СПОСОБ ЗАПУСКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 1995 года по МПК H01M8/04 

Изобретение относится к химическим источникам тока и касается эксплуатации электрохимических генераторов (ЭХГ) с газообразными реагентами.

Известны ЭХГ, в которых продуваемый водород поступает в топливный элемент-дожигатель (ТЭД), где происходит дожигание активной составляющей продувочного газа. При запуске и остановке ЭХГ используют в целях обеспечения безопасности инертный газ для замещения реагентов в газовых камерах топливных элементов (ТЭ). Недостаток ЭХГ с ТЭД связан с тем обстоятельством, что ТЭД рассчитан на дожигание такого количества водорода, которое продувается в период работы на нагрузку, во время запуска ЭХГ происходит непрерывное длительное замещение инертного газа реагентами, и ТЭД не справляется с дожиганием всего проходящего через него потока, если же ТЭД проектировать для обеспечения запуска, это приведет к увеличению габаритов ТЭД и ЭХГ.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ, в соответствии с которым при запуске ТЭ заполняют газовые камеры инертным газом, а затем топливом и окислителем путем непрерывной продувки до тех пор, пока напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) ТЭ не достигнет определенной величины.

Недостатки этого способа следующие:
при запуске ЭХГ недостаточно продувать реагенты лишь до тех пор, пока НРЦ элементов достигнет определенной величины, так испытания и исследования показали, что НРЦ может достигнуть своего практически максимального значения (1,08-1,12 В для Н₂-О₂ ЭХГ с щелочным электролитом) уже при небольшом количестве реагентов в газовых камерах, тогда как остальной объем камер будет занят инертным газом, в этом случае для выключения нагрузки необходима дополнительная продувка до полного замещения инерта реагентами;
при непрерывной продувке ЭХГ с ТЭД возможно снижение безопасности и коэффициента использования реагентов ввиду того, что часть водорода не будет срабатываться в ТЭД во время запуска и попадет в окружающую среду.

Задачей изобретения является повышение безопасности и коэффициента использования реагентов при запуске ЭХГ.

Для этого при замещении инертного газа реагентами в газовых контурах ЭХГ во время запуска предлагается непрерывно продувать водородный контур до появления напряжения на ТЭД, а дальнейшее замещение производить в режиме периодической продувки.

Сочетание непрерывной продувки в начале замещения с периодической после появления водорода на выходе из ЭХГ особенно эффективно для генераторов с последовательным соединением ТЭ по водороду при большой длине водородного тракта.

При применении этого метода может быть обеспечено полное дожигание водорода, продуваемого из ЭХГ во время запуска. При этом наряду с повышением безопасности весь продуваемый водород может быть использован для нагрева ЭХГ уже в период замещения инертного газа реагентами.

Преимущества предлагаемого способа особенно проявляются при запуске энергоустановки, состоящей из нескольких ЭХГ, расположенных в замкнутом помещении. Обычно в этом случае замещают инерт реагентами не у всех генераторов одновременно, а последовательно у отдельных генераторов или у групп генераторов, чтобы не допустить больших расходов водорода, поступающего в замкнутое помещение, при этом увеличивается время запуска энергоустановки.

Предлагаемый способ позволяет производить замещение у всех генераторов одновременно, и это особенно в сочетании с нагревом во время замещения обеспечивает ускорение запуска энергоустановки, несмотря на то, что замещение газов у каждого отдельного ЭХГ будет более продолжительным, чем при непрерывном замещении.

Сущность изобретения заключается в том, что при замещении инертного газа реагентами во время запуска ЭХГ с ТЭД водородом предлагается процесс замещения проводить путем сочетания непрерывной продувки в начале замещения с периодической продувкой после того, как водород появляется в продувочном газе. Это обеспечивает повышение безопасности благодаря тому, что водород не попадает в окружающую среду, а также ускоренный запуск благодаря использованию всего продуваемого водорода для нагрева генератора.

Предлагаемый способ заключается в осуществлении следующих операций: подача в газовые тракты ЭХГ инертного газа, заправка электролитом, замещение инертного газа реагентами (водородом и кислородом) путем непрерывной продувки до появления напряжения на топливном элементе-дожигателе (ТЭД), перевод продувки по водородному тракту в периодический режим до полного замещения инерта водородом.

Пример осуществления. ЭХГ включает батарею из 15 ТЭ, последовательно соединенных по водороду, циркуляционный контур щелочного электролита с размещенным в нем ТЭД, водородный и кислородный тракты. Выход водородного тракта соединен со входом в ТЭД.

Газовые тракты заполняют азотом, заправляют электролитный контур водным раствором КОН, включают циркуляцию электролита. В окислительную камеру ТЭД подают кислород, производят замещение азота в газовых трактах реагентами, для чего включают непрерывную продувку по обоим трактам. При появлении напряжения на ТЭД непрерывную продувку по водородному тракту прекращают и переходят в режим периодической продувки. Непрерывная продувка продолжается в течение 10 мин.

Периодическая продувка проводится в течение 10 с с интервалом в 30 с, в таком режиме весь попадающий в ТЭД водород полностью дожигается. Периодическая продувка продолжается в течение 70 мин, за это время ЭХГ нагревается до 60^оС. ЭХГ полностью подготовлен к включению нагрузки.

Использование данного предложения позволяет существенно повысить безопасность при эксплуатации ЭХГ, обеспечить нагрев ЭХГ в процессе замещения инерта реагентами без затрат дополнительной энергии, повысить коэффициент использования водорода на 3-5%

Использование: эксплуатация электрохимических генераторов в замкнутом пространстве. Сущность изобретения: запуск электролитического генератора с топливным элементом-дожигателем производят путем замещения инертного газа в газовых контурах путем продувки реагентами. Водородный контур продувают реагентом непрерывно до появления напряжения на элементе-дожигателе, дальнейшее замещение водородного контура производят в режиме периодической продувки.

СПОСОБ ЗАПУСКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА с топливным элементом-дожигателем продувочного водорода, включающий замещение инертного газа в газовых контурах путем продувки контуров реагентами, отличающийся тем, что водородный контур продувают реагентом непрерывно до появления напряжения на топливном элементе-дожигателе, а дальнейшее замещение водородного контура реагентом производят в режиме периодической продувки.