Способ диагностирования топливного элемента

Изобретение относится к энергетике, в частности к системе диагностики топливного элемента и других химических источников электроэнергии, и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках. Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является качественный и непрерывный контроль, позволяющий отслеживать состояние топливного элемента и предсказывать его работоспособность и длительность работы. В предложенном способе измеряют напряжение эталонного электрода, установленного на одном из рабочих электродов топливного элемента, и вычисляют степень его износа и сравнивают со значением критического износа источника тока, после чего делают вывод о пригодности или непригодности дальнейшей эксплуатации источника тока. 1 ил.

 

Изобретение относится к энергетике, в частности к системе диагностики топливного элемента и других химических источников электроэнергии и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках.

Известны способы контроля топливного элемента [патент RU 2408477 C1, МПК B60L 11/18, 08.06.09; патент RU 2008106258 A, МПК H01M 8/04, 10.09.2009], основанные на сборе данных с помощью датчиков, информация от которых передается контроллерам с последующим хранением их в запоминающем устройстве и сравнении с контрольными данными, находящимися в базе данных компьютера.

Недостатком такого способа является отсутствие объективной оценки работоспособности топливного элемента вследствие износа электродов. Компьютер фиксирует характеристики и выдает информацию о работоспособности топливного элемента без выяснения причин их снижения.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является качественный и непрерывный контроль, позволяющий отслеживать состояние электродов топливного элемента и предсказывать его работоспособность, прогнозировать ресурс работы по причине изнашивания электродов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ диагностирования топливного элемента основан на сборе данных с помощью датчиков и передаче информации от них к контроллерам с последующим хранением их в запоминающем устройстве и сравнении их с контрольными данными.

Сущность заявляемого способа заключается в сравнении в блоке контроля текущего значения напряжения топливного элемента с контрольным, формируемым эталонным электродом, по результатам которого можно судить о степени износа рабочего электрода топливного элемента.

Известно, что на электрические характеристики топливного элемента оказывают влияние внешние факторы, такие как давление и температура, приводящее к изменению текущего значения напряжения при одной и той же нагрузке [см., например, Лидоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Электрохимические генераторы. М.: Энергоиздат, 1982. С.316-319]. Таким образом, разница между текущим значением напряжения и контрольным значением, заложенным в базе данных компьютера, будет меняться от внешних условий, и поэтому по ней трудно оценить работоспособность топливного элемента. С другой стороны, на снижение значения напряжения оказывает влияние состояние электродов, которые в процессе работы подвержены коррозии, изменению структуры, дезактивации и износу катализаторов и др. Причем износ электродов зависит от величины тока нагрузки так, что при его большем значении процесс износа происходит интенсивнее. Если сравнить характеристики электрода, работающего под нагрузкой, с электродом, работающим под малым током, то по разности значений напряжения между ними можно судить о степени износа рабочего электрода и работоспособности топливного элемента. Эталонный электрод электрически не соединен с нагрузкой, поэтому через него протекает меньший ток, что приводит к меньшей степени изнашивания, чем на рабочем электроде. Таким образом, он показывает эталонное значение, сравнивая которое со значением рабочих электродов в блоке контроля можно судить о состоянии рабочего электрода топливного элемента. К тому же, эталонный электрод является частью мембранно-электродного блока, поэтому он реагирует на изменение внешних факторов также как и рабочие электроды. Таким образом, осуществляется «настройка» системы под новые условия работы, а разность между текущим и контрольным значениями зависит только от состояния электродов. По этой разности можно судить о степени износа электродов по следующей формуле:

G = U к о н т U т е к U к о н т 100 %

Контрольным показателем исчерпания срока службы топливного элемента является снижение его энергозапаса и в частности значения напряжения до уровня, установленного в нормативно-технической документации для данного типа источника, который для химических источников тока может изменяться в пределах 20%-50% [см. Варыпаев В.Н., Дасоян М.А., Никольский В.А. Химические источники тока. М.: «Высшая школа», 1990].

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого изображена на фигуре, где обозначено: 1 - первый электрод; 2 - второй электрод; 3 - эталонный электрод; 4 - блок контроля; 5 - ионообменная мембрана.

Эталонный электрод представляет собой поверхность любого электрода, меньшую по площади рабочего электрода. Он электрически подсоединен к устройству сравнения в блоке контроля, отдельно от основного электрода, что позволяет протекать через него меньшему току.

Блок контроля представляет собой устройство (компьютер), позволяющее сравнивать текущее и контрольное значения и в зависимости от результата сравнения по заданному алгоритму выводить информацию о состоянии топливного элемента.

Устройство работает следующим образом: при подключении нагрузки к топливному элементу в нем проходит электрохимическая реакция, в результате которой вырабатывается электрический ток. В процессе работы происходит изнашивание электродов, что приводит к ухудшению работы топливного элемента и снижению его характеристик. С помощью датчиков измеряют значения напряжения эталонного и рабочего электродов, вычисляют разность между ними, определяют по вышеприведенной формуле степень износа рабочего электрода, сравнивают его с критическим значением и определяют работоспособность источника. При изменении внешних факторов при той же нагрузке происходит смещение значения напряжения как эталонного, так и рабочего электрода на одинаковую величину, поэтому в процессе работы разность между ними определяется только состоянием электродов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет объективно оценить состояние электродов топливного элемента, заранее спрогнозировать ресурс работы и предупредить выход его из строя по причине изнашивания электродов.

Способ диагностирования топливного элемента, основанный на сборе данных с помощью датчиков и передаче информации от них к контроллерам с последующим хранением их в запоминающем устройстве и сравнении их с контрольными данными, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение эталонного электрода, установленного на одном из рабочих электродов топливного элемента, вычисляют степень износа электрода по формуле: , где G - степень износа электрода; Uтек - значение напряжения рабочего электрода; Uконт - значение напряжения эталонного электрода, сравнивают полученный результат с критическим значением износа Gкр и, если G>Gкр, то источник тока считают непригодным к дальнейшей эксплуатации.



 

Похожие патенты:

Топливный элемент, производимый в промышленном масштабе, содержащий электролит, положительные электроды и отрицательные электроды, собранные в определенную структуру, внешние электрические соединения, внутренние каналы для подачи топлива, каналы для распределения топлива, каналы для подачи окислителя, каналы для распределения окислителя, возвратные каналы и проходы для отработанных продуктов, что позволяет сформировать простую модульную сборку, из которых можно собрать пакет.

Изобретение относится к топливным элементам. Технический результат - повышение долговечности топливных элементов путем регулирования давления на электродах.

Система топливного элемента содержит топливный элемент (10), первую камеру (20) сгорания, первый обратный канал (17) для обогревающего газа и систему (50) подачи газа. Топливный элемент (10) включает в себя элемент с твердым электролитом с анодом (12) и катодом (13).

Предусмотрена система генерирования мощности на топливных элементах, в которой уменьшена потеря мощности в линии питания, электрически соединяющей батарею и схему преобразования мощности, тем самым достигается высокая эффективность генерирования мощности.

Способ хранения топливного элемента включает первый этап калибровки эталонной мембраны с помощью ядерного магнитного резонанса с целью получения кривой зависимости максимальной водной нагрузки (λmaxx(T)) мембраны от температуры мембраны (3), и второй этап калибровки стандартного элемента с целью получения зависимости между электрическим сопротивлением стандартного элемента, водной нагрузкой (λ) его мембраны и его температурой (T).

Изобретение относится к способу и устройству для выведения отработанных и, по меньшей мере, отчасти способных взрываться рабочих сред топливного элемента (1) в системе (20) топливных элементов с сенсорным устройством (30) для контролирования рабочих сред, выведенных из рабочего пространства (27).

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к устройствам непосредственного преобразования химической энергии водородосодержащего топлива в электрическую энергию.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках. .

Изобретение относится к твердотельным оксидным топливным элементам со способностью к внутреннему риформингу. Твердотельный оксидный топливный элемент обычно включает катод, электролит, анод и слой катализатора, находящийся в соприкосновении с анодом. Слой катализатора может включать опорную мембрану и катализатор риформинга, который объединен с опорной мембраной. В некоторых вариантах осуществления катализатор риформинга может включать один или несколько катализаторов риформинга с частичным окислением. Заявленное изобретение также предоставляет способы изготовления и эксплуатации твердотельных оксидных топливных элементов. Техническим результатом является возможность работы топливных элементов непосредственно на нереформированном углеводородном топливе без деградации анода вследствие закоксовывания. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу изготовления металлического стального сепаратора для топливных элементов, который обладает коррозионной стойкостью и контактным сопротивлением не только в начальной стадии, но также и после влияния условий высокой температуры и/или высокой влажности в топливном элементе в течение длительного периода времени. Способ включает подготовку листа нержавеющей стали в качестве матрицы металлического сепаратора, формирование прерывистой покровной пленки на поверхности листа нержавеющей стали, причем покровная пленка содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из следующих: золото (Au), платина (Pt), рутений (Ru), иридий (Ir), оксид рутения (RuO2) и оксид иридия (IrO2),; и термическую обработку листа нержавеющей стали, содержащего прерывистую покровную пленку, для формирования оксидной пленки на части листа нержавеющей стали, на которой не сформирована покровная пленка. Также раскрыт металлический сепаратор для топливных элементов, изготовленный этим способом.2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл., 8 пр.

Предложена система (100) топливного элемента, включающая в себя топливный элемент (1) для генерирования энергии путем осуществления электрохимической реакции между газом-окислителем, подаваемым на электрод (34) окислителя, и топливным газом, подаваемым на топливный электрод (67); систему (HS) подачи топливного газа для подачи топливного газа на топливный электрод (67); и контроллер (40) для регулирования системы (HS) подачи топливного газа, чтобы подавать топливный газ на топливный электрод (67), причем контроллер (40) осуществляет изменение давления, когда выход стороны топливного электрода (67) закрыт, при этом контроллер (40) периодически изменяет давление топливного газа у топливного электрода (67) на основе первого профиля изменения давления для осуществления изменения давления при первом размахе давления (ДР1). Повышение однородности топливного газа и снижение напряжения, прилагаемого к топливному элементу, является техническим результатом изобретения. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к энергоустановкам c твердополимерными топливными элементами (ТЭ), в которых получают электроэнергию за счет электрохимической реакции газообразного водорода с двуокисью углерода, и электрохимической реакции окиси углерода с кислородом воздуха. Предложена также система энергопитания с получением электроэнергии из водорода с использованием батареи твердополимерных ТЭ, которая снабжена регенеративным теплообменником подачи воздуха и регенеративным теплообменником нагрева окиси углерода и охлаждения двуокиси углерода, выход которого соединен трубопроводом, с установленным на нем обратным клапаном, с баллоном с двуокисью углерода, который через клапан подачи двуокиси углерода, подсоединен к входу окислителя для его подачи в батарею твердополимерных ТЭ. Повышение КПД в системе получения электроэнергии, является техническим результатом заявленного изобретения 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной передачи. Технический результат состоит в повышении точности оценки канала. Для этого в терминале, который передает опорный сигнал с использованием n, где n - неотрицательное целое число, большее или равное 2, блоков полосы, которые в данном случае соответствуют кластерам, разделенных между ними промежутками в частотном измерении, контроллер опорного сигнала переключает способ формирования опорного сигнала на генераторе опорного сигнала между первым способом формирования и вторым способом формирования на основании количества блоков полосы. Блок задания порогового значения регулирует пороговое значение переключения на основании частотного разнесения между блоками полосы. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к источникам энергии, в частности к воздушно-алюминиевым источникам тока, в частности к способу ввода расходуемого электрода в воздушно-алюминиевый источник тока. Техническим результатом изобретения является обеспечение автоматического ввода электрода в воздушно-алюминиевый источник тока без прерывания цепи энергообеспечения с отводом выделившегося во время работы водорода и повышение энергетических показателей работы топливного элемента. Указанный технический результат достигается за счет того, что расходуемый электрод в виде стержня с винтовой поверхностью перемещается внутри корпуса воздушно-алюминиевого источника тока по мере его выработки, при этом перемещение расходуемого электрода происходит в результате ввинчивания его в гидрофобные крышки, которые изготовлены из гидрофобного материала (фторопласт, полиэтилен), при этом электролит остается внутри топливного элемента, а выделившийся во время работы водород удаляется по винтовой поверхности из корпуса воздушно-алюминиевого источника тока. Предложенный способ позволяет автоматизировать процесс замены расходуемого электрода в воздушно-алюминиевом источнике тока без прерывания цепи энергообеспечения. 2 ил.

Группа изобретений относится к топливным элементам. Технический результат - повышение эффективности вырабатывающего электроэнергию элемента. Предлагаются комплекс топливного элемента и способ управления им. Комплекс топливного элемента содержит: топливный элемент, выполненный из множества укомплектованных вырабатывающих электроэнергию элементов, блок измерения напряжения ячейки, обнаруживающий отрицательное напряжение в любом из вырабатывающих электроэнергию элементов, блок управления, регулирующий выходную электрическую мощность топливного элемента, и блок определения суммарной величины тока, определяющий суммарную величину тока, получаемую интегрированием по времени выходного тока топливного элемента. Блок управления предварительно запоминает корреляцию между суммарными величинами тока и плотностями тока, которые допустимы для данного топливного элемента в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение. Если обнаруживается отрицательное напряжение, то блок управления выполняет процесс ограничения выхода для ограничения выходной электрической мощности топливного элемента, чтобы попадать в допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми значениями плотностей тока указанной корреляции. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к технологии топливных элементов, а более конкретно к сборному модулю из батарей твердооксидных топливных элементов. Технический результат - обеспечение компактности, простота перехода батарея/система и улучшение характеристик системы. Сборный модуль из батарей твердооксидных топливных элементов содержит несколько топливных элементов, скомпонованных, по меньшей мере, в два последовательно соединенных по катодному газу батарейных модуля, содержащих, по меньшей мере, одну батарею в каждом модуле. Катодный газ, выходящий из первого первичного батарейного модуля, поступает на входное отверстие для катодного газа следующего, по меньшей мере, одного вторичного последовательно соединенного батарейного модуля. Каждый батарейный модуль имеет первый боковой распределитель на входе катодного газа, общий для всех батарей названного модуля, и второй боковой распределитель на выходе катодного газа, общий для всех батарей названного модуля. Катодный газ последовательно присоединяется от первого первичного батарейного модуля к следующему, по меньшей мере, к одному вторичному батарейному модулю в последовательном соединении через названные общие боковые распределители. Изобретение относится также к способу эксплуатации сборного модуля. Модули изобретения спроектированы с учетом технологических требований, сбалансированного регулирования теплообмена и максимального использования топлива. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к газогенератору для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который может быть использован в любом процессе, требующем обедненного кислородом газа и/или обогащенного водородом газа, предпочтительно, используют его для генерирования защитного газа или восстановительного газа для запуска, выключения или аварийного отключения твердооксидного топливного элемента (SOFC) или твердооксидного элемента электролиза (SOEC). Настоящее изобретение предлагает способ конверсии топлив в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который предусматривает каталитическое сжигание топлива в первой каталитической горелке, сжигание дымового газа во второй каталитической горелке, а также снижение количества кислорода и моноокиси углерода. Изобретение позволяет увеличивать работоспособность твердооксидных топливных элементов и обеспечить безопасность их работы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Настоящее изобретение относится к электрогенератору на топливных элементах, специально спроектированному как резервное устройство при отсутствии сетевого электроснабжения. Изобретение дополнительно относится к способам запуска и остановки генератора, способу детектирования переполнения топливного элемента, а также к способу детектирования наличия утечек газа в генераторе. Технический результат - увеличение эффективности и надежности генератора. В соответствии с изобретением генератор содержит батарею топливных элементов, средства для снабжения батареи первым и вторым потоками реагентов, содержащие, в свою очередь, средства уменьшения давления, и корпус коллектора для сообщения указанных первого и второго потоков реагентов с батареей, а также, по меньшей мере, одного потока охлаждающей жидкости через соответствующий контур охлаждения. Корпус коллектора с внутренней стороны содержит камеры для смешивания потоков реагентов с соответствующими повторно циркулирующими потоками продукта, а также камеру расширения охлаждающей жидкости, внутри которой средства уменьшения давления первого и второго потоков реагентов расположены, по меньшей мере, частично погруженными в охлаждающую жидкость. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетике, в частности к системе диагностики топливного элемента и других химических источников электроэнергии, и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках. Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является качественный и непрерывный контроль, позволяющий отслеживать состояние топливного элемента и предсказывать его работоспособность и длительность работы. В предложенном способе измеряют напряжение эталонного электрода, установленного на одном из рабочих электродов топливного элемента, и вычисляют степень его износа и сравнивают со значением критического износа источника тока, после чего делают вывод о пригодности или непригодности дальнейшей эксплуатации источника тока. 1 ил.

Наверх