Все подробности электроизмерительная лаборатория у нас.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - ЭТАП ПРАКТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Стремительное сокращение запасов углеводородного топлива и интенсивное развитие современной энергетики и транспорта неизбежно ведет человечество к экологическому кризису. Учитывая эту тревожную тенденцию, многие ученые и практики высказываются в пользу ускоренного поиска альтернативных источников энергии (журнал ╚Автомобильный транспорт╩ ╧ 4, 1992, с.38). Их взоры обращаются к водороду, запасы которого в водах Мирового океана неисчерпаемы. Неоспоримыми достоинствами водорода являются относительная экологическая безопасность его использования, приемлемость для тепловых двигателей без существенного изменения их конструкции, высокая калорийность, возможность долговременного хранения и т.д. Известные до настоящего времени способы получения водорода не нашли широкого практического применения из-за экономической нецелесообразности. Это объясняется тем, что в процессе получения водорода используется дефицитное и дорогостоящее топливо (уголь, природный газ, нефтепродукты) или электроэнергия.

Предлагаемый нами способ промышленного получения водорода позволяет использовать неограниченное количество даровой тепловой энергии окружающей среды или тепловые потери промышленных установок и транспортных средств. Нами изобретено и патентуется по системе РСТ (международная заявка RU98/00190 от 07.10.97 г.) простое высокопроизводительное устройство для получения дешевого водорода, получившее название ╚электроводородный генератор (ЭВГ)╩. Он приводится в действие механическим приводом и работает при обычной температуре в режиме теплового насоса. При этом на каждую единицу затраченной механической мощности поглощается до от 20 до 88 единиц теплоты. Один кубический метр условного рабочего объема генератора, работающего в оптимальном режиме с КПД 86-98 %, способен за секунду произвести 3,5 м 3 водорода и 2,2 МДж электрической энергии. Единичная тепловая мощность ЭВГ в зависимости от решаемой технической задачи может варьироваться от нескольких кВт до 1000 МВт. Расчетный удельный расход энергии на производство газообразного водорода составляет 14,42 МДжЧм-3, что обеспечивает его стоимость (0,0038 $/м3 ), т.е. в 1,5-2 раза меньше стоимости природного газа.

Водородный электрогенератор выполнен в виде емкости заполненной специально подобранным электролитом (для приведенного ниже примера HBrO3).
Электролит при растворении в воде диссоциирует на ионы ВrО3- и Н+ (Рис.1).
Под действием искусственного гравитационного поля, создаваемого за счет вращения емкости генератора со скоростью 1500-12500 об/мин, тяжелые ионы BrO3- (анионы) приобретут необходимую кинетическую энергию, сместятся к аноду и создадут отрицательный пространственный электрический заряд.
Легкие ионы Н+ (катионы) сосредоточатся вблизи катода (около оси вращения ), образуя пространственный электрический заряд противоположного знака.

То есть, вследствие действия физического принципа обратимости энергии гравитационное поле породит адекватное электрическое поле, которое энергетически способно осуществить электролиз.

При достижении минимальной (пороговой) частоты вращения емкости с данным электролитом и принятыми конструктивными параметрами устройства (см. формулу для ее расчета на Рис.1) анионы начнут индуцировать заряды на аноде (свойство цилиндра Фарадея ). С него свободные электроны проводимости переместятся на катод по короткозамкнутой цепи между анодом и катодом. Между электронами и катионами создастся электрическое поле высокой напряженности, способное разрушить гидратные оболочки легких ионов. В результате начнется разряд ионов с образованием на катоде свободного водорода, а на аноде кислорода и анодных газов (осадка). Образовавшиеся анодные продукты вступают во вторичные химические реакции с водой, образуя исходный состав раствора. Этот процесс сопровождается интенсивным поглощением раствором тепловой энергии.

Принципиальная энергетическая схема электролиза в ЭВГ во многом идентична схеме традиционного электролиза, но в ней не расходуется дорогостоящая электрическая энергия, а используется дешевая тепловая энергия.

Химические реакции, протекающие в емкости генератора, представлены следующими уравнениями:

В растворе
HBrO3 --> H + + BrO3-
На катоде
2H + + 2 е- --> H2 ╜
На аноде
2BrO3- - 2 е - --> 0,5 O2╜ + Br2O5
В прианодном пространстве
Br2O5 + H2 O --> 2HBrO3
HBrO3 --> H + + BrO3-

Гравитационный электролиз, протекающий в генераторе, имеет ряд существенных особенностей.

Во-первых, в установившемся режиме работа механического инерционного поля в основном расходуется на преодоление сил трения на приводе и о воздух, поскольку сумма моментов количества движения осаждаемых и всплывающих к оси ротора продуктов остается неизменной.

Во-вторых, интенсивное самоохлаждение раствора обеспечивает условия для поглощения им тепла из окружающей среды или от других источников.

В-третьих, генератор способен вырабатывать постоянный электрический ток на внешней нагрузке в том случае, если частота вращения емкости будет больше минимально необходимой (пороговой).В этом режиме работы он приобретает свойства электрического генератора с вольтамперной характеристикой конденсаторного типа.

В-четвертых, в ЭВГ объединены сразу два устройства: электрогенератор и электролизер. Все эти особенности обеспечивают гравитационному электролизу несравненно более высокую эффективность преобразования теплоты в химическую энергию водорода и кислорода, восстановленных из воды.

Электроводородный генератор конструктивно прост, легко вписывается в компоновку тепловых турбин и различных силовых двигательных установок транспортных средств. За счет использования потерь тепла ДВС достигается почти # двукратная экономия топлива, # увеличивается общий КПД до 68-70 % . Кроме того существенно # снижается токсичность выхлопных газов. Способность высокоэффективно преобразовывать теплоту в электроэнергию создает предпосылки для создания более совершенного транспортного средства - электромобиля.

На железнодорожном транспорте внедрение новации обеспечит эффективное использование тепловозного парка вместо дорогостоящих электровозов с их огромными эксплуатационными издержками, что позволит безболезненно снизить тарифы на перевозки. Применение ЭВГ на многочисленных компрессорных станциях магистральных газопроводов позволит повысить в 2-2,5 раза топливную экономичность турбоагрегатов за счет использования тепла, выделяющегося при компрессии природного газа.

Многообещающей представляется идея охлаждения с помощью ЭВГ транспортируемого природного газа до низкой температуры. Это позволит создать дополнительное избыточное давление в магистрали (приблизительно на 6-8 %), а также увеличить ее пропускную способность. Извлеченная из природного газа теплота может быть преобразована и использована на нужды хозяйственных объектов, располагающихся вдоль трассы газопровода.

Применение ЭВГ на морских и речных судах различного водоизмещения позволит многократно сократить расход дорогостоящего углеводородного или ядерного топлива за счет использования даровой тепловой энергии забортной воды. Это обстоятельство может служить основанием для отказа от использования атомных энергетических установок на флоте.

Установка ЭВГ на действующие и новые надводные суда и подводные лодки сделает автономность плавания практически неограниченной и при этом существенно повысится их полезная грузоподъемность. Применение прямоточных водороднокислородных турбинных водометных движителей на скоростных судах откроет новые перспективы в создании экологически чистых быстроходных дешевых в эксплуатации транспортных средств.

Плавающие мобильные электрогазогенераторные станции смогут снабжать дешевой тепловой и электрической энергией прибрежные населенные пункты, сельскохозяйственные или промышленные объекты, включая судостроительные заводы. Расчетная стоимость производства МДж тепла в российских условиях при этом составит 0,027-0,04 цента США, а электроэнергии 0,08-0,11 цента. На космических станциях ЭВГ может обеспечить ориентационные двигатели более дешевым и безопасным топливом.

Различные модификации ЭВГ могут найти свое применение в малой стационарной и мобильной энергетике, особенно в сфере энергообеспечения удаленных поселений, промышленных объектов, экспедиций, фермерских хозяйств, тепличных комплексов и т.д.. Энергетическим источником для ЭВГ в этом случае может служить солнечная и геотермальная энергия, теплота любых водоемов, промышленные и бытовые стоки, а также любые другие источники тепла.

Применение изобретения на действующих тепловых и атомных электростанциях на 25-30% повысит их рентабельность.

В черной металлургии водород заменит дорогостоящий и дефицитный кокс, позволит вести более эффективный внедоменный процесс получения стали. При этом значительно сократится выброс в атмосферу углекислоты.

Особый интерес изобретение представляет для специалистов, занимающихся проблемами сепарации различных неорганических веществ, например, обогащением урана. Предлагаемый способ позволяет просто и эффективно непрерывно разделять изотопы U235 и U238 , одновременно выделяя их из водного раствора в виде металлического порошка, то есть объединить эти два различных процесса в одном аппарате.

Простота конструкции ЭВГ дает возможность в течение нескольких месяцев освоить серийный выпуск некоторых наиболее простых модификаций генератора без значительных капиталовложений. При серийном выпуске генератора в специфичных российских условиях себестоимость производства этого изделия оценивается порядка 15-25 $/кВт тепловой мощности. Расчетная рентабельность капиталовложений в освоение новации составляет более 60 % при сроке окупаемости менее 1,5 лет. Годовой экономический эффект применения генератора в среднем порядка 40-60 долл. на киловатт тепловой мощности.

Первоначальные затраты на изготовление действующего макета ЭВГ даже при накладных расходах 1200-1500 % не превышают 6000 $.

Имеется подробное техническое обоснование процесса гравитационного электролиза и конструкторская документация на макетный образец генератора.

Мы предлагаем самое широкое партнерство в изучении, практическом использовании и коммерциализации изобретения, а также реализации лицензий на российском и мировом рынке интеллектуальной собственности. На сегодняшний день к ЭВГ в той или иной степени проявили практический интерес более сорока российских и несколько зарубежных предприятий, в том числе четыре судостроительных завода и три автостроительные компании. Ведутся переговоры с Американской Водородной Ассоциацией, NASA и двумя энергетическими компаниями о проведении широкомасштабных исследовательских работ в объеме порядка 1,2 млн. долларов.

С уважением, от авторов В.В. Студенников

Россия,117574, Москва, Вильнюсская, 4-339,
тел. (095) 421-1387
e-mail: ehg@com2com.ru