Енергетичний комплекс

Запропонована корисна модель стосується енергетичних комплексів, в яких, як генератор струму, використовуються хімічні джерела струму. Відомий енергетичний комплекс, який, як генератор струму, містить повітряно-металеву батарею з витратним алюмінієвим анодом, лужним електролітом і гідрофобним газо-дифузійним катодом. Кожна батарея забезпечена системою подачі електроліту і системою відведення відпрацьованого електроліту від батареї. До складу комплексу входить блок переробки відпрацьованого електроліту, який, в свою чергу, складається із ємності для збору відпрацьованого електроліту, пов'язаної з системою відведення відпрацьованого електроліту від батареї, і засобу для розподілення відпрацьованого електроліту на розчин луги і гідроксид алюмінію. Регенерований луг подається до блоку приготування електроліту, підключений до системи подачі електроліту до батарей, а гідроксид алюмінію - в блок регенерації алюмінію із гідроксиду алюмінію, зв'язаний з блоком переробки відпрацьованого електроліту. Комплекс включає також блок виготовлення анодів з регенерованого алюмінію. [Патент України на корисну модель № 4689]. Описаний енергетичний комплекс може бути включений в існуючу енергосистему, наприклад для компенсації нестачі електроенергії в години максимального навантаження і надавати при цьому електроенергію, вартість якої можна порівняти з ціною електроенергії, що виробляється з вугілля. Проте, в комплексі не передбачено видалення з джерела струму водню - побічного продукту хімічної реакції алюмінію і лужного електроліту, викид якого може призвести до пожежовибухонебезпечних ситуацій. Відома енергетична установка на основі електрохімічного генератора, призначена для використання як силове джерело струму в транспортних засобах. Установка містить повітряноалюмінієву батарею, як електрохімічний генератор [опис винаходу до патенту Російської Федерації № 2064719, клас МПК Н01М12/06, дата публікації 1996.07.27]. Установка забезпечена системою видалення водню, що утворюється в результаті роботи повітряно-алюмінієвої батареї, що включає заспокоювач, гідро-затвор і регенератор водню. У регенераторі водень згорає на платиновому каталізаторі і вода, що утворюється в результаті цього, поступає в електролітну ємність. Система видалення, регенерації і спалювання водню на каталізаторі конструктивно виконана складною і виконує функцію забезпечення пожежовибухонебезпеки установки. Вада такої системи полягає не тільки в її складності, але і в неефективному використанні видаленого з батареї водню - за допомогою дорогого платинового каталізатора одержують воду. Найближчим аналогом по технічній суті для заявленої корисної моделі є відомий енергетичний комплекс, захищений патентом України № 4689, що містить генератор струму у вигляді повітряно-алюмінієвої батареї з витратним анодом, електролітом і гідрофобним газодифузійним катодом. Для передачі струму в енергосистему в комплексі є перетворювач постійного струму в змінний струм промислової частоти. Відсутність у відомому енергетичному комплексі системи видалення водню від працюючих повітряно-алюмінієвих батарей робить комплекс уразливим з огляду на пожежовибухонебезпеку. Завданням запропонованої корисної моделі є створення енергетичного комплексу, в якому не тільки забезпечується його пожежовибухонебезпека, але і ефективно використовується водень, що видаляється з повітряно-алюмінієвих батарей. Поставлена завдача вирішується завдяки тому, що в енергетичному комплексі, що включає генератор струму у вигляді повітряно-алюмінієвої батареї з витратним анодом, електролітом і гідрофобним газодифузійним катодом і блок перетворення постійного струму в змінний струм промислової частоти, генератор струму додатково містить батарею паливних елементів, робота яких заснована на електрохімічній реакції палива і окислювача, при цьому паливом служить водень, що поступає по колектору з повітряно-алюмінієвої батареї, а окислювачем - кисень повітря. Таке виконання не тільки робить енергетичний комплекс пожежовибухонебезпечним, але і дозволяє ефективно використовува ти водень, що утворюється в процесі роботи повітряноалюмінієвих джерел струму, для отримання додаткової електроенергії. Конструктивне виконання генератора струму, що включає обидва види батарей, може бути різним залежно від призначення енергетичного комплексу і його потужності. Батареї можуть бути об'єднані конструктивно в одну систему, але можуть бути виконані автономно і зв'язані між собою колекторами. На фіг. представлена структурна схема енергетичного комплексу. Запропонований енергетичний комплекс складається з батареї повітряно-алюмінієвих джерел струму 1, батареї паливних елементів 2, блоку регенерації електроліту 3, блоку підготовки повітря 4, системи підготовки газоподібного водню 5, блоку перетворення постійного струму в змінний струм промислової частоти 6 і теплообмінника 7. Комплекс може включати також блок накопичення і зберігання газоподібного водню 8 на випадок, якщо кількість водню, що утворюється при роботі повітряно-алюмінієвих джерел струму, перевершує потреби батареї паливних елементів. Блоки зв'язані між собою системою колекторів. Працює комплекс таким чином. При заливці електроліту в корпус повітряно-алюмінієвої батареї 1 на її клемах утворюється напруга і струм від стр умознімачів надходить в блок перетворення постійного струму в змінний струм промислової частоти 6. Кисень повітря поступає в батарею від блоку підготовки повітря 4. У міру розчинення алюмінієвого аноду в лужному електроліті в порожнині батареї 1 утворюється лужно-алюмінатна пульпа (алюмінат натрію або калію залежно від виду вживаного лугу), яка подається через систему тр убопроводів в блок регенерації електроліту 3, де відбувається відділення кристалів гідроксиду алюмінію від маточного лужного розчину, наприклад, фільтрацією або іншим відомим способом, і подальша промивка. Лужний розчин використовується для отримання свіжого електроліту, а з гідроксиду алюмінію одним з відомих способів, наприклад електролізом або за допомогою процесу алюмінотермії, може бути одержаний алюміній або його сплави. Алюміній використовують для виготовлення анодів повітряно-алюмінієвих батарей. Водень, що утворюється при роботі повітряно-алюмінієвої батареї 1, подається через систему підготовки газоподібного водню 5 в батарею паливних елементів 2, куди одночасно з блоку підготовки повітря 4 подають кисень. Струм, що виробляється батареєю паливних елементів 2, поступає в блок перетворення постійного струму в змінний струм промислової частоти 6. Оскільки реакції в батареях 1 і 2 проходять з виділенням тепла, до складу комплексу входить теплообмінник 7, в який відводиться тепло від працюючих батарей. Таким чином, введення до складу енергетичного комплексу, що використовує, як основне джерело струму, повітряно-алюмінієві батареї, додаткового джерела струму у вигляді батареї паливних елементів, дозволяє збільшити потужність енергетичного комплексу і забезпечити його пожежовибухобезпечність за рахунок використання водню - побічного продукту електрохімічної реакції, що протікає в повітряно-алюмінієвому джерелі струму. Крім того, в запропонованому комплексі може бути реалізований безперервний цикл: виробництво енергії - відновлення електроліту і отримання алюмінію за рахунок утилізації продуктів реакції повітряно-алюмінієвих батарей - виготовлення алюмінієвих анодів - виробництво електроенергії.