует КПД преобразования энергии до 60% по сравнению с КПД 30%, типичным для лучших фотоэлектрических элементов; однако это утверждение находится на теоретическом уровне, основанном на сравнении с Цикл Карно и предполагает температурный градиент 600 ° C.[2] Первоначально он был предложен для финансирования Управление военно-морских исследований но получил отказ. Позднее Джонсон получил финансирование, представив двигатель как водородный топливный элемент. Джонсон сотрудничает с PARC по развитию двигателя.[3]

Механизм действия

JTEC преобразует тепло в электрическую энергию путем сжатия и расширения газообразного водорода. Он работает как закрытая система без движущихся классических механических частей, не требует подачи топлива и не создает выхлопных газов. Двигатель состоит из двух ступеней: низкотемпературной стадия сжатия и высокотемпературный силовая ступень. Каждая ступень состоит из камеры с рабочей жидкостью, покрытой медью. мембранный электрод в сборе (MEA) делит пополам. MEA - это запатентованная керамика. протонообменная мембрана (PEM), который зажат между двумя электродами.[4]

В высокотемпературной силовой ступени расширяющийся водород под высоким давлением из ступени сжатия преобразует тепловую энергию в электрическую через МЭБ. Поскольку высокотемпературный водород под высоким давлением проходит через PEM, он ионизированный, производя протоны и электроны. Протоны проходят через мембрану, а электроды вытесняют электроны через нагрузку. Пройдя через PEM, протоны рекомбинируют с электронами с образованием газообразного водорода низкого давления, который течет на ступень сжатия. С точки зрения высокотемпературной ступени нагрузка складывается из внешней нагрузки на двигатель и низкотемпературной ступени сжатия. На стадии сжатия электрический потенциал прикладывается к MEA и заставляет протоны течь через PEM для получения водорода под высоким давлением. Когда водород перемещается между стадиями, он проходит через теплообменник Это повышает эффективность, помогая поддерживать высокую температуру ступени и охлаждение низкотемпературной ступени.

Количество энергии, доступной внешней нагрузке, представляет собой разницу в электрическом потенциале между потенциалом, необходимым для сжатия водорода при низкой температуре, и потенциалом, который генерируется при расширении водорода при высокой температуре. В отличие от других устройств с тепловым насосом, JTEC требует первоначального ввода электроэнергии для запуска стадии сжатия и запуска цикла. Двигатель также может работать в обратном направлении для преобразования электрической энергии в разность температур, например, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. В предлагаемом приложении солнечное излучение будет нагревать силовую ступень, а ступень сжатия будет подключаться к температуре окружающей среды радиатор.

Приложения

Масштабируемость движка заставляет его разработчиков утверждать, что его потенциальные приложения варьируются от обеспечения питания для микроэлектромеханические системы (MEMS) для функционирования в качестве крупномасштабных электростанции.

Преобразователь может использовать множество различных видов топлива без необходимости индивидуальной настройки топлива, как это наблюдается в двигателях внутреннего сгорания, и может генерировать энергию за счет сгорания топлива, солнечного излучения, низкого качества. отходящее тепло от промышленности или таких других систем производства электроэнергии, как топливные элементы, двигатели внутреннего сгорания или турбины, поскольку он функционирует как двигатель внешнего сгорания.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Система термоэлектрического преобразования энергии Джонсона (JTEC)» (статья). Яркий хаб. 2010-09-26. Получено 2010-09-26.
  2. ^ Уорд, Логан (1 января 2008 г.). «Изобретатель Super Soaker стремится вдвое сократить расходы на солнечную энергию» (статья). Популярная механика. Получено 2010-09-18.
  3. ^ Уорд, Логан (1 октября 2010 г.). «Стрельба по солнцу» (статья). Атлантический океан. Получено 1 октября 2010.
  4. ^ Джонсон, Лонни Г. (29 января 2009 г.). «Высокоэффективный твердотельный двигатель». PARC. Получено 2010-09-18.
  5. ^ "Система термоэлектрохимического преобразователя Джонсона" (Вебсайт компании). Электромеханические системы Джонсона. Получено 2010-09-18.

внешняя ссылка