Система регулирования давления для электрохимического генератора с газообразными реагентами Советский патент 1979 года по МПК H01M8/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам регулирования давления газа в электрохимических генераторах (ЭХГ) с газообразными реагентами.

Известны системы регулирования давления газа в ЭХГ, содержаш,ие батарею топливных элементов (БТЭ), замкнутый контур удаления воды, и установленный в этом контуре эжектор с регулятором давления газа. Такие системы поддерживают в заданном диапазоне давление в БТЭ и обеспечивают циркуляцию парогазовой смеси в контуре удаления воды 1.

Однако указанные системы не обеспечивают эффективного удаления воды при переменной нагрузке генератора, так как основные характеристики эжектора изменяются с изменением количества эжектирующего газа. Регулирование геометрических размеров эжектора для оптимизации его характеристикприизменении расхода практически невыполнимо в автономных электрохимических генераторах 2.

Наиболее близкой по технической сущности к данному изобретению является система, описанная в 3. В этой системе эжектор

подсоединен к контуру удаления воды БТЭ с одной стороны и с другой к трубопроводу от источника газообразного реагента с высоким давлением, перекрываемым клапаном, рычаг которого имеет паз и закреплен с помощью уплотнителя в перегородке, разделяющей камеры входного давления и контур удаления воды. Рычаг связан с чувствительным элементом, установленным во входной камере эжектора, соединенной трубопроводами

с контуром удаления воды. Эжектор обеспечивает поддержание заданного давления в контуре удаления воды при разных токах нагрузки. При уменьшении тока нагрузки расход потребляемого в БТЭ газообразного реагента уменьшается, давление в контуре повышается, чувствительный элемент перемещается и прикрывает сопло клапаном, приток газа уменьщается и восстанавливается заданное давление. При увеличении тока нагрузки расход потребляемого в БТЭ газообразного реагента увеличивается, давление в контуре понижается, чувствительный эле мент перемещается и открывает сопло, увеличивая тем самым приток газа и восстанавливая давление в контуре. Таким образом.

каждому значению расхода газа на электрохимическую реакцию (мощности БТЭ) соответствует определенное положение клапана, регулирующего подачу газа.

Однако, описанная выше система регулирования давления газа не обеспечивает эффективного удаления воды при переменной нагрузке, так как при малых токах нагрузки эжектор не обеспечивает необходимой кратности циркуляции и степени сжатия газообразного реагента, что приводит к снижению энергетических характеристик ЭХГ.

Цель изобретения - повыше1П1е энергетических характеристик электрохимического генератора.

Это достигается тем, что li известной системе регулирования давления, содержащей БТЭ, замкн тый конт}р удаления воды с эжектором, совмещенным с регулятором давления газа с клапаном, рычаг которого закреплен с помощью уплотнителя в перегородке, разделяющей камеру входного давления и контур удаления воды и чувствительный элемент с нагрузочной пружиной, между чувствительным элементом и рычагом клапана дополнительно установлены щарнирно скрепленный с чувствительным элементом промежуточный рычаг, ось поворота которого закреплена в корпусе регулятора, с консольно защемленной в нем плоской пружиной, незакрепленный конец которой свободно вставлен в паз рычага клапана, и две поворотные подпружиненные защелки на параллельных осях, расположенные симметрично относительно рычагов, которые фиксируют рычаг клапана в крайних положениях.

Установка между чувствительным элементом и рычагом клапана промежуточных элементов в описанной выше взаимосвязи позволила обеспечить два фиксированных положения рычага клапана (клапан подачи газа открыт и клапан нодачи газа закрыт) и подачу газа в контур БТЭ импульсами только за счет перемещения чувствительного элемента без потребления дополнительной энергии, за счет чего повышаются энергитические характеристики генератора.

На фиг. 1 схематически изображена система регулирования давления, положение, когда клапан подачи газа закрыт; на фиг. 2 то же положение, когда клапан подачи газа открыт.

Система регулирования давления газа состоит из следующих элементов:

- батареи топливных элементов (БТЭ) 1 с расположепными в ней газовыми, полостями,

-.конденсатора 2, - эжектора 3, установленного в газовом

контуре,

-клапана 4 с рычагом 5, закрепленным с помощью уплотнителя 6 в перегородке 7,

разделяющей камеру входного (высокого) давления 8 и газовый контур БТЭ 9, -- промежуточного рычага 10, качающегося на оси 11 под воздействием шарнирно соединенного с ним чувствительного элеменс нагрузочной пружиной 13,

та

-плоской переключающей пружины 14, консольно защемленной в промежуточном рычаге с одной стороны и свободно вставленной в паз рычага с другой,

--: двух поворотных защелок 15, 16с упорами 17, 18 и уступами А, Б, фиксирующими рычаг 5 клапана в двух крайних положениях. Защелки расположены симметрично относительно оси 11 рычагов 5 и 10 на параллельных осях 19, 20 и нагружены пружина.ми 21, 22,

-системы трубопроводов 23, 24.

Система регулирования давления для электрохимическо1 генератора работает следующим образом.

Положение кинематики, показанное на фиг. 1,соответствует моменту, когда клапан подачи газа закрыт, давление в контуре пониженное, пружина -13 чувствительного элемента 12 переместила его влево и повернула промежуточный рычаг до упора 17 защелки 15, плоская перек.почающая пружина 14 деформирована, т. к. один ее конец защемлен в промежуточном рычаге 10, а второй удерживается от перемещения пазом Г рычага 5, зафиксированного уступом Б защелки 15 в крайнем положении.

При работе ЭХГ давление в газовом контуре 9 понижается вследствие потребления газа на электрохимическую реакцию. Нагрузочная пружина 13 перемещает чувствительный элемент 12 влево, промежуточный рычаг воздействует на упор защелки 15, поворачивает ее против часовой стрелки (пружина 2 при этом растягивается) до тех пор, пока уступ Б не выйдет из зацепления с нижним выступом В рычага 5 и не расфиксирует его (на фиг. 1 показан момент расфиксирования). Рычаг 5 под воздействием пружины 14 повернется на оси 11 по часовой стрелке, при этом его выступ будет скользить вдоль защелок 15 и 16, поджатых к нему пружинами 21, 22 и в момент, когда он окажется напротив уступа А защелки 16, она повернется против часовой стрелки под воздействием пружины 22 на величину, определяемую глубиной паза А, и зафиксирует положение рычага 5, войдя в зацепление с выступом В (см. фиг. 2). Клапан 4 при этом открое1ся и давление в камере 8 эжектора установится равным входному (высокому) давлению: газ под высоким давлением выходит из сопла эжектора 3, восполняя израсходованный на реакцию газ и обеспечивая циркуляцию парогазовой смеси через БТЭ и конденсатор 2. Давление в контуре 9 повышается и чувствительный элемент 12, сжимая пружину 13, перемещается вправо. Одновременно на оси 11 поворачивается против часовой стрелки связанный с чувствительным элементом 12 промежуточный рычаг 10, деформируя пружину 14. При достижении верхнего значения давления в контуре 9 промежуточный рычаг смещается до упора 18 защелки 16 и поворачивает ее по часовой стрелке. Уступ А расфиксирует рычаг 5, который поворачивается под воздействием пружины 14 против часовойстрелки, клапан 4 закрывается и импульс подачи газа в контур 9 заканчивается. Основные характеристики эжектора 8 импульсе подачи газа сохраняются в узком, оптимальном диапазоне близком к расчетному. Изменение токовой нагрузки ЭХГ сопровождается прояорциональным изменением частоты импульсов подачи газа и их длительности, обеспечивая тем самым пропорциональное изменение расхода циркулирующей через конденсатор парогазовой смеси, эффективное удаление воды при произвольной нагрузке ЭХГ без потребления дополнительной энергии.

Использование системы регулирования давления газа с обеспечением циркуляции парогазовой смеси в отличие от известных систем позволяет осуществить импульсную подачу эжектирующего газа в контур удаления воды без увеличения массогабаритных характеристик генератора и без дополнительного потребления электроэнергии устройством импульсной подачи газа, что повыщает энергетические характеристики электрохимического генератора.

Формула изобретения Система регулирования давления для электрохимического генератора с газообразными реагентами, содержащая батарею топливных элементов, замкнутый контур удаления воды с эжектором, совмещенным с регулятором давления газообразного реагента с клапаном, рычаг которого имеет паз и закреплен с помощью уплотнителя в перегородке, разделяющей камеру входного давления газообразного реагента и контур удаления воды, и чувствительный элемент с нагрузочной пружиной, отличающаяся тем, что, с целью повыщения энергетических характеристик генератора, система дополнительно снабжена промежуточным рычагом, плоской пружиной и двумя поворотными подпружиненными защелкками, причем указанный рычаг, ось поворота которого закреплена в корпусе регулятора, установлен между чувствительным элементом и рычагом клапана и шарнирно скреплен с чувствительным элементом, плоская пружина консольно защемлена в промежуточном рычаге, ее незакрепленный конец свободно вставлен в паз рычага клапана, две поворотные подпружиненные защелки, фиксирующие рычаг клапана в крайних положениях, симметрично расположены относительно рычагов на параллельных осях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент СШ.АЛГд 3462308, хл. 136-86 19.08.69.

2.Патентная заявка Японии N 43-2670 30J01.68.

3.Патент США .No 3363923, кл. 136-86 13.02.68.

ffJ2.}

fuz.l