Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - Патент РФ 2134922
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области источников питания постоянного тока, а именно к системам энергопитания постоянного тока, использующих преобразование химической энергии в электрическую. Техническим результатом изобретения является создание более эффективного способа интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую и устройства для его реализации. Согласно изобретению в процессе работы источника тока периодически меняют направление тока, протекающего через электроды, при соотношении длительности прямого и обратного импульсов (10-60):1 и соответствующих прямому и обратному импульсам напряжений на электродах 1:( 1,4-1,6). Это реализовано в устройстве, содержащем батарею топливных элементов с регулятором напряжения, которая соединена с параллельно соединенными между собой накопителем электроэнергии и нагрузкой, модульный регулируемый преобразователь, переключатель контактов с двумя контакторами, первый из контакторов нормально разомкнут, а второй - нормально замкнут и реле времени, при этом вход модульного преобразователя соединен с выходом батареи топливных элементов, выход модульного преобразователя соединен с параллельно соединенными между собой накопителем энергии и нагрузкой, реле времени соединено со входом переключателя контактов, причем нормально разомкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и с контактами накопителя энергии, а нормально замкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и со входом модульного преобразователя, выход регулятора напряжения соединен со вторым входом переключателя контактов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2134922
Класс(ы) патента: H01M14/00
Номер заявки: 97118537/09
Дата подачи заявки: 06.11.1997
Дата публикации: 20.08.1999
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева"
Автор(ы): Челяев В.Ф.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева"
Описание изобретения: Изобретение относится к области источников питания постоянного тока, а именно к системам энергопитания постоянного тока, использующих преобразование химической энергии в электрическую то-есть в аккумуляторах, в батареях топливных элементов, работающих на водороде и кислороде со щелочным или кислым электролитами.
Известен способ интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую путем увеличения рабочей температуры процесса [1]. Этот способ заключается в том, что увеличивают температуру реакции соединения водорода с кислородом, за счет чего растет скорость реакции и при этом увеличивается интенсификация электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую. Известно и устройство, реализующее этот способ устройство [2], включающее элементы подогрева топлива перед подачей его в батарею топливных элементов.
Недостатком названных способа и устройства его реализующего, является малая эффективность процесса, так как повышение температуры возможно лишь до определенных пределов. Это связано с тем, что в качестве электролита используют водные растворы (в основном щелочи), которые не допускают нагревания свыше 100oC, малый ресурс, связанный с применением повышенных температур, и в связи этим же сложность в управлении.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую путем воздействия на параметры тока, протекающего через электроды [3] . Этот способ заключается в уменьшении силы тока. Именно за счет малого тока достигается равномерное распределение скорости процесса по глубине электрода, а как известно из работы [1], поляризация на электродах зависит от неравномерного распределения тока. При больших величинах тока значительно увеличивается неравномерность распределения тока по площади электрода и следовательно увеличивается поляризация и потери при преобразовании химической энергии в электрическую.
Известно устройство, реализующее этот способ [4]. Устройство содержит батарею топливных элементов с регулятором напряжения, которая соединена с параллельно соединенными между собой накопителем электроэнергии и нагрузкой.
В таком устройстве можно снизить поляризацию на электродах, а следовательно и потери при преобразовании химической энергии в электрическую путем изменения величины силы тока, протекающего через электроды, но при этом снижается выходная мощность с топливных элементов, это является недостатком способа и устройства взятых за прототип.
Таким образом, задачей нового технического решения является создание более эффективного способа интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую, при которых мощность топливных элементов не снижается, а находится на том уровне, на котором она необходима потребителю, при этом процесс идет с более высоким КПД.
Техническим результатом решения поставленной задачи является создание такого способа интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую и одновременно создания устройства его реализующего, которые позволяют вести процесс преобразования энергии с высокой интенсификацией, при этом параметры процесса, а, например, температура процесса, находится в пределах, безопасных для работы элементов, мощность, снимается с топливных элементов увеличивается, а КПД процесса возрастает.
Сущность изобретения выражается совокупностью признаков, достаточных для достижения технического результата.
Способ интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую путем воздействия на параметры тока, протекающего через электроды, отличающийся тем, что периодически меняют направление тока, протекающего через электроды, при соотношении длительности прямого и обратного импульсов (10-60):1 и соответствующих прямому и обратному импульсам напряжений на электродах 1: (1,4-1,6).
Устройство интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую, содержащее батарею топливных элементов с регулятором напряжения, которая соединена с параллельно соединенными между собой накопителем электроэнергии и нагрузкой, отличающееся тем, что в него введены модульный регулируемый преобразователь, переключатель контактов с двумя контакторами, первый из контакторов нормально разомкнут, а второй - нормально замкнут и реле времени, при этом вход модульного регулируемого преобразователя соединен с выходом батареи топливных элементов, выход модульного регулируемого преобразователя соединен с параллельно соединенными между собой накопителем энергии и нагрузкой, реле времени соединено со входом переключателя контактов, причем нормально замкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и с контактами накопителя энергии, а нормально замкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и со входом модульного регулируемого преобразователя, выход регулятора напряжения соединен со вторым входом переключателя контактов.
В предлагаемом способе положительный эффект, заключающийся в создании более эффективного способа интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую, обусловлен тем, что при подаче импульса обратного тока длительностью 1 - 2 мин происходит деполяризация электрохимических ячеек, появляется равномерность распределения тока и, связанное с этим, более равномерное распределение температуры. Подача импульса обратного тока повторялась через 10-60 мин работы топливных элементов на нагрузку, при этом напряжение на электродах обратного тока было выше напряжения прямого тока в 1,4 - 1,6 раза, что и обеспечивало эффект деполяризации при соотношении длительности прямого и обратного импульсов (10-60): 1. Это соотношение зависит от материала электродов, конструкции электродов (площади, толщины, состава, структуры поверхностного слоя, технологии изготовления и т.д.), расстояния между электродами.
Экспериментально было выявлено, что при соотношении длительности прямого и обратного импульсов менее 10, то есть при больших временах подачи обратного импульса, эффективность процесса балы из-за этого низкой, так как это связано с большими перерывами в работе (период прямого импульса) и, как следствие, мощность, подаваемая в нагрузку не увеличивалась. При соотношении длительности прямого и обратного импульсов выше 60 то есть при малых временах обратного импульса эффективность процесса была низкой так как это связано с тем, что деполяризация электрохимических ячеек проходила не полностью, что проявлялось в падении напряжения на электродах при подаче прямого импульса и, как следствие, мощность снимается с топливных элементов, падала, и КПД процесса соответственно уменьшался.
Согласно термодинамике электрохимических систем [2, 3] ЭДС с учетом теплового эквивалента электрохимической энергии и числа Фарадея (при P=const, T=const) равно:
или
где Eэo = 1,23 B;
Qт - тепловой эффект реакции,
n - число моль-эквивалентов на 1 моль превращенного вещества,
F - число Фарадея, равное примерно 96 500 Кл/моль-экв.
Eт - ЭДС электрохимического элемента,
T - рабочая температуре в K.
Второй член правой части равен теплоте, поглощаемой (выделяемой) при работе электрохимических элементов. Поэтому для того, чтобы процесс деполяризации прошел более эффективно необходимо, чтобы напряжение обратного импульса было больше, чем Eт.
Экспериментально было выявлено, что при работе источников питания постоянного тока в диапазоне температур, находящихся в пределах, безопасных для работы элементов, напряжение обратного импульса должно быть выше прямого в 1,4 - 1,6 раза.
Способ может быть реализован практически на всех химических источниках тока, например, при эксплуатации различного вида аккумуляторов и электрохимических генераторов (ЭХГ), как при малых мощностях, например, в электромобилях так и не больших стационарных энергоустановках.
Способ реализуется в следующей последовательности действий:
- включение и начало работы прямого импульса (работа на нагрузку электрохимических элементов) на период 10-60 мин.;
- подача напряжения (большего в 1,4-1,6, чем в прямом импульсе) на электрохимические элементы на период 1 - 2 мин (до повышения напряжения на элементах в 1,4 - 1,6 раз);
- включение и начало работы прямого импульса (работа на нагрузку электрохимических элементов) на период 10 - 60 мин. и так далее;
Предлагаемый способ может быть осуществлен в устройстве, принципиальная схема которого изображена на чертеже.
Устройство состоит из батареи топливных элементов (1), модульного регулируемого преобразователя, который постоянное напряжение на входе преобразует в повышенное напряжение на выходе, (2), накопителя электроэнергии (3), регулятора напряжения (4), переключателя контактов (5) с контактором (6), в исходном состоянии разомкнутого и контактором (7) в исходном состоянии замкнутого, нагрузки (8), и реле времени (9). При этом вход модульного регулируемого преобразователя соединен с выходом батареи топливных элементов, выход модульного регулируемого преобразователя соединен с параллельно соединенными между собой накопителем энергии и нагрузкой, реле времени соединен со входом переключателя контактов, причем нормально разомкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и с контактами накопителя энергии, а нормально замкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и со входом модульного регулируемого преобразователя, выход регулятора напряжения соединен со вторым входом переключателя контактов.
Устройство работает следующим образом.
Ток с батареи топливных элементов (1), поступает на модульный регулируемый преобразователь преобразователя, который постоянное напряжение на входе преобразует в повышенное напряжение на выходе, (2), схема, устройство и работа которого широко известны, и изложена в работе [5], который питает как накопитель энергии основанный на конденсаторных батареях и который так же хорошо известен из работы [6] так и нагрузку (8). Через определенное время, например, 30 мин. срабатывает реле времени (9), по сигналу которого переключатель (5), который также известен и изложен в работе [7], замыкает контактор (6) и размыкает контактор (7). В результате этого ток повышенного напряжения поступает как в нагрузку, так и на клеммы ТЭ, заряжая их до напряжения .
Как только напряжение на регуляторе напряжения (4) повысится до уровня, превышающего Eт с него поступает сигнал на переключатель (5), который также известен и изложен в [4], размыкает контактор (6) и замыкает контактор (7). В результате этого устройство приходит в исходное состояние.
Работа в указанном режиме позволяет значительно повысить КПД (при работе с напряжением на топливном элемента U=(1,3 - 1,2)В, КПД увеличится в ≈ 1,5 раза). Причем, и это тоже очень важно, значительно упрощается сброс тепла, что приводит к упрощению конструкции и к снижению массы и размеров системы питания постоянным током.
Информация, принятая во внимание:
1. Н.В.Коровин. Электрохимические генераторы. M.: Энергия, 1974, с. 26.
2. Н.В.Коровин. Электрохимическая энергетика. M.: Энергоатомиздат, 1991, с. 125 рис. 2.24.
3. Н.В.Коровин. Электрохимические генераторы. M.: Энергия, 1974, с. 125.
4. Н.В.Коровин. Электрохимические генераторы. M.: Энергия, 1974, с. 112, рис. 19.
5. Б. А. Поляков. Конденсаторные установки для повышения мощности, М., 1950.
6. Высокочастотные транзисторные преобразователи. M.: Радио и связь, 1988, с. 246.
7. Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1985.
Формула изобретения: 1. Способ интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую путем воздействия на параметры тока, протекающего через электроды, отличающийся тем, что периодически меняют направление тока, протекающего через электроды, при соотношении длительности прямого и обратного импульсов (10 - 60) : 1 и соответствующем прямому и обратному импульсам напряжений на электродах 1 : (1,4 - 1,6).
2. Устройство интенсификации электрохимических процессов при преобразовании химической энергии в электрическую, реализующее способ по п.1, содержащее батарею топливных элементов с регулятором напряжения, которая соединена с параллельно соединенными между собой накопителем электроэнергии и нагрузкой, отличающееся тем, что в него введены модульный регулируемый преобразователь, переключатель контактов с двумя контакторами, первый из контакторов нормально разомкнут, а второй - нормально замкнут, реле времени, при этом вход модульного регулируемого преобразователя соединен с выходом батареи топливных элементов, выход модульного регулируемого преобразователя соединен с параллельно соединенными между собой накопителем энергии и нагрузкой, реле времени соединено со входом переключателя контактов, причем нормально разомкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и с контактами накопителя энергии, а нормально замкнутый контактор соединен с выходом батареи топливных элементов и со входом модульного регулируемого преобразователя, выход регулятора напряжения соединен со вторым входом переключателя контактов.