ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР


RU (11) 2041533 (13) C1

(51) 6 H01M6/04, H01M12/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5058706/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.08.10 
(45) Опубликовано: 1995.08.09 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 4053685, кл. H 01M 2/38, опублик. 1977. 2. Патент США N 4188462, кл. H 01M 2/38, опублик. 1980. 
(71) Заявитель(и): Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН 
(72) Автор(ы): Агеев М.Д.; Король Е.В.; Шереметьев Ю.В. 
(73) Патентообладатель(и): Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН 

(54) ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР 

Использование: электрохимические генераторы погружного типа с водным электролитом на основе щелочных металлов, преимущественно лития. Сущность изобретения: погружной электрохимический генератор содержит корпус, размещенные в нем и электрически связанные между собой водно-литиевые источники тока в виде цилиндрических катодов и запрессованных в стаканы литиевых анодов, снабженных исполнительными элементами гидравлической системы контактного давления анод-катод на основе сильфонов и побудитель циркуляции электролита. Корпус выполнен из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3 и снабжен съемными крышкой и днищем, в верхней части корпуса выполнены закрытые входной и выходной каналы с отверстиями для входных и выходных потоков электролита источников тока и пазы электрических соединений электродов источников тока. В самом теле корпуса выполнены цилиндрические открытые снизу проточки, в которые установлены источники тока, причем катод каждого источника тока закреплен в верхней части корпуса неподвижно, а анод установлен с возможностью перемещения относительно катода и корпуса по мере расходования анода. Исполнительные элементы гидравлической системы контактного давления анод-катод выполнены в виде сильфонов и закреплены соосно с анодами на днище корпуса, в котором выполнены каналы, соединяющие сильфоны между собой и с гидравлической системой контактного давления анод-катод. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к генерированию электрической энергии, а именно к способам и устройствам для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, в частности к электрохимическим генераторам погружного типа с водным электролитом на основе щелочных металлов, преимущественно лития.

Известна электрохимическая батарея, состоящая из нескольких источников тока, смонтированных в батарейную оболочку. Источники тока могут быть электрически связаны в параллельные и последовательно-параллельные устройства. Циркулирующий электролит проходит ряды источников тока через трубопровод посредством насоса. Анод является расходуемым, катод свободно подвижен, следуя за убывающей анодной реагирующей поверхностью [1]

Такое исполнение электрохимического генератора (ЭХГ) в виде отдельных соединяемых между собой источников тока усложняет защиту всех элементов батареи от коррозии, ее теплоизоляцию, затрудняет перезарядку источников тока, увеличивает массогабаритные характеристики, снижает удельную энергоемкость и практически не приспособлено для работы в морской воде, т.е. токопроводящей агрессивной среде с большим диапазоном колебания температур. Кроме того, снижается надежность работы ЭХГ при работе его под водой.

Известен также электрохимический генератор, содержащий электрически связанные между собой водно-литиевые источники тока с системой контактного давления анод-катод на основе сильфона. Указанные источники тока набираются в пакет посредством верхней и нижней силовых плит и герметизирующих прокладок. В собранной батарее боковые стенки индивидуальных источников тока образуют герметичный корпус, а силовые плиты, установленные с прокладками, играют роль крышки и днища корпуса. На крышке корпуса выполнены каналы для раздачи электролита. Крышка снабжена штуцерами для подачи и отвода электролита [2]

Такое выполнение электрохимического генератора (ЭХГ), во-первых, затрудняет его эксплуатацию и снижает надежность, поскольку требует в процессе эксплуатации полной разборки генератора для замены анодов в источниках тока, во-вторых, при погружном применении требует как дополнительной теплоизоляции и антикоррозионной защиты от окружающей водной среды, так и компенсации отрицательной плавучести, что существенно увеличивает его массогабаритные характеристики и снижает удельную энергоемкость.

В основу изобретения поставлена задача создать погружной электрохимический генератор для электроснабжения подводных необитаемых аппаратов, во-первых, обладающий близкой к нулевой плавучестью при минимальных габаритах и массе, то есть повышенной удельной энергоемкостью, во-вторых, обеспечивающий электро-, тепло- и антикоррозионную изоляцию всех элементов от окружающей среды, и, в-третьих, имеющий повышенные технологичность, надежность и удобство в эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в погружном электрохимическом генераторе, содержащем корпус с размещенными в нем и электрически связанными между собой водно-литиевыми источниками тока в виде цилиндрических катодов и запрессованных в цилиндрические стаканы литиевых анодов, съемные герметизируемые днище и крышку, гидравлическую систему контактного давления анод-катод на основе сильфонов и побудитель циркуляции электролита, корпус генератора выполнен в виде единого блока с цилиндрическими открытыми снизу проточками, в которые установлены источники тока, причем катод каждого источника тока жестко закреплен в своей проточке к верхней части корпуса, в которой выполнены закрытые входной и выходной каналы с отверстиями для входных и выходных потоков электролита источников тока и пазы для электрических соединений электродов источников тока, стаканы с анодами источников тока установлены с возможностью перемещения относительно своих катодов и стенок проточек в корпусе по мере расходования анодов, сильфоны гидравлической системы контактного давления анод-катод закреплены соосно с анодами на днище корпуса, в котором выполнены каналы, соединяющие сильфоны между собой и с гидравлической системой контактного давления анод-катод, при этом корпус, крышка и днище погружного генератора выполнены из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3.

В погружном электрохимическом генераторе корпуса катодов источников тока и крышки сильфонов также выполнены из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3.

В погружном электрохимическом генераторе на входных отверстиях подачи электролита из каналов к источникам тока установлены калиброванные вставки (шайбы) для выравнивания потоков электролита между источниками тока.

Объединение корпусов отдельных источников тока с корпусом ЭХГ и изготовление корпуса, крышки и днища погружного ЭХГ и деталей источников тока из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3 (например, синтактика с плотностью 0,5-0,7 кг/дм3) позволило исключить дополнительную тепло- и антикоррозионную защиту генератора, обеспечить близкую к нулевой его плавучесть, уменьшить массогабаритные характеристики и соответственно существенно повысить удельную энергоемкость генератора, что имеет существенное значение при установке ЭХГ на подводных необитаемых аппаратах.

Выполнение раздельными закрытыми каналов для системы циркуляции электролита и гидравлической системы создания контактного давления анод-катод и закрываемых крышкой пазов для системы электрических соединений позволило исключить наружные соединения между источниками тока, улучшило теплоизоляцию, повысило надежность работы ЭХГ.

Наличие раздельных проточек в теле корпуса для размещения в них источников тока и раздельных потоков электролита от источников тока к входному и выходному каналам электролита позволило существенно уменьшить токи утечки и соответственно потери энергии.

Предложенная конструкция сильфонов и их соединения, обладает компактностью, позволяет минимизировать требуемый объем жидкости в гидравлической системе и упростить эксплуатацию генератора.

Предложенное конструктивное исполнение исключает при перезарядке анодов необходимость полной разборки генератора и его отсоединения от системы циркуляции электролита, гидравлической системы создания контактного давления анод-катод и от потребителей электроэнергии, повышает технологичность изготовления и надежность работы, упрощает перезарядку источников тока и в целом эксплуатацию ЭХГ.

Именно такая совокупность существенных признаков позволила обеспечить устойчивую и надежную работу погружного ЭХГ под водой, низкие массогабаритные характеристики и повышенную удельную энергоемкость при его установке на глубоководных необитаемых аппаратах.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинноследственную связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать погружной ЭХГ с низкими массогабаритными характеристиками, повышенной удельной энергоемкостью, повысить его надежность и долговечность, а также обеспечить его работу в погружном состоянии на подводных аппаратах. Следовательно, изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. явным образом не следует из уровня техники.

На фиг. 1 представлен разрез корпуса погружного ЭХГ; на фиг. 2 вид сверху погружного ЭХГ; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2 (водно-литиевого источника тока, по каналам подачи и отвода электролита); на фиг. 4 разрез по В-В на фиг. 2 (водно-литиевого источника тока по электродам).

Погружной ЭХГ содержит (фиг. 1) корпус 1 с открытыми снизу цилиндрическими проточками 2 для отдельных водно-литиевых источников тока, состоящих из катодов 3 и литиевых анодов 4, запрессованных в анодные стаканы 5 из токопроводящего материала, съемную крышку 6 с герметизирующей прокладкой 7 и съемное днище 8 с герметизирующей прокладкой 9. В верхней части корпуса 1 выполнены каналы 10 для электролита, герметизируемые крышками 11, цилиндрические проточки 12 для выводов электродов источников тока, открытые пазы 13 для прокладки электрических соединений 14 отдельных водно-литиевых источников тока, причем пазы снабжены штуцерами 15 с гайкой 16 для вывода электрических проводов из корпуса через герметичные трубки 17. В съемном днище 8 выполнены кольцевые проточки 18, в которых закреплены сильфоны для создания контактного давления анод-катод, состоящие из кольцевых оснований 19, резиновых шлангов 20 и крышек 21, причем в съемном днище также выполнены закрытые каналы 22 для сообщения сильфонов между собой и общий штуцер 23 с гайкой 24 для подключения к гидравлической системе создания контактного давления.

На фиг. 2 на виде сверху корпуса показано расположение каналов в верхней части корпуса 1 ЭХГ. Закрытый канал 10 для подвода электролита снабжен штуцером 25, а закрытый канал 26 для отвода электролита штуцером 27 для подключения к побудителю циркуляции электролита (не показан). Открытые пазы 13 для прокладки электрических соединений между отдельными водно-литиевыми источниками тока снабжены штуцерами 15 и 28 для выводов проводов от положительных и отрицательных полюсов погружного ЭХГ. Съемная крышка 6 герметизируется уплотнением 7 и крепится к корпусу 1 с помощью винтов 29.

Корпус катода 3 водно-спиртового источника тока (фиг. 3) фиксируется в проточке 12 корпуса 1 с помощью выступа 30 и крепится винтами 31 и герметизируется уплотнением 32. Канал 10 для подвода электролита снабжен отверстиями 33 для подачи электролита во входные отверстия 34 катодов 3 водно-литиевых источников тока, причем на входах отверстий 34 установлены калиброванные вставки 35 для выравнивания потоков электролита через все источники тока. Канал 26 для отвода электролита снабжен отверстием 36 для соединения с выходным каналом 37 катода 3. Места соединения отверстий 33 и 36 с каналами 34 и 37 герметизируются с помощью уплотнений 38 и 39.

Пружинные анодные лепестки 40 отрицательного электрода (фиг. 4) с помощью винтов 41 и уплотнений 42 крепятся к токоотводящим стойкам 43, соединенным сверху электродным кольцом 44 с помощью винтов 45. Положительный вывод 46 крепится к положительному электроду 47 с помощью гайки 48.

Корпус ЭХГ, съемные крышки и днище, корпуса катодов, кольцевые основания и крышки сильфонов выполняются из синтактика.

Погружной ЭХГ работает следующим образом.

Электролит под воздействием устройства циркуляции (на чертежах не показан) поступает через входной штуцер 25 (фиг. 2) корпуса 1 в канал 10, и далее через отверстия 33 и калиброванные вставки 35 (фиг. 3) в системы распределения электролита над катодными сетками катодов 3. Затем из системы сбора электролита катодов 3 электролит через выходные отверстия 37 и 36 поступает в канал 26 для отвода электролита и через штуцер 27 выводится из корпуса. Под действием устройства создания контактного давления рабочая жидкость поступает в съемное днище 8 через штуцер 23 (фиг. 1), благодаря чему через крышки 21 сильфонов и анодные стаканы 5 обеспечивается необходимое давление анод-катод, одинаковое для всех элементов и независимое от степени выработки литиевых анодов в различных элементах.

По мере срабатывания литиевых анодов анодный стакан 5 движется вдоль корпуса катода 3, при этом пружинные анодные лепестки 40 (фиг. 4) обеспечивают постоянный надежный контакт отрицательного электрода с анодным стаканом 5. Через штуцера 15 и 28 (фиг. 1 и 2) погружной ЭХГ проводами соединен с потребителем электроэнергии.

Таким образом, погружной ЭХГ работает до полного срабатывания литиевых анодов без ухудшения электрических характеристик.

Для перезарядки необходимо снять днище и заменить анодные стаканы со сработанными анодами на новые анодные стаканы с анодами.

В институте разработан и изготовлен экспериментальный образец погружного ЭХГ и проведены лабораторные и натурные испытания в море. Как показали результаты испытаний этого ЭХГ, нами разработан и изготовлен работоспособный, надежный, с малыми массогабаритными характеристиками, погружного исполнения ЭХГ. При этом обеспечена теплоизоляция и упрощена перезарядка источников тока, повышена удельная энергоемкость ЭХГ, предназначенного для установки на необитаемых глубоководных аппаратах. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий корпус с размещенными в нем и электрически связанными между собой водно-литиевыми источниками тока в виде цилиндрических катодов и запрессованных в цилиндрические стаканы литиевых анодов, съемные герметизируемые крышку и днище, гидравлическую систему контактного давления анод-катод на основе сильфонов и побудитель циркуляции электролита, отличающийся тем, что корпус генератора выполнен в виде единого блока с цилиндрическими открытыми снизу проточками, в которые установлены источники тока, причем катод каждого источника тока жестко закреплен в своей проточке к верхней части корпуса, в которой выполнены закрытые входной и выходной каналы с отверстиями для входных и выходных потоков электролита источников тока и пазы для электрических соединений электродов источников тока, стакан с анодом каждого источника установлен с возможностью перемещения относительно катода и стенки проточки корпуса по мере расходования анода, сильфоны гидравлической системы контактного давления анод-катод закреплены соосно с анодами на днище корпуса, в котором выполнены каналы, соединяющие сильфоны между собой и с гидравлической системой контактного давления анод-катод, при этом корпус, крышка и днище генератора выполнены из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что корпуса катодов источников тока и крышки сильфонов системы контактного давления анод-катод выполнены из электро- и теплоизоляционного щелочестойкого материала с плотностью менее 1 кг/дм3.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что на входных отверстиях подачи электролита из каналов к источникам тока установлены калибровочные шайбы для выравнивания потоков электролита между источниками тока.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru