Металловоздушная батарея

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве металловоздушных батарей (МВБ). Согласно изобретению МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, при этом электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металловоздушных элементов, а электролитная емкость соединена с коллектором гибким трубопроводом. В нижней части каждого элемента на одной или обеих торцевых стенках выполнено отверстие, диаметр которого составляет от 0,8 до 1 внутреннего поперечного размера элемента. Указанные отверстия гибкими трубопроводами соединены с одним или двумя общими коллекторами. Общие коллекторы выполнены из материала, не смачиваемого электролитом. Электролитная емкость выполнена в виде воронки с эластичной полусферической крышкой, надетой с натягом на воронку. В торцах коллекторов могут быть установлены съемные пробки. Каждый элемент МВБ снабжен уплотняемой крышкой, которая имеет полость, сообщающуюся трубопроводом с электролитом элемента и заполненную электролитом или водой. При этом нижняя кромка указанного трубопровода расположена под уровнем электролита в элементе. Соотношение объема полости в крышке и массы анода в элементе составляет (см³/г) от 1 до 10. Вентилятор установлен на торцевой стенке корпуса батареи и через терморегулятор соединен с электрическими выводами батареи. Металлический анод каждого элемента МВБ снабжен цилиндрическим токоотводом, к которому присоединен гибкий герметичный токовывод, проходящий через уплотняемое отверстие, расположенное в верхней части торцевой стенки каждого элемента. В верхней части торцевой стенки каждого элемента выполнены отверстия для эвакуации выделяющегося водорода, при этом отверстия объединены общим коллектором. Техническим результатом изобретения является повышение удельных электрических характеристик МВБ, увеличение ресурса и удобство эксплуатации. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве металловоздушных батарей (МВБ), которые могут использоваться в качестве автономных источников тока для освещения или питания бытовых электронных устройств.

Из известных МВБ наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является МВБ, содержащая корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором (патент США 5147736, кл. Н 01 М 8/04, 1992).

Недостатком указанной МВБ являются низкие удельные электрические характеристики из-за наличия паразитных утечек тока по электролиту.

Задачей изобретения является создание МВБ, обладающей повышенными удельными электрическими характеристиками, длительным ресурсом и удобством эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, при этом электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металловоздушных элементов, а электролитная емкость соединена с коллектором гибким трубопроводом.

Выполнение МВБ в соответствии с указанными признаками позволяет существенно повысить удельные электрические характеристики и ресурс батареи за счет исключения паразитных токов утечки по электролиту и упростить эксплуатацию за счет использования электролитной емкости, соединенной гибким трубопроводом с коллектором, что существенно упрощает заправку элементов электролитом.

Целесообразно, чтобы в нижней части на противоположных торцевых стенках каждого элемента МВБ были выполнены отверстия, диаметр которых составляет от 0,8 до 1 от внутреннего поперечного размера элемента.

Целесообразно, чтобы отверстия, расположенные на одних торцевых стенках элементов, были соединены гибкими трубопроводами с общим коллектором.

Целесообразно, чтобы отверстия, расположенные на других торцевых стенках элементов, были соединены гибкими трубопроводами со вторым общим коллектором.

Наличие отверстий, соединенных с общим коллектором гибкими трубопроводами, упрощает эксплуатацию МВБ, так как возможны заправка электролитом, слив отработанного электролита и промывка водой сразу всех элементов через общий коллектор.

Наличие двух коллекторов позволяет производить замену электролита в элементах МВБ в процессе работы, не отключая нагрузки. При этом через один коллектор производится подача свежего электролита, а через другой - слив отработанного электролита.

Целесообразно, чтобы коллекторы были выполнены из материала, не смачиваемого электролитом. Использование не смачиваемых электролитом коллекторов позволяет исключить возможность паразитной утечки тока по электролитной пленке.

Целесообразно, чтобы электролитная емкость была выполнена в виде воронки с эластичной полусферической крышкой, надетой с натягом на воронку. Такое выполнение емкости упрощает заправку электролитом. Наличие эластичной полусферической крышки позволяет создать избыточное давление электролита, что ускоряет заправку.

Целесообразно, чтобы в торцах коллектора были установлены съемные пробки. Наличие пробок упрощает эксплуатацию батареи. Опустив коллектор и вынув пробки, легко слить электролит и промыть элементы водой.

Целесообразно, чтобы каждый элемент был снабжен уплотняемой крышкой, которая снабжена полостью, сообщающейся трубопроводом с электролитом элемента и заполненной электролитом или водой.

Целесообразно, чтобы нижняя кромка указанного трубопровода была расположена под уровнем электролита в элементе. Наличие крышки с полостью, заполненной водой или электролитом, и трубопроводом, опущенным под уровень электролита, увеличивает ресурс МВБ, поскольку по мере расходования электролита он будет автоматически подливаться через оголившийся конец трубопровода из полости в элементы.

Целесообразно, чтобы соотношение объема полости и массы анода составляло от 1 до 10 (см³/г). Указанное соотношение определяется количеством воды или электролита, расходуемым при реакции на 1 г материала анода.

Целесообразно, чтобы вентилятор был установлен на торцевой стенке корпуса батареи и через терморегулятор соединен с электрическими выводами батареи. Торцевая стенка наиболее удобное место для размещения вентилятора, а наличие терморегулятора в цепи питания вентилятора будет поддерживать заданный температурный режим МВБ за счет периодического включения и выключения вентилятора.

Целесообразно, чтобы металлический анод каждого элемента был снабжен цилиндрическим токоотводом, к которому присоединен гибкий герметичный токовывод, проходящий через уплотнение отверстия, расположенного в верхней части торцевой стенки каждого элемента. Наличие герметичного гибкого вывода исключает коррозию вывода и упрощает коммутацию элементов в батарее.

Целесообразно, чтобы в противоположной торцевой стенке каждого элемента были выполнены отверстия для эвакуации выделяющегося водорода, при этом отверстия объединены коллектором. Наличие отверстий в элементах и общего коллектора упрощает эвакуацию выделяющегося водорода из элементов батареи.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами и описанием работы заявленного ХИТ.

На фиг.1a, 1б и 1в представлены три проекции МВБ.

На фиг.1а показан фронтальный вид заявленной МВБ.

На фиг.1б показан вид сбоку заявленной МВБ.

На фиг.1в показан вид сверху заявленной МВБ.

Представленная на фиг. 1а, 1б, 1в МВБ содержит корпус 1, содержащий 12 металловоздушных элементов 2. Каждый элемент включает анод 3, катоды 4, крышку 5 с электролитом 6 и трубкой 7. Элементы гибкими трубопроводами 8 соединены с общим коллектором 9. Коллектор гибким трубопроводом 10 соединен с воронкой 11, которая закрыта эластичной полусферической крышкой 12. На торце батареи размещен вентилятор 13, соединенный воздуховодом 14 с зазорами между элементами. Коллектор снабжен легко снимаемыми пробками 15, установленными в торцах коллектора. Коммутация элементов в батарее осуществляется гибкими герметичными выводами. Для эвакуации выделяющегося в элементах батареи водорода предназначен коллектор 17. В нижней части элементов расположен отсек 18, в котором скапливаются шламовые продукты реакции 19.

Батарея работает следующим образом. В емкость 11 заливают электролит, надевают крышку 12, опускают коллектор 9, электролит самотеком или за счет надавливания на крышку 12 поступает сразу во все элементы МВБ. Когда элементы заправлены до заданного уровня, коллектор 9 поднимается и закрепляется на уровне выше верхней кромки элементов. При этом электролит удаляется из коллектора, и элементы размыкаются по электролиту. Заполняют полости крышек 5 электролитом и устанавливают их на элементы. Батарея готова к приему нагрузки. В процессе работы выделяющийся водород удаляется через коллектор 17, а твердые продукты реакции (шлам) скапливаются в пространстве 19. Израсходованный в процессе работы электролит автоматически доливается из полости 6 через трубку 7 при оголении нижнего конца трубки. Вентилятор обдувает МВБ, отводя выделяющееся в элементах тепло. Температура батареи поддерживается в заданном диапазоне путем периодического выключения вентилятора 13 по сигналу термодатчика.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная МВБ может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Металловоздушная батарея, содержащая корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, отличающаяся тем, что электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металловоздушных элементов, при этом электролитная емкость соединена с общим коллектором гибким трубопроводом.

2. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части каждого элемента на торцевой стенке выполнено отверстие, диаметр которого составляет от 0,8 до 1 внутреннего поперечного размера элемента.

3. Металловоздушная батарея по п. 2, отличающаяся тем, что указанные отверстия гибкими трубопроводами соединены с общим коллектором.

4. Металловоздушная батарея по п.2, отличающаяся тем, что в нижней части каждого элемента на противоположной торцевой стене выполнено дополнительное отверстие, диаметр которого составляет от 0,8 до 1 внутреннего поперечного размера элемента.

5. Металловоздушная батарея по п. 4, отличающаяся тем, что указанные дополнительные отверстия гибкими трубопроводами соединены со вторым общим коллектором.

6. Металловоздушная батарея по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что общие коллекторы выполнены из материала, не смачиваемого электролитом.

7. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что электролитная емкость выполнена в виде воронки с эластичной полусферической крышкой, надетой с натягом на воронку.

8. Металловоздушная батарея по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что в торцах общих коллекторов установлены съемные пробки.

9. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что каждый элемент снабжен уплотняемой крышкой, которая снабжена полостью, сообщающейся трубопроводом с электролитом элемента и заполненной электролитом или водой.

10. Металловоздушная батарея по п.9, отличающаяся тем, что нижняя кромка указанного трубопровода расположена под уровнем электролита в элементе.

11. Металловоздушная батарея по п.9, отличающаяся тем, что соотношение объема полости уплотняемой крышки и массы анода составляет (см³/г) от 1 до 10.

12. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что вентилятор установлен на торцевой стенке корпуса батареи и через терморегулятор соединен с электрическими выводами батареи.

13. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что металлический анод каждого элемента снабжен цилиндрическим токоотводом, к которому присоединен гибкий герметичный токовывод, проходящий через уплотнение отверстия, расположенного в верхней части торцевой стенки каждого элемента.

14. Металловоздушная батарея по п.1, отличающаяся тем, что в верхней части торцевой стенки каждого элемента выполнены отверстия для эвакуации выделяющегося водорода, при этом отверстия объединены общим коллектором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3