Johnson termoelektrisk energiomvandlare
En Johnson termoelektrisk energiomvandlare eller JTEC är en typ av solid-state värmemotor som använder elektrokemisk oxidation och reduktion av väte i en två-cells, termisk cykel som approximerar Ericsson-cykeln . Det är under utredning som ett lönsamt alternativ till konventionell termoelektrisk konvertering . Lonnie Johnson uppfann den och hävdar att omvandlaren uppvisar en energiomvandlingseffektivitet på så mycket som 60 %, men detta påstående ligger på en teoretisk nivå baserat på jämförelse med en Carnot-cykel och antar en temperaturgradient på 600 °C. Det föreslogs ursprungligen för finansiering till Office of Naval Research men avslogs. Johnson fick senare finansiering genom att utforma motorn som en vätebränslecell. Johnson hade samarbetat med PARC om utvecklingen av motorn.
Handlingsmekanism
JTEC är en form av värmemotor som omvandlar termisk energi till elektrisk energi genom att komprimera och expandera vätgas. Det fungerar som ett slutet system utan rörliga klassiska mekaniska delar, kräver ingen inmatning av bränsle och skapar inga avgaser. Motorn består av två steg: ett lågtemperaturkompressionssteg och ett högtemperatureffektsteg . Varje steg består av en arbetsvätskekammare som en kopparfodrad membranelektrodenhet (MEA) delar. En MEA är ett patentskyddat keramiskt protonbytesmembran (PEM) som är inklämt mellan två elektroder.
Operationen liknar en termisk till elektrisk omvandlare av alkalimetall , som använder väte som arbetsvätska snarare än de mycket reaktiva smälta alkalimetallerna, som är svåra att arbeta med. I högtemperatureffektsteget omvandlar ett expanderande högtrycksväte från kompressionssteget värmeenergin till elektrisk energi via MEA. När väte med hög temperatur, högt tryck tvingas genom PEM, joniseras det och producerar protoner och elektroner . Protonerna passerar genom membranet medan elektroderna driver ut elektronerna genom en belastning. Efter att ha passerat genom PEM, rekombinerar protonerna med elektronerna för att producera lågtrycksvätgas som strömmar ut till kompressionssteget. Ur högtemperaturstegets perspektiv består belastningen av den externa belastningen på motorn och lågtemperaturkompressionssteget. I kompressionssteget appliceras elektrisk potential över MEA och tvingar protoner att strömma genom PEM för att producera högtrycksväte. När vätet färdas mellan stegen passerar det genom en värmeväxlare som ökar effektiviteten genom att hjälpa till att hålla högtemperatursteget varmt och lågtemperatursteget svalt.
Mängden energi som är tillgänglig för den externa belastningen är skillnaden i elektrisk potential mellan den som behövs för att komprimera väte vid låg temperatur och den som genererar utvidgning av den vid hög temperatur. Till skillnad från andra värmepumpsenheter kräver JTEC en initial inmatning av elektrisk energi för att starta kompressionssteget och initiera cykeln. I princip kan motorn även köras baklänges för att omvandla elektrisk energi till en temperaturskillnad, till exempel i HVAC-applikationer. I en föreslagen tillämpning solinstrålning värma effektsteget och kompressionssteget skulle anslutas till en kylfläns med omgivningstemperatur .
Ansökningar
Motorns skalbarhet leder till att dess utvecklare hävdar att dess potentiella tillämpningar sträcker sig från att tillhandahålla ström för mikroelektromekaniska system (MEMS) till att fungera som storskaliga kraftverk .
Omvandlaren kan använda många olika former av bränsle utan behov av bränslespecifik anpassning som ses i förbränningsmotorer, och kan generera kraft från bränsleförbränning, solinstrålning, lågvärdig spillvärme från industrin eller sådana andra kraftgenereringssystem som bränsle celler, förbränningsmotorer eller turbiner, eftersom den fungerar som en extern förbränningsmotor .
Se även
externa länkar
- Video: Solve for x Moonshots 2014