1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Влияния давленая реагентов на ВАХ ТЭ с электродами нз пористого никеля с ромбнческой структурой решетка прн 180'С. à — 7 Миа; У вЂ” 74 Миа; З вЂ” зо Миа. х 17 0 051 О 107~,Я)смс 2 О ОВВ ',71 7,5В ~,дгсс Рнс. 10.3! Зависимость напряжения ячейки н плотностн энергии от плотности тока. Индексами 1 и 2 обозначены соответственные пары экспериментальных значений У н 7' в линейной области В АХ.
.ь.::..„;си ...1 . и-* 27 —.93 417 или Š— У / а /10.5) кбт п,а 0,5 и,а т,а ч с 077 в,а Р,7 О,5 0 /0 Мс Р/0/,Я 0 и 700 100 т,й Рпс 10.36, Нагрузочная харак- теристика блока ЭХГ. Рис. 10.32 Вольтамперная характе. ристика водорочного и воздушного электролов. 7 — Н,-влектрод7 У— ячейка; 3 — воалуилма электрол 0,0 0 4075 0750 ЯЛ!смс 419 При определении полного внутреннего сопротивления для нелинейной области ВАХ пользуются выражением Я=диут/! (10.4) ' а ССЫ алуа Лату й/Сл' Рис. 10.33. Вольт-амперные характеристики гндразннокнслоролных ТЭ прп различных температурах Электролит 6 н. КОН+ ! н.
!ЧсНаОН7 Ро, =О,! МНа. 7 — ао'с; у — зп'с7 з — з'с. Рис. 10,34 Полярпзапионпыс кривые. 7 — ла гол 7 — анод. где Е соответствует ординате точки пересечения с осью // касательной к ВЛХ в исследуемой ~очке !. Нагрузочная характеристика На основе ВЛХ может быть рассчитана нагрузочная характеристика, представляемая функцией Р/!) (мощность — ток). Примеры нагрузочных характеристик показаны па рнс. !0.18 и 10.36. На рис.
10.31, как и ток, мощность отнесена к единице поверхности электродов /плотность энергии или удельная мощность). Мошность рассчитывают для всей области экспериментальных значений ! по формуле Р=! Н. /! 0.6) График нагрузочной характеристики часто совмещают с графиком ВАХ, добавляя еше одну ось ординат для значений мощности, как показано на рис. 1О.!8. 418 Другая хзрактеристика, рассчитываемая на основе ВАХ и представляющая собой зависимость напряжения от мошностн или удельной мощности, показывает диапазон возможных мощностей ЭХГ, соответствующих не- Рис. !0.36. Распределение энергии в системе — — оценочные потери анергнл; Х вЂ” акспернментальнме аааченна потерь аперглп (кроме аелтнлагора тепло.
обмелаака7; 7 — общал; у — полезнаа; 3 — теолообмелпнк;  — утечкн7 5— компрессор; б — насос КОН; 7 — контроль; а — общие. которой области изменения напряжения, Примеры та ких характеристик показаны на рис. 10.2, !0,8, 10.12,а 10.!6, 10.37 — 10 39. Расход и потребление реагентов Полный расход реагентов может быть измерен непосредственно расходомерами на входе газов в ЭХГ. Однако погрешности расходомеров довольно велики, и более точным оказывается расчет, в ходе которого суммируют расходы на реакцию, продувку, утечки н перетекание реагентов в противоположные газовые полости и в межзлектродпый зазор. Расход и потребление реагентов на реакцию. Основну7о доло полного расхода реагентов составляет расход па реакцию.
Средний расход реагентов 67 н суммарное их потребление на реакцию Оы за промежуток времени Ат можно определить двумя способамн. 27' (10.7) (10.10) о,о 70 гб 25 20 22 Р ОЧ бб 7,2 75 2,020 хог гг 07гзоббоу Рис. 10.37. Характеристика батареи ТЭ с жззлкост»7ь и охлаждением. 7 — и начале еспытанна; 2 — через 50 сут,' а — через 700 сут Рис. !0.38. Электрическая характеристика ТЭ с газож»тхкостиым охлаждением. 7 — з начале испытании; 2 — через 00 сут; 3 — через 00 сут; 4 — через 720 сУт; б — через 725 стт 73000 ч7. и — О,054 К1 ', Π— ОЛО7 Хпсмн е— 0,75 '51см' з' — ОГН4 гнсмн О— 2 421 Используй законы Фарадея, получаем т, а,= —,— "„"., ~Е(.) Е, где гзт=тх — т71 72 — молекулярная масса реагента; !в ток в ЭХГ; à — число Фарадея; з, — множитель химиче- ского эквивалента; н — число последовательных ТЭ или групп, содержащих параллельные ТЭ; 1 — индекс вида реагента (например, нодород пли кислород); т — время.
0,267 аусм . Потребтленне1 реагента за промежуток времени Лт равно гут, =С»,бт. (1О.о) Средний удельный расход реагентов на реакцию дн представляющий собой отношение потребленной в реакции за время Лт массы реагента к выработанной за то 'же время электроэнергии, определя7ттт по формуле рчн Г 147т Х»г" Зт ) 27 (т) ' (10.0) Пример зависимости бг ог мощности показан па рис. 10.40. На рис. 10.41, хотя по оси абсцисс отложена удельная мощность, удельный расход рассчитан с учетом полной мощности сскции ЭХГ. На показанных графиках дан общий расход обоих реагентов. 420 Чгновенньгй расход реагента или расход при йбстбянном токе нагрузки определяется выражением Практически в расчетах принимают на каждом из промежутков времени Атг ток нагрузки Е; и напряжение (Е1 неизменными и пользуются соответственно фор- мулами Хт ! 1 1 где 1,7 — количество электричества, А ч.
Другой метод определения потребления реагентов на реакцию связан с измерением количества продуктов реакции. Поясним его на примере водородно-кис.тородного ЭХГ, где продуктом реакции является вода, 2Н2+0,=2Н,О. (10.14) Как видно нз уравнения реакции (10.14), масса воды, которую легко измерить, точно равна сумме масс потреблештых реагентов.
С помощью уравнения реакции легко выделить долю каждого реагента. Средний расход реагента ~от а«1 1 7 1+ где Ст — расход воды; индексом «к» обозначен противоположный реагент; х= —, зизР з к д4.ы-» где М вЂ” число молей реагента (козффггциент уравнения реакции). Йотреблвийе реагента за время сът ! При использовании этого метода определения расхода реагентов на реакцию и их потребления необходимо учитывать изменение объема электролита за время Лт, если в ЭХГ применяется водный раствор щелочи или кислоты. При достаточно больших Лт, когда количество воды, связанное с изменением объема электролита, Л)т, мало по сравнению с объемом выработанной воды )т, ЛК,« )т„ погрешностью, вызванной изменением объема электролита, можно пренебречь.
В противном случае нужно выбирать моменты т! и те так, чтобы объем электролита в ЭХГ был в эти моменты одинаков 1'1=1 2 или учитывать ЛГ» по формуле С1Т''~С)' где у и С вЂ” плотность н концентрация электролита. Расход газов на продувку. Расход газов на продувку Сг„может быть измерен газовым счетчиком. Более точно измерение выполняется объемным методом. Согласно одному из этих методов продувочный газ на время измерения направляют в герметичный сосуд известного объема )т, снабженный манометром, и измеряют приращение давления Лр в сосуде за время продувки.
Расчет выполняют по формуле С р,У~ бр (1О.! 8) где Т вЂ” температура ТЭ в ЭХГ; Ат — длительность измерения прн непрерывной продувке или период продувок прн периодических продувках; р — плотность продувочных газов; ««» указывает на то, что параметр взят при стандартных условиях. Натекание реагентов в нежэлектрогтный зазор, перетекание в противоположные газовые полости. Когда натекающий газ выводится в компенсационный сосуд электролита, измерение количества натекающего газа выпол- 422 няется аналогично измерению расхода реагентов на продувку. Поскольку натекает смесь газов, вычисления удобнее выполнять в объемных единицах либо для получения результата в массовых единицах дополнительно производить количественный анализ состава смеси натекающих газов.
Если уровень электролита в компенсационном сосуде переменный при работе под нагрузкой, следует измерение выполнять при холостом ходе или учитывать изме- пение объема, связанное с изменением уровня. Обычно количество натекающего газа составляет 0,1 — 1% потребления на реакцию. Перетекание реагентов в противоположные газовые полости не поддается измерению на работающем ЭХГ и может быть лишь оценено теоретически или на основе специальных экспериментов.
По порядку значений оно близко к количеству натекающего в межэлектрочный зазор газа. Утечки реагентов в окружающую среду через неплотности в трубопроводах и в арматуре в ЭХГ нормируются очень жестко и при нормальной работе пренебрежимо малы — порядка 0,0001 †,001 % потребления на реакцию. Коэ4Ч!и!1иент полезноео действия Термодинамика позволяет рассчитать КПД ТЭ и ЭХГ (см, гл. 2), Обычно прн расчете КПД относят полезную работу к теплоте реакции, выделяемой при потреблении соответствующего количества реагентов.
Поскольку для некоторых реакций возможна утилизация энергии окружающей среды при получении полезной работы, то идеальный КПД в этом случае выше единицы. Эьсергетический метод исключает такой результат, включая используемую энергию среды в располагаемую работу. Эксергетическнй метод пока еще не получил широкого распространения, поэтому здесь его не применяем. Эффективный КПД ЭХГ для данного тока полезной нагрузки !„и при пренебрежимо малых потерях реагентов может быть рассчитан из экспериментальных данных с помощью выражения (10.19) «23 времени (см, рис.
10.9, 10.10 н 10.11) обычно задается программой испытаний. При заданном графике нагрузки получают экспериментальную зависимость (7(т), примеры которой показаны на рис. !0.15, 10.43 — 10.46. Иногда по оси ординат откладывают мощность нли удельную мощность (рнс. 10.43, !0.47 — 10.49). Параметрами являются температура (рис, 10.48), плотность така (рис. 10.44) или напряжение (рис. 10.49). (10.20) ф г,г гг а г 77 лВг ез 3 а а т 765 7 З З 4 5 5 Угат Рис. !0.40.
Удельное потребление реагентов в батарее ТЭ с жидкостным охлаждением. 7 — е начале неннтеннй; 2 — через 50 еуг; 0 — через 700 еут, Рис. 10.41. Удельная масса и потребление реагентов в батарее ТЭ в 1О квт. агь ВВ н. 76 Из. е з 7,55~" Ванин ЩВ 6,6 70 Л За аа О 7" '70 ба 00 700 720 Вт Рис, !0.42.
КПД н завнси- Ч мости от мощности, Рнс 10.43. 55апряжеиие при кратковременной работе ТЭ при 5= 2,7 А/смт. 420 где ЛН; — энтальпия реакции, отнесенная к молю иго реагента. Если пренебречь потерями на собственные нужды, т. е. считать 7 =7н, то с учетом выражения (10.!О) получим *,рин — ЗНг тг " При работе с переменным ~рафиком нагрузки сред ннй КПД за время Лт определяют по формуле р,г ~ бнин тзт л;Р ~ !нина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
