| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2262778
СПОСІБ ЕКСПЛУАТАЦІЇ хімічних джерел
І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО РЕАЛІЗАЦІЇ
Ім'я винахідника: Челяев В.Ф. (RU)
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова" (RU)
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ РКК "Енергія" ім. С.П. Королева, начальнику відділу інтелектуальної власності А.Г. Сакояну
Дата початку дії патенту: 2003.05.29
Винахід відноситься до області джерел живлення постійного струму, а саме до систем електроживлення постійного струму, що працює на водні та кисні з лужними або кислими електролітами. Згідно винаходу, в способі експлуатації ЕХГ, при якому через батарею паливних елементів прокачують водень і рідкий електроліт, а повітря, очищений від СО 2, пропускають через батарею паливних елементів і викидають його в навколишнє середовище, виділяючи при цьому електроенергію і продукт реакції, воду, яку скидають в навколишнє середовище, продукт реакції, воду розчиняють в рідкому електроліті, розбавляючи електроліт до отримання 15% концентрації. Після чого нагрівають електроліт до температури кипіння води, а повітря, пропущений через батарею паливних елементів, охолоджують до температури навколишнього середовища, змішують його з парою, що утворився в результаті нагрівання електроліту і скидають утворилася парогазову суміш в навколишнє середовище, підвищуючи при цьому концентрацію електроліту до 35 %. Згідно винаходу пристрій для реалізації цього способу експлуатації електрохімічного генератора містить блок навантажень з реєстратором параметрів роботи електрохімічного генератора, батарею паливних елементів з системою прокачування повітря, що включає вентилятор, фільтр для очищення повітря від CO 2 і штуцер виходу повітря з батареї паливних елементів, систему прокачування водню , замкнутий контур прокачування електроліту, що включає резервуар для електроліту з газової та рідинної порожнинами і насос, охолоджувач потоку повітря, клапан регулювання потоку повітря і магістраль скидання парогазової суміші, при цьому вхід клапана регулювання потоку повітря приєднаний до штуцера виходу повітря з батареї паливних елементів, один вихід цього клапана з'єднаний зі входом охолоджувача потоку повітря, інший з'єднаний з магістраллю скидання парогазової суміші, вихід охолоджувача повітря з'єднаний з газовою порожниною резервуара електроліту. Технічним результатом винаходу є зниження енерговитрат і підвищення надійності експлуатації.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області джерел живлення постійного струму, а саме до систем електроживлення постійного струму, що працює на водні та кисні з лужними або кислими електролітами.
Відомий спосіб експлуатації електрохімічного генератора (ЕХГ), при якому одночасно прокачують через батарею паливних елементів (БТЕ) кисень, водень і рідкий електроліт, при цьому газові компоненти і продукт реакції, воду періодично скидають в навколишнє середовище [1]. Відомо пристрої для реалізації цього способу [1], що містить БТЕ, системи зберігання, подачі і прокачування водню і кисню, системи прокачування електроліту і магістралі продувки водню, кисню і скидання води.
Недоліком аналога способу експлуатації ЕХГ і пристрої для його реалізації є підвищена вибухонебезпечність, пов'язана з великою ймовірністю змішання водню і кисню в навколишньому середовищі і подальшого в результаті цієї пожежі або вибуху.
Найбільш близьким за своєю сутністю є спосіб експлуатації ЕХГ, прийнятий за прототип [2], при якому через батарею паливних елементів прокачують водень і рідкий електроліт, а повітря, очищений від СО 2, пропускають через батарею паливних елементів і викидають його в навколишнє середовище, виділяючи при цьому електроенергію і продукт реакції, воду, яку скидають в навколишнє середовище.
Пристрій для реалізації такого типу ЕХГ, прийняте за прототип [2], включає: БТЕ з системою прокачування повітря, що містить вентилятор, фільтр для очищення повітря від CO 2 і штуцер виходу повітря з БТЕ, систему прокачування водню, замкнутий контур прокачування електроліту, що містить резервуар для електроліту з газової та рідинної порожнинами і насос.
У цьому способі і пристрої, його реалізує, з метою підвищення безпеки експлуатації використовують повітря, кількість якого можна вибрати таким при прокачуванні, яке виключає пожежовибухонебезпечні ситуацію.
Недоліком прототипу способу експлуатації ЕХГ і пристрої, його реалізує, є великі енерговитрати для реалізації цього способу. Це пов'язано з тим, що, по-перше, продукт реакції, воду спочатку випаровують, потім конденсують, після чого постійно скидають у вигляді рідини в навколишнє середовище, що вимагає значного збільшення енергії. По-друге, як відомо, навантаження ЕХГ (споживання електроенергії) в період експлуатації є величина змінна. Тому споживання водню і кисню повітря в процесі експлуатації і має бути змінним, тобто залежати від навантаження. Отже, продування повітря і повинна залежати від навантаження. У прототипі повітря подається з постійною витратою на всіх режимах експлуатації, що забезпечує максимальний режим роботи. Це збільшує витрату електроенергії при всіх інших режимах.
Пристрій для реалізації цього способу є складним в експлуатації, що значно знижує надійність.
Таким чином, завданням нового технічного рішення є створення такого способу експлуатації ЕХГ і пристрої для його реалізації, при яких значно знизилися б енерговитрати на експлуатацію ЕХГ і спростилася б його конструкція. Це дозволить продовжити термін служби, знизити вартість і підвищити надійність ЕХГ.
Завдання вирішується сукупністю всіх існуючих ознак.
У пропонованому способі експлуатації ЕХГ, при якому через батарею паливних елементів прокачують водень і рідкий електроліт, а повітря, очищений від CO 2, пропускають через батарею паливних елементів і викидають його в навколишнє середовище, виділяючи при цьому електроенергію і продукт реакції - воду, воду змішують в рідкому електроліті, розбавляючи електроліт до отримання 15% концентрації. Після чого нагрівають електроліт до температури кипіння води, а повітря, пропущений через батарею паливних елементів, охолоджують до температури навколишнього середовища, змішують його з парою, що утворився в результаті нагрівання електроліту, і скидають утворилася парогазову суміш в навколишнє середовище, підвищуючи при цьому концентрацію електроліту до 35%.
В результаті цього, з одного боку, в результаті нагрівання електроліту відбувається випаровування води, а з іншого боку, в результаті надходження холодного потоку повітря відбувається конденсація парів води, тобто відділення лугу від парів води. Таким чином, відбувається скидання парогазової суміші, а луг практично залишається в електроліті. При цьому в період скидання парогазової суміші повітря пропускають з максимальною витратою, а в період виділення продукту реакції - води витрата повітря здійснюють прямо пропорційно потужності, що виділяється електрохімічним генератором споживачам електричного струму.
Пристрій для реалізації цього способу експлуатації електрохімічного генератора містить блок навантажень з реєстратором параметрів роботи електрохімічного генератора, батарею паливних елементів з системою прокачування повітря, що включає вентилятор, фільтр для очищення повітря від СО 2 і штуцер виходу повітря з батареї паливних елементів, систему прокачування водню, замкнутий контур прокачування електроліту, що включає резервуар для електроліту з газової та рідинної порожнинами і насос, охолоджувач потоку повітря, клапан регулювання потоку повітря і магістраль скидання парогазової суміші, при цьому вхід клапана регулювання потоку повітря приєднаний до штуцера виходу повітря з батареї паливних елементів, один вихід цього клапана з'єднаний зі входом охолоджувача потоку повітря, інший з'єднаний з газовою порожниною резервуара електроліту, а магістраль скидання парогазової суміші приєднана до газової порожнини резервуара для електроліту, причому резервуар електроліту забезпечений нагрівачем, датчиком температури і датчиком рівня з показаннями рівня електроліту по висоті, які з'єднані кабельною мережею з реєстратором параметрів роботи електрохімічного генератора.
Вентилятор цього пристрою забезпечений регульованим приводом з блоком автоматики регульованого приводу, при цьому харчування електричним струмом вентилятора здійснюється від шин електрохімічного генератора через блок автоматики регульованого приводу, а управління роботою регульованого приводу здійснюється за сигналами реєстратора параметрів роботи електрохімічного генератора.
 |
На кресленні представлена схема пропонованого пристрою, де: 1 - система прокачування водню; |
СПОСІБ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЦЬОГО ГЕНЕРАТОРА
В період експлуатації ЕХГ, коли до шин електрохімічного генератора 18 приєднана навантаження 3 (двигун, насоси, вентилятори, нагрівачі і т.д., тобто споживачі електричного струму), водень із системи прокачування водню 1 і повітря, що подається вентилятором 5 через фільтр для очищення повітря від СО 2 6, надходить в БТЕ 2, а рідкий електроліт прокачується насосом 12 через БТЕ 2 і резервуар електроліту 8 по замкнутому контуру, відбувається хімічна реакція сполуки водню з киснем повітря з утворенням електроенергії і продукту реакції, води. Вентилятор 5, забезпечений регульованим приводом, живиться від шин ЕХГ через блок автоматики регульованого приводу 4, причому вхід блоку автоматики регульованого приводу з'єднаний з реєстратором параметрів роботи ЕХГ 16, з показаннями датчика рівня 11 по висоті "верхній допустимий рівень", відповідний 15% концентрації електроліту , і "нижній допустимий рівень", відповідний 35% концентрації електроліту.
Рідким електролітом в даному випадку є, наприклад, розчин гідроксиду калію в дистильованої воді.
В процесі експлуатації ЕХГ в залежності від електроенергії, що виділяється в БТЕ, змінюється витрата повітря, що прокачується вентилятором 5. Вода, що утворюється в результаті реакції з'єднання водню з киснем повітря, поглинається розчином електроліту і потрапляє в резервуар електроліту 8. У результаті цього змінюється рівень електроліту, який фіксується датчиком рівня електроліту 11, температура електроліту вимірюється датчиком температури 17.
Повітря, що виходить з БТЕ 2 по штуцера виходу повітря з батареї паливних елементів 7, надходить в магістраль скидання продукту реакції разом з повітрям 15 через клапан регулювання потоку повітря 14 до тих пір, поки резервуар електроліту 8 не закінчиться до показання датчика рівня 11 "верхній робочий рівень.
При заповненні резервуара електроліту 8, вимірюваного датчиком рівня електроліту 11 до позначки "верхній робочий рівень", надходить сигнал в реєстратор параметрів роботи ЕХГ 16. В результаті цього клапан регулювання потоку повітря 14 перемикається таким чином, що повітря, що виходить з БТЕ 2, надходить в газову порожнину резервуара електроліту 9, охолоджуючись при цьому до температури навколишнього середовища в охолоджувачі потоку повітря 13. у цей момент вимірюється температура резервуара електроліту 8 по датчику температури 17 і, в разі якщо температура електроліту менше температури кипіння води, включається нагрівач 10. Блок автоматики регульованого приводу 4 по цьому сигналу включає насос на максимальну витрату і парогазова суміш з газової порожнини резервуара електроліту 9 викидається в навколишнє середовище.
В результаті цього відбувається наступне: з одного боку, в результаті нагрівання відбувається випаровування води, а з іншого боку, в результаті надходження холодного потоку повітря відбувається конденсація парів води в лугу, тобто відділення лугу від парів води. Таким чином, відбувається скидання продукту парогазової суміші, а луг практично залишається в електроліті. Це пов'язано з тим, що теплоємність і теплопровідність лугу менше теплоємності і теплопровідності води. Тому луг охолоджується набагато швидше, ніж вода.
Скидання парогазової суміші триває до тих пір, поки датчик рівня 11 не видасть сигнал "нижній допустимий рівень" в реєстратор параметрів роботи ЕХГ 16. За цим сигналом видається команда на перемикання клапана регулювання потоку повітря 14 в початкове положення, відключається нагрівач, а харчування вентилятора 5 , забезпеченого регульованим приводом, здійснюють в прямій залежності від енергії, що виділяється.
Пропонований спосіб експлуатації електрохімічного генератора дозволяє значно знизити витрати електроенергії для власних потреб, при цьому спрощується конструкція електрохімічного генератора. Це дозволить продовжити термін служби, знизити вартість і підвищити надійність електрохімічного генератора.
Таким чином, вирішується завдання створення такого способу експлуатації ЕХГ і пристрої для його реалізації, при яких значно знижуються енерговитрати на експлуатацію ЕХГ за рахунок більш економічного способу прокачування повітря, спрощується конструкція через відсутність теплообмінників, що перетворюють пар в рідину. Це дозволить продовжити термін служби, знизити вартість і підвищити надійність ЕХГ.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Коровін Н.В. "Електрохімічні генератори". "Енергія". Москва, стр106-109.
2. Коровін Н.В. "Електрохімічні генератори". "Енергія". Москва, стр109-113.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб експлуатації електрохімічного генератора, при якому через батарею паливних елементів прокачують водень і рідкий електроліт, а повітря, очищений від CO 2, пропускають через батарею паливних елементів і викидають його в навколишнє середовище, виділяючи при цьому електроенергію і продукт реакції - воду, що відрізняється тим, що продукт реакції - воду, змішують в рідкому електроліті, розбавляючи електроліт до отримання 15% концентрації, потім нагрівають електроліт до температури кипіння води, а повітря, пропущений через батарею паливних елементів, охолоджують до температури навколишнього середовища, після чого змішують його з парою , що утворився в результаті нагрівання електроліту, і скидають утворилася парогазову суміш в навколишнє середовище, підвищуючи при цьому концентрацію електроліту до 35%, при цьому в період скидання парогазової суміші повітря пропускають з максимальною витратою, а в період виділення продукту реакції - води - витрата повітря здійснюють прямо пропорційно потужності, що виділяється електрохімічним генератором споживачам електричного струму.
2. Пристрій для реалізації способу експлуатації електрохімічного генератора, що містить блок навантажень з реєстратором параметрів роботи електрохімічного генератора, батарею паливних елементів з системою прокачування повітря, що включає вентилятор, фільтр для очищення повітря від СО 2 і штуцер виходу повітря з батареї паливних елементів, систему прокачування водню , контур прокачування електроліту, що включає резервуар для електроліту з газової та рідинної порожнинами і насос, що відрізняється тим, що в нього введені охолоджувач потоку повітря, клапан регулювання потоку повітря і магістраль скидання парогазової суміші, при цьому вхід клапана регулювання потоку повітря приєднаний до штуцера виходу повітря з батареї паливних елементів, один вихід цього клапана з'єднаний зі входом охолоджувача потоку повітря, інший - з'єднаний з магістраллю скидання продукту реакції разом з повітрям, вихід охолоджувача повітря з'єднаний з газовою порожниною резервуара електроліту, а магістраль скидання продукту реакції разом з повітрям приєднана до газової порожнини резервуара для електроліту, причому резервуар електроліту забезпечений нагрівачем, датчиком температури і датчиком рівня з показаннями рівня електроліту по висоті, які з'єднані кабельною мережею з реєстратором параметрів роботи електрохімічного генератора.
3. Пристрій за п.2, що відрізняється тим, що вентилятор забезпечений регульованим приводом з блоком автоматики регульованого приводу, при цьому харчування електричним струмом вентилятора здійснюється від шин електрохімічного генератора через блок автоматики регульованого приводу, а управління роботою регульованого приводу здійснюється за сигналами реєстратора параметрів роботи електрохімічного генератора.
Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.