Электрохимический генератор

АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРС Ий 46-46 ДС 7 В 6 НН 06 4 ьсОюз сОВктО 6 исощцлистичксаих нспувакгосюдиствквнок илткнтнокВщомство сссе тосааквт сссеНедостатком данног ется низкая рабочая плот на которой определя диффузионных процессо Цель изобретения -ных электрических харак ра, работающего нэ электролите, за счет по ПЛОТНОСТИ ТОКЗенератора являстьтока. величится скоростью овышение удельеристик генераторазбавленном ышения рабочей Изобретение относится к химическимисточникам тока и касается электрохимических генераторов, работающих на разбавлении электролита. Для поддержаниядлительной работоспособности такого генератора необходимо обеспечить удалениеводы из эоны реакции с разбавленным электролитом и подпитку элементов-концентрированным электролитом,Известен электрохимический генератор, в котором разбавленный электролит накарливается в специальной емкости.Объем емкости определяется энергоемкостью системы, При длителЬной работе генератора объем емкости в несколько раз 15превышает объем батареи, что существенноухудшает объемные характеристики генератора, Кроме того, к недостатку этого гбнрратооа можно отнести низкую рабочую,плотность тока (1 мА).20Известен электрохимический генератор, в котором для увеличения рабочей плотности тока емкость электролита снабженаконтейнерами с твердой щелочью, которыерасположены выше уровня электролита. Помере работы генератора электролит разбавляется, его уровень доходит до контейнерас щелочью и концентрация электролита повышается. Таким образом, а генераторе впроцессе работы поддерживается более высоков значение концентрации электролита,что позволяет иметь более высокую рабочую плотность тока.Недостатком генератора являютСя егоплохие мэссогабаритные характеристики 35из-за наличия большой электролитной емкости, в которой накапливается разбавленныйэлектролит,Известен электрохимический генератор, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату кпредлагаемому, содержащий батарею топливных элементов с трубопроводами сливаразбавленного электролита, соединеннымис верхними злектролитными штуцерами 45топливных элементов и с подпитывающейемкостью с концентрированным электролитом, расположенной ниже элемента и соединенной с его нижними штуцерамидиффузионной трубкой, 50Это достигается тем, что в предлагаемом генераторе подпитывающэя емкость установлена выше нижних электролитных штуцеров топливных элементов. причем высота установки от указанных штуцеров до днища емкости определяется выражением 5.л. гигде Нс - высота от нижних электролитных штуцеров до сливных трубопроводов, м;ус и уп - расчетное значение равновесной плотности электролита в подписывающей емкости и сливном трубопроводе соответственно, г/смОбъем подпитывающей емкости определяется выражением где 0 - энергоемкость генератора, кВт ч;А =- козффиц0,3360 ТЭнальности, связывающий энергоемкЬс количество образованной в генератор ды, л/кВт ч;Отэ - рабочее напряжение топливного элемента, В;Сл и Сс - массовые концентрации подпитывающего и сливаемого электролитов соответственно, мас.0.Заправочный штуцер подпитывающей емкости установлен на одном уровне с верхними электролитными штуцерами. а подпитывающая емкость выполнена субывающим по высоте сечением для уменьшения времени заправки и выхода генератора на равновесный режим.Предлагаемая схема генератора позволяет существенно примерно на порядок, увеличить рабочую плотность тока за счет обеспечения более эффективной гравистэтической подпитки элементов. Соотноше- . ние высоты между сливным трубопроводом и подпитывающей емкостью определяется, из условия равновесия столбов электролита при выбранных значениях плотностей электролита. Плотность и однозначно связанная с ней концентрация сливаемого электролита выбирается для заданных параметров генератора по экспериментальной зависимости электрических характеристик элемента от плотности или концентрации электролита. Плотность электролита в подпитывающей емкости определяется условиями работы, в основном температурой Окпухающей среиент пропорциоть и е воды. Объем подпитывающей емкости выбирается исходя из заданной энергоемкости генератора, выбранных плотностей и концентраций сливаемого и подпитывающегоэлектролита. 5Выражение для определения объема подпитывающей емкости Ч - Сп уп - Сс ус10 КэН 20Аа= Щ,. г =17 Зл. Отэ ГдЕ А = Кэ,Н 2 О/Отэ:Кэ,н 2 о = 0,336 л/лА ч - электрохимический эквивалент образования вода;Отэ = 0,85 В - выбранное рабочее напряжение топливного элементд; получается иэ уравнения материального баланса и условия разбавления водой запасенного объема электролита. Действительно, за время работы генератора весь 15 электролит с концентрацией Сп и плотностью у содержащийся в подпитывающей . емкости, сливается из генератора вместе с водой, образующейся за зто же время, но уже с концентрацией С и плотностью 20 ус; При этом количество сухой щелочи, содержащейся в электролите, остается неизменным. так как она не расходуется в процессе реакции. Полагая, что объем слитого электролита равен (с допустимой для 25 инженерных расчетов точностью) сумме объемов электролита в подпитывающей емкости Чп и объема образованной воды АО, можно записатьЧпСп у (АО+ Чл) Сс у, 30 где Чп Сп уп - масса сухой щелочи в подпитывающей емкости;.(АО+Чп) Сс ус - масса сухой щелочи в слитом электролите.Преобразовывая это уравнение, получаем 35 приведенное выше выражение.П р и м е р., Определим обьем электролита в подпитывающей емкости для генератора мощностью 50 Вт работающего непрерывно в течение года при температу ре окружающей среды до -ЗООС. Из условия незамерзания электролита в подпитывающей емкости выбираем плотность электро- . лита уп = 1,4 г/см, при этом концентрациязсоставляет Сп = 41 мас,. Среднюю плот- "5 ность сливаемого электролита примем равной ус = 1,05 г/см, что соответствуетзконцентрации Сс = б мас ,. Количество воды, образующейся в генераторе в течение года составляет50 ЧЧэл = 50 10 кВт - электрическая мощ-зность генератора;т = 8650 ч - время работы генератора.При данных условиях значение Чп составляет 21,3 л,Подпитывэющая емкость выполнена с убывающим по высоте сечением. Это сделанодля того, чтобы уменьшить расход щелочи в период выхода генератора на рабочий стационарный режим, а также уменьшить время выхода. Установка заправочного ц 1 туцера емкости на одном уровне с верхними злектролитными штуцерами. элементов позволяет существенно упростить заправку и запуск генератора. Если заправочный штуцер емкости установить ниже уровня верхних злектролитных штуцеров элементов, то либо верхняя часть электродов остается незамоченной электролитом, что приводит к смешению реагентов и выходу генератора из строя, либо требуется сложная технология заправки элементов и емкости электролитом разной концентрации, Установка заправочного штуцера выше верхних электролитных щтуцеров элементов нецелесообразна, так как увеличивается расход щелочи в период выхода генератора на рабочий режим, в соответствии и время выхода.На чертеже изображен предлагаемый электрохимический генератор.Генератор содержит батарею 1-1 и, систему подачи реагентов 2,1,2,2. систему продувки ЗЛ, 3.2, подпитывающую емкость 4, злектролитные трубопроводы 5.1 - 5 п, нижниеэлектролитные штуцеры 6.1-6 п, сливные трубопроводы 7.1 - 7.г верхние электролитные штуцеры 8.1-8.п и заправочный штуцер 9.Предлагаемый генератор работает следующим образом. Элементы заправляются электролитом через заправочный штуцер 9, Подаются рабочие газы через систему подачи реагентов 2,1, 2,2, включается электрическая нагрузка, Образующаяся в результате реакции вода накапливается в элементе, вызывая разбавление электролита и увеличение его объема, Уровень электролита в сливных трубопроводах 7.1 - 7.п будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет уровня слива. При дальнейшей работе объем электролите в элементах остается постояиным. а его концентрация будет постепенно уменьшаться до тех пор, пока не выйдет на равновесную, определяемую выражениемс супСчитается. что система вышла цв режим, когда плотность сливаемого электро982491 вестный генератор имеет рабочую плотность тока 1-2 мА/см, определяемую ско 2ростью диффузионной подпитки электролита, Предлагаемый генератор имеет рабо чую плотность тока до 1 О - 15 мА/см за счет2более эффективной гравистатической подпитки элементов электролитом, т,е. при прочих равных условиях (энергоемкость, температура окружающей среды и т,д.) 10 удельная мощность (кВт/кг) предлагаемогогенератора примерно на порядок выше, чем у известного, а удельный объем (л/кВт) на йорядок ниже. 15 (58) Химические и физические источники тока, Сб. М., 1972, вып. 1 (10),Патент Великобритании М 1226095,Н 2 В, 24,03.71.Заявка Франции гл 200518020 Н 01 1 п 27/00, 16.10,70. 1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНШЕРА ТОР, содержащий батарею топливных элементов с трубопроводами слива разбавленного электролита, соединенными с верхними электролитными,штуцерами топливных элементов и подпитывающей 30 емкостью с концентрированным электролитом, соединенной с нижними электролитными штуцерами топливных элементов, системы подачи реагентов и продувки, отличающийся тем, чтос целью повышения 35 удельных электрических характеристик за счет повышения рабочей плотности тока, подпитывающая емкость установлена выше нижних электролитных штуцеров элементов, причем высота установки от указанных штуцеров до днища емкости определяется выражениемННсусЙгде Нс - высота от нижних электролитиых штуцеров до сливных трубопроводов, м; лита (.) достигает значения 1,1 - 1,005. Время выхода на режим зависит от обьема электролита в подпитывающей емкости 4, расположенного выше начального рабочего уровня. Для уменьшения этого времени емкость имеет убывающее по высоте сечение, "Соотношение между начальным рабочим уровнем электролита (Н+ Ь Н) и конечным (Нп) определяется допустимым диапазоном изменения сливной концентрации электро. лита. При реальном диапазоне изменения указанной концентрации 1,1-1,005 соотно Н. ЕЛНшение уровней " составляет 1,1, т.е. уровень электролита изменяется приблизительно на 10.Предлагаемый генератор имеет по сравнению с известным существенно более высокую удельную мощность и лучшие обьемные характеристики. Действительно, изФормула и з о б р е т.е н и я уи у,расчетное значение равновесной плотности электролита в подпитывающей емкости и сливиыхтрубопроводах соответственно, г/см,а обьем.подпитывающей емкости определяется выражением= Су.с, у,где 0 - энергоемкость, кВт е ч;А =. 0,336 / Отэ - коэффициент пропорциональности, л/кВт ф ч;Отэ - рабочее напряжение топливноВэлемента, В;Ся и Сс.- массовые концентрации сливаемого и подпитывающего электролитасоответственно,мас,(,:2. Генератор по п,1, отличающийся тем,что, с целью уменьшения времени заправки и выхода генератора на равновесныйрежим, заправочный штуцер подпитывающей емкости установлен на одном уровнес верхними электролитными штуцерамиэлементов, а подпитывающая емкость выполнена с убывающим по высоте сечением,И 2491 Кузнецова Корректор Н Ревск одписное Г 1 роизеодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 еда ктор акаэ 3350 ОСоставитель Г. СамойлоТехред М.Моргентал Тираж П НПО "Поиск" Роспатента035. Москва, Ж-З 5, Раушская наб,. 4/5