RU1817160C

RU1817160C - Комбинированна электрохимическа установка транспортного средства

Info

Publication number: RU1817160C
Application number: SU914916423A
Authority: RU
Inventors: Вадим Ростиславович Беляев
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1993-05-23

Description

Изобретение относитс к электроэнергетике и экологии и предназначено дл использовани на городском автомобильном транспорте с двигател ми внутреннего сгорани (ДВС), например автобусах, дл снижени в несколько раз количества токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработанными газами, повышени устойчивости работы ДВС на бедных топливных смес х, а также замены кислотно-свинцовых аккумул торов и существенного улучшени атмосферной среды в городе.

Целью изобретени вл етс создание относительно малогабаритной КЭУ дл использовани на городском автомобильном транспорте вместо кислотно-свинцовых аккумул торов , способной длительное врем работать в электролизном режиме, существенно улучшать экологические показатели ДВС и повышать удобство эксплуатации автомобил .

Поставленна цель достигаетс благодар тому, что в комбинированной электрохимической установке, состо щей из электролизной и топливной частей, содержащей набранные в блоки пористые пластинчатые электрохимические чейки с твердым смачиваемым водой электролитом и вспомогательные водородные камеры с гидридом металла, в которой электроды чеек контактируют одновременно с воздухом, водородом и твердым электролитом, а в режиме электролиза воды электроэнерги поступает от внешнего источника посто нного тока, соединенного с КЭУ автоматической системой коммутации, предусмотрены следующие отличи :

каждые две электрохимические чейки в блоке установлены так, что образуют сдвоенный электрохимический элемент, у которого водородные электроды обращены друг к другу, электрически соединены параллельно и с помощью уплотн емой фторопласто- вой рамочной прокладки образуют дополнительную водородную камеру;

кислородные электроды в каждом элементе электрически соединены параллельно, а между соседними элементами в каждом блоке обращены друг к другу и установлены так, что образуют полости дл прохождени воздушного потока, направл емого в систему питани автомобил ;

водородные камеры и воздушные полости соединены между собой через электролизный гидравлический зазор и фторопластовые перфорированные перегородки, залитые водой, через которые поступает водород из водородной камеры в воздушную полость при электро- лизе, продуваемую вэрывобезопасным потоком воздуха;

водородные камеры соединены с газопроводом выпускных газов, обедненных по кислороду до взрывобёзопасных концентраций с водородом, через аварийный гидравлический затвор, уровень которого выше уровн электролизного гидравлического затвора;

автоматическа система коммутации при недостаточном собственном тепловы0 делении КЭУ в зимних услови х включает омические нагреватели и поддерживает температуру не ниже -Н°С всех соприкасающихс с водой ее узлов.

Отличительные признаки предлагаемой

5 установки приведены в табл. 1.

На фиг. 1 дан вертикальный поперечный разрез КЭУ; на фиг. 2 - сечение по А-А; на фиг. 3 - сдвоенный электрохимический элемент , вертикальный поперечный разрез; на

0 фиг, 4 - схема включени КЭУ в систему питани автомобил ; на фиг. 5 - схема автоматической системы коммутации КЭУ.

Комбинированна (электролизно-топ- ливна ) электрохимическа установка 1 со5 стоит из нижней электролизной части и верхней топливной части 2, расположенных . в коррозионностойком корпусе 3, четырех блоков 4, каждый из которых набран из двенадцати последовательно соединенных

0 сдвоенных электрохимических элементов 5, основной водородной камеры 6, заполненной гидридом металла 7 и соединенной перфорированными гибкими металлическими трубками 8 с дополнительными водородны5 ми камерами 9, Камера 9 каждого сдвоенного элемента. 5 сообщаетс через водный электролизный гидрозатвор 10 и перфорированную фтороиластовую пластину 11 с воздушными полост ми 12, вентилируемы0 ми потоком воздуха 13, прошедшим через фильтр 14 и направл емым в карбюратор 15 и далее в ДВС 16 во врем его работы.

Минимальный уровень гидрозатвора 10, пропускающего водород из водородных

5 камер 6 и 9 в воздушные полости 12, посто нно поддерживаетс с помощью поплавкового клапана 17, через который вода 18 поступает самотеком из водного бака 19 в нижнюю электролизную часть КЭУ 1.

0 Сдвоенный электрохимический элемент 5 состоит из двух пластинчатых электрохимических чеек 20 и 21 квадратного сечени (или пр моугольного) с твердым пористым гидрофильным электролитом 22, водород5 ные пористые электроды которых 23 обращены друг к другу и отделены уплотн емой фторопластовой рамочной прокладкой 24. Трубка 8 из коррозионностойкого металла уплотн етс в прокладке 24 фторопластовой конической втулкой 25, поджимаемый

тайкой 26 через упругий элемент 27 из кор- розионностбйких металлов. В качестве гидрида металла 7 может быть использован дисперсный лантанид никел LaNIsc насыпным весом (массой) 3,2 г/см3, стойкий в парах воды и обладающий избирательной способностью к поглощению водорода из смеси газов. В нижней части чеек 20 и 21 предусмотрены отверсти 28, через котог рые водород проходит в воздушную полость 12 через электролизный гидрозатвор 10 и перфорированную фтороплаетову го пластину 11 . Пористые электроды водородные 23 и кислородные 22 в каждом сдвоенном элементе 5 электрически соединены параллельно, а в каждом блоке 4 - поёледовательно с помощью , тоководов соответственно 31 и 32. Гидрйдметалла 7 посто нно упруго поджатс помощью подвижной пластины 33 и пружин 34, упирающихс в крышку 35. На одном из кислородных электродов 29 укреплены наклонные перфорированные экраны 30 (в каждом блоке 4) из коррозионностойкого материала, предназначенные дл распределени и направлени воздушного потока 13 вдоль поверхностей кислородных электродов 29. .. /.: -. --; -: :- -;-:-;: : : ; ;:: :;;.- .Сдвоенные элёктррхймичесййе элементы 5 изолированы от корпуса 3 фторопласте вой прокладкой 36. закрывающей днище 37, и собраны в блоки 4 с помощью рамочных ст жек Зб;с упругими нажимными устройствами 39 из коррозионностойких металлов. Каждый блок имеет токовыводные полюса

()40й41. . ; ; ;

.Основна водородна камера 6 с.помощью штуцера 42 соединена с аварийным гидрозатвором 44, уровень которого установлен выше уровн электролизного гидрозатвора 10 и который соединен с газопроводом выпускных газов 45, обедненных по кислороду до взрывобезопасных с водородом концентраций.: На входе потока воздуха 13 установлен пластинчатый распределитель 47 воздушного потока, а на выходе парогазовой смеси (возд. + На + 02 + НаО) установлен конден- сатор 48 паров воды, охлаждаемый через стенку корпуса Зс помощью Теплопроводных ребер 49 внешним потоком воздуха от вентил тора автомобил . На всех соприка- ющихс с водой узлах установки предусмотрены электронагреватели 50 дл создани условий незамерзаемрсти КЭУ 1 при недостаточности собственного тепловыделени , особенно во врем сто нки с выключенным ДВС в зимних услови х.

Водный бак 19 оснащен магнитоэлектрическим измерителем 51 уровн воды 18.

КЭУ 1 высокоамперными проводниками

соединен через автоматический коммутатор

52 с электрической системой 53 автомобил

и, следовательно с генератором посто нного тока 54, стартером 55 и электронагревател ми RSO - Rse, включаемыми при необходимости с помощью автоматических выключателей Ви и Bi2 в зимних услови х.

U - Автоматический коммутатор 52 состоит

из управл емых выключателей Si, 82,63,

В/1, Bs, Be. Вю и автоматических выключате- лей IB, Be, 89. . ; . ; :,:..;,: i При включенном ДВС 16 посто нный

ток:.от генератора 54 с номинальньтм напр жением 24 В поступает через замкнутые вы-; ключатели Вю, Bs, Bs. Be, Bj. 64 в КЭУ / 1 дл элёктролизб вода и генерировани , водорода со стехирй/ютрическим количеством кислорода, при этом управл емые выключатели Bi и И22 разомкнуты.

Приостанов еннойДВС16КЭУ 1 рабо- тает в топливном режиме генераций посто нного тока, который при номинальном

напр жении 24 В поступает через замкнутые выключатели 82. В, .В, Вв, Вэ, Вю в электрическую систему 53 автомобил , при этом управл емые выключатели Вз. Й4, Bs и Be разомкнуты. ...

При стартерном пуске ДВС 16 с номи- кальным напр жением 12 8 ток поступает

от параллельно включенных блоков 4 через замкнутые выключатели Вз, В, Bs, Be, Bg, В18. при этом выключатели Bi, 82, Вт, Вю

разомкнуты./; V Предложенной комбинированной электрохимической установкой пользуютс следующим образом. ;

Пуск в работу. После проверки правильности монтажа узлов установки ее продувают технически чистым азотом (с концентрацией не ниже 97 об,%) и бак 19

заполн ют дистиллированной водой 18 до заданного уровн . Первый запуск ДВС 16 провод т от внешнего пускового устройства (аккумул тора или пусковика). При запуске от собственного стартера 55 разнополюсные клеммы внешнего источника соедин ют высокоампе-рными проводами с соответствующими полюсными токовыво-;: дами 40 и 41 К$У 1, выключатели В1, 82, В и В8 размыкают, В9 замыкают, остальные

выключатели коммутатора 52 должны быть замкнуты..

При первом пуск ДВС 16 работает только на бензрвоздушной смеси. После накоплени достаточного количества водорода в основной водородной камере 6 последую-, щие пуски ДВС 16 ничем не отличаютс от стартерных пусков двигател от собственного аккумул тора.

Установка работает следующим образом . После запуска ДВС 16 автоматически включаетс генератор посто нного тока 54 и автоматические выключатели 87 и 88 замыкают . При этом КЭУ 1 начинает работать в режиме электролиза воды. Электрический ток при напр жении на каждом элементе около 2 В поступает на электроды 23 и 29, где происход т электрохимические обратимые реакции:

на водородном

электроде 2НаО+ 2е Н2 + 2(ОН),

в твердом

электролите((OH);.

на кислородном

электроде 2(.502 + + 25.

При электролизе эти реакции смещены вправо, а при генерации тока смещены влево при напр жении околоО,5-1 В, когда КЭУ 1 начинает работать при остановленном ДВС 16 или выключенном генераторе 54.

При эксплуатации установки периодически доливают воду в бак 19, не допуска снижени уровн воды ниже предельного значени , после которого управл емые выключатели BS и Be отключают установку, а при дальнейшем уменьшении уровн воды срабатывает аварийный гидрозатвор 44, предотвращающий образование взрывоопасной газовой смеси.

При необходимости полного использовани номинальной мощности ДВС КЭУ 1 отключают путем размыкани выключателей Bs и Be.

Предложенна электрохимическа установка обладает р дом преимуществ перед прототипом, отмеченных в табл. 2.

Предлагаема установка предназначена дл решени экологических и социальных задач, св занных с оздоровлением атмосферной среды в городе, уменьшением .выбросов окиси углерода в дес тки раз и углеводородов в несколько раз, заменой кислотно-свинцовых аккумул торов на воздушно-водородные , а также с повышением удобств при обслуживании автомобил .

По предложенному техническому решению следует разработать технический и рабочий проекты, изготовить опытный образец КЭУ, провести его натурные ресурсные испытани на автомобиле, оценить затраты при серийном изготовлении КЭУ, провести

технологические исследовани дл разработки более совершенных электрохимических элементов с целью дальнейшего уменьшени массогабаритных характеристик и повышени ресурса работы КЭУ,

Claims

Формула изобретени

Комбинированна электрохимическа установка транспортного средства, состо ща из электролизной и топливной частей, содержаща набранные в блоки пористые

пластинчатые электрохимические чейки с твердым электролитом, смачиваемым водой , и вспбмогательные водородные камеры , заполненные гидридом металла, автоматическую систему, коммутации, соединенную с внешним источником посто нного тока, отличающа с тем, что, с целью упрощени конструкции и уменьшени ее размеров, каждые две электрохимические чейки в блоке установлены с

образованием сдвоенного электрохимического элемента, у которого водородные электроды обращены друг к другу, электрически соединены параллельно и с помощью уплотн емой фторопластовой рамочной

прокладки образуют дополнительную водородную камеру, кислородные электроды в каждом элементе электрически соединены параллельно, а между соседними элементами в каждом блоке обращены друг к другу и

установлены с образованием полости дл прохождени воздушного потока, используемого в системе питани транспортного 1 средства, водородна камера и воздушна полость соединены между собой через электролизный гидравлический затвор и фтороп- ластовую перфорированную перегородку, залитую водой, пропускающую при электролизе воды водород в воздушную полость, вентилируемую потоком воздуха, а водородные

камеры снабжены аварийным гидравлическим затвором с высотой столба, большей высоты столба электролизного гидравлического затвора, дл соединени с газопроводом выпускных газов транспортного

средства.

Таблица 1

Каждые две электрохимические чейки в бло установлены так, что образуют сдвоенный электрический элемент у которого водородные электроды обращены друг к другу, электрически соединены параллельно и с поно- щыо уплотн емой фторо пластовой рамочной прокладки образуют дополнительную водородную камеру;

кислородные электроды в каждом элемент электрически соединены параллельно, между соседними элементами в каждом блоке обращены друг к другу и установлены так(что образуют полости дл прохождени воздушного потока, направл емого- в систему питани автомобил ;

водородные камеры и воздушные полости соединены между собой через электрот.. . лизный гидравлический затвор и фторо- . пластовую перфорированную перегородку, залитую водой, через которые поступает водород из водородной камеры в воздушную полость, продуваемую вэрывобезопасным потоком воздуха при электролизе.

водородные камеры соединены с газопрово дом выпускных газов через аварийный гидравлический затвор, ; уровень которого выше уровн электролизного гидравлического затравора;

автоматическа система коммутации при недостаточном собственном тепловыделении КЭУ в зимних услови х включает омические нагреватели и поддерживает температуру не ниже + Iе С всех соприкачакщихс с водой ее узлов.

,

Новое свойство присутствует в техническом решении , предложенном автором.

Обеспечивают посто нную вентил цию воздушных полостей и взры- вобеэопасность КЭУ при ее работе а режиме электролиза .

Преп тствует- проникновению воздухе в водородную камеру и обеспечи-. .8ает вэрывоопас- ность КЭУ при работе ее в режиме генерации электрического тока.

Обеспечивает вэры- вобезопасность КЭУ в ситуаци х, св занных с аварийной утечкой воды

Автоматически включает и поддерживает заданную температуру

Нет нового свойства

Конструкци КЭУ

Сложна

Вз рыво защищенност ь

Не извест- Обеспечена на конструкцией КЭУ

Морозостойкость

Потребл ема мощность источника питани посто нным током, кВт

Напр жение источника питани , В

Напр жение КЭУ, В:

при электролизе

при генерировании тока . при стартерном пуске Плотность тока, А/см2:

при электролизе

при генерировании тока

при стартерном пуске Емкость КЭУ, А ч

Габаритные размеры, (ммхммхмм)

Расход воды при электр., кг/ч

Масса, кг

Таблица. 2

енна

ечена рукКЭУ

Разработка сдвоенных электрохимических элементов, использование низких плотностей токов на электродах и температур до-6°. С при давлении водорода 0,1 НПа

Разработка конструкции с электролизным и аварийным гидрозатвором, вентилируемой потоком воздуха при электролизе, создающим концентрацию с водородом меньшую нижнего предела детонационной концентрации.

Обеспечена автоматическим включением электронагревателей, поддерживающих температуру всех соприкасающихс с водой частей КЭУ не ниже +1° С при недостаточном соб ственном тепловыделении в зимних услови х

Расчетные показатели КЗУ.дл авто- модил с ДВС мощностью 72 л.с. (S3 кВт). Показателей дл прототипа не обнаружено.

24 . .

2k

2k

12

О,. 0,035 0,25 300

550x(t80x350

не более 0,73

40-50

Фиг. 4.