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膜交换器和焓轮:工艺优化的利器

【摘要】:图7-6 NexaTM 1.2kW自治运行的功率模块,空气回路中使用膜交换器恰如其名,焓轮由一个表面涂敷干燥剂的多孔圆柱制成的旋转部件构成,在铸模内缓慢旋转,并通过它来改善水交换。一些模型给出了焓轮的旋转速度控制,为水交换量提供了一个控制变量。与需要水容器的系统相比,这种装置简化了系统结构,减少了部件数量。它们不需要冷凝器,几乎不消耗能量,并可以从尾气中回收部分焓。这些参数取决于尾气温度和湿度,即电池的工作点[GLI 05,STU 08]。

这类系统的原理是将电池下游氧化剂中的水分传递给进入电池的干氧化剂,因为电池下游的氧化剂中含氧量低,却富含水蒸气。此类装置由多孔膜制成,完全被动运行[HUI 08]:潮湿气流通过膜的一侧,干气流通过膜的另一侧,膜通过水浓度梯度将水分由潮湿气流传递给干气流。NexaTM 1.2kW自治运行的功率模块即采用了这种空气加湿方案(见图7-6)。

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图7-6 NexaTM 1.2kW自治运行的功率模块,空气回路中使用膜交换器

恰如其名,焓轮由一个表面涂敷干燥剂的多孔圆柱制成的旋转部件构成,在铸模内缓慢旋转,并通过它来改善水交换。电池出来的热湿气流渗入到轮子中,由于多孔圆柱表面存在干燥涂层,能够吸收尾气中的水分,将其传递给进入电池的干空气流,而其他成分则被排空。一些模型给出了焓轮的旋转速度控制,为水交换量提供了一个控制变量

与需要水容器的系统相比,这种装置简化了系统结构,减少了部件数量。它们不需要冷凝器,几乎不消耗能量,并可以从尾气中回收部分焓。然而,它们不能控制进气露点或者温度。这些参数取决于尾气温度和湿度,即电池的工作点[GLI 05,STU 08]。当电池运行在正常工作点,负载变化很慢或者变化很快都不会带来问题。相反,如果系统的输出电流固定在某些等级上,或者中等频度的电流变化需求与所用多孔材料的水扩散时间常数相同时,就会引发系统控制的不稳定性。