Спосіб оборотного перетворення електроенергії в теплоту

Спосіб оборотного перетворення електроенергії в теплоту, який включає електрохімічну генерацію в процесі реакції-рекомбінації газів Н 2 і О2 в воднево-кисневій паливній комірці з подальшою подачею отриманої електроенергії та Н2О на електролізер; наступний електролітичний розклад Н 2О на компоненти (водень і кисень) з їх подачею з електролізера в зворотному напрямку (на паливну комірку), який відрізняється тим, що ендотермічну реакцію електролізу води здійснюють при температурі нижче температури навколишнього середовища та за рахунок підведення з нього теплоти, C2 1 3 85584 включає розклад перегрітої водяної пари на водень та кисень в високотемпературному електролізері за рахунок високопотенційного тепла і частини електроенергії, що виробляється в низькотемпературній паливній комірці шляхом проведення реакції-рекомбінації продуктів електролізу (див. позитивне рішення Укрпатента від 17.08.2006 по заявці №2005 01456, автор - Луданов Костянтин Іванович). Основним недоліком способу-прототипу прямого перетворення теплоти в електроенергію є відсутність зворотного йому способа оборотного перетворення електроенергії в теплоту (оборотного циклу теплового насоса). В основу винаходу поставлена задача розробки високоефективного способу оборотного перетворення електроенергії в теплоту (тобто способу, зворотного що до прототипа), в якому проведенням ендотермічної реакції електроліза води при температурі нижче температури навколишнього середовища шляхом підводу з неї теплоти, що відшкодовує тепловий ефект реакції, а також за рахунок додаткової електроенергії від стороннього джерела; проведенням екзотермічної реакціїрекомбінації газів Н2 і О2 при температурі насиченості Н2О для її тиску в паливній комірці та з отриманням в ньому Н2О у вигляді водяної пари; відведенням теплового ефекта екзотермічної реакції від паливної комірки теплоносієм системи опалення (або гарячого водопостачання); догрівом теплоносія системи опалення до заданої температури прихованим теплом фазового переходу при конденсації в теплообміннику-конденсаторі насиченої водяної пари, отриманої в паливній комірці; поданою конденсата Н 2О з теплообмінникаконденсатора до електролізеру насосом, діючим від стороннього джерела електроенергії; переданою тепла перегріву конденсата Н 2О, що утворюється, шляхом регенерації тепла в протиточному теплообміннику - продуктам низькотемпературного електроліза (газам Н2 і О2) на їх шля ху до паливної комірки -забезпечується вирішення задачі створення нового способу зворотного перетворення енергії (оборотного циклу теплового насосу). Поставлена задача вирішується тим, що у способі оборотного перетворення електроенергії в теплоту (тобто - в опалювальному циклі теплового насоса), який здійснюється шляхом електрохімічної генерації у процесі реакції-рекомбінації газів Н 2 і О2 в воднево-кисневій паливній комірці, з подачою отриманої електроенергії і Н 2О на електролізер, та наступному електролітичному розкладі Н 2О на компоненти, - водень і кисень, - з їх поверненнням у зворотному напрямку, у відповідності до винаходу ендотермічну реакцію електролізу води здійснюють при температурі нижче температури навколишнього середовища та за рахунок підведення з нього теплоти, яка заміщує тепловий ефект реакції, а також за рахунок додаткової електроенергії від стороннього джерела; екзотермічну реакцію-рекомбінацію газів Ή2 і О2 здійснюють при температурі насичення Н 2О для її тиску в паливній комірці та з отриманням в ній Н 2О у вигляді водяної пари; 4 тепловий ефект екзотермічної реакції відводять від паливної комірки теплоносієм состеми опалення (або гарячого водопостачання); теплоносій системи опалення догрівають до заданої температури прихованим теплом фазового перехода при конденсації в теплообмінникуконденсаторі насиченої водяної пари, отриманої в паливній комірці; конденсат Н 2О з теплообмінникаконденсатора подають до електролізера насосом, діючим від стороннього джерела електроенергії, а тепло перегріву утвореного конденсата Н 2О передається шляхом регенерації в протиточному теплообміннику - продуктам низькотемпературного електроліза (газам Н2 і О2) на їх шля ху до паливної комірки. Такий спосіб перетворення електроенергії в теплоту забезпечує здійснення практично оборотного опалювального циклу з ефективністю, значно вищою, ніж ефективність циклу термоелектричного теплового насосу в способі-аналозі. Пропозиція пояснюється наступним. Запропонований спосіб перетворенняелектроенергії в тепло реалізується в рамках теплового насоса, схема якого приведена на Фіг.1. Тепловий насос включає низькотемпературний електролізер води - 1(ЕЛ), паливну комірку - 2 (ПК), що робить на Н2 и О2 при підвищенних температурах (більше 60°С), теплообмінник-конденсатор водяної пари 3, теплообмінник для регенерації теплоти циклу - 4 та електронасос 5 для подачі води з конденсатора 3 в ЕЛ 1. Тепловий насос робить таким чином: від стороннього джерела постійного струму подається напруга в електричний ланцюг послідовно з'єднанних ЕЛ 1 та ПК 2, а також до насосу 5. ЕЛ 1 разкладає воду, що подається насосом 5, на гази Н2 и О2 с поглинанням теплового ефекту електродної реакції Qend з навколишнього середовища (точніше - від тр убчастого змійовика в ЕЛ 1, через який тече, наприклад, вода з річки при +20°С). Отримані в ЕЛ 1 гази при 20°С подаються в відповідні змієвики протиточного теплообмінника 4 регенерації тепла циклу, в якому конденсат водяної пари віддає газам тепло перегріву (від ' 100°С до 20°С). Нагріті до 100°С гази Н 2 и О2 подаються потім з теплообмінника 3 в ПК 2, де проходить їх реакція-рекомбінація з утворенням Н 2О в формі насиченої пари при 100°С та виділенням в ПК 2 теплового ефекту електродної реакції Qekz. Це тепло підводиться до теплоносія, що протікає в трубчастому змійовіку, який встановлено в ПК 2. Теплоносій системи опалення, попередньо нагрівшись в ПК 2 за рахунок Qekz, подається в теплообмінник-конденсатор водяної пари, де нагрівається до заданої температури теплом фазового переходу при конденсації насиченої пари з ПК 2 при тиску 1 атм. та температурі 100°С, а потім відводиться до споживача. Конденсат, який утворився, подводиться до протиточного теплообмінника 4 для наступної регенерації тепла в циклі. Розглянемо випадок повної оборотності процесів в ЕЛ 1 и ПК 2 при тиску 1 атм. Процес злектролітичного розкладу води в ЕЛ 1 при температурі навколишнього середовища +20°С (наприклад, річкової води, що протікає через змійовик) буде 5 85584 реалізований при +15°С (це забезпечить компенсацію теплового ефекта електродної реакції Qend в ЕЛ 1 за рахунок тепла навколишнього середовища). ЕЛ 1 в ци х умовах буде споживати електроенергію при напрузі ~1,23В. Реакція-рекомбінація газів Н 2 и О2 в процесі ЕХГ,- що реализується при температурі 100°С з отриманням Н2О у формі насиченої пари, - забезпечить виробку в ПК 2 електроенергії при напрузі 1,162 Вольт з виделенням теплового ефекту електродної реакції Qekz , який відводиться з ПК 2 теплоносієм з системи опалення («обраткою»), що отримує в змійовику попередній підігрів. До заданої температури теплоносій потім догрівається в теплообміннику-конденсаторі 4 за рахунок теплоти конденсації насиченої пари (10,5ккал/моль), що поступає з ПК 2, та подається в систему опалення (теплоносій при 100°С - це «гостра вода»). ПК 2 при 20°С видає на клеми 1,23 Вольт при отриманні Н2О у формі води та 1,18 Вольт при отриманні Н2О у формі пари. Різниця 0,05 Вольт Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 обумовлена саме теплом конденсації 10,5ккал/моль. При температурі 100°С и відводом Н2О у формі пари ПК 2 видає на клеми напругу (1,162 В), що також на 0,05 Вольт нижче, ніж в ПК з отриманням води при 100°. Таким чином, стороннє джерело електроенергії подає в цикл напругу лише 0,068 В з яких тільки 0,05 Вольт тратиться на оборотне перетворення води в пару у даному циклі. Спісоб, що заявляється, що до перетворення електроенергії в теплоту в зворотному циклі (опалювальному циклі теплового насосу) забезпечує дуже високу ефективність (значення опалювального кофіцієнту ηg =Q2/N=1+Q1 /N), оскільки в ньому використовуються практично оборотні процеси: низькотемпературний електролітичний розклад води (при напрузі 1,23 Вольт) та реакціярекомбінація продуктів електроліза (Н2 та О2) в паливній комірці (при напрузі 1,162 Вольт для 100°С) з заміщенням лише 0,068 Вольт від стороннього джерела електроенергії. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601