ТЕРМОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1996 года по МПК H01M10/39 H01M14/00 

Изобретение относится к электрохимическим генераторам с одним рабочим веществом и может быть использовано в ядерной энергетике. Известны термоэлектрохимические генераторы (ТЭХГ) с высокотемпературным нагревом, описанные в [1] и [2] ТЭХГ, как правило, содержит полости с натрием, находящимся в жидком или парообразном состоянии. Полости разделены мембраной, пропускающей только ионы натрия, что позволяет на стороне высокого давления собрать электроны ионизации натрия и через полезную нагрузку вернуть электроны натрию на стороне низкого давления. Низкое давление достигается снижением температуры охлаждением и конденсацией паров натрия. Жидкий натрий подается в зоны высокого давления насосом. К недостаткам известных конструкций можно отнести сравнительно большие габариты высоковольтных устройств и довольно высокие тепловые утечки при преобразовании химической и тепловой энергий в электрическую.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому является устройство описанное в [3] Известный термоэлектрический генератор состоит из герметичного корпуса, заполненного щелочным металлом мембраны из избирательно пористого материала, расположенной внутри корпуса и контактирующей одной стороной с пористым электродом, электрически связанным с изолированным от корпуса токовыводом, а другой стороной, контактирующей с капилярным фитилем, соединяющим мембрану со стенкой корпуса. Прототип тоже характеризуется значительными тепловыми утечками.

Перед авторами стояла задача создания устройства, лишенного указанных недостатков. Предлагается для достижения указанного результата в термоэлектрическом генераторе источник тепла расположить внутри герметичного корпуса и поджать его к мембране и капиллярному фитилю при помощи контактного элемента. Контактный элемент может быть выполнен из материала с памятью формы. Термоэлектрический генератор, может быть конструктивно выполнен в виде гирлянды последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов, расположенных в общем корпусе. Каждый из электрогенерирующих элементов состоит из последовательно контактирующих пористого электрода, пористой мембраны фитиля источника тепла и контактного элемента. Объем щелочного металла не должен превышать номинальную емкость фитилей, а корпус с внутренней стороны должен бить выполнен из несмачиваемого щелочным металлом материала.

Поджатие источника тепла, расположенного в герметичном корпусе к капиллярному фитилю, позволяет снизить температурный перепад. Выполнение контактного элемента из материала с памятью формы позволят улучшить тепловой контакт и стабилизировать характеристики генератора. Выполнение генератора многоэлементным позволяет поднять рабочее напряжение при малых мощностях и габаритах. Дозирование объема натрия и выполнение внутренней стенки из несмачиваемого материала позволяет избежать электрического замыкания соседних элементов потеками натрия на холодной стенке. Таким образом достигается указанный технический результат,
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, где 1-токовывод, 2 - сильфон, 3 -термоввод, 4 -верхний экран, 5 -корпус ТЭХГ, 6 -изоляция, 7 - капиллярный фитиль, 8-пористая мембрана, 9 -источник тепла, 10 -контактный элемент, 11 нижний теплоизолятор, 12 -пористый электрод.

Пористая мембрана 8 выполнена из твердого электролита (натрий-бэта-глинозем). Верхняя сторона мембраны имеет токосъемное покрытие. Контактный элемент 10 выполнен из материала с памятью формы.

Устройство работает следующим образом. Бароэлектрический генератор, оснащенный источником тепла, например, с делящимся веществом, помещается в ядерный реактор. Он может быть выполнен конструктивно как узел ядерного реактора. К генератору, оснащенному изотопным или химическим источником тепла, это требование не предъявляется. При достижении рабочей температуры (фитиль 7 за счет капиллярных сил подает щелочной металл (натрий) к нижней стороне избирательно пористой мембраны 8. При этом возникает перепад давления натрия на мембране. Ионы натрия пройдя через мембрану, отдают свой заряд пористому электроду 12, соединенному с токовыводом 1. Поскольку температура базового перехода материала с памятью формы, из которого изготовлен контактный элемент 10, находится немного ниже нижнего предела рабочих температур, то в рабочем состоянии источник тепла будет всегда поджат к фитилю и мембране.

Не трансформированное тепло снимается с корпуса генератора 5 либо теплоносителем ядерного реактора, либо при помощи специальных средств. При этом отсутствует необходимость подвода тепловой энергии к генератору извне.

Использование изобретения позволит повысить эффективность тормоэлектрохимического генератора, а также создать условия для получения высокого напряжения при малой мощности и малых габаритах.

Источники информации:
1. Патент Великобритании N 14614071, НКИ HIS.

2. Патент США N 4220692, НКИ 429-l04, 1980.

3. Патент США N 4857421, МКИ НО1М 10/39, НКИ 429/104, 1989.

Использование: электрохимические генераторы с одним рабочим веществом. Сущность изобретения: термоэлектрохимический генератор содержит источник тепла, герметичный корпус, заполненный щелочным металлом, мембрану из избирательно пористого материала, расположенную внутри корпуса и контактирующую одной стороной с пористым электродом, электрически связанным с изолированным от корпуса токовыводом, а другой стороной контактирующую с капиллярным фитилем, соединяющим мембрану со стенкой корпуса. Источник тепла расположен внутри корпуса и поджат к мембране контактным элементом. Контактный элемент может быть выполнен из материала с памятью формы. Термоэлектрический генератор может содержать ряд последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов. Объем щелочного металла не превышает номинальной емкости фитилей. Предложенный генератор обладает повышенной эффективностью за счет снижения потерь энергии. 1 ил.

1. Термоэлектрохимический генератор, содержащий источник тепла, герметичный корпус с щелочным металлом, изолированный от корпуса токовывод и расположенный внутри корпуса электрогенерирующий элемент, состоящий из последовательно контактирующих поверхностями пористого электрода, пористой мембраны из суперионного проводника и фитиля, причем электрод электрически связан с токовыводом, а фитиль контактирует со стенкой корпуса, отличающийся тем, что электрогенерирующий элемент дополнительно содержит прижимной контактный элемент, а источник тепла расположен между последним и фитилем. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент выполнен из материала с памятью формы. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит ряд последовательно скоммутированных электрогенерирующих элементов. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что объем щелочного металла не превышает емкости фитилей.