Несмотря па трудности создания батарей ТЭ с ионообменны­ми мембранами, связанные в основном с возможностью пересушки мембран, имеется ряд примеров их разработок. Две модификации ЭУ, разработанные фирмой «Дженерал электрик» в 1961 г., мощ­ностью 200 Вт отличаются одна от другой системой хранения и подготовки водорода [6.3]. В одной из них водород для 7 ч работы хранится в баллоне при давлении 35 МПа и подастся через двух­ступенчатый редуктор; в другой модификации водород образуется в специальном устройстве при взаимодействии боргидрида натрия с разбавленным раствором серной кислоты. Батареи в этих ЭУ со­стояли из 35 ТЭ рабочей площадью 550 см2. Подача воздуха па

Рис. 6.53. Источник тока системы водород — воздух мощностью 6 Вт.

реакцию и охлаждение осуществлялись, по-видимому, с помощью специальной воздуходувки. Общий КПД источников был невысо­ким, что приводило к плохим удельным массам и объемам [6,2]. Никаких конкретных характеристик этого источника в литературе не опубликовано.

Известна также 30-Вт система ТЭ с ИОМ, разработанная фир­мой «Дженерал электрик» совместно с военным ведомством США [6.2]. В такой ЭУ было использовано восемь ИОМ, каждая из ко­торых монтировалась в шесть последовательно соединенных ТЭ. Отдельные ИОМ устанавливались таким образом, что катоды двух ИОМ были обращены друг к другу вдоль общего воздушного за­зора. Габариты каждого ТЭ 63,5X25,4 мм. Такой ТЭ предусматри­вал ток 1,1 А при напряжении более 0,6 В.

Приведены основные характеристики этой ЭУ:

Отмечается, что ввиду чрезмерных трудностей поддержания со­ответствующего контроля влажности ИОМ несколько установок вследствие высыхания ИОМ вышло из строя.

Принятые меры против пересушки ИОМ, изложенные в § 6.4, позволили разработать несколько типов ЭХГ системы водород — воздух.

На рис. 6.53 представлен макет ЭУ с батареей ТЭ, описанной ранее (см. рис. 6.36). Энергоустановка состоит из батареи ТЭ 1, устройства для получения водорода при гидролизе алюмогидрнда натрия (NaAIH4) 2 и бачка с запасом воды 3. Это ^устройство обеспечивает питание переносного телевизора (ток нагрузки 0,5 А, постоянное напряжение 12 В). Время работы между перезаправка­ми реагента составляет примерно 12 ч (при этом масса перезаправ - ляемого реагента 30 г). Масса незаправленного ЭХГ составляет 2 кг; количество воды, обеспечивающей гидролиз одной заправки

реагента, 200 см3. В связи с отсутствием специальных мер тепло­изоляции ЭХГ может работать только при положительных темпера­турах окружающего воздуха; охлаждение же батареи ТЭ осуществ­ляется за счет обтекания воздухом элементов ее конструкции. Во избежание пересыхания ИОМ во время хранения батарея находит­ся в полиэтиленовом чехле. Хотя основное назначение описываемой ЭУ — демонстрация возможности создания водородно-воздушного ЭХГ с электролитом и. ч ИОМ, она может использоваться и в рабо­чих условиях, так как при длительной эксплуатации удельные энер­гии могут достигать весьма больших значений. Так, при ее эксплуа­тации в течение 500 ч удельная энергия составляет примерно 1000 Вт-ч/кг (без учета массы воды).

Энергоустановка мощностью 20 Вт системы водород — воздух йредставлена на рис. 6.54. Она состоит из реактора получения во­дорода из алюмогидрида натрия 1 системы очистки водорода от аэрозоли и каталитически активных примесей 2, батареи ТЭ 3 и блока стабилизации напряжения 4. Устройство реактора представлено па рис. 6.55. Реактор действует по принципу аппара­та Киппа и состоит из бачка I и герметично стыкуемого с ним через резиновое уплотнение, которое находится в пазе 2, стакана 3. Вода из водяного бачка через центральную трубку 4 поступает в стакан и при отборе газа взаимодействует с алюмогидридом нат­рия 5, размещенным в специальном сетчатом стакане, обеспечиваю­щем доступ воды. В том случае, если водорода образуется больше, чем потребляется батареей, происходит вытеснение воды из стака­на в бачок н при дальнейшем его, образовании — выброс его в атмо­сферу через водоподающую трубку. Одна заправка предусматри­вает размещение 80 г NaAlth, обеспечивающего 8 ч непрерывной работы при номинальной мощности.

Батарея ТЭ (рис. 6.56) состоит из 20 электрически последова­тельно соединенных ТЭ площадью 80 см2 каждый (4X20 см). Охлаждение батареи осуществляется воздухом, проходящим за счет естественной конвекции между медными ребрами.

Блок стабилизации напряжения предназначен для предотвраще­ния повышения напряжения выше 13,2 В при небольших нагрузках. При снижении напряжения ниже 11,5 В блок стабилизации отклю­чается и питание нагрузки осуществляется непосредственно от ба­тареи.

Основные параметры ЭУ:

Мощность номинальная, Вт.................................................................. 20

Мощность максимальная, Вт................................................................ 24

Напряжение в диапазоне нагрузок ог 0 до номинальной, В 12+10°/*

Время работы между заправками, ч............................................ 8

Масса NaAlH4 на одну перезаправку, г........................................ 80

Количество воды для одной перезаправки, см3.......................... 400

Масса (без реагеша и воды), кг.............................................................. 9

Эксплуатация ЭУ допускается только при положительных тем­пературах окружающего воздуха.

Для обеспечения работоспособности ЭУ при отрицательных тем­пературах необходимо использование теплоизоляции и системы пред­варительного подогрева батареи ТЭ.

В качестве изоляции внутри корпуса применяется пенополисти­рол, что позволяет расширить диапазон рабочих температур от —30 до +40°С. Предварительный подогрев батареи ТЭ при отрицатель­ных температурах осуществляется с помощью водородной горелки, использующей водород, образующийся в реакторе. После прогрева батарей 'ГЭ до положительных температур горелка отключается, а тепловой режим батареи поддерживается за счет собственного тепловыделения, происходящего как в батарее ТЭ, так и в реакторе.

При длительной эксплуатации удельная энергия ЭХГ с учетом массы реагентов и некоторых вспомогательных устройств (горелки, сумки для переноски и пр.) превышает 500 Вт-ч/кг, а ресурс рабо­ты 2000 ч без ухудшения электрических параметров. Рассмотренные в настоящем параграфе примеры выполнения ЭХГ системы водо­род— воздух показывают возможность создания высокоэффектив­ных устройств при учете всех дестабилизирующих факторов.