Способ эксплуатации электрохимического генератора

Изобретение относится к области источников питания постоянного тока, а именно к системам электропитания постоянного тока, работающих на водороде и кислороде. Согласно изобретению в способе эксплуатации электрохимического генератора для регулирования перепада давления между окислителем и горючим используется избыточное давление самих газообразных реагентов - окислителя и горючего. Техническим результатом изобретения является исключение постороннего инертного газа, повышение точности и регулирования перепада давления между окислителем и горючим, так как регулирование перепада осуществляется за счет изменения высоты уровней жидкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к области источников питания постоянного тока, а именно к системам электропитания постоянного тока, работающих на водороде и кислороде.

Известен способ эксплуатации ЭХГ, включающий регулирование подачи топлива в зависимости от давления окислителя [1].

Недостатком известного способа эксплуатации является невозможность поддержания малых перепадов давлений и опасность смешения реагентов. Это связано с жесткими характеристиками пневматического узла и вероятностью потери герметичности мембран в результате знакопеременных нагрузок.

Способ эксплуатации ЭХГ, принятый за прототип [2], заключается в том, что в газовую полость емкости с жидким электролитом подают инертный газ с заданным управляющим давлением. Давлением этого инертного газа обеспечивается регулирование равенства давлений между окислителем, горючим и электролитом за счет подачи этого газа в блок системы регулирования окислителя и в блок регулирования горючего. В этом способе исключается вероятность смешивания компонентов.

Недостатками прототипа способа эксплуатации ЭХГ являются

- необходимость в дополнительной энергии извне в виде электричества или сжатого газа;

- низкая точность регулирования перепада давлений между окислителем и горючим, это связано с наличием жестких мембран и пружин в блоках регулирования.

Задачей нового технического решения является создание такого ЭХГ и способа эксплуатации ЭХГ, при котором значительно снизились бы энергозатраты и повысилась бы точность, что продлило бы срок службы, снизило стоимость и повысило надежность ЭХГ.

Задача решается совокупностью всех существующих признаков.

В способе эксплуатации электрохимического генератора, заключающемся в подаче управляющего газообразного компонента в газовую полость емкости с жидким электролитом и измерении давления в ней, в качестве управляющего газообразного компонента использованы два газообразных реагента электрохимического генератора, причем в газовую полость горючего емкости с электролитом подают один из газообразных реагентов электрохимического генератора - горючее, а в газовую полость окислителя емкости с электролитом подают другой газообразный реагент электрохимического генератора - окислитель, измеряют давление в обеих газовых полостях емкости с электролитом, и при неравенстве давлений в этих полостях производят выравнивание давлений путем подачи соответствующего газообразного реагента в одну из упомянутых полостей с меньшим давлением.

В способе эксплуатации для регулирования перепада давления между окислителем и горючим используется избыточное давление самих газообразных реагентов - окислителя и горючего, исключается посторонний инертный газ, повышается надежность из-за отсутствия пневматического узла, повышается точность регулирования перепада давления между окислителем и горючим, так как регулирование перепада осуществляется за счет изменения высоты уровней жидкости.

На чертеже представлен вариант устройства, позволяющий реализовать предложенный способ, где изображено

1 - блок подачи окислителя;

2 - трубопровод подачи окислителя;

3 - газовая камера окислителя;

4 - жидкостная камера электролита;

5 - газовая камера горючего;

6 - трубопровод подачи горючего;

7 - блок подачи горючего;

8 - магистраль подачи окислителя;

9 - клапан подачи окислителя;

10 - магистраль подачи горючего;

11 - клапан подачи горючего;

12 - емкость с электролитом;

13 - газовая полость горючего емкости с электролитом;

14 - газовая полость окислителя емкости с электролитом;

15 - трубопровод, соединяющий газовую камеру окислителя с газовой полостью окислителя емкости с электролитом;

16 - трубопровод, соединяющий газовую камеру горючего с газовой полостью горючего емкости с электролитом;

17 - насос;

18 - уровнемер окислителя;

19 - уровнемер горючего.

Способ реализуется следующим образом:

Окислитель, например кислород, поступает в ЭХГ из блока подачи окислителя 1 по трубопроводу подачи окислителя 2. Окислитель попадает в газовую камеру окислителя 3. Горючее, например водород, поступает в ЭХГ из блока подачи горючего 7 по трубопроводу подачи горючего 6. Горючее попадает в газовую камеру горючего 5. В газовых камерах окислителя и горючего 3, 5 благодаря прохождению ионов в жидкостной камере электролита 4, которая входит в замкнутый контур прокачки электролита с насосом 17, происходит непосредственное превращение химической энергии окислителя и горючего в электрическую энергию. В связи с тем что энергопотребление является переменным по времени, а также из-за необходимости регулярных периодических продувок газовых камер окислителя и горючего 3, 5, давление в этих камерах также изменяется. Это может привести к возникновению резкого нерасчетного перепада давлений между газовыми камерами окислителя и горючего 3 и 5 и, как следствие к нарушению прочности топливного элемента. Регулирование перепада давлений между газовыми камерами окислителя и горючего 3 и 5 в предлагаемом варианте происходит за счет изменения высоты уровней жидкости, так как емкость с электролитом 12 представляет собой два сообщающихся сосуда с двумя газовыми полостями - газовая полость горючего емкости с электролитом 13 и газовая полость окислителя емкости с электролитом 14. При этом газовая полостью емкости с электролитом 13 снабжена уровнемером горючего 19, а газовая полость емкости с электролитом 14 снабжена уровнемером окислителя 18. По сигналу об изменении положения одного уровня жидкости в какой-либо газовой полости относительно другой открывается либо клапан подачи окислителя 9, либо клапан подачи горючего 11. Так, например, если давление окислителя в процессе эксплуатации ЭХГ оказалось ниже давления горючего, это означает, что уровень жидкости в первой газовой полости емкости с электролитом 13 выше, чем уровень жидкости во второй газовой полости 14, то в этом случае поступает сигнал на открытие клапана подачи горючего 11, что приводит к выравниванию давлений между реагентами.

Одним из необходимых условий эффективной работы ЭХГ является стабилизация таких параметров, как давление, перепад или равенство давлений топлива и окислителя и перепад давления между реагентами и электролитом. Только выполнение этого требования в условиях нестационарных нагрузок и других внешних возмущений может обеспечить надежную и пожаровзрывобезопасную работу ЭХГ.

Таким образом, решается задача значительного снижения энергозатрат, так как в емкость с электролитом подаются газообразные реагенты, не используется энергия постороннего инертного газа и упрощается конструкция, так как отсутствуют сложные сильфонные узлы, что увеличивает срок службы, снижает стоимость и повышает надежность ЭХГ.

Источники информации

1. Н.С.Лидоренко, Г.Ф.Мучник. «Электрохимические генераторы». Москва, Энергоиздат, 1982 г., стр.236-237.

2. Н.С.Лидоренко, Г.Ф.Мучник. «Электрохимические генераторы». Москва, Энергоиздат, 1982 г., стр.233-235.

Способ эксплуатации электрохимического генератора, заключающийся в подаче управляющего газообразного компонента в газовую полость емкости с жидким электролитом, измерении давления в ней, отличающийся тем, что в качестве управляющего газообразного компонента использованы два газообразных реагента электрохимического генератора, причем в газовую полость горючего емкости с электролитом подают один из газообразных реагентов электрохимического генератора - горючее, а в газовую полость окислителя емкости с электролитом подают другой газообразный реагент электрохимического генератора - окислитель, измеряют давление в обеих газовых полостях емкости с электролитом и при неравенстве давлений в этих полостях производят выравнивание давлений путем подачи соответствующего газообразного реагента в одну из упомянутых полостей с меньшим давлением.