محول(محول)

english converter

ملخص

  • جهاز لتغيير مادة أو شكل أو دولة إلى أخرى

نظرة عامة

اخترع جوزيف ت. كومر ونيل ويبر في شركة فورد في عام 1966 المحول الحراري إلى المعدن القلوي (AMTEC) ، والذي كان يطلق عليه في الأصل محرك تسخين الصوديوم (SHE). 4049877. إنه جهاز كهروكيميائي متجدد حراريًا لتحويل الحرارة مباشرة إلى طاقة كهربائية. يتميز بالكفاءة العالية المحتملة وعدم وجود أجزاء متحركة باستثناء مائع العمل ، مما يجعله مرشحًا لتطبيقات الطاقة الفضائية.
يقبل هذا الجهاز إدخال الحرارة في نطاق يتراوح بين 900-1300 كيلو متر وينتج تيارًا مباشرًا بكفاءة متوقعة من الجهاز تتراوح بين 15 إلى 40٪. في AMTEC ، يتم تحريك الصوديوم حول دورة ديناميكية حرارية مغلقة بين خزان حرارة عالي الحرارة وخزان مبرد في درجة حرارة رفض الحرارة. السمة الفريدة لدورة AMTEC هي أن توصيل أيونات الصوديوم بين منطقة ذات ضغط عالي أو نشاط منخفض الضغط أو منطقة نشاط على كلا جانبي المنحل بالكهرباء الصلب عالي المقاومة للحرارة الأيونية يكافئ بالديناميكا الحرارية تقريبًا بخار الصوديوم بين نفس الضغوط العالية والمنخفضة. تؤدي الأكسدة الكهروكيميائية للصوديوم المحايد في الأنود إلى أيونات الصوديوم ، التي تجتاز المنحل بالكهرباء الصلب ، والإلكترونات ، التي تنتقل من الأنود عبر دائرة خارجية ، حيث تؤدي أعمالها الكهربائية ، إلى الكاثود ذي الضغط المنخفض ، حيث تتجمع مع الكاثود أيونات لإنتاج غاز الصوديوم الضغط المنخفض. ثم ينتقل غاز الصوديوم الناتج عن الكاثود إلى المكثف عند درجة حرارة رفض الحرارة التي قد تتراوح بين 400 و 700 كلفن ، حيث يتم إصلاح الصوديوم السائل. وبالتالي فإن AMTEC عبارة عن خلية تركيز كهروكيميائية ، تعمل على تحويل العمل الناتج عن توسيع بخار الصوديوم مباشرة إلى طاقة كهربائية.
يعتمد المحول على الإلكتروليت المستخدم في بطارية الصوديوم والكبريت وبيتا الصوديوم بيتا -الألومينا ، وهي مرحلة بلورية بتكوين متغير إلى حد ما يحتوي على أكسيد الألومنيوم ، Al2O3 ، وأكسيد الصوديوم ، Na2O ، بنسبة اسمية 5: 1 ، و كمية صغيرة من أكسيد معدن الكاتيون ، عادة الليثيوم أو المغنيسيوم ، والتي تستقر بنية بيتا البلورية. إن سيراميك بيتا al -الألومينا بالكهرباء الصلب (BASE) هو عازل تقريبًا فيما يتعلق بنقل الإلكترونات وهو مرحلة مستقرة ديناميكيًا في اتصال مع كل من الصوديوم السائل والصوديوم عند ضغط منخفض.
تم الحصول على AMTEC أحادية الخلية ذات فولتات مفتوحة تصل إلى 1.55 فولت وبكثافة طاقة قصوى تصل إلى 0.50 واط / سم عند درجة حرارة 1173 كلفن (900 درجة مئوية) باستخدام أقطاب معدنية حرارية مستقرة طويلة الأجل.
وصلت كفاءة خلايا AMTEC إلى 16 ٪ في المختبر. من المتوقع أن تتمتع الوحدات متعددة الجهد العالي الأنبوب بكفاءة تتراوح من 20 إلى 25٪ ، ويبدو أن كثافة الطاقة التي تصل إلى 0.2 كيلو واط / لتر قابلة للتحقيق في المستقبل القريب. تظهر الحسابات أن استبدال الصوديوم بسائل عمل البوتاسيوم يزيد من كفاءة الذروة من 28 ٪ إلى 31 ٪ في 1100 K مع أنبوب BASE بسمك 1 مم.
معظم العمل على AMTEC يتعلق بالأجهزة التي تعمل بسائل الصوديوم. تم تشغيل AMTEC من البوتاسيوم باستخدام سيراميك الإلكتروليت الصلب بيتا البوتاسيوم وإظهار قدرة محسنة في درجات حرارة التشغيل المنخفضة مقارنة بأمتيك الصوديوم.
تم تطوير نموذج كمي مفصل عن النقل الجماعي والسلوك الحركي داخل الأقطاب الكهربائية AMTEC واستخدامها لتناسب وتحليل أداء مجموعة واسعة من الأقطاب الكهربائية ، وللتنبؤ بأداء الأقطاب الكهربائية الأمثل. يمكن وصف حركيات كهروكيميائية بينية من الناحية الكمية من خلال نموذج للنفق والانتشار والامتصاص. توضح الدورة الديناميكية الحرارية القابلة للعكس لـ AMTEC أنها ، في أحسن الأحوال ، أقل فعالية من دورة Carnot.
يتطلب AMTEC مدخلات الطاقة في درجات حرارة مرتفعة متواضعة وبالتالي يتم تكييفها بسهولة مع أي مصدر للحرارة ، بما في ذلك النظائر المشعة ، أو الطاقة الشمسية المركزة ، أو الاحتراق الخارجي ، أو المفاعل النووي. يتمتع نظام تحويل الطاقة الحرارية الشمسية الذي يعتمد على AMTEC بمزايا مقارنة بالتقنيات الأخرى (بما في ذلك الأنظمة الكهروضوئية) من حيث إجمالي الطاقة التي يمكن تحقيقها مع مثل هذا النظام وبساطة النظام (والذي يتضمن المجمع ، تخزين الطاقة (الحراري تخزين مع مواد تغيير الطور) وتحويل الطاقة في وحدة مدمجة). يمكن للنظام الكلي تحقيق ما يصل إلى 14 واط / كجم من خلال تقنية المجمع الحالية وكفاءة تحويل AMTEC في المستقبل. يتفوق نظام تخزين الطاقة على البطاريات ، كما تتيح درجات الحرارة التي يعمل بها النظام عمرًا طويلًا وخفضًا لحجم الرادياتير (درجة حرارة رفض الحرارة تصل إلى 600 كلفن). تستخدم تطبيقات الفضاء السحيق المولدات الحرارية الكهربائية للنظائر المشعة ؛ الأنظمة الهجينة في التصميم.
في حين أن أنظمة القدرة الفضائية لها أهمية جوهرية ، فإن التطبيقات الأرضية ستوفر تطبيقات واسعة النطاق لأنظمة AMTEC. بكفاءة 25٪ المتوقعة للجهاز والتكاليف المتوقعة تبلغ 350 دولارًا أمريكيًا / كيلوواط ، من المتوقع أن تثبت AMTEC أنها مفيدة لمجموعة واسعة جدًا من تطبيقات الجيل الموزعة بما في ذلك المراوح ذاتية التشغيل للأفران عالية الكفاءة وسخانات المياه وقوة المركبات الترفيهية اللوازم ، الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب ، والقياس عن بعد من مواقع آبار النفط ، هي مناطق أخرى يمكن فيها استخدام هذا النوع من التوليد الكهربائي. قد تسمح إمكانية تفريغ حرارة النفايات بإدماج هذه التكنولوجيا في مخططات التوليد المشترك السكنية والتجارية العامة ، على الرغم من أن التكاليف لكل كيلو واط / ساعة يجب أن تنخفض بشكل كبير من التوقعات الحالية.
أيضا مع محول محول. جهاز لتحويل شكل الطاقة الكهربائية أو الإشارة الكهربائية إلى شكل معين آخر. محول دوراني لتحويل التيار المتردد إلى التيار المباشر ، ومحول تردد الطاقة من 50 إلى 60 هرتز باستخدام الثايرستور أو مقوم الزئبق ، ومحول التردد لتغيير تردد الموجة الحاملة في نظام heterodyne ، مزيج من الترانزستور السلطة ومحول ، محولات DC-DC التي تجعل وظائف تشبه المحولات تعمل.
→ البنود ذات صلة محول