1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Поэтому для эффективного удаления примесей нз батареи с параллельной газовой схемой необходимы специальные меры. Некоторое повышение эффективности продувки достигается с помощью контура циркуляции газа. Прн этом сглаживается неравномерность содсржания примесей в ТЭ батареи, вызванная разбросом их сопротивлений. Более эффективно удаление примесей так называемой промывкой, т. е, периодическим снижением давления газа в батарее и сбросом части газа в атмосферу при одновременном отключении подачи газа в нее.
Однако применение подобной системы удаления примесей ограничено механическими свойствами электродов и, кроме того, в процессе промывки электрические характеристики нагруженного генератора могут снижаться ниже допустимых. В некоторых конкретных задачах, несмотря иа свои недостатки, параллельная газовая система оказывается предпочтительной. Примером может служить воздушная система водородно-воздушного ЭХГ, где параллельная подача воздуха целесообразна энергетически, если учесть затраты энергии на подачу воздуха. Необходимый расход воздуха многократно превышает электрохимический расход кислорода, что несколько упрощает задачу продувки всех ТЭ батареи, но и в этом случае применяют калиброванные дроссели в воздушных каналах ТЭ. Если распределение примесей по ТЭ в параллельной системе носит случайный характер и концентрация примесей в отдельных ее ТЭ моя<ет превышать концентрацию их в продувочном газе батареи, то последовательная газовая схема обеспечивает закономерное распределение концентрации примесей по ТЭ, которая нарастает от входа к выходу газа, но не превышает концентрации примесей в продувочном газе.
В последовательной схеме различие гидравлических сопротивлений ТЭ не влияет на скорость их продувки. Все примеси проходят поочередно все ТЭ батареи. Расход на продувку батареи независимо от ~азовой схемы, так жс как и для единичного ТЭ, может быть оценен коэффициентом 269 продувки К, равным отно((вению объемного расхода газовой смеси на продувку батареи к объемному расходу чистого газа на реакцию,: ~с =С„--С, где Со — объемная концентрация примесей в исходном газе; С„р — объемная концентрация примесей в продувочном газе. При известной Со и выбранном К в продувочном газе устанавливается концентрация примесей С вЂ”..
С К В приложении к последовательной газовой схеме (рис. 5.31) — это концентрация С„примесей в послед- Рис. 5.3И Последовательная подача газа, нем по ходу газа ТЭ. С„не зависит от количества последовательно соединенных ТЭ, и при использовании газа с известным содержанием примесей Со определяется коэффициентом продувки К. Распределение концентрации примесей в ТЭ последовательной схеме можно оценить по формуле С вЂ”.= С п(К+ ') где С вЂ” концентрация примесей в из-зг ТЭ. Таким образом, концентрация примесей в ТЭ последовательной схемы, исключая последний, зависит от его порядкового номера в газовой схеме, и для и — 1-го ТЭ эта зависимость максимальная п(К+ 1] Отношение ыи иК+ 1 Ся, пК 270 п оказывает, что и — 1.й ТЭ с последовательной схемы ра- га ботает на более чистом газе, гсрйз чем продувочный.
Например. при и=30 для технического газа (К=0,005) С„( С, 1=7,7. Для остальных ТЭ батареи это отношение увеличивается. Соответ- Гйый,ОО2 ственно этому распределе- п и, нию примесей батарея ТЭ с послсдовательнои газовои Рис, 5.32. Распределение при системой имеет более высо- месей в батарее Тз. кие электрические характеристики при прочих равных условиях (С,; К), чсм батарея с параллельной схемой (рис. 5.32). Различие установившихся концентраций в последовательной и параллельной схемах увеличивается для более чистых газов.
Накопление примесей в последнем по ходу газа ТЭ в последовательной схеме ускоряется по сравнению с единичным ТЭ. Если принять, что примеси, поступающие в батарею, собираются в последнем ТЭ, то скорость накопления в нем должна увеличиться в и раз (если пренебречь накоплением примесей в остальных ТЭ батареи, что допустимо для технических газов). Сравнительные экспериментальные кривые спада напряжения (рпс. Рис ' 33 К ивая снижения на- 5'о3) полтвер даю" пряжеи„я тэ Элементы с высоким гндравг — саинизиый тэ. 2 д последиий Лическим сопротивлениЕм пе могут быть соединенным соеаииенныя ТЭ.
в последовательную газовую схему, так как прн этом возникает большой перепад давления на батарее, сРавнимый с перепадом давления между газом и электролитом. Для таких ТЭ применима так называемая каскадная газовая схема, т. е. смешанное параллельно- последовательное соединение ТЭ. Газовые камеры ТЭ в этой схеме объединены в несколько каскадов, соединенных последовательно, а каскады состоят из опреде- 27! ленного количества камер, соединенных параллельно. Распределение камер по отдельным каскадам осуществляется таким образом, чтооы перепад давлений на каждом каскаде был одинаковым. В расчете числа каскадов должен учитываться максимально допустимый разброс гидравлических сопротивлений газовых камер ТЭ.
Количество газовых камер в ступенях падает в направлении потока газа. Это дает возможность обеспечить достаточно высокие скорости потока газа в отдельных камерах, несмотря на убывание потока газа в последующих каскадах за счет электрохимических реакций. Таким образом, каскадная схема напоминает пирамиду, заостренную для чистых газов. При использовании силь- но загрязненных газов все г каскады должны содержать приблизительно равное количество камер. Продувка инертных прис„з месей может осуществляться непрерывно или периодически. Выбор режима продувки определяется главным обРис. 534. сравнение периоди- разом чистотой исходнгн о ческой н непрерывной прону- газа.
Для грязных газон, на- вои. пример воздуха, целесооб- 1 — перяодячееквя продувке: з — разна нспрсршаная Прг~дув непрерывная продувка. ка. Продувка методом промывки по своей технологии может быть только периодической. В обшем случае периодическая продувка эффективнее, так как она осуществляется в короткие промежутки времени и соответствешю с высокими скоростями газа, и экономичнее, так как при одинаковом содержании примесей в продувочном газе концентрация примесей в ТЭ прп периодической продувке в межпродувоч: ый период выше, чем при непрерывной продувке (рис. 5.34). Режим продувки может также диктоваться техническими требованиями к ЭХГ, например ограничиваться производительностью системы утилизации продувочных газов установок, не имеющих связи с атмосферой.
Расчет режима продувки сводится к определению необходимого расхода продувочного газа, обеспечивающего заданньш козффвцвент п одувки нлн заданную кг~нцентрацню примесей в продувочном газе. ля периодической продувки в зависимости от графика иагр>зки, чистоты исходного газа и конструкции батареи определяется необходимая частота продувки. Процесс продувки поддается опгнмиза- 272 ции. Расход газа на продувку влияет на КПЛ по току чг н на КПД по напряжению Чл.
С увеличением расхода растет напряжение и соответственно Чр, но одновременно падает Чг, так как снижается коэффициент использования реагентов, и наоборот, с уменьшением продувки растет Чг и падает л)о-. Коэффициент полезного действия по току лшжет быть выражен отношением количества элекгрохнмическн прореагиронавгнего газа к количеству чнстого газа, поданного в ЭХГ, 1„ Герое~ Сгш) бйн П) — С,) ' Зависимость напряжения ТЭ Рис 5.35.
Определение оптиот концентрации примесей при раз- мальной продувки. личных электрических нагрузках определяется экспериментально. Коэффициент полезного действия ЭХГ, определяемый формулой (2.7), после подстановки выражений Чр и л)г и учета формулы (25) можно выразнть в виде и, С„,— С, Оптимальная продувка соответствует г)г)е,'г)Сяр — — О. Таким образом, может быть определена оптимальная контзев трация примесей в продуночном газе (или оптимальный коэффициент продувки), при которых КПД ЭХГ максимален. В оптимальной точке выполняется условие (-'-~,.я. = ' 3ГГ, Х Ге г)' яу à —.еоявл 77 =) г'геры) определяется экспериментально. Выгпеприведенное условно означает, что касательная к кривой 77,=)гыеы), проходящая через начало координат, касается кривой в оптимальной точке (рис. 5 35). 5.8.
ОПТИМИЗАЦИЯ ТОКОВ УТЕЧКИ Токи утечки определяются схемой построения ЭХГ, в первую очередь компоновкой системы электролитных полостей. Генераторы с общей для всех ТЭ системой электролита, объединяющей входящие в нее ТЭ, обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с системой с,разобщенным по отдельным ТЭ электролнтом— простота эксплуатации, единая система контроля за состоянием электролита, выравнивание давления, темпера- 13 — ЭЗ 273 туры и коицеитрацпи электролита в ТЭ ЭХГ пря переменных условиях тепломассообмсиа. В иекоторых ~варивитах ЭХГ общая электролитиая система используется для обеспечеипя термостатирова.
ипя и отвода продуктов реакции. Однако пр~и постросиии ЭХГ с общей системой электролита иеобходимо учгпывать проблему токов утечки по элоктролитиым Ф1 кн а 1 Е 3 л-1 л3 Рнс. 5.35. Электролитпый контур батарей ТЭ. в — отрицательный эдентрод; б — иодожнтовьныа эаеитрад, в — радиаиьныи алвктроадтныа канал; е — новлентор; д — наина> Го г — тон утечки в тз; Гг тан а нонче> Гее — тои утечки в среднем ТЭ.
каналам, сообщающим электрически последовательно соедпиеииыс ТЭ. Возникновение гоков утечки-связано с рядом отрицательных последствий — спижепие КПД ЭХГ, выделение электролизпых газов, коррозия мат.- риалов электролитиой системы, неравномерная иагрузка отдельных ТЭ и неравномерная нагрузка отдельных электродов по,их поверхности. Наличие шуитжгрующих элсктролятиых цепей может также осложяить процессы запуска и хранения ЭХГ. Рве. 5.39. Токи утечки в радиальных электролитных каналах батареи ТЭ. l На рис.
5.36 представлена схема токов утечки в батарее,; д состоящей из ТЭ, последовательно сосдпиеппых электрически и параллельио соединениых по электролиту (иа схеме показан только один электролитиый коллектор). Экспсримептальио полученная картииа распределения токов утечки по ТЭ такой батареи представлена па рис. 5.3?.
Токи утечки измерены в межэлемеитпой коммутации батареи прп отсутствии виеьшсй нагрузки. Соотвстствсицо иапряжеп>ие холостого хода и токи утечки в радиальных электролитиых каналах распределяются по схемам па рпс. 5.38 и 5.39. ° ыки утечки в ТЭ (осевые токи) максимальны в центральных ТЭ батареи, напряжение холостого хода ТЭ в соответствии с эъпм снижается в направлении к цептру батареи, а токи в радиальных электролитпых каналах максимальны в крайних ТЭ. Рассчитаем токи утечки в батарее из и последовательно электрически соединенных ТЭ (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
