ПЕРЕКИДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

Настоящая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к регулирующей технике, и может быть использована для разделения потока анодных газов для повышения энергоэффективности топливного элемента.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является изобретение №711325 от 25.01.1980. Перекидное устройство мартеновской печи, включающее ограничительные стенки, шиберы и перегородку, разделяющую воздушный и дымовой каналы, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности печи за счет дополнительного нагрева воздуха, устройство снабжено тепловыми трубами, противоположные концы которых расположены в воздушном и дымовом каналах, закрепленными в перегородке в шахматном порядке на расстоянии друг от друга, равном двум диаметрам труб, причем концы тепловых труб расположены на расстоянии 1,0-1,5 диаметра трубы от ограничительной стенки. Такая конструкция позволяет выдерживать перекидному устройству агрессивную среду и высокое давление.
Недостатком данной полезной модели являются потери давления на местных сопротивлениях перекидного устройства.
Задачей полезной модели является разработка перекидного устройства для разделения анодных газов, в котором будут устранены недостатки прототипа.
2
Техническим результатом является разделение потока анодных газов с минимальной потерей давления на местных сопротивлениях перекидного устройства с последующим увеличением энергоэффективности топливного элемента за счет уменьшения концентрации СО в смеси газов, поступающих в паровой риформер.
Технический результат достигается тем, что перекидное устройство для разделения анодных газов топливного элемента, содержащее цилиндрическую часть лопатки, согласно настоящей полезной модели, дополнительно включает: систему из электрического привода, имеющего резьбу на рабочем валу для соединения с цилиндрической частью лопатки, приемника сигнала, датчика концентрации углекислого газа в потоке и заостренную эллиптическую лопатку, выполняющую функцию перекрытия канала.
Сущность полезной модели поясняется фигурами 1-3.
На фиг. 1 изображен образец перекидного устройства. Цифрами обозначены:
1 - приемник сигнала
2 - цилиндрическая часть лопатки
3 - эллиптическая лопатка
4 - электропривод
5 - датчик концентрации углекислого газа в потоке
6 - тракт очистки
7 - тракт анодных газов
8 - риформер
Конструктивно перекидное устройство состоит из пяти основных элементов: 1 - приемник сигнала, 2 - цилиндрическая часть лопатки, 3 - эллиптическая лопатка, выполняющая функцию перекрытия канала, 4 - электропривод, имеющий резьбу на рабочем валу для соединения с цилиндрической частью лопатки, 5 - датчик концентрации углекислого газа в потоке.
Соединяется конструкция следующим образом
Электропривод 4 вваривается в пространство разделения двух газоходов: тракта очистки 6 и тракта анодных газов 7. Соединение вала электродвигателя и цилиндрической части лопатки 2 производится при помощи нанесения резьбы на вал и внутреннюю часть цилиндра. Цилиндрическая часть лопатки 2 соединяется с эллиптической лопаткой 3 посредством сварки. Датчик углекислого газа 5 находится внутри пространства трактов 6 и 7 перед входом в риформер. Приемник сигнала 1 подключен к электроприводу 4 и не находится внутри пространства трактов 6 и 7.
Устройство работает следующим образом
Датчик концентрации углекислого газа 5, при превышении концентрации в потоке углекислого газа выше нормы, установленной при эксплуатации топливного элемента, подает сигнал электроприводу 4 перекидного устройства, в результате чего устройство меняет свое положение относительно тактов 6 и 7. Данное действие приведет к тому, что поток анодных газов в тракте 7 будет перенаправлен на сорбирующие мембраны, после чего он вернется в основной поток газов, поступающих в риформер 8. При достижении нормального уровня концентрации углекислого газа в потоке анодных газов в тракте 7 перекидное устройство возвращается в первоначальное положение.
Установка данного перекидного устройства позволит разделять поток анодных газов, направляя одну его часть в секцию с углеродопоглащающими мембранами, а другую в пространство риформера.
На фиг. 2 изображена схема системы риформинг-топливного элемента, включающая в себя перекидное устройство (выделено пунктирной линией). При большом коэффициенте рециркуляции анодных газов в системе их состав будет не рационален из-за высоко процента содержания в смеси углекислого газа, что приведет к уменьшению выработки водорода в риформере и уменьшению энергоэффективности топливного элемента.
Пример расчета, проведенного в симуляторе химических процессов Aspen Hysys, мольной доли водорода в смеси, поступающей в анодную камеру топливного элемента при отсутствии и включении перекидного устройства в систему риформинг-топливного элемента, представлен на фиг. 3 а-б.
Достоинством данной полезной модели является то, что форма перекидного устройства позволит уменьшить потери давления при перенаправлении движении потока анодных газов.
Таким образом, можно сделать вывод, что благодаря включению в систему риформинг-топливный при большом коэффициенте рециркуляции анодных газов мольная доля водорода увеличивается с 0,5833 до 0,7206.