Термоэлектрический преобразователь энергии Джонсона

Термоэлектрический преобразователь энергии Джонсона или JTEC — это тип твердотельного теплового двигателя , в котором используется электрохимическое окисление и восстановление водорода в двухэлементном термическом цикле, который приближается к циклу Эрикссона . ^[1] Он исследуется как жизнеспособная альтернатива обычному термоэлектрическому преобразованию . Лонни Джонсон изобрел его и утверждает, что преобразователь демонстрирует эффективность преобразования энергии до 60%. ^[2] однако это утверждение находится на теоретическом уровне, основано на сравнении с циклом Карно и предполагает градиент температуры 600 ° C. ^[3] Первоначально его предлагалось финансировать Управлению военно-морских исследований , но было отказано. Позже Джонсон получил финансирование, представив двигатель как водородный топливный элемент. Джонсон сотрудничал с PARC при разработке двигателя. ^[4]

Механизм действия

JTEC — это разновидность теплового двигателя , который преобразует тепловую энергию в электрическую 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 ступени сжатия и высокотемпературной силовой ступени. Каждая ступень состоит из камеры с рабочей жидкостью, которую разделяет пополам мембранно-электродный узел с медной облицовкой (MEA). МЭА — это запатентованная керамическая протонообменная мембрана (ПЭМ), расположенная между двумя электродами. ^[5]

Работа аналогична термопреобразователю щелочного металла в электрический , в котором в качестве рабочей жидкости используется водород, а не высокореактивные расплавленные щелочные металлы, с которыми трудно работать. На этапе высокотемпературной мощности расширение водорода под высоким давлением на этапе сжатия преобразует тепловую энергию в электрическую через МЭА. Когда высокотемпературный водород под высоким давлением проходит через PEM, он ионизируется , производя протоны и электроны . Протоны проходят через мембрану, а электроды вытесняют электроны через нагрузку. Пройдя через PEM, протоны рекомбинируют с электронами, образуя газообразный водород низкого давления, который поступает на стадию сжатия. С точки зрения высокотемпературной ступени нагрузка состоит из внешней нагрузки на двигатель и низкотемпературной ступени сжатия. На стадии сжатия электрический потенциал прикладывается к МЭБ и заставляет протоны проходить через ПОМ для производства водорода под высоким давлением. Когда водород перемещается между ступенями, он проходит через теплообменник , который повышает эффективность, помогая поддерживать высокотемпературную ступень горячей, а низкотемпературную ступень прохладной.

Количество энергии, доступной внешней нагрузке, представляет собой разницу электрических потенциалов между потенциалом, необходимым для сжатия водорода при низкой температуре, и потенциалом, который генерируется при его расширении при высокой температуре. В отличие от других устройств с тепловым насосом, JTEC требует первоначального ввода электрической энергии для запуска этапа сжатия и инициирования цикла. В принципе, двигатель также может работать в обратном направлении для преобразования электрической энергии в разницу температур, например, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования. В одном предложенном применении солнечное излучение будет нагревать силовую ступень, а ступень сжатия будет подключаться к радиатору, имеющему температуру окружающей среды .

Приложения

Масштабируемость двигателя заставляет его разработчиков утверждать, что его потенциальные применения варьируются от обеспечения питания микроэлектромеханических систем (МЭМС) до работы в качестве крупномасштабных электростанций .

Преобразователь может использовать множество разнообразных видов топлива без необходимости настройки конкретного топлива, как это наблюдается в двигателях внутреннего сгорания, и может генерировать энергию за счет сгорания топлива, солнечного излучения, низкосортных отходов промышленного производства или других систем производства электроэнергии, таких как топливо. элементы, двигатели внутреннего сгорания или турбины, поскольку они функционируют как двигатель внешнего сгорания . ^[6]

См. также

Щелочно-металлический термоэлектрический преобразователь

Ссылки

^ «Система термоэлектрического преобразования энергии Джонсона (JTEC)» (статья) . Яркий Хаб. 26 сентября 2010 г. Проверено 26 сентября 2010 г.
^ Джонсон, Лонни Г. (25-28 февраля 2019 г.). « Термо-электрохимический преобразователь Джонсона (JTEC) как генератор тепла в электроэнергию для ядерно-энергетических систем» , «Ядерные и новые технологии для космоса», Американского ядерного общества Тематическое собрание , Ричленд, Вашингтон. Проверено 22 октября 2021 г.
^ Уорд, Логан (1 января 2008 г.). «Изобретатель Super Soaker стремится сократить затраты на солнечную энергию вдвое» (статья) . Популярная механика . Проверено 18 сентября 2010 г.
^ Уорд, Логан (1 октября 2010 г.). «Стрельба по солнцу» (статья) . Атлантика . Проверено 1 октября 2010 г.
^ Джонсон, Лонни Г. (29 января 2009 г.). «Высокоэффективный твердотельный двигатель» . ПАРК . Проверено 18 сентября 2010 г.
^ «Система термоэлектрохимических преобразователей Johnson» (веб-сайт компании) . Электромеханические системы Джонсона . Проверено 18 сентября 2010 г.

Внешние ссылки

Видео: Решение для x Moonshots 2014

[1] «Система термоэлектрического преобразования энергии Джонсона (JTEC)» (статья) . Яркий Хаб. 26 сентября 2010 г. Проверено 26 сентября 2010 г.

[2] Джонсон, Лонни Г. (25-28 февраля 2019 г.). « Термо-электрохимический преобразователь Джонсона (JTEC) как генератор тепла в электроэнергию для ядерно-энергетических систем» , «Ядерные и новые технологии для космоса», Американского ядерного общества Тематическое собрание , Ричленд, Вашингтон. Проверено 22 октября 2021 г.

[3] Уорд, Логан (1 января 2008 г.). «Изобретатель Super Soaker стремится сократить затраты на солнечную энергию вдвое» (статья) . Популярная механика . Проверено 18 сентября 2010 г.

[4] Уорд, Логан (1 октября 2010 г.). «Стрельба по солнцу» (статья) . Атлантика . Проверено 1 октября 2010 г.

[5] Джонсон, Лонни Г. (29 января 2009 г.). «Высокоэффективный твердотельный двигатель» . ПАРК . Проверено 18 сентября 2010 г.

[6] «Система термоэлектрохимических преобразователей Johnson» (веб-сайт компании) . Электромеханические системы Джонсона . Проверено 18 сентября 2010 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]