02.11.2018
№218.016.99ed
Результат интеллектуальной деятельности: Батарея ТОТЭ (твердооксидные топливный элемент) планарной геометрии
Вид РИД
Патент
№ охранного документа
157575
Дата охранного документа
05.05.2015
Статус
Действует
Дата окончания действия пошлины
05.05.2025
Вид патента
Полезная модель
Аннотация:
Изобретение относится к высокотемпературным преобразователям энергии на основе топливных элементов. Согласно изобретению батарея содержит твердооксидные топливные элементы, каждый из которых состоит из тонкослойного электролита и двух электродных слоев, расположенных с обеих сторон электролита.
Ключевые слова:
высокотемпературные преобразователи энергии, топливные элементы, батарея, твердооксидные топливные элементы, планарная конструкция
Характеристика результата
Модель
Основные результаты:
В результате уменьшается себестоимость батареи, т.к. улучшен токосъем, повышается ее технологичность, улучшаются электрические характеристики.
Новизна:
Принципиально новый результат
Область применения РИД:
Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии в электрическую на базе высокотемпературных твердооксидных топливных элементов, а более конкретно к монтажу топливных элементов так называемой планарной конструкции.
Форма представления сведений об объекте учета:
Патент
Изобретение относится к высокотемпературным преобразователям энергии на основе топливных элементов. Согласно изобретению батарея содержит твердооксидные топливные элементы, каждый из которых состоит из тонкослойного электролита и двух электродных слоев, расположенных с обеих сторон электролита. Каждый электродный слой каждого элемента выполнен с утолщением по периферийному контуру с образованием пары сквозных пазов, смещенных относительно такой же пары сквозных пазов в утолщении второго электродного слоя того же топливного элемента. При стопировании между одноименными электродными покрытиями соседних элементов за счет утолщений образуются чередующиеся электродные камеры, соединенные с помощью системы сквозных пазов с газоподводящими и газоотводящими каналами - коллекторами, примыкающими снаружи к блокам сквозных пазов. Утолщение может быть выполнено из отдельных электропроводных слоев, примыкающих друг к другу, при этом токосъемником может служить один из слоев, к которому подсоединяют проволочные токовыводы. Топливные элементы могут иметь разнообразную геометрическую форму. В результате уменьшается себестоимость батареи, т.к. улучшен токосъем, повышается ее технологичность, улучшаются электрические характеристики. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии в электрическую на базе высокотемпературных твердооксидных топливных элементов, а более конкретно к монтажу топливных элементов так называемой планарной конструкции.
Высокотемпературные топливные элементы планарной конструкции характеризуются наиболее простой геометрией, что делает их удобными для создания пространственно-экономичных компактных батарей. Создание таких батарей обеспечивается стопированием элементов при наложении их друг на друга, при этом поверхности элементов в основном параллельны друг другу.
В частности, известна батарея собранных в стопку твердооксидных топливных элементов, каждый из которых выполнен в форме диска из тонкослойного твердого электролита с электродными покрытиями на противоположных сторонах с кольцевой обоймой, охватывающей топливную ячейку, содержащая также кольцевые токосъемники, разделительные газонепроницаемые диски, систему вертикальных и горизонтальных каналов для подвода и отвода газообразных реагентов в электродные камеры, образованные между электродными покрытиями топливных ячеек и разделительными газонепроницаемыми дисками.
Недостатком данной конструкции является большая номенклатура разнообразных деталей, которые участвуют в сборке батареи элементов, что ухудшает пространственно-энергетические характеристики.
Известна батарея высокотемпературных топливных элементов в форме плоских прямоугольных пластин из твердого электролита с электродными покрытиями на противолежащих сторонах, содержащая биполярные разделительные пластины с выступами в форме ребер, стоек или заклепок, обеспечивающими образование электродных камер между электродными покрытиями и разделительными пластинами при стопировании топливных элементов поочередно с биполярными пластинами, и систему каналов для подачи и отвода газовых сред к стопке и от нее.
В такой батарее совмещены функции разделителей и электросоединителей между отдельными элементами за счет использования биполярных плат.
Недостатком данной конструкции являются невозможность варьирования типов электрических соединений и некоторая громоздкость из-за необходимости использования большегабаритных вертикальных газовых каналов, примыкающих к боковым стенкам стопки с полным охватом их боковой поверхности.
Прототипом выбрана батарея твердооксидных топливных элементов, каждый из которых содержит тонкослойный твердый электролит с электродными покрытиями на противоположных сторонах, стопированных с образованием между одноименными электродными покрытиями соседних элементов чередующихся электродных камер, содержащая также систему вертикальных каналов для подвода и отвода восстановительного и окислительного газообразных реагентов и систему горизонтальных каналов для соединения вертикальных каналов с электродными камерами. Образование электродных камер осуществлено с помощью сепараторных пластин с направляющими лопатками, а система вертикальных каналов организована в центре стопки.
Как и предыдущая, эта конструкция также является достаточно сложной, т. к. требует использования сепараторных пластин.
Настоящее изобретение направлено на создание батареи твердооксидных топливных элементов, использующей малое количество элементов, участвующих в стопировании, т. е. обладающей улучшенными технологическими и пространственно-энергетическими характеристиками. Изобретение позволяет отказаться от сепараторных пластин, имеющих достаточно сложную конструкцию, за счет изменения формы топливных элементов. При этом предполагается сохранение и даже расширение количества вариаций планарных форм используемых топливных элементов и повышение технологичности герметичного соединения элементов между собой.
Поставленная задача решается тем, что в батарее твердооксидных топливных элементов, каждый из которых содержит тонкослойный электролит с электродными покрытиями на противоположных сторонах, стопированных с образованием чередующихся электродных камер, содержащей систему вертикальных каналов для подвода и отвода восстановительного и окислительного газообразных реагентов и систему горизонтальных каналов для соединения вертикальных каналов с соответствующими электродными камерами, предлагается согласно изобретению каждый электродный слой каждого топливного элемента выполнить с утолщением по периферийному контуру с образованием в утолщении пары сквозных пазов, смещенных относительно такой же пары сквозных пазов в утолщении второго электродного слоя того же топливного элемента; при этом электродные камеры образованы одноименными электродными покрытиями соседних топливных элементов при непосредственном наложении утолщений друг на друга с совмещением пазов, образующих соответствующие электродным камерам горизонтальные каналы; вертикальные каналы выполнены наружными и примыкающими к соответствующим горизонтальным каналам.
Благодаря введенным периферийным утолщениям электродные камеры образуются при непосредственном наложении топливных элементов друг на друга без использования дополнительных сепараторных плат, и соединение топливных элементов осуществляется в области одинакового материала, т.е. имеющего один и тот же коэффициент температурного расширения.
Каждое периферийной утолщение предлагается выполнить в виде электропроводной поперечно-слоистой структуры, и по крайней мере один из слоев этой структуры предлагается использовать в качестве токосъемника.
Кроме того, предлагается отношение высоты периферийного катодного утолщения к высоте периферийного анодного утолщения выбирать из диапазона 1 - 10. Выбором величины указанного отношения задается различный объем анодных и катодных камер, что обусловлено, как правило, повышенным расходом кислородсодержащего газа по сравнению с топливным.
Кроме того, предлагаются различные варианты формы электролита, определяющего форму топливного элемента в целом. В частности, предлагаются - электролит плоской формы; - электролит выпукло-вогнутой формы; - электролит выпукло-вогнутой формы с плоской периферийной зоной.
Плоская форма электролита может иметь форму диска, эллипса, квадрата, прямоугольника.
Выпукло-вогнутая форма может быть образована как часть полой сферической поверхности, проекция которой на плоскость может иметь круглую, прямоугольную или квадратную форму.
На фиг. 1 показан отдельный топливный элемент выпукло-вогнутой формы, на фиг. 2 - стопка из нескольких элементов, на которой показано как формируются электродные камеры, на фиг. 3 - общий вид заявляемой батареи в аксонометрии, на части которой для наглядности выполнен вырыв, открывающий блоки горизонтальных каналов.
Каждый топливный элемент 1 содержит тонкий слой высокотемпературного твердого электролита 2 из диоксида циркония со стабилизирующими добавками. В данном варианте исполнения электролит имеет выпукло-вогнутую форму с плоской периферийной зоной и с круглой проекцией. На одну из сторон электролита 2 нанесено катодное покрытие 3 в виде напыленного слоя манганита лантана стронция, а на другую сторону нанесено анодное покрытие 4 в виде напыленного слой никелевого кермета. Каждое электродное покрытие 3 и 4 выполнено с периферийными утолщениями 5 и 6, образующими две серповидные полосы с каждой стороны и имеющими в данном варианте исполнения одинаковую высоту. Утолщения образованы токосъемными пластинками с многослойным напылением на них соответствующих электродных материалов. Токосъемные пластинки зафиксированы, например, на слое электролита с помощью клея. В тех местах, где утолщения отсутствуют, образуются пазы 7 и 8. В представленном варианте пазы 7 смещены относительно пазов 8 на 90o, хотя не исключены варианты с другими углами смещения. Между утолщениями 5, 6 и электролитом 2 размещены четыре токосъемных полукольца 9, к которым приварены коммутирующие проволочки 10. Токосъемники 9 выполняются из электропроводного материала с коэффициентом температурного расширения (к. т. р. ), соответствующим к.т.р. других материалов элемента, и зафиксированы на электролите высокотемпературным стеклоприпоем. Каждый единичный топливный элемент представляет собой единую сборочную единицу, из которых при стопировании формируется батарея. Для элементов выпукло-вогнутой формы одноименные электродные покрытия у соседних элементов должны быть нанесены на выпуклую сторону электролита 2 у одного элемента и на вогнутую сторону электролита 2 у другого элемента.
Сборка единичных топливных элементов 1 в батарею (фиг. 2, 3) осуществляется простым наложением периферийных утолщений друг на друга. При этом соседние элементы развернуты относительно друг друга на 90o (или другой угол в зависимости от того, как выполнены пазы в противолежащих электродных слоях каждого элемента). Между одноименными электродами 3 и 4 соседних элементов формируются чередующиеся катодные и анодные камеры 11 и 12. Одновременно образуются четыре вертикальных блока горизонтальных пазов, смещенных в предложенном варианте относительно друг друга на определенный угол, например на 90o. К ним примыкают четыре вертикальных канала - коллектора, два из которых 13 и 14 видны на фиг. 3. Эти каналы служат для подвода и отвода газореагентов в соответствующие электродные камеры через горизонтальные пазы 7, 8. Коллекторы изготавливают из жаростойкого материала, закрепляя их в верхних и нижних фланцах наружного кожуха батареи (не показаны), защищая места прилегания к батарее затвердевающим электроизоляционным герметиком 15. Коммутирующие проводники 10 от токосъемников 9 выводятся в коллекторы, предназначенные для восстановительных реагентов, в которых размещены токопроводящие шины 16 и 17. Топливные элементы 1 с помощью проводников 10 и шин 16 и 17 соединены в зависимости от предъявляемых требований к выходным электрическим параметрам батареи.
Для работы батареи необходимо организовать поступление топливного газа в коллектор 14 и кислородсодержащего газа, например, в коллектор 13 (или противолежащий ему). Из коллекторов реагенты поступают в соответствующие электродные камеры 11 и 12 и, омывая электродные покрытия 3 и 4 топливных элементов 1 при определенной температуре, обеспечивают преобразование химической энергии в электрическую. Продукты реакции и непрореагировавшие газы удаляются из камер 11, 12 через соответствующие пазы 7, 8 и другую пару коллекторов, противолежащих входным.
Таким образом, заявляемая батарея отличается тем, что количество трудоемких деталей из диоксида циркония уменьшено вдвое. Кроме того, улучшен токосъем. Это приводит к уменьшению себестоимости батареи, повышению ее технологичности и улучшению электрических характеристик.
Формула изобретения
1. Батарея твердооксидных топливных элементов, каждый из которых содержит тонкослойный электролит с электродными покрытиями на противоположных сторонах, стопированных с образованием чередующихся электродных камер, содержащая систему вертикальных каналов для подвода и отвода восстановительного и окислительного газообразных реагентов и систему горизонтальных каналов для соединения вертикальных каналов с электродными камерами, отличающаяся тем, что каждый электродный слой каждого топливного элемента выполнен с утолщением по периферийному контуру с образованием в утолщении пары сквозных пазов, смещенных относительно такой же пары сквозных пазов в утолщении второго электродного слоя того же топливного элемента, при этом электродные камеры образованы одноименными электродными покрытиями соседних топливных элементов при непосредственном наложении утолщений друг на друга с совмещением пазов, образующим соответствующие электродным камерам горизонтальные каналы, а вертикальные каналы выполнены наружными и примыкающими к соответствующим горизонтальным каналам.
2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что каждое периферийное утолщение выполнено имеющим электропроводную поперечно-слоистую структуру и по крайней мере один из слоев этой структуры использован в качестве токосъемника.
3. Батарея по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отношение высоты периферийного катодного утолщения к высоте периферийного анодного утолщения лежит в диапазоне от 1 до 10.
4. Батарея по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что электролит имеет плоскую форму.
5. Батарея по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что электролит имеет выпукло-вогнутую форму.
6. Батарея по п.5, отличающаяся тем, что электролит имеет плоскую периферийную зону.
Содержательная часть РИД:
Хеш-код депонирования:
093f477f2a0d36685461c6c95dd5845502f49628d72a84efb9f93909509a3c9d
Источник поступления информации:
Портал edrid.ru
Showing 31-40 of 40 items.
09.11.2018
№218.016.9c2c
Конструкторская документация технологической оснастки для заготовок жаровых труб, малоэмиссионной камеры сгорания (мэкс) энергетической газовой турбины типа гтэ-110
Конструкторская документация на жаровые трубы, газосборники и горелочные устройства для малоэмиссионной камеры сгорания ГТД-110 М, обеспечивающей нормативный уровень выбросов оксидов азота не более 50 мг/м3.
Тип: Изобретение
09.11.2018
№218.016.9c2d
Альбом типовых проектных решений по модернизации системы технического водоснабжения. внедрение системы фильтрации подпиточной воды
Альбом типовых проектных решений (на стадии «эскизный проект») по модернизации оборудования СТВ. Пояснительная записка, содержащая условиям применения проектных решений, стоимостные характеристики и методологию проведения проектных и конструкторских расчётов.
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/92
Дата охранного документа: 30.12.2016
09.11.2018
№218.016.9c2e
Альбом типовых проектных решений по модернизации системы технического водоснабжения. «внедрение системы шариковой очистки конденсаторов турбоагрегатов»
Альбом типовых проектных решений (на стадии «эскизный проект») по модернизации оборудования СТВ. Пояснительная записка, содержащая условиям применения проектных решений, стоимостные характеристики и методологию проведения проектных и конструкторских расчётов.
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/93
Дата охранного документа: 30.12.2016
09.11.2018
№218.016.9c2f
Альбом типовых проектных решений по модернизации системы технического водоснабжения. внедрение системы реагентной обработки циркуляционной воды
Альбом типовых проектных решений (на стадии «эскизный проект») по модернизации оборудования СТВ. Пояснительная за-писка, содержащая условиям применения проектных решений, стоимостные характеристики и методологию проведения проектных и конструкторских расчётов.
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/94
Дата охранного документа: 30.12.2016
09.11.2018
№218.016.9c30
Альбом типовых проектных решений по модернизации системы технического водоснабжения. модернизация башенных градирен
Альбом типовых проектных решений (на стадии «эскизный проект») по модернизации оборудования СТВ. Пояснительная за-писка, содержащая условиям применения проектных решений, стоимостные характеристики и методологию проведения проектных и конструкторских расчётов.
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/95
Дата охранного документа: 30.12.2016
09.11.2018
№218.016.9c31
Программный комплекс "система планирования режимов электростанции по агрегатно, в зависимости от их технического состояния, экологичности и переменных электрических и тепловых нагрузок" (арм пто)
Программа предназначена для проведения расчетов по оптимальному распределению нагрузок между агрегатами станции и может быть использована диспетчерской службой и производственнотехническим отделом электростанций, а также руководящим персоналом станций для контроля за эффективностью ведения...
Тип: Программа для ЭВМ
Номер охранного документа: 2014617150
Дата охранного документа: 14.07.2014
09.11.2018
№218.016.9c32
Аналитический обзор передовых технологий в области систем технического водоснабжения в россии и мире за последние 20 лет
Аналитический обзор передовых технологий в области систем технического водоснабжения в России и мире за последние 20 лет, объекты применения данных технологий, показатели работы, гидравлические характеристики элементов и систем технического водоснабжения станций при различных режимах работы....
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/93
Дата охранного документа: 01.11.2012
12.11.2018
№218.016.9c5f
Модуль батареи твердооксидных топливных элементов с прериформером
Полезная модель относится к батареям, содержащим твердооксидные топливные элементы, и может быть использована при создании транспортных и стационарных энергетических установок для снабжения электроэнергией потребителей.
Тип: Патент
Номер охранного документа: 170262
Дата охранного документа: 19.04.2017
12.11.2018
№218.016.9c66
Материалы по рецептуре ингибитора коррозии для теплосети
Новый реагент является универсальными ингибитором коррозии и накипеобразования, обеспечивающим эффективную защиту внутренних поверхностей нагрева систем тепловодоснабжения с открытым водоразбором, водогрейных котлов, тепловых сетей и ГВС. Реагент эффективно работает в широком диапазоне рН и...
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/91
Дата охранного документа: 06.12.2017
12.11.2018
№218.016.9c67
Иониты на водоподготовительных установках тепловых электростанций. основные требования
Настоящий стандарт организации устанавливает основные требования к качеству ионитов, применяемых на водоподготовительных установках (ВПУ) тепловых электростанций (ТЭС), предоставляет рекомендации по диагностике качества ионитов и их выбору, режиму эксплуатации, нормированию расходов реагентов и...
Тип: Секрет производства («ноу-хау»)
Номер охранного документа: ФЭ/92
Дата охранного документа: 07.12.2017
