Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Данные СУВ получили наибольшее распространение в разработках ЭХГ фирмами США, Великобритании, Франции и Японии.

В зависимости от использования реагента, выходяще­го из ТЭ, динамические СУВ делятся на СУВ с откры­тым, или разомкнутым, циклом и СУВ с замкнутым циклом.

В СУВ с открытым циклом удаление воды достига­ется испарением образующейся воды с поверхности элек­трода ТЭ в поток газа, протекающего над электродом, и истечением парогазовой смеси в окружающее прост­ранство. Этот способ удаления воды из ТЭ отличается простотой и надежностью из-за отсутствия контура цир­куляции рабочего газа с необходимыми агрегатами (по­будитель циркуляции, конденсатор и т. п.). Недостатка­ми СУВ с открытым циклом являются низкий коэффи­циент использования реагентов (за исключением воздуш­ной СУВ) и невозможность использования удаленной воды в связи с ее выбросом с продувочными газами в окружающее пространство.

В СУВ с открытым циклом может быть использова­на для удаления воды продувка водорода или кислоро­да, продувка водорода и кислорода одновременно и про­дувка воздуха. Удаление воды потоком водорода выгод­но использовать в среднетемпературных ТЭ, когда рас­ход водорода для удаления воды приблизительно равен расходу водорода для удаления теплоты. Этот способ использован в ЭУ фирмы «Пратт энд Уитни» (США) космического назначения, в которой применены моди­фицированные среднетемпературные ТЭ Бэкона (200— 260°С) со щелочным электролитом (70—85% КОН). Удаление воды продувкой водорода осуществляется так­же в ЭХГ на основе низкотемпературных ТЭ этой же фирмы, предназначенных для питания ракет и спутни­ков в течение 5—60 мин (рабочая плотность тока до 2!6

3,9 А/см2; отвод теплоты — испарением запасенной воды из фитилей, размещенных между ТЭ). Система с откры­тым циклом может быть использована для удаления во­ды в аварийных случаях при отказах основной системы с замкнутым циклом или при работе на пиковых нагруз­ках. Так, во время полета космического корабля «Дже — мипи-7» после возникновения неисправности в системе накопления воды в одной из батарей ТЭ вода уносилась потоком кислорода. В случае аварии ЭХГ па основе ТЭ с щелочным электролитом целесообразно использовать для удаления воды оба реагента с целью их полного использования.

Системы с открытым циклом, в которых для удале­ния воды используется воздух, целесообразно выделить особо в связи с их многообразием. Воздушные СУВ в свою очередь можно классифицировать по различным признакам: способу регулирования баланса воды; спо­собу поддержания постоянной кратности циркуляции (или коэффициента избытка воздуха); типу ТЭ (со сво­бодным или связанным электролитом, кислым или ще­лочным электролитом); уровню рабочей температуры ТЭ; назначению ЭХГ (электромобиль, энергоснабжение армейской аппаратуры, электростанция); типу топлива и системы хранения и подготовки топлива и т. д.

Примеры разработок:

в ЭХГ мощностью 6 кВт для электромобиля фирмы «Юнион карбайд» (США) удаление воды осуществля­ется потоками воздуха и водорода. Атмосферный воз­дух, подаваемый в ЭХГ вентилятором, охлаждает сна­чала водородный конденсатор, затем радиатор, далее через поглотитель С02 попадает в батарею ТЭ с цирку­лирующим электролитом, увлажненный в ТЭ воздух выбрасывается в атмосферу;

в ЭХГ с номинальной мощностью 2,5 кВт фирмы «Энерджи конвершн» (Англия) образующаяся вода уда­ляется потоком воздуха, расход которого пропорциона­лен току нагрузки. Воздух, очищенный от масла, пыли и ССЬ, подается в батарею ТЭ ротационным компрессо­ром, причем ток является датчиком для электродвигате­ля. Раздача воздуха по ТЭ параллельная. Выходящий воздух попадает в ловушку электролита и затем выбра­сывается в атмосферу через контрольный клапан, под­держивающий избыточное давление воздуха на выходе около 0,0075 МПа;

в ЭХГ с циркулирующим электролитом мощностью 5 кВт фирмы «Жэнэраль д’электриситэ» (Франция) воз­дух, выходящий из батареи ТЭ, проходит через устрой­ство, соединенное с системой удаления СОг, что позво­ляет стабилизировать температуру и концентрацию КОН в уловителе С02 и не допустить чрезмерного повышения концентрации КОН в ТЭ при рабочей температуре 90—100 °С. Регулирование баланса воды достигается за счет возможности изменения концентрации электролита от 6 до 12 и. КОН;

в ЭХГ фирмы «Пратт энд Уитни» (США) мощностью 500 Вт на основе ТЭ с асбестовой матрицей, пропитан­ной 30%-ным раствором КОН, воздух нагнетается в воз­душные камеры ТЭ вентилятором, часть влажного воз­духа, выходящего из ТЭ, возвращается на вход вентиля­тора для повторного использования;

в ЭХГ фирмы «Аллис-Чалмерс» (США) мощностью 5 кВт воздух подается в батарею ТЭ компрессором при абсолютном давлении 0,14 МПа. Выходящий из ТЭ воз­дух попадает в конденсатор, где из него удаляется вода для использования в генераторе водорода, получаемого из углеводородов, и в скруббере СОг.

В ЭУ с длительным временем работы (неделя и бо­лее) выгодно применять СУВ с замкнутым циклом. В общем виде СУВ с замкнутым циклом содержит по­верхности испарения (поверхности электродов ТЭ), кон­денсатор, устройство для отделения жидкой фазы от газообразной, устройство для создания потока газа в контуре и регулирующее устройство, обеспечивающее баланс образующейся и отводимой воды. Вместо кон­денсатора и устройства для разделения фаз может быть использован реактор для химического поглощения па­ров воды. Системы с замкнутым циклом различаются способом раздачи газов по ТЭ батареи (параллельная, последовательная), уровнем рабочей температуры ТЭ (средне — и низкотемпературные), количеством контуров (одноконтурные и двухконтурные), способом регулиро­вания баланса воды, способом поддержания циркуля­ции газа.

Наиболее разработаны системы с параллельной раз­дачей реагентов по ТЭ батареи. На устройство системы сильное влияние оказывает уровень температуры ТЭ.

Характерной особенностью среднетемпературной СУВ (200—250 °С) является ее тесная связь с системой тер­

морегулирования вследствие переноса водородом значи­тельного количества тепла за счет своей теплоемкости.

Примеры разработок среднетемпературных систем:

в ЭХГ мощностью 5 кВт, созданном Бэконом, образующееся тепло снимается за счет теплоемкости Нг и избыточного удаления НгО; система циркуляции водорода включается периодически при повышении температуры батареи выше предварительно установлен­ной, избыточно удаленная вода возвращается в электролитный кон­тур по сигналу дифференциального датчика давлений на электро­дах; давление реагентов 2,0—4,0 МПа, массовая концентрация элек­тролита 45% КОН [5.5];

в ЭХГ фирмы «Пратт энд Уитни» (США), использованном для энергоснабжения космического корабля «Аполлон», система удале­ния воды и теплоты достигла технического совершенства; циркули­рующий водород удаляет только образующуюся воду, при этом ба­ланс воды достигается благодаря возможности изменения массовой концентрации электролита от 70 до 85% КОН; теплота переносит­ся из батареи в конденсатор за счет теплоемкости водорода, тем­пература батареи поддерживается регулированием расхода водоро­да через регенеративный теплообменник.

Для ТЭ, работающих при температуре ниже 100°С, целесообразно использовать двухконтурную СУВ, так как для переноса теплоты за счет теплоемкости водоро­да требуется значительное увеличение расхода цирку­лирующего водорода. Низкотемпературные двухконтур­ные СУВ с контуром циркуляции Нг использованы, на­пример, в ЭХГ фирмы «Пратт энд Уитни» (США) косми­ческого назначения для проектов, которые последовали за проектом «Аполлон», и в ЭХГ для глубоководного аппарата (батарея на основе ТЭ с матричным электро­литом, образующаяся теплота удаляется потоком хладо — агента), в ЭХГ фирмы «Юнион карбайд» для электро­мобиля «Электровэн» (теплота удаляется циркулирую­щим электролитом). Вместо контура циркуляции водо­рода может быть использован контур циркуляции кисло­рода. Низкотемпературные двухконтурные СУВ, пред­ложенные в патентной литературе, различаются спосо­бами регулирования баланса воды, устройством агрега­тов, входящих в состав системы.

Однако низкотемпературная СУВ может быть выпол­нена и как одноконтурная, но в отличие от одноконтур­ных среднетемпературных систем в этом случае отвод теплоты из ТЭ целесообразно осуществлять за счет ис­парения избыточного количества воды, возвращая ее в электролит в жидком виде. Возвращение воды в элек­тролитную камеру происходит, например, через пористую пластину, внутреннее капиллярное давление в которой превышает разность давлений между газовой и элект­ролитной камерой, по сигналу поплавкового клапана, установленного в электролитной камере ТЭ. Тепловой баланс ТЭ поддерживается регулированием частоты вращения электродвигателя водородного вентилятора по сигналу термопары, находящейся в электролите. Преимуществом одноконтурной низкотемпературной СУВ перед двухконтурной является упрощение конст­рукции системы и ТЭ за счет упразднения системы тер­морегулирования батареи.

В системе с химическим поглощением воды вместо конденсатора и устройства для разделения фаз уста­новлен реактор для химического поглощения паров во­ды, например реакторе гидридом лития, который, по­глощая воду, генерирует водород. Баланс воды в этой системе контролируется посредством изменения расхода циркулирующего водорода по сигналу датчика давле­ния газа в контуре.

В особую группу следует выделить СУВ с последо­вательной раздачей реагентов по ТЭ батареи. Особен­ность указанной системы заключается в том, что ТЭ н конденсаторы соединены последовательно по газу таким образом, что газ, выходящий из предыдущего ТЭ, про­ходит в последующий через конденсатор. В отличие от СУВ с замкнутым циклом в этой СУВ расход газа, цир­кулирующего между элементом и конденсатором, пере­менен, в то же время систему нельзя считать системой с открытым циклом в связи с тем, что газ не выбрасы­вается в окружающее пространство. В системе с после­довательной раздачей газа отсутствует насос для цир­куляции газа и направленный поток газа создается вследствие снижения давления реагента в результате его потребления на реакцию в ТЭ. Баланс образующей­ся и удаляемой воды в ЭХГ с циркулирующим электро­литом обеспечивается термостатированием ТЭ и конден­саторов и выбором их числа. Преимущество данной си­стемы: отсутствие потребления энергии на собственные нужды, бесшумность работы, высокая надежность. К не­достаткам можно отнести некоторое усложнение СУВ за счет увеличения числа конденсаторов.

Комментарии запрещены.