БАТАРЕЯ ВОДОРОДОВОЗДУШНАЯ МНОГОСЕКЦИОННАЯ ДЛЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК МЕГАВАТТНОГО КЛАССА

Полезная модель относится к химическим источникам тока с прямым преобразованием химической энергии в электрическую, а именно к батареям из топливных элементов с водородной и воздушной рабочими средами.
Известны конструкции батарей содержащих топливные элементы, расположенные между наружными крышками, через которые осуществляется подвод и отвод рабочих сред в коллекторы внутри топливных элементов (см. патенты РФ №2313860 C2, 2003 г; №2378744 C1, 2007 г; №2431220 C2, 2007 г).
Известна также конструкция батареи (см. патент США №6,057,053, 2000 г) содержащая пакет из топливных элементов сжатый шпильками через наружные крышки, прилегающие с двух сторон к пакету топливных элементов, а также коллекторы расположенные внутри пакета.
Указанная конструкция батареи принята за прототип представленной полезной модели.
Недостатки конструкции прототипа определяются монолитным составом пакета из значительного количества топливных элементов, сборка которых в пакет достаточно трудоемка, а выявленные при функциональных испытаниях возможные некондиционные топливные элементы или снижают надежность работы батареи, или требуется их трудоемкая замена путем разборки и последующей сборки всего пакета топливных элементов в батарее.
Недостатками технических решений прототипа являются:
1 Отсутствие в пакете топливных элементов промежуточных крышек, что делает невозможным разделение батареи на секции.
2 Невозможность комбинирования секций батареи различным количеством топливных элементов, что снижает эксплуатационные возможности для использования топливных элементов с различными конструкторско-технологическими исполнениями в секциях.
3 Отсутствие промежуточных крышек с отверстиями для прохода рабочих сред и для размещения шпилек, что приводит к невозможности применения таких крышек в пакете топливных элементов.
4 Отсутствие промежуточных крышек с канавками для упругих герметизирующих прокладок вокруг отверстий для прохода рабочих сред и вокруг отверстий для размещения шпилек, что приводит к невозможности герметизации полостей коллекторов с рабочими средами как между собой, так и с внешней средой. При этом отсутствие полного вдавливания герметизирующих прокладок в канавки не дает необходимого контакта поверхностей у стыкуемых крышек для обеспечения электропроводимости между секциями.
Техническим результатом заявляемой конструкции батареи, при устранении указанных выше недостатков, является упрощение технологии сборки, повышение надежности и эксплуатационных возможностей.
Указанный результат достигается в предлагаемой батарее, состоящей из пакета топливных элементов с внутренними коллекторами для прохода рабочих сред и сжатого шпильками, проходящими внутри через пакет и наружные крышки прилегающими к пакету с двух сторон, следующим образом:
1 В пакете топливных элементов располагаются промежуточные крышки состыкованные попарно друг с другом. Крышки выполняются из электропроводящего материала. При этом, внутри батареи топливные элементы между промежуточными крышками образуют секции. Последние собираются как автономные составляющие батареи, проходят все технологические и функциональные испытания, с несложной заменой, при необходимости, топливных элементов неудовлетворительного качества.
2 Секции в батарее топливных элементов могут выполняться из различного количества топливных элементов, что повышает компоновочные и эксплуатационные возможности батареи, позволяя группировать топливные элементы в секциях по различным конструктивно-технологическим особенностям.
3 В промежуточных крышках выполняются сквозные отверстия для прохода рабочих сред из секции в секцию и отверстия для размещения шпилек, которыми сжимаются в батарее секции с топливными элементами.
4 Вокруг отверстий для прохода рабочих сред и размещения шпилек в промежуточных крышках, по меньшей мере у одной из двух в месте их стыковки, выполнены канавки с размещенными в них упругими герметизирующими прокладками. Последние, при сжатии секций, полностью вдавливаются в канавки, что обеспечивает одновременно с герметизацией электрический контакт поверхностей промежуточных крышек между собой.
На фиг. 1 изображена батарея с секциями из топливных элементов, где:
1 - крышки наружные;
2 - крышки промежуточные;
3 - шпильки;
4 - секции топливных элементов;
5 - коллекторы для распределения рабочих сред.
На фиг. 2 - разрез А-А с фиг. 1, где:
6 - отверстия для прохода рабочих сред, водорода, воздуха и охлаждающей жидкости;
7 - отверстия для размещения шпилек.
На фиг. 3 - элемент Б с фиг. 2, где:
7 - отверстия для размещения шпилек;
8 - канавки для герметизирующих прокладок.
На фиг. 4 - разрез В-В с фиг. 3, где:
8 - канавки для герметизирующих прокладок;
9 - герметизирующие прокладки;
10 - поверхности электрического контакта у промежуточных крышек.
Батарея состоит из секций топливных элементов 4, разделенных между собой крышками промежуточными 2 и сжатых шпильками 3 через две наружные крышки 1. Внутри секций батареи выполнены коллекторы для распределения рабочих сред 5 (водорода, воздуха и охлаждающей жидкости), а также каналы для размещения шпилек 3. В крышках промежуточных 2 выполнены отверстия для прохода рабочих сред 6 в коллекторы 5, а также отверстия для размещения шпилек 3. Для герметизации полостей коллекторов в месте стыковки крышек промежуточных 2, вокруг отверстий 6 и 7 выполнены канавки 8 для герметизирующих прокладок 9. При сжатии в батарее секций топливных элементов 4 шпильками 3, герметизирующие прокладки 9 полностью вдавливаются в канавки 8, что обеспечивает надежный электрический контакт поверхностей 10 у промежуточных крышек.
Реализация в батарее всех конструктивных особенностей приведенных выше, позволяет существенно упростить технологию сборки батареи за счет сборки каждой секции из существенно меньшего количества топливных элементов чем в батарее в целом, повысить надежность батареи, т.к. последняя собирается из секций, которые предварительно прошли все технологические и функциональные испытания, повысить эксплуатационные возможности т.к. возможно создание секций с различным количеством топливных элементов и группировать топливные элементы в секциях по различным конструктивно-технологическим особенностям.