Плоский гальванический элемент
Плоский гальванический элемент, содержащий плоские положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, выполненным из пористого листового материала, с возможностью впитывания и удерживания электролита во внутреннем пространстве гальванического элемента, отличается тем, что электроды выполнены из гибкого рулонного материала, например, металлической фольги, сепаратор выполнен из гибкого рулонного, высокопористого материала с открытыми порами, например, полиуретана, при этом, названные элементы заключены в герметичный корпус выполненный из гибкого, непроницаемого для электролита материала, причем, по крайней мере светопринимающая поверхность герметичного корпуса выполнена из светопрозрачного гибкого материала, например поливинилхлорида, кроме того, между поверхностью электрода и светопринимающей поверхностью герметичного корпуса размещен змеевик, выполненный из уложенной горизонтальными рядами трубки, выполненной из светопрозрачного материала, например поливинилхлорида или полиэтилена, при этом полость змеевика гальванического элемента заполнена светопрозрачным жидким рабочим агентом и включена в теплоподводящий контур, теплообменника или потребителя нагретого рабочего агента. Кроме того, в качестве электролита использован концентрированный раствор поваренной соли. Кроме того, в качестве жидкого рабочего агента использован антифриз. Кроме того, плоский гальванический элемент, электрически последовательно связан с по меньшей мере одним другим плоским гальваническим элементом. Полезная модель позволяет упростить конструкцию устройства и обеспечивает возможность его изготовления из недефицитных материалов. Кроме того, обеспечивается возможность одновременного использования устройства для решения задач теплоснабжения и/или горячего водоснабжения. 3 з.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к фотоэлектрической, предпочтительно кровельной панели, более конкретно, к фотоэлектрической кровельной панели, содержащей несущую конструкцию и блок солнечных батарей, который содержит солнечные батареи, соединенные последовательно.
Известны различные виды солнечных батарей, преобразующих солнечную энергию в электрическую. В них множество отдельных элементов, преобразующих непосредственно солнечную энергию в электрическую, устанавливают вплотную друг к другу, образуя плоскую поверхность (панель) солнечной батареи (см. RU 
2127008 и 2133415, US 5647915).
Недостаток этого решения - сложность получения материала для изготовления фотопреобразующих элементов и недостаточно эффективное использование площади батареи.
Известен блок солнечных батарей в кровельной панели содержащий, задний электрод, фотоэлектрический слой и передний электрод и несущую конструкцию которая на стороне переднего электрода, должна быть прозрачной, предпочтительно из прозрачного полимера. Подходящие материалы включают в себя гибкие материалы, такие как полимерная пленка или металлическая фольга. Передний электрод предпочтительно выполняется из прозрачного проводящего оксида, такого, как например, оксид индия-олова, оксид цинка; оксид цинка, легированный алюминием, фтором или бором, сульфид кадмия, оксид кадмия, оксид олова и F-легированный SnO2. Фотоэлектрический слой может содержать любую подходящую систему, известную специалистам в данной области техники, например аморфный кремний (а-Si:H), микрокристаллический кремний, поликристаллический кремний, монокристаллический кремний, аморфный карбид кремния (a-SiC) и a-SiC:H, аморфный кремний-германий (a-SiGe) и a-SiGe:H, a-SiSn:H, a-SiSn:H. Также может использоваться CIS (диселенид меди-индия CuInSe2 ), теллурид кадмия, Cu(In,Ga)Se, ZnSe/CIS, ZnO/CIS и Mo/CIS/CdS/ZnO. Предпочтительным является использование тонкопленочных солнечных батарей, например, из аморфного или микрокристаллического кремния. Задний электрод, который в зависимости от использования блока солнечных батарей может также служить в качестве отражателя, может быть выполнен, например, из алюминия, серебра или их комбинации.
Недостаток этого решения сложность получения материала для изготовления слоев, составляющих блок солнечных батарей.
Известен также плоский гальванический элемент, содержащий плоские положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором выполненным из пористого листового материала, с возможностью впитывания и удерживания электролита во внутреннем пространстве гальванического элемента (см. RU 2298264, Н01М 10/18, Н01М 6/48, 2002 г.)
Отрицательный электрод может быть выполнен из материала, выбранного из следующего перечня: кадмий, железо, водород, цинк, серебро, гидрид металла, литий, свинец, литиевоугольный материал, например уголь, содержащий литиевый материал, а также смеси этих материалов, кроме того, могут быть использованы гидриды никеля, железа, лития, меди, смеси этих веществ а также мишметаллогидридные сплавы, которые могут состоять из гидридобразующих металлов, таких как Mn Ni3,5Co0,7Al0,83, типа АВ 5 или композиций АВ2. Положительный электрода может быть выполнен из никеля, лития, марганца, меди, кобальта, серебра, окиси или гидроокиси марганца, меди, ртути, серебра, магния, лития, а также их комбинация.
Вышеупомянутое конструктивное решение имеет достаточно высокую конструктивную сложность и для его изготовления требуются материалы получаемые по особым технологиям. Кроме того, известные решения имеют достаточно узкий функционал.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель является упрощение конструкции устройства и расширение функциональных возможностей.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции устройства и обеспечении возможности его изготовления из недефицитных материалов. Кроме того, обеспечивается возможность одновременного использования устройства для решения задач теплоснабжения и/или горячего водоснабжения.
Данная задача решается за счет того, что плоский гальванический элемент, содержащий плоские положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором выполненным из пористого листового материала, с возможностью впитывания и удерживания электролита во внутреннем пространстве гальванического элемента, отличается тем, что электроды выполнены из гибкого рулонного материала, например, металлической фольги, сепаратор выполнен из гибкого рулонного, высокопористого материала с открытыми порами, например, полиуретана, при этом, названные элементы заключены в герметичный корпус выполненный из гибкого, непроницаемого для электролита материала, причем, по крайней мере светопринимающая поверхность герметичного корпуса выполнена из светопрозрачного гибкого материала, например поливинилхлорида, кроме того, между поверхностью электрода и светопринимающей поверхностью герметичного корпуса размещен змеевик, выполненный из уложенной горизонтальными рядами трубки, выполненной из светопрозрачного материала, например поливинилхлорида или полиэтилена, при этом полость змеевика гальванического элемента заполнена светопрозрачным жидким рабочим агентом и включена в теплоподводящий контур, теплообменника или потребителя нагретого рабочего агента. Кроме того, в качестве электролита использован концентрированный раствор поваренной соли. Кроме того, в качестве жидкого рабочего агента использован антифриз. Кроме того, плоский гальванический элемент, электрически последовательно связан с по меньшей мере одним другим плоским гальваническим элементом.
Сравнение совокупности признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа подтверждает его соответствие критерию "новизна".
При этом совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи - упрощение конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей.
На фиг.1 показан вертикальный разрез плоского гальванического элемента (вариант размещения электродов и змеевика в одном отсеке корпуса) в сборе с теплоподводящим контуром; на фиг.2 показан вертикальный разрез плоского гальванического элемента (вариант размещения электродов и змеевика в разных отсеках корпуса.
На чертежах показаны плоские положительный 1 и отрицательный 2 электроды, сепаратор 3, герметичный корпус 4 со светопринимающей поверхностью 5 змеевик 6, теплоподводящий контур 7, теплообменник 8, его теплопринимающий контур 9, пробка 10 заливного патрубка 11, электрические выводы 12 батареи, отводы 13 теплоподводящего контура 7.
Положительный 1 и отрицательный 2 электроды выполнены из гибкого рулонного материала, например, металлической фольги. При этом использованы пары металлов отличающихся по электрохимической активности, например медь-никель. При этом, толщина расходуемого электрода (более активного металла в паре) принята большей. Сепаратор 3 выполнен из гибкого рулонного, высокопористого материала с открытыми порами, например, полиуретана, кожи, сукна и т.п.
В качестве электролита использован концентрированный раствор поваренной соли. Зарядку батареи электролитом осуществляют непосредственно перед ее запуском в работу, заливкой последнего через заливной патрубок 11, который затем закрывают пробкой 10.
Электроды 1, 2 и сепаратор 3 заключены в герметичный корпус 4, который выполнен из гибкого, непроницаемого для электролита материала. Причем, по крайней мере светопринимающая поверхность 5 герметичного корпуса 4 выполнена из светопрозрачного гибкого материала, например поливинилхлорида или полиэтилена.
Свойства названных материалов:
- поливинилхлорид прозрачен как стекло, гибок, стоек к воздействию химических веществ, неподвержен старению, очень стоек на истирание, допустимая температура окружающей среды -5°С+60°С.
- полиамид высокопрочен, герметичен, гибок, термостойкий, допустимая температура окружающей среды -60°С до +110°С.
-полиэтилен прозрачен, гибок, стоек к воздействию химических веществ, ударопрочен, стоек к резким перепадам температур, легок, допустимая температура окружающей среды -40°С до +80°С.
Выбор материала корпуса определяется рабочими параметрами среды в которой эксплуатируется заявленное устройство.
Предпочтительно, чтобы герметичный корпус 4 был разделен на два отдельных отсека 1 - для размещения электродов, другой для размещения змеевика, хотя с учетом материала змеевика это может быть непринципиальным. Электрические выводы 12 батареи известным образом выведены через верхний торец герметичного корпуса 4.
В зазоре между обращенной к солнцу поверхностью отрицательного электрода 2 и светопринимающей поверхностью 5 герметичного корпуса 4 размещен змеевик 6, сформированный из трубки, выполненной из светопрозрачного материала, например поливинилхлорида или полиэтилена, уложенной горизонтальными рядами. При этом концевые участки змеевика снабжены соединительными муфтами известной конструкции (на чертежах не показаны) обеспечивающими возможность соединения с соответствующими разъемами, выполненными на стыкуемых с ним отводах 13 теплоподводящего контура 7.
Полость змеевика гальванического элемента заполнена жидким рабочим агентом и включена в теплоподводящий контур 7 теплообменника 8, теплопринимающий контур 9 которого сообщен с потребителем (если в качестве жидкого рабочего агента использован антифриз, который далее отдает тепло воде, потребляемой пользователем). Если в качестве жидкого рабочего агента использована вода, то теплоподводящий контур 7 (в который она отводится из змеевика) является теплоподводящим контуром 7 потребителя рабочего агента (нагретой воды - раздаточным краном или нагревательным радиатором - на чертежах не показаны).
Заявленное устройство работает следующим образом.
После размещения батареи в рабочем положении (предпочтительно наклонно или вертикально, заливочным патрубком 10 вверх, и подключения змеевика 6 к отводам 12, теплоподводящего контура 7, в полость герметичного корпуса 4 между электродами 1 и 2 заливают электролит. Это, известным образом, приводит к появлению разности потенциалов между электродами 1 и 2. Фотоны солнечной энергии, падающие на обращенный к солнцу электрод батареи способствуют росту разности потенциалов между электродами батареи (при этом светопрозрачность жидкого рабочего агента, материала змеевика и светопринимающей поверхности 5 герметичного корпуса 4 минимизирует потери солнечной энергии).
Тепло выделяющееся в ходе электрохимического процесса и солнечная радиация приводят к нагреву рабочего агента который переносит тепло в теплоподводящий контур 7, где оно используется в целях отопления и/или горячего теплоснабжения. При этом горизонтальность расположения ветвей змеевика исключает его «запирание» нагретым рабочим агентом.
Если в качестве жидкого рабочего агента использован антифриз, то он испаряясь, должен отдать свое тепло теплопринимающему контуру 9, теплообменника 8 (заполненного водой и, таким образом, обеспечить нагрев воды для нужд теплоснабжения и/или горячего водоснабжения). Если в качестве жидкого рабочего агента использована вода, то теплоподводящий контур 7 (в который нагретая вода отводится из змеевика) сразу обеспечивает подачу нагретой воды для нужд теплоснабжения и/или горячего водоснабжения.
1. Плоский гальванический элемент, содержащий плоские положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, выполненным из пористого листового материала, с возможностью впитывания и удерживания электролита во внутреннем пространстве гальванического элемента, отличающийся тем, что электроды выполнены из гибкого рулонного материала, например металлической фольги, сепаратор выполнен из гибкого рулонного, высокопористого материала с открытыми порами, например полиуретана, при этом названные элементы заключены в герметичный корпус, выполненный из гибкого, непроницаемого для электролита материала, причем по крайней мере светопринимающая поверхность герметичного корпуса выполнена из светопрозрачного гибкого материала, например поливинилхлорида, кроме того, между поверхностью электрода и светопринимающей поверхностью герметичного корпуса размещен змеевик, выполненный из уложенной горизонтальными рядами трубки, выполненной из светопрозрачного материала, например поливинилхлорида или полиэтилена, при этом полость змеевика гальванического элемента заполнена светопрозрачным жидким рабочим агентом и включена в теплоподводящий контур, теплообменника или потребителя нагретого рабочего агента.
2. Плоский гальванический элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита использован концентрированный раствор поваренной соли.
3. Плоский гальванический элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого рабочего агента использован антифриз.
4. Плоский гальванический элемент по п.1, отличающийся тем, что плоский гальванический элемент, электрически последовательно связан с, по меньшей мере, одним другим плоским гальваническим элементом.
