Изобретение относится к химическим источникам тока и касается электрохимических генераторов, работающих на разбавлении электролита. Для поддержания длительной работоспособности такого генератора необходимо обеспечить удаление воды из эоны реакции с разбавленным электролитом и подпитку элементов концентрированным электролитом, Известен электрохимический генератор, в котором разбавленный электролит накарливается в специальной емкости.

Объем емкости определяется энергоемкостью системы. При длительной работе генератора объем емкости в несколько раз превышает объем батареи, что существенно ухудшает объемные характеристики генератора, Кроме того, к недостатку этого гбнрратооа можно отнести низкую рабочую. плотность тока (1 мА).

Известен электрохимический генератор, в котором для увеличения рабочей плотности тока емкость электролита снабжена контейнерами с твердой щелочью. которые расположены выше уровня электролита. По мере работы генератора электролит разбавляется, его уровень доходит до контейнера с щелочью и концентрация электролита повышается. Таким образом, в генераторе в процессе работы поддерживается более высокое значение концентрации электролита, что позволяет иметь более высокую рабочую плотность тока. Недостатком генератора являютСя его плохие мэссогабаритные характеристики из-за наличия большой электролитной емкости, в которой накапливается разбавленный электролит.

Известен электрохимический генератор, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому, содержащий батарею топливных элементов с трубопроводами слива разбавленного электролита, соединенными с верхними злектролитными штуцерами топливных элементов и с подпитывающей емкостью с концентрированным электролитом, расположенной ниже элемента и соединенной с его нижними штуцерами диффузионной трубкой.

Недостатком данного генератора является низкая рабочая плотность тока. величина которой определяется скоростью диффузионных процессов, Цель изобретения вЂ” повышение удельных электрических характеристик генератора, рэботающего на разбавленном электролите, за счет повышения рабочей плотности TQKR

Это достигается тем, что в предлагаемом генераторе подпитывающэя емкость установлена выше нижних электролитных штуцеров топливных элементов. причем высота установки от указанных штуцеров до днища емкости определяется выражением где Н вЂ” высота от нижних электролитных штуцеров до сливных трубопроводов, м; ус и уп вЂ” расчетное значение равновесной плотности электролита в подписывающей емкости и сливном трубопроводе соответственно, г/смз, .

Объем подпитывающей емкости определяется выражением где 0 вЂ” энергоемкость генератора, кВт ч;

А = вЂ” коэффициент пропорцио0,336

Отэ нальности, связывающий энергоемкьсть и количество образованной в генераторе воды, л/кВт ч;

Отэ вЂ” рабочее напряжение топливного элемента, В;

Сп и Сс вЂ” массовые концентрации подпитывающего и сливаемого электролитов соответственно,мас.7.

Заправочный штуцер подпитывающей емкости установлен на одном уровне с верхними электролитными штуцерами. а подпитывающая емкость выполнена с убывающим по высоте сечением для уменьшения времени заправки и выхода генератора на равновесный режим.

Предлагаемая схема генератора позволяет существенно примерно на порядок, увеличить рабочую плотность тока за счет обеспечения более эффективной гравистатической подпитки элементов. Соотноше- . ние высоты между сливным трубопроводом и подпитывающей емкостью определяется, из условия равновесия столбов электролита при выбранных значениях плотностей электролита. Плотность и однозначно связанная с ней концентрация сливаемого электролита выбирается для заданных параметров генератора по экспериментальной зависимости электрических характеристик элемента от плотно. сти или концентрации электролита.

Плотность электролита в подпитывающей емкости определяется успонияии работы, в основном температурой окрух<ающей среды. Объем подпитывающей емкости выбирается исходя из заданной энергоемкости генератора, выбранных плотностей и концентраций сливаемого и подпитывающего электролита. 5

Выражение для определения объема подпитывающей емкости

С у вЂ” С у

Кэ Н20

AQ= .И,. =173 n, - тэ где A = К н о/Отэ

Кэ,н о = 0,336 л/пА ч вЂ” электрохимический эквивалент образования вода:

0тэ =- 0,85 В вЂ” выбранное рабочее напряжение топливногр элемента: получается иэ уравнения материального баланса и условия разбавления водой запасенного объема электролита. Действительно, за время работы генератора весь 15 электролит с концентрацией Сп и плотностью у содержащийся в подпитывающей . емкости, сливается из генератора вместе с водой, образующейся за зто же время, но уже с концентрацией Сс и плотностью 20 ус. При этом количество сухой щелочи, со-держащейся в электролите, остается неизменным, так как она не расходуется е процессе реакции. Полагая, что объем слитого электролита равен (с допустимой для 25 инженерных расчетов точностью) сумме объемов электролита в подпитывающей емкости Vn и объема образованной воды AQ, можно записать Ф

VnCn у -(AQ+Vn) Cc у, где Vn Cn уп вЂ” масса сухой щелочи в подпитывающе% емкости; .(AQ+Vn) Cc yc вЂ” масса сухой щелочи в слитом электролите.

Преобразовывая это уравнение, получаем 35 приведенное выше выражение.

Пример, Определим объем электролита в подпитывающей емкости для генератора мощностью 50 Вт,, работающего непрерывно в течение года при температу- 40 ре окружающей среды до -ЗООС. Из условия незамерзания электролита в подпитывающей емкости выбираем плотность электро- . лита yn = 1,4 г/см, при этом концентрация з составляет Cn = 41 мас. . Среднюю плот- "5 ность сливаемого электролита примем равной yc = 1,05 г/см . что соответствует з концентрации Сс = 6 мас%. Количество воды, образующейся в генераторе в течение года составляет

04 = 50 10 кВт вЂ” электрическая мощ-з ность генератора; т = 8650 ч вЂ” время работы генератора.

При данных условиях значение Vn составляет 21,3 л.

Подпитывэющая емкость выполнена с убывающим по высоте сечением. Это сделано для того, чтобы уменьшить расход щелочи в период выхода генератора на рабочий стационарный режим, а также уменьшить время выхода. Установка заправочного щтуцера емкости на одном уровне с верхними злектролитными штуцерами. элементов позволяет существенно упростить заправку и запуск генератора. Если заправочный штуцер емкости установить ниже уровня верхних злектролитных штуцеров элементов, то либо верхняя часть электродов остается незамоченной электролитом, что приводит к смешению реагентов и выходу генератора из строя, либо требуется сложная технология заправки элементов и емкости. электролитом разной концентрации. Установка заправочного штуцера выше верхних электролитных штуцеров элементов нецелесообразна, так как увеличивается расход щелочи в период выхода генератора на рабочий режим, в соответствии и время выхода.

На чертеже изображен предлагаемый электрохимический генератор.

Генератор содержит батарею I-1п, систему подачи реагентов 2,1...2,2. систему продувки ЗЛ, 3.2, подпитывающую емкость

4, злектролитные трубопроводы 5.1 вЂ” 5п, нижние„электролитные штуцеры 6.1-6п, сливные трубопроводы 7.1 вЂ” 7.n„верхние электролитные штуцеры 8.1-8.п и заправочный штуцер 9.

Предлагаемый генератор работает следующим образом. Элементы заправляются электролитом через заправочный штуцер 9.

Подаются рабочие газы через систему подачи реагентов 2.1, 2.2, включается электрическая нагрузка. Образующаяся в результате реакции вода накапливается в элементе, вызывая разбавление электролита и увеличение его объема. Уровень элект ролита в сливных трубопроводах 7.1-7.п будет увеличиваться до тех пор. пока не достигнет уровня слива. При дальнейшей работе объем электролите в элементах остается постояиным. а его концентрация будет постепенно уменьшаться до тех пор, пока не выйдет на равновесную, определяемую выражением с ) уп

Считается. что система вышла цв режим, когда плотность сливаемого электро982491 вестный генератор имеет рабочую плотность тока 1 вЂ” 2 мА/см, определяемую ско2 ростью диффузионной подпитки электролита, Предлагаемый генератор имеет рабо5 чую плотность тока до 10 вЂ” 15 мА/см за счет

2 более эффективной гравистатической подпитки элементов электролитом, т,е. при прочих равных условиях (энергоемкость, температура окружающей среды и т.д.)

10 удельная мощность (кВт/кг) предлагаемого генератора примерно на порядок выше, чем у известного, а удельный объем (л/кВт) на йорядок ниже.

15 (56) Химические и физические источники тока, Сб. М., 1972, вып. 1 (10), Патент Великобритании М 1226095, Н 2 В, 24,03.71.

Заявка Франции N. 2005180

20 Н 01 m 27/00, 16.10,70.

1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНШЕРА- 25

ТОР, содержащий батарею топливных элементов с трубопроводами слива разбавленного электролита, соединенными с верхними электролитными,штуцерами топливных элементов и подпитывающей 30 емкостью с концентрированным электролитом, соединенной с нижними электролитными штуцерами топливных элементов, системы подачи реагентов и продувки, отличающийся тем, что,,с целью повышения 35 удельных электрических характеристик за счет повышения рабочей плотности тока, подпитывающая емкость установлена выше нижних электролитных штуцеров элементов, причем высота установки от указанных штуцеров до днища емкости определяется выражением

Нс Vc

Й 1Р где Н - высота от нижних электролитиых штуцеров до сливных трубопроводов, м; лита (1,-) достигает значения 1,1 вЂ” 1,005. Время выхода на режим зависит от обьема электролита в подпитывающей емкости 4, расположенного выше начального рабочего уровня. Для уменьшения этого времени емкость имеет убывающее по высоте сечение.

"Соотношение между начальным рабочим уровнем электролита (Н„+ Ь Н) и конечным (Hn) определяется допустимым диапазоном изменения сливной концентрации электролита. При реальном диапазоне изменения указанной концентрации 1,1-1,005 соотноН. +h,н шение уровней " составляет 1,1, т.е. уровень электролита изменяется приблизительно на 10 (.

Предлагаемый генератор имеет по сравнению с известным существенно более высокую удельную мощность и лучшие объемные характеристикл. Действительно, изФормула изобретения у„и y, - расчетное значение равновесной плотности электролита в подпитывающей емкости и сливиых трубопроводах соответственно, г/смз, а объем подпитывающей емкости определяется выражением

АЯЯ, ас

= C„y„.С,, где 0 - энергоемкость, кВт - ч;

А =.0,336 / Отэ - коэффициент пропорциональности, л/кйт ° ч;

Отз - рабочее напряжение топливноЬ элемента, В;

Сп и Cc - массовые концентрации сливаемого и подпитывающего электролита соответственно, мас, Я,:

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени заправки и выхода генератора на равновесный режим, заправочный штуцер подпитывающей емкости установлен на одном уровне с верхними электролитными штуцерами элементов, а подпитывающая емкость выполнена с убывающим по высоте сечени3 ем.

И2491

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор М. Кузнецова

Заказ 3350

Составитель Г. Самойлов

Техред М.Моргентал . Корректор H.Ревская

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5

Похожие патенты:

Генератор постоянного тока // 847407

Способ контроля согласованности капиллярных свойств газодиффузионных электродов матричного топливного элемента // 748586

Система регулирования давления для электрохимического генератора с газообразными реагентами // 653649

Токопрерыватель элекролитной цепи электрохимического генератора // 558332

Способ подготовки к эксплуатации водородно-кислородного электрохимического генератора // 551734

Способ подготовки к хранению топливной батареи // 548914

Способ заправки электролитом топливной батареи // 515400

Изобретение относится к химическим источникам тока и касается способа заправки электролитом топливной батареи

Патент 419064 // 419064

Для // 408400

Низкотемпературный водородно-кислородный топливный элемент // 394873

Электрохимическое устройство для аккумулирования и/или подачи энергии с контролем величины рн // 2110118

Изобретение относится к электрохимическим системам аккумулирования и генерирования энергии

Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера // 2168806

Изобретение относится к электроэнергетическим системам на основе топливных элементов

Способ и установка для повторной заправки электрохимических источников энергии // 2169967

Изобретение относится к электрохимическим источникам энергии

Энергетическая система с электрохимическим конвертером, система с электрохимическим конвертером и устройство ввода- вывода для использования с резервуаром высокого давления // 2180978

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим конвертерам, таким, как топливные элементы, а более конкретно к высокоэффективным энергетическим или силовым системам, в которых используются электрохимические конвертеры

Модуль топливных элементов и батарея на его основе // 2183370

Изобретение относится к топливным элементам (ТЭ) и может быть использовано при производстве модулей ТЭ и батарей на их основе

Энергетическая система, способ производства электроэнергии и кондиционирования текучей среды // 2189669

Способ и устройство для удаления инертных примесей // 2191449

Изобретение относится к области топливных элементов (ТЭ) с газообразными реагентами, а именно к способам удаления инертных примесей путем продувки и устройствам для их осуществления

Топливный элемент и генератор на его основе // 2201641

Изобретение относится к области электротехники, а именно к ТЭ с газодиффузионными гидрофобными электродами и жидким щелочным электролитом и генераторам на их основе, работающим в режиме разбавления

Водородно-кислородный (воздушный) топливный элемент- аккумулятор // 2204183

Изобретение относится к области электротехники, в частности к топливным элементам (ТЭ), используемым в энергоустановках различного назначения, например на транспортных средствах

Электрохимический генератор на основе метанольных топливных элементов // 2206939

Изобретение относится к области электрохимических генераторов (ЭХГ) на основе топливных элементов, в частности на основе метанольных топливных элементов (МТЭ), и может быть использовано при производстве указанных генераторов