ジョンソン熱電エネルギーコンバーター

ウィキペディア、フリー百科事典より 固体熱機関の一種 ジョンソン熱電エネルギーコンバーター、またはJTECは、2つのセルで水素の電気化学的酸化還元を利用する固体熱機関の一種であり、エルリッヒサイクルを近似した熱サイクルです。[1] 従来の熱電変換の実行可能な代替手段として調査中です。 ロニー・ジョンソンが発明し、コンバーターは最大60%のエネルギー変換効率を示すと主張しています。[2] ただし、この主張はカルノーサイクルとの比較に基づいた理論レベルであり、600℃の温度勾配を仮定しています。[3] 当初は海軍研究局への資金提供が提案されましたが、拒否されました。ジョンソンは後に、エンジンを水素燃料電池として提示することで資金を獲得しました。ジョンソンはPARCと協力してエンジンの開発を進めていました。[4] 作用機序[編集ソース] JTECは、水素ガスを圧縮・膨張させることによって熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱機関の一種です。これは、可動する古典的な機械部品を持たないクローズドシステムとして動作し、燃料の入力は不要で、排気も生成しません。エンジンは2つの段階で構成されます。低温圧縮段階と高温動力段階です。各段階は、銅ライニングされた膜電極アセンブリ（MEA）が二等分する作動流体チャンバーを含みます。MEAは、2つの電極の間に挟まれた、独自のセラミックプロトン交換膜（PEM）です。[5] その動作はアルカリ金属熱電変換器に似ており、反応性の高い溶融アルカリ金属の代わりに水素を作動流体として使用しますが、アルカリ金属は取り扱いが困難です。 高温動力段階では、圧縮段階からの高圧水素の膨張により、MEAを介して熱エネルギーが電気エネルギーに変換されます。高温高圧の水素がPEMを通過する際にイオン化し、プロトンと電子を生成します。プロトンは膜を通過し、電極は電子を負荷に排出します。PEMを通過した後、プロトンは電子と再結合して低圧水素ガスを生成し、それが圧縮段階に流出します。高温段階の観点から見ると、負荷はエンジンの外部負荷と低温圧縮段階で構成されます。 圧縮段階では、MEAに電気ポテンシャルが印加され、プロトンをPEMを介して流動させて高圧水素を生成します。水素が段階間を移動する際に熱交換器を通過し、高温段階を熱く、低温段階を冷たく保つのを助けることで効率を高めます。外部負荷に利用可能なエネルギー量は、低温で水素を圧縮するために必要な電気ポテンシャルと、高温でそれを膨張させたときに生成される電気ポテンシャルの差です。他のヒートポンプデバイスとは異なり、JTECは圧縮段階を開始し、サイクルを開始するために初期の電気エネルギー入力を必要とします。原理的には、エンジンは逆に動作して電気エネルギーを温度差に変換することも可能で、例えばHVACアプリケーションで使用できます。提案されている応用例の1つでは、太陽放射が動力段階を加熱し、圧縮段階が周囲温度のヒートシンクに接続されます。 応用[編集ソース] エンジンのスケーラビリティにより、開発者は、マイクロ電気機械システム（MEMS）への電力供給から大規模発電所としての機能まで、その潜在的な応用範囲は多岐にわたると主張しています。コンバーターは、内燃機関に見られるような燃料固有のカスタマイズを必要とせずに、多くの多様な形態の燃料を使用でき、燃料燃焼、太陽放射、産業からの低品位廃熱、または燃料電池、内燃機関、タービンなどの他の発電システムから電力を生成できます。これは外部燃焼エンジンとして機能するためです。[6] 関連項目[編集ソース] アルカリ金属熱電変換器 参考文献[編集ソース] ↑ "The Johnson Thermoelectric Energy Conversion System (JTEC)" (article). Bright Hub. 2010-09-26. Retrieved 2010-09-26. ↑ Johnson, Lonnie G. (February 2019). "Johnson Thermo-Electrochemical Converter (JTEC) as a Heat to Electric Generator for Nuclear Power Systems" (PDF). Nuclear and Emerging Technologies for Space, American Nuclear Society Topical Meeting, Richland, WA. American Nuclear Society. Archived from the original (PDF) on 2024-01-04. ↑ Ward, Logan (1 January 2008). "Super Soaker Inventor Aims to Cut Solar Costs in Half" (article). Popular Mechanics. Retrieved 2010-09-18. ↑ Ward, Logan (1 October 2010). "Shooting for the Sun". The Atlantic. Archived from the original (article) on 2015-12-28. Retrieved 1 October 2010. ↑ Johnson, Lonnie G. (29 January 2009). "High efficiency solid state engine". PARC. Retrieved 2010-09-18. ↑ "Johnson Thermo-Electrochemical Converter System" (Company Website). Johnson Electro-Mechanical Systems. Retrieved 2010-09-18. さらに読む[編集ソース] Podpirka, A.A.; Dilworth, T.D.; Campbell, T.; Jones, J.P.; Johnson, P.I.; Yuan, Y.; Mondal, S.; Ramanathan, S.; Miller, T.F.; Johnson, D.; McQuary, M.; Johnson, L.G.; Ostdiek, P.; Srinivasan, R. (2022). "JTEC: The Johnson Thermo-electrochemical Convertor for Heat-to-Electric Conversion". Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space, NETS 2022. American Nuclear Society. pp. 63–68. doi:10.13182/NETS22-38709. ISBN 978-0-89448-782-8. Huang, F.; Pingitore, A.T.; Campbell, T.; Knight, A.; Johnson, D.; Johnson, L.G.; Benicewicz, B.C. (2019). "High-temperature electrochemical converter as advanced power cycle in small scale heat recovery applications" (PDF). ACS Applied Energy Materials. 3 (1): 614–624. doi:10.1021/acsaem.9b01830. Miller, T.F. (2021). "Parametric modeling of a solid state Ericsson cycle heat engine". Energy. 236 121413. doi:10.1016/j.energy.2021.121413. Baiguini, M.; Di Marcoberardino, G.; Iora, P.; Mastropasqua, L. (2026). "High-temperature electrochemical converter as advanced power cycle in small scale heat recovery applications". Energy Conversion and Management. 350 120984. doi:10.1016/j.enconman.2025.120984. 外部リンク[編集ソース] Video: Solve for x Moonshots 2014 Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Johnson_thermoelectric_energy_converter&oldid=1362371928" カテゴリ: エネルギー変換熱電冷却技術外部燃焼エンジン隠しカテゴリ: 短い説明の記事 Wikidataと一致する短い説明