УНИПОЛЯРНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК H02K31/00 H01M8/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к химико-электромеханическим преобразователям.

Известен униполярный агрегат (УА) с полым цилиндрическим, немагнитным ротором электродом топливного элемента (ТЭ) одной полярности, расположенным в электролитном магнитном зазоре между спиральными электродами другой полярности. Консольное крепление цилиндрического ротора в этой конструкции ограничивает возможность повышения скорости его вращения, так как появляется радиальная вибрация. Магнитное сопротивление в зазоре также сложно уменьшить не в ущерб прочности ротора. Циркуляция электролита посредством лопаток сопровождается кавитационным эффектом, снижающим моторесурс УА. Отсутствуют возможности осуществлять: реверс за счет коммутации выводов обмотки возбуждения и циркуляцию реагента в полости электрода-ротора, что влияет на бесперебойность его работы [1]
Известен УА с обмоткой возбуждения на магнитопроводном роторе, в воздушном зазоре которого расположен активируемый магнитно-спиновым эффектом цилиндрический ТЭ, являющийся якорем. Торец одного из электродов этого ТЭ через периферический скользящий контакт подключен к выводу обмотки возбуждения, второй вывод которой через подвижный осевой контакт подключен к противоположному торцу другого электрода ТЭ. Скорость вращения ротора этой машины ограничивают возникающие вибрации консольно укрепленного массивного ротора, а также ненадежность периферийного подвижного токосъемника. Большой магнитный зазор снижает КПД [2]
Известны цилиндрические УМ, которые в межполюсных точках магнитопроводного статора имеют обмотки возбуждения, а сами магнитные полюса содержат компенсационные проводники, подключенные одним из выводов к источнику постоянного тока, а другим через скользящий контакт к одному из выводов якорных проводников полюсов магнитопроводного ротора, другой вывод которых также через скользящий контакт подключен ко второму выводу источника постоянного тока[3] В комплексе с автономным источником постоянного тока эти УМ из-за низкой удельной энергии не конкурентоспособны, например, с УА [I]
Предложенный УА в проточке между полюсами магнитопроводного статора, помимо обмотки возбуждения, содержит камеру для реагента и коаксиальный электрод ТЭ одной полярности, отделенный электролитным зазором от коаксиального электрода ТЭ другой полярности, расположенного в промежутке между полюсами магнитопроводного ротора, также образующего своей внутренней поверхностью с ним камеру для реактанта. Эти электроды своими торцами подключены: статорный к компенсационным проводникам магнитных полюсов статора, роторный к якорным проводникам магнитных полюсов ротора. Внешние выводы якорных проводников через токопроводные вентиляционные лопасти и вал, через осевой скользящий контакт подключены к одному из выводов обмотки возбуждения, другой вывод которой подключен к внешним выводам компенсационных проводников полюсов. Такое агрегатирование позволяет использовать вращение коаксиальных электродов ТЭ как для ускорения электрохимической реакции, так и для подвижного периферийного токосъема, что повышает удельные энергетические характеристики УА.

На фиг.1 изображен осевой разрез агрегата с указанием направлений электрического тока и магнитного поля; на фиг.2 его частичный поперечный разрез по А-А.

Цилиндрический магнитопроводный ротор 1 с полюсами 18 по краям укреплен на валу 2 посредством вентиляционных лопастей 3. Вал 2 имеет на концах осевые полости, вставлен в подшипниковые щиты 4, на одном из концов имеет шестерни 5 отбора мощности и своими торцами через сальники стыкуется со штуцерами 6. Полости вала 2 через отверстия в валу, вентиляционных лопастей 3 и в роторе 1 соединены с камерой для реактанта, образованной цилиндрическим электродом 7 ТЭ, герметично укрепленного торцами в межполюсной проточке ротора 1. Электрод 7 армирован низкоомным проводником, имеет спирально-волнообразную поверхность, торцами электрически соединен с якорными проводниками полюсов 18 ротора 1, воздушные зазоры которых закрыты кольцевыми сальниками 8. Подшипниковые щиты 4 укреплены на магнитопроводном цилиндрическом статоре. Один из щитов имеет вентиляционные окна, а другой вентиляционные каналы, стыкующиеся с каналами радиатора 9 статора, обжатого кожухом 10, также имеющего выходные вентиляционные окна. В проточке между полюсами 17 статора укреплена цилиндрическая обмотка возбуждения 11 своей, покрытой химически стойким диэлектриком поверхностью образующая с герметично простыкованным торцами электродом 12 ТЭ камеру для реактанта, имеющую входной патрубок 13 и выходной патрубок 14. Электрод 12 также, армирован низкоомным проводником и торцами электрически подключен к расположенным на статорных полюсах 17 изолированным компенсационным проводникам, которые внешними выводами подключены к одному из выводов обмотки возбуждения 11. Другой вывод этой обмотки подключен к щеткам скользящего контакта 15, токосъемное кольцо которого через токопроводные вал 2 и лопасти 3 электрически контактирует с внешними выводами якорных проводников полюсов 18 ротора. Кольцевые полости между торцами электродов 7, 12 и сальниками 8 образуют электролитные коллекторы, соединенные через отверстия в магнитопроводе статора с каналами радиатора 9. Один из коллекторов имеет заправочный патрубок 16.

Электрический ток, созданный ТЭ, проходя через компенсационные проводники полюсов 17 статора по обмотке возбуждения 11 через скользящие контакты 15 и по якорным проводникам полюсов 18 ротора 1, взаимодействует с пересекающим его в воздушных зазорах между полюсами 17, 18 магнитным полем обмотки 11 и образует однонаправленные электромагнитные силы, вращающие ротор 1. Захваченный спирально-волнообразной поверхностью роторного электрода 7 электролит активно прокачивается вдоль электродов ТЭ и поступает в обдуваемый лопастями 3 радиатор 9. Продукт реакции конденсируется на поверхностных камерах для реактанта и, стекая на ее дно, выходит за пределы агрегата по патрубку 14. Для обеспечения длительной работоспособности роторного электрода 7 реагент (например, окислитель) прокачивается сквозь его камеру посредством входного и выходного штуцеров 6.

Высокие удельные энергетические показатели позволяют применить УА в транспортной энергетике.

Использование: в химико-электромеханических преобразователях. Сущность изобретения: цилиндрический магнитопроводный ротор 1 с полюсами 18 по краям укреплен на валу 2. Полости вала 2 через отверстия в валу, вентиляционных лопастей 3 и в роторе 1 соединены с камерой для реактанта, образованной спирально-волнообразным электродом 7, герметично укрепленным торцами в межполюсной проточке ротора 1. Электрод 7 армирован низкоомным проводником, торцами электрически соединен с якорными проводниками полюсов 18 ротора 1. В проточке между полюсами 17 статора укреплена цилиндрическая обмотка возбуждения 11, образующая с герметично простыкованным торцами электродом 12 камеру для реактанта. Один вывод обмотки 11 подключен к компенсационным проводникам, а другой - к щеткам скользящего контакта 15. Кольцевые полости между торцами электродов 7, 12 и сальниками 8 образуют электролитные коллекторы. Электролит прокачивается вдоль поверхности электродов 7, 12 и поступает в радиаторные каналы статора. 2 ил.

Униполярный агрегат, содержащий разделенные электролитным зазором коаксиальные статорный с магнитопроводом и камерой для реактанта и роторный электроды топливного элемента, подключенные скользящим контактом к обмотке возбуждения и снабженные системой функционального обеспечения, отличающийся тем, что статорный электрод торцами подключен через компенсационные проводники двух полюсов магнитопроводов статора к одному из выводов обмотки возбуждения, другой вывод которой через осевой скользящий контакт подключен к внешним выводам якорных проводников двух полюсов магнитопроводного ротора, внутренние выводы которых соединены с торцами спирально-волнообразного роторного электрода, отделенного от воздушных зазоров кольцевыми сальниками, а камера для реактанта этого роторного электрода через каналы в роторе, в вентиляционных лопастях и через конечные осевые полости вала соединена со штуцерами.