В самом общем случае баланс воды в батарее ТЭ характери­зуется рядом параметров, например температурой батареи, концен­трацией электролита, количеством удаляемой и образующейся воды, зависящих от большого числа внешних воздействий (давление, ток нагрузки, расход водорода и т. п.). В общем виде установившееся состояние СУВ будет описываться довольно громоздкой системой уравнений [5.9]

(5.17)

Уі вых— ft (Уівх> Угвх> ••• > Упг вх)>

где у 1Вых, г/гвых........ г/гвых — выходные параметры системы; г/1Вх,

1/2ВХ........... Утъи — внешние воздействия на систему.

Анализ данной системы уравнений с учетом влияния всех па­раметров иа условия массообмена в батарее и конденсаторе на дан­ном этапе представляет значительные трудности. Задача существен­но облегчается, если принять следующие допущения:

1. Вольт-амперная характеристика батареи ТЭ в рассматривае­мом диапазоне изменения параметров линейна и не зависит от тем­пературы и концентрации электролита.

2. Процесс массообмена в контуре протекает при изотермиче­ских условиях, т. с. при фиксированных температурах батареи и кон­денсатора, причем батарея и конденсатор при этом рассматриваются как «черный» ящик. Параметры пароводородной смеси на выходе из батареи определяются решением системы уравнений (5.10),

(5.15) , а параметры смеси на выходе из конденсатора — темпера­турой конденсации.

3. Расход водорода в контуре циркуляции постоянный.

4. Водород и электролит в ТЭ находятся в тепловом и массо­обменном равновесии, т. е. влагосодержание зависит только от тем­пературы и концентрации электролита.

Принятые допущения позволяют, не нарушая существа физиче­ских процессов, протекающих в СУВ, проанализировать взаимное влияние параметров на баланс воды в ТЭ батареи.

С учетом принятых допущений система уравнений (5.17) при­мет вид:

напряжение ТЭ

U=Eo~af,

где £о — напряжение элемента при нулевом токе нагрузки; I — ток нагрузки; а—коэффициент пропорциональности;

количество образующейся воды согласно закону Фарадея

Q*m, н, о = - у 'ЗбСО = 0,336/; (5.19)

Н2—расход циркулирующего водорода; ръцо — парциальное давление паров воды в потоке водорода на выходе из батареи; ркд о — парциальное давление паров воды на выходе из конденсатора. Давление паров еоды 0 является функцией температуры и

концентрации электролита, которую, предполагая справедливость закона Рауля для рассматриваемого диапазона концентраций элек­тролита, можно записать

PS НаО— РнгО^ —N),

где о — давление паров над водой при температуре электролита; N — содержание гидроокиси калия в электролите, моль/л.

Давление паров ркн о на выходе из конденсатора является функцией только температуры и определяется выражением

1п РкНгО ~ ~~ (5.24)

где г — теплота парообразования; R—универсальная газовая по­стоянная; С — константа.

С учетом (5.23) и (5.24) уравнение (5.22) можно переписать в виде

где Тэ и Тк—соответственно температуры ТЭ и конденсатора.

Поскольку рассматривается статический режим работы, т. е. ко­личество образующейся воды равно количеству удаляемой, можно

записатъ ~ Qm, H,o

водя преобразования,

Уравнение материального баланса (5.26) определяет взаимо­связь основных параметров системы удаления воды: тока нагрузки, расхода водорода, температур батареи и конденсатора, равновесно­го значения концентрации электролита, давления в контуре. Влия­ние основных параметров системы удаления воды (температуры

батареи Гэ, температуры конденсатора Тк и давления в контуре р) на диапазон изменения относительных концентраций электролита характеризуется выражениями (5.27) — (5.29), полученными диффе­ренцированием уравнения (5.26),

dN/N — N г 1ПпГэ = N R7

Наибольшее влияние на относительное изменение концентрации электролита оказывают температуры батареи и конденсатора. Дав­ление в контуре циркуляции влияет значительно слабее (рис. 5.4— 5-6). . Ї,. -

Для упрощения расчетов с целью

Определения необходимых параметров. удобно использовать номограмму (рис. 5.7), которая представляет со­бой графическое решение уравнения (5.26). В левой части номограммы приведены кривые зависимости дав­ления паров воды над электролитом для различных температур и кон­центраций электролита, построенные по справочным данным и экстрапо­лированные по правилу Бабо [5.10], в правой части — кривые зависимо­сти количества воды GH 0," удаляе­мой 1 кг сухого водорода, для ряда значений температур за конденсато­ром.