ВОДНО-ЛИТИЕВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА

ВОДНО-ЛИТИЕВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА


RU (11) 2052869 (13) C1

(51) 6 H01M6/04 

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

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

(21) Заявка: 5015548/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.12.09 
(45) Опубликовано: 1996.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 4053685, кл. H 02M 2/36, 1977. 2. Патент СССР N 1695793, кл. H 02M 6/04, 01.08.91. 
(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) ВОДНО-ЛИТИЕВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА 

Использование: в энергоустановке на основе первичных элементов с анодом из щелочного металла и водным электролитом. Сущность изобретения: водно-литиевый химический источник тока содержит литиевый анод, запрессованный в цилиндрический анодный стакан из токопроводящего материала, катод в виде установленного в цилиндрический корпус из токонепроводящего материала катододержателя с прикрепленной к его выступам катодной сеткой и размещенной по оси катододержателя распределительной насадкой, снабженный лабиринтной системой сбора электрлита, образованной боковой и верхней поверхностями катододержателя, кольцевым выступом и нижней поверхностью корпуса катода, нижней и верхней лабиринтными шайбами, входной и выходной штуцеры, положительный и отрицательный электроды, систему контактного давления катод - анод на основе сильфона и устройство циркуляции электролита. Анодный стакан и корпус катода установлены в герметичный цилиндрический корпус из токонепроводящего материала, причем корпус катода установлен неподвижно и выполнен заодно с его крышкой, а анодный стакан установлен в герметичном корпусе с возможностью перемещения относительно этого корпуса и корпуса катода. Последний дополнительно снабжен лабиринтной системой равномерной подачи электролита к распределительной насадке, образованной кольцевым рядом отверстий, выполненных в катододержателе над распределительной насадкой, верхней поверхностью и выполненным смешенным к середине верхней поверхности внутренним кольцевым выступом верхней лабиринтной шайбы системы сбора электролита, нижней поверхностью корпуса катода и установленной непосредственно на верхнюю лабиринтную шайбу дополнительной лабиринтной шайбой, имеющей сверху внешнюю полукольцевую и внутреннюю кольцевую с отверстиями канавки, нижний внутренний выступ и отверстие для прохода электролита от системы его сбора к выходному штуцеру. Входной штуцер установлен симметрично выходному штуцеру относительно оси корпуса катода, нижний конец положительного электрода выполнен в виде венчика из пружинных лепестков, снабженных наружными выступами на концах, катододержатель установлен непосредственно на венчике упомянутого электрода, отрицательный электрод выполнен в виде смещенных на равный угол относительно друг друга пружинных лепестков, каждый из которых помещен в паз на боковой поверхности корпуса катода и закреплен на стойке, размещенной внутри корпуса катода параллельно положительному электроду, причем стойки соединены между собой над корпусом катода электродным кольцом. 2 з. п. ф-лы, 11 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области генерирования электрической энергии, а именно к способам и устройствам для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, в частности к первичным элементам с водным электролитом на основе щелочных металлов, преимущественно лития.

Известны два варианта конструкций водно-литиевого химического источника тока: первый с неподвижным литиевым анодом, второй с подвижным [1] В обоих случаях электрод запрессован в анод, причем анодный стакан выполнен из токонепроводящего материала, а система циркуляции электролита включает пространство анодной камеры над катодной сеткой и штуцеры для подключения к побудителю циркуляции электролита. В первом варианте неподвижный литиевый анод запрессован в анодный стакан, а подвижная катодная сетка опускается по мере электрохимического растворения анода.

В этом варианте не обеспечивается равномерность течения электролита над сеткой и растворение анода происходит неравномерно, что ограничивает возможность создания источников тока достаточной мощности со стабильными электрохимическими характеристиками во времени.

Во втором варианте подвижный анод, снабженный на боковых и задней поверхностях защитной пленкой, прижимается пружиной к неподвижной катодной сетке, вдоль которой прокачивается электролит.

Однако и в этом случае не обеспечиваются как равномерность скорости движения и концентрации электролита по поверхности катодной сетки, так и длительная защита от коррозии боковых поверхностей анода, вследствие чего происходит постоянное усиление реакции химической коррозии литиевого анода, что ограничивает время стабильной работы источника. Кроме того, затруднена еще и перезарядка анодов.

Известен также водно-литиевый химический источник тока [2] содержащий запрессованный в цилиндрический стакан неподвижный литиевый анод, подвижный катод в виде установленного в цилиндрический корпус катододержателя с прикрепленной к его выступам катодной сеткой, систему катодного давления катод анод, устройство циркуляции электролита, входной и выходной штуцеры, в котором анодный стакан выполнен из токопроводящего материала, а литиевый анод запрессован в анодный стакан с обеспечением непосредственного электрического контакта между ними, корпус катода выполнен из токонепроводящего материала, имеет у основания кольцевой выступ и снабжен лабиринтной системой сбора электролита, образованной боковой и верхней поверхностями катододержателя, кольцевым выступом и нижней поверхностью корпуса катода, выходным штуцером, а также верхней и нижней лабиринтными шайбами, имеющими внутренние и наружные кольцевые выступы, причем верхняя лабиринтная шайба выполнена с отверстиями, а внутренний выступ нижней лабиринтной шайбы с прорезями, входной штуцер размещен по оси катододержателя и выполнен на выходе c распределительной наcадкой с концентрическими рядами отверстий и наклонными кольцевыми ребрами, расположенными против выходов этих отверстий, и центральным отверстием, выполненным расширяющимся в сторону выхода.

Величина зазора между катодной сеткой и нижней поверхностью катододержателя в каждой точке выполнена обратно пропорциональной расстоянию до оси катода. Верхняя лабиринтная шайба выполнена с двумя отверстиями, а внутренний кольцевой выступ нижней лабиринтной шайбы выполнен с четырьмя прорезями, при этом ось отверстий верхней лабиринтной шайбы повернута на 90о относительно оси выходного штуцера к крышке корпуса катода, а оси прорезей внутреннего кольцевого выступа нижней лабиринтной шайбы повернуты на 45о относительно оси отверстий верхней лабиринтной шайбы.

Распределительная насадка снабжена внешним наклонным кольцевым ребром, фиксирующим насадку в катододержателе. По внешней кромке литиевого анода под кольцевым выступом катода выполнен уступ. Дно анодного стакана выполнено с кольцевыми проточками.

По своей технической сущности, составу существенных признаков и достигаемому техническому результату данный химический источник тока является наиболее близким к заявляемому.

Основным недостатком данной конструкции источника тока является то, что в его лабиринтной системе сбора электролита входной штуцер выполнен по оси катододержателя и используется одновременно в качестве положительного вывода. Такое совмещение системы циркуляции электролита и системы электрических соединений отрицательно сказывается на надежности источника тока в целом. Кроме того, при такой конструкции источника тока для каждой замены анода необходимо снимать резиновый рукав и отсоединять отрицательный электрод от анодного стакана, а для замены катодной сетки необходима почти полная разборка корпуса катода с отсоединением от системы циркуляции электролита и электрической цепи. Все это создает значительные неудобства при обслуживании источника тока и требует для этого больших затрат времени.

В основу изобретения положена задача разработать такую конструкцию водно-литиевого химического источника тока, чтобы было обеспечено повышение надежности работы источника, увеличение срока его службы, а также повышение удобства обслуживания.

Поставленная задача решается тем, что в водно-литиевом химическом источнике тока, содержащем литиевый анод, запрессованный в цилиндрический анодный стакан из токопроводящего материала, катод, в виде установленного в цилиндрический корпус из токонепроводящего материала катододержателя с прикрепленной к его выступам катодной сеткой и размещенной по оси катододержателя распределительной насадкой, снабженный лабиринтной системой сбора электролита, образованной боковой и верхней поверхностями катододержателя, кольцевым выступом и нижней поверхностью корпуса катода, нижней и верхней лабиринтными шайбами, входной и выходной штуцеры, положительный и отрицательный электроды, систему контактного давления катод анод и устройство циркуляции электролита, анодный стакан и корпус катода установлены в герметичный цилиндрический корпус из токонепроводящего материала, причем корпус катода установлен неподвижно и выполнен заодно с его крышкой, а анодный стакан установлен в герметичном корпусе с возможностью перемещения относительно этого корпуса и корпуса катода, последний дополнительно снабжен лабиринтной системой равномерной подачи электролита к распределительной насадке, образованной кольцевым рядом отверстий, выполненных в катододержателе над распределительной насадкой, верхней поверхностью и выполненным смещенным к середине верхней поверхности внутренним кольцевым выступом верхней лабиринтной шайбы системы сбора электролита, нижней поверхностью корпуса катода и установленной непосредственно на верхнюю лабиринтную шайбу дополнительной лабиринтной шайбой, имеющей сверху внешнюю полукольцевую и внутреннюю кольцевую с отверстиями канавки, нижний внутренний выступ и отверстие для прохода электролита от системы его сбора к выходному штуцеру, входной штуцер установлен симметрично выходному штуцеру относительно оси корпуса катода, нижний конец положительного электрода выполнен в виде венчика из пружинных лепестков, снабженных выступами на концах, катододержатель установлен непосредственно на венчике упомянутого электрода, а между нижней крышкой корпуса источника тока и дном анодного стакана установлен упругий элемент, подключенный к системе контактного давления катод анод. В дополнительной лабиринтной шайбе из концов внешней полукольцевой канавки во внутреннюю кольцевую канавку выполнены два паза, а во внутренней кольцевой канавке выполнены четыре отверстия, оси которых смещены на 45о относительно пазов внешней полукольцевой канавки, а нижний кольцевой выступ выполнен с внутренним скосом. Отрицательный электрод выполнен в виде, например, четырех смещенных на 90о относительно друг друга пружинных лепестков, каждый из которых помещен в паз на наружной поверхности корпуса катода и закреплен на стойке, размещенной внутри корпуса катода параллельно положительному электроду, причем стойки соединены между собой вне корпуса катода электродным кольцом.

Выполнение анодного стакана подвижным, а катода неподвижным, их установка в герметичном корпусе из токонепроводящего материала, снабжение корпуса катода лабиринтной системой равномерной подачи электролита к распределительной насадке, предложенное расположение входного и выходного штуцеров, выполнение положительного электрода в виде стержня с венчиком на конце, а также установка между нижней крышкой корпуса источника тока и дном анодного стакана упругого элемента, который подключен к системе контактного давления катод анод позволяют отделить систему циркуляции электролита от системы электрических соединений и обеспечить равномерное и постоянное контактное давление катод анод по мере выработки литиевого анода, а следовательно, повысить надежность источника тока, увеличить срок его службы, сделать более удобным обслуживание источника тока.

Легкосъемное крепление катододержателя упрощает и позволяет ускорить его снятие и установку при замене катодной сетки, а скользящим лепестковым токосъемом от анодного стакана к отрицательному выводу удается сделать удобными и надежными электрические соединения, а также еще более упростить процесс перезарядки анодного стакана новым литиевым анодом.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков стало возможным увеличить надежность источника тока, увеличить срок службы и обеспечить определенные удобства в обслуживании. Кроме того, удалось достичь более высокой технологичности при сборке и разборке источника тока.

На фиг. 1 представлен водно-литиевый химический источник тока в разрезе; на фиг. 2 корпус катода в разрезе; на фиг. 3 показана нижняя поверхность катододержателя; на фиг. 4 и 5 распределительная насадка в профиле и плане; на фиг. 6 и 7 верхняя лабиринтная шайба в профиле и плане; на фиг. 8 и 9 нижняя лабиринтная шайба в профиле и плане; на фиг. 10 и 11 дополнительная лабиринтная шайба в профиле и плане.

Водно-литиевый химический источник тока (фиг.1) состоит из литиевого анода 1, запрессованного с обеспечением непосредственного электрического контакта в анодный стакан 2, герметичного цилиндрического корпуса 3, выполненного из токонепроводящего материала, корпуса катода 4, установленного неподвижно в корпусе 3 и выполненного заодно с крышкой последней, и упругого элемента 5 в виде сильфона, размещенного в корпусе 3 между его нижней крышкой 6 и анодным стаканом 2. Анодный стакан установлен в корпусе 3 с возможностью перемещения относительно как самого корпуса 3, так и корпуса катода 4 под действием усилия, создаваемого с помощью сильфона 5. Сильфон снабжен штуцером 7 для подключения его к системе создания контактного давления катод анод. Штуцер 7 крепится к нижней крышке 6 корпуса 3 с помощью гайки 8, шайбы 9 и уплотнения 10. Сама нижняя крышка 6 крепится к корпусу 3 источника тока с помощью винтов 11 и уплотнения 12. Корпус катода 4 крепится к корпусу 3 источника тока с помощью винтов 13 и уплотнения 14. Корпус катода 4 снабжен входным 15 и выходным 16 штуцерами, нижней 17, верхней 18 и дополнительной 19 лабиринтными шайбами, катододержателем 20 с кольцевым рядом отверстий 21, распределительной насадкой 22 и катодной сеткой 23, прикрепленной к ребрам 24 катододержателя 20. По оси корпуса катода 4 установлен положительный электрод 25 с венчиком 26 на конце из пружинных лепестков, снабженных на концах наружными выступами, на которых крепится катододержатель 20. Положительный электрод 25 крепится с помощью гайки 27 и уплотнителя 28 к корпусу катода 4. К положительному электроду 25 с помощью гайки 29 крепится положительный вывод 30.

В корпусе катода 4 (фиг.2) на боковой его поверхности выполнены смещенные на равный угол относительно друг друга пазы 31, в которых установлены отрицательные электроды в виде пружинных лепестков 32, прикрепленных с помощью винтов 33 и уплотнителей 34 к электродным стойкам 35. К последним с помощью винтов 36 крепятся электродное кольцо 37 и отрицательный вывод 38.

Нижняя поверхность катододержателя 20 (фиг.3) выполнена с кривизной, обеспечивающей в радиальном направлении постоянство поперечных сечений для потока электролита, и содержит ребра 24 для крепления катодной сетки 23 и промежуточные выступы 39, ориентированные радиально и служащие для придания катодной сетке 23 жесткости.

Распределительная насадка 22 (фиг. 4 и 5) содержит несколько рядов (в приведенном примере три) концентрических отверстий 40 и расширяющееся к выходу центральное отверстие 41, отклоняющие ребра 42, предназначенные для отклонения под определенным углом выходящих из отверстий 40 потоков электролита. Ребро 43 предназначено для фиксации положения распределительной насадки 22 в катододержателе 20.

Лабиринтная система сбора электролита образована боковой и верхней поверхностями катододержателя 20, кольцевым выступом и нижней поверхностью корпуса катода 4, нижней 17 и верхней 18 лабиринтными шайбами. Верхняя лабиринтная шайба 18 (фиг.6 и 7) имеет отверстия 44 и снабжена дополнительным верхним кольцевым выступом 45. Отверстия 44 в шайбе 18 расположены под углом 180о друг к другу. Нижняя лабиринтная шайба 17 (фиг.8 и 9) снабжена внутренним кольцевым выступом 46 с четырьмя прорезями 47, расположенными под углом 90о друг к другу.

Лабиринтная система равномерной подачи электролита к распределительной насадке 22 образована кольцевым рядом отверстий 21, выполненных в катододержателе 20 над распределительной насадкой 22, верхней поверхностью и верхним кольцевым выступом 45 верхней лабиринтной шайбы 18 системы сбора электролита, нижней поверхностью корпуса катода 4 и установленной непосредственно на верхнюю лабиринтную шайбу 18 дополнительной лабиринтной шайбой 19 (фиг.10 и 11). Лабиринтная шайба 19 имеет сверху внешнюю полукольцевую канавку 48, внутреннюю кольцевую канавку 49 с четырьмя отверстиями 50, сквозное отверстия 51 и нижний внутренний выступ 52 с внутренним скосом. Полукольцевая канавка 48 и кольцевая канавка 49 соединены между собой пазами 53. Оси отверстий 50 смещены на 45о относительно пазов 53. Сама шайба 19 установлена так, что входной штуцер 15 находится над серединой полукольцевой канавки 48, т. е. под углом 90о к пазам 53, а выходной штуцер 16 находится над сквозным отверстием 51.

Работа водно-литиевого химического источника тока.

Электролит под воздействием устройства циркуляции (не показан) поступает в источник тока через входной штуцер 15 в полукольцевую канавку 48 дополнительной лабиринтной шайбы 19 (фиг.10 и 11), затем через пазы 53 и кольцевую канавку 49 в отверстия 50, далее через зазор между выступом 52 шайбы 19 и верхней поверхностью лабиринтной шайбы 18 электролит поступает в отверстия 21 катододержателя 20 и через распределительную насадку 22 в пространство над катодной сеткой 23. Затем электролит проходит между боковой поверхностью катододержателя 20 и нижним выступом корпуса катода 4, между верхней поверхностью катододержателя 20 и нижней поверхностью нижней лабиринтной шайбы 17, через прорези 47 шайбы 17 в пространство между нижней 17 и верхней 18 лабиринтными шайбами, через отверстия 44 шайбы 18 в пространство между наружным и дополнительным выступом 45 шайбы 18 и нижней поверхностью дополнительной шайбы 19 и через отверстие 51 шайбы 19 поступает в выходной штуцер 16. Принцип действия лабиринтных систем заключается в выравнивании длин путей электролита и в создании равномерного гидравлического сопротивления для потоков электролита во всех точках, т.е. лабиринтные системы подачи и сбора электролита вместе с распределительной насадкой 22 обеспечивают равномерную скорость течения электpолита над катодной сеткой 23 и равномерное растворение литиевого анода 1 в течение всего времени работы химического источника тока.

Таким образом, водно-литиевый химический источник тока работает до полного расходования литиевого анода 1 любой толщины без какого-либо ухудшения электрических характеристик.

Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы водно-литиевых химических источников тока и проведены их испытания. Как показали результаты испытаний данных источников тока, удалось существенно повысить надежность их работы, значительно упростить обслуживание, а особенно перезарядку анодов. Это естественно позволяет увеличить срок службы источника тока. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ВОДНО-ЛИТИЕВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА, содержащий литиевый анод, запрессованный в цилиндрический анодный стакан из токопроводящего материала, катод в виде установленного в цилиндрический корпус из токонепроводящего материала катододержателя с прикрепленной к его выступам катодной сеткой и размещенной по оси катододержателя распределительной насадкой, снабженной лабиринтной системой сбора электролита, образованной боковой и верхней поверхностями катододержателя, кольцевым выступом и нижней поверхностью корпуса катода, нижней и верхней лабиринтными шайбами, входной и выходной штуцеры, положительный и отрицательный электроды, систему контактного давления катод - анод на основе сильфона и устройство циркуляции электролита, отличающийся тем, что анодный стакан и корпус катода установлены в герметичный цилиндрический корпус из токонепроводящего материала, причем корпус катода установлен неподвижно и выполнен за одно с его крышкой, а анодный стакан установлен в герметичном корпусе с возможностью перемещения относительно этого корпуса и корпуса катода, причем последний дополнительно снабжен лабиринтной системой равномерной подачи электролита к распределительной насадке, образованной кольцевым рядом отверстий, выполненных в катододержателе над распределительной насадкой, верхней поверхностью и выполненным смещенным к середине верхней поверхности внутренним кольцевым выступом верхней лабиринтной шайбы системы сбора электролита, нижней поверхностью корпуса катода и установленной непосредственно на верхнюю лабиринтную шайбу дополнительной лабиринтной шайбой, имеющей сверху внешнюю полукольцевую и внутреннюю кольцевую с отверстиями канавки, нижний внутренний выступ и отверстие для прохода электролита от системы его сбора к выходному штуцеру, входной штуцер установлен симметрично выходному штуцеру относительно оси корпуса катода, нижний конец положительного электрода выполнен в виде венчика из пружинных лепестков, снабженных наружными выступами на концах, катододержатель установлен непосредственно на венчике упомянутого электрода, отрицательный электрод выполнен в виде смещенных на равный угол друг относительно друга пружинных лепестков, каждый из которых помещен в паз на боковой поверхности корпуса катода и закреплен на стойке, размещенной внутри корпуса катода параллельно положительному электроду, причем стойки соединены между собой над корпусом катода электродным кольцом.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что в дополнительной лабиринтной шайбе каждый конец внешней полукольцевой канавки соединен пазом с внутренней кольцевой канавкой, причем в последней выполнены четыре отверстия, оси которых смещены на 45o относительно пазов, а нижний кольцевой выступ выполнен с внутренним скосом.

3. Источник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в дополнительной лабиринтной шайбе пазы из внешней полукольцевой канавки во внутреннюю кольцевую канавку смещены на 90o относительно входного штуцера.




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