1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 17
Текст из файла (страница 17)
тов и распределения их по элементам. Используется последэ. вательное, параллельное и последовательно-параллельно (каскадное) соединение элементов по реагентам [12). Аналс, гичным образом осуществляется соединение элементов пб газообразным продуктам реакции.
Батареи ТЭ с циркулирующим раствором электролита имеют подсистему ввода в батарею ТЭ, вывода из батареи ТЭ и распре. деления раствора по элементам. Циркуляция раствора элект. ролита, обеспечивая вывод продуктов реакции и тепла, имеет ряд нежелательных последствий для ЗХГ, в том числе услож. нение ЭХГ и появление токов утечек в батарее ТЭ с последб. вательным соединением ТЭ. Токи утечек возникают через систему коллекторов, подво. дящих и отводящих раствор электролита.
Из-за токов утечек возрастают скорости коррозии металлических деталей, входя. щих в контур раствора электролита, снижаются напряжение н фарадеевский КПД батареи ТЭ. Общее снижение КПД ЭХГ вследствие токов утечек может достигать 0,5-5%. Из-за токов утечек, снижения скорости или прекращения подачи реаген. тов, резкого ухудшения активности электродов возможна пере. полюсовка одного или нескольких ТЭ, это приводит к уменьше. нию напряжения батареи, перерасходу реагентов, а иногда -к образованию взрывоопасных смесей.
Токи утечек можно сни. вить путем уменьшения числа последоватеЛьно соединенньц элементов, повышения электрического сопротивления коллек. торов, Радикальным приемом уменьшения токов утечек явля. ется отказ от циркуляции раствора электролита. Батарея ТЭ может также иметь устройства для отвода тепла, например циркулирующий через ТЗ или блоки ТЭ теплоноси. тель или тепловые трубы. Таким образом, батарея ТЭ представ ляет собой сложную систему, содержащую кроме ТЗ ряд вспэ. могательных подсистем, а также концевые платы, стяжки я корпус.
Масса и объем батереи ТЗ равны сумме масс и объемоз ТЭ, пропорциональных суммарной габаритной площади элект" родов, и масс и объемов вспомогательных устройстр. Обычно в состав ЭХГ входит несколько электрически соедя' ненных батарей ТЗ. Выбор мощности отдельных батарей ТВ диктуется обшей мощностью, напряжением и назначеня ем ЭХГ. 2.62 Подача реозентов. Скорость подачи реагентов в батаю ТЭ определяется законом Фарадея: ыг= "изб ~ ~г г/(лРЧГ)="юбАГб/ПзлРЧх~ -скорость подвода вещества, моль/с„' 1г,,б - коэффициент „збытка реагента по сравнению с реальным расходом его в ТЭ; ь1 -мощность батареи ТЭ; П, -напряжение ТЗ в батарее', в г фзрздеевский КПЛ. Массовую или объемную скорость подачи реагентов можно определить, умножив ыр на массу или объем моля реагента с учетом температуры и давления.
Подсистема подачи реагентов включает в себя побудительные устройства (вентиляторы, насосы, нагнетатели) [121. Если реагенты находятся в компримированном состоянии, то подача реагентов осуществляется за счет перепада давления. Важную роль в этом случае играют регуляторы давления и перепада давления между газами и раствором электролита [12). Регуля'торы перепада давления необходимы для предупреждения вытеснения раствора электролита газом и разрушения электродов.
При наличии в реагентах инертных примесей (СОз, Гчз, Не и тз~.) происходит накопление их в порах электродов, поэтому необходима непрерывная или периодическая продувка газовых камер путем открытия клапанов и выбросов инертных примесей смеси с рабочими газами. 2.6.3. Отвод продуктов реакции. Скорость генерации продуктов реакции определяется законом Фарадея: (2.43) ыпр = Х з„Яг/лпр г =Хб/П, лерг гдз и~, - скорость генерации продуктов реакции; л - число моль-эквивалентов на 1 моль продукта. Умножив ы„р на массу и объем моля, получим массовую и объемную скорость отвода продуктов реакции. Продукты реакции могут также генерироваться побочными химическими реакциями со скоростью (2.44) ылэ,х эх ллр Р где э„- скорость побочной химической реакции. (3- д Н - л Г и, = л Р (К, уи, - и,).
.94 (2.45) ПРодукты реакции в ТЭ находятся либо в жидком, либо э газообразном состоянии (диоксид углерода, водяной пар и др,) Газообразные продукты реакции поступают в циркулирующи» газ и выводятся из батареи ТЭ. Удаление воды может быть осуществлено либо с цнркулнруээ шим раствором электролита, либо динамическим, либо статв ческим способом (12; 13]. При циркуляции раствора электролит последний разбавляется водой в ТЗ, а затем регенерируется вн ТЭ, например испарением. Система удаления воды в этсы случае должна содержать циркуляционный насос (мощностыс 10-15 Вт на 1 кВт мощности ЭХГ), испаритель и другие кампо.
ненты. Она обеспечивает равномерное распределение конценъ рации электролита по ТЭ. При динамическом способе вода испаряется с поверхности электрода в поток циркулирующего газа и затем либо сбрасы вается вместе с газом (с воздухом), либо Конденсируется, а газ поступает в рециркуляцию. В этом случае требуется значитвль ный избыток циркулирующего газа по сравнению со стехис метрическим расходом. Например, кратность циркуляции воздуха при его температуре 20'С и температуре ТЭ 60'С превы. шает 11 [13).
Кратность циркуляции водорода в ТЭ с щелочным электролитом лежит в пределах от 2,8 до 50,5 113). Система отвода воды включает циркуляционные насосы для водорода, конденсатор, разделитель воды и водорода и регулятор балан. са воды либо нагнетатель воздуха и регулятор баланса воды. При статическом способе пары воды диффундируют от поверхнс сти электрода к поверхности с более низким парциальным давлевв ем (см.
например,рис2.7). Снижение парциального давления дости гается либо охлаждением поверхности с конденсацией влзги, либэ вакуумнрованием. Последнее можно обеспечить при наличии э ТЭ специальной пористой водотранспортной мембраны,,пропп. таиной концентрированным раствором электролита, находя шейся в контакте с одной стороны с камерой, которая либо вакуумируется, либо охлаждается. Статическая система отнб. сительно проста и может работать в режиме саморегулированиЯ 2.6.4. Подсистема отвода тепла (подсистема терморееулиро вания). При электроокислении моля топлива в ТЭ генерирует ся количество тепла, зависящее от напряжения ТЭ, ~ф Скорость генерации тепла в батарее ТЭ бтз -- (- б и - л Г Иэ) Е 2„5„I и Р' (Вэ/ 0 - (1э) Т А.
5„ - Фб~Цэ) ( э Чт э) = б 1оэУ (()э пт) 11' (2.46) Кроме того, возможна генерация тепла из-за ттротекания „нмической реакции со скоростью 4, „- „( - Л Н„) Ъ 5„= (- д Н,) Нб и, У (У„и,), (2.42) где Ь Н, — тепловой эффект побочной Реакции. При небольших мощностях батареи ТЭ тепло может быть отведено в окружающую среду через внешнюю ее поверхность, а екже за счет испарения воды.
Скорость отвода тепла за счет испарения воды (2.48) б„=ин пЛН„=Из дН„Г(гР и,), глеб Н„-теплота парообразования воды; ээн о- скорость испарения воды. го В случае мощных батарей ТЭ с высоким значением тепловыделения необходимо дополнительное устройство для отвода тепла. Обычно тепло отводят с помощью охлаждающих жидкостей или газов (12, 13), например циркулирующего раствора электролита, который нагревается в ТЭ и охлаждается в теплообменнике вне ТЭ. Циркуляция раствора электролита обеспечивает равномерное распределение температуры по ТЗ. Недостатки ТЭ с циркулирующим электролитом были рассмотрены Ранее. В ТЭ со стационарным электролитом отвод тепла может осуществляться циркуляцией специального теплоносителя, выбор которого определяется рабочими температурами ТЭ.
К недостаткам тюссо способа отвода тепла следует отнести усложнение конструкции ЭХГ и неравномерность распределения температур по батаРее ТЗ. Тепло может быть отведено циркуляцией топливного газа, например водорода. Б этом случае необходима высокая кратность сть циркуляции газа. В качестве охлаждающего агента также "спользуется воздух, который сбрасывается в атмосферу в гс яч Р чем виде либо после нагрева в ТЭ, либо после рекуперации телла. 2 6 5 Подсистема автоматики.
Исключительно важное зна чение для ЗХГ имеет подсистема автоматики, выполняюьэа„ функции управления н контроля. Она должна подцерживат параметры ЭХГ в заданных пределах, изменять их в случз необходимости, контролировать состояние ЭХГ и обеспечива~ его защиту при превышении контрольных параметров 112). у функции управления подсистемы относится обеспечение з, пуска, работы в оптимальном режиме, защиты от аварии н вывода ЭХГ из работы.
К функции контроля подсистемы отнэ сигея контроль за подсистемой управления. Уровень сложно. сти подсистемы автоматики зависит от мощности и назначена„ ЭХГ. Например, ЭХГ космического назначения имеет болев сложную подсистему автоматики, чем стационарные ЭХГ. Мощные ЗХГ включают в себя большое число бата. рей ТЭ, каждая из которых имеет собственную подсистем) автоматики. Подсистема автоматики батареи ТЗ может обер.
печивать стабилизацию и контроль концентрации растворь электролита, температуры, перепада давления топлива и окир лителя, напряжения, периодическую продувку рабочих камер ТЭ, контроль натекания рабочих газов в раствор электролита Подсистема автоматики ЗХГ в целом должна обеспечивая контроль и стабилизацию напряжения ЭХГ, параметров подсир тем терморегулирования, подачи топлива и окислителя, питании собственных нужд (подачи топлива и окислителя), контроль и заахь ту от обратных токов и корьпких замыканий батареи ТЭ на земььв, контроль характеристик изоляции ЗХГ, управление и конт. роль характеристик изоляции ЭХГ, управление и контроль лри запуске и остановке ЗХГ [12). Как видно, подсистема автоматики ЭХГ имеет очень ответ ственные функции и очень сложна. Каждая батарея ТЭ имеет десятки датчиков, а в ЗХГ их уже сотни. Безотказная работь ЭХГ в оптимальных условиях возможна лишь при его Практр. ческой полной автоматизации.
Оператор может выполнять контрольные функции обслуживания. На первом этапе разра ботки ЗХГ решение задачи создания подсистемы автоматика было исключительно сложно. В последнее время в связи ь появлением микропроцессоров и управляющих ЗВМ созданььь подсистемьь полной автоматизации ЗХГ становится вполнр реальным делом. 2.6.6. Характеристики ЭХГ. К характеристикам ЭХГ относят ся напряжение, мощность, удельная мощность, КПД, ресурс р капитальные затраты на ЗХГ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
