способ и устройство для удаления инертных примесей

Формула изобретения

1. Способ удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи топливных элементов, содержащей входную и выходную магистрали для подачи и сброса рабочего газа из батареи и по крайней мере два последовательно соединенных по рабочему газу топливных элемента, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, путем подачи рабочего газа во входную магистраль и периодического сброса рабочего газа из выходной магистрали в течение заданного промежутка времени, отличающийся тем, что в момент сброса газа из батареи подают из входной магистрали рабочий газ на соответствующий вход по крайней мере одного из последовательно соединенных топливных элементов, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, и прекращают подачу рабочего газа из входной магистрали на соответствующий вход топливного элемента после прекращения сброса рабочего газа из батареи.

2. Способ удаления инертных примесей по п.1, отличающийся тем, что в момент сброса рабочего газа из батареи подают из входной магистрали рабочий газ на соответствующий вход последнего перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи топливного элемента.

3. Устройство для удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи топливных элементов, содержащей входную магистраль с управляемым клапаном для подачи рабочего газа в батарею топливных элементов и выходную магистраль с управляемым клапаном для сброса рабочего газа из батареи топливных элементов и по крайней мере два последовательно соединенных по рабочему газу топливных элемента, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, отличающееся тем, что входная магистраль для подачи рабочего газа между клапаном и батареей топливных элементов соединена через управляемый клапан магистралью с соответствующим входом по крайней мере одного из последовательно соединенных топливных элементов, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи.

4. Устройство для удаления инертных примесей по п.3, отличающееся тем, что входная магистраль для подачи рабочего газа между клапаном и батареей топливных элементов соединена через управляемый клапан магистралью с соответствующим входом последнего перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи топливного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области топливных элементов (ТЭ) с газообразными реагентами, а именно к способам удаления инертных примесей путем продувки и устройствам для их осуществления.

Известны способ и устройство для удаления инертных примесей из батареи ТЭ, содержащей ТЭ, соединенные по рабочим газам параллельно, и магистрали для подачи и сброса рабочих газов с управляемыми клапанами путем периодического сброса рабочих газов из батареи при открытии соответствующих клапанов (см. FR 2325204, Н 01 М 8/04, 15.04.1977; JP 2030757 А0, 03.10.1963).

Недостатком известных способа и устройства для удаления инертных примесей является повышенный расход рабочего газа, связанный с необходимостью обеспечения продувки каждого из параллельно включенных ТЭ.

Известны способ и устройство для удаления инертных примесей из батареи ТЭ, содержащей ТЭ, соединенные по рабочим газам последовательно, которые свободны от указанного выше недостатка. В рассматриваемом варианте инертные примеси сносятся потоком рабочего газа, потребляемого на реакцию, в последний по ходу газа ТЭ. Из этого ТЭ инертные примеси удаляются путем сброса небольшого количества рабочего газа при открытии соответствующего клапана (см. DE 1596311, H 01 М 27/12, 27.05.1971).

Недостатком указанных способа и устройства для удаления инертных примесей является значительный перепад давления между первым и последним по ходу рабочему газу ТЭ, что ограничивает область возможного использования рассматриваемого варианта удаления инертных примесей.

Из известных способов удаления инертных примесей наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи ТЭ, содержащей входную и выходную магистрали для подачи и сброса рабочего газа из батареи и по крайней мере два последовательно соединенных по рабочему газу топливных элемента, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, путем подачи рабочего газа во входную магистраль и периодического сброса рабочего газа из выходной магистрали в течение заданного промежутка времени (см. US 5478662, Н 01 М 8/04, 26.12.1995).

Недостатком указанного известного способа удаления инертных примесей является неполное удаление инертных примесей из ТЭ, предшествующих по ходу рабочего газа последовательно соединенным ТЭ. Это приводит к снижению характеристик и ресурса батареи ТЭ.

Задачей изобретения является создание способа для удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи ТЭ, обеспечивающего надежное удаление инертных примесей и поддержание заданных характеристик и ресурса батареи ТЭ.

Указанный технический результат достигается тем, что способ удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи ТЭ, содержащей входную и выходную магистрали для подачи и сброса рабочего газа из батареи и по крайней мере два последовательно соединенных по рабочему газу ТЭ, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, включает подачу рабочего газа во входную магистраль и периодический сброс рабочего газа из выходной магистрали в течение заданного промежутка времени. В момент сброса газа из батареи подают из входной магистрали рабочий газ на соответствующий вход по крайней мере одного из последовательно соединенных ТЭ, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, и прекращают подачу рабочего газа из входной магистрали на соответствующий вход ТЭ после прекращения сброса рабочего газа из батареи. Приведенная технология удаления инертных примесей из батареи ТЭ обеспечивает надежное удаление примесей из последних ТЭ и перемешивание рабочих газов в предшествующих ТЭ. Это обеспечивается за счет подачи на соответствующий вход последовательно соединенных ТЭ рабочего газа из входной магистрали. Повышенное давление рабочего газа обеспечивает надежное удаление инертных примесей из последних ТЭ и перемешивание газов в предшествующих ТЭ, что способствует поддержанию заданных характеристик и ресурса ТЭ.

Целесообразно, в момент сброса рабочего газа из батареи подавать из входной магистрали рабочий газ на соответствующий вход последнего, перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, ТЭ. Такая подача рабочего газа обеспечивает надежное удаление инертных примесей из последнего ТЭ и перемешивание газов в предшествующих ТЭ, что способствует поддержанию заданных характеристик и ресурса ТЭ.

Другой задачей изобретения является создание устройства для удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи ТЭ, обеспечивающего надежное удаление инертных примесей и поддержание заданных характеристик и ресурса батареи ТЭ.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления инертных примесей по крайней мере по одному из рабочих газов из батареи ТЭ, содержащей входную магистраль для подачи рабочего газа в батарею ТЭ с управляемым клапаном и выходную магистраль для сброса рабочего газа из батареи ТЭ с управляемым клапаном и по крайней мере два последовательно соединенных по рабочему газу ТЭ, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи, входная магистраль для подачи рабочего газа между клапаном и батареей ТЭ соединена через управляемый клапан магистралью с соответствующим входом по крайней мере одного из последовательно соединенных ТЭ, расположенных перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи. Такое соединение входной магистрали для подачи рабочего газа с соответствующим входом ТЭ обеспечивает надежное удаление инертных примесей из последних ТЭ и перемешивание газов в предшествующих ТЭ, что способствует поддержанию заданных характеристик и ресурса ТЭ.

Целесообразно, чтобы входная магистраль для подачи рабочего газа между клапаном и батареей ТЭ была соединена через управляемый клапан магистралью с соответствующим входом последнего ТЭ, расположенного перед выходной магистралью сброса рабочего газа из батареи. Такая подача рабочего газа обеспечивает надежное удаление инертных примесей из последнего ТЭ и перемешивание газов в предшествующих ТЭ, что способствует поддержанию заданных характеристик и ресурса батареи ТЭ.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом и описанием работы заявленных способа и устройства.

На чертеже представлено устройство удаления инертных примесей из батареи ТЭ.

Заявленное устройство включает батарею ТЭ 1, входную магистраль 2 подачи рабочего газа (водород/кислород) с управляемым клапаном 3, выходную магистраль 4 сброса рабочего газа (водород/кислород) с управляемым клапаном 5, последовательно соединенные по рабочему газу ТЭ 6, расположенные перед магистралью сброса рабочего газа 4. Участок 7 входной магистрали между клапаном и батареей соединен магистралью 8 через управляемый клапан 9 с входом 10 последнего ТЭ 6, расположенного перед выходной магистралью 4.

Заявленные способ и устройство удаления инертных примесей работает следующим образом. В газовые камеры батареи ТЭ 1 через магистраль подачи 2 подается рабочий газ, потребляемый на реакцию. Последовательно соединенные ТЭ 6, расположенные перед магистралью 4 сброса рабочего газа, способствуют накоплению инертных примесей в последних элементах. Для обеспечения заданных характеристик и надежности работы батареи ТЭ инертные примеси периодически удаляются через магистраль 4 сброса рабочего газа. Для надежного удаления инертных примесей в момент открытия клапана 5 входная магистраль 2 на участке 7 соединяется магистралью 8 через клапан 9 с входом 10 одного из последних ТЭ. Повышенное давление рабочего газа, подаваемого в ТЭ, обеспечивает удаление инертных примесей из последних ТЭ, а также перемешивание газа в ТЭ, предшествующих последним ТЭ 6. После удаления инертных примесей путем сброса газа клапаны 5 и 9 закрываются. Следующая операция удаления продувки, в соответствии с заданным алгоритмом работы батареи ТЭ, проводится подобным образом.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные способ и устройство удаления инертных примесей из батареи ТЭ могут быть реализованы на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию "промышленная применимость".