Спосіб прямого одержання електричної енергії з електрохімічної реакції та пристрій для його реалізації

1. Спосіб прямого одержання електричної енергії з електрохімічної реакції, що полягає в створенні реакції окиснення палива в потоці окиснювача з наступним розведенням аніонів і катіонів з області протікання реакції до анода і катода, який відрізняється тим, що розведення зарядів здійснюють додатковим введенням у простір реакції електричного поля, при цьому для отримання постійного електричного струму використовують постійне у часі електричне поле, а для отримання перемінного електричного струму - перемінне у часі електричне поле. 2. Пристрій для прямого одержання електричної енергії, в якому зона для протікання реакції окиснення потоку палива й окиснювача обмежена анодом і катодом, який відрізняється тим, що додатково має два ізольованих сітчастих електроди, розташованих відповідно паралельно аноду і катоду і підключених до високовольтного джерела з великим внутрішнім опором. Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до паливних лементів (комірок), що використовуються в енергоустановках різного призначення для прямого одержання електричної енергії із електроліту будь-якого походження Відомий спосіб прямого одержання електричної енергії з енергії реакції окиснення палива в потоці окиснювача, що полягає у створенні умов для виникнення реакції окиснення палива окиснювачем, одержання потоку позитивних і негативних зарядів, поділі і розведення їх до анода і катода за допомогою іонообмінної мембрани. При з'єднанні електродів зовнішнім електричним ланцюгом, у ній виникає постійний електричний струм. [1]. Недоліком способу, обраного як прототип, є те, що для поділу позитивних і негативних зарядів використовуються іонообмінні мембрани (чи пористі електроди). Ці елементи є найбільш дорогими з всіх елементів, що складають паливну комірку. Більш того, фізика роботи цих елементів, дотепер, залишається недостатньо вивченою, що обумовлює технологічні складності й утрудняє широке промислове використання паливних комірок. Ще одним недоліком цього способу, є неможливість зміни напрямку струму в зовнішньому ланцюзі, тобто неможливість створення джерела перемінного струму. Відомий спосіб і пристрій одержання енергії постійного струму (прототип) з реакції взаємодії палива з окиснювачем, наприклад, водню з киснем, що включає наступні операції. Паливо й окиснювач подаються в зону реакції в який попередньо створені умови для виникнення реакції окислювання. При цьому, у потоці палива й окислювача виникають позитивно і негативно заряджені частки - аніони і катіони. Ці заряди відводять із суміші палива й окиснювача до електродів аноду і катоду, які розміщені по різні сторони зони реакції. Електроди з'єднують зовнішнім електричним ланцюгом, у якому і виникає односпрямований обмін зарядами, тобто протікає постійний електричний струм. Основна електрохімічна реакція, при цьому, має наступний вигляд: UA (11) 86811 (13) (21) a200613625 (22) 22.12.2006 (24) 25.05.2009 (46) 25.05.2009, Бюл.№ 10, 2009 р. (72) КИСЕЛЬОВ ВЛАДИСЛАВ ПЕТРОВИЧ, UA, КИСЕЛЬОВ ЮРІЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ, UA, КАШКОВСЬКИЙ ВОЛОДИМИР ІЛЛІЧ, UA (73) ІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА НАФТОХІМІЇ НАН УКРАЇНИ, UA (56) JP 2003112042, 15.04.2003 JP 2005347066, 15.12.2005 DE 19817671, 02.06.1999 RU 2199489, 27.02.2003 US 3660888, 09.05.1972 GB 1441931, 07.07.1976 JP 2006324179, 30.11.2006 RU 2134922, 20.08.1999 RU 2249886, 10.04.2005 SU 685168, 05.09.1979 WO 9422176, 29.09.1994 Васильєв А.Д. та ін. Паливна комірка. // Електропанорама. - 2000. - №3. - С. 18-20 C2 2 (19) 1 3 86811 4 2Н2+О2 (4Н++4е-)+2O 2Н++2OН-=2Н2О жання як постійного, так і перемінного електричноВідведення зарядів з об'єму, у якому протікає го струму, відповідно до винаходу, додатково має електрохімічна реакція, є досить складною електдва ізольованих сітчастих електрода, розташовародинамічною задачею і становить на сьогодні них відповідно паралельно аноду і катоду, і підосновний технологічний секрет кожного винаходу. ключених до високовольтного джерела з великим Хоча, широко відомий поділ зарядів за допомогою внутрішнім опором. іонообмінної мембрани. Пропонований спосіб здійснюється в наступній Спосіб і пристрій ілюструються наступним припослідовності. Паливо й окислювач за допомогою кладом. дозуючих пристроїв подають у простір між двома Приклад 1 електродами (анодом і катодом), у якому створені Паливо й окиснювач подають разом у реактор умови для виникнення реакції окислювання. Одно(паливну комірку) у якому попередньо створені часно, у просторі, де протікає реакція окислюванумови виникнення реакції окиснення, наприклад, ня, створюється додаткове електричне поле. Поумови для протікання реакції горіння. Простір, у тік, позитивно і негативно заряджених часток що якому протікає реакція, обмежено двома, наприутворюється в результаті реакції, взаємодіє з елеклад, плоскими електродами, до одного з яких ктричним полем і під його впливом розходіться до впритул примикає іонообмінна мембрана так, що різних електродів, створюючи електричний струм у реакція окиснення протікає в просторі між одним з зовнішньому ланцюзі. електродів і поверхнею іонообмінної мембрани. Пропонований винахід ілюструється кресленАніони, що утворилися в цьому просторі, здатні ням, на якому зображена схема для здійснення проникнути через іонообмінну мембрану до електпропонованого способу і пристрою. Фіг.2. рода, відділеного нею від зони реакції, і осісти на Пропонований пристрій для одержання електньому. При цьому в зоні реакції утвориться надричної енергії, з реакції взаємодії палива з окислишок катіонів, що зосереджуються на поверхні лювачем, містить два електроди 1 і 2, кожний з другого електроду. Електрод на якому зосереджуякий може бути чи анодом чи катодом, зону реакції ються позитивні заряди, звичайно називають ано- 3, пристрій дозованої подачі палива - 4, пристрій дом, а у якого зосереджуються негативні заряди дозованої подачі окиснювача - 5 і джерело додаткатодом. Приклад ілюструє Фіг.1, де 1 - анод, 2кового електричного поля - 6. Стрілка 7 указує викатод, 3 - зону реакції, 4 - пристрій дозованої похідний напрямок руху палива, окислювача і продудачі палива, 5 - пристрій дозованої подачі окиснюктів реакції, стрілки 8 і 9 - указують напрямок вача, 6 - іонообмінна мембрана. Стрілка 7 вказує відхилення зарядів, а стрілка - 10 напрямок додатвихідний напрямок руху палива, окислювача і прокового електричного поля. дуктів реакції, а стрілка 8 і 9 - напрямок відхилення Принцип роботи пропонованого електрохімічзарядів, 10 - напрямок електричних силових ліній ного генератора залишається колишнім (як у прододаткового модифікованого електричного поля тотипу). Паливо і окиснювач, вступаючи в реакцію, створюють потік аніонів і катіонів, що розходяться E. в протилежні сторони під дією електричного поля, Недоліком способу, обраного як прототип, є створюваного, відповідно до винаходу, у просторі те, що для поділу позитивних і негативних зарядів реакції двома сітчастими електродами, які підклювикористовується іонообмінна мембрана, що погічені до додаткового слабкострумового високоворшує роботу реактора, особливо тривалу, і не дає льтного джерела постійної (чи перемінної) напруможливості керування напрямком потоку електроги. Напруженість електричного поля підбирається нів у зовнішньому ланцюзі. такої, що б поділювані заряджені частки пролетіли Недоліком пристрою є наявність у пристрої сітчастий електрод і досягли анода і катода. (Анареактора дорогої і нестабільно працюючої іонооблогія з дією сітки в електронних лампах.) Заряди, мінної мембрани, що визначає тільки односпрямощо досягли анода і катода, у свою чергу, створять ваний рух зарядів, тобто дозволяє одержати тільки струм у зовнішньому ланцюзі. При цьому: постійний електричний струм. 1. Відпадає необхідність у використанні власВ основу винаходу поставлена задача удоскотивостей іонообмінних мембран. налення способу з метою одержання як постійно2. Підвищується ефективність поділу зарядів, го, так і перемінного струму, з реакції взаємодії оскільки електричне поле одночасно впливає на палива з окиснювачем, шляхом спрощення і попозитивні і негативні заряди, змінюючи їхній рух у ліпшення якості операції поділу позитивно і негапотрібному напрямку. тивно заряджених часток і розведення їх до катода 3. З'являється можливість змінювати в часі і анода. Поставлену задачу удосконалення спосонапрямок відхилення протилежно заряджених часбу вирішують тим, що операцію розведення позиток, замінивши постійне електричне поле на перетивно і негативно заряджених часток у просторі мінне і, відповідно, одержувати перемінний електреактора здійснюють за допомогою електричного ричний струм. поля Ε під дією сил, що виникають при русі зарядів Головною особливістю пропонованого рішення в електричному полі. є те, що воно не порушує раніше відомих принциВ основу винаходу поставлена задача удоскопів побудови паливних комірок, крім принципу поналення пристрою одержання електричної енергії ділу зарядів. Так залишається незмінним принцип з енергії реакції взаємодії палива з окислювачем, розподілу генераторів на три типи в залежності від що містить два електроди, простір між ними в який робочої температури. Незмінними залишаються створені умови для виникнення реакції окислювластивості, що здобуваються паливними комірвання, пристрою подачі палива й окислювача, з ками при введенні до їх конструкції каталізаторів метою спрощення конструкції і можливості одер 5 86811 6 різних процесів. Допускається застосування різних і, у тому числі, у випадках, коли електроліти мають способів комутації комірок. Пропонований спосіб біологічне походження поділу може бути застосованим при взаємодії Перелік посилань: будь-яких видів палив, при будь-яких електролітах 1. Васильєв А.Д. и др. Паливна комірка. // Електропанорама. - 2000. - №3. - С.18-20. Комп’ютерна верстка О. Рябко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601