Источник тока на основе топливных элементов с непрямым окислением топлива

Предлагаемая полезная модель предназначена для питания электрическим тока портативного электронного устройства малой мощности. Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в уменьшении стоимости и сложности источника тока и в обеспечении стабильности параметров выработки водорода.

Поставленная техническая задача решается тем, что известный источник тока, содержащий БТЭ, соединенный с ней отсек с топливом, насосы, согласно полезной модели, дополнительно снабжен рециркуляционным насосом, установленным на стороне анодов топливных элементов, отсеком с водой, соединенным с отсеком с топливом, датчиками давления и датчиками температуры газов, теплообменником, вход которого подсоединен к отсеку с топливом, а выход - к батарее топливных элементов, при этом электролит выбран щелочным, в качестве топлива выбрана смесь борогидрида натрия NaBH₄ и соли металла группы железа, в соотношении (30÷3):1.

1 илл.

Предлагаемая полезная модель предназначена для питания электрическим тока портативного электронного устройства малой мощности.

Известно устройство (US 6,989,206 В2, США, 2006), содержащее последовательно соединенные отсек с топливом, смесительную камеру, батарею топливных элементов (БТЭ) с твердополимерным электролитом (ТПЭ), отсек с окислителем, присоединенный к БТЭ, систему восстановления топлива, установленную на магистрали отвода газа от анода, и систему сепарации воды, которая установлена на магистрали отвода газа от катода БТЭ, и соединена со смесительной камерой.

Известное устройство обладает следующими недостатками: необходимость применения дополнительных устройств для отделения воды от неиспользованного окислителя и смешения воды с топливом, высокая стоимость БТЭ с ТПЭ, необходимость применения в качестве катализаторов в БТЭ с ТПЭ металлов платиновой группы.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в уменьшении стоимости и сложности источника тока и в обеспечении стабильности параметров выработки водорода.

Поставленная техническая задача решается тем, что известный источник тока, содержащий БТЭ, соединенный с ней отсек с топливом, насосы, согласно полезной модели, дополнительно снабжен рециркуляционным насосом, установленным на стороне анодов топливных элементов, отсеком с водой, соединенным с отсеком с топливом, датчиками давления и датчиками температуры газов, теплообменником, вход которого подсоединен к отсеку с топливом, а выход - к батарее топливных элементов, при этом электролит выбран щелочным, в качестве

топлива выбрана смесь борогидрида натрия NaBH ₄ и соли металла группы железа, в соотношении (30÷3):1.

На рисунке представлена схема источника тока с непрямым окислением топлива. Источник тока состоит из БТЭ 1, составной частью которого являются анодные камеры 2, отсека с топливом 3, рециркуляционного насоса 4, отсека с водой 5, датчиков давления 6 и датчиков температуры газов 7, теплообменника 8, вход которого подсоединен к отсеку с топливом 3, а выход - к БТЭ 1, насоса 9, клемм 10. Отсек с топливом 3 и БТЭ 1 соединены подающим трубопроводом 11 и обратным трубопроводом 12, на которых установлен теплообменник 8. На трубопроводах 11 и 12 установлены датчики давления 6 и датчики температуры 7. В БТЭ 1 имеются каналы для подачи воздуха 13 и фильтр 14. Через БТЭ проходит охлаждающий контур 15, состоящий из магистрали 16 и теплообменника 17. Управление всеми процессами производится системой управления 18, которая включает микроаккумулятор 19.

При включении источника тока система управления 18 подает сигнал на включение насоса 9, который с помощью энергии микроаккумулятора 19 начинает подачу воды из отсека для воды 5 в отсек для топлива 3, а также на включение рециркуляционного насоса 4, который осуществляет рециркуляцию воды и водяного пара через анодные камеры 2 БТЭ 1 и отсек с топливом 3, что стало возможным благодаря использованию щелочного электролита в БТЭ 1. В отсеке для топлива 3 протекает реакция взаимодействия воды с топливом с образованием водорода. Водород под действием избыточного давления в отсеке с топливом 3 направляется по подающему трубопроводу 11 в теплообменник 8, где происходит его нагрев, а затем в БТЭ 1. В БТЭ 1 также поступает воздух по каналам 13, очищенный от углекислого газа с помощью фильтра 14. Замена фильтра 14 может происходить одновременно с заменой топлива. В БТЭ 1 происходят реакции окисления водорода и восстановления кислорода с образованием

на в анодных камерах 2 водяного пара. Смесь водорода и водяного пара с помощью рециркуляционного насоса 4 направляется в теплообменник 8, где охлаждается, а затем в отсек с топливом 3, где водяной пар вступает в реакцию с топливом. Давление и температура водорода в подающем и обратном трубопроводе контролируется датчиками 6 и 7, регулирование скорости подачи водорода в зону реакции осуществляется на основании данных от датчиков давления 6 и датчиков температуры газов 7. Охлаждение батареи топливных элементов осуществляется за счет циркуляции охлаждающей жидкости в контуре 15 по магистрали 16 через теплообменник 17.

Поставленная техническая задача решена, источник тока с непрямым окислением топлива имеет меньшие массогабаритные характеристики и стоимость и более стабильные параметры выработки водорода, благодаря применению топливных элементов с щелочным электролитом, что позволило избежать применения платиновых катализаторов, благодаря осуществлению рециркуляции водяного пара и водорода через анодные камеры топливных элементов и отсек с топливом, что позволяет не использовать сепаратор для отделения воды от неиспользованного окислителя, благодаря тому, что смешение воды и топлива осуществляется в отсеке с топливом, не требуется использование отдельной камеры смешения.

Источник тока на основе топливных элементов с непрямым окислением топлива, содержащий батарею топливных элементов, соединенный с ней отсек с топливом, отличающийся тем, что он снабжен рециркуляционным насосом, установленным на стороне анодов топливных элементов, отсеком с водой, соединенным с отсеком с топливом, датчиками давления и датчиками температуры газов, расположенными на подающем и обратном трубопроводе, теплообменником, вход которого подсоединен к отсеку с топливом, а выход - к батарее топливных элементов, при этом электролит выбран щелочным, в качестве топлива выбрана смесь борогидрида натрия NaBH₄ и соли металла группы железа в соотношении (30÷3):1.