Металло-воздушный источник тока

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано при производстве металло-воздушных (МВ) источников тока (ИТ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известна металло-воздушная батарея (МВБ), раскрытая в RU 14095 U1, опубл. 27.06.2000. МВБ содержит последовательно соединенные элементы, каждый из которых содержит корпус, крышку, закрепленные на крышке катодные сборки с общей воздушной камерой и газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках катодных сборок, пластинчатые аноды, расположенные напротив катодов с заданным зазором. При этом катодные сборки выполнены в виде литой монолитной камеры, аноды выполнены из сплошной пластины с изолированной нерабочей поверхностью и закреплены на крышке.
Одним из недостатков конструкции известной МВБ является отсутствие какой-либо системы комплексного залива электролита. Это значит, что при заправке батареи будет затрачиваться большое количество времени на последовательный залив каждого элемента. Кроме этого, потребуется контролировать уровень залива каждого элемента отдельно, так как МВБ не содержит никаких конструкционных решений для самопроизвольного выравнивания уровня электролита в элементах. Это заметно снижает показатели эргономичности известной МВБ.В случае, если известная МВБ реализуется с общим корпусом и общим электролитом, в процессе работы возникают паразитные токи утечки, которые снижают эффективность МВБ.
Кроме того, из уровня техники известна МВБ, раскрытая в RU2183371C1, опубл. 07.06.2001. МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металло-воздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, отличающаяся тем, что электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металло-воздушных элементов, при этом электролитная емкость соединена с общим коллектором гибким трубопроводом.
Недостаток раскрытой выше МВБ в том, что дополнительные элементы конструкции (общий коллектор и электролитная ёмкость) увеличивают габариты и массу всей МВБ. Еще одним недостатком можно назвать необходимость точной установки подвижного коллектора во время заправки для обеспечения требуемого уровня электролита. В случае вертикального смещения или перекоса коллектора относительно требуемого положения установки электролит будет заливаться неравномерно по элементам и в объеме, несоответствующем требуемому для корректной работы МВБ. Кроме этого, коллектор, имея конструкцию фиксированной длины или конструкцию, растяжимую в некотором диапазоне по продольной оси, ограничивает количество элементов в одной МВБ. Это значит, что конечное количество элементов, а следовательно, и характеристики МВБ закладываются еще на этапе проектирования и не могут быть изменены в процессе эксплуатации, что снижает показатели модульности и эргономичности МВБ.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка МВ ИТ, имеющего высокую степень эргономичности и небольшие габаритные размеры.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение срока службы и снижение времени обслуживания металло-воздушного химического источника.
МВ ИТ содержит металло-воздушный элемент (МВЭ) со съемной крышкой, внутреннее пространство которого заполнено жидким электролитом, на внутренней поверхности съемной крышки закреплено токосъемное устройство, на котором закреплена расходуемая металлическая анодная пластина, в одной из боковых стенок МВЭ расположены заливной канал, заливное отверстие, канал газоотвода, отверстие газоотвода, а на одной из торцевых стенок МВЭ закреплен газодиффузионный катод, при этом заливной канал, проходящий по высоте боковой стенки, связан через разделительный канал с заливным отверстием, проходящим вдоль боковой стенки перпендикулярно заливному каналу, выполненному с возможностью подачи жидкого электролита снизу в МВЭ, а канал газоотвода, проходящий поперек боковой стенки выше заливного канала, соединен с отверстием газоотвода, проходящим вдоль боковой стенки перпендикулярно каналу газоотвода, причем заливной канал выполнен длиной, определяемой из выражения: L=0,1÷0,9 (H-d), где L - длина заливного канала; H - расстояние от дна корпуса до верхней точки заливного отверстия, d - наименьший линейный размер перпендикулярного сечения заливного канала.
Заливное отверстие и отверстие газоотвода выполнены сквозными, проходящими вдоль боковой стенки.
Заливное отверстие выполнено несквозным, проходящим вдоль боковой стенки.
Источник выполнен из последовательно соединенных между собой МВЭ с образованием единых заливного коллектора и коллектора для газоотвода при соединении смежных заливных отверстий при помощи заливного штуцера и смежных отверстий газоотвода при помощи штуцера газоотвода, соответственно.
Заливной штуцер и штуцер газоотвода выполнены съемными.
Заливной штуцер и штуцер газоотвода выполнены несъемными.
В качестве материала анода используют алюминий, магний, цинк, сплавы магния, сплавы цинка.
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод, закрепленный на внутренней поверхности боковой стенки МВЭ с заливным каналом.
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод, закрепленный на внутренней поверхности боковой стенки МВЭ, противоположной боковой стенке МВЭ с заливным каналом.
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод, закрепленный на внутренней поверхности другой торцевой стенки МВЭ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1а - Последовательно соединенные МВЭ МВ ИТ.
Фиг. 1б - Поперечный разрез МВЭ МВ ИТ.
Фиг. 1в - Увеличенный поперечный разрез МВЭ МВ ИТ в месте расположения заливного канала.
Фиг. 2 - Увеличенный продольный разрез последовательно соединенных МВЭ МВ ИТ в месте расположения заливного коллектора или коллектора для газоотвода с несъемными штуцерами.
Фиг. 3 - Увеличенный продольный разрез последовательно соединенных МВЭ МВ ИТ в месте расположения заливного коллектора или коллектора для газоотвода со съемными штуцерами.
Фиг. 4 - Увеличенный поперечный разрез МВЭ МВ ИТ в месте соединения заливных отверстия и канала.
1 - МВЭ; 2 - электролит; 3 - съемная крышка; 4 - токосъемное устройство; 5 - анодная пластина; 6 - боковая стенка; 7 - заливной канал; 8 - заливное отверстие; 9 - канал газоотвода; 10 -отверстие газоотвода; 11 - торцевая стенка; 12 - газодиффузионный катод; 13 - заливной штуцер; 14 - штуцер газоотвода; 15 - дно; 16 - прокладка; 17 - заглушка; 18 - разделительный канал.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
МВ ИТ содержит МВЭ (1), представляющий собой корпус со съемной крышкой (3), содержащий дно (15),боковые (6) и торцевые (11) стенки, в виде прямоугольного параллелепипеда. Внутренне пространство МВЭ (1) заполнено жидким электролитом (2), на внутренней поверхности съемной крышки (3) закреплено токосъемное устройство (4), на котором закреплена расходуемая металлическая анодная пластина (5), в одной из боковых (6) стенок МВЭ(1) расположены заливной канал (7), заливное отверстие (8), канал (9) газоотвода, отверстие (10) газоотвода, а на одной из торцевых (11) стенок МВЭ (1) закреплен газодиффузионный катод (12), при этом заливной канал (7), проходящий по высоте боковой (6) стенки, связан через разделительный канал (18) с заливным отверстием (8), проходящим вдоль боковой (6) стенки перпендикулярно заливному каналу (7), выполненному с возможностью подачи жидкого электролита снизу в МВЭ (1), а канал (9) газоотвода, проходящий поперек боковой (6) стенки выше заливного канала (7), соединен с отверстием (10) газоотвода, проходящим вдоль боковой (6) стенки перпендикулярно каналу (9) газоотвода, причем заливной канал (7) выполнен длиной, определяемой из выражения: L=0,1÷0,9 (H-d), где L - длина заливного канала; H - расстояние от дна корпуса до верхней точки заливного отверстия, d - наименьший линейный размер перпендикулярного сечения заливного канала.
Заливное отверстие (8)и отверстие (10) газоотвода выполнены сквозными, проходящими вдоль боковой (6) стенки.
Заливное отверстие (8) выполнено несквозным, проходящим вдоль боковой (6) стенки.
Источник может быть выполнен из последовательно соединенных между собой МВЭ(1) с образованием единых заливного коллектора и коллектора для газоотвода при соединении смежных заливных отверстий (8) при помощи заливного штуцера (13) и смежных отверстий (10) газоотвода при помощи штуцера (14) газоотвода, соответственно.
Заливной штуцер (13) и штуцер (14) газоотвода выполнены съемными.
Заливной штуцер (13) и штуцер (14) газоотвода выполнены несъемными.
В качестве материала анода используют алюминий, магний, цинк, сплавы магния, сплавы цинка.
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод (12), закрепленный на внутренней поверхности боковой (6) стенки МВЭ (1), на которой расположен заливной канал (7).
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод (12), закрепленный на внутренней поверхности боковой (6) стенки МВЭ (1), противоположной боковой (6) стенке МВЭ(1),на которой расположен заливной канал (7).
В МВ ИТ дополнительно выполнен газодиффузионный катод (12), закрепленный на внутренней поверхности другой торцевой (11) стенки МВЭ (1).
МВ ИТ может состоять из одного, двух и более МВЭ (1). В случае применения МВ ИТ, содержащий более одного МВЭ (1) заливное отверстие (8) крайние МВЭ (1) выполнено несквозным, а в остальных МВЭ (1), содержащихся в МВ ИТ, заливное отверстие (8) выполнено несквозным. Кроме того, одно из крайних МВЭ (1) в МВ ИТ, в том числе в случае использования одного МВЭ (1), может быть выполнены со сквозным заливным отверстием(8) и оборудован заглушками (17).
МВ ИТ, состоящий из трех МВЭ (1), в том числе при любом необходимом количестве МВЭ (1), работает следующим образом.
Три МВЭ (1) устанавливают торцевыми стенками (15) друг к другу, соединяют соответственно заливные штуцера (13) и заливные отверстия (8), а также штуцера(14) газоотвода и отверстия (10) газоотвода. Места стыков штуцеров (13, 14) с отверстиями (8, 10) могут быть дополнительно загерметизированными эластичными прокладками (16). Затем элементы (1) стягивают и закрепляют вместе, например при помощи П-образной шпильки и пластины с отверстиями под шпильками, стягивание происходит при помощи гаек. Соединенные заливные отверстия (11) и заливной штуцера (13) образуют общий (единый) для всех элементов заливной коллектор для залива жидкого электролита (2) с открытым отверстием в одном из крайних МВЭ (1). Аналогично, отверстия (10) газоотвода и штуцера (14) газоотвода образуют общий коллектор для газоотвода с открытым отверстием в одном из крайних МВЭ (1).
Затем анодные пластины (5) из алюминия или из другого заявленного материала, закрепляют на токосъемных устройствах (4), которые закреплены на внутренней поверхности съемной крышки (3). После чего съемные крышки (3) с анодными пластинами (5)герметично закрепляют на корпуса МФЭ (1), а внутренние объёмы корпусов МФЭ (1)заполняют жидким электролитом (2) до требуемого уровня. Для этого жидкий электролит через заливное отверстие крайнего МФЭ (1) заливают МВ ИТ, состоящий из трех МФЭ (1), до тех пор, пока электролит не перестанет перетекать из общего коллектора, во внутренние объемы МВЭ (1), после чего герметизируют заливное отверстие (8) крайнего МФЭ (1) при помощи заглушки (17). В качестве жидкого электролита (2) применяют известные электролиты в виде растворов кислот, солей или щелочей.
После заправки ВА ИТ между анодными пластинами (5) и жидким электролитом (2) в МФЭ (1) начинается электрохимическая реакция между алюминием, водой в электролите и кислородом с образованием тепловой и электрической энергий, пузырьков водорода и твердых продуктов реакции. При этом вода в электролите расходуется и его уровень в МФЭ (1) снижается. Выделяемый во время протекания электрохимической реакции водород поднимается вверх и извлекается из МФЭ (1) по каналам газоотвода (9), а затем по общему коллектору.
После израсходования анодной пластины (5) и/или жидкого электролита (2) работа МВЭ (1) МВ ИТ прекращается. После смены пластины анода (5) и/или жидкого электролита (2) работа МВЭ (1) МВ ИТ.
При этом расстояние, которое необходимо пройти паразитному току по электролиту (7) от анодной пластины (5) и катодов (6) одного МВЭ (1) до анодной пластины (5) и катодов (6) другого МВЭ (1) будет достаточно большим, чтобы создать неблагоприятные условия для паразитных токов.
Заявленная конструкция МВ ИТ обеспечивает повышение срока службы за счет отсутствия возникновения паразитных точек утечки. Они не возникают за счет того, что через некоторое время работы МВ ИТ уровень жидкого электролита (2) в МВ ИТ опускается ниже и в разделительном канале (18) не остается жидкого электролита (2), при этом МФЭ (1) размыкаются по электролиту (2), что полностью ликвидирует возможность возникновения потерь от паразитных токов по электролиту (2). Для обеспечения защиты от паразитных токов до размыкания МВЭ (1) по электролиту (2), т.е. до понижения уровня электролита (2), следует выполнять заливной канал (10) длиной, определяемой из выражения: L=0,1÷0,9 (H-d).
При L менее 0,1 (H-d)вышеуказанное расстояние, которое проходит паразитный ток будет небольшим в первое время работы ВА ИТ (до снижения уровня электролита), что приводит к возникновению паразитных токов до размыкания МФЭ (1) по электролиту, следовательно, снижается срок службы МВ ИТ.
При L более 0,9 (H-d)зазор между концом стенки, образующей заливной канал и дном МФЭ будет слишком малым, в результате при работе в МВ ИТ образуются твердые продукты реакции, которые через определенного количества циклов образовывают в заливном канале твердую пробку, что приводит канал неработоспособным канала, либо снизится скорость залива электролита во все ячейки, так как в данном месте будет уменьшение площади сечения заливного канала, что в конечном итоге приведет к выходу МВ ИТ их строя.
Заявленная конструкция МВ ИТ обеспечивает снижение времени обслуживания за счет того, что по сравнению с прототипом необходимое для смены пластины анода (5) и/или жидкого электролита (2).
Полезная модель была раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.