Термодинамика позволяет рассчитать КПД ТЭ и ЭХГ (см. гл. 2).

Обычно при расчете КПД относят полезную работу к теплоте реакции, выделяемой при потреблении соот­ветствующего количества реагентов. Поскольку для не­которых реакций возможна утилизация энергии окружа­ющей среды при получении полезной работы, то идеаль­ный КПД в этом случае выше единицы. Эксергетический метод исключает такой результат, включая используе­мую энергию среды в располагаемую работу. Эксерге - тический метод пока еще не получил широкого распро­странения, поэтому здесь его не применяем.

Эффективный КПД ЭХГ для данного тока полезной нагрузки /„ и при пренебрежимо малых потерях реаген­тов может быть рассчитан из экспериментальных дан­ных с помощью выражения

(10.19)

где ДД, —энтальпия реакции, отнесенная к молю г-го реагента. Если пренебречь потерями на собственные нужды, т. е. считать /«/и, то с учетом выражения

(10.10) получим

— Н і п

При работе с переменным графиком нагрузки сред­ний КПД за время Ат определяют по формуле

или практически, принимая постоянными /, /„ и U„ в каждом из промежутков времени Ат/, с помощью вы­ражения

» 11 '’І ї Х. і'} Ї

, ' ^Zi r ^ ; ]

tr 4 ij=------------------ 1---------- — ‘ 'r-'-'w (10.22)

;<■ — А//і n211 - Ц-

і

Из (10.19) — (10.22) видно, что г) зависит от тока или мощности ЭХГ. Пример такой зависимости показан на рис. 10.42.

Иногда в качестве интегрального показателя эффек­тивности ЭХГ v рассматривается величина, пропорцио­нальная 1/т] и представляющая собой отношение массы продуктов реакции к количеству полезной электроэнер­гии, выработанных за один и тот же период работы ЭХГ,

2с/Дт/

_ /______

2 'ЛЛт/

й№ Зависимость характеристик от длительности чн работы ЭХГ

Зависимость электрических характеристик ЭХГ от времени работы является одним из важнейших показа­телей, определяющих работоспособность и ресурс ЭХГ. Зависимость тока нагрузки от времени или мощности от

Времени (см. рис. 10.9, 10.10 и 10.11) обычнб задается программой испытаний. При заданном графике нагруз­ки получают экспериментальную зависимость U(т), при­меры которой показаны на рис. 10.15, 10.43—10.46. Иног­да по оси ординат откладывают мощность или удельную мощность (рис. 10.43, 10.47—10.49). Параметрами явля­ются температура (рис. 10.48), плотность тока (рис. 10.44) или напряжение (рис. 10.49). , ,

Рис. 10.41. Удельная масса и
потребление реагентов в бата-
рее ТЭ в 10 кВт.

Вт/см1 0,04

0,03

Г. 0,01

0,01

Рис. 10.46. Изменение на - Рис. 10.47. Зависимость удельной пряжения водородно-воз - мощности пяти соединенных после-

душного ТЭ при 500 Вт. довательно ТЭ от времени. Электро-

1 — специальные опыты; 2— . ЛИТ — раствор KOH + LiOH.

опыты на разрушение. , Зона 1 — работа прн плотности тока

52,6' 10-s А/см2; зона 2 — работа при плот-
ности тока 26.3 • 10-^ А/см2.

Обобщенным показателем изменения характеристик ЭХГ в зависимости от длительности работы служит де­градация напряжения D, определяемая выражением

D = 00.24)

при постоянных температуре, давлении реагентов, кон­центрации электролита, плотности тока, содержании примесей. Деградация является функцией времени, тем­пературы, концентрации электролита и плотности тока (см. рис. 10.17).

Поскольку деградация обычно невелика по сравне­нию с отклонениями напряжения, обусловленными флук­туациями режимных параметров (/, р, С, J), большое внимание при вычислении деградации уделяют анализу погрешностей. Для уменьшения погрешностей нужно нормировать отклонения одноименных режимных пара­метров друг от друга в моменты ті и тг. Режимы в эти моменты должны быть установившимися. Снижению погрешности способствует также увеличение отрезка Дт.

В режиме ЭДС также происходит снижение напря­жения, которое зависит от Г, р, С. Исследование этих зависимостей существенно для выбора режима хранения ЭХГ и увеличения его ресурса.

Общий срок службы ЭХГ зависит от ресурса всех систем. Ресурс вспомогательных систем легче поддается прогнозированию, чем ресурс ТЭ, и может быть обеспе­чен соответствующими конструкторско-технологическими мероприятиями. Ресурс же батареи ТЭ зависит от боль­шого числа факторов, влияние которых недостаточно изучено. Прогнозирование ресурса ТЭ представляется важной проблемой.

Ресурс батареи ТЭ выражается отрезком времени, в конце которого при заданных режимах работы дости­гаются предельно допустимые напряжение или мощность или возникают нарушения, исключающие дальнейшую эксплуатацию (разгерметизация газовых или электролит­ных полостей, короткое замыкание электродов, наруше­ние подвода реагентов или отвода продуктов реакции, термостатирования и т. п.).