ДВУХКОНТУРНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области электрохимических генераторов, а именно к системам термостатирования топливных элементов электрохимических генераторов.
Известна система охлаждения топливного элемента (патент RU 2396642 С1 от 13.03.2007), содержащая охлаждающий контур, в котором для транспортирования охлаждающего средства установлен насос. Недостатком данной системы является наличие одного охлаждающего контура, что снижает эффективность охлаждения топливного элемента.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели устройством является система обеспечения теплового режима энергетической установки [Шаманов Н.П., Калмыков А.Н. «Электрохимические транспортные энергоустановки с водородным топливом» - СПб: Изд. центр СПбГМТУ, 2006 г.]. Система содержит первый контур водяного охлаждения и второй контур охлаждения низкотемпературным теплоносителем. Недостатком данной системы является использование в качестве циркуляционного средства охлаждающих контуров электронасосов, требующих дополнительных затрат электроэнергии.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение КПД генератора в целом за счет использования отводимой от топливного элемента тепловой энергии для циркуляции теплоносителей охлаждающих контуров.
Для достижения данного результата двухконтурная система термостатирования включает два контура охлаждения. Первый контур содержит канал охлаждения топливного элемента, теплообменный аппарат и газожидкостный струйный насос. Второй контур содержит парожидкостный струйный насос и охладитель. Система термостатирования снабжена также сепаратором. При этом выход канала охлаждения топливного элемента соединен с входом первого контура в теплообменный аппарат, выход первого контура из теплообменного аппарата соединен с соплом для пассивной среды газожидкостного струйного насоса, выходной патрубок газожидкостного струйного насоса соединен с входом в сепаратор, выход первого контура сепаратора соединен с входом в канал охлаждения топливного элемента, а выход второго контура сепаратора соединен с входом в сопло для активной среды парожидкостного струйного насоса. Выходной патрубок парожидкостного струйного насоса соединен с входом в охладитель и входом второго контура в теплообменный аппарат. Выход второго контура из теплообменного аппарата соединен с соплом для активной среды газожидкостного струйного насоса, а выход из охладителя соединен с соплом для пассивной среды парожидкостного струйного насоса.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что циркуляция теплоносителей обоих охлаждающих контуров осуществляется за счет напора парожидкостного струйного насоса второго контура. Данный напор образуется в результате преобразования (внутри парожидкостного струйного насоса) энергии пара в кинетическую энергию теплоносителя второго контура и, далее, в потенциальную энергию давления. При этом передача тепловой энергии от топливного элемента низкотемпературному носителю второго контура осуществляется теплоносителем первого контура в теплообменном аппарате. Циркуляция теплоносителя первого контура производится газожидкостным струйным насосом, который использует напор, образуемый парожидкостным струйным насосом второго контура охлаждения.
На Фиг.1 изображена схема возможной реализации предлагаемой полезной модели. Двухконтурная система термостатирования содержит канал охлаждения топливного элемента 1, теплообменный аппарат 2, сепаратор 3, газожидкостный струйный насос 4, парожидкостный струйный насос 5, охладитель 6. Газожидкостный струйный насос 4 содержит сопло 7 для пассивной среды (воды), сопло 8 для активной среды (фреонового пара) и выходной патрубок 11. Парожидкостный струйный насос 5 содержит сопло 9 для пассивной среды (жидкого фреона), сопло 10 для активной среды (фреонового пара) и выходной патрубок 12.
Система термостатирования работает следующим образом. Фреоновый пар поступает на сопло 10 для активной среды, а жидкий фреон из теплообменника 6 поступает на сопло 9 для пассивной среды парожидкостного струйного насоса 5. В камере смешения парожидкостного струйного насоса 5 фреоновый пар конденсируется, при этом повышается давление среды и повышается температура жидкого фреона. Поток однофазного жидкого фреона с повышенным давлением выходит из выходного патрубка 12 парожидкостного струйного насоса 5. Далее, под действием напора, созданного струйным насосом 5, жидкий фреон двигается по двум контурам: через охладитель 6, проходя через который жидкий фреон охлаждается и подается на сопло 9 для пассивной среды парожидкостного струйного насоса 5, и через теплообменный аппарат 2, газожидкостный струйный насос 4, сепаратор 3 на сопло 10 для активной среды газожидкостного струйного насоса 5. Проходя через теплообменный аппарат 2, фреон за счет тепла воды испаряется, его удельный объем увеличивается, и он служит активной средой в газожидкостном струйном насосе 4. Двухфазная смесь с повышенным давлением выходит из выходного патрубка 11 и поступает в сепаратор 3, где разделяется на воду и фреоновый пар. Охлажденная вода поступает на канал охлаждения топливного элемента 1, а фреоновый пар - на сопло для активной среды парожидкостного струйного насоса 5.