WO2012169928A1 - Аккумулятор тепловой энергии - Google Patents
Аккумулятор тепловой энергии Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012169928A1 WO2012169928A1 PCT/RU2011/001033 RU2011001033W WO2012169928A1 WO 2012169928 A1 WO2012169928 A1 WO 2012169928A1 RU 2011001033 W RU2011001033 W RU 2011001033W WO 2012169928 A1 WO2012169928 A1 WO 2012169928A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- thermal energy
- working fluid
- control element
- energy
- state
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Definitions
- the invention relates to the field of energy, and more particularly to a means of accumulation, storage and allocation or conversion of thermal energy.
- thermal energy accumulators liquid heat accumulators, heat accumulators with solid heat storage material, heat accumulators based on phase transitions [1] [2].
- Thermal energy accumulators based on phase transitions, and containing at least one control element and a working fluid, which provides the accumulation of thermal energy and has the ability to release thermal energy, are the closest in technical essence to the declared one.
- the present invention is aimed at overcoming the difficulties known from the prior art and the creation of a new thermal energy accumulator, characterized by a higher energy intensity.
- the working fluid is amorphous particles refractory material, providing the accumulation of thermal energy when in a state of metastable highly disordered defective-high condensers phase and the release of thermal energy during the phase transition from a defectively high-value disordered condensed state to a state of crystalline ordering.
- Particles of tungsten, rhenium, tantalum, molybdenum, niobium are preferably used as a working fluid.
- control element is configured to activate a phase transition between defectively saturated and crystal-like states of particles of the working fluid.
- an electrode can be used as a control element or as part of a control element, which provides an electric impulse to the working fluid to activate the phase transition of particles of a defective saturated disordered condensed state to a state of crystalline ordering.
- a fundamentally new element of the claimed thermal energy accumulator is the working fluid itself - particles of a refractory material (for example, metal or oxide) that are in a physically special, quasi-stable state with structurally disordered long-range and short-range ordering for solids.
- a refractory material for example, metal or oxide
- phase states can be achieved, in particular, during the reduction of crystalline oxides of refractory metals by cold injection of highly excited protons [3].
- the resulting reduced metal particles are classified as metastable defectively saturated phase states such as highly supercooled liquid or deep-frozen "gas".
- phase states of refractory metal particles are characterized by unique energy thresholds for interphase transitions that simultaneously satisfy two opposite conditions - stability of the defect-saturated phase and high energy release when overcoming the interphase barrier between the defect-saturated and crystalline phases.
- amorphous particles of refractory metals as an energy storage material makes it possible to achieve energy intensity values that are several times higher than the energy intensity of both existing thermal and electric batteries.
- amorphous particles of refractory materials as an energy storage material allows for a fundamentally new design solution for the working medium of the battery in the form of thin-profile composite materials.
- thermal energy accumulators with a working fluid in the form of thin-profile composite materials with amorphous particles of refractory materials as an energy storage component allows for fundamentally new design solutions for small-sized power supplies and small-sized energy converters, which significantly surpass existing devices in energy intensity.
- the invention is explained in more detail below on a specific example of its implementation with reference to the accompanying drawing, which shows a structural diagram of the described implementation of the battery according to the invention. The positions in the drawing indicate: 1 - the matrix of the cellular structure, 2 - the working fluid of the battery, 3 - mask, 4 - electrode, 5 - activating head, 6 - lead wire, 7 - activating electrode.
- the battery in the described particular case of its implementation, shown in figure 1, contains a matrix 1 of a cellular structure made of chemically inert, non-conductive material with low thermal conductivity, such as composites based on silicon or carbon.
- the cellular matrix 1 may have a rectangular or disk-shaped with a square-nested or spiral-shaped arrangement of cells, respectively.
- a refractory metal for example: tungsten, rhenium, tantalum, molybdenum
- One side of the matrix cell is masked 3 and is accessible for external activation of the working fluid and removal of the thermal energy released as a result of the phase transition using the heat exchanger 4.
- the activation of the working fluid and the removal of thermal energy can be carried out by a universal device - the activating head 5.
- Activating head 5 can be made in the form of a thermal energy converter, as, for example, described in [4], combined with an activating electrode 7, through which an electric impulse is supplied to the working medium pulse activating the transition from a high-energy state to a low-energy one.
- the thermal energy released by the working fluid is converted by the activating head into electrical energy directly during the removal of energy from the working fluid and is output to the output wire.
- Successive activation of cells with a working fluid and energy removal are carried out by stepwise moving the matrix relative to the activating head, or the activating head relative to the matrix.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетики, более конкретно к средствам накопления, хранения и выделения или преобразования тепловой энергии. Аккумулятор тепловой энергии содержит, по крайней мере, один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии в результате воздействия по крайней мере одного управляющего элемента. При этом согласно изобретению рабочее тело представляет собой аморфные частицы тугоплавкого материала, обеспечивающие накопление тепловой энергии при нахождении в состоянии метастабильной сильно неупорядоченной дефектно-насыщенной конденсированной фазы и выделение тепловой энергии при фазовом переходе из дефектно-насыщенного неупорядоченного конденсированного состояния в состояние кристаллической упорядоченности. В результате заявленный аккумулятор обладает повышенной энергоемкостью в сравнении с аналогами, известными на текущем уровне техники.
Description
АККУМУЛЯТОР ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Изобретение относится к области энергетики, более конкретно к средствам накопления, хранения и выделения или преобразования тепловой энергии.
Известны аккумуляторы тепловой энергии: жидкостные тепловые аккумуляторы, тепловые аккумуляторы с твёрдым теплоаккумулирующим материалом, аккумуляторы тепла, основанные на фазовых переходах [1] [2]. Аккумуляторы тепловой энергии, основанные на фазовых переходах, и содержащие по крайней мере один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии, являются наиболее близкими по технической сущности к заявленному.
Недостатком всех известных из уровня техники аналогов, включая наиболее близкий, является сравнительно невысокая энергоемкость аккумуляторов тепловой энергии
Настоящее изобретение направлено на преодоление трудностей, известных из предшествующего уровня техники и создание нового аккумулятора тепловой энергии, характеризующегося более высокой энергоемкостью.
Указанная задача решается тем, что в аккумуляторе тепловой энергии, содержащем по крайней мере один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии в результате воздействия по крайней мере одного управляющего элемента, согласно изобретению рабочее тело представляет собой аморфные частицы тугоплавкого материала, обеспечивающие накопление тепловой энергии при нахождении в состоянии метастабильной сильно неупорядоченной дефектно-насьпценной конденсированной фазы и выделение тепловой энергии при фазовом переходе из дефектно-насьпценного неупорядоченного конденсированного состояния в состояние кристаллической упорядоченности.
В качестве рабочего тела предпочтительно используют частицы вольфрама, рения, тантала, молибдена, ниобия.
Предпочтительно управляющий элемент выполнен с возможностью активации фазового перехода между дефектно-насыщенным и кристаллоподобным
состояниями частиц рабочего тела. Для этих целей в качестве управляющего элемента или в составе управляющего элемента может быть использован электрод, обеспечивающий подачу электрического импульса к рабочему телу для активации фазового перехода частиц дефектно-насыщенного неупорядоченного конденсированного состояния в состояние кристаллической упорядоченности.
Принципиально новым элементом заявленного аккумулятора тепловой энергии является само рабочее тело - частицы тугоплавкого материала (например, металла или оксида), находящиеся в физически особом, квазиустойчивом состоянии с аномально высокой для твердых тел структурной раз упорядоченностью как дальнего, так и ближнего порядка. Подобные фазовые состояния могут достигаться, в частности, при восстановлении кристаллических окислов тугоплавких металлов холодной инжекцией сильновозбужденных протонов [3]. Получающиеся в результате частицы восстановленного металла классифицируются как метастабильные дефектно-насыщенные фазовые состояния типа сильно переохлажденной жидкости или глубоко замороженного "газа".
Подобные фазовые состояния частиц тугоплавких металлов характеризуются уникальными энергетическими порогами межфазовых переходов, удовлетворяющих одновременно двум противоположным условиям - стабильности дефектно- насыщенной фазы и высокому энерговыделению при преодолении межфазового барьера между дефектно-насыщенной и кристаллической фазами.
Использование аморфных частиц тугоплавких металлов в качестве энергозапасающего материала позволяет достигать значений энергоемкости, кратно превышающих энергоемкость, как существующих тепловых, так и электрических аккумуляторов.
Использование аморфных частиц тугоплавких материалов в качестве энергозапасающего материала допускает для рабочего тела аккумулятора принципиально новые конструктивные решения в виде тонкопрофильных композитных материалов. В свою очередь использование аккумуляторов тепловой энергии с рабочим телом в виде тонкопрофильных композитных материалов с аморфными частицами тугоплавких материалов в качестве энергозапасающего компонента допускает принципиально новые конструктивные решения для малогабаритных источников питания и малогабаритных преобразователей энергии, значительно превосходящих существующие устройства по энергоемкости.
Изобретение поясняется далее более подробно на конкретном примере его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена конструктивная схема описываемой реализации аккумулятора по изобретению. Позициями на чертеже обозначены: 1 - матрица ячеистой структуры, 2 - рабочее тело аккумулятора, 3 - маска, 4 - электрод, 5 -активирующая головка, 6 - выводящий провод, 7 - активирующий электрод.
Аккумулятор в описываемом частном случае его реализации, показанном на фиг.1, содержит матрицу 1 ячеистой структуры, выполненною из химически инертного, непроводящего материала с низкой теплопроводностью, например композитов на основе кремния или углерода. Ячеистая матрица 1 может иметь прямоугольную или дискообразную форму с квадратно-гнездовым или спиралеобразным расположением ячеек, соответственно. Рабочее тело аккумулятора 2, представляющее собой частицы тугоплавкого металла (например: вольфрама, рения, тантала, молибдена) в высокоэнергетическом состоянии, размещено в каждой ячейке матрицы 1.
Одна сторона ячейки матрицы закрыта маской 3 и доступна для внешней активации рабочего тела и съема выделяемой в результате фазового перехода тепловой энергии при помощи электрода-теплообменника 4. Активация рабочего тела и съем выделяемой тепловой энергии может осуществляться универсальным устройством - активирующей головкой 5. Активирующая головка 5 может быть выполнена в виде преобразователя тепловой энергии, как, например, описано в [4], совмещенного с активирующим электродом 7, через который на рабочее тело подается электрический импульс, активирующий переход из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое. Выделяемая рабочим телом тепловая энергия преобразуется активирующей головкой в электрическую непосредственно в процессе съема энергии с рабочего тела и выводится на выводящий провод. Последовательная активация ячеек с рабочим телом и съем энергии осуществляются пошаговым перемещением матрицы относительно активирующей головки, либо активирующей головки относительно матрицы. Таким образом достигается возможность управления процессом выделения и съема тепловой энергии аккумулятора.
В заключение следует отметить, что описанный пример приведен для пояснения заявленной группы изобретений и ни в коей мере не должен
„ - „ „
рассматриваться как ограничивающий объем притязании. Специалисту оудут ясны и другие конкретные случаи осуществления изобретения, которые, несмотря на отдельные несущественные отличия в режимах осуществления и/или используемых материалах, будут, тем не менее, как и заявленное изобретение, охарактеризованы той же совокупностью существенных признаков, приведенных в прилагаемой формуле.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Левенберг В.Д. Аккумулирование тепла. - Киев: Техника, 1991
Пугач Л.И., Серант Ф.А., Серант Д.Ф. Нетрадиционная энергетика, возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность, - Новосибирск, НГТУ, 2006
Малхасян Размик Тачатович «Способ прямого восстановления оксидов и получения аморфных металлов». Патент Российской Федерации на изобретение
Гришин В.К.; Грибков А.С, «Высокотемпературный преобразователь тепловой энергии в электрическую» Патент Российской Федерации на изобретение 2136086, 31.10.2006.
Claims
1. Аккумулятор тепловой энергии, содержащий по крайней мере один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии в результате воздействия по крайней мере одного управляющего элемента, отличающийся тем, что рабочее тело представляет собой аморфные частицы тугоплавкого материала, обеспечивающие накопление тепловой энергии при нахождении в состоянии метастабильной сильно неупорядоченной дефектно-насыщенной конденсированной фазы и выделение тепловой энергии при фазовом переходе из дефектно-насыщенного неупорядоченного конденсированного состояния в состояние кристаллической упорядоченности.
2. Аккумулятор по п.1 , отличающийся тем, что управляющий элемент выполнен с возможностью активации фазового перехода между дефектно-насыщенным и кристаллоподобным состояниями частиц рабочего тела.
3. Аккумулятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что управляющий элемент выполнен с возможностью последовательной активации фазового перехода в частицах рабочего тела в ячейках аккумулятора.
4. Аккумулятор по п.З, отличающийся тем, что управляющий элемент содержит электрод, обеспечивающий активацию в рабочем теле фазового перехода с помощью электрического импульса.
5. Аккумулятор по любому из пп.1,2, 4, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использованы аморфные частицы вольфрама, рения, тантала, молибдена, ниобия.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010153925 | 2010-12-29 | ||
RU2010153925/06A RU2516080C2 (ru) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Аккумулятор тепловой энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2012169928A1 true WO2012169928A1 (ru) | 2012-12-13 |
Family
ID=46848137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/001033 WO2012169928A1 (ru) | 2010-12-29 | 2011-12-28 | Аккумулятор тепловой энергии |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2516080C2 (ru) |
WO (1) | WO2012169928A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6278021B2 (ja) * | 2015-10-09 | 2018-02-14 | トヨタ自動車株式会社 | 蓄熱装置及びその装置を用いる方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031491C1 (ru) * | 1992-05-18 | 1995-03-20 | Юрий Вячеславович Николаев | Способ терморегулирования высокотемпературной аккумуляторной батареи |
RU2044224C1 (ru) * | 1992-03-31 | 1995-09-20 | Научно-производственное объединение "Луч" | Электрический нагреватель |
RU2096439C1 (ru) * | 1993-01-28 | 1997-11-20 | Владимир Викторович Булычев | Теплоаккумулирующий материал |
DE10258226A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Fritz Muser | Speicherelement, insbesondere für Latent-Schichtspeicher |
-
2010
- 2010-12-29 RU RU2010153925/06A patent/RU2516080C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-12-28 WO PCT/RU2011/001033 patent/WO2012169928A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2044224C1 (ru) * | 1992-03-31 | 1995-09-20 | Научно-производственное объединение "Луч" | Электрический нагреватель |
RU2031491C1 (ru) * | 1992-05-18 | 1995-03-20 | Юрий Вячеславович Николаев | Способ терморегулирования высокотемпературной аккумуляторной батареи |
RU2096439C1 (ru) * | 1993-01-28 | 1997-11-20 | Владимир Викторович Булычев | Теплоаккумулирующий материал |
DE10258226A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Fritz Muser | Speicherelement, insbesondere für Latent-Schichtspeicher |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010153925A (ru) | 2012-07-10 |
RU2516080C2 (ru) | 2014-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2020123571A (ja) | ハイブリッド電気化学セル | |
DK2559097T3 (en) | ELECTROCHEMICAL METAL AIR CELL WITH HIGH ENERGY EFFICIENCY MODE | |
AU2017203998A1 (en) | H2O-based electrochemical hydrogen-catalyst power system | |
JP2016535392A (ja) | 自己回復液体/固体状態バッテリ | |
JP4928824B2 (ja) | リチウムイオン蓄電素子の製造方法 | |
Ikeda et al. | Anode properties of magnesium hydride catalyzed with niobium oxide for an all solid-state lithium-ion battery | |
WO2014025443A2 (en) | Ciht power system | |
TW201521274A (zh) | 電力產生系統及與其有關之方法 | |
TW201242139A (en) | Molten salt battery | |
US6589686B2 (en) | Method of fuel cell activation | |
WO2012169928A1 (ru) | Аккумулятор тепловой энергии | |
Goodenough | Batteries and a sustainable modern society | |
Kulkarni et al. | Energy conversion and storage devices | |
Frazelle | Battery Day: a closer look at the technology that makes portable electronics possible | |
Tang et al. | Demonstration of 10+ hour energy storage with ϕ1′′ laboratory size solid oxide iron–air batteries | |
JP2015023019A (ja) | 水素およびハロゲン元素イオンを活物質とする炭素極蓄電池 | |
Chen | High pulse power system through engineering battery-capacitor combination | |
Frazelle | Battery day | |
JP2019050120A (ja) | 半導体二次電池 | |
Kim et al. | Hybrid Aluminum-Ion Capacitor with High Energy Density and Long-Term Durability | |
CN102646517A (zh) | 超级电容器的电极和超级电容器 | |
Yoo et al. | High efficiency power conversion system for battery-ultracapacitor hybrid energy storages | |
KR20140055011A (ko) | 커패시터 충방전 관리 장치 및 그 방법 | |
JPWO2011161832A1 (ja) | 電極用集電体材料及びその製造方法 | |
JP2010017700A (ja) | 軽量構造材の廃材利用方法。 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11867521 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11867521 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |