ПЕРВИЧНЫЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2009 года по МПК H01M6/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, в частности к первичным гальваническим элементам, и может быть использовано в первичных гальванических батареях, активируемых водой.

Уровень техники

Известна резервная первичная батарея, активируемая водой, содержащая корпус, в котором размещены последовательно соединенные секции, размещенные на одной плоскости. Секция состоит из гальванических элементов, включающих составной катод и анод, выполненный из магниевого сплава, сепаратор-электролитоноситель и электролитонепроницаемый электропроводный разделитель (см. RU 2092935, Н01М 6/34).

К неудобствам по работе с данной резервной первичной батареей, активируемой водой, относятся ее низкий срок службы, конструктивная сложность, неудобство эксплуатации и невозможность осуществления контроля за уровнем воды в активационных камерах.

Известен химический источник тока резервного типа, который содержит корпус и расположенные в нем анод, катод, отсек с электролитом. Анод выполнен из электрохимического активного материала, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний, цинк или их сплавы, катод представляет собой газодиффузный воздушный электрод, отсек для электролита расположен между тыльной стороной анода и стенкой корпуса. Держатель анода на поверхности, примыкающей к боковым стенкам корпуса, снабжен узлом герметизации, выполненным в виде клеевого слоя или герметизирующей прокладки. Воздушный электрод закрыт защитной решеткой, выполняющей одновременно роль токовывода (см. RU 2168246, Н01М 6/32, Н01М 12/04).

К недостаткам указанного гальванического элемента относятся его конструктивная и эксплуатационная сложность, а также невозможность контроля за уровнем активированной воды в камере активации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту принятый авторами за прототип является медно-магниевая батарея «Маячок», которая содержит диэлектрический корпус и расположенные в нем анод и катод. В качестве анода используются магниевые сплавы, катодным материалом служит хлорид меди. Сепараторы выполняют функцию фиксатора межэлектродного расстояния. Ими могут быть, запрессованные в активный материал, стеклянные или пластмассовые шарики, либо волокна из синтетических материалов, расположенные по направлению потока электролита. Выводы электродов осуществляются проволочными электродами из смеси графита и бутилкаучука, нанесенного прокаткой на магний или сшивку из медной проволоки (Химические источники тока / В.Н.Варыпаев, М.А.Дасоян, В.А.Никольский. Под. ред. В.Н.Варыпаева: Учеб. пособие для студ. вузов по спец. «Технология электрохимических производств» - М.: Высшая школа, 1990. - 240 с., ил., с.142-145).

К недостаткам указанного гальванического элемента относятся его конструктивная и эксплуатационная сложность, а также гальванический элемент не позволяет производить контроль за уровнем воды в активационной камере.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению удельной энергоемкости и надежности при эксплуатации гальванического элемента, обладающего минимальными габаритами и массой.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом первичном гальваническом элементе поверхность плавающего катода представляет собой активный слой из стружки оцинкованного железа, удерживаемый на рабочей поверхности с помощью магнита, который позволяет значительно увеличить площадь рабочей поверхности катода, производить замену активного слоя. Катод, смонтированный с поплавком, всегда находится в погруженном состоянии, используя всю рабочую поверхность электрода. Анод выполнен в виде спирального медно-проволочного электрода, помещенного внутри корпуса. Спиральный медно-проволочный анод имеет ребристую поверхность, что значительно увеличивает рабочую площадь электрода и позволяет производить его замену с наименьшими трудозатратами. Применение поплавка позволяет использовать всю рабочую площадь катода при различном уровне электролита, а также снижать испарение со свободной поверхности электролита. В заявляемом первичном гальваническом элементе имеется возможность регулировать уровень электролита с помощью запорных устройств по показаниям пьезометра, что позволяет изменять выходную мощность установки в зависимости от нужд потребителя.

Краткое описание чертежей

На чертеже изображен первичный гальванический элемент.

Осуществление изобретения

Заявляемый первичный гальванический элемент содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 из диэлектрического материала, на внутренних стенках которого закреплен спиральный медно-проволочный анод 3. Во внутреннюю полость корпуса 1 со спиральным медно-проволочным анодом 3 установлен катод 4 в виде цилиндра, выполненный из оцинкованного железа, внутрь которого помещен магнит 5, обеспечивающий возможность увеличения площади поверхности за счет притяжения активного слоя 6 из стружки оцинкованного железа, покрывающего поверхность катода 4. Катод 4 установлен на поплавке 7, что позволяет ему перемещаться внутри гальванического элемента в зависимости от уровня электролита. Направляющая втулка 8 закреплена на крышке 2 для предотвращения отклонения цилиндрического катода 4 при работе установки. Для предотвращения замыкания между анодом 3 и катодом 4 установлен сепаратор 9, выполненный в виде перфорированного пластмассового цилиндра. Для регулирования уровня электролита имеются патрубки 10 и 11 подачи и сброса электролита, оборудованные кранами (не показаны), расположенные в верхней и нижней частях диэлектрического цилиндрического корпуса 1, на патрубке 11 расположен пьезометр 12 для контроля за уровнем электролита. Для подключения к нагрузке на крышке 2 выведены клеммы 13. В качестве электролита применяется электроактивированная вода (не показана).

Первичный гальванический элемент работает следующим образом.

Через патрубок 10 расположенного в верхней части цилиндрического диэлектрического корпуса 1 первичного гальванического элемента заливают электроактивированную воду, которая заполняет межэлектродное пространство до определенного уровня, поднятие которого контролируют пьезометром 12. Взаимодействие активированной воды с активным слоем 6, покрывающим стенки катода 4, и ребристой поверхностью медно-проволочного электрода 3 обеспечивает начало электрохимической реакции и создание разности потенциалов на клеммах 13 гальванического элемента. Спиральный медно-проволочный анод 3 имеет ребристую поверхность, что значительно увеличивает рабочую площадь электрода и позволяет производить его замену с наименьшими трудозатратами. Применение активного слоя 6 с развитой поверхностью из стружки оцинкованного железа позволяет значительно увеличить площадь рабочей поверхности катода 4, и, следовательно, существенно снизить габариты, массу первичного гальванического элемента, а также повысить его удельную энергоемкость и обеспечить периодическую смену активного слоя 6. Удержание активного слоя 6 в виде стружки оцинкованного железа на стенках катода 4 осуществляется наличием магнита 5, помещенного внутрь катода 4. Катод 4, находящийся в погруженном состоянии, установленный на поплавке 7, может перемещаться внутри цилиндрического диэлектрического корпуса 1 первичного гальванического элемента в зависимости от уровня электролита, причем применение поплавка 7 позволяет использовать всю рабочую площадь катода 4 при различном уровне электролита, а также снизить испарение за счет закрытия свободной поверхности электролита поплавком. Направляющая втулка 8 закреплена на крышке 2 для предотвращения отклонения цилиндрического катода 4 при работе установки. Перфорированный сепаратор 9 служит для предотвращения замыкания электродов между собой. Сброс электролита осуществляется с помощью патрубка 11 с краном, расположенного в нижней части цилиндрического диэлектрического корпуса 1.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет следующие преимущества:

1. Спиральный медно-проволочный анод имеет ребристую поверхность, что значительно увеличивает рабочую площадь электрода и позволяет снизить массу и габариты первичного гальванического элемента, при использовании доступных материалов.

2. Применение поплавка позволяет использовать всю рабочую площадь катода при различном уровне электролита, а также снизить испарение за счет закрытия свободной поверхности электролита поплавком, что повышает надежность гальванического элемента при эксплуатации.

3. Применение активного слоя с развитой площадью поверхности из стружки оцинкованного железа позволяет значительно увеличить площадь рабочей поверхности катода, и, следовательно, повысить удельную энергоемкость.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к первичным гальваническим элементам, и может быть использовано в первичных гальванических батареях, активируемых водой. Согласно изобретению первичный гальванический элемент содержит цилиндрический корпус с крышкой из диэлектрического материала, на внутренних стенках которого закреплен спиральный медно-проволочный анод. Во внутреннюю полость корпуса со спиральным медно-проволочным анодом установлен катод в виде цилиндра, выполненный из оцинкованного железа, внутрь которого помещен магнит, обеспечивающий возможность увеличения площади поверхности за счет притяжения активного слоя из стружки оцинкованного железа, покрывающий поверхность катода. Катод установлен на поплавке, что позволяет ему перемещаться внутри гальванического элемента в зависимости от уровня электролита. Направляющая втулка закреплена на крышке для предотвращения отклонения цилиндрического катода при работе установки. Для предотвращения замыкания между анодом и катодом установлен сепаратор, выполненный в виде перфорированного пластмассового цилиндра. Для регулирования уровня электролита имеются патрубки подачи и сброса электролита, оборудованные кранами, расположенные в верхней и нижней части диэлектрического цилиндрического корпуса, на патрубке сброса расположен пьезометр для контроля за уровнем электролита. Для подключения к нагрузке на крышке выведены клеммы. В качестве электролита применяется электроактивированная вода. Техническим результатом является повышение удельной энергоемкости и надежности при эксплуатации гальванического элемента, обладающего минимальными габаритами и массой. 1 ил.

Первичный гальванический элемент, содержащий диэлектрический цилиндрический корпус, внутри которого установлены анод и катод, между которыми расположен сепаратор, изготовленный с возможностью выполнения фиксирования межэлектродного расстояния, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пьезометром и патрубками с кранами подачи и сброса электролита, причем пьезометр установлен на патрубке сброса электролита, а анод выполнен в виде спирального медно-проволочного электрода, закрепленного на внутренней поверхности стенок диэлектрического корпуса, во внутреннюю полость корпуса с анодом установлен катод в виде цилиндра, выполненного из оцинкованного железа, поверхность которого покрыта оцинкованной стружкой, внутри которого помещен магнит, обеспечивающий притяжение активного слоя из стружки оцинкованного железа ко всей поверхности катода, при этом катод установлен на поплавке и имеет возможность перемещаться внутри гальванического элемента в зависимости от уровня электролита, а в качестве электролита используется электроактивированная вода.