ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области электрохимического преобразования энергии.
Известны топливные элементы, содержащие корпус с разнополярными электродами, размещенными в камерах с жидкими реагентами, разделенных пористой металлической фольгой (см., например, патент РФ №2105395 по кл. H 01 M 8/18, 14/00 за 1995 год).
К недостаткам известных топливных элементов следует отнести невысокую надежность работы, обусловленную конструкцией пористой перегородки из фольги.
Наиболее близким к предложенному техническому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является топливный элемент, содержащий корпус с двумя пористыми электродами, образующими две газовые камеры и центральную камеру с электролитом (см., например, "Электрохимические элементы", M., Энергоатомиздат, 1991 г., с.83).
К недостаткам описанной конструкции следует отнести небольшую продолжительность работы, обусловленную ограниченным запасом газовых реагентов, и возможность возникновения взрывоопасных ситуаций, вызываемую изменением концентрации газовых реагентов и электролита.
Задачей полезной модели является устранение перечисленных недостатков и увеличение продолжительности непрерывной работы при устранении нерасчетных режимов электрохимического процесса.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном топливном элементе, содержащем корпус с двумя пористыми электродами, образующими две газовые камеры и центральную камеру с электролитом, по предложенной полезной модели газовые камеры снабжены патрубками с электроуправляемыми клапанами, связанными с мембранными разделительными элементами на половолоконном материале, а камера с электролитом через электроуправляемый клапан сообщена с дополнительным резервуаром электролита, при этом все клапаны по управляемому сигналу связаны с системой управления электрохимическим процессом.
Указанное выполнение устройства позволит, благодаря мембранным технологиям разделения, постоянно возобновлять запасы газовых реагентов, производя их из воздуха или воды, и поддерживать оптимальные параметры электрохимического процесса посредством программного обеспечения
системы управления.
На чертеже схематично представлено предложенное устройство.
Топливный элемент содержит корпус 1 с установленными пористыми катодом 2 и анодом 3, образующими газовые камеры 4 и 5 водорода и кислорода соответственно. Центральная камера 6 заполнена электролитом, например КОН, и через вентиль 7 сообщена с дополнительным резервуаром 8. Камеры 4 и 5 через вентили 9 и 10 соответственно связаны с разделительными элементами 11 и 12 мембранной технологии, снабженными половолоконными мембранами (на чертеже не показаны) и компрессором 13. Электроды 2 и 3 объединены цепью 14 внешней нагрузки. Клапаны 7, 9, 10 и внешняя цепь 14 связаны по управляющим сигналам с системой управления 15, программное обеспечение которой осуществляет оптимизацию электрохимического процесса.
Устройство работает следующим образом.
2
2
После запуска компрессора 13, за счет разницы скоростей газовых составляющих на разделительных элементах 11 и 12 происходит отделение Н и О соответственно, которые при открытых клапанах 9 и 10 поступают соответственно в камеры 4 и 5. При этом на аноде 2 происходит переход положительных ионов водорода в электролит, а остающиеся электроны образуют отрицательный потенциал и по внешней цепи 14 перемещаются к катоду 3. Одновременно атомы кислорода, проходя через катод 3, присоединяют электроны, образуя отрицательные ионы, которые переходят в раствор в виде ионов гидроксила ОН за счет присоединения из воды атомов
водорода. Таким образом, при подведении водорода и кислорода происходит реакция окисления топлива ионами с одновременным образованием электрического тока во внешней цепи 14. В зависимости от нагрузки в цепи 14, расхода газовых реагентов и количества электролита электрохимический процесс проходит с разной скоростью. Оптимизация электрохимического процесса обеспечивается программой системы управления 15, которая, управляя клапанами 7, 9, 10 в зависимости от нагрузки в цепи 14, позволяет поддерживать требуемые концентрации реагентов.