| 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 RU2127932
ВОЗДУШНО-АЛЮМІНІЄВИЙ ЕЛЕМЕНТ, БАТАРЕЯ НА ОСНОВІ повітряно АЛЮМІНІЄВОГО ЕЛЕМЕНТА І СПОСІБ ЕКСПЛУАТАЦІЇ БАТАРЕИ
Ім'я винахідника: Альохін В.В .; Билінкін А.П .; Гуськова Г.І .; Івлєва А.Є .; Кулаков О.Б .; Севрук С.Д .; Черський О.М.
Ім'я патентовласника: Науково-виробничий комплекс джерел струму "Альтен"
Адреса для листування: 142490, Московська обл., Електровугілля, Банний пер.1 НПК ІТ "Альтен"
Дата початку дії патенту: 1996.09.30
Використання: повітряно-металеві батареї в якості автономного малогабаритного акумуляторної джерела струму. Суть винаходу: повітряно-металевий гальванічний елемент коробчатого типу, що включає Електролітну ємність з заправним отвором в її верхній частині, кришку, що витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в Електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякій відстані від робочої поверхні анода і вільно омивається зовні газом, наприклад повітрям, Газозбірний камеру. У верхній частині електролітній ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, який виконує роль лабіринтового ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітній ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальних виступу, в нижній частині електролітній ємності V утворена камера для збору шламу V шл з співвідношенням обсягів V: V шл = 5-15, товщина анода в межах 1-3 мм і становить 0,05-0,50 від величини межкатодного зазору, обсяг електролітній ємності визначається виразами:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел · Q · n · K 1;
V ан = q ех + q кор Q · n · K 2,
де V - об'єм електролітній ємності, см 3;
V ел - обсяг електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см 3 / А · Год;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічний реакцію, см 3 / А · Год;
Q - ємність елемента за один цикл, А · Год;
n - кількість циклів;
K 1 = (0,44-1,45) - конструктивний коефіцієнт;
K 2 = (1,97-1,49) -конструктівний коефіцієнт,
а співвідношення довжини а, ширини b і висоти з становить: 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9. Повітряно-металева батарея містить корпус, кришку з комутацією, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент пропонованої конструкції. Спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента і батареї на його основі включає розряд, заміну анодів і електроліту свіжими, промивку елементів. Аноди перед використанням попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль / л з добавкою трехводного натрій метастанната концентрацією (0,01-0,10) моль / л.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електрохімії, стосується способу експлуатації повітряно-металевих батарей і може бути використано при застосуванні повітряно-металевих батарей в якості автономного малогабаритного акумуляторної джерела струму.
Відомий гальванічний елемент, наприклад, повітряно-металевого типу. Елемент в основному містить Електролітну ємність, кришку, що витрачається металевий електрод плоскої форми, поміщений в Електролітну ємність. На деякій відстані від робочої поверхні електрода розташований газодифузійний катод, який зовні вільно омивається газом, зокрема повітрям. Для поліпшення циркуляції електроліту і тим самим підвищення ефективності електрохімічного перетворення енергії водень, що утворюється в процесі електрохімічної реакції, накопичується в електролітній ємності і підвищується при цьому тиск використовується для переміщення електроліту. При цьому електролітна ємність містить Газозбірний камеру, газовий тиск в якій може впливати на електроліт. Через систему трубок витісняється електроліт переходить з верхньої частини електролітній ємності в нижню (Європатент N 0071015 А2 від 22.06.82 - прототип).
Недоліком відомого гальванічного елемента повітряно-металевого типу є низькі питомі електроенергетичні характеристики через надмірної ваги, викликаного ускладненням конструкції.
Відома первинна повітряно-металева батарея, яка містить корпус, кришку з комутацією, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент (патент США N 4626482, H 01 M 12/6, 1986 - прототип).
Недоліком відомої первинної повітряно-металевої батареї є низькі питомі електроенергетичні характеристики.
Відомий спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента і батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів і електроліту свіжими, промивання елемента (а.с. СРСР, 621 041, H 01 M 10/42, H 01 M 12/08).
Недоліком відомого способу є тривалий період виходу батареї на заданий режим (10-20) хв.
Метою винаходу є підвищення питомих електроенергетичних характеристик повітряно-металевих елементів і батарей на їх основі, підвищення стабільності характеристик в часі, а й зменшення часу виходу на режим до (1-3) хв.
Поставлена мета досягається тим, що у відомому повітряно-металевому гальванічному елементі коробчатого типу, що включає Електролітну ємність з заправним отвором у верхній її частині, кришку, що витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в Електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякій відстані від робочої поверхні анода і вільно омивається зовні газом, наприклад повітрям, Газозбірний камеру, в верхній частині навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, який виконує роль лабіринтового ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітній ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальних виступу, в нижній частині електролітній ємності (V) утворена камера для збору шламу (V шл) з співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах (1-3) мм складає 0,05-0,50 від величини межкатодного зазору, обсяг електролітній ємності визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел · Q · n · K 1;
V ан (q ех + q кор) · Q · n · K 2;
де V - об'єм електролітній ємності, см 3;
V ел - обсяг електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см 3 / А · Год;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічний реакцію, см 3 / А · Год;
q кор - питома витрата алюмінію на корозію, см 3 / А · Год;
Q - ємність елемента за один цикл, А · Год;
n - кількість циклів;
k 1 = (0,44-1,45) - конструктивний коефіцієнт;
k 2 = (1,97-1,49) - конструктивний коефіцієнт;
а співвідношення довжини (a), ширини (b) і висоти (c) становить:
a: b: c = 1: 0,38: 2,7;
a: b: c = 1: 0,35: 3,1;
a: b: c = 1: 0,33: 3,9.
Певною первинної повітряно-металевої батареї, що містить корпус, кришку з комутацією, один або кілька повітряно-металевих гальванічних елементів, як такого елемента застосований пропонований елемент; у відомому способі експлуатації повітряно-металевого елемента і батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів і електроліту свіжими, промивання елемента аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль / л з добавкою трехводного натрій метастанната концентрацією (0, 01-0,10) моль / л.
Загальною ознакою є наявність в повітряно-металевому гальванічному елементі коробчатого типу електролітній ємності з заправним отвором у верхній її частині, кришки, що витрачається металевого анода плоскої форми, поміщеного в Електролітну ємність, газодифузійного катода, розташованого на деякій відстані від робочої поверхні анода і вільно омивається зовні газом, наприклад повітрям, газозбірної камери, наявність в батареї корпусу, кришки з комутацією, одного або декількох елементів, експлуатація батареї шляхом розряду, заміни анодів і електроліту свіжими, промивання елемента.
Відмітною ознакою є те, що у верхній частині електролітній ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, який виконує роль лабіринтового ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітній ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальних виступу, в нижній частині електролітній ємності (V) утворена камера для збору шламу (V шл) з співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах (1 - 3) мм складає 0,05-0,50 від величини межкатодного зазору, обсяг електролітній камери визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел · Q · n · K 1;
V ан = (q ех + q кор) · Q · n · K 2;
де V - об'єм електролітній ємності, см 3;
V ел - обсяг електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см 3 / А · Год;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічний реакцію, см 3 / А · Год;
q кор - питома витрата алюмінію на корозію, см 3 / А · Год;
Q - ємність елемента за один цикл, А · Год;
n - кількість циклів;
k 1 = (0,44-1,45) - конструктивний коефіцієнт;
k 2 = (1,97-1,49) - конструктивний коефіцієнт;
а співвідношення довжини (a), ширини (b) і висоти (c) становить:
a: b: c = 1: 0,38: 2,7;
a: b: c = 1: 0,35: 3,1;
a: b: c = 1: 0,33: 3,9.
У батареї в якості повітряно-металевого гальванічного елемента застосований пропонований елемент; при експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента і батареї на його основі аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль / л з добавкою трехводного натрій метастанната концентрацією (0,01-0,10) моль / л.
Заявляється сукупність і взаємозв'язок відмінних ознак у відомих джерелах патентної і науково-технічної літератури не виявлено.
Таким чином, пропоноване технічне рішення володіє новизною і винахідницький рівень.
Винахід є промислово придатним, тому що може бути використано в якості екологічно чистого автономного джерела струму в складі наступних систем:
- Портативний переносний магнітофон типу "плеєр" з функціями запису і відтворення через зовнішню акустичну систему;
- Портативний телевізійний приймач на рідких кристалах;
- Портативний електроліхтар;
- Електровентилятор;
- Дитячі відеоігри на рідких кристалах;
- Дитячі радіокеровані електромобілі;
- Портативний радіоприймач;
- Зарядний пристрій для акумуляторів;
- Переносний вимірювальний прилад.
Пропонований джерело струму забезпечує високі питомі електроенергетичні характеристики, зберігаючи їх стабільними протягом всього свого ресурсу, а й дозволяє знизити час виходу на розрахунковий режим з 10 - 20 до 1-3 хв.
Стан показників дозволяє зробити висновок про доцільність використання отриманих геометричних співвідношень в проектуванні повітряно-алюмінієвих батарей.
 |
 |
 |
 |
 |
|
Винахід пояснюється кресленням, де на фіг. 1 показаний повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 1, на фіг. 2 - повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 2, на фіг. 3 - повітряно-алюмінієвий елемент - вид N 3. На фіг. 4 зображена електролітна ємність повітряно-алюмінієвого елемента, а на фіг. 5 - батарея на основі повітряно-алюмінієвих елементів.
Повітряно-алюмінієвий гальванічний елемент складається з електролітній ємності 1, яка має по зовнішніх бокових стінок 2 вікна 3, у верхній частині 4 заправний отвір 5, оточене безперервним конічним виступом 6, який виконує роль лабіринтового ущільнення, з внутрішньої сторони електролітній ємності 1 на середній частині бічних стінок 2 і в її нижній частині виконані два обмежувальних виступу 7, в нижній частині електролітній ємності 1 утворена камера 8 для збору шламу, який напрацьовується в процесі експлуатації. У Електролітну ємність 1 герметично вставлені газодифузійні катоди 9 в вікна 3 рамки 10. Герметичність електролітній ємності 1 досягається за допомогою нейтрального по відношенню до водного розчину електроліту герметика. Електричний зв'язок катодів 9 з споживачем при використанні повітряно-алюмінієвого елементу як поза батареї, а й в складі її здійснюється за допомогою катодного токос'емника 11, що охоплює Електролітну ємність 1 двома горизонтальними підтисканням 12, які електрично пов'язані з двома вертикальними підтисканням 13. У Електролітну ємність 1 через вхідні отвори 5 вставляється плоский металевий анод 14 з виступом 15 прямокутної форми, призначеним для здійснення струмознімання. Площина виступу 15 служить і для ущільнення по лінії "анод 14 - кришка 16". Заправний отвір 5 закривається і ущільнюється кришкою 16, що містить один отвір 17 для пропускання через нього анода 14 і одне або кілька отворів 18 для відведення водню з електролітній ємності 1 в процесі роботи повітряно-алюмінієвого елемента через кришку 16, що є одночасно гидрофобной мембраною. Наявність у верхній частині електролітній ємності 4 по периметру навколо заправного отвори 5 виступу конічної форми 6 дозволяє посилити ущільнювальні властивості кришки 16. Геометричні співвідношення конструкції, що дозволяють поліпшити питомі електроенергетичні параметри наступні:
Н1 / (Н2 + Н3 + Н4) = 1,05-1,20
Н3 / Н2 = Н3 / Н4 = 5-15
Н5 / Н1 = 1,1-1,5
Н6 / Н3 = 1-1,1
L2 / LI = 1-1,1
L3 / LI = 1,1-1,5
L5 / L6 = 0,05-0,50
2xL4 / L6 = 0,95-0,75
Батарея на основі повітряно-алюмінієвих елементів складається з корпусу 19 з внутрішніми вертикальними пазами 20 для утримання повітряно-алюмінієвих елементів і вікон 21 для організації зовнішнього вільного припливу повітря всередину батареї, замків 22 для кріплення кришки з комутацією 23 до корпусу 19, однієї або декількох електролітних ємностей 1 до встановлених катодними струмознімачами 11, з вставленими в них анодами 14 і надягнутими поверх кришками 16, токоразводящей двосторонньої плати 24, що містить на стороні, оберненою до повітряно-алюмінієвим елементам, струмопровідні доріжки 25 для здійснення електричного зв'язку від катодів 9 до електролітним ємностей 1 через катодні струмозйомники 11 до токоразводящей двосторонньої платі 24, кілька отворів 26 прямокутної форми для пропускання виступу 15 металевого анода 14 з метою здійснення електричного зв'язку між металевим анодом 14 і анодним струмознімачем 27, кілька отворів довільної форми 28 для дренажу водню з електролітній ємності 1 в атмосферу через кришку 23, кілька роз'ємів 29, розташованих на верхній стороні токоразводящей двосторонньої плати 24, перемикає електропровідний перемичкою 30 для вибору споживачем робочої напруги і зв'язку з електропровідними доріжками 25 і 31 з обох сторін, кілька роз'ємів 32, розташованих на верхній стороні токоразводящей двосторонньої плати 24 , службовців для підключення споживача, а й кришки 23, що закриває батарею зверху і містить кілька отворів 33 під роз'єми 32, кілька отворів 34 під роз'єми 29, одне або кілька отворів 35 під дренаж водню, два поздовжніх паза 36 під замки 22, етикетку 37 з короткою інструкцією з експлуатації.
Принцип дії і спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента і батареї на його основі, наприклад батарея 3 ВА-24, полягають в наступному.
Електрична енергія в батареї генерується при здійсненні електрохімічної реакції окислення алюмінію на аноді і відновлення кисню на катоді. В якості електроліту використовують водні розчини або їдкого натрію (NaOH), або хлористого натрію (NaCI), або суміші зазначених розчинів з ингибирующими добавками: Na 2 SnO 3 · 3Н 2 О - в лужному електроліті і NaHCO 3 - в сольовому. В процесі реакції поряд з витратою алюмінію йде споживання кисню з повітря і води з електроліту, тому при експлуатації батареї в міру їх витрачання в процесі розряду періодично проводять заміну анода і електроліту на свіжі. Продуктами реакції є гідроокис алюмінію Al (OH) 3 і тепло. Батарея працює в діапазоні температур від -10 o C до +60 o C без додаткового підігріву при запуску від мінусових температур. Одним з негативних факторів повітряно-алюмінієвої батареї є корозія анода. Це призводить до зниження електричних характеристик батареї і виділенню невеликої кількості водню. Більшою мірою вплив корозії проявляється на пускових характеристиках, внаслідок чого час виходу на заданий режим становить (10-20) хв. Пропонована обробка анодів, при якій їх поверхня покривається оловом, дозволяє знизити щільність струму корозії та значно поліпшити режим експлуатації повітряно-алюмінієвої батареї, в результаті чого підвищуються електричні характеристики і час виходу на режим знижується до (1-3) хв. Нанесення покриття на анод проводять перед початком включення батареї в роботу. Попередньо анод знежирюють, а потім обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2-5) моль / л з добавкою трехводного натрій метастанната концентрацією (0,01- 0,10) моль / л при кімнатній температурі протягом 5-60 хв.
Результати випробувань запропонованої повітряно-алюмінієвої батареї і прототипу представлені в табл. 1 і 2.
Як видно з таблиць, пропонована повітряно-алюмінієва батарея забезпечує високі питомі та стабільні в часі електроенергетичні характеристики при малому часу виходу на режим.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Повітряно-металевий гальванічний елемент коробчатого типу, що включає Електролітну ємність з заправним отвором в її верхній частині, що витрачається металевий анод плоскої форми, поміщений в Електролітну ємність, газодифузійний катод, розташований на деякій відстані від робочої поверхні анода і вільно омивається зовні газом, наприклад повітрям, Газозбірний камеру, що відрізняється тим, що у верхній частині електролітній ємності навколо заправного отвору є безперервний конічний виступ, який виконує роль лабіринтового ущільнення, в середній частині бічних стінок електролітній ємності і в її нижній частині виконано по два обмежувальних виступу, в нижній частині електролітній ємності V утворена камера V шл для збору шламу з співвідношенням обсягів V: V шл = 5 - 15, товщина анода в межах 1 - 3 мм складає 0,05 - 0,50 від величини межкатодного зазору, обсяг електролітній ємності визначається виразом:
V = V ел + V ан;
V ел = q ел · Q · n · k 1;
V ан = (q ех + q кор) · Q · n · k 2;
де V - об'єм електролітній ємності, см 3;
V ел - обсяг електроліту, см 3;
V ан - обсяг анода, см 3;
q ел - питома витрата води з електроліту, см 3 / А · год;
q ех - питома витрата алюмінію на електрохімічний реакцію см 3 / А · год;
q кор - питома витрата алюмінію на корозію, см 3 / А год;
Q - ємність елемента за один цикл, А · год;
n - кількість циклів;
K 1 = (0,44 - 1,45) - конструктивний коефіцієнт;
K 2 = (1,97 - 1,49) - конструктивний коефіцієнт;
а співвідношення довжини а, ширини b і висоти з становить 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9.
2. Первинна повітряно-металева батарея, яка містить корпус, кришку, принаймні один повітряно-металевий гальванічний елемент, що відрізняється тим, що в якості такого елемента узятий елемент по п.1.
3. Спосіб експлуатації повітряно-металевого гальванічного елемента і батареї на його основі шляхом розряду, заміни анодів і електроліту свіжими, промивка елемента, що відрізняється тим, що аноди попередньо обробляють у водному розчині гідроксиду натрію концентрацією (2 - 5) моль / л з добавкою трехводного натрій метастанната з концентрацією (0,01 - 0,10) моль / л.
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.