RU2290725C2 - Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery - Google Patents
Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2290725C2 RU2290725C2 RU2005102445/09A RU2005102445A RU2290725C2 RU 2290725 C2 RU2290725 C2 RU 2290725C2 RU 2005102445/09 A RU2005102445/09 A RU 2005102445/09A RU 2005102445 A RU2005102445 A RU 2005102445A RU 2290725 C2 RU2290725 C2 RU 2290725C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working
- fuel cell
- heating
- alkali
- cell battery
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
Изобретение относится к источникам питания постоянного тока, точнее к энергоустановкам (ЭУ) на топливных элементах (ТЭ), работающим на кислороде и водороде. При этом рассматриваются ТЭ проточного типа (или с "прокачкой электролита"), работающие при постоянной циркуляции щелочного раствора.The invention relates to DC power sources, and more specifically to power plants (EU) on fuel cells (FC), operating on oxygen and hydrogen. In this case, flow-type fuel cells (or with "pumping electrolyte") that operate with a constant circulation of alkaline solution are considered.
Известно, что запуск ЭУ на ТЭ проводится обычно саморазогревом: просто начинают подавать в батарею топливных элементов (БТЭ) рабочие газы и прокачивают через нее раствор щелочи. Используется также нагрев от постороннего источника электроэнергии. Такие способы, принятые за аналоги [1], занимают достаточно много времени, либо требуют значительных затрат электроэнергии от внешнего источника, при этом перед этим БТЭ должна храниться при достаточно высокой температуре окружающей среды. Запустить такую БТЭ при отрицательных температурах невозможно - в щелочном растворе начинается кристаллизация, его вязкость возрастает на два порядка и т.д. Например, 30% раствор КОН уже при температуре плюс 5°С мутнеет и становится киселеобразным.It is known that the start-up of power plants on fuel cells is usually carried out by self-heating: they simply start supplying working gases to the fuel cell (BFC) battery and pumping an alkali solution through it. It also uses heating from an external source of electricity. Such methods, taken as analogues [1], take a lot of time, or require significant energy consumption from an external source, and before that, the BFC must be stored at a sufficiently high ambient temperature. It is impossible to start such a BFC at negative temperatures - crystallization begins in an alkaline solution, its viscosity increases by two orders of magnitude, etc. For example, a 30% KOH solution already at a temperature of + 5 ° C becomes cloudy and becomes jelly-like.
От недостатков такого способа пуска БТЭ свободно техническое решение [2], принятое за прототип. В этом случае перед запуском ЭУ (двигатель) прогревается горячей жидкостью, циркулирующей в контуре разогрева. При этом нагрев жидкости производится с помощью газовой горелки.From the disadvantages of this method of starting the BFC free technical solution [2], adopted as a prototype. In this case, before starting, the EC (engine) is heated by hot liquid circulating in the heating circuit. In this case, the heating of the liquid is carried out using a gas burner.
Недостатками прототипа являются следующие его особенности:The disadvantages of the prototype are the following features:
1. Разогревающая жидкость не является рабочим телом ЭУ (двигателя), она - лишь промежуточный теплоноситель. Поэтому если применять такой способ запуска к БТЭ, содержащей много теплоемкого щелочного раствора, процесс передачи тепла от промежуточного теплоносителя к рабочему щелочному раствору сильно затянется.1. The heating fluid is not the working fluid of the EA (engine), it is only an intermediate coolant. Therefore, if you apply this starting method to a BFC containing a lot of heat-intensive alkaline solution, the process of heat transfer from the intermediate coolant to the working alkaline solution will be greatly delayed.
2. Такой способ не действует в том случае, если газовая горелка не работает (например, нет газа).2. This method does not work if the gas burner does not work (for example, there is no gas).
Задачей предлагаемого решения является, таким образом, сокращение времени прогрева БТЭ, содержащей значительное количество теплоемкого щелочного раствора, а также обеспечение возможности пуска такой БТЭ в случае, когда внешние источники отсутствуют (например, в аварийной ситуации).The objective of the proposed solution is, therefore, to reduce the heating time of the BFC containing a significant amount of heat-consuming alkaline solution, as well as providing the possibility of starting such a BFC in the case when external sources are absent (for example, in an emergency).
Задача решается тем, что при эксплуатации щелочной батареи топливных элементов проточного типа, включающей разогрев ее и ее рабочего щелочного раствора, а также последующую подачу рабочих газов, разогрев батареи топливных элементов производят, прокачивая через нее рабочий щелочной раствор, предварительно нагретый в адиабатических условиях, а подачу рабочих газов производят после их нагрева рабочим щелочным раствором, при этом разогрев рабочего щелочного раствора производят путем растворения в воде кристаллической щелочи либо путем разбавления водой более концентрированного раствора этой щелочи.The problem is solved by the fact that during operation of an alkaline battery of flow-type fuel cells, including heating it and its working alkaline solution, as well as the subsequent supply of working gases, heating the battery of fuel cells is performed by pumping through it a working alkaline solution, previously heated under adiabatic conditions, and the supply of working gases is carried out after they are heated with a working alkaline solution, while the working alkaline solution is heated by dissolving crystalline alkali in water or by dilution with water of a more concentrated solution of this alkali.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Щелочные БТЭ проточного типа содержат достаточно много водного раствора щелочи. Например, БТЭ с сухим весом ~60 кг требует для своей работы ~25 л раствора. Поскольку же теплоемкость воды (~4 кДж/кг) заметно больше теплоемкости материалов, из которых изготовлена батарея (~1 кДж/кг), при нагревании такой БТЭ большая часть тепла расходуется на нагревание раствора. В связи с этим целесообразно нагреть раствор отдельно от батареи, а затем уже нагретым циркулирующим раствором прогреть саму батарею. Можно также этим же раствором нагреть и рабочие газы перед их подачей в ТЭ.The essence of the proposed method is as follows. Alkaline BTE flow type contains a lot of aqueous alkali solution. For example, a BFC with a dry weight of ~ 60 kg requires ~ 25 l of solution for its operation. Since the heat capacity of water (~ 4 kJ / kg) is noticeably greater than the heat capacity of the materials of which the battery is made (~ 1 kJ / kg), when heating such a BFC, most of the heat is spent on heating the solution. In this regard, it is advisable to heat the solution separately from the battery, and then warm the battery itself with a circulating solution already heated. You can also heat the working gases with the same solution before they are fed to the fuel cell.
Кроме того, в предложении используется возможность получить горячий щелочной раствор не путем разогрева холодного, а с помощью тепла гидратации (растворения) кристаллической щелочи, то есть в процессе приготовления самого раствора. Как показала практика, при приготовлении 30% NaOH температура готового раствора повышается почти до 100°С.In addition, the proposal uses the opportunity to obtain a hot alkaline solution not by heating cold, but using the heat of hydration (dissolution) of crystalline alkali, that is, in the process of preparing the solution itself. As practice has shown, in the preparation of 30% NaOH, the temperature of the finished solution rises to almost 100 ° C.
Для БТЭ с упомянутыми выше весовыми характеристиками (сухой вес - 60 кг, вес щелочного раствора ~30 кг) выделяющегося при гидратации тепла достаточно, чтобы разогреть БТЭ (с щелочью) до 50÷60°С при начальной температуре батареи 0÷20°С. Таким образом, можно разогреть до рабочей температуры даже "захоложенную" БТЭ, не используя внешних источников энергии.For BFCs with the weight characteristics mentioned above (dry weight - 60 kg, alkaline solution weight ~ 30 kg), the heat generated during hydration is sufficient to heat the BFC (with alkali) to 50 ÷ 60 ° C at an initial battery temperature of 0 ÷ 20 ° C. Thus, it is possible to warm up even the “cold” BFC to operating temperature without using external energy sources.
Это может оказаться полезным при пуске ЭУ на щелочных ТЭ в нештатной ситуации (например, при аварийной ситуации в условиях холода).This can be useful when starting EC on alkaline fuel cells in an emergency (for example, during an emergency in cold conditions).
Осуществляется предлагаемый способ следующим образом. Холодный щелочной раствор, находящийся вне БТЭ, нагревают до расчетной температуры (превышающей рабочую температуру БТЭ) и начинают прокачивать через батарею до тех пор, пока она не нагреется до минимальной рабочей температуры. После этого в БТЭ подают рабочие газы, и батарея начинает саморазогрев до своей оптимальной рабочей температуры. Чтобы не охлаждать БТЭ рабочими газами (например, при отрицательных температурах воздуха) их можно предварительно пропустить через этот же щелочной раствор и нагреть, до той же температуры, что и БТЭ (для этого можно использовать газожидкостные теплообменники, размещенные в щелочном растворе).The proposed method is implemented as follows. The cold alkaline solution outside the BFC is heated to the calculated temperature (exceeding the BFC operating temperature) and pumped through the battery until it reaches the minimum operating temperature. After that, working gases are supplied to the BTE, and the battery begins to self-heat to its optimum operating temperature. In order not to cool the BFC with working gases (for example, at negative air temperatures), they can be preliminarily passed through the same alkaline solution and heated to the same temperature as the BFC (for this, gas-liquid heat exchangers placed in an alkaline solution can be used).
В некоторых ситуациях (например, когда нагреватель щелочи не работает) горячий щелочной раствор получают, растворяя в воде расчетное количество кристаллической щелочи и не допуская охлаждения полученного раствора (например, в теплоизолированной емкости), после чего все действия повторяются. Вместо кристаллической щелочи можно использовать также ее более концентрированный раствор, но разогрев будет при этом меньше.In some situations (for example, when the alkali heater does not work), a hot alkaline solution is obtained by dissolving the calculated amount of crystalline alkali in water and preventing cooling of the resulting solution (for example, in a thermally insulated container), after which all steps are repeated. Instead of crystalline alkali, you can also use its more concentrated solution, but the heating will be less.
Положительным эффектом в данном техническом решении является:A positive effect in this technical solution is:
- возможность ускоренного пуска БТЭ с уменьшенными энергозатратами на прогрев батареи;- the possibility of accelerated start of BTE with reduced energy consumption for warming up the battery;
- возможность прогрева БТЭ до минимальной рабочей температуры без использования внешних источников энергии;- the possibility of heating the BFC to the minimum operating temperature without the use of external energy sources;
- возможность запуска щелочной БТЭ проточного типа при низких температурах окружающей среды.- the ability to run alkaline BTE flow type at low ambient temperatures.
Данные обстоятельства дают возможность использовать данное техническое решение при эксплуатации автономных ЭУ с щелочными ТЭ, в том числе при низких температурах окружающей среды.These circumstances make it possible to use this technical solution in the operation of autonomous power plants with alkaline fuel cells, including at low ambient temperatures.
ЛитератураLiterature
1. Н.В.Коровин. Электрохимические генераторы, М., (стр.93), 1974 г.1. N.V. Korovin. Electrochemical generators, M., (p. 93), 1974
2. Предпусковой нагреватель на газовом топливе, RU пат. 2138676, 1997 г.2. Pre-heater for gas fuel, RU Pat. 2138676, 1997
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102445/09A RU2290725C2 (en) | 2005-02-01 | 2005-02-01 | Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102445/09A RU2290725C2 (en) | 2005-02-01 | 2005-02-01 | Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005102445A RU2005102445A (en) | 2006-08-20 |
RU2290725C2 true RU2290725C2 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=37060144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005102445/09A RU2290725C2 (en) | 2005-02-01 | 2005-02-01 | Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2290725C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2624628C2 (en) * | 2013-08-18 | 2017-07-05 | Фторион, Инк. | Flow battery and regeneration system with improved safety |
RU200197U1 (en) * | 2020-06-08 | 2020-10-12 | Ольгерт Петрович Забак | FUEL CELL PLASMA VORTEX ENGINE |
-
2005
- 2005-02-01 RU RU2005102445/09A patent/RU2290725C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РЕЗНИКОВ Г.Л. Электрохимические генераторы. - М.: ВИНИТИ, 1974, с.37-38. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2624628C2 (en) * | 2013-08-18 | 2017-07-05 | Фторион, Инк. | Flow battery and regeneration system with improved safety |
RU200197U1 (en) * | 2020-06-08 | 2020-10-12 | Ольгерт Петрович Забак | FUEL CELL PLASMA VORTEX ENGINE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005102445A (en) | 2006-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107171004B (en) | A kind of fuel cell cold-starting classification preheating control method | |
CN106299412B (en) | Thermal control system and application in a kind of hydrogen energy-storage system | |
CN108800628A (en) | A kind of cogeneration system based on solar heat chemical energy storage | |
CN109461952A (en) | A kind of marine fuel battery cogeneration system | |
CN108123152B (en) | Fuel cell power generation system using liquid oxygen as oxidant | |
RU2290725C2 (en) | Method for servicing flow-type alkali fuel cell battery | |
CN109336206A (en) | A kind of hydro-thermal cogeneration system for supporting fuel cell Sewage treatment and sea water desalination | |
CN114335629A (en) | Fuel cell cogeneration control method and system | |
CN101224879B (en) | Energy-saving method for chlorination reaction process | |
CN114293199A (en) | Hydrogen production method and system | |
CN109072055A (en) | Purposes of the nitrate composition as heat transfer or heat-storage medium in the operation for the first time of the device containing these media | |
JP2010190455A (en) | Water heater using solar light and heat combined power generation system | |
JP2010040350A (en) | Fuel cell cogeneration system | |
RU2614242C1 (en) | Electrochemical generator | |
RU2301480C2 (en) | Power installation built around electrochemical generators | |
KR101215336B1 (en) | Fuel cell system using hydrogen from electrolyzer of sea water | |
CN111188996B (en) | Low-temperature waste heat recovery device of LNG receiving station submerged combustion type gasifier | |
CN103393494A (en) | Hand warmer with air source heat pump driven by solar energy | |
CN114196968A (en) | Solid oxide water electrolysis hydrogen production device and operation control method thereof | |
CN106829857A (en) | Fast Persistence based on borohydride hydrolytic produces hydrogen methods | |
JP6141739B2 (en) | Biotreatment method for biomass | |
CN205944258U (en) | Low temperature environment fuel cell power supply | |
JP2004190870A (en) | Cogeneration system | |
JPS58155210A (en) | Electricity generation equipment with storage of energy | |
JPS6169993A (en) | Electrolytic manufacturing equipment of caustic soda utilizing by-product hydrogen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100202 |