Система циркуляции газа для энергетической установки с электрохимическим генератором

Полезная модель относится к «водородной» энергетике и может использоваться в энергетических установках, работающих на базе водородно-воздушных и водородно-кислородных электрохимических генераторов.

Система циркуляции газа содержит источник газа (баллон с газом), батарею топливных элементов, два регулирующих клапана, потребителей, устройство управления клапанами, датчик давления, устройство подготовки газа, струйный аппарат. Струйный аппарат соплом для подвода активной среды через регулирующий клапан подключен к источнику газа, соплом для подвода пассивной среды к устройству подготовки газа и выходным патрубком через датчик давления подключен к батарее топливных элементов. В систему дополнительно введен датчик тока, который соединен с выходным патрубком батареи топливных элементов, потребителями и устройством управления клапанами.

Техническим результатом является повышение качества поддержания давления в батарее топливных элементов и обеспечение более надежной работы потребителей.

Полезная модель относится к «водородной» энергетике и может использоваться в энергетических установках, работающих на базе водородно-воздушных и водородно-кислородных электрохимических генераторов.

Наиболее близким к полезной модели является контур, описанный в статье Худякова С.А. «Разработка энергоустановок на основе щелочных топливных элементов для лунного орбитального корабля и многоразового космического корабля «Буран», журнал «Альтернативная энергетика и экология», 2002, 6, стр.37-62, который используется для циркуляции водорода и кислорода. Система циркуляции содержит батарею топливных элементов, струйный аппарат, устройство подготовки газа, датчик давления, регулирующие клапаны, устройство управления клапанами, потребителей.

Недостатком такого контура является низкое качество поддержания давления рабочего газа на батарее топливных элементов. Это связано с тем, что источником сигнала является только изменение давления. Таким образом, датчик давления подает сигнал на клапан, когда давление уже изменилось.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в поддержании заданного давления в батарее топливных элементов.

Данный результат достигается тем, что система циркуляции газа содержит источник газа (например, баллон с газом), батарею топливных элементов, струйный аппарат, два регулирующих клапана, устройство управления клапанами, датчик давления, датчик тока, устройство подготовки газа, потребителей. Струйный аппарат имеет сопло для подвода активной среды, сопло для подвода пассивной среды и выходной патрубок.

Струйный аппарат, в качестве средства обеспечения избыточного расхода реагента, соплом для подвода активной среды через регулирующий клапан подключен к источнику газа, соплом для подвода пассивной среды к устройству подготовки газа и выходным патрубком через датчик давления подключен к батарее топливных элементов.

Согласно полезной модели, в систему дополнительно введен датчик тока, который соединен с выходным патрубком батареи топливных элементов, устройством управления клапанами и потребителями.

Полезная модель поясняется чертежом. На Фиг.1 приведена схема системы циркуляции газа.

Система циркуляции газа содержит баллон с газом 1, батарею топливных элементов 2, струйный аппарат 3, два регулирующих клапана 11 и 12, устройство управления клапанами 10, датчик давления 8, датчик тока 9, устройство подготовки газа 7, потребителей 13.

Струйный аппарат 3 имеет сопло 4 для подвода активной среды, сопло 5 для подвода пассивной среды и выходной патрубок 6. Струйный аппарат 3 в качестве средства обеспечения избыточного расхода реагента, соплом 4 для подвода активной среды через регулирующий клапан 11 подключен к выходному патрубку баллона с газом 1, соплом 5 для подвода пассивной среды к устройству подготовки газа 7 и выходным патрубком 6 через датчик давления 8 подключен к батарее топливных элементов 2.

Два регулирующих клапана 11 и 12 используются в качестве регуляторов давления в контуре батареи топливных элементов 2, управление которыми происходит согласно устройству управления клапанами 10, по сигналам датчика давления 8 (по давлению реагента) и датчика тока 9 (по изменению тока в цепи).

Устройство подготовки газа 7 применяется для оптимизации водного и температурного режима батареи топливных элементов 2 при минимальном увеличении сопротивления контура рециркуляции.

Система циркуляции газа работает следующим образом.

Баллон с газом 1 подает газ по трубопроводу в сопло 4 для подвода активной среды струйного насоса 3.

Если в контуре наблюдается повышение давления, то датчик давления 8 подает сигнал регулирующему клапану 12 о выбросе давления в дренаж.

Регулирующий клапан 11 регулирует давление в контуре, а регулирующий клапан 12 избыток давления выбрасывает в дренаж, т.е. клапаны 11 и 12 поддерживают давление в контуре.

Происходит подключение нагрузки к батарее топливных элементов 2. При увеличении мощности увеличивается расход газа. Датчик давления 8 на это увеличение сразу никак не реагирует, а датчик тока 9 без задержки увеличивает расход газа (до действия датчика давления 8), вырабатывая сигнал на изменение подачи газа до того, как давление в батарее топливных элементов 2 начнет изменяться.

Таким образом, сигнал датчика тока 9 является опережающим и давление в системе еще не успело измениться.

Когда топливные элементы начнут отрабатывать нагрузку, давление газа может измениться и тогда уже подключается датчик давления 8, который подкорректирует расход газа с помощью регулирующих клапанов 11, 12.

При снижении мощности ситуация обратная.

Устройство управления клапанами 10 преобразует сигналы от датчика давления 8 и датчика тока 9 в сигналы приводов регулирующих клапанов 11 и 12.

Датчик давления 8 необходим для того, чтобы поддерживать заданный уровень давления. Чтобы ускорить процесс реакции контура на изменение мощности потребителей 13, необходим датчик тока 9, т.к. датчик давления 8 запаздывает из-за большой постоянной времени реакции пневматического регулятора.

Таким образом, повышается качество поддержания давления в батарее топливных элементов и обеспечивается более надежная работа потребителей.

Система циркуляции газа, содержащая источник газа (баллон с газом), батарею топливных элементов, два регулирующих клапана, потребители, устройство управления клапанами, датчик давления, устройство подготовки газа, струйный аппарат, который соплом для подвода активной среды через регулирующий клапан подключен к источнику газа, соплом для подвода пассивной среды к устройству подготовки газа и выходным патрубком через датчик давления подключен к батарее топливных элементов, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен датчик тока, который соединен с выходным патрубком батареи топливных элементов, потребителями и устройством управления клапанами.