КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЦЕПИ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2008 года по МПК H01M8/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к топливному элементу и, в частности, к конструкции для сокращения внутренней цепи топливного элемента, сокращающей до минимума внутреннюю цепь между множеством собранных в батарею отдельных элементов.

Уровень техники

Топливный элемент представляет собой заменитель ископаемого топлива, и он преобразовывает химическую энергию, производимую при окислении топлива, такого как водород, непосредственно в электрическую энергию.

Фиг.1 иллюстрирует пример топливного элемента. Как показано на фиг.1, в топливном элементе, когда содержащее водород топливо и воздух в качестве окислителя подводятся к топливному электроду (аноду) 11 и воздушному электроду (катоду) 12, выполненным, соответственно, с обеих сторон от слоя 10 электролита, на топливном электроде 11 происходит электрохимическая окислительная реакция, испускаются ионы водорода и электроны, ионы водорода перемещаются к воздушному электроду 12 через слой 10 электролита, а электроны перемещаются к воздушному электроду 12 через нагрузку 20, соединяющую топливный электрод 11 с воздушным электродом 12. Одновременно на воздушном электроде 12 происходит электрохимическая восстановительная реакция, и при объединении ионов водорода с кислородом выделяются тепло и побочные продукты. При этом вырабатывается ток, в то время как электроны, испускаемые из топливного электрода 11, перемещаются к воздушному электроду 12.

Один отдельный топливный элемент имеет именно такую конструкцию. Здесь, чтобы вырабатывать больше электрической энергии, топливный элемент может быть выполнен посредством объединения множества отдельных элементов.

Кроме того, топливные элементы можно классифицировать в различные виды в соответствии с видами топлива, рабочей температуры и катализаторов, и т.д.

Когда топливо водородной группы, такое как NaBH₄, KBH₄, LiA₁H₄, KH, NaH и т.д., растворено в водно-щелочном растворе, топливо становится раствором электролита, а электроны, производимые с ионами водорода, перемещаются через раствор электролита (топливо).

Фиг.2 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример топливного элемента, использующего раствор электролита в качестве топлива, в соответствии с традиционным уровнем техники, фиг.3 представляет вид сверху, иллюстрирующий батарею топливных элементов, фиг.4 представляет вид сверху, иллюстрирующий первый коллектор топливного элемента, а фиг.5 представляет вид сверху, иллюстрирующий второй коллектор топливного элемента.

Как изображено на фиг.2-5, в топливном элементе однополярные пластины 110, 120 выполнены, соответственно, с обеих сторон от одной биполярной пластины 100, два мембраноэлектродных узла (М.Э.У.) 130 вставлены, соответственно, между биполярной пластиной 100 и однополярной пластиной 110, 120, и с обеих сторон от однополярных пластин 110, 120 выполнена, соответственно, нажимная пластина 140. Биполярная пластина 100, однополярные пластины 110, 120, М.Э.У. 130 и нажимная пластина 140 жестко соединены крепежным средством 150, и, таким образом, сконструирована батарея.

В биполярной пластине 100, с обеих сторон от пластины 101 образованы, соответственно, протоки 102, 103 для протекания текучей среды, которые имеют определенную толщину и площадь поверхности; а каналы 104, 105 втекания и каналы 106, 107 вытекания, в которых протекают топливо и воздух, соответственно, образованы таким образом, что они связаны с протоками 102, 103.

В однополярных пластинах 110, 120, протоки 112, 122 для протекания текучей среды образованы на стороне пластин 111, 121 и имеют определенную толщину и площадь поверхности; а каналы 113, 123 втекания и каналы 114, 124 вытекания, соединенные с протоками 112, 122, образованы на пластинах 111, 121 таким образом, чтобы принимать и выпускать текучую среду.

Каналы 104, 123 втекания топливной стороны биполярной пластины 100 и однополярных пластин 110, 120 выполнены на одной и той же линии, а каналы 105, 113 втекания воздушной стороны выполнены на одной и той же линии с каналами 104, 123 втекания топливной стороны таким образом, что имеют определенный интервал.

В М.Э.У. 130, электрод 132 топливной стороны, контактирующий с топливом, образован на стороне слоя 131 электролита и имеет определенную площадь поверхности, а электрод 133 воздушной стороны, контактирующий с воздухом, образован на другой стороне слоя 131 электролита. В М.Э.У. 130, один и тот же электрод выполнен в одном и том же положении.

Первый коллектор 160, предназначенный для распределения топлива и воздуха таким образом, чтобы заставлять их течь в каналы 104, 123 втекания топливной стороны и каналы 105, 113 втекания воздушной стороны, соответственно, выполнен на одной стороне батареи, второй коллектор 170, предназначенный для сбора топлива и воздуха, подлежащих выпуску, соответственно, в каналы 106, 124 вытекания топливной стороны и каналы 107, 114 вытекания воздушной стороны, выполнен на другой стороне батареи, и первый и второй коллекторы 160, 170 неподвижно подсоединены с помощью дополнительного крепежного средства 180. В первом коллекторе 160, в блоке 162 корпуса образованы пространство 162 топливной стороны и пространство 163 воздушной стороны, соответственно, имеющие определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, при этом сквозные отверстия 164, связанные с каналами 104, 123 втекания топливной стороны, образованы на нижней части пространства 162 топливной стороны, а сквозные отверстия 165, связанные с каналами 105, 113 втекания воздушной стороны, образованы на нижней части пространства 163 воздушной стороны. И, во втором коллекторе 170, в блоке 171 корпуса образованы пространство 172 топливной стороны и пространство 173 воздушной стороны, соответственно, имеющие определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, причем сквозные отверстия 174, связанные с каналами 106, 124 вытекания топливной стороны, образованы на нижней части пространства 172 топливной стороны, а сквозные отверстия 175, связанные с каналами 107, 114 вытекания воздушной стороны, образованы на нижней части пространства 173 воздушной стороны.

Пространство 162 топливной стороны первого коллектора связано с топливным баком (не показан) и насосом (не показан) по трубопроводу (не показан), а пространство 172 топливной стороны второго коллектора связано с топливным баком дополнительным воспроизводящим средством (не показано).

В описанном выше топливном элементе, когда топливо в топливном баке течет в пространство 162 топливной стороны первого коллектора, воздух одновременно течет в пространство 163 воздушной стороны первого коллектора. Топливо в пространстве 162 топливной стороны течет в биполярную пластину 100 и каналы 104, 123 втекания пластины 120 батареи через сквозные отверстия 164.

Когда топливо течет в протоках 102, 122, происходит электрохимическое окисление на электроде 132 топливной стороны М.Э.У. 130, производятся ионы водорода и электроны, ионы водорода перемещаются к электроду 133 воздушной стороны через слой электролита 131 М.Э.У., и электроны перемещаются к электроду 133 воздушной стороны через биполярную пластину 100 или пластины 110, 120. Одновременно, когда воздух в пространстве 163 воздушной стороны первого коллектора течет в протоки 103, 112 через сквозные отверстия 165 в пространстве воздушной стороны, каждой из биполярной пластины 100 и каналов 105, 113 втекания однополярной пластины 110 батареи, происходит электрохимическая восстановительная реакция с ионами водорода на электроде 133 воздушной стороны М.Э.У.

Между тем, топливо, выпускаемое в пространство 172 топливной стороны второго коллектора, течет в топливный бак через воспроизводящее средство и подается снова в батарею.

И, когда между пластинами 110, 120 подсоединена нагрузка, при протекании электрического тока через нагрузку благодаря разности электрических потенциалов вырабатывается электроэнергия.

Однако в традиционной конструкции, поскольку раствор электролита используется как топливо, топливо электрически связывает собранные в батарею отдельные элементы, создавая таким образом внутреннюю цепь, при этом может происходить утечка тока, и, соответственно, могут происходить потери электроэнергии.

Краткое описание настоящего изобретения

Чтобы решить описанную выше проблему, целью настоящего изобретения является создание конструкции для сокращения внутренней цепи топливного элемента, сокращающую до минимума утечку тока, встречающуюся между множеством собранных в батарею отдельных элементов.

Для достижения указанной цели, конструкция, предназначенная для сокращения внутренней цепи топливного элемента, включает в себя собранные в батарею примыкающим образом отдельные элементы; средство распределения на топливной стороне для соединения каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов и изолирования их электрически; и средство распределения на воздушной стороне для соединения каждого канала втекания воздушной стороны отдельных элементов.

Кроме того, конструкция, предназначенная для сокращения внутренней цепи топливного элемента, включает в себя батарею, состоящую из собранных в батарею примыкающим образом отдельных элементов; первый и второй коллекторы, соответственно, выполненные с обеих сторон батареи таким образом, что имеют соединительные каналы топливной стороны для подсоединения каналов топливной стороны отдельных элементов и соединительные каналы воздушной стороны для подсоединения каналов воздушной стороны отдельных элементов; первый изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и первым коллектором таким образом, что имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента с соединительным каналом топливной стороны первого коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента с соединительным каналом воздушной стороны первого коллектора; и второй изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и вторым коллектором таким образом, что имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента с соединительным каналом топливной стороны второго коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента с соединительным каналом воздушной стороны второго коллектора.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания изобретения и внесены и составляют часть этого описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов данного изобретения.

На чертежах:

фиг.1 - вид в разрезе, иллюстрирующий общепринятый топливный элемент;

фиг.2 - вид в разрезе, иллюстрирующий пример традиционного топливного элемента;

фиг.3 - вид сверху, иллюстрирующий батарею топливного элемента в соответствии с традиционным уровнем техники;

фиг.4 и 5 - виды сверху, иллюстрирующие частично в разобранном виде первый и второй коллекторы топливного элемента, соответственно, в соответствии с традиционным уровнем техники;

фиг.6 - вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, имеющий конструкцию для сокращения внутренней цепи топливного элемента, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - вид сверху, иллюстрирующий топливный элемент с фиг.6;

фиг.8 - вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, имеющий конструкцию для сокращения внутренней цепи, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, взятый по линии A-B с фиг.8;

фиг.10 - вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, взятый по линии C-D с фиг.8; и

фиг.11 - диаграмма, показывающая результаты сравнения отдельных элементов в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Далее, будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Сначала будет описана конструкция для сокращения внутренней цепи топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, имеющий конструкцию, сокращающую внутреннюю цепь, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг.7 представляет вид сверху, иллюстрирующий топливный элемент с фиг.6.

Как показано на фиг.6 и 7, конструкция для сокращения внутренней цепи топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя собранные в батарею примыкающим образом отдельные элементы (C); средство распределения на топливной стороне для соединения каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов (C) и изолирования их (электрически); и средство распределения на воздушной стороне для соединения каждого канала 205 втекания воздушной стороны отдельных элементов (C).

Средство распределения на топливной стороне представляет собой распределительный трубопровод 240 топливной стороны для подсоединения каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов (C). Распределительный трубопровод 240 топливной стороны распределяет топливо для каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов (C) и одновременно образует электрически изолирующее пространство.

Средство распределения на воздушной стороне представляет собой распределительный трубопровод 280 воздушной стороны для подсоединения каждого канала втекания воздушной стороны отдельных элементов (C).

При этом трубопровод 250 втекания топлива связан с распределительным трубопроводом 240 топливной стороны и связан с топливным баком 260. Трубопровод 290 втекания воздуха, в котором протекает внешний воздух, объединен со средством 280 распределения на воздушной стороне.

Отдельный элемент (C) состоит из биполярной пластины 200, однополярных пластин 210, 220, выполненных, соответственно, с обеих сторон биполярной пластины 200, и М.Э.У. 230, вставленного, соответственно, между биполярной пластиной 200 и однополярными пластинами 210, 220. Биполярная пластина 200, две однополярные пластины 210, 220 и М.Э.У. 230 образуют один отдельный элемент (C).

В биполярной пластине 200, протоки 202, 203 образованы, соответственно, с обеих сторон пластины 201 и имеют определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, каналы 204, 205 втекания, предназначенные для передачи топлива и воздуха, соответственно, в протоки 202, 203, образованы в пластине 201, и каналы 206, 207 вытекания, предназначенные для выпуска топлива и воздуха из протоков 202, 203, образованы в пластине 201. Канал 204 втекания топливной стороны и канал 207 вытекания воздушной стороны выполнены на поверхности пластины 201, а канал 206 вытекания топливной стороны и канал 205 втекания воздушной стороны выполнены на другой поверхности (находящейся напротив вышеупомянутой поверхности) пластины 201. Канал 204 втекания топливной стороны и канал 206 вытекания топливной стороны выполнены по диагонали, и канал 205 втекания воздушной стороны и канал 207 вытекания воздушной стороны выполнены по диагонали.

В однополярной пластине 210, 220, проток 212, 222 образован на стороне поверхности 211, 221 и имеет определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, и канал 213, 223 втекания и канал 214, 224 вытекания, предназначенные для приема и выпуска текучей среды протока 212, 222, образованы на пластине 211, 221. Однополярные пластины 210, 220 выполнены, соответственно, с обеих сторон от биполярной пластины 200 таким образом, чтобы обеспечивать протоки 212, 222, обращенные к протокам 202, 203 биполярной пластины. Здесь, когда проток 212 однополярной пластины 210 обращен к протоку 203, в котором протекает воздух биполярной пластины 200, топливо течет в протоке 212 однополярной пластины 210. Когда проток 222 пластины 220 обращен к протоку 202, в котором течет топливо биполярной пластины 200, воздух протекает в протоке 222 однополярной пластины 220.

В М.Э.У. 230, электрод 232 топливной стороны, с которым топливо входит в контакт, образован на стороне слоя 231 электролита, имеющего определенную площадь поверхности, а электрод 233 воздушной стороны, с которым воздух входит в контакт, образован на другой стороне слоя 231 электролита. М.Э.У. 230 включен между биполярной пластиной 200 и однополярной пластиной 210, 220 таким образом, что обеспечивает электроды 232, 233, выполненные в том же самом направлении.

Распределительный трубопровод 240 топливной стороны соединяет канал 204 втекания топливной стороны биполярной пластины с каналом 213 втекания топливной стороны пластины, в котором течет топливо. Распределительный трубопровод 240 топливной стороны имеет искривленную форму. Трубопровод 250 втекания топлива подсоединен к распределительному трубопроводу 240 топливной стороны, а трубопровод 250 втекания топлива подсоединен таким образом, что он выполнен в центре распределительного трубопровода 240 топливной стороны.

Трубопровод 250 втекания топлива подсоединен к топливному баку 260 для хранения топлива, а первый насос 270 для нагнетания топлива установлен на трубопроводе 250 втекания топлива, причем первый насос 270 выполнен между распределительным трубопроводом 240 топливной стороны и топливным баком 260. Топливо топливного бака представляет собой раствор электролита.

Распределительный трубопровод 240 топливной стороны и трубопровод 250 втекания топлива выполнены из изолирующего материала.

Трубопровод 208 вытекания, соответственно, объединен с каналом 206 вытекания топливной стороны биполярной пластины 200 и каналом 214 вытекания топливной стороны однополярной пластины 210, примыкающей к каналу 206 вытекания топливной стороны, и имеет топливо.

Распределительный трубопровод 290 воздушной стороны соединяет канал 205 втекания воздушной стороны биполярной пластины 200 с каналом втекания 223 воздушной стороны однополярной пластины 220, примыкающей к каналу 205 втекания воздушной стороны, и имеет воздух. Распределительный трубопровод 290 воздушной стороны имеет искривленную форму. Трубопровод 251 втекания воздуха подсоединен к распределительному трубопроводу 290 воздушной стороны, и трубопровод 251 втекания воздуха подсоединен таким образом, что он выполнен в центре распределительного трубопровода 290 воздушной стороны. Распределительный трубопровод 290 воздушной стороны и трубопровод 251 втекания воздуха выполнены из изолирующего материала.

Второй насос 271 для нагнетания воздуха установлен на трубопроводе 251 втекания воздуха.

Трубопровод 281 вытекания, соответственно, связан с каналом 207 вытекания воздушной стороны биполярной пластины 200 и каналом 224 вытекания воздушной стороны однополярной пластины 220, примыкая к каналу 207 вытекания воздушной стороны, и имеет воздух.

Теперь будет описана работа конструкции, предназначенной для сокращения внутренней цепи топливного элемента.

Сначала, когда работают первый насос 270 и второй насос 271, топливо в топливном баке 260 течет в распределительный трубопровод 240 топливной стороны через трубопровод 250 втекания топлива. Топливо в распределительном трубопроводе 240 топливной стороны распределяется и течет в каналы 204, 213 втекания топливной стороны каждого отдельного элемента (C), и топливо в каналах 204, 213 втекания топливной стороны протекает через протоки 202, 212. В то время как топливо течет через протоки 202, 212, происходит электрохимическое окисление благодаря электроду 232 топливной стороны М.Э.У., производятся ионы водорода и электроны, ионы водорода перемещаются к электроду 233 воздушной стороны через слой 231 электролита М.Э.У., а электроны перемещаются к электроду 233 воздушной стороны через биполярную пластину 200.

Одновременно внешний воздух протекает в распределительный трубопровод 290 воздушной стороны через трубопровод 251 втекания воздуха и течет в канал 205, 223 втекания воздушной стороны каждого отдельного элемента (C). В то время как воздух в канале 205, 223 втекания воздушной стороны каждого отдельного элемента (C) протекает через протоки 203, 222, на электроде 233 воздушной стороны А происходит электрохимическое окисление с ионами водорода.

Топливо, проходящее проток 202, 212 каждого отдельного элемента (C), выпускается, соответственно, через выпускной канал 206, 214 топливной стороны и выпускной трубопровод 280. Воздух, проходящий по протоку 203, 222 каждого отдельного элемента (C), выпускается через канал 207, 224 вытекания воздушной стороны и трубопровод 281 вытекания. Топливо, выпускаемое через трубопровод 280 вытекания, проходит через дополнительное воспроизводящее средство (не показано) и течет снова в топливный бак 260.

Когда между однополярными пластинами 210, 220 подсоединена нагрузка, вырабатывается электрическая энергия, в то время как электрический ток протекает через нагрузку благодаря разности электрических потенциалов.

В этом процессе, поскольку топливо, подаваемое от топливного бака 260, распределяется через распределительный трубопровод 240 топливной стороны и течет в электрод 232 топливной стороны каждого отдельного элемента (C), утечка тока, которая происходит из-за электрической связи по топливу, может быть ограничена благодаря распределительному трубопроводу 240 топливной стороны. Более подробно, поскольку топливо в виде раствора электролита, текущего в каждый отдельный элемент (C), связано через распределительный трубопровод 240 топливной стороны, имеющий определенную длину, электрическая связь по топливу является нестабильной и, соответственно, утечка тока может быть снижена до минимума.

Кроме того, топливо, проходящее через каждый отдельный элемент (C), выпускается, соответственно, через дополнительный выпускной трубопровод 280, электрическая связь по топливу разрывается и, соответственно, утечка тока может быть предотвращена.

Между тем согласно настоящему изобретению при установлении насоса 270, 271, соответственно, для нагнетания топлива и воздуха, количество насосов может быть снижено до минимума.

Теперь будет описана конструкция, сокращающая внутренний ток замыкания на землю топливного элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент с конструкцией, сокращающей внутреннюю цепь, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения фиг.9 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, взятый по линии A-B с фиг.8, а фиг.10 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий топливный элемент, взятый по линии C-D с фиг.8.

Как изображено на фиг.8-10, конструкция для сокращения внутренней цепи топливного элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя батарею, состоящую из собранных в батарею примыкающим образом отдельных элементов (C); первый и второй коллекторы, соответственно, выполненные с обеих сторон батареи таким образом, что имеют соединительный канал топливной стороны для подсоединения каналов топливной стороны отдельных элементов (C) и соединительный канал воздушной стороны для подсоединения каналов воздушной стороны отдельных элементов (C); первый изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и первым коллектором таким образом, чтобы имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента (C) с соединительным каналом топливной стороны первого коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента (C) с соединительным каналом воздушной стороны первого коллектора; и второй изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и вторым коллектором таким образом, что имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента (C) с соединительным каналом топливной стороны второго коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента (C) с соединительным каналом воздушной стороны второго коллектора.

Батарея состоит из двух отдельных элементов (C). В отдельном элементе (C) однополярные пластины 310, 320, соответственно, выполнены с обеих сторон одной биполярной пластины 300, и между биполярной пластиной 300 и однополярной пластиной 310, 320 включен, соответственно, М.Э.У. 330.

Отдельный элемент (C) состоит из биполярной пластины, однополярной пластины и М.Э.У.

Биполярная пластина 300, однополярные пластины 310, 320 и М.Э.У. 330 имеют одинаковую конструкцию с биполярной пластиной 200, однополярными пластинами 210, 220 и М.Э.У. 230 конструкции в соответствии с первым вариантом осуществления.

Ссылочные позиции 301, 311, 312 представляют пластины, 302 и 303 представляют протоки, 304 и 313 представляют каналы втекания топливной стороны, 305 и 323 представляют каналы втекания воздушной стороны, 306 и 314 представляют каналы вытекания топливной стороны, 307 и 324 представляют каналы вытекания воздушной стороны. Кроме того, ссылочная позиция 331 представляет слой электролита, 332 представляет электрод топливной стороны, 333 представляет электрод воздушной стороны, а 420 представляет нажимную пластину.

В первом коллекторе 340, соединительный канал 342 топливной стороны образован на стороне корпуса 341 и имеет определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, а соединительный канал 343 воздушной стороны образован на другой стороне корпуса 341. Соединительный канал 342 топливной стороны образован таким образом, что соединяет каналы 304, 313 втекания топливной стороны примыкающих двух отдельных элементов (C). Соединительный канал 343 воздушной стороны образован таким образом, что соединяет каналы 307, 324 вытекания воздушной стороны этих двух отдельных элементов (C).

В модификации первого коллектора 340, он разделен на часть, включающую в себя соединительный канал 342 топливной стороны, и часть, включающую в себя соединительный канал 343 воздушной стороны. Часть, включающая в себя соединительный канал 342 топливной стороны, и часть, включающая в себя соединительный канал 343 воздушной стороны, образованы таким образом, что имеют определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности.

Во втором коллекторе 350, соединительный канал 352 топливной стороны образован на стороне корпуса 351 и имеет определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности, а соединительный канал 353 воздушной стороны образован на другой стороне корпуса 351. Соединительный канал 352 топливной стороны образован таким образом, что соединяет каналы 306, 314 вытекания топливной стороны примыкающих двух отдельных элементов (C). Соединительный канал 353 воздушной стороны образован таким образом, что соединяет каналы 305, 323 втекания воздушной стороны этих двух отдельных элементов (C).

В модификации второго коллектора 350, он разделен на часть, включающую в себя соединительный канал 352 топливной стороны, и часть, включающую в себя соединительный канал 353 воздушной стороны. Часть, включающая в себя соединительный канал 352 топливной стороны, и часть, включающая в себя соединительный канал 353 воздушной стороны, образованы таким образом, что имеют определенную толщину и прямоугольную площадь поверхности.

Первый и второй коллекторы 340, 350 могут быть выполнены из изолирующего материала, и здесь, использование первого и второго изолирующих элементов 360, 370 может быть исключено.

Первый и второй коллекторы 340, 350 жестко соединены дополнительным крепежным средством 400.

Первый и второй изолирующие элементы 360, 370 имеют прямоугольную форму и определенную толщину, и в них выполнены сквозное отверстие 361, 371 топливной стороны и сквозное отверстие 362, 372 воздушной стороны, соответственно. Когда сквозное отверстие 361, 371 топливной стороны и сквозное отверстие 362, 372 воздушной стороны заполнены топливом, имеется изолирующее пространство.

Трубопровод 390 втекания топлива, соединенный с топливным баком 380, связан с соединительным каналом 342 топливной стороны первого коллектора 340, а трубопровод 391 вытекания для выпуска воздуха связан с соединительным каналом 343 воздушной стороны. Первый насос 392 установлен на трубопроводе 390 втекания топлива, и топливо, хранящееся в топливном баке 380, представляет собой раствор электролита.

Трубопровод 393 вытекания топлива для выпуска топлива связан с соединительным каналом 352 топливной стороны второго коллектора 350, а трубопровод 394 втекания воздуха, в котором протекает внешний воздух, связан с соединительным каналом 353 воздушной стороны. Второй насос 395 установлен на трубопроводе 394 втекания воздуха.

Далее будет описана работа конструкции для сокращения внутренней цепи топливного элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Сначала топливо в топливном баке 380 течет в соединительный канал 342 топливной стороны первого коллектора через трубопровод 390 втекания топлива и течет в канал 304, 313 втекания топливной стороны каждого отдельного элемента (C) батареи, и топливо в канале втекания 304, 313 топливной стороны течет через протоки 302, 312. В то время как топливо течет через проток 302, 312, происходит электрохимическая окислительная реакция посредством электрода 332 топливной стороны М.Э.У., производятся ионы водорода и электроны, ионы водорода перемещаются к электроду 333 воздушной стороны через слой 331 электролита М.Э.У., а электроны перемещаются к электроду 333 воздушной стороны через биполярную пластину 300.

Одновременно внешний воздух протекает в соединительный канал 353 воздушной стороны через трубопровод 394 втекания воздуха и течет в канал втекания 305, 323 воздушной стороны каждого отдельного элемента (C). В то время как воздух в канале 305, 323 втекания воздушной стороны каждого отдельного элемента (C) протекает через проток 303, 322, на электроде 333 воздушной стороны М.Э.У. происходит электрохимическая окислительная реакция с ионами водорода.

Топливо, проходящее по протоку 302, 312 каждого отдельного элемента (C), соответственно, выпускается через выпускной канал 306, 314 топливной стороны, выпускной трубопровод 393 и соединительный канал 352 воздушной стороны второго коллектора. Воздух, проходящий по протокам 303, 322 каждого отдельного элемента (C), выпускается через каналы 307, 324 вытекания воздушной стороны, соединительный канал 343 воздушной стороны и трубопровод 391 вытекания первого коллектора. Топливо, выпускаемое через трубопровод 393 вытекания, проходит через дополнительное воспроизводящее средство (не показано) и течет снова в топливный бак 380.

Когда между однополярными пластинами 310, 320 подсоединена нагрузка, производится электрическая энергия, в то время как ток течет через нагрузку благодаря разности электрических потенциалов.

В этой конструкции, поскольку первый и второй изолирующие элементы 360, 370 подсоединены между первым и вторым коллекторами 340, 350, утечку тока, осуществляемую батареей, первым коллектором 340, батареей и вторым коллектором 350, можно предотвратить.

Кроме того, с помощью первого и второго изолирующих элементов 360, 370, утечка тока, которая происходит из-за связи по топливу в виде электролита, может быть снижена до минимума. Более подробно, электрическая связь по топливу, которая образуется с помощью соединительного канала 342 топливной стороны первого коллектора, соединительного канала 352 воздушной стороны второго коллектора и каналов, в которых течет топливо отдельных элементов (C), является нестабильной из-за высоты сквозных отверстий 361, 371 топливной стороны первого и второго изолирующих элементов 360, 370 и, соответственно, ток утечки может быть снижен до минимума. Более подробно, сквозные отверстия 361, 371 топливной стороны первого и второго изолирующих элементов выполняют функции изолирующего трубопровода, электрическая связь по топливу является нестабильной, и ток утечки может быть снижен до минимума.

Между тем, если первый и второй коллекторы 340, 350 выполнены из изолирующего материала, то электрическая связь по топливу является нестабильной и, соответственно, ток утечки может быть снижен до минимума.

Фиг.11 представляет диаграмму, показывающую результаты сравнения отдельных элементов в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.11, согласно первому и второму вариантам осуществления электрические потери из-за утечки тока являются малыми по сравнению с общепринятым отдельным элементом. Отдельный элемент имеет конструкцию, имеющую малую утечку тока, вызываемую топливом и дополнительными частями.

Промышленная применимость

Как описано выше, в конструкции для сокращения внутренней цепи топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением, между собранным в батарею множеством отдельных элементов посредством снижения до минимума электрической связи по топливу в виде раствора электролита и утечки тока, которая происходит из-за электрического соединения дополнительных частей, может быть улучшена эффективность использования электроэнергии отдельного элемента.

Изобретение относится к конструкции топливного элемента. Техническим результатом изобретения является снижение до минимума электрической связи между собранным в батарею множеством отдельных элементов по топливу в виде раствора электролита и утечки тока из-за дополнительных частей. Согласно изобретению конструкция для уменьшения утечек тока по внутренней цепи включает в себя собранные в батарею примыкающим образом отдельные элементы, средство распределения на топливной стороне для соединения каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов и изолирования их; и средство распределения на воздушной стороне для соединения каждого канала втекания воздушной стороны отдельных элементов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Конструкция для уменьшения токов утечки по внутренней цепи, содержащая собранные в батарею примыкающим образом отдельные элементы, средство распределения на топливной стороне для подсоединения каждого канала втекания топливной стороны отдельных элементов и изолирования их электрически, и средство распределения на воздушной стороне для подсоединения каждого канала втекания воздушной стороны отдельных элементов.2. Конструкция по п.1, в которой средство распределения на топливной стороне представляет собой распределительный трубопровод топливной стороны для подсоединения каналов втекания топливной стороны отдельных элементов, причем распределительный трубопровод топливной стороны выполнен из изолирующего материала.3. Конструкция по п.1, в которой каналы втекания топливной стороны и каналы втекания воздушной стороны выполнены таким образом, что находятся напротив друг друга.4. Конструкция по п.1, в которой насос для подачи топлива установлен в виде средства распределения на топливной стороне.5. Конструкция по п.1, в которой трубопроводы вытекания соответственно связаны с каналами вытекания топливной стороны отдельных элементов.6. Конструкция по п.1, в которой насос для подачи воздуха установлен в виде средства распределения на воздушной стороне.7. Конструкция для уменьшения токов утечки по внутренней цепи, содержащая батарею, состоящую из собранных в батарею примыкающим образом отдельных элементов, первый и второй коллекторы, выполненные соответственно с обеих сторон от батареи таким образом, что имеют соединительные каналы топливной стороны для подсоединения каналов топливной стороны отдельных элементов и соединительные каналы воздушной стороны для подсоединения каналов воздушной стороны отдельных элементов, первый изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и первым коллектором таким образом, что имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента с соединительным каналом топливной стороны первого коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента с соединительным каналом воздушной стороны первого коллектора, и второй изолирующий элемент, подсоединенный между батареей и вторым коллектором таким образом, что имеет сквозные отверстия топливной стороны для соединения каналов топливной стороны отдельного элемента с соединительным каналом топливной стороны второго коллектора и сквозные отверстия воздушной стороны для соединения каналов воздушной стороны отдельного элемента с соединительным каналом воздушной стороны второго коллектора.8. Конструкция по п.7, в которой первый и второй изолирующие элементы соответственно имеют заданную толщину.9. Конструкция по п.7, в которой первый и второй коллекторы выполнены из изолирующего материала.10. Конструкция по п.7, в которой соединительный канал топливной стороны первого коллектора выполнен таким образом, что соединяет каналы втекания топливной стороны примыкающих двух отдельных элементов друг с другом, и соединительный канал воздушной стороны первого коллектора выполнен таким образом, что соединяет каналы вытекания воздушной стороны этих двух отдельных элементов друг с другом.11. Конструкция по п.7, в которой первый коллектор разделен на часть, включающую в себя соединительный канал топливной стороны, и часть, включающую в себя соединительный канал воздушной стороны.12. Конструкция по п.7, в которой соединительный канал топливной стороны второго коллектора выполнен таким образом, что соединяет каналы вытекания топливной стороны примыкающих двух отдельных элементов друг с другом, а соединительный канал воздушной стороны второго коллектора выполнен таким образом, что соединяет каналы втекания воздушной стороны этих двух отдельных элементов друг с другом.13. Конструкция по п.7, в которой второй коллектор разделен на часть, включающую в себя соединительный канал топливной стороны, и часть, включающую в себя соединительный канал воздушной стороны.