Как правильно рассчитать электроемкость электродного котла?

[samodelkin_5]

Собственно для практического расчёта электродного котла достаточно формулы ёмкости конденсатора, если не принимать во внимание электропроводность воды.

[Dikoy]

В смысле, взять её стандартной?
Странный конденсатор с проводимостью между обкладками получится... ИМХО.
А где этот расчёт можно посмотреть? Скачал несколько книг, расчёт идёт для штыревых электродов, но не плоских.

[d1234]

Dikoy в сообщении #770015 писал(а):

2. На переменном токе? Вроде как считается, что на переменном электролиза не идёт.

Вы там не курите только. Со 100 ампер нормально будет идти.

[Sphinx Pinastri]

А почему нужно считать емкость, когда активная составляющая тока будет много больше.
Чтобы считалось лучше, можно взять две ложки, опустить их в стакан с водой и измерить
полное сопротивление с помощью моста переменного тока. Всё сразу станет ясно.

[Sphinx Pinastri]

Потом нужно надеть на ложку изолирующую, проверенную электроникой мембрану и
измерить полное сопротивление еще раз, чтобы найти уровень потерь в диэлектрике.

[Kermit]

Dikoy в сообщении #771984 писал(а):

Странный конденсатор с проводимостью между обкладками получится... ИМХО.
А где этот расчёт можно посмотреть? Скачал несколько книг, расчёт идёт для штыревых электродов, но не плоских.

Расчет конденсатора можно найти во множестве мест, начиная с учебника физики ср.школы и заканчивая Википедией. Однако,
как показала практика на основе расчетов в начале этого треда, свойства конденсатора играют незначительную роль в работе электродного котла. Основной процесс - это нагревание воды протекающим током по закону Джоуля-Ленца (см. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0% ... 1%86%D0%B0).
Основная проблема заключается в расчете, а точнее, учете проводимости воды σ, т.к она зависит от химического состава воды, давления и температуры. Причем, хим.состав и температура - это взаимозависящие переменные. Для долгосрочного использования электродных котлов важно понимать и управлять этими параметрами. Это требует определенной аппаратуры и введения в основы электро-химии. Для одиночного же эксперимента с минимумом затрат, которым занимается Dikoy, есть смысл поступить следующим образом:
1. Изготовить пару(ы) пластин 10х10см из химически-стойкой нержавейки (для продолжительной работы лучше всего подходит титан или специальные хемо-стойкие сплавы).
2. Жестко закрепить пластины на расстоянии не менее 2-3 см параллельно друг другу.
3. Подготовить диэлектрический сосуд/контейнер/бочку/ емкостью не менее 50л.
4. Наполнить сосуд той водой, которая будет использоваться при экперименте. Этим обеспечивается повторяемость хим.состава т.е. эл.проводности воды при исходных условиях.
5. Нагреть воду в сосуде стандартным электрокипятильником (ТЭНом) до той температуры, которую исследователь считает максимально допустимой при его эксперименте.
6. Опустить в нагретую воду собранный электродный нагреватель и поключить его к исследуемому источнику переменного тока следя за процессами между пластин. При этом нужно измерять протекаемый в цепи нагревателя ток.
7. Соблюдая правила эл.безопасности, т.е. отключая прибор от источника тока и т.п., нужно сближать пластины до тех пор, пока степень пузырения/кипения/парообразования между пластинами перестанет соответствовать критериям пользователя.
8. Зарегистрировать максимальное полученное значение тока.
9. Разделить номинальный ток исследуемого источника тока на полученный в рез.эксперимента.
10. Увеличить площадь пластин в полученное число раз.

Прим:
а) При исходной температуре воды, сопротивление воды будет выше, чем в описанном экперименте, и, соответственно, мощность нагревателя будет меньше. По мере нагревания воды, мощность будет приближаться к рассчетной. НО, при максимальной температуре воды, мощность нагревателя не превысит рассчетную.
б) Если требуется нагружать источник тока по максимуму с самого начала эксперимента, то можно пропустить п.5 и начинать с комнатной (подпольной) температуры, но при нагреве воды ограничивать ток регулятором с надежной защитой от перегрузки.

[d1234]

Kermit, как я понял, они хотят делать активную систему регулировки тока с линейным приводом, поэтому изменение сопротивления не важно. Если без регулирования, то пару метров тонкой проволоки в шланг и к насосу. Я так сварочник на 200 ампер настраивал - 0.5 мм медная проволока и шланг от душа. При перепаде температур на 60 градусов медь будет менять сопротивление прилично, но можно и нихром взять.

По теме емкости. Эквивалентная схема там будет включать в себя несколько емкостей:
1. Обычная емкость между пластинами с водой в качестве диэлектрика (пусть и плохого). Она ничтожно мала, для таких частот и токов ею можно пренебречь совершенно.
2. Емкость двойного электрического слоя на электродах. Эта емкость включена последовательно с активным сопротивлением электролита. Она существенна и составляет сотни микрофарад на квадратный сантиметр. Фактически через нее течет большая часть тока.
3. Емкость водородного топливного элемента (пусть и несовершенного, так как на электродах не платина). Эта емкость включена последовательно с активным сопротивлением электролита и параллельно емкости двойного электрического слоя.

Если активное сопротивление электролита много больше реактивного сопротивления емкости двойного электрического слоя (в 200 раз или больше), то падение напряжения на реактивном сопротивлении емкости двойного электрического слоя будет слишком мало для нормального электролиза. То есть большая часть мощности будет выделяться на активном сопротивлении электролита.

На практике электролиз имеет место быть, причем тем сильнее, чем ниже проводимость воды и меньше расстояние между электродами, подтверждением чему служит разрушение электродов.

Когда есть электролиз, возникает эффект топливного элемента, который частично утилизирует выделяющийся водород и кислород и возвращает энергию в цепь. Этот топливный элемент добавляет емкость к двойному электрическому слою.

Водород и кислород, которые не были возвращены через топливный элемент, выделяются в свободном виде или идут на разрушение электродов.

[Kermit]

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

они хотят делать активную систему регулировки тока с линейным приводом

Извиняюсь за нескромный вопрос: Что это такое?

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

0.5 мм медная проволока и шланг от душа

??? У меня в душе внутри металлической оплетки еще резиновый шланг. Проволока в какое его место прилагается?

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

При перепаде температур на 60 градусов медь будет менять сопротивление прилично

Вода при таком перпаде температуры меняет проводимость в разы. Если я не забыл, то на память как-будто раз в 6 изменится. Это действительно серьезно. По сравнению с таким изменением, ТКС меди можно пренебречь.

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

Водород и кислород, которые не были возвращены через топливный элемент, выделяются в свободном виде

Это точно. Одни мои коллеги заспорили, что за газ выделяется при работе 1кВт котла. Тот, который утверждал, что там есть водород, не долго думая зажег зажигалку и... Никто не пострадал, но шуму было много. Дело было посреди выставки энергосберегающих технологий...

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

...идут на разрушение электродов...

А если электроды взять графитовые У меня не было возможности с такими поэкспериментировать

[d1234]

Kermit в сообщении #772491 писал(а):

Извиняюсь за нескромный вопрос: Что это такое?

Механический привод, который поднимает и опускает электроды по сигналу с микроконтроллера, чтобы регулировать ток.

Kermit в сообщении #772491 писал(а):

??? У меня в душе внутри металлической оплетки еще резиновый шланг. Проволока в какое его место прилагается?

Да, там резиновый шланг, вот в него и проволоку, чтобы она охлаждалась водой, проходящей по шлангу. У меня ввод и вывод были с одной стороны шланга, но при желании можно сделать более фундаментально - ввод и вывод с разных концов. Я брал просто кусок эмалированного обмоточного провода, припаянного к более толстому проводу на вводе, и в шланг для охлаждения. Конец шланга открыт. Вполне удобно. Токи держит без вопросов. Напряжение было сварочное 40 вольт, кажется, не помню уже. Для более высокого напряжения, вероятно, надо изолировать места паек или выносить выводы на противоположные концы шланга.

Kermit в сообщении #772491 писал(а):

По сравнению с таким изменением, ТКС меди можно пренебречь.

Для воды там хотели делать как раз ту самую динамическую регулировку, которая должна поддерживать ток, если я правильно понял. Без нее нечего и браться - какие это испытания, если нагрузка нестабильна. Для меди будет отклонение процентов 10-20, что существенно. Для нихрома раз в десять меньше, что уже приемлемо. Надо считать.

Kermit в сообщении #772491 писал(а):

Дело было посреди выставки энергосберегающих технологий...

Зачёт!

Kermit в сообщении #772491 писал(а):

А если электроды взять графитовые

Графитовые будут работать долго, но они дороги. Площадь их нужна большая. За эти деньги можно резисторов купить на 40 кВт. Вопрос здесь даже не в электродах, а в том, что их разрушение является показателем процесса электролиза. Графитовые, из-за того что кислород не связывают, будут бахать звонче.

[d1234]

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

чем ниже проводимость воды

Пардон, чем выше проводимость и ниже сопротивление.

[Dikoy]

d1234 в сообщении #772293 писал(а):

Dikoy в сообщении #770015 писал(а):

2. На переменном токе? Вроде как считается, что на переменном электролиза не идёт.

Вы там не курите только. Со 100 ампер нормально будет идти.

А как же плотность тока?

Kermit в сообщении #772317 писал(а):

Расчет конденсатора можно найти во множестве мест, начиная с учебника физики ср.школы и заканчивая Википедией.

Из этой же самой физики средней школы мы знаем, что реактивная энергия в принципе не может ничего нагреть и в работе котла вообще не участвует.
Точнее, не идёт на нагрев, хотя энергию на себя расходует.
А при тех зазорах и габаритах пластин, что мы имеем, там будут пикофарады, что не актуально на 400 Гц.

d1234 в сообщении #772541 писал(а):

Механический привод, который поднимает и опускает электроды по сигналу с микроконтроллера, чтобы регулировать ток.

Именно. Кстати, подобная система для сварочника http://www.svarbazar.cz/phprs/view.php? ... 2008090201

d1234 в сообщении #772541 писал(а):

Для нихрома раз в десять меньше, что уже приемлемо.

А не проще тогда купить пару ТЭНов и сунуть в бочку с водой? :) Или, того проще, в воздух?
Но проблема в том, что использование ТЭНов не желательно по ряду причин. А вот электродный котёл очень даже вписывается в задачу...

[d1234]

Dikoy в сообщении #772732 писал(а):

А как же плотность тока?

Да, если плотность маленькая, то большая часть тока будет проходить через емкость двойного слоя, не приводя к электролизу. Я имел в виду, что на практике при таких токах даже небольшой электролиз, который все же будет, может привести к накоплению водорода возле установки, особенно когда вода горячая и электрохимические процессы довольно интенсивны. Тем более, что это не открытый бассейн, а сверху еще помещение. Это реально чревато.

Dikoy в сообщении #772732 писал(а):

А не проще тогда купить пару ТЭНов и сунуть в бочку с водой? :) Или, того проще, в воздух?
Но проблема в том, что использование ТЭНов не желательно по ряду причин. А вот электродный котёл очень даже вписывается в задачу...

Проволока вообще почти бесплатна. Нужен только насос и пара бочек с водой. Я бы сделал с проволокой или тенами, а плавную регулировку в пределах единиц процентов на параллельных воздушных нагревателях. Но умеючи, конечно, можно любой вариант реализовать.

[Dikoy]

d1234 в сообщении #772749 писал(а):

Тем более, что это не открытый бассейн, а сверху еще помещение. Это реально чревато.

Это да... Учтём.

d1234 в сообщении #772749 писал(а):

а плавную регулировку в пределах единиц процентов на параллельных воздушных нагревателях.

Объединить нагреватели в бинарный ряд и четырьмя контактами иметь разрешение 16 точек. Но там трёхфазка == контакты должны быть трёхфазными... Короче, заморочка это. Куда проще привод и кунать электроды в бочку. Симметричность фазовой нагрузки, опять же, выдерживается автоматически.

[Kermit]

d1234 в сообщении #772541 писал(а):

Графитовые, из-за того что кислород не связывают, будут бахать звонче.

А какой материал лучше всего связывает кислород?

Dikoy в сообщении #772732 писал(а):

реактивная энергия в принципе не может ничего нагреть и в работе котла вообще не участвует.

Я тоже так считал, пока коллега d1234 не просветил насчет двойного слоя

[Kermit]

d1234 в сообщении #772411 писал(а):

Когда есть электролиз, возникает эффект топливного элемента, который частично утилизирует выделяющийся водород и кислород и возвращает энергию в цепь. Этот топливный элемент добавляет емкость к двойному электрическому слою.

Водород и кислород, которые не были возвращены через топливный элемент, выделяются в свободном виде или идут на разрушение электродов.

При эксплуатации электродных котлов наблюдался эффект, которому никто не предложил объяснения: при температуре воды ниже точки кипения (т.е. 95*С при нормальном давлении), в течение до 5 сек. после отключения эл.питания происходило интенсивное вскипание воды. При этом температура резко поднималась на до 15 градусов, но возвращалась почти к начальной до вскипания после прекращения кипения. Это было явно не только выделение газов, но и энергии т.к. температура измерялась датчиком снаружи котла. Может ли топливный элемент иметь к этому какое-либо отношение? Двойной слой?