Водородно-кислородный электрохимический генератор Советский патент 1993 года по МПК H01M8/04 

Изобретение относится к химическир. источникам тока, а именно к электрохимическим генераторам (ЭХГ) на оснопе водород- но К1лслородных топливных злемемтов (ТЭ), прздназначо1чных для работы без обслуживания в течение длительного времени с автоматическим удалением инертных примесей, накапливающихся в процессе работы в, газовых камерах ТЭ.

Цель изобретения - повышение надежности работы улучшение удельньр; электри- характеристик ЭХГ,

При работе предлагаемого ЭХГ в результате изменения полярности напряжения посладией группы ТЭ,-что происходит при заполиени инертными примесями га- зопой камеры ГЭ по любому из реагентов, транзистор открывается, по коллекторной цепи течет ток, который открывает продувочный клапан, Поскольку величина тока потребления продувочных электромагнитных клапанов составляет около 1 А, то обмотка продувочного клапана может быть включена непосредственно в коллекторную цепь трзнз1-1стор-а, подключения базы и эмиттера транзистора к выводам после,цней по ходу реагента группы ТЭ зависит от типа иснол1,зуег.ч)го тра1 зистора () или (р-п- р) при зтом коллектор транзисторк независимо от его типа подключен к одному из выводов продувоч ого электромагнитного клапана, другой вывод которого подключен к выводу батареи, совг здающему с выводом первого по ходу реагента ТЭ. Количество ТЭ в последней по ходу .реагента группе определяется, с одной стор01- ы, величиной на- пряжемЕ-151 обратной полярности, при которой открывается трамзистср, и, с другой сторонь, величиной допустимого отрицательного Г 21;рлжений перепол;осованной rpynrfbi, -при которой еще не происходит выделения противоположного газа на электроде и необратимого ухудшения йольт-омперной харэктермстмки. Ках показали эксперинонтальньге исследооани;, величина допустимого OTpMnoTenbfforo напрй ад2ния ТЭ при переполюсовка водородного электрода (которая происходит при полном заполнении водородной камеры ин-эртными прммесями) не преоы ш, 5ет минус О,ЗВ, а при переполюсовке кислородного электродз (происходит при заполнении кислородной камеры инертными примесями) но превышает минус 0,1В. Поскольку Д/1Ч открьгтия гер, 1акиесых транзисторов необходимо напряжение около минус 0,2В, то количество ТЭ в группе по ходу водорода разно 1, а по коду кислорода равно 2-3 с учетом разброса характеристик транзисторов и объемов кислородных каг-iep. Для того, , чтобы топливные элементы в последней по ходу кислорода в группе заполнялисц равномерно инертными примесями и равно- 5 мерн о переполюсовывались, элементы о этой группе соединены по кислороду параллельно.

На представлена электрическая схема предлагаемого ЭХГ при использова- О НИИ транзисторов п-р-п; на фиг, 2 - то же с транзистором р-п-р; на фиг. 3 - контур реагентов в предлагаемом ЭХГ.

Предлагаемое ЗХГ состоит из батареи

15 1, в которой топливные элементы 2 соединены по реагенту последовательное помощью трубопроводов 3. В последней по ходу реагента в группе ТЭ 4 элементы соединены по реагенту параллельно. Если реагентом яв20 ляется водород, то группа состоит из одиого ТЭ, если, реагентом является кислород, то группа состоит из двух или трех ТЭ (на схэме группа содержит три ТЭ). Реагент входит в батарею 1 из системы подачи реагента 5 (на

25 схеме изображен регулятор давления). На выходе из батареи установлен продувочный эл 8ктромагнитный клапан 6 (для периодического удаления инертных примесей. К выводам 7 и 8 батареи 1 подключена внешняя

30 нагрузка 9. Обмотка-Ю продувочного электромагнитного клапана 6 подсоединена проводами 11 и 12 соответстаенно к выходу 7 батареи 1 (на схеме к положительному выводу) и к коллектору транзистора 13. В случае

ЗБ если транзистор п-р-п типа (см. фиг. 1), его змиттер подключен проводом 14 к положительному выводу группы ТЭ 4, а база проводом ib-K отрицательному выводу 8 батареи 1. В случае, если транзистор р-п-р -типа (см.

40 фг.-г, 2), его змиттер и база подключены проводами 14 и 15 соотйетсгвенно к отрицательному выводу 8 батареи 1 и к положительному выводу группы ТЭ 4. При необходимости удаления инертных приме 5 сей по обоим реагентам целесообразно использовать встречную подачу реагентов, т.е. в этом случае водород подается по батарее слева направо, а кислород - справа на- леоо, при атом положительный вывод

50 последней группы ТЭ по кислороду совпадает с положительным В зодог батареи, а отрицательный вывод посг.едней группы ТЭ по йодоррду совпадает с отрицательным выводом батарем.

55 Предлагаемый ЭХГ работает следующим образом. При замыкании злектриче- ской цепи на внешнюю нагрузку 9 по всем топлнзным элементам 2 батареи 1 течет ток, гфопорци.ональный величине которого вТЭ .потркблянэтся реагенты, поступающие в батарею через систему подачи реагентов 5. При этом инертные примеси, содержащиеся в реагентах, на реакцию не потребляются, а потоком реагента переносятся в последнюю по ходу реагента группу ТЭ 4. Поскольку ТЭ в группе соединены по реагенту параллельно, а электрически последовательно (величина тока в каждом ТЭ одинаковая), то в элементах группы равномерно увеличивается содержание инертных примесей, и напряжение на группе ТЭ снижается до нулевого значения, а затем происходит изменение полярности последней группы ТЭ А. При достижении величины напряжения группы ТЭ, равной около минус 0,2В, транзистор 13 открывается и подключает обмотку 10 продувочного электромагнитного клапана б к выводам батареи. И результате по проводам 11,12 и И течет ток потребления продувочного клапана 6, кла- пан 6 открывается, и происходит удаление инертных примесей. После удаления инертных примесей напряжение последней группы увеличивается, полярность группы ТЭ 4 восстанавливается, транзистор 13 запира- ется, в результате электрическая цепь обмотки 10 обеспечивается и продувочный клапан 6 закрывается, Интервалы времени между продувками (частота продувок) зависят от чистоты подаваемых в батарею pea- гейтов и величины тока нагрузки и устанавлизаются автоматически. Отвод теплоты, выделяющейся в ТЭ в результате реакции, и образующейся воды может быть осуществлен любым известным способом. Например, в необслуживаемых ЭХГ специальные системы для отвода теплоты и удаления воды отсутствуют. Теплота рассеивается в окружающей среде, а вода накапливается в электролитных камерах ТЭ или специальных емкостях.

Формула и зоб р е т е н и я

1. ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий батарею топливных элементоа, соединенных последовательно электрически и по реагентам, системы подачи реа- генто1з в батарею, продувочные электромагнитные клапаны, обмотки которых подсоединены к выводам батареи че- рез блок управления продувочными клапанами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы м улучшения удельных электрических характеристик, в качестве блока управление;

Предложение позволяет по сравнению с прототипом повысить надехчность работы ЭХГ и улучшить его удельные электрические характеристики. Повышение надежности работы достигается за счет сущестпенного снижения количества элементов устройства управления продувочным электромагнитным клапаном. Надежность работы предлагаемого устройства фактически сводится к надежности работы транзистора, Кроме того, повышение надежности работь предлагаемого устройства.связано с тем, что получаемый электрический сигнал не зависит от изменения условий окружающей среды. Предлагаемое устройство не потребляет электрической энергии при закрытом продувочном клапане, в результате энергозатраты на собственные нужды снижаются до минимума. Это позволяет улучшить удельную энергиюЭХГдо5%. Кроме того, существенно снижаются массы и объем устройства управления продувочным клапаном в предлагаемом ЭХГ, отпадает необходимость в пульте управления. Предлагаемое устройство позволяет проводить продувку с минимальными потерями чистого реагента, поскольку в момент появления сигнала на открытие продувочного клапана газовые камеры ТЭ полностью заполнены инертными примесями, что также приводит к повышению коэффициента использования реагентов и дополнительному улучшению удельных электрических характеристик. Предлагаемое устройство не требует какого-либо вме- шательства оператора в процессе эксплуатации ЭХГ.

(56) Патент США № 3697325, кл. 136-86, 1972.

Патент США Kfe 3580741, кл. 136-85, 1971.

продувочными клапа.нами используют по- следиюю по ходу реагента группу топливных элементов и транзистор, переход эмиттер - база которых включен в непроводящем направлении электрически параллельно группе топливных элементов, а коллектор подключен к одному из выводов обмотки продувочного клапана, причем выбор количества nt топливных элементов в последней по ходу водорода группе топливных элементов определяется из выражения : 0,3В. ГД9 - напряжение открытия транзистора; 0,3В - допустимое напряжение при переполюсовке водородного электрода, выбор количества П2 топливных элементов в последней по ходу кисл орода группе топливных злементов

определяегся из оыражения ,, : 0,1В , стпо элементов в последней по ходу подо- где 0,1В - допустимое перенапряжение родз группе элементов равно одному, а в

последней по ходу к 1слорода группе топливных элементов их число равно 2-3.

при переполюсовке кислородного эле;стро да, а элементы в группе соединены по рез- генту параллельно.

. 5

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что взят германиевый транзистор, количе

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности работы генератора и улучшение его удельных характеристик. В генераторе в качестве блока управления продувочными клапанами используют последнюю по ходу реагента группу топливных элементов 4 и транзистор 13, лереход эмиттер-база которого включен в нелроводящем направлении электрически параллельно группе топливных элементов, а коллектор подключен к одному из выводов обмотки продувочного клапана Выбор количества п топливных элементов 8 последней по ходу водорода группе топливных элементов определяется из вы- ражеяия п ь U 0,3 В, где U - напряжение от1 ф „ ТР крытия транзистора; 0,3 В - допустимое напряжение при переп олюсовке водородного электрода. Выбор количества п топливных элементов в последней по ходу кислорода группе топливных элементов определяется из выражения п & U : 0,1 В, где 0,1 В - допустимое перенапряжение при переполюсовке кислородного электрода, а элементы в rpi/nne соединены по реагенту параллельно. В таком генераторе продувка производится с минимальными потерями реагента, поскольку лри появлении сигнала на открытие продувочного клапана газовые камеры полностью за Ьолнены инертными примесями. 1 З.П.Ф-ЛЫ, 3 ил. frfwiHiHwifi tell j,ftc, .WJ, rt . . ff y «

Составитель Техред М.Моргентал

Корректор А

ТиражПодписное

НПО Поиск Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский к.омбиизт Патент, г. жгород, уг..Гагарина, 101

Корректор А.Мотыль