Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2280927

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ (ТЭХГ)
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ПРИ ИОНИЗАЦИОННОМ ОБЛУЧЕНИИ

Имя изобретателя: Ворогушин Виктор Тихонович (RU); Тельнова Галина Борисовна (RU); Солнцев Константин Александрович (RU) 
Имя патентообладателя: Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН (RU)
Адрес для переписки: 119361, Москва, ул. Озерная, 48, ИПК РАН
Дата начала действия патента: 2004.10.15 

Изобретение относится к получению водорода из воды при эксплуатации атомных электростанций с помощью термоэлектрохимических генераторов.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа получения водорода из воды за счет использования энергии ионизирующего излучения и тепла, выделяемого в процессе генерирования электроэнергии. Согласно изобретению способ эксплуатации энергоустановки, включающей несколько ТЭХГс твердыми керамическими электролитами, в том числе твердый электролит с протонной проводимостью и твердый электролит с проводимостью по ионам кислорода с нанесенными на их поверхность пористыми электродными покрытиями на основе палладия, систему подачи воды, разделения и отвода водорода и кислорода, а и дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na с твердым электролитом на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным покрытием, указанные ТЭХГ помещают в отсек с водой или паром и делящимся веществом U²³⁵или его оксидами с последующим перемещением отсека в активную зону ядерного реактора, а при замыкании электродов через внешнюю нагрузку генерируют электрический ток на этих генераторах с одновременным разделением продуктов разложения воды при ионизационном облучении, при этом выделяемое в отсеке тепло в процессе ядерного деления и генерирования электрической энергии направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na. Перед эксплуатацией в анодную полость дополнительного ТЭХГ помещают делящееся вещество U²³⁵ или его оксиды.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразования ядерной и тепловой энергии в электрическую для получения водорода.

Известен способ эксплуатации атомных электростанций, в которых вся энергия, выделяющаяся в процессе ядерной реакции, превращается в тепловую энергию, затем в термодинамическом цикле турбогенератора в механическую и электрическую энергию [1]. Полученная электроэнергия поступает в электролизер для получения водорода из воды. Такой же тепловой цикл происходит в ТЭХГ при преобразовании тепловой энергии в электрическую [2].

Известно, что в процессе генерирования электрической энергии часть полезной потенциальной энергии превращается в тепло (в основном за счет потерь на электродах и в электролите), которое обычно отводится непроизводительно [3]. Эти потери тепла значительны и в режиме максимальной мощности равны половине потенциальной энергии [4], т.е. в этом случае к.п.д. преобразования потенциальной энергии (  _э) равен 0,5 (50%) от к.п.д. цикла Карно (_к).

При температуре подогрева Т_г 1000 К и температуре холодильника 400 К суммарный к.п.д.будет равен

_к·_э= 0,6.0,5=0,3 (30%).

Если анодную и катодную полость ТЭХГвыдерживать при максимальной температуре цикла, то и тепло, выделяемое в процессе генерирования электрической энергии, и будет характеризоваться максимальной температурой и следовательно может полностью утилизироваться в самом термодинамическом цикле, повышая его к.п.д.[5].

В этом случае предельное значение к.п.д.определяется по формуле = _к·_э/1-_к·(1-_э).

При получении водорода из воды в электролизере в режиме максимальной мощности значение к.п.д. электролизера _эл. будет составлять 0,5 (50%), а значение суммарного к.п.д. энергоустановки для получения водорода будет равно

= _к·_э·_эл=0,15 (15%).

Применительно к использованию для этих целей в электролизере электроэнергии, вырабатываемой АЭС, указанное значение суммарного к.п.д. энергоустановки с учетом преобразования высокопотенциальной ядерной энергии будет сравнительно низким.

Известно, что энергия ионизирующего излучения, возникающего в процессе ядерной реакции, на один акт деления U²³⁵составляет 200 МэВ (энергия быстрых нейтронов - 5 МэВ, - лучей - 10 МэВ, - и нейтрино-частиц - 18 МэВ, осколков деления - 166 МэВ) [6]. Следовательно, энергия любой частицы ионизирующего излучения в тысячи раз больше энергии связи атомов в молекулах (˜5 эВ) и энергии связи валентных электронов с атомами (˜10 эВ) [7].

Известно, что в процессе ионизационного облучения молекула воды разлагается на водород и кислород. Часть образовавшихся атомов водорода и кислорода вступают в обратную реакцию с образованием воды и выделением тепла, а другая часть в виде смеси газов этих элементов накапливается [7]. Благодаря ТЭХГ с твердыми электролитами с проводимостью по ионам водорода (протонная) и соответственно по ионам кислорода, с нанесенными электродными покрытиями на основе палладия, становится возможным разделение и отвод этих газов из зоны реакции с одновременной генерацией электрического тока.

С целью повышения суммарного к.п.д. энергоустановки для получения водорода из воды предлагается способ эксплуатации ТЭХГпри использовании энергии ионизирующего излучения.

Для достижения этой цели в герметический отсек с изолированными токоотводами помещают ядерное горючее (U²³⁵ или его оксиды) и термоэлектрохимические генераторы с керамическими твердыми электролитами (ТЭ), а именно: с ТЭ, проводящим по ионам водорода (с протонной проводимостью), в частности, на основе цирконата стронция, и с ТЭ с проводимостью по ионам кислорода, и в частности на основе оксидов циркония и церия с добавками оксида иттрия и (или) редкоземельных элементов [8], - покрытыми пористыми электродами на основе палладия, а и систему подачи воды и систему разделения и отвода из зоны реакции образующихся в процессе разложения воды газообразных продуктов реакции в виде водорода и кислорода, а и дополнительный ТЭХГ электрохимической системы натрий-натрий с керамическим ТЭ на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным (например, молибденовым) покрытием.

При перемещении отсека в активную зону ядерного реактора под воздействием ионизирующего излучения ядерной реакции происходит разложение молекул воды с образованием атомов и ионов водорода и кислорода и их радикалов типа ОН [7]. Часть полученных продуктов вступает в обратную реакцию с образованием воды и выделением тепла, а другая часть смеси газообразных продуктов накапливается. Разность парциальных давлений водорода и соответственно кислорода по обеим сторонам твердого электролита с протонной и соответственно с кислородной проводимостью создает потенциальную энергию и соответственно ЭДС на электродах, покрывающих ТЭ.

Соединив токоотводы электродов через полезную нагрузку, можно разделить смесь газообразных продуктов на составляющие компоненты, направляя ионы водорода и соответственно ионы кислорода через твердые электролиты ТЭХГ с соответствующей проводимостью. При этом в одном процессе генерируют электрический ток и одновременно получают и отводят водород и кислород. В отсек подают воду (пар) по мере ее разложения и расходования. При этом выделяемое в отсеке тепло направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы натрий-натрий с ТЭ на основе натриевого бета-глинозема, покрытым пористым электродом, перед эксплуатацией которого в анодную полость такого ТЭХГпомещают ядерное горючее. Все потоки электрической энергии направляют в электролизер для получения водорода.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Бамп Т.Р. Третье поколение реакторов-размножителей. Физика атомного ядра и плазмы. М.: Наука, 1974, вып. №10, с.66-77.

2. Агрус Б. Термически регенерируемый элемент с жидкими металлами. Сб. ППТЭ и ТЭ, 1964, №11.

3. Ворогушин В.Т. Способ повышения к.п.д. термически регенерируемого топливного элемента. Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по электрохимии. Источники тока и преобразователи энергии. 1982, т.1, с.61.

4. Фаворский О.Н. Установки для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. М.: Высшая школа, 1965.

5. Ворогушин В.Т. Термодинамический цикл с использованием тепла, выделяемого при генерировании электроэнергии. Журнал физической химии. 1982. т.LVI, с.1092-1095.

6. Мэррей Р. Введение в ядерную технику. И.Л.М. 1995, с.62.

7. Платцман Р.Л. Что такое ионизующие излучения? Физика атомного ядра и плазмы. М.: Наука, 1974, с.3

8. Глебова Е. Рывок в водородное будущее. Наука и жизнь. 2004. №2, с.16-19.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ эксплуатации системы термоэлектрохимических генераторов (ТЭХГ) с твердыми керамическими электролитами, системой подачи воды, разделения и отвода водорода и кислорода, включая твердый электролит с протонной проводимостью, твердый электролит с проводимостью по ионам кислорода с нанесенными на их поверхность пористыми электродными покрытиями на основе палладия, а и дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na с твердым электролитом на основе натриевого бета-глинозема с проводимостью по ионам натрия с нанесенным на его поверхность пористым электродным покрытием, отличающийся тем, что указанные ТЭХГ помещают в отсек, содержащий воду или пар и делящееся вещество U²³⁵ или его оксиды, с последующим перемещением отсека в активную зону ядерного реактора, дистанционно соединяют электроды ТЭХГ с внешней полезной нагрузкой, генерируют в указанных ТЭХГ электрический ток, отводят соответственно водород и кислород, добавляют в отсек воду по мере ее разложения и расходования, при этом выделяемое в отсеке тепло в процессе ядерного деления и генерирования электроэнергии направляют в дополнительный ТЭХГ электрохимической системы Na-Na.

2. Способ эксплуатации по п.1, отличающийся тем, что в анодную полость ТЭХГэлектрохимической системы Na-Na перед эксплуатацией вводят делящееся вещество U²³⁵ или его оксиды.

Версия для печати
Дата публикации 27.11.2006гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов