1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Затраты нв проблему резко возросли. Сейчас нз первый план выдвигаются вопросы экономики и увеличения ресурса. Технологические н июкенерные проблемы приобретают большую значимость, хотя, кзк это будет пэмн показано, многие вопросы теории нсе еще остаются нерешенными. Исследование проблемы ЭХГ привело к широкому разянтию смежных областей, и том числе фундаментальных. Так, попытки улучшить катализаторы обусловили необходимость расширения исследований механизма катализа с привлечением новых физических представлсний.
В экспериментальных работах возникает потребность в существенном улучшении (или создании новой) измерительной техники, Особенно интенсивное развитие получили технологическое обеспечение и разработка промышленных методов производства новых материалов и деталей ЭХГ, Для оценки всего многообразия смежных областей науки и техники фирмой «Баттеле» предложен «весовой> метод, причем в качестве численных показателей приняты значения: 3 — очень большой вклад, 2 — большой, 1 — небольшой и 0 — нулевой. Было рассмотрено 25 возможных областей, каждая из которых разбивалась на четыре подобласти, имеюгцих одинаковый «вес». Максимальное значение вклада составляет 300 единиц (25Х4уб3). Приводим значения относительных величии вклада (по отношению к 300).
Источник энергии Коиммчкект »ваада 0,387 0,23 0,227 0,077 0,087 ЭХГ Аккумуляторы Двигатели внутреняего сгорания Изотопные исто ~инки, Солнечные элементы ЪЗ. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭХГ Многочисленные попытки систематизации вариантов ЭХГ привели к более или менее стойкой классификации, принятой как в СССР, так и за рубежом. Существуют следующие признаки такой классификации: !) по температуре основного процесса: низкотемпературпые (ниже !ОО'С), среднетемпературные (ниже 500'С) и высокотемпературные (выше 500'С); !8 2) по типу электролита: щелочпые и кисльге; 3) по состояниго электролита: с жидким или твердым электролитом, а также с электролитом мембраны Последняя модификация может быть выполнена в виде либо ионообмеипых мембран, либо асбестовых капиллярных матриц; 4) по агрегатному состоянию реагентов: газообразные, жидкие и твердые; 5) по виду горючего или окислителя: водородные, кислородные и метанольпые и др.
Поскольку различия в ЭХГ в основном определяются нх ТЭ, подробная классификация будет рассмотрена в гл. 3. Различают ЭХГ и по областям использования (космические, транспортные и т. д.). Работы по ЭХГ ведутся для следующих областей применения: единичные объекты; стационарные н передвижные (переносные) ЭХГ для различной аппаратуры и др.; общехозяйственные объекты: средства городского и промышленного транспорта, стационарные и передвижные электростанции и пр. Космическое применение предъявляет максимально жесткие требования к массе и габаритам энергоустановки с ЭХГ (включая систему хранения реагентов) и ее надежности.
Вопросы экономики при этом практически не играют роли. Для массовых и общехозяйственных объектов, наоборот, необходимо обеспечить стоимость 1 кВт ч и ресурс, по меньшей лзере соизмеримые с параметралзн сугцествующих ЭУ, Ниже приведен краткий обзор состояния и перспектив разработки ЭХГ для различных областей применения. ЪЗЛ. ЭХГ дпя космических аппаратов Почти все известные разработки длн космического применения относятся к нерегенервтивным ЭХГ.
В перспективе возможно создание регеператнвеых систем, например по схеме солнечная батарея — электролнзер — ЭХГ. Нерсгепсратнвпые ЭХГ представляют интерес для полетов относительно небольшой продолжительности при уровне мощности установки в основном от одного до десятков килонатт Для пилотируемых аппаратов применение водородно-кислородного ЭХГ дает дополнительный выигрыш, устраняя необходимость иметь нэ борту запас воды длн питья. Впервые ЭХГ были применены на космических аппаратах «Джемини» и «Виосвтеллнт», Это была батарея мощностью 2 кВт с по- 2' 19 лимерными ионообченными мембранами в качестве электролита Для работы в услоаняь пснесочостн была использована фишьльная сзстсма удаления образующейся воды. Водород и кислород хранились в сжнженном состоянвп. Рабочая температура составляла 38«С, удельная масса 32 кг/кВт. 1(а кораблях «Аполлон» (! 3 полетев па Луну) был установлен среднстемпсратурный ЭХГ фирмы «Пратт зид Уитни» (теперь «Юнайтед текнолоджяз корпорейшн» вЂ” наиболее мощной фирмы, занятой производством ЭХГ в США).
Установка состояла из трех ЭХГ, один из которых — резервный Прн плотностях тока 0,025 — О,! Л/смз напряжение одного ТЭ равнялось 1,!в 0,9 В, соответственно мощность ЭХГ 0,56 — 1,42 кВт, а его массз О,В 62 В,В ' В ЧЗ бб 22В Ы2 2>б 2бб Убгль««я и«ья«зг«ь«,тб Вг/гл> Рис. 1.3. Характеристика ТЭ фирмы «Пратт энд Уитни» при 260'С ц 0,1 МПа.
100 кг. Запас жидкого водорода н кислорода был расс>итал яа 400 ч работы Рабочая температура ЭХГ 200 — 260'С, давление газов 0,4 — 0,5 МПа, электролы — водный раствор КОН концентрации 85%, ЭХГ были отработаны на ресурс 1000 ч. Опубликованы сообьцевня также о более поздних работах по ЭХГ для космоса Фььр>ьа начала разработку энергоустановкн па основе водородно-кислородного ЭХГ моьдностью 5 кВт (а пике 10 кВт], рассчитанной па ра. боту в течение 5000 ч !1.3).
Характеристика ТЭ приведена па рис. 1 3, Помимо батареи ТЭ ЭХГ включает блок очистки реагентов от примесей, в частности углеводородов, систему циркуляции реагентов, систему отвода воды н теплоты Батарея ТЭ состоьп нз 32 ТЭ с активвой поверхностью 450 сч'. При испытаниях ТЭ реа. лизовалась характеристика /=О,! А/сч' прн (2=0,9ог В н /=- =0,3 А/см«прп (/=0,9 В. Элементы разчнчной консгрукпнн были изготовлены в основном яз стскловолокнистых материалов. Подробно изучалось влияние ьечпературы, п.тотностн, тока, частоты продувок и степени очнстьн газов от примесей на характеристики ЭХГ /Тля очистки кислорода от метана в количестве 5,5 !О-'% при 90 †5'С н давлении р=- =0 — : 0,42 МПа использовались четыре типа катализаторов: 0,5«/> Вй; 0,5% Рб; 0,5«/«Р1; 10% Р1 на А!«0«.
Лучшие результаты получены при использовании родня. При увеличении давления активность каьалпзаторов увеличивается. В ходе ресурсных испытанпй через 6!О ч вышел нз строя насос циркуляции водорода, а через 750 ч в чсжэлектродном пространстве одного из ТЭ обнаружено выделснле газа. Фирма продолжает работы по устранению обнаруженных недостатков Эгон жс фирмой разработан ЭХГ мощностью 2,5 кВт, предназначенный для электропитания аэростата на высоте 21 км в течспнс 7 сут (168 ч), который включает батарею водородно-кислородных ТЭ, систему криогенного хранения и подачи реагентов (!7 кг На 20 и 136 кг 0»), емкость для воды и радиатор лля сброса тепла. За исключением радиатора ЭХГ расположен па горязонтальной платформе Масса ЭУ 330 кг, общая энергоемкость 423 кВт ч, удельная энергия 0,42 против 0,063 кВт ч/кг для лучших серебряно-цинковых аккумуляторов.
Батарея, включающая 31 ТЭ, имеет мои!ность 2,5 кВт прн напряжения ЗО В, 1920 Вт расходуется на питание электродвигателя пропеллера, 500 Вт на подъем груза, а !00 Вт на питание контрольной н телеяетрнческой аппаратуры. Сечь фпрм заяниалясь совершенствованнеч известных систем криогенного храпения и подачи реагентов для данной установки. Лучших показатсмасса танков лей .
~ добнлнсь фирмы «Бнч эйркрафт» — 0,46 я >масса реагентов ~ «Эйр рзсеры — 0,76, однако система первой фирмы более дорогая. В>>кость для образующейся волы имеет размеры 18Х60>С!15 см. Радиатор 120Х220 см, разработанный фирмой «ЛТВ Эйроспейс», ныполнен из алюминия толщиной 0,5 чм, имеет массу 10 кг и расс пьтан на работу при гхоростя воздушного потока 8 м/с. В отчете !1.4] приводятся результаты заключнтельяого этапа исследоваянй фирм (апрель !972 — июль !973 гг.) по совершенствованию ЭХГ, предназначенного для выполнения космической программы «Шаттл». Работа выполнялась по договору с НЛСЛ.
Генератор включает 34 ТЭ с асбестовым элсктролнтоносптслс" >олщп. н.>й 0,5 мм. Поверхность каждого ТЭ 470 см', электро>ьы акти. вированы катализатором, состоящим нз 90% Р1 и !0% Рд. За время работы проведен 31 испытательный цикл длительностью 7 дней, оощее время испытаний 5072 ч. Прн использовании специальны> чистых реагентов продувка водорода в течение всего цикла вообще не проводилась, а кислород продувался '! раз Вода образующаяся прн работе батареи, оказалась высоков степени чистоты. Модернизация водородного насоса позволила увели пшь срок его службы до 10 000 ч. В отчете приводятся оптимальные размеры н конфигурация сепараторов н подложек электродов г точка зрения обеспечения необходимой механической прочности пря поперечном сяьашш. Проведеняыс исследования позволнлн также выбрать сечение, колпчество и распределение каналов подачи водорода, кислорода н хладоагента для обеспечсияя эффективной работы батареи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
