Радиус иона катиона водорода
| | | |
| |
|
| | Рис.1
Схема гидратирования аниона и катиона молекулами воды
в растворе электролита при отсутствии инерционного поля
F -кулоновская сила притяжения ионов, Н;
F1 - минимальная сила притяжения ионов и молекул воды
(адекватная средней силе их взаимодействия при тепловом
движении), Н;
d -расстояние между ионами, м;
rBrО3-.- радиус иона (аниона) BrO3- , м;
rH+ - радиус иона (катиона) водорода, м;
rH2O - радиус молекулы воды, м.
| |
| | | |
| | |
|
| Рис.2
Схема рабочего процесса электроводородного генератора
w min ³ í[q 2 (1-aT)][16p e eо Dmr h К (r - 0,5 h) (2rв+rи )2]-1ý0,5,
где
w min - минимальная угловая частота вращения емкости с раствором, рад×с-1;
q - электрический заряд тяжелого иона (аниона), Кл;
Т - абсолютная температура раствора,°К;
Dm - разность масс гидратированных катиона и аниона, кг;
r - линейная концентрация тяжелых ионов, м-1,
r = 10(С·N ) 1/3 , где
С - мольная концентрация раствора, моль·л -1,
N - число Авогадро, моль-1;
h - высота столба раствора, м;
К - степень диссоциации электролита, 10-2× % ;
r - внутренний радиус емкости ротора, м;
µ - температурный коэффициент изменения энергии гидратной связи, ° К -1 :
eо - абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф× м -1 ;
e - относительная диэлектрическая проницаемость раствора;
rв - эффективный радиус молекулы воды, м;
rи - эффективный радиус тяжелого иона, м;
p - трансцендентное число, равное 3,141 .
| |
Q H2O
| | | |
| |
|
| | Рис. 4
Схема энергетического баланса рабочего процесса
электроводородного генератора (ЭВГ)
qS = Q + N = Wх + Wэ + Q (1 -h1) + N×h (1-h2),
hэвг = (Wх + Wэ )× qS-1 = (Wх + Wэ )×[Wх + Wэ + Q (1 -h1) + N×h(1-h2)]-1,
где
qS - суммарная энергия процесса;
Q - подведенная теплота;
N - подведенная механическая энергия;
Wх- химическая энергия восстановленных (O2+H2);
Wэ - полученная электроэнергия;
hэвг - общий КПД процесса;
h - гидромеханический КПД привода вращения ротора;
h1 - КПД теплообменника;
h2 - КПД преобразования механической работы в
электроэнергию;
А - энергия механического инерционного поля;
O2 - кислород;
. H2 - водород;
H2O - вода.
| |
Изменение (увеличение) энтропии раствора при To > T1 (раствор холоднее окружающей среды),
DS = - Q×To-1 - (- Q×T1-1) = Q(T1-1-To-1) > 0
где
- Q - термический эффект химической реакции разложение молекул воды, Дж;
To - температура окружающей среды, °K;
T1 - температура раствора, °K.
Термодинамический коэффициент полезного действия процесса
h т = (To -T1) To-1 = 0,2...0,4
Общий удельный расход энергии, МДж×м-3 водорода
50,7 14,42
(в том числе 18 электроэнергии)
а) б)
Рис. 5
Схема энергетических затрат в процессах
производства водорода
а) традиционный электролиз;
б) гравитационный электролиз
| |
ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
ВОДОРОДА ВОДОРОДА
25,134 88, 375
| |
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
Н2О = Н2 + 0,5 О2
| |
ТЕПЛОТА ТЕПЛОТА
ВАРИАНТ 1 ИСТОЧНИК ТЕПЛОТЫ (100 %)
(ВОДА ВОДОЕМА)
ß
ЭВГ
ЭВГ
Кислород 88,4
ВОДОГРЕЙНЫЙ
КОТЕЛ
ß 35,4
ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР
( 380 или 220 V, 50 Гц )
ГОРЯЧАЯ 4
47,7
ß
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
31,4
ВАРИАНТ 2 ИСТОЧНИК ТЕПЛОТЫ (100 %)
(ВОДА ВОДОЕМА)
ß
Вода ßВодород
4,5 Кислород
ß
ВОДЯНОЙ ПАР ГОРЯЧАЯ
ВОДА
7, 0( ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ )
86
Рис. 6
Принципиальные схемы применения ЭВГ в системах
Энергообеспечения потребителей теплом и электроэнергией