1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 37
Текст из файла (страница 37)
.. (4.37) Наиболее наглядно влияние неравномерного температурного поля на ВАХ ТЭ можно проследить прн отводе теплоты по периферии электродов. Было исследовано влияние параболического поля температур с разной степенью неравномерности (рис. 4.6) на ВАХ ТЭ. Как видно из рисунка, во всех экспериментах вершине парабо- 189 Рис. 4.6. Поле температур на электроде, Температурь| на границе электрона: 1 — О 'С; 11 — !О 'С: 1П вЂ” ЗО 'С; 1Р— ОО 'С; Р— ЭО С (рааномерное воле) Т=ОО ь т=ар'а Т=О Т = 00'О. ЫТ"ь т = о Ода 0,5 „ О О,' ОЛ,",,О О,О Т/Тэ 0,00 0 ОГ 424500050607 Т(те Рис.
4.10. Зависггмость величины )тг(тг от степени неравномерности поля температур. Π— экспериментальные точки. Рис. 4.9. Ттг в эависямостн от степени неравномерности поля температур. Π— экспериментальные точки. лы приписывалась температура Т=90С. Температура на границе менялась от 0 до 90'С. Такие условия соответствуют заданию максимально допустимой рабо 2ей температуры электрода, Для оценки влияния тем- -10-,2-0,0-0,0 а Оч оа 2 7 пературной неравномерно- сти на ВАХ ТЭ введем новый интегральный параметр — коэффициент эффективности токосъема с уче~ом температурной неравномерности Тг, как отношение реального тока к идеальному току при максимальной температуре Ряс.
4,7. Поле потенциалов на электроде при неравномерном поле температур (режим 1). электрода, когда омнческими потерями можно пренебречь, при этом напряжение на токосъемниках должно быть одно и то же. На рис, 4.7 и 4.8 представлены поля потенциалов, полученные на моделирующем устройстве, анализируя которые можно прийти к выводу, что неоднородность исследуемого поля температур не увеличивает, а даже несколько уменьшает неоднородность поля потенциалов 190 по поверхности электродов, Такое явление можно объяснить уменьшением плотности тока на периферийной части электрода за счет того, что процесс токообразования У= ОЛ ОО 2,0 5,0 л,а '5,0.0 Рнс, 4.8, Поле потенциалов прн равномерном поле температур (режим 57). происходит при пониженных температурах.
Однако, несмотря на то что поле потенциалов остается почти постоянным, коэффициент эффективности токосъема с г,' учетом температурной не- РавномеРности(тг падает пРи 0,0 уменьшении Т(Тс (рис. 4,9), т(ля равномерного темпеРатурного поля Тт,=), коэффициент эффективности токо- съема характеризует только омнческие потери. Отношение этих коэффициентов (т=(т,((1 является мерой ухуд- 19( Рт р, == — -1п — ' каа ! и (4.40) (4. 38) кг ! л =-- — 1п/1- — '. пг Таа Е, = 1,23 -!- 0,03 !ц ( Р,по, ) (4.41) (4.39) щения ВАХ ТЭ за счет не а температур для данной коне за счет неравномерности поля (рис.
4.10). онструкции токосъема ХАРАКТ зы. РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ НЕРЕ ЕРИСТИКИ ТЗ. МЕ АГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ НА ХАНИЗМ НАКОПЛЕНИЯ ГАЗОВЫЙ ПРИМЕСЕЙ За исключением применения в спе и За . ния в специальных задачах, очистка газов, осуще ются на загрязненных газа . зах. Глубокая уществляемая при по г к б скн чистые газы мог т кн на азе ТЭ, неэконом ична.
Техниче- зы, полученные переработкой могут содержать до 12! п и !а примесей. Га- жит зн ачительные колн~ес~ю СНИ СО2, Н, С рера откой природных топлив, со используемый в каче м 2, 2 О. Возд)'Х ач стве окислителя, удалением ти шь тех примесей, которые мог электроды ичп электро Н и мы здесь называем г з лит. ереагирую и р ш ми примесями с химической точки зре газовые примеси, ине тные р ые не только зрения, а также любые г ние активной газовой со. капливаться, снижая парцпальп в й составляющей. р ьпое давлеЗависимость ЭДС от ав +4! О=НО 2 2 — 2 ПМЕЕТ ВИД т давления для реакции Н + 2 Рг Е а =- Е„+ — 1П (р р| 42 ! пр и: о, Рно), где Е ЭЧС прн Р =.1н Р ! давление газа р " о:' ' Р— павциальное температура; Р чи „', фа ,' — абсолготная е газа; , — газовая постоянная; Т вЂ” а р нов, участвующих в реакции, или и и ,и при р„, =сопя! и ) после подстановки числовых и переход к десятичным ч! ым логарифмам Как видно из приведенных Ьо мул, х фг4р~ул, ЭДС возрастает шепнем давления про веления топлива н окислител я продуктов реакции.
ля и с умепь- !ЕЕ П мере расхода реагентов падает их давление и рас тет давление продуктов реакции, Поэтому с увеличением степени использования топлива и окислителя в соответствии с (4.39) должна падать ЗДС. В водородно-кислородном ТЭ с водным электролитом давление продукта реакции — воды зависит не от степени непользования газов, а от температуры и концентрации электролита, но с увеличением степени использования реагентов растет давление газовых примесей, что также снижает ЭДС. Согласно (4.39) зависимость ЭДС от давления, особенно от давления О,, слабая.
Так, при снижении давления со 100 до 10 кПа теоретическое значение ЭДС со- ставляет Ео=!,23 — 0,03 — 0,0! 5=-1,188 В. Это позволяет прогнозировать возможность эксплуатации ТЗ на сильно загрязненных газах. Г!ереход от кислорода к воздуху дает потерю напряжения на ТЭ практически около 0,1 В. Измене!и!е общего давления может дать тот же эффект, что и изменение парциальпого давления газов прн разомкнутой цепи. При работе электрода под нагрузкой ограничение скорости переноса газа в пористой структуре приводит к дополнительному снижению парциального давления активного газа в зоне реакции. Концентрационная газовая поляризация, связанная с этим ограничением, где р4 — парциапьное давление в зоне реакции; р2 — то же в объеме газа.
Концентрационная поляризация может привести к возникновению предельного тока Гаа — максимального тока при данных условиях, когда концентрация газа в зоне реакции близка к нулю. Концентрационная поляризация связана с током уравнением Прн псбочьш44х по сравнению с предельными токах поляризация слабо зависит от тока, но резко возрастает при врио.!и!женин к предельному току. Оценка предель- !З вЂ” Ез !93 С,=--С,+/аС, ')г, или время накопления примесей до С, (4.42) (4г43) -'1 Процесс накопления примесей протекает достаточно быстро. Например, насыщение примесями (С,-== !) при использовании технического кислорода (С;=0,01) прн плотности тока 0,1 А/сма в ТЭ с газовой камерой толщиной 0,1 ем происходит чае=! О,1/210 0,1 0,01=0,5ч. В зоне реакции накопление примесей происходит еще быстрее.
Для оценки допустимого времени работы ТЭ в ре- 194 ного тока, определяемого днффузией двухкомпонентной смеси или течением газа в пористом электроде, показала, что процесс переноса гаБх за в пористом электроде не может определять скорости процесса генерации тока, так как полученные значения предельного тока многократно превышают пракгические плотности тока. Несмотря на то что перенос газа не является определяюгцей стадией суммарного пропссса в ТЭ, концентрационная газовая поляризация имеет место, особенно при высоких плотностях тока. Рассмотрим процесс накопления примесей в объеме газовой камеры единичного ТЭ (рис.
4.1!). Введем следующие обозначения: Са — объемная концентрация инертных примесей в исходном газе; Я,н — объемный расход исходгюго газа на входе в ТЭ; )г„— объем газовой камеры ТЭ (одного из реагентов)! 7 — ток ТЭ; ив электрохпми юский эквивалент газа; т — время накопления примесей; С, — концентрация примесей в камере г в момент х. За время т в камеру поступает объем примесей )г= '~ =1,1енсот нли, с учетом того что прп отсутствии продувки 11, =!и, )г=/асат.
Тогда концеиграция примесей '1 в момент т (при нормальных условиях и без учета влажности газа) жиме накопления примесей необходимо учитывать электрические характеристики ТЭ, которые резко снижаются при значении С=1, При работе в составе батареи накопление примесей в отдельных ТЭ ускоряется (см. $5.7). Определим концентрацию инертных примесей в камере ТЭ, которая устанавливается прн продувке с постоянным объемным расходом продувочного газа 1~,н. Степень продувки оценим коэффициентом /е, равным отношению обьема выдуваемой газовой смеси к объему электрохимически израсходованного активного газа, й=1Еяр/ц/. (4 44) Из уравнений материального баланса для инертного газа 1,гемсю=Янрснр, где С,р — объемная концентрация примесей в продувочном газе, н для смеси газов Я, = =Янг;~-/и с учетом, чго /! г,=/еа/, получаем с, с„а — с, (4.45) или 1г+ 1 (4.45) Зависимость электрических характеристик электродов п ТЭ в целом от содержания инертных газовых примесей (или парциального давления активного газа) на практике определяется экспериментально в связи с трудностями количественного определения аналитиче г, ° г, ской зависимости /=/(С), Один нз удобных экспергментальных методов — по- г, лучение так называемых кривых снижения напряже- Рнс.
4.12 Канаве сниженич ния в отсутствие продувки напнягяения единичного Тгь от инертных примесей К!гиные представляют собой семейство зависимости иаггряжепия ТЭ при 7=сопя( от времени накопления п нме Рнмесей, полученное для рабочего диапазона нагрузки пргг заданной чистоте исходного газа (рис. 4.12). На экспериментальные кривые влияют не рассмотренные вгяш выше факторы: конструкция газовых камер — рас- 1З" 199 положение входных и выходных газовых каналов, гео.
метрия камеры и соответственно картина течения газов, а также распределение тока по поверхности электродов. Кривые снижения напряжения используются для расчета режимов продувки. Работая в режиме накопления примесей, ТЭ в итоге снижают свое напряжение до нуля, после чего наступает <переполюсовкав. На рис. 4.13 представлена кривая переполюсовкп кислородного электрода. 1Т Потенциал кислородного электрода сначала смещает- : ся до равновесного потена к елее*~ и( циала водородного электроРис.
4.13. Кривая переполюсои- да, а затем достигае: потенки кислородного электроде. пиала, соответствующего гоку / при элсктролнтическоч выделении водорода. Переполюсовка ведет к образованию гремучей смеси н поэтому представляет собой аварийную ситуацию, Таким образом, несмотря на то что ТЭ имеют слабую зависимость электрических характеристик от парциальпого давления рабочих газов, неконтролцруемое накопление инертных газовых примесей может заметно снижать характеристики ТЭ и привести к аварии. ГЛАВА ПЯТАЯ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ 5.1. СИНТЕЗ СХЕМ ЗХГ Для создания надежной ЭУ на основе ЭХГ требуется большое количество теоретической н экспериментальной информации. Эта задача особенно сложна для установок большой мо1цностн. Как правило, синтез ЭУ усложняется специальными требованиями, связанными со спецификой самого обьекта. Для синтеза устацовкн требуется провести расчеты по выбору и оптимизации ее параметров, отработать в производстве и всесторонне исследовать основные узлы н агрегаты как самих ТЭ, так и вспомогательных систем и агрегатов.
Накопленный в настоящее время опыт разработки ЭХГ различного назначения позволяет провести синтез ЭХГ как системы толь- 196 ко приближенно. Окончательное построение структурь1 ЭХГ будет, очевидно, проведено в ближайшие годы после проведения некоторого объема дополнительных аналитических и экспериментальных исследований. В об1цем случае ЭХГ может иметь различное напряжение на выводах, различный допустимый ток нагрузки, отличаться по своей структуре в части пневмогидравлических и электрических схем, по способу объединения ТЭ, по электролиту, по системам термостатирования, продувки и вывода продуктов реакции. Кроме того, ЭХГ могут иметь различные системы хра~ения и подготовки топлива и окислителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
