Реферати українською » Технология » Электрохимические перетворювачі енергії


Реферат Электрохимические перетворювачі енергії

Предыдущая страница | Страница 2 из 2
поляризацією. При скоєнні роботи виходу (активації) з металу електрода в розчин електроліту електрон долає потенційний бар'єр, освічений подвійним шаром різнойменних зарядів. На кордоні "електрод - електроліт" спостерігається відмінність концентрацій іонізованих реагентів. Электролит і електроди мають власний внутрішній опір. Спрощено, спільне вплив перелічених ефектів можна врахувати з допомогою падіння напруги на нелінійному внутрішньому опір ПЕ Rвн. У цьому рівняння зовнішньої характеристики наближено записується як

U = Eзв - IRвн.

де Eзв - ЭДС при навантаженні, враховує активационную і концентрационную поляризацію; опір електроліту Rэл практично одно Rвн і враховує "омическую" поляризацію.

Загальна форма зовнішньої характеристики ЭХГ показано на рис. 2а. Велика крутість | dU / dI | при малих та підвищених значеннях струму обумовлена відповідно поляризацією активації електродів (ділянку 1) і прикордонної поляризацією концентрації (ділянку 3). Лінійний ділянку 2 з відносно малої крутістю | dU / dI | відбиває вплив у основному "омической" поляризації. На рис. 2б. наведено аналоги зовнішніх характеристик U = U(J) для конкретних

Рис. 3: Схеми ЭХГ:

а - послідовно-паралельне з'єднання паливних елементів;

б - спрощена електрична схема заміщення.


ПЕ. Геометрическая щільність струму J (на одиницю здавалося б поверхні електрода) в короткочасних режимах досягати 0.1 - 0.2 А/см2.


Електрична схема ЭХГ, яка за матричному принципу, дана на рис. За; (Iе, Uе - струм і непередбачуване напруження ПЕ). Спрощена схема заміщення ПЕ представленна на рис. 3б. сли при T = const розглядати ПЕ як лінійний елемент з постійними еквівалентними параметрами


де Rзв, Lзв - опір і индуктивность навантаження; Lэ,т - индуктивность электродови токоотводов, то процес розряду ПЕ описується рівнянням:


Тут усталений струм навантаження;

еквівалентна стала часу.


Электроэнергетические установки з урахуванням електрохімічних генераторів.


ЭХГ загалом крім батареї ПЕ і допоміжного устаткування включає низку блоків, наділених взаємними прямими і зворотними зв'язками задля забезпечення функціонування заданому режимі. Можна класифікувати ЭХГ як технічну систему, що складається з відповідних підсистем. Укрупненная схема ЭХГ (рис. 4.) за головний підсистеми містить батарею паливних елементів БТЕ, і навіть підсистеми: зберігання пального ПСГ і окислювача ВГО; обробки пального ПОГ і окислювача ПОО; подачі пального ППГ і окислювача ВПО. Поруч із ними є підсистеми відводів продуктів реакції ПОПР, тепловідведення ВТО і підсистема контролю та автоматики ПКА, яка з'єднана двосторонніми зв'язками з підсистемами подачі й відводу. До підсистемі споживання та митного регулювання електроенергії ППРЭ підключена БТЕ.

Що стосується водень - кисневому ЭХГ в ПСГ, ВГО здійснюється кріогенне зберігання скраплених компонентів палива, в ПОГ, ПОО виробляється нагрівання H2 і O2 , які у газоподібному стані підбиваються до ППГ, ВПО. Ці підсистеми виробляють дозовану подачу реагентів при заданих параметрах (тиску, температурі) в БТЕ, де відбувається реакція електрохімічного окислення. Видалення водяної пари в ЭХГ виконує ПОПР. Для ЭХГ, застосовуваних на КЛА, важливе значення має ВТО, яка містить холодильник - випромінювач, якого тепло доставляється з допомогою циркуляційних пристроїв з рідинним теплоносієм.

Для КЛА багаторазового використання "Спейс Шаттл" фірма "Дженерал електрик" (США) виконала ЭХГ з водень - кисневими ПЕ, мають позолочені електроди з платиновими каталізаторами. Электроды розділені ИОМ, щоб уникнути высушивания яких організований відвід тепла від анода, що створює рушійний градієнт концентрації повернення H2O до аноду. Відведення води - продукту реакції - реалізований з допомогою автоматично діючої схеми з микропористым сепаратором і волокнистими ґнотами, виступаючими з складання ПЕ. На рис. 5. дана спрощена функціональна схема подібного ЭХГ, у складі перебуває батарея паливних елементів БТЕ з 76 ПЕ з ИОМ.


Рис. 4. Функціональна схема ЭХГ з ПЕ на ИОМ ( 1 - теплообмінник; 2 - сепаратор води; 3 - блок зволоження реагентів та митного регулювання тиску води; 4 - компенсатор тиску електроліту; 5, 6 насоси; 7 - випромінювач тепла; 8 - тракт продувки кисню; 9 - тракт відводу Н2О в збірний бак)


Дві секції БТЕ, мають по 38 ПЕ, з'єднані паралельно й генерують електричну потужність 5 кВт. Батарея розміщена в циліндричному контейнері діаметром 0,33 метрів і габаритнішою довжиною 0,94 м. Удельная маса БТЕ без заправки дорівнює 11 кг/кВт. Експерименти показали, що складання ПЕ може працювати більш 5000 год без деградації ИОМ за нормальної температури до 455 До.

На КЛА багаторазового використання "Буран" встановлено чотири ЭХГ потужністю по 10 кВт ( сумарна потужність 40 кВт ) серії "Фотон" на водень - кисневому паливі H2 - Про2. Напруга одного генератора, що складається з 128 паливних елементів, становить 29,2 У ( схема генератора содержитчетыре паралельні галузі, у кожному у тому числі включено послідовно по 32 елемента). Маса ЭХГ становить 145 кг, маса цього блоку автоматики - 15 кг ( питома маса 14,5 кг/кВт, і з урахуванням блоку автоматики - 16 кг/кВт ). Ресурс ЭХГ дорівнює 2000 год, його ККД 62%

Для тривалої експлуатацію у АЭУ перспективні установки, у яких ЭХГ працює що з регенератором компонентів палива, розтлінним воду на водень і кисень. Электролиз води вимагає підбиття ззовні енергії для розриву валентною хімічного зв'язку

М - Про - М. При потужностях менш 1 кВт доцільно інтегральне виконання ЭХГ і електролізера води (ЭВ). За більш високих електричних потужностях ЭХГ і електролізер води в окремому виконанні мають кращі техніко-економічні показники, ніж в інтегрального устрою. Залежно від виду подводимой до регенератору Р енергії принципово можливі різні способи розкладання води. Високим ККД відрізняється електроліз при пропущенні через М2Про електричного струму: ставлення теплоти згоряння отриманого палива до енерговитратам виділення М2 і Про2 сягає 70 - 80%. Особливо електроліз ефективний для АЭУ на КЛА під час використання Сонця ролі джерела первинної енергії з наступним її перетворенням в ФЕП.

Розпад води на М2 і Про2 можна реалізувати у ПЕ при пропущенні струму у напрямі стосовно току генераторного режиму, використовуючи принцип оборотності ПЕ, який виконує роль електролізної осередки. За такої способі регенерації компонентів палива ресурс регенеративного ПЕ обмежений обсягом резервуарів для зберігання М2 і Про2. Відомі регенеративные ПЕ, у яких отримані гази М2 і Про2 зберігаються у пористих чи губчатых пристроях всередині ПЕ. Цей тип ПЕ за принципом дествия формально аналогичегн хімічної АБ, причому електрична ємність регенеративного ПЕ визначається кількістю адсорбированных газів. Як вона та ПЕ, можливо виконання електролізної осередки з електролітом, ИОМ чи капілярної мембраною. Прикладываемое до електролізної осередку при електролізі напруга на 30 - 80% має перевершувати напруга, генеровану ПЕ, оскільки поляризаційні ефекти в електролізної осередку виявляються сильніше, ніж у ПЕ.

Регенеративная електроенергетична установка (РЕУ) космічної довгострокової технологічної бази включає вісім ідентичних модулів такого типу, середня енергетична потужність кожного з яких становить 12,5 кВт. Газові балони розраховані на запас реагентів кг, робочий тиск в балонах підтримується буде в діапазоні Па. За один цикл разрядного режиму витрачається 3.03 кг реагентів (умовна ступінь розрядки 33%). Регулятор постійного струму, компенсуючий падіння напруги не вдома ЭХГ, дозволяє вдвічі підвищити ресурс ПЕ, котрі можуть досягати 10 років.


Список скорочень:


ЭХП - електрохімічний перетворювач;

ЭХГ - електрохімічний генератор;

ПЕ - паливний елемент;

КЛА - космічний літальний апарат;

АБ - акумуляторна батарея;

АЭУ - автономна енергетична установка;

ФЕП - фотоелектричні перетворювачі;

ИОМ - ионообменная мембрана;

БТЕ - батарея паливних елементів;

ПСГ - підсистема зберігання пального;

ВГО - ==||== ==||== окислювача;

ПОГ - ==||== обробки Р.;

ПОО - ==||== ==||== O.;

ППГ - ==||== подачі Р.;

ВПО - ==||== ==||== Про.;

ПОПР - ==||== відводу продуктів реакції;

ВТО - ==||== тепловідведення;

ПКА - ==||== контролю та автоматики;

ППРЭ - ==||== споживання й державного регулювання електроенергії;

РЕУ - регенеративная електроенергетична установка.


Література:Алиевский Б.Л. Спеціальні електричні машини.

М.:Энергоатомиздат, 1993.


Список основних скорочень:


АБ - акумуляторна батарея;


АЭУ - автономна енергетична установка;


БТЕ - батарея паливних елементів;


ИОМ - ионообменная мембрана;


ПКА - підсистема контролю та автоматики;


КЛА - космічний літальний апарат;


ПОГ - підсистема обробки пального;


ПОО - підсистема обробки окислювача;


ПОПР - підсистема відводу продуктів реакції;


ППГ - підсистема подачі пального;


ККД - коефіцієнт корисної дейсвия;


ВПО - підсистема подачі окислювача;


ППРЭ - підсистема споживання й державного регулювання електроенергії;


ПСГ - підсистема зберігання пального;


ВГО - підсистема зберігання окислювача;


ВТО - підсистема тепловідведення;


РЕУ - регенеративная електроенергетична установка;


ПЕ - паливний елемент;


ФЕП - фотоелектричні перетворювачі;


ЭХП - електрохімічний перетворювач;


ЭХГ - електрохімічний генератор.

Предыдущая страница | Страница 2 из 2

Схожі реферати:

Навігація