Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Данные СУВ являются наиболее многообразными. Системы различаются устройством регенератора элек­тролита, в котором осуществляется удаление воды, об­разующейся в ТЭ.

Наиболее простыми являются СУВ с разбавлением электролита; в этом случае регенератор электролита отсутствует. Характерным признаком такой системы яв­ляется наличие емкости для размещения разбавленного электролита, конструктивное оформление которой поз­воляет провести дальнейшее разделение систем. Конст­рукция электролитной емкости зависит от типа ТЭ (со свободным или связанным электролитом), способа раз­дачи реагентов по ТЭ батареи (параллельная или по­следовательная) и количества ТЭ, соединенных электри­чески последовательно. Системы с разбавлением элек­тролита различаются между собой также способом реге­нерации электролита при подготовке ЭХГ для последую­щего цикла работы (замена электролита, обезвожива­ние электролита с помощью подсоединяемой стендовой СУВ, электролиз разбавленного электролита в регене­ративных установках). Недостаток системы — ухудше­ние со временем ВАХ ТЭ, связанное с уменьшением кон­центрации электролита. В связи с этим системы нашли применение при работе ТЭ с низкими плотностями тока (10~3—10-2 А/см2) в течение длительного времени (ме­сяцы и годы) или при кратковременной работе ТЭ с вы­сокими плотностями тока (около 0,1 А/см2 и выше). Примерами использования систем с разбавлением элек­тролита в разработках являются:

энергоустановка на основе ЭХГ мощностью 10 Вт для энергоснабжения стационарного морского буя фирмы

14* 211,

«Электрик пауэр сторидж» (Великобритания) — рабочая плотность тока 10~3 А/см2, время работы без обслужи­вания 3 года, ТЭ со свободным электролитом, парал­лельная раздача реагентов по ТЭ, электролитная ем­кость образована верхней частью корпуса, в котором расположены ТЭ;

энергоустановка с ЭХГ мощностью 25 Вт фирмы «Си­менс» (ФРГ) для питания транзисторного преобразова­теля частоты телевизионной ретрансляционной стан­ции— плотность тока 3-Ю-3 А/см2, время работы без обслуживания 12 мес, батарея состоит из 34 последова­тельно соединенных ТЭ по электричеству и реагентам, система содержит дополнительно электролитный контур с делителем электролита, обеспечивающим выравнива­ние концентрации электролита и снижение утечек тока по электролиту;

энергоустановка мощностью 4 МВт авиационно-кос­мического назначения фирмы «Юнайтед эйркрафт корп.» (США), проектная плотность тока 3,7 А/см2, время не­прерывной работы 30 с, ТЭ со связанным электролитом, электролитной емкостью служит пористая матрица, при­мыкающая к водородному электроду, регенерация элек­тролита осуществляется продувкой сухого газа че­рез батарею ТЭ с помощью пристыкуемой стендовой системы удаления воды в период подготовки ЭХГ на базе.

Промежуточное положение между СУВ с разбавле­нием электролита и СУВ с регенератором электролита занимают системы с неполной регенерацией электроли­та, т. е. СУВ с разбавлением электролита, но содержа­щие различные устройства, которые задерживают ско­рость разбавления электролита посредством добавления в электролит сухой или более концентрированной щело­чи.

Целесообразно выделить следующие разновидности СУВ:

системы, обеспечивающие поддержание переменней концентрации электролита, но более высокой по срав­нению с концентрацией в системах с разбавлением элек­тролита;

системы, обеспечивающие поддержание концентра­ции электролита в заданных пределах;

системы, поддерживающие постоянную концентрацию электролита.

К первому типу относится СУВ с размещением ГЗ в контейне­ре, в котором на некоторой высоте над первоначальным уровнем электролита установлена решетка с твердым КОН. По мере работы ТЭ объем электролита увеличивается, когда уровень электролита доходит до решетки, твердый КОН растворяется и концентрация электролита увеличивается. Данная система нашла практическое применение в ЭУ мощностью 60 Вт фирмы «Электрик пауэр сто — ридж» (Великобритания), предназначенной для питания морского маяка и работающей без обслуживания в течение 6 мес, а также в ЭУ мощностью до 100 Вт той же фирмы, предназначенной для снабжения электроэнергией подводного дома в течение 10 дней.

В СУВ второго типа из электролитного контура периодически сливается часть разбавленного электролита, после этого в контур добавляется концентрированный электролит до достижения макси­мальной концентрации. Процесс может осуществляться вручную или автоматически. Автоматическая система использована в энергоуста­новке мощностью 100 Вт фирмы «Варта» (ФРГ), предназначенной для снабжения электроэнергией непрерывно в течение 6 мес при­боров типа преобразователей частоты телепередатчиков, геофизиче­ских измерительных станций и автоматических радиомаяков. В этой системе из электролитного контура автоматически сливается электролит с концентрацией 2—2,5 и. КОН и добавляется кон­центрированный электролит до достижения концентрации 6 и. КОН [5.61.

В СУВ третьего типа постоянная концентрация электролита под­держивается за счет непрерывного слива разбавленного электролита и добавления концентрированного. Добавление концентрированного электролита может быть осуществлено, например, с помощью ка­пельниц, снабженных регулирующими кранами, или с помощью диф­фузионной трубки, соединяющей электролитную камеру ТЭ с ре­зервуаром концентрированного электролита. Исследования, прове­денные фирмой «Сименс» (ФРГ), показали, что система с диффу­зионной трубкой (поперечное сечение несколько квадратных милли­метров, длина 10 мм) может обеспечить работоспособность ТЭ (ток 1,5 А, напряжение 0,85 В) в течение 10 лет при однократной загруз­ке в электролитную емкость 100 г твердого КОН и 450 см3 12 М КОН, при этом концентрация сливаемого электролита составляет около 0,1 м кон.

В СУВ с выпаривателем вода испаряется из электро­лита либо при повышенной температуре, либо под раз­режением (выпариватель вакуумного типа). В первом случае из электролита испаряется больше воды, чем об­разуется, поэтому часть паров воды конденсируется и возвращается в электролит ТЭ в жидком виде. В СУВ с выпаривателем вакуумного типа разрежение над элек­тролитом создается вакуумным насосом или другим специальным устройством. Преимуществом выпарива­теля вакуумного типа является удаление воды при низ­кой рабочей температуре ТЭ. Кроме того, пониженное давление электролита позволяет подавать в ТЭ окисли­тель (воздух) при атмосферном давлении. Устройство

имеет минимальные потери теплоты, так как испарен­ная реакционная вода направляется в конденсационную камеру, находящуюся при более высоком давлении по сравнению с испарительной камерой и охлаждаемую электролитом испарительной камеры, тем самым дости­гается регенерация теплоты, затрачиваемой на испаре­ние образующейся воды.

В СУВ с регенераторами динамического типа через электролит проходит газ, который уносит пары воды. В качестве газа-носителя могут использоваться кисло­род, воздух, азот, углеводороды. Газ-носитель может циркулировать по замкнутому контуру, содержащему конденсатор с водоотделителем, или по разомкнутому контуру, когда в качестве газа-носителя используется воздух, служащий окислителем для ТЭ, при этом одно­временно в регенераторе электролита происходит декар­бонизация воздуха. Регенерация электролита возможна непрерывная или периодическая.

В отличие от регенераторов динамического типа в регенераторах статического типа газ-носитель непод­вижен, служит для компенсации гидростатического дав­ления электролита в пористой диафрагме. Пары воды диффундируют от пористой диафрагмы, омываемой электролитом, через камеру с газом-носителем к охлаж­даемой металлической стенке, на которой происходит конденсация паров. Собранная влага удаляется из ка­меры. Системы этого типа предложены фирмой «Си­менс» (ФРГ). При использовании асбеста в качестве материала диафрагмы достигнуты удельные характери­стики регенератора 0,5 кг/кВт и 0,8 дм3/кВт при концен­трации 8 и. КОН с температурой 80 °С и хладоагента с температурой 20 °С. Предложенные варианты системы позволяют не только удалять из электролита реакцион­ную воду, но и отводить теплоту, образующуюся в ТЭ в результате реакции, путем испарения избыточного количества воды и возвращения этой сконденсированной воды обратно в электролитный контур. Данная СУВ ис­пользована в разработках ЭХГ фирмы «Сименс». Для ЭХГ мощностью 2 кВт регенератор статического типа имеет массу 4,5 кг, объем 3,8 л.

В СУВ с электродиализатором способ отделения воды от электролита принципиально отличается от способов, используемых в регенераторах динамического или ста­тического типа. В предложенном Э. Юсти и А. Винзелем 214

электродиализаторе, содержащем камеры для концен­трированного и разбавленного электролита, разделенные селективно проницаемой мембраной, под действием электродиализа ионы электролита переносятся через мембрану из камеры для разбавленного электролита в камеру для концентрированного электролита. Скон­центрированный электролит поступает в электролитный контур ЭХГ, а разбавленный электролит сливается из камеры. В качестве электродов диализатора могут ис­пользоваться «вентильные» электроды. Преимущество электродиализа — отсутствие температурных ограниче­ний по удалению воды. В анодном пространстве (камера для разбавленного электролита) может циркулировать раствор карбоната, содержащий катион электролита; эта СУВ позволяет удалять воду при комнатной температу­ре. На втором международном коллоквиуме по прямому преобразованию энергии была продемонстрирована дей­ствующая модель электродиализатора. Устройство с од­ной камерой снижает концентрацию КОН с 6 н. до 0,5 н., трехкамерное устройство—до 0,001 н., т. е. из диализа­тора выходит практически чистая вода. Для очистки 1 л 6 н. раствора КОН необходимо 300 А-ч. Напряжение ячейки 0,2—1,0 В. С учетом диффузии воды через мем­брану для получения 600 см3 сильно разбавленной ще­лочи необходимо затратить от 60 до 300 Вт-ч.

Для удаления воды из электролита может быть ис­пользован также регенератор осмотического типа. Дан­ный способ регенерации кислого электролита использо­ван в ЭХГ мощностью 2 кВт на основе ТЭ с ионообмен­ными мембранами фирмы «Томсон Рамо Вулдридж» (США). В осмотическом устройстве использована кати­онная мембрана. Во время 100-ч испытаний устройства от 6 н. H2SO4 отделялась вода (pH ^5) со скоростью 0,9 кг/ч.

Существует СУВ с радиолитическим разложением воды. Внутри ТЭ находится источник радиоактивного излучения (210Ро, Ри и др.), который покрывает поверх­ность кислородного электрода. Концентрация электроли­та в ТЭ остается практически постоянной, так как вода, образующаяся в ТЭ, компенсирует разлагаемую радио­лизом воду. Преимущество способа — малый объем ТЭ. Радиолиз может осуществляться и вне элемента.

Возможны СУВ удаления воды и с химической реге­нерацией электролита. В этих системах разбавленный

электролит из ТЭ поступает в устройство, в котором во­да из электролита поглощается на реакцию, например в гальванический элемент типа Na|NaOH|C>2 (Na + + V2M2O+V4O2—*-NaOH) или в генератор водорода с гидридом металла.

К СУВ с электролизом воды можно отнести электро­лизеры в регенеративных водородно-кислородных уста­новках.

Комментарии запрещены.