способ эксплуатации электрохимического генератора

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА, включающий продувку водорода и подачу его в камеру дожигания топливного элемента-дожигателя, соединенную с компенсационным баком и заполняемую жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы, до подачи водорода жидкость из камеры дожигания вытесняют инертным газом в промежуточную емкость, соединенную с компенсационным баком, при этом отношение объема промежуточной емкости к объему камеры дожигания выбирают в пределах 1-10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и касается электрохимических генераторов (ЭХГ).

Известен способ эксплуатации ЭХГ [1] при котором продуваемый из него для удаления примесей водород поступает в топливный элемент-дожигатель (ТЭД), где происходит дожигание реагента. Недостатки этого способа следующие: невысокая эффективность дожигания, так как при интенсивной продувке часть водорода не успевает прореагировать при прохождении через ТЭД и попадает в окружающую среду; низкий уровень безопасности вследствие возможности смещения водорода с воздухом вблизи активной поверхности электрода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ эксплуатации ЭХГ, описанный в [2] В соответствии с ним продуваемый водород подают в камеру дожигания ТЭД, которую предварительно соединяют с компенсационным баком и заполняют из него жидкостью. Этот способ обеспечивает высокую эффективность дожигания и решает проблему безопасности.

Недостаток прототипа выявлен в процессе длительной эксплуатации при дожигании периодически продуваемого водорода. Заключается он в постепенном вымывании катализатора из активного слоя камеры дожигания ТЭД пульсирующим потоком жидкости; эта пульсация возникает при вытеснении жидкости из камеры продуваемым газом и при новом заполнении по мере дожигания порции водорода. В результате вымывания снижается срок службы ТЭД и, следовательно, всего ЭХГ.

Целью изобретения является повышение срока службы путем сохранения активного слоя ТЭД.

Для этого в способе эксплуатации ЭХГ, включающем продувку водорода и подачу его в камеру дожигания ТЭД, соединенную с компенсационным баком и заполняемую жидкостью, предлагается до подачи водорода жидкость из камеры дожигания вытеснить инертным газом в промежуточную емкость, соединенную с компенсационным баком, при этом отношение объема промежуточной емкости к объему камеры дожигания выбирают в пределах от 1 до 10.

При таком способе поступающий в ТЭД водород вытесняет из камеры дожигания в промежуточную камеру инертный газ, который, в свою очередь, вытесняет жидкость из промежуточной емкости в компенсационный бак. По мере срабатывания водорода камера дожигания вновь заполняется инертом из промежуточной емкости. Таким образом, через камеру дожигания проходит только пульсирующий газовый поток и вымывания катализатора не происходит. Если отсутствует промежуточная емкость, расположенная ниже камеры дожигания, или объем ее будет меньше объема камеры дожигания, то инертный газ будет вытеснен из камеры дожигания непосредственно в компенсационный бак, а оттуда попадет в окружающую среду. Увеличение объема промежуточной емкости сверх десяти объемов камеры дожигания нецелесообразно, так как при этом ухудшаются массогабаритные характеристики.

Цель повышение срока службы достигается при совместном использовании указанных приемов.

Предложенный способ поясняется чертежом, где изображены топливный элемент 1, содержащий камеру 2 дожигания, электролитную камеру 3 и окислительную камеру 4, которые образованы электродами 5 и 6 с каталитически активными слоями; электроды замкнуты через резистор 7. Ниже камеры дожигания расположена дополнительная емкость 8, соединенная магистралью 10 с компенсационным баком 11, который заполнен жидкостью 12. Камера 2 дожигания через клапан 13 соединена с продувочной водородной магистралью 14 ЭХГ, а через клапан 15 с азотной магистралью 16; в окислительную камеру 4 подан кислород через магистраль 17.

Способ реализуется следующим образом. Камера 2 дожигания и промежуточная емкость 8 заполняется жидкостью 12 из бака 11; затем открывается клапан 15 и жидкость из камеры 2 вытесняется инертом в емкость 8, а оттуда в бак 11, после чего клапан 15 закрывается; возможно также частичное или полное вытеснение жидкости из емкости 8. При необходимости продувки ЭХГ открывается клапан 13, продувочный водород поступает в камеру 2 дожигания, вытесняет оттуда инерт и дожигается на каталитической поверхности электрода 5. По мере дожигания водорода инерт из емкости 8 снова поступает в камеру 2 и заполняет ее, таким образом, в процессе дожигания в камере 2 движется только газовая фаза, жидкость туда не попадает и катализатор из активного слоя электрода 5 не вымывается. Дополнительный положительный эффект связан с тем, что во время продувки часть промежуточной емкости может заполняться водородом, который срабатывается в интервале между продувками. В этом случае может быть сокращена величина каталитической поверхности и, соответственно, количество катализатора. Объем промежуточной емкости при этом выбирается таким, что предотвращается возможность попадания газа из камеры дожигания в окружающую среду через компенсационный бак. Способ можно реализовать и без магистрали 16 инерта и клапана 15, в этом случае нужно вытеснять жидкость путем подачи инерта через продувочную магистраль 14, что вполне осуществимо при проведении операций во время запуска ЭХГ.

Предлагаемый способ заключается в осуществлении следующих операций: соединение ТЭД с продувочной водородной магистралью и с магистралью подачи инерта, соединение камеры дожигания ТЭД с компенсационным баком через промежуточную емкость, заполнение камеры и емкости жидкостью из бака, вытеснение жидкости из камеры дожигания инертным газом, продувку ЭХГ, вытеснение продувочным водородом инертного газа из камеры дожигания, срабатывание водорода на каталитической поверхности электрода, заполнение камеры дожигания инертом по мере срабатывания водорода.

П р и м е р. Расположенный вверху водородной камеры ТЭД штуцер соединяют через тройник с продувочной водородной магистралью щелочного ЭХГ и с азотной магистралью. Нижний штуцер той же камеры соединяют с верхней точкой промежуточной емкости, них которой соединяют с компенсационным баком. Объем промежуточной камеры превышает объем камеры дожигания в 3 раза. Бак, емкость и камеру дожигания заполняют тем же электролитом, что и ЭХГ. В окислительную камеру ТЭД подают кислород. В камеру дожигания подают азот, вытесняют оттуда жидкость через промежуточную емкость в компенсационный бак. Вводят ЭХГ в эксплуатацию, включают периодический режим продувки реагентов. Продувочный водород вытесняет азот из камеры ТЭД в промежуточную емкость, дожигается на каталитической поверхности электрода, по мере его срабатывания камера вновь заполняется азотом из промежуточной емкости до следующего продувочного цикла.

Использование предлагаемого способа позволило существенно повысить срок службы ЭХГ с дожиганием водорода в топливном элементе-дожигателе. За счет прекращения выноса катализатора из камеры дожигания ресурс возрос на 15-20%