1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 56
Текст из файла (страница 56)
б. Напрях<ение иа ТЭ является интегральным параметром, характеризующим его состояние. В системах управления предусматриваются измерительные приборы, определяющие напряжения па ТЭ. Такие приборы, как правило, имеют две пороговые уставив снижения напряжения, по достижении первой из которых система управления осуществляет операции по восстановлению напряжения, а по достижении второй — исключение батареи 1Э из электрической силовой цепи, так как снижение напряжения может привести к переполюсовке ТЭ и переходу его в режим электролизера. Такой режим недопустим с точки зрения взрывобезопасности.
Рассмотрим вариант построения системы управления ЭХГ, который состоит из нескольи<х десятков последовательно н параллельно соединенных батарей. Количество батарей ТЭ и последовательных ТЭ в батарее определяется рядом условий (см. $ 5.1). Каждая из таких батарей ТЭ оснащается собственной гидропневмоавтоматикой и системой датчиков, позволяющей управлять батареей в нормальном режиме, осуществлять ее запуск, а также останов, полностью исключать при необходимости эту батарею из общей схемы. Каждая батарея ТЭ оснащается системой датчиков, позволяющих оценить ее состояние.
Датчиков, характеризующих состояние, в такой батарее ТЭ более двух десятков. Исполнительных органов в каждои батарее ТЭ также около двух десятков. Таким образом, электроустановка мощностью несколько сотен киловатт, состоящая пз нескольких десятков последовательно соединенных батарей ТЭ, будет иметь несколько сотен информационных датчиков, а также примерно такое же количество исполнительных оргаЕстественно, при таком количестве информации ручное управление (посредством оператора) физически невозможно.
При рассмотрении различных вариантов автоматизации наиболее целесообразным оказывается пол- 19* 291 ностыо автоматизированная система управления с возможностью периодического подключения оператора на время запуска, для периодического контроля состояния, а также прп возш>кновенип критических ситуаций Возмо>кны различные варианты построения системы управления при множестве информационных сигналов и исполнительных орлеанов. Непременным требованием является обязательность о>обра>кенця состояния установки на информационном пульте. В случае нескольких сотен параметров такое отображение или сложно выполнить, или для этого требуется табло больших размеров. Наиболее оптимальным представляется отображение состояния ЭХГ в целом и периодическое подключение на специальное табло (мнемосхему) одной из батарей ТЭ вЂ” либо по вызову оператора, либо при возникновении критической слтуацни.
В этом случае система может быть построена следующим образом: Каждая батарея ТЭ имеет «собственный» блок автоматики, с помощью которого осуществляется автоматическое управление батареей во всех режимах. В случае появления предельных или аварийных параметров система управления информирует о виде неисправности и ее адресе и выдает сигнал (свет, звук) на пульт оператора.
Оператор вручную подключает неисправную батарею ТЭ к мнемосхеме, на которой отображается состояние конкретной батареи (состояние всех ее датчиков н исполнительных органов). По желанию оператор может блокировать автоматику частично или полностью и управлять данной батареей ТЭ вручную. При возникновении необратимых неисправностей оператор может отключить данную батарею ТЭ от схемы ЭУ В случае, если оператор нс успеет отключить аварийную батарею ТЭ, система реагирует на возникновение аварийной ситуации и отключает неисправную батаре.'о ТЭ автоматически. ГЛАВА ШЕСТАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ИОНООБМЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ Опыт разработок низкотемпературных ЭХГ системы водород — кислород (воздух) показывает, что пе меньшие трудности, чем при создании активных электродов, возникают при разработке систем, обеспечивающих нор- 292 Мальныс режимы работы н эксплуатации.
ОсновныЕ трудности, как правило, связаны с системой отвода продукта электрохимичсской реакции — воды нз жидкого электролита, так как в этом случае единственно возможным методом, обеспечивающим дллтельную работоспособность, является испарение воды из электролита. В этом смысле серьезный интерес представляют ЭХГ на основе ТЭ с ионообменнымн мембранами (ИОМ), позволяющие создавать устройства с простымн вспомогательными системами. Это обусловлено песмешиваемостью продукта электрохнмической реакции — воды с полимерным электролитом и как следствие этого возможностью отвода воды из ТЭ без перевода в паровую фазу со всеми вытекающими отсюда последствиями (см.
гл. 5). Эти преимущества позволили уже в самом начале разработок создать первую систему, продемонстрировавшую преимущества ЭХГ в условиях космического полета в программе «Джемини» (С!11А), Настоящая глава посвящена рассмотрению свойств полимерного электролита, особенностей протекания электродных процессов и методов их исследования, а также здесь приведены примеры исполнсния ТЭ и ЭХГ различного назначения. Исследованию ТЭ с ИОМ посвящены работы Нндраха (%едгасЬ) и Грабба (ОгпЬЬ) 16.1, 6.21, а также глава Маже (Маде1), в книге под редакцией Бергера 16,3) и гл. !4 в кни~е Лебовски н Кейруса 16,4~, представляющие в основном работы в этом направления фирмы «Дженерал электрик компан~» (США).
Эти работы носят, как правило, описательный характер и не позволяют достаточно грамотно подойти к проектированию ЭХГ с ИОМ различного назначения. В отечественной литературе практически полностью отсутствуют материалы, посвященные разработкам ЭХГ с ИОМ. Настоящая глава должна по возможности ликвидировать это положение и содействовать более широкому развитию проблемы. АЕ ИОНООБМЕННЫЕ МЕМБРАНЫ ДЛЯ ТЭ И ИХ СВОЯСТВА Ионообменные мембраны являются «твердыми» галами, обладающими свойством обменивать некоторые ионы, содер>кащиеся в них, на другие ионы, присутствующиее в среде, в которую помещен материал.
Ионообменные свойства были давно открыты в при. родных сосднненлях типа алюмосиликатов, называемых 293 цеолитамщ В кото)зых ион!с !целоч1зых нли щелочноземельных металлов, находящиеся в кристаллической ре" шетке, могут обменпваться с другими катионами. Открытие синтетических полимерных ионообменных смол (полнэлектролитов), обладающих свойствами противостоять действию кислот и оснований, а также окислителей и восстановителей позволило существенно расширить области их применения. Рис. 6.1. Модель матрицы катнонита в контакте с водой. Н+ — гидратироваипый протон (противоион); « †» — гидратированный фик- сированный анион.
Этн вещества состоят из жесткой высокомолекулярной матрицы, включающей фиксированные ионы одного знака, пропитанный водой нли раствором, и содержат подвнжяые протнвоионы. На рис 6.1 представлена модель матрицы с фиксированными аннапамн и подвюкными катионами — катионнт, находящийся в контакте с водой. Синтетические ионообменные материалы — это типичные гели.
Их каркас, так называемая ьзатрнца, состоит из неправильной высокополнмерной пространственной сетки, на которой закреплены группы, нссущие заряд, — фиксированные ноны. В качестве фиксированных зонов наиболее часто служат следующие: у катноннтов 507-, СОО, РО»7, АзΠ—; у анионнтов ЫН»+, ЫН«», )(», 5".
В ТЭ в качестве электролита нашли применение в основном гомогеипые ионитовые мембраны на основе сульфокатионигов, обладающие комплексом необходимых свойств: высокой электрической проводимостью при удовлетворительной прочности, хорозпей химической стойкостью в окнслнтельных н восстановительных реакциях, низкой газопроницаемостью и т. д. Удовлетворительными физико-химическими н механическими свойствами обладаюг ИОМ типов МРФ-26 и МРФ-4МВ [65). Они представляют собой пчснки из сульфнроваяпых сополимеров, полу- 294 ченных радиационно-химической прививочной сополямеризадисй трифторстнрола с сополимерами винилфторид+гексафторпропилеи (МРФ-26) и тетрафторэтилен -,'-гексафторпропилен (МРФ-4МБ).
В последние годы в ТЭ назпли применение новые перфторированные сульфокатионнтовые мембраны типа МФ-4СК (6.6], представляющие собой перфторуглеродные линейные сополимеры, в составе которых молекулы группы сульфоиовой кислоты связаны сполпчером ковалентнымн связнми. Аналогичная ИОМ разработана н выпускается в С1ПА фирмой «Дюпон» под торговым названием «Нафион». Синтез этой мембраяы в общем виде состоит из следующих стадий: 1. Из гексафторпропилепа под действием окислителей получают эпоксигексафторпропилев: Г ) СР, =- Сà — СГ, + 0-»СР» — Сà — СГ,, 2. Тетрафторэтилен с 50» образует циклический сульфон, кото- рый перегруппировывается в линейную форму: СР, = СР, + ВО, СГ, — СР, Π— СРСР«ЯО»Р.
Π— 60, Э. Сульфон реагирует с эпоксигексафторпрапиленом с обйаао- ваннем продуктов присоединения сульфанилфторида: , (сг — сг1 Сь «+ 0 СРСЬ»50»Р»0 -= СРСГОСР«СР»БО»Р СР, О = СГСГ»»ОСР»СР ОСР»СР»ВО»г. ! г,с~ сг, 4 Полученный продукт реагирует с содой, образуя перфторвинц- ловый эфир сульфовииилфторнда (так называемый РБЕРЧЕ) 0 = СР— СР( — СР,СР— 0)«СР,СР«ВО,Р -'- Ыа»СО» Р,С СР, — 2СО, + 2)(аг+ СР, = СР( — ОСР,СРО)«СР,СР,ЯО,Р. ) СР» 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
