9.4 Ogniwa paliwowe.

O.p. są bezpośrednimi przetwornikami energii chemicznej na elektryczną według prostego łańcucha przemian energetycznych:

„energia chem. Energia elektryczna” bez pośrednictwa energii cieplnej. I dlatego ogniwa paliwowe ch-zują się wysoką spraw- nością procesu przetwarzania energii. W ogniwach paliwowych wykorzystuje się energię reakcji elektrochemicznych zwanych reakcjami redukcji, podczas których następuje samorzutne przemieszczanie się elektronów między reagującymi ze sobą substancjami. Tego typu reakcje mogą zachodzić w niskich tempera turach i z tego też powodu bywają nazywane „zimnym spalaniem”. Ogniwa paliwowe mają zalety: wysoka sprawność, trwałość, cicha praca, brak produktów zanieczyszczających środowisko. Wady: małe moce jednostkowe, niskie napięcia, wysoki koszt, konieczność używania bardzo czystych i drogich paliw. Schemat typowego ogniwa paliwowego:

1-elektrolit,2-oddzielacz wody,3-chłodnica,4- pompa,5-elektrody.

Są różne rodzaje ogniw paliwowych zasilanych węglem i węglowodorami. Ogniwa te znalazły zastosowanie nie tylko w energetyce, lecz także w astronomii.

Generatory magnetogazodynamiczne i magnetohydrodynamiczne.

Wiadomo, że warunkiem powstania siły elektromotorycznej w konwencjonalnym generatorze jest ruch przewodnika w polu magnetycznym. Indukowana wówczas w przewodniku SEM jest proporcjonalna do indukcji magnetycznej, długości przewodnika i długości jego ruchu E=Blv. W generatorach MHD w miejsce wirującego przewodnika metalowego używa się gazu dobrze przewodzącego prąd elektr.; tzw. Plazm. Powodując przepływ plazmy w odpowiednim kanale i poddając ją działaniu pola magn., otrzymuje się zasadniczy element generatora tzw kanał MHD nie wymagający do swej pracy ani wału, ani łożysk, ani innych ruchomych zużywających się części. Jeżeli plazma przepływa ze średnią prędkością, a jednorodne pole o ind. B działa prostopadle do tego kierunku, wtedy indukuje się pole elektr prostopadłe do B oraz kierunku ruchu. Pod wpływem tego pola popłynie

prąd elektr. o gęstości j=, gdzieprzewodność plazmy.

Układ cieplny elektr. MHD.

1-komora spalania, 2-kanał,3-wymiennik ciepła,

4-turbina parowa, 5- separator posiewu, 6-układ kontroli,7- komin.

Generatory fotoelektryczne.

G.f. (fotoogniwo) jest przetwornikiem, w którym przy wykorzystaniu efektu fotoelektrycznego zachodzi bezpośrednia przemiana energii promie- niowania elektromagnetycznego w energię elektr. Fotoogniwo składa się z warstwy półprzewodnika krzemowego typu n oraz naniesionej na nią warstwy typu p. Do obu warstw przylegają elektrody.

Jeżeli na złącze p.-n z poszerzonym pasmem zaporowym pada strumień kwantów to wytwarza on w nim elektrony i dziury, które zostają rozdzielone polem warstwy zaporowej. Dziury płyną w kierunku obszaru p., gdzie rekombinują z nośnikami ładunku dopływającego z baterii, natomiast elektrony płyną w kierunku obszaru n. Prąd płynący w obwodzie diody jest prądem elektronowym wywołanym promieniowaniem świetlnym.

Schemat zastępczy generatora fotoelektrycznego.

Zalety: duża sprawność przemiany, prosta konstrukcja, nieograniczony czas pracy, praca bezobsługowa. Wady: wysoki koszt, praca przy istnieniu światła.

Generatory termoelektryczne.

G.t. jest urządzeniem, w którym zjawiska termoel. (powstawanie siły termoel.) wykorzys- tywane są do bezpośredniej przemiany energii cieplnej w energię elektr. Może on być traktowany jako urządz. Pracujące w oparciu o zamknięty obieg termodynamiczny, w którym czynnikiem roboczym jest strumień elektronów. Podstawową częścią generatora jest termoelement utworzony z pary różnych przewodników lub półprzewodników(n-p.), których temp. T₁-gorącego i T₂-zimnego źródła są różne.

Q₁-ciepło dostarcz., Q₂-ciepło odprow., R₂-odb.

T₁>T₂

Powstanie prądu I związane jest zależnościami między procesami cieplnymi i elektrycznymi w przewodnikach. Dwie kolumny n i p. połączone są ze sobą od strony gorącej za pomocą płytki zbierającej prąd. Strona ta jest ogrzewana ze źródła ciepła , drugie końce są chłodzone i do nich dołączony jest obwód elektryczny zewn. odbierający wytworzoną energię elektryczną. Sprawność tego typu generatorów określa się jako stosunek mocy elektrycznej odprowadzonej do obwodu zewn. do mocy cieplnej dostarczonej do ogniwa:

-sprawność Carnota.

m_w= spr. generatora termoel. do spr. obiegu Carnota spowodowanej nieodwracalnością strat.

Generator termoemisji.

G.t. nazywany termojonowym jest urządzeniem, w którym energia cieplna jest bezpośrednio przekształcana w energię elektr. przy wykorzystaniu zjawiska termoemisji (wyzwalania się elektronów z gorącej powierzchni).

katoda, 2-anoda,3-izolator,4- przestrzeń między elektrodowa

Z gorącej powierzchni katody emitowane są termicznie elektrony, które po przejściu przestrzeni międzyelektrodowej padają na metalową, chłodzoną anodę(2). Obwód elektr. zamknięty jest zewnętrznym odbiornikiem R. Elektrony wyzwalane z katody unoszą ze sobą energię(pracę wyjścia). Część tej energii, równą pracy wyjścia z materiału anody oddają na anodzie w postaci energii cieplnej Q₂ traconej do otoczenia. Pozostała część zostaje przetworzona na energię elektr. i oddana w zewnętrznym obwodzie elektr. Nie wszystkie elektrony docierają do anody, część z nich po przebyciu niewielkiej odległości od pow. emitera wraca do niej w wyniku przyciągania elektrostatycznego.

P.-moc elektryczna odprowadzona, Q_k- strumień ciepła doprowadzony do katody.

---