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 жидким электролитом.

Известен способ запуска ЭХГ, предусматривающий заправку электролитом, подачу рабочих газов, включение нагрузки [1]
В этом способе предусматривается включение нагрузки при недостаточной подаче реагентов к электродам топливных элементов (ТЭ), что приводит к снижению ресурса ТЭ и усложняет эксплуатацию ЭХГ из-за возможности переполюсосок.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] в соответствии с которым производят заправку ЭХГ электролитом, подачу рабочих газов и включение нагрузки одновременно с подачей реагентов (водорода и кислорода).

Недостаток этого способа особенно проявляется при запуске ЭХГ в составе энергоустановки, когда необходима подготовка к работе нескольких генераторов, и связан со следующим обстоятельством. Обнаружено, что после подачи рабочих газов в ЭХГ происходит так называемое "вспучивание" электролита, т.е. увеличение объема сверх величин, которые могут быть объяснимы температурным расширением и образованием реакционной воды вследствие токов утечки. Исследования показали, что "вспучивание" является результатом появления газовых пузырьков в электролитных камерах ТЭ по механизму диффузионного или электрохимического натекания [3] Это "вспучивание" приводит к тому, что в процессе запуска еще до включения нагрузки появляются аварийные сигналы по верхнему уровню электролита, т.е. падает эксплуатационная надежность ЭХГ в составе энергоустановки. Можно было бы при проектировании новых генераторов учитывать эффект "вспучивания" и увеличивать свободный (не залитый электролитом) объем электролитного контура, однако это привело бы к ухудшению удельных массогабаритных параметров ЭХГ и энергоустановки.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности при сохранении массогабаритных параметров.

Для этого по способу запуска ЭХГ, включающему заправку электролитом, подачу реагентов и включение нагрузки, предлагается до включения нагрузки произвести выдержку под реагентами в течение 0,1- 6 ч, заменить реагенты инертным газом, установить заданный уровень электролита в электролитном контуре, а затем повторно подать реагенты. При таком способе в ТЭ происходят следующие процессы. Сразу же после подачи рабочих газов в заправленный электролитом ЭХГ начинается интенсивное выделение газовых (в основном водородных) пузырьков в электролитном зазоре ТЭ, что ведет к увеличению объема электролита ("вспучиванию"). Через некоторое время начинается вынос пузырей из зазора, при этом установившийся режим (когда количество выделяющегося в электролите газа становится равным количеству выносимых из зазора пузырей) наступает через 0,1-6 ч в зависимости от различных факторов, главными из которых являются конструкция электролитного сепаратора, наличие и интенсивность циркуляции электролита, его плотность и температура, конфигурация и размеры электролитного зазора, состояние поверхности электродов и др. После замещения реагентов инертным газом выделение пузырьков прекращается и начинается уменьшение объема электролита, при этом снижение уровня происходит до первоначального заправочного, бывшего до подачи рабочих газов. При повторной и последующих подачах реагентов происходит задержка роста уровня электролита, при этом время задержки составляет 1-4 ч, что позволяет осуществить безаварийный запуск энергоустановки, состоящей из нескольких генераторов.

Предлагаемый механизм описанных процессов следующий. При первоначальной заправке в электролитном зазоре остаются пузырьки инерта, которые являются центрами выделения газообразного водорода, растворенного в электролите. По мере выноса пузырей из зазора состав их меняется, и через некоторое время они состоят из одного водорода. После подачи инерта водород растворяется и диффундирует из зазора, при этом сокращается число центров газовыделения вплоть до полной их ликвидации. В связи с этим при повторной подаче реагентов происходит задержка в образовании и росте пузырей, "вспучивания" некоторое время не наблюдается.

Таким образом, проведение операций выдержки под реагентами, замещения инертным газов и установки заданного уровня электролита позволяет подготовить отдельные ЭХГ к последующему запуску энергоустановки. В этом случае в период между началом подачи реагентов в ЭХГ (который может быть продолжительным из-за большого числа генераторов) и включением нагрузки уже не наблюдается "вспучивание" электролита, эксплуатационная надежность повышена, не требуется увеличение габаритов и массы ЭХГ.

Предлагаемый способ заключается в осуществлении следующих операций: заправка ЭХГ электролитом, подача реагентов, выдержка в течение 0,1-6 ч, замещение реагентов инертным газом, установка заданного уровня электролита, повторная подача реагентов в ЭХГ, включение нагрузки.

Пример осуществления. Необходимо осуществить запуск энергоустановки, включающей 12 водородно-кислородных ЭХГ с жидким щелочным электролитом. Номинальная мощность каждого генератора 5 кВт, объем электролитного контура до верхнего аварийного уровня составляет 30 л, до нижнего уровня 25 л.

Контур первого генератора заправляют 30%-ным водным раствором КАОН до нижнего уровня, подают рабочие газы давлением 0,5 ати, выдерживают в течение 3 ч, замещают рабочие газы азотом, выдерживают до установления нижнего уровня электролита. Эти же операции осуществляют последовательно на каждом из 12-ти генераторов, после чего энергоустановка готова к запуску. Замещают инертный газ реагентами одновременно в четырех генераторах путем продувки в течение 20 мин, общее время замещения всех генераторов составляет 1 ч. Контроль уровня электролита показывает, что во всех генераторах он находится на той же отметке, что и перед началом повторной подачи рабочих газов. По окончании замещения включают нагрузку.

Использование данного предложения позволило осуществить безаварийный запуск генераторов во всех известных случаях их эксплуатации. До его применения появление аварийных сигналом наблюдалось в 10-15% генераторов от числа вводимых в действие.

Использование: в системах энергопитания на основе щелочных топливных элементов. Сущность изобретения: способ запуска электрохимического генератора включает заправку электролитом, подачу реагентов, выдержку в течение 0,1 6 ч, замещение реагентов инертным газом, выдержку до установления заданного уровня электролита, повторную подачу реагентов и включение нагрузки.

СПОСОБ ЗАПУСКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА, включающий заправку электролитом, подачу реагентов и включение нагрузки, отличающийся тем, что перед включением нагрузки производят выдержку в течение 0,1-6,0 ч, замещают реагенты инертным газом, выдерживают до установления заданного уровня электролита, затем повторно подают реагенты.