Классификация систем термостатирования и отвода теплоты
Классификация систем термостатирования может быть проведена не аналогии с классификацией систем удаления воды, і. е.:
по физическому принципу, или способам удаления теплоты из зоны реакции;
по уровню рабочей температуры ТЭ (средне — и низкотемпературные) ;
по степени разделения процессов тепло — и массопе- реноса (независимые в двухконтурных СУВ и совмещенные в одноконтурных системах); по способу регулирования температуры и другим признакам.
Наиболее охватывающей является классификация по физическому принципу:
системы с циркулирующим электролитом; системы с циркуляцией специального хладоагента; системы, в которых теплота удаляется циркулирующим водородом; системы с теплопроводами;
системы с удалением теплоты испарением воды. Значительное распространение в разработках ЭХГ получили системы с циркулирующим электролитом. Электролит нагревается в батарее ТЭ и охлаждается в обычном теплообменнике, например типа жидкость — воздух, или в регенераторе электролита статического типа в результате испарения избыточной воды. Так как электролит является эффективным средством для отвода теплоты и отвод теплоты происходит непосредственно из зоны реакции, то система с циркулирующим электролитом обеспечивает равномерное распределение температуры и концентрации электролита по ТЭ батареи и внутри ТЭ. Циркуляция электролита значительно облегчает поддержание баланса воды; при загрязнении электролита его легко заменить или очистить во внешнем контуре, что снижает требования к чистоте реагентов. Однако циркулирующий электролит выдвигает необходимость решения вопросов, связанных с шунтированием ТЭ по электролиту (токи утечки по электролиту, газо — выделение и перенос массы).
Системы с циркуляцией специального хладоагента (органическая диэлектрическая жидкость, дистиллированная вода) позволяют облегчить решение этой проблемы, однако введение в батарею ТЭ теплообменника с хладоагентом ухудшает удельные характеристики батареи, влечет за собой появление значительного теплового сопротивления между электродом и хладоагентом и возникновение неравномерности распределения темпе-
ратуры no поверхности электродов ТЭ. Данные системы получили распространение в ЭХГ на основе низкотемпературных ТЭ с капиллярной матрицей, разработанных фирмой «Пратт энд Уитни» для космического применения и глубоководных аппаратов, фирмой «Аллис — Чалмерс» и др. В патентной литературе предложены различные технические решения, позволяющие уменьшить недостатки системы.
Системы с удалением теплоты циркулирующим водородом целесообразно использовать в среднетемпературных ЭХГ. Системы удаления воды и теплоты в этом случае совмещены. (Более подробно см. раздел по динамическим СУВ). Водород, как и циркулирующий электролит, удаляет теплоту практически из зоны реакции ТЭ, однако в отличие от системы с циркулирующим электролитом в данной системе отсутствует проблема закорачивания ТЭ по электролиту.
В системах с теплопроводами удаление теплоты из ТЭ осуществляется за счет теплопроводности элементов конструкции ТЭ (электроды, электролит, корпус) или по специальному теплопроводу (например, магниевые теплопроводы в ЭХГ космического назначения фирмы «Аллис-Чалмерс», охлаждаемые гелием). Предложена система с использованием тепловой трубы, погруженной в электролит ТЭ, при этом температура кипения термостатирующей жидкости лежит в области рабочих температур ТЭ.
В системах с удалением теплоты испарением воды термостатирование ТЭ достигается за счет испарения с поверхности электрода (в динамических СУВ), или в регенераторе электролита статического типа, или в системе с выпаривателем необходимого избыточного количества воды и возвращением этой воды в жидком виде обратно в электролит. (Более подробно см. подпараграф 5.2.2.)