1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Возможна также классификация систем подачи реагентов по способу подачи рсагеитов (иепрерывиая, прерывистая, пульсируюшая), соотиошеиичо давлений реагентов (различиые давления водорода и кислорода (воздуха), одииаковые давлеиия], конструктивиым и другим признакам. 205 ».2.2. Классификация сметем удвпеиив веды Как и в случае систем подвода реагентов, к классификации систем удаления воды (СУВ) возможны различные подходы.
Для разработки СУВ наибольшее значение имеет классификация по следучощим признакам: по физическому принципу, т. с. по способам удаления воды непосредственно из зоны реакции ТЭ; по способу регулирования баланса воды; по уровню рабочей температуры ТЭ; по количеству контуров. Наиболее охватывающей является классификация СУВ по физическому принципу. В этом случае можно выделить СУВ, реализующие четыре способа удаления воды из зоны реакции ТЭ: гравистатические (вода стекает в жидкой фазе из зоны реакции под действием силы гравитации, минуя стадию испарения, или отсасывается с помощью капиллярных сил), см.
подробно гл. 6; статические (происходит диффузионный перенос паров воды); с регенерацией электролита (вода выводится из ТЭ с электролитом, затем в специальном устройстве происходит регенерация электролита, электролит с исходной концентрацией возвращается в ТЭ); динамические (вода испаряется с поверхности электрода в поток проходящего через ТЭ газа). Классификация по способу регулирования баланса воды является существенным добавлением к классификации по физическому принципу, так как поддержание баланса воды является второй важяейшей функцией СУВ, обеспечивающей работоспособность самой системы при изменяющихся внешних условиях в течение длительного времени.
Выбор способа удаления воды из зоны реакции ТЭ и способа регулирования баланса воды практически полностью определяет направление разработки СУВ В зависимости от уровня рабочей температуры ТЭ, как уже отмечалось в гл. 1, можно выделить пнзкотсмпературные (ниже 100 'С) и среднетемпсратурные (200 — 220'С) СУВ, которые значительно различаются вьчбором параметров (давление и расход циркулирующего газа, концентрация электролита, температура конденсатора — для динамических систем), реализацией 207 термостатирования ТЭ, выбором способа регулирования баланса воды, конструктивным исполнением.
Классификация по количеству контуров (двухконтурные и одноконтурпые СУВ) позволяет подчеркнуть взаимосвязь СУВ с системой термостатировання и отвода теплоты. Данная классификация особое значение имеет для динамических систем. В двухконтуриой системе контуры отвода воды и теплоты выполнены раздельно, например циркулирующий газ транспортирует изТЭ только образу|ощуюся воду, а теплота уносится из ТЭ хладоагентом, т. е, процессы тепло- и массопереноса протекают раздельно.
Как правило, низкотемпературные системы являются двухконтурными. Двухконтурные системы отличаются простотой схемы. В одвоконтурпой системе контуры о~вода воды и теплоты совмещены, т. е система удаления воды является одновременно и снстемон отвода теплоты. Классическим примером однокоьт1рной СУВ являезся среднегемпературная система удалсция воды н теплоты ЭХГ для космического корабля «Лполлон», в которой теплота от ТЭ переносится в конденсатор за счет теплоемкостн циркулирующего водорода. Тип ТЭ также может оказать влияние на выбор типа СУВ, способа регулирования баланса воды, параметров СУВ н конструктивного исполнения системы. Г!о этой причине имеет смысл выделить СУВ для ТЭ с иопообмсипой мембраной, со свободным или связанным электролитом.
11а рнс. 5.1 представлена классификация СУВ по физическому принципу, рассмотренная ниже более подробно. Статические СУта' 2ов Рис. 54. Каассифииадии систси удадсиии воды. В статических системах пары воды диффундируют с поверхности электрода ТЭ к поверхности с оолее низким парциальяым давлением паров воды, способы создания которой и определяют в первую очередь различия данных систем, Более низкое парциальное давление паров воды может быть получено охлаждением поверхности ниже точки росы, прн этом сконденсированная влага может непосредственно стекать в водосборник под действием сил гравитации либо отсасываться с помощью системы фитилей благодаря действию капиллярных сил. При расположении рядом с электродом матрицы, пропитанной раствором щелочи, более концентрированным, чем электролит ТЭ, также создаются условия для поглощения паров воды.
Поддержание более высокой концентрации электролита в матрице, называемой диффузионной или транспортной, может быть осуществлено испарением воды с противоположной стороны матрицы непосредственно в полость пониженного давления, соединенную с космическим вакуумом или внешним конденсатором, уносом воды циркулирующим электролитом с его последующей регенерапией и другими способами, Основным преимуществом статической СУВ является ~озможность разработки вспомогательных систем ЭХГ без агрегатов с движущимися деталями (насосы, вентиляторы) за исключением электромагнитных клапанов, так как принципиально отсутствует необходимость в !4 — вз 209 создании принудительного потока реагента илн электролита для удаления воды.
Так как распределение концентрации электролита по поверхности электрода отображает распределение концентрации по поверхности диффузионной матрицы, то данная системз позволяет достигнуть равномерного распределения концентрации электролита н температуры мнн ° - - и и и ннн по поверхности электрода, чае использования ТЭ в каг ..„.„,.„...., н,а пнллярной мзтрнцей (свя- занный электролит). Однако "'нн';,мх связано с рядом трудностей вследствие переноса тепло- и;, 1 н,—...ч. ) ы за счет теплопроводыгзст и ° и н«Гнев« нн й,э газа в зазоре между электродом н охлаждаемой поверхностью и усложнения н„..л ) нн'=т ' конструкции батареи ТЭ.
ннн Наибольшее развнтне статиче- ские СУВ получнлн в разработках нг' и фириы «Аллнс-Чалиерс», США. гн ° и г и. «зн В водородно-кислородном ЭХГ косинческого назначения мощностью 2 кВт на основе ТЭ с асбестоной иатрнцей система вынолнеРнс. 5,2. Схема ТЭ со статнче- на как двухконтурная, т. е. проской системой удаления воды, цсссы тепло- н массопереноса осусодержащей вакууинруемуно ществляются раздельно н незавнкамеру удаления воды (разра- симо один от другого. Теплота ботка фирмы «Аллнс Чалмерс», отводится изнутри ТЭ к иаруж- США). ной поверхности через магниевые элементы конструкцнн, охлаждаемые циркулирующим гелием.
Пары воды днффунднруют с поверхности водородного электрода (концептрацня электролита в асбестовой матрице около 35% ) через водородную камеру к транспортной матрице, пропнтаяной электролитом с более высокой концентрацией (около 40% ) н разделянощей водородную камеру с камерой удалеиня воды (рнс. 5.2).
Последняя периодически сообщается с вакуумом, благодаря чему пары воды удаляются. Таким образом, регулнроваине концентрация электролита в обеих матрицах н скорость удаления воды нз ТЭ прн данной температуре непосредственно зависят от давлення в камере удаления воды. В конструкции электродов н транспортной матрицы предусмотрены резервуары (соответственно дополнительный объем пор электродов гг опорная пла.
стнна нз пористого ннкеля], обеспечнванощне возможность изменения объема электролита прн нзменсннн его концентрации в процессе регулирования баланса воды. Данные резервуары являются, следовательно, элсчентами системы регулирования. Фирма «Аллнс-Чал- 210 мере» также проводила работы по созданию второго варианта статкческой СУВ, в которой предусчатрнвалогь охлажденяе асбестовой матрицы, янляюшейся поверхностью конденсация паров воды, с помощью циркулирующего хладоагента к отвод воды по капиллярам в асбесте в накопнтсльную емкость.
Данная система считалась пер. спектнвной для использования в ЭХГ космического назначения. Для ЭХГ, используемого на земле, фирмой предложена статическая система, которая отличается от варианта с вакуумяруемой камерой удаления воды тем, что транспортная матрица омывается потоком цяркулнр)тощего электролита, нз которого вода удаляется в регенераторс злсктролнта, а теплота — в теплообменннке, устанонлегннои после регепсратора электролита, СгнВ с регепераниеб электро.гата Данные СУВ являготся наиболее многообразными. Системы различаются устройством регенератора электролпта, в котором осуществляется удаление воды, образующейся в ТЭ.
Нанболес простыми являются СгнВ с разбавлемиеи электролнга; в этом случае регенератор электролита отсутствует. Характерным признаком такой системы является наличие емкости для размещения разбавленного электролита, конструктивное оформление которой позволяет провести дальнейшее разделение систем. Коггструкция электролитной емкости зависит от типа ТЭ (со свооодным нлн связанным электролитом), способа раздачи реагентов по ТЭ батареи (параллелышя или последовательная) н количества ТЭ, соединенных электрически последовательно. Системы с разбавлением электролита различаются между собой также способом регенерации электролита при подготовке ЭХГ для последующего цикла работы (заменя электролита, обезвоживание электролита с помощью подсоединяемой стендовой СУВ, электролиз разбавленного электролита в регене. Ратнвных установках).
Недостаток системы — ухудшение со нремепсы ВАХ ТЭ, связанное с уменьшением концентраг(гги электролита. В связи с этим системы нашли применение при работе ТЭ с низкими плотностями тока ()О ' — 10 — ' А)смз) в течение длительного времени (месяцы и годы) илн прн кратковременной работе ТЭ с высокими плотностями тока (около 0,1 А)см' и выше). Нрнмерами использования систем с разбавленнем электролита' в разработках являются: энергоустановка на основе ЭХГ мощностью 10 Вт для эггергоснабжепня стационарного морского буя фирмы 14' 211, «Электрик пауэр сторндж» (Великобритания) — рзбоч.
плотность тока 1О ' — рзоочая ванна 3 го, а, т ка -' А/см, время работы без обслужида, ТЭ со свободным электролитом, па алр а з реагентов по ТЭ, электролитная ем- парал- кость образована верхней частью корпуса, в котором расположены ТЭ; мене» (ФРГ) . ч энергоустзновка с ЭХГ мощностью 25 В ф .
С— т фирмы «н- теля ч ) для питания транзисторного преобр: реобразовз- ции — пл зстоты телевизионной ретрансля! ц — плотность тока 3 !Π— ' А/см-', время раб б цнонной стан- о бел. уживания 12 мес, батарея состоит из 34 — с, -', время ра оты без тельно сое ин з последова- система со е д ненных ТЭ но электричеству и ре реагентэм, сд ржпт дополнительно электролитный с делителем эл гый контур ние концепт а! ° ектролита, обеспечнвагощим выр ыравпиеарации эпектролпта и снижение утечек по электролит; к тока энергоустэновкп мощностью 4 МВт авиационно-кос- 1 ), проектная плотность тока 3,7 А/см', время неродному электроду, регенерация элек- тролита осуществляется продувкой сухого газа рез батарею ТЭ с о газа че- системы, ал р . с помощью пристьпуемой стендо удаления воды в период подготовки ЭХГ на вой Промежуточное положение межд СУВ с з нием элект о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
