1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 43
Текст из файла (страница 43)
К недостаткам можно отнести некоторое усложнение СУВ за счет увеличения числа конденсаторов. 5.2 3. Каасснфниацни систем термостатнроааина н отвода теииоты Классификация систем термостатирования может быть проведена пс аналогии с классификацией систем удаления воды, з. сл 220 по физическому принципу, илп способам удаления теплоты из зоны реакции; по уровню рабочей температуры ТЭ (средне- и ннзкотемпературные); по степени разделения процессов тепло- и массопереноса (независимые в двухконтурных СУВ и совмещенные в одноконтурных системах); по способу регулирования температуры и другим признакам. Наиболее охватывающей является классификация по физическому принципу: системы с циркулирующим электролитом; системы с циркуляцией специального хладоагента; системы, в которых теплота удаляется ггиркулируюшим водородом; системы с теплопроводами; системы с удалением теплоты испарением воды.
Значительное распространение в разработках ЭХГ получили системы с циркулирующим электролитом. Электролит нагревается в батарее ТЭ и охлаждается в обычном теплообменнике, например типа жидкость— воздух, или в регенераторе электролита статического типа в результате испарения избыточной воды.
Так как электролит является эффективным средством для,отвода теплоты и отвод теплоты происходит непосредственно из зоны реакции, то система с циркулирующим электролитом обеспечивает равномерное распределение температуры и концентрации электролита по ТЭ батареи и внутри ТЭ. Циркуляпня электролита значительно облегчает поддержание баланса воды; при загрязнении электролита его легко заменить или очистить во внешнем контуре, что снижает требования к чистоте реагентов. Однако циркулнрующий электролит выдвигает пеобхолимость решения вопросов, связанных с шуптированисм ТЭ по электролиту (токи утечки по электролиту, газо- выделение и перенос массы). Системы с циркуляцией специального хладоагента (органическая диэлектрическая жидкость, дистиллированная вода) позволяют облегчить решение этой проблемы, однако введение в батарею ТЭ теплообменника с хладоагентом ухудшает удельные характеристики батареи, влечет за собой появление значительного теплового сопротивления между электродом и хладоагентом и возникновение неравномерности распределения темас- 22~ )~ат)чры по поверхности электродов ТЭ.
Данные системы получили распространение в ЭХГ на основе низкотемпературных ТЭ с капиллярной матрицей, разработанных фирмой «Пратт энд Уитни» для космического применения и глубоководных аппаратов, фирмой «АллисЧалмерс» и др. В па~ситной литературе предложены различные технические решения, позволяющие уменьшить недостатки системы Системы с удалением теплоты циркулирующим водородом целесообразно использовать в среднетемпературных ЭХГ.
Системы удаления воды и теплоты в этом случае совмещены. (Более подробно см. раздел по динамическим СУВ). Водород, как и циркулирующий электролит, удаляет теплоту практически нз зоны реакции ТЭ, однако в отличие от системы с циркулирующим электролитом в данной системе отсутствует проблема закорачивания ТЭ по электролиту, В системах с теплопроводами удаление теплоты из ТЭ осуществляется за счет теплопроводности элементов конструкции ТЭ (электроды, электролит, корпус] илн по специальному теплопроводу (например, магниевые теплопроводы в ЭХГ космического назначения фирмы «Аллис-Чалмерс», охлаждаемые гелием). Предложена система с использованием тепловой трубы, погрузке~ной в электролит ТЭ, при этом температура кипения термостатирующей жидкости лежит в области рабочих температур ТЭ.
В системах с удалением теплоты испарением воды термостатирование ТЭ достигается за счет испарения с поверхности электрода (в динамических СУВ), или в регенераторе электролита статического типа, илн в системе с выпаривателем необходимого избыточного количества воды и возвращением этой воды в жидком виде обратно в электролит. (Более подробно см, подпара- граф 5.2.2.) $.2.4. Каассифакацаа систем удааенна анертныа арнмесея По физическому процессу возможны системы с поглощением инертных примесей н системы с вытеснением их из ТЭ.
Системы с поглощением инертных примесей (химическое поглощение, адсорбция, дожигание) в ЭХГ могут иметь ограниченное применение. Получили распространение системы с вытеснением инертных примесей. Данные системы могут работать по принципу 222 промывки (периодическое снижение и(или) повышение давления в газовой полости ТЭ1 нлн продувки (выдувание инертных примесей из ТЭ наружу вместе с некоторым количеством чистого реагента).
В системе с продувкой характерным является наличие клапана, установленного на выходе из ТЭ н периодически открываемого. Экономи ность продувки (потери чистого реагента в процессе удаления инертов) определяется в первую очередь способом раздачи реагентов по ТЭ батареи, поэтому целесообразно выделить системы с параллельной, последовательной н комбинированной раздачей реагентов.
В системах с параллельной раздачей реагентов возможны системы без циркуляции и с циркуляцией газа. При циркуляции газа инертные примеси поступают в контур, откуда опи могут быть удалены через продувочный клапан. Недостатком системы является значительный расход чистого реагента при продувке. Однако изза простоты данная система получила значительное распространение в разработках ЭХГ. Экономичность продувки повышается, если между продувочным клапаном и контуром установлено несколько ТЭ, последовательно соединенных по газу.
Повышенной экономичностью и надежностью отличаются системы с последовательной раздачей реагентов, так как инертные примеси выносятся нз первых по ходу газа ТЭ в последние. Данная система использована в ЭХГ мощностью 25 Вт фирмы «Сименс» (ФРГ). Применение системы ограни швается увеличенным гидравлическим сопротивлением газового тракта. Система с комбинированной (параллельно-последовательной) раздачей реагентов сочетает высокую экономичность системы с последовательной раздачей и пРиемлемое гидравлическое сопротивление системы с параллельной раздачей. В разработках ЭХГ фирмы «Сименс» применено каскадирование ТЭ по газу (5.4). При каскадной раздаче газ последовательно проходит несколько ступеней, при этом в каждом ступени каскада ТЭ соедння|отся по газу параллельно. По времепнбму параметру продувка бывает периодическая и непрерывная.
Обычно используется периодическая продувка. Прн использовании в качестве окислителя воздуха удаление инертных примесей происходит непрерывно, обычно в этом случае удаление инертов 22з совмеп)ается с удалением воды, что достигается дополнительным увеличением расхода воздуха (приблнзителал но в 2 раза) по сравнению с расходом воздуха, необ-г ходимым для устойчивой работы ТЭ. По способу регулирования возможна перегулируемая (времпшая через равные интервалы времени независимо от условий работы ТЭ) и регулируемая (например, по току, напряжению последнего ТЭ, напряжению батареи ТЭ). 5.3.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УДАЛЕНИЯ ВОДЫ Для водородно-кислородных ЭХГ па основе низкотемпературных ТЭ с жидким щелочяым электролитом перспективна динамическая СУВ. основными преимушествами которой являются: устойчивое поддержание баланса воды в широком диапазоне изменения параметров; простота н надежность регулирования баланса воды; возможность зсализацип с помощью известных устройсзв; вынос инертной примеси нз полостей ТЭ; значительный опыт разработки как за рубежоч, так я в СССР. Расчет такой системы будет нами рассмотрен в качестве при. мера.
Динамические СУВ по способу раздачи газа по ТЭ батареи подразделяются па СУВ с параллельной и последователыюй разда. чей, в которых процессы тепло- и массопереноса существенно раз. личаются. В СУВ с параллельной раздачей газа массоперенос осуществляется в направлении ТЭ вЂ” конденсатор, н наоборот, в СУВ с последовательной раздачей газа дополнительно существует перенос массы между ТЭ. Для анализа этих процессов необходимо исследовать процессы тепло- и чассообмсиа, протекшашис внутри ТЭ при прохождении через него потока газа, а также процессы чассопереноса между ТЭ и агрегатачи СУВ. Динамияескал СУВ аодм с параллельной раздачей газов по элеменгпм батареи Дниамвческая СУВ представляет собой замкнутый контур, в котором вынужденный поток водорода, проходя через ТЭ батареи н охлаждасчый конденсатор, обеспечивает удаление воды из зонь~ реакции.
Рассмотрим процесс тепло- и массообмена в ТЭ при испарении воды и вынужденном потоке водорода. Для исследования была прпяята упрощенная модель ТЭ (рис. 5.3). Она прелставляет собой дна т, т, т Тч т гз Рис. 5.3. Упрощенная модель ТЭ. 224 (5 — 93 д — „(17ги,,сглт, = «,6(тл — 'Г,) + и тонких ристых электрода с распределеннычя источниками теплоты Толщина электродов мала по сравнению с нх линсйнымв раз. екнх парис мрами и не превышает 1 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
