ГОСТ Р 56188.1-2014 Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология.
ГОСТ Р 56188.1-2014/IEC/TS 62282-1:2010*
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЕХНОЛОГИИ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Часть 1
Терминология
Fuel Cell Technologies. Part 1. Terminology
ОКС 27.070
Дата введения 2015-05-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Некоммерческим партнерством "Национальная ассоциация водородной энергетики (НП НАВЭ)" на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации N 29 "Водородные технологии"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 октября 2014 г. N 1413-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TS 62282-1:2010* "Технология топливных элементов - Часть 1: Терминология" (IEC/TS 62282-1:2009 "Fuel cell technologies - Part 1: Terminology")
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)
Введение
Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TS 62282-1:2010 "Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология" (IEC/TS 62282-1:2010 Fuel Cell Technologies - Part 1:Terminology), разработанному Техническим комитетом МЭК/ТК105 "Технологии топливных элементов" (IEC/TC105) Международной электротехнической комиссией (МЭК).
Международная электротехническая комиссия - МЭК (International Electrotechnical Commission - IEC) является всемирной организацией по стандартизации, включающей национальные комитеты. Основной задачей МЭК является продвижение международного сотрудничества по вопросам стандартизации в областях электротехники и электроники. С этой целью МЭК публикует международные стандарты, технические условия, технические отчеты, общедоступные спецификации и руководства (именуемые в дальнейшем "документы МЭК"). Подготовка этих документов поручена техническим комитетам. Национальный комитет МЭК, заинтересованный в разработке стандарта, может принять участие в подготовительной работе. Международные, правительственные и неправительственные организации, поддерживающие связь с МЭК, могут также принять участие в этой подготовительной работе. МЭК тесно сотрудничает с Международной организацией по стандартизации (ИСО) в соответствии с условиями, установленными в соглашении между двумя данными организациями.
Подготовка международных стандартов в рамках МЭК осуществляется техническими комитетами. В каждом техническом комитете присутствуют представители от всех заинтересованных национальный комитетов МЭК.
Публикации МЭК носят характер рекомендаций для международного использования и принимаются национальными комитетами МЭК с учетом этого фактора.
В исключительных случаях технический комитет может предлагать публикацию технических условий.
Технические условия подлежат рассмотрению в течение трех лет после публикации для принятия решения о преобразовании в международные стандарты.
Разработка настоящего национального стандарта, идентичного международному документу, осуществлялась Техническим комитетом по стандартизации Росстандарта ТК 029 "Водородные технологии" в обеспечение Технического регламента Таможенного союза "О безопасности машин и оборудования" (ТР ТС 010/2011).
1 Область применения
Настоящий стандарт содержит единообразную терминологию, представленную в форме схем и определений, которые имеют отношение к технологиям топливных элементов, включая стационарные, переносные и портативные энергоустановки, а также энергетические системы на микротопливных элементах.
В настоящем разделе не приводятся термины, которые можно найти в стандартных словарях, технических справочниках или в МЭК 60050 [1], [2], [3], [4], [5], [6].
Примечание - Первое издание МЭК 62282-1 предназначалось для рабочих групп и пользователей топливных элементов стандарта МЭК/ТК 105. В настоящее второе издание добавлен общий глоссарий терминов по топливным элементам.
2 Типовые схемы систем на топливных элементах
2.1 Схемы
Рисунок 1 - Стационарная энергоустановка на топливных элементах (3.49.3)
Рисунок 2 - Портативная энергоустановка на топливных элементах (3.49.2)
Рисунок 3 - Энергетическая система на микротопливных элементах (3.49.1)
Рисунок 4 - Транспортные средства на топливных элементах (3.51)
2.2 Описание элементов, приведенных на схемах
Типовая конструкция энергоустановок на топливных элементах представляет собой совокупность интегрированных систем, предназначенных для выполнения следующих функций:
Система автоматического управления (Automatic control system) - Система (системы), включающая в себя датчики, преобразователи, клапаны, переключатели и логические элементы, которые поддерживают параметры энергетической системы на топливных элементах (3.49) в пределах, установленных изготовителем, включая переход в безопасное состояние, без вмешательства оператора;
Модули топливных элементов (Fuel cell modules) - Узел, объединяющий один или более блоков топливных элементов (3.50), иные основные и дополнительные компоненты, которые предназначены для встраивания в силовую систему;
Блок топливных элементов (Fuel cell stack) - устройство, включающее в себя топливные элементы, водоотделители, охлаждающие пластины, коллекторы (3.70) и опорную конструкцию, которое посредством электрохимических реакций преобразует реагенты содержащие водород и воздух в постоянный электрический ток, тепло и другие продукты реакции;
Система подготовки топлива (Fuel processing system) - Совокупность химического и/или физического технологического оборудования, а также система соответствующих теплообменников и устройств управления, требующихся для подготовки и, если необходимо, повышения давления топлива, использующаяся в энергоустановке на топливных элементах (3.49);
Встроенный накопитель энергии (Onboard energy storage) - Система внутренних устройств хранения энергии, предназначенная для поддержания или дополнения модуля топливных элементов (3.48) в обеспечении энергией внутренних или внешних нагрузок;
Система подготовки окислителя (Oxidant processing system) - Система, которая дозирует, обрабатывает, а также при необходимости обеспечивает повышение давления окислителя для использования в энергоустановке на топливных элементах (3.49);
Система преобразования электроэнергии (Power conditioning system) - Оборудование, используемое для адаптации производимой блоком (блоками) (3.50) топливных элементов электроэнергии к техническим условиям, заданным изготовителем;
Система терморегулирования (Thermal management system) - Система, которая обеспечивает подогрев, а также охлаждение и отвод тепла для поддержания энергоустановки на топливных элементах (3.49) в диапазоне рабочих температур. Она может обеспечивать рекуперацию избытка тепла, а также нагрев во время пуска дополнительного оборудования;
Система водоподготовки (Water treatment system) - Система, которая обеспечивает необходимую очистку воды, находящейся внутри технологического цикла или добавленной воды для использования в энергоустановке на топливных элементах (3.49).
Для энергоустановок с использованием микротопливных элементов:
Топливный картридж (Fuel cartridge) - съемный модуль, который содержит и обеспечивает подачу топлива в энергетический узел на микротопливных элементах (3.74) или во внутреннюю топливную емкость, не пополняемую пользователем. Возможные варианты:
- присоединяемый, имеющий собственный корпус, подключаемый к устройству, в которое подается питание для энергетической системы на микротопливных элементах (3.49.1);
- внешний, имеющий собственный корпус, формирующий часть корпуса устройства, в которое подается питание для энергетической системы на микротопливных элементах (3.49.1);
- вставной, имеющий свой собственный корпус и устанавливающийся внутри корпуса устройства, в которое подается питание энергетической системы на микротопливных элементах (3.49.1);
- вспомогательный, предназначенный для присоединения к энергетическому узлу установки на топливных элементах (3.74) для подачи топлива во внутренний резервуар внутри энергетической установки на топливных элементах.
Энергетический узел установки на микротопливных элементах (Micro fuel cell power unit) - узел энергетической системы на микротопливных элементах (3.49.1) без топливного картриджа.
Другие термины, используемые в схемах:
Отвод воды (discharge water) - системы отвода отработанной воды, выпускаемой из энергоустановки на топливных элементах (3.49), включая сточные воды и конденсат.
Электромагнитное возмущение (electromagnetic disturbance, EMD) - любое электромагнитное явление, которое может ухудшить качество функционирования технического устройства. [IEC 60050-161:1990, 161-01-05]
Электромагнитные помехи (electromagnetic interference, EMI) - помехи, вызывающие ухудшение качества функционирования технического средства или канала передачи данных, вызванное электромагнитными явлениями [IEC 60050-161:1990, 161-01-06]
Рекуперация тепла (recovered heat) - тепловая энергия, которая была возвращена в цикл в полезных целях.
Потери тепла (waste heat) - выделенная тепловая энергия, которая не была рекуперирована.
3 Термины и определения
В настоящем документе применяются следующие термины и определения.
3.1 подмес воздуха (air bleed): Подача небольшого количества воздуха (около 5%) в поток топлива, перед впуском в топливный элемент (3.43) или блок топливных элементов (3.50), или в пределах отсека анода (3.2).
Примечание - Целью ввода воздуха является устранение отравления окисью углерода катализатора путем окисления отравляющих примесей в отсеке анода (3.2) топливного элемента (3.43).
3.2 анод (anode): Электрод (3.33), на котором происходит окисление топлива. [IEC 60050-482:2004, 482-02-27, модифицированный]
3.3 активный слой (active layer): См. "слой катализатора" (3.14).
3.4 площадь:
3.4.1 площадь элемента (cell area): Площадь биполярной пластины (3.9), перпендикулярно направлению протекания тока.
3.4.2 площадь электрода (electrode area):
3.4.2.1 активная площадь (active area): Площадь электрода (3.33) перпендикулярно направлению протекания тока.
Примечания
2. Активная площадь, также именуемая эффективной площадью, используется в расчете плотности тока элемента (3.26).
3.4.2.2 эффективная площадь (effective area): См. "активная площадь" (3.4.2.1).
3.4.2.3 площадь электрохимической поверхности (electrochemical surface area): Площадь электрохимически активной поверхности электрокатализатора (3.31).
3.4.3 площадь мембранного электрода (membrane electrode assembly area, MEA): Площадь мембранного электрода (3.73) перпендикулярно направлению протекания тока, включая активную площадь (3.4.2.1) и области мембраны, не покрытые катализатором
3.4.4 удельная площадь поверхности (specific surface area): площадь пористой структуры электрокатализатора (3.31), доступная для реагентов или площадь электрохимической поверхности (3.4.2.3) отнесенная к единице массы (или объема) катализатора (3.11).
3.5 коэффициент готовности (availability factor): Отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев [IEC 60050-603:1986, 603-05-09]
3.6 осевая нагрузка (axial load): Сжимающая нагрузка, прилагаемая к торцевым пластинам (3.40) блока топливных элементов (3.50) для обеспечения контакта и/или газонепроницаемости.
Примечание - Осевая нагрузка измеряется в Па.
3.7 вспомогательное оборудование (balance of plant, ВОР): Дополнительные/вспомогательные элементы в зависимости от источника питания или конкретных требований, включенные в комплексный пакет энергетической системы.
Примечание - Как правило, к вспомогательному оборудованию относятся все элементы, кроме блока топливных элементов (3.50) или модуля топливных элементов (3.48) и системы обработки топлива.
3.8 работа с номинальной нагрузкой (base load operation): См. "работа с полной нагрузкой" (3.77.4).
3.9 биполярная пластина (bipolar plate): Проводящая пластина, разделяющая отдельные элементы в блоке, выступающая в качестве токоприемника (3.25) и обеспечивающая механическую поддержку электродов (3.33) или мембранных электродов (3.73).
Примечание - Биполярная пластина обычно включает в себя поле течения для распределения реагентов (топлива и окислителя) и удаления продуктов, а также может включать в себя каналы для передачи тепла. Биполярная пластина обеспечивает физический барьер для предотвращения смешивания окислителя, топлива и охлаждающей жидкости. Биполярная пластина также именуется биполярной разделительной пластиной.
3.10 шина (bus bar): См. "клемма блока топливных элементов" (3.105).
3.11 катализатор (catalyst): Вещество, которое ускоряет (увеличивает скорость) реакцию, но не входит в состав продуктов реакции. См. также "электрокатализатор" (3.31).
Примечание - Катализатор снижает энергию активации реакции, что обеспечивает увеличение скорости реакции.
3.12 мембрана, покрытая катализатором (catalyst coated membrane, ССМ): Мембрана в топливном элементе с полимерным электролитом (3.43.6), поверхность которой покрыта слоем катализатора (3.14), с образованием зоны реакции электрода (3.33). См. также "мембранный электрод" (3.73).
3.13 подложка, покрытая катализатором (catalyst coated substrate, CCS): Поверхность которой покрыта слоем катализатора* (3.14).
3.14 слой катализатора (catalyst layer): Поверхность, примыкающая к стороне мембраны и включающая в себя электрокатализатор (3.31), обычно с ионной и электронной проводимостью.
Примечание - Слой катализатора содержит пространственную область, в которой могут происходить электрохимические реакции.
3.15 загрузка катализатора (catalyst loading): Количество катализатора (3.11) в топливном элементе (3.43) на единицу активной площади (3.4.2.1), указываемое по отдельности для анода (3.2) или катода (3.18) или вместе для анода и катода.
3.16 отравление катализатора (catalyst poisoning): Ингибирование свойств катализатора (3.11) различными веществами (отравляющими примесями).
Примечание - Отравление электрокатализатора (3.31) приводит к снижению производительности топливного элемента (3.43).
3.17 спекание катализатора (catalyst sintering): Связывание между собой частиц катализатора (3.11) за счет химических и/или физических процессов.
3.18 катод (cathode): Электрод (3.33), на котором происходит восстановление окислителя. [IEC 60050-482:2004, 482-02-28, модифицированный]
3.19 источник тока (cell):
3.19.1 плоский топливный элемент (planar cell): Топливный элемент (3.43), имеющий плоскую форму.
3.19.2 простой топливный элемент (single cell): Топливный элемент (3.43), состоящий из анода (3.2) и катода (3.18), разделенных электролитом (3.34).
3.19.3 трубчатый топливный элемент (tubular cell): Топливный элемент (3.43) цилиндрической формы, позволяющей топливу и окислителю протекать по внутренней или внешней поверхности трубки.
Примечание - Могут применяться различные формы поперечного сечения (например, круглое, эллиптическое).
3.20 прижимная торцевая пластина (compression end plate): См. "торцевая пластина" (3.40).
3.21 приведение к требуемым условиям (conditioning): Предварительный этап (в отношении топливных элементов/блоков топливных элементов), необходимый для правильного функционирования топливных элементов (3.43), который реализуется в соответствии с требованиями изготовителя.
Примечание - Процедура приведения к требуемым условиям может включать в себя обратимые и/или необратимые процессы в зависимости от технологии топливного элемента.
3.22 утечка, связанная с взаимным проникновением газов (cross leakage): См. "поперечная утечка" (3.23).
3.23 Кроссовер (crossover): Утечка между стороной топлива и стороной окислителя топливного элемента (3.43) в любом направлении, обычно через электролит (3.34).
Примечание - Кроссовер также именуется утечкой, связанной с взаимным проникновением анодного и катодного рабочих тел.
3.24 ток (current):
3.24.1 ток утечки (leakage current): Электрический ток, протекающий по нежелательным проводящим путям, но отличный от короткого замыкания.
Примечание - Ток утечки измеряется в A. [IEC 60050-151:2001, 151-15-49]
3.24.2 номинальный ток (rated current): Указанное изготовителем максимальное значение электрического тока, на который рассчитана энергетическая система на топливных элементах (3.49).
Примечание - Номинальный ток измеряется в А.
3.25 токоприемник (current collector): Проводящий материал в топливном элементе (3.43), принимающий электроны от анода (3.2) или проводящий электроны к катоду (3.18).
3.26 плотность тока (current density): Сила тока на единицу активной площади (3.4.2.1).
3.27 Скорость снижения рабочих характеристик (degradation rate): Скорость, с которой происходит снижение производительности топливного элемента с течением времени.
Примечание - Скорость снижения рабочих характеристик может использоваться для измерения восстановимой производительности и снижения производительности топливного элемента. Типичной единицей измерения являются вольт (постоянного тока) на единицу времени или процент от начальной величины (постоянного тока) за фиксированное время.
3.28 десульфуризатор (desulfurizer): Реактор для удаления компонентов серы, содержащихся в первичном топливе (3.89).
Примечание - Адсорбент десульфуризатор, каталитический гидродесульфуризатор и т.д.
3.29 перепад давления в топливном элементе (differential cell pressure): Перепад давлений в электролите (3.34), возникающий между двумя электродами (3.33).
Примечание - Перепад давлений в топливном элементе измеряется в Па.
3.30 эффективность, КПД (efficiency): Отношение выходного потока полезной энергии к входному потоку энергии устройства.
Примечание - Поток энергии может быть определен как среднее значение соответствующих входных и выходных значений, измеренных за заданный интервал времени.
3.30.1 электрический КПД (electrical efficiency): Отношение чистой электрической энергии (3.85.3), генерируемой энергетической системой на топливных элементах (3.49), к общей энтальпии (теплосодержанию) потока энергии, подаваемого в энергетическую систему на топливных элементах.
Примечание - Предполагается использование низшей теплотворной способности, если не указано иное.
3.30.2 эксергетический КПД (exergetic efficiency): Отношение чистой электрической энергии (3.85.3), генерируемой энергетической системой на топливных элементах (3.49), к общему эксергетическому потоку энергии, подаваемому в энергетическую систему на топливных элементах, с учетом газообразных продуктов реакции.
3.30.3 КПД рекуперирования тепла (heat recovery efficiency): Отношение потока рекуперируемого тепла энергетической системы на топливных элементах (3.49) к общей энтальпии потока энергии, подаваемому в энергетическую систему на топливных элементах.
Примечание - Энтальпия поток первичного топлива (3.89) (включая энтальпию реакции) должна определяться с учетом низшей теплотворной способности.
3.30.4 суммарный энергетический или общий тепловой КПД (overall energy or total thermal efficiency): Отношение значения величины полученной энергии (чистая электрическая энергия (3.85.3) и поток рекуперированного тепла) к общей энтальпии потока энергии, подаваемому в энергетическую систему на топливных элементах (3.49).
Примечание - Энтальпия потока первичного топлива (3.89) (включая энтальпию реакции) должна определяться с учетом низшей теплотворной способности.
3.30.5 суммарный эксергетический КПД (overall exergy efficiency): Отношение суммы чистой электрической энергии (3.85.3) и энергии потока рекуперированного тепла, к эксергетическому потоку энергии, подаваемого в энергетическую систему на топливных элементах (3.49).
Примечание - Подаваемый общий эксергетический поток первичного топлива (3.89) (включая реакцию) должен иметь отношение к газообразному продукту для лучшего сравнения с другими типами систем преобразования энергии.
3.31 электрокатализатор (electrocatalyst): Вещество, которое ускоряет (увеличивает скорость) электрохимическую реакцию. См. также катализатор (3.11).
Примечание - В топливном элементе (3.43) электрокатализаторы находятся в активном слое (3.3) или слое катализатора (3.14).
3.32 подложка электрокатализатора (electrocatalyst support): Элемент электрода (3.33), который служит в качестве проводящей среды и предназначен для поддержки электрокатализатора (3.31).
3.33 электрод (electrode): электрический проводник (или полупроводник), через который в результате электрохимической реакции электрический ток подается в электрохимический элемент и выходит из электрохимического элемента.
Примечание - Электрод (3.33) может являться анодом (3.2) или катодом (3.18).
3.33.1 газодиффузионный электрод (gas diffusion electrode): Элемент со стороны анода (3.2) или катода (3.18), содержащий все электронные проводящие элементы электрода (3.33), такие как газодиффузионный слой (3.57) и слой катализатора (3.14).
3.33.2 оребренный электрод (ribbed electrode): Электрод (3.33), оснащенный пазами на подложке электрода для прохождения газа.
3.34 электролит (electrolyte): Жидкое или твердое вещество, содержащее подвижные ионы, которые обеспечивают ионную проводимость вещества. [IEC 60050-111:1996, 111-15-02].
Примечание - Вид электролита является главной отличительной чертой различных технологий топливных элементов (3.43) (например, жидкости, полимеры, расплавленные соли, твердые оксиды) и определяет диапазон рабочей температуры.
3.35 утечка электролита (electrolyte leakage): Нежелательный выпуск жидкого электролита (3.34) из блока топливных элементов (3.50).
3.36 потери электролита (electrolyte loss): Любое снижение уровня электролита (3.34) в топливном элементе (3.43), по сравнению с начальным уровнем.
Примечание - Потери электролита (3.34) могут быть вызваны различными процессами, такими как испарение, утечка, миграция и участие в коррозии металлических элементов.
3.37 электролитная матрица (electrolyte matrix): Изолирующий газонепроницаемый элемент топливного элемента с соответствующей пористой структурой, которая удерживает жидкий электролит (3.34).
Примечание - Пористая структура должна быть правильно подобрана с учетом соседних электродов (3.33) для обеспечения полного заполнения (3.41).
3.38 миграция электролита (electrolyte migration): Процесс, связанный с потенциалом и протекающий в блоках топливных элементов с расплавленным карбонатным электролитом (ТЭРК) (3.43.4).
Примечание - Электролит (3.34) мигрирует от положительного полюса к отрицательному полюсу блока топливных элементов. Миграция происходит через прокладки, расположенные между наружными коллекторами (3.70) и краями блока топливных элементов.
3.39 резервуар для электролита (electrolyte reservoir): компонент топливных элементов с жидким электролитом (3.43.4 и 3.43.5), в котором хранится жидкий электролит (3.34) с целью пополнения потерь электролита (3.36) в течение срока службы топливного элемента (3.69.2).
3.40 торцевая пластина (end plate): Элемент, расположенный на торце блока топливных элементов (3.50) в направлении протекания тока и предназначенный для передачи необходимого сжатия топливных элементов в блоке топливных элементов.
Примечание - Торцевая пластина может включать в себя штуцеры, патрубки, коллекторы (3.70) и прижимные планки для подачи жидкости (реагент, охлаждающая жидкость) в блок топливных элементов (3.50). Торцевая пластина также именуется концевой или прижимной пластиной.
3.41 уровень (filling, level): Доля общего объема открытых пор пористого элемента топливного элемента (3.43) (например, электрод (3.33) или электролитная матрица (3.37), которую занимает жидкий электролит (3.34).
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.