СИСТЕМА ЭНЕРГОПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H01M16/00 

Изобретение относится к источникам питания постоянного тока с гальванической развязкой первичной и вторичной цепей.

Известна система, содержащая электролизные и топливные элементы, соединенные друг с другом общими водородными и кислородными каналами, и источник постоянного тока, подключенный к электролизным элементам.

Изобретение отличается от известной системы, что оно обеспечивает трансформацию напряжения постоянного тока и стабилизацию его выходного напряжения.

Это достигается за счет того, что система снабжена регулятором постоянного напряжения, датчиком давления с аналоговым и релейным выходами, вентилятором и коммутационными элементами в цепях включения вентилятора и электрической нагрузки системы электропитания, при этом, регулятор постоянного напряжения включен между источником постоянного тока и электролинейными элементами, датчик давления установлен в полости водородного или кислородного канала, его аналоговый выход подключен к входу регулятора постоянного напряжения, а релейный - в цепи управления коммутационных элементов, вентилятор установлен на водородном канале, образуя замкнутый контур циркуляции.

Кроме того, изобретение обеспечивает возможность изменения коэффициента трансформации напряжения постоянного тока путем изменения соотношений количеств электролизных и топливных элементов.

Изобретение поясняется чертежом.

В корпусе 1 системы размещены электролизные 2 и топливные 3 элементы. Каждый электролизный элемент 2 состоит из анода 4, катода 5 и капиллярной мембраны 6, заправляемой щелочью с концентрацией 20...25%, помещенных в секции, содержащих две изолированных полости, одна 7 из которых контактирует с анодом, а другая 8 - с катодом. Каждый топливный элемент 3 состоит из анода 9, катода 10 и капиллярной мембраны 11, помещенных в секции, содержащих две изолированные полости, одна 12 из которых контактирует с анодом, а другая - с катодом. Анодные полости 7 и 12 объединены в кислородный канал 14, а катодные полости 8 и 13 - в водородный канал 15, 16, Водородные каналы 15 и 16 образуют замкнутый контур, в который включен вентилятор 17. В водородном канале 16 замонтирован датчик 18 давления, например, сильфонного типа с аналоговым и релейным выходами. Первый подключен к входу регулятора 19 постоянного напряжения, а второй управляет коммутационными элементами, включающими электрическую нагрузку 20 и вентилятор 21.

Система работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания U_вх через регулятор 19 постоянного напряжения на электроды 4 и 5 вода щелочного раствора, заполняющего капиллярную мембрану 6 электролизных элементов 2, начинает разлагаться на водород, который поступает в водородные полости 8, 13 каналов 15, 16, и кислород, который поступает в кислородные полости 7, 12 и канал 14, в результате чего повышается давление, воспринимаемое датчиком 18 давления. Аналоговый сигнал с датчика 18 поступает на вход регулятора постоянного напряжения, поступающего на электроды 4, 5 электродных элементов 2. По достижении заданного давления включается вентилятор 17 и подключается электрическая нагрузка. Включение вентилятора и нагрузки производится с помощью коммутационных элементов 20 и 21. При подключении электрической нагрузки в топливном элементе 3 происходит процесс регенерации кислорода и водорода в воду, которая поглощается щелочным электролитом, заполняющим капиллярную мембрану 11, и на электродах топливного элемента появляется постоянная ЭДС. Давление в газовых каналах начинает падать и от датчика 18 давления поступает сигнал на регулятор 19 напряжения, соответственно изменяющий величину напряжения, поступающего на электролизные элементы.

Чтобы обеспечить интенсивность электрохимического процесса в водородном канале образован контур, в котором прокачка водорода интенсифицируется с помощью вентилятора 17.

Система может работать также, если кислородный канал образован как водородный, а водородный - как кислородный. Соответственно в регуляторе 19 напряжения реализуется зависимость U_вых = f(P_Н2) или U_вых = f(P_O2).

Трансформация напряжения U_вх/U_вых с необходимыми коэффициентами трансформации обеспечивается отношением количества последовательно включенных электролизных элементов 2 к количеству последовательно включенных топливных элементов 3, причем коэффициент трансформации определяется выражением
U_вых= ·U_вх , где n_эл - количество последовательно включенных электролизных элементов;
n_тэ - количество последовательно включенных топливных элементов;
r_эл - удельное сопротивление электролизного элемента;
r_тэ - удельное сопротивление топливного элемента;
S_эл - площадь электродов электролизного элемента;
S_тэ - площадь электродов топливного элемента.

Система позволяет иметь достаточно широкий диапазон трансформации напряжения и постоянного тока при стабилизации его выходного значения и обеспечивает гальваническую развязку первичной и вторичной цепей.

Использование: в системах энергопитания постоянного тока с гальванической развязкой первичной и вторичной цепей. Сущность изобретения: система энергопитания содержит электролизные 2 и топливные 3 элементы, объединенные общими водородными 15, 16 и кислородными 14 каналами, источник постоянного тока, подключенный к электролизным элементам, регулятор 19 постоянного напряжения, датчик 18 давления с аналоговым и релейным выходами, вентилятор 17 и коммутационные элементы 20, 21 в цепях электрической нагрузки. Регулятор напряжения включен между источником постоянного тока и электролизными элементами, датчик давления установлен в полости водородного или кислородного канала. Аналоговый выход датчика давления подключен к входу регулятора постоянного напряжения, а релейный выход - в цепи управления коммутационных элементов. Вентилятор установлен на водородном канале, образуя замкнутый контур циркуляции. Выходное напряжение U_вых системы связано с напряжением источника постоянного тока U_вх соотношением где n_эл - количество последовательно соединенных электролизных элементов; n_тэ - количество последовательно соединенных топливных элементов; r_эл - удельное сопротивление электролизных элементов; r_тэ - удельное сопротивление топливных элементов; S_эл - площадь электродов электролизных элементов; S_тэ - площадь электродов топливных элементов. Регулятор постоянного напряжения в качестве передаточной функции использует зависимость для водородного канала и для кислородного канала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СИСТЕМА ЭНЕРГОПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая электролизные и топливные элементы, соединенные друг с другом общими водородными и кислородными каналами, и источник постоянного тока, подключенный к электролизным элементам, отличающаяся тем, что она снабжена регулятором постоянного напряжения, датчиком давления с аналоговым и релейным выходом, вентилятором и коммутационными элементами в цепях включения вентилятора и электрической нагрузки системы энергопитания, при этом регулятор постоянного напряжения включен между источником постоянного тока и электролизными элементами, датчик давления установлен в полости водородного или кислородного каналов, его аналоговый выход подключен к входу регулятора постоянного напряжения, а релейный - в цепи управления коммутационных элементов, вентилятор установлен на водородном канале, образуя замкнутый контур циркуляции. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ее выходное напряжение U_вых связано с напряжением источника постоянного тока U_вх следующим соотношением:
U_вых= ·U_вх ,,
где n_эл - количество последовательно соединенных электролизных элементов;
n_тэ - количество последовательно соединенных топливных элементов;
r_эл - удельное сопротивление электролизных элементов;
r_тэ - удельное сопротивление топливных элементов;
S_эл - площадь электродов электролизных элементов;
S_тэ - площадь электродов топливных элементов. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в регуляторе постоянного напряжения в качестве передаточной функции взята зависимость U_вых = f (P_H2) для водородного канала и U_вых = f (P_O2) для кислородного канала, где P_H2 и P_O2 - давление водорода и кислорода соответственно.