Как правильно рассчитать электроемкость электродного котла?

[d1234]

Kermit в сообщении #772817 писал(а):

А какой материал лучше всего связывает кислород?

Я не знаю. Железо нормально должно. Но водород оно не связывает. Может быть слегка катализирует его окисление кислородом, но здесь мои знания заканчиваются.

Kermit в сообщении #772817 писал(а):

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

Только эта емкость немного другая - она включена последовательно с активным сопротивлением электролита, а не параллельно, и имеет низкое напряжение пробоя, примерно 0.1-1 В. Если ее пробивает, начинается электролиз.

Kermit в сообщении #772835 писал(а):

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?

Какой именно механизм здесь работает я не знаю точно, но могу предположить, что высвобождались ионы водорода и кислорода, которые удерживались у поверхности электродов в двойном слое, а также просто молекулярный водород и кислород, который накапливается в пузырьках газа, потом все это резко перемешивалось и окислялось (возможно). Эти реакции сильно зависят от присутствия катализаторов и температуры, поэтому процесс мог быть нелинейным. Плюс кислород окислял материал электродов, когда до них добирался. Я не знаю, какая именно реакция там доминирующая, но мне кажется, что окислением ионов, накопившихся во время работы котла, можно объяснить вскипание. Я не уверен, что в двойном слое может удерживаться достаточно водорода, если там вообще идет какое-то заметное накопление, это электрохимики должны знать, но в сумме, учитывая растворенный в воде водород, кислород и пузырьки газа, там прилично энергии накапливается.

---
Посчитал слегка, сколько там надо энергии.
Теплоемкость воды на кубометр:
4 МДж/т на 1 К
60 МДж/т на 15 К

Теплота парообразования воды:
2 МДж/кг или 200 кДж на 100 грамм (предполагаем, что столько испарилось во время вскипания с одного кубометра).

Если датчик был внешний, то надо учитывать, что его показания могли зависеть от перемешивания воды во время вскипания. Я не знаю, насколько там точные датчики были и какие перепады температур между датчиком и водой. Несколько градусов на перепад я бы скинул.

К тому же смущает, что температура поднималась на 15 градусов, если нагревать надо было до 95 градусов. Может датчик врал градусов на десять?

В общем, выделение тепла я бы оценил не на 60 МДж по максимуму, а на единицы мегаджоулей или даже меньше.

Теплота сгорания водорода:
10,8 МДж на кубометр или 120 МДж на килограмм.

6 кубометров водорода там никак накопиться не могут. Но в пределах одного кубометра, мне кажется, вполне.

Рассмотрим выделение теплоты за счет окисления электродов. Теплота окисления железа примерно 5 МДж на килограмм. Может ли за одно вскипание окисляться 10 кг железа с электродов? Вряд ли.

То есть там не было этих 60 МДж и значит там не было повышения на 15 градусов.

Несколько градусов повышения температуры и испарение 100 грамм воды можно объяснить окислением накопившегося водорода и железа с электродов. Остальное, мне кажется, - это неточность датчика из-за перемешивания.

[Kermit]

Как шутят католики: "чертовщина всегда кроется в деталях"

- Эффект наблюдался мной лично на двух типах котлов: а) "Галан-очаг 3" 1-фаза 220/50Гц (http://www.galan.ru/products/electrod/galan.ochag.shtm) объемом около 0.5л (центральный электрод, по словам спецов из "Галана", сделан из спецметалла); и б) 20л нонейм 3-фазы 220В/50Гц (бак, он же "земля", сделан из обычной стали, а электроды - из трубок диаметром 20мм из нержавейки);

- Котлы были подключены в замкнутый отопительный контур. Т.е. давление в нем доходило до 4атм и вода вскипала при температуре свыше 110*С при непрерывном нагревании, когда температура повышалась от +95 до +110 ожидаемо плавно в течение нескольких минут. После такого вскипания и отключения от питания, котел долго еще "бушевал", а избыток давления сбрасывался через предохранительный клапан. Т.е. все как положено по теории и практике.

- Термодатчики были цифровые и довольно точные (+/-0,1град);

- Падение температуры между водой внутри и датчиком снаружи (3-5 град у разных котлов) было предварительно установлено опытным путем и учтено при измерениях;

- Скачкообразное вскипание (назовем его "Х-вскипание" ), кроме скачкообразного повышения температуры, сопровождалось шумом кипения внутри котла, типа как закипает электрочайник - так же как и в случае описанном выше. Повторюсь: система была замкнутая, а аварийный клапан давления был настроен на 5атм;

- Вскипание после отключения эл.питания наблюдалось и при более низких температурах (я припоминаю начиная с +60*С), но менее интенсивное чем при высоких. Что вполне логично, если предположить, что одно и то же количество дополнительной энергии вызовет различный эффект.

Так что, вполне может статься, что упомянутых d1234 эффектов могло хватить для Х-вскипания при вышеуказанных объемах

[d1234]

Kermit в сообщении #772975 писал(а):

Котлы были подключены в замкнутый отопительный контур.

Kermit, а не было ли в этом контуре дополнительного насоса для циркуляции?

Kermit в сообщении #772975 писал(а):

Падение температуры между водой внутри и датчиком снаружи (3-5 град у разных котлов) было предварительно установлено опытным путем и учтено при измерениях

Вот это меня как раз смущает. Разницу учитывали в стационарном режиме, а в момент выключения она может меняться существенно. Например, остановка насоса одновременно с котлом, или замедление циркуляции из-за отключения нагрева, или усиление циркуляции из-за отделения пузырьков газа... В результате на стенку где датчик поступает более холодная или более горячая вода. Также нагрев датчика может меняться из-за изменения характера обтекания - лиминарный или турбулентный, обусловленный все теми же пузырьками газа.

[Kermit]

d1234 в сообщении #773597 писал(а):

а не было ли в этом контуре дополнительного насоса для циркуляции?

Был насос.

d1234 в сообщении #773597 писал(а):

Например, остановка насоса одновременно с котлом, или замедление циркуляции из-за отключения нагрева, или усиление циркуляции из-за отделения пузырьков газа...

Обычно, после выключении котла насос продолжал качать как положено для системы отопления с принудительной циркуляцией. В тех случаях, когда насос тоже отключался, из котла происходил выброс пара/газа в обе стороны.

d1234 в сообщении #773597 писал(а):

на стенку где датчик поступает более холодная или более горячая вода. Также нагрев датчика может меняться из-за изменения характера обтекания - лиминарный или турбулентный

Датчики устанавливались на входной и выходной патрубки (соответственно, до и после котла) на расстоянии 5-10 см от котла. У 20л котла соотношение сечений трубы котла к патрубку было 10:1, поэтому турбулентность потока, если таковая и присутствует, можно принять незначительной или равномерной на этом участке патрубка.

[Theoristos]

d1234 в сообщении #772541 писал(а):

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

Схема смутно знакома, но в аналоге вместо микроконтроллера используется "Скала".

Kermit в сообщении #772835 писал(а):

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.

Может у вас там LENR зевелось?

А вообще, раз есть с чем, интересно бы прикинуть возможную энергию и проэкспериментировать.

При нагреве до более низкой температуры скачок есть?
От времени от включения зависимость есть? А при повторном включении-выключении?
А если сравнить полное энергопотребление от времени и рост температуры от времени?

Без знания размеров и параметры котла варианты объяснения приходят самые разные.

[d1234]

Википедия пишет:

Цитата:

(Растворение) сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов.

Такое ощущение, что там клапан сброса давления срабатывал, в результате чего начиналось вскипание - выделение газа из раствора - и повышение температуры из-за этого. Может ли эта реакция выделять столько энергии, чтобы поднять температуру воды на 15 градусов?

[Kermit]

d1234 в сообщении #777552 писал(а):

Такое ощущение, что там клапан сброса давления срабатывал, в результате чего начиналось вскипание - выделение газа из раствора - и повышение температуры из-за этого.

Нет. Клапан пригодился только однажды, когда мы в самом деле перегрели котел, пока позились с настройками автоматики. Тогда он кипел-свистел долго пока не остыл. Кратковременный скачок температуры сопровождающийся характерным шумом кипения (или газовыделения) наблюдался стабильно каждый раз, когда отключалось электричество. Припоминается этот эффеки с температур далеких от кипения т.е. от 60*С.

d1234 в сообщении #777552 писал(а):

Может ли эта реакция выделять столько энергии, чтобы поднять температуру воды на 15 градусов?

Я считаю, что в основе этого эффекта лежит выделение температуры при восстановлении разрушенных эл.полем/током водородных связей между молекулами воды (см. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C) Энергия водородных связей оценивается в 21кДж/моль (5ккал/моль), что в пересчете дает потенциальное повышение температуры на 227 градусов: 5000кал/18г = около 227*

Вот здесь http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/9902_058.pdf на стр. 59 говорится:
1. При образовании водородных связей выделяется теплота - теплохимическая мера энергии Н-связи. Эту хар-ку используют для калибровки спектральных методов изучения водородных связей.

Значит, эти связи были нарушены эл.током или эл.полем, а потом при снятии напряжения - они восстановились. Вся вода не нагрелась при этом на 227*, возможно, потому, что не все связи нарушились и потом восстановились? Возможно, что часть эл.энергии первоначально затратилась на разрушение этих связей, что потом частично компенсировалось локальным кратковременным температуры. Непонятно, происходил ли такой процесс разрушения/восстановления Н-связей каждый полупериод прохождения эл.тока 50Гц или для его развития нужно более длительное время в секунды?

d1234 в сообщении #777552 писал(а):

Цитата:
(Растворение) сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов.

Исходя из этого, должно быть верным обратное утверждение, что при выпадении из раствора нерастворимого осадка энтропия уменьшается? При работе электродных котлов со временем проводимость воды снижается сопровождаясь выпадением мелкодисперсного нерастворимого осадка. Обратите внимание на описание регулярной очистки от такого осадка на чешском сайте с прототипом электродного балласта приводими dikoy выше.

[d1234]

Kermit в сообщении #777900 писал(а):

Исходя из этого, должно быть верным обратное утверждение, что при выпадении из раствора нерастворимого осадка энтропия уменьшается? При работе электродных котлов со временем проводимость воды снижается сопровождаясь выпадением мелкодисперсного нерастворимого осадка.

Я сейчас думаю, что идея с растворением и выделением из раствора здесь не работает, в том числе и с газом.
Все-таки вряд ли выделение из раствора газа или растворение осадка даст столько тепла, чтобы нагреть воду на 15 градусов. Надо большое количество вещества. Иначе газированная вода нагревалась бы сильно во время открытия бутылки. Осадка там тоже мало. Даже сильные связи, как между водородом и кислородом, требуют довольно большого количества вещества, чтобы нагреть воду на 15 градусов.

Кстати, говорят, что не все твердые вещества выделяют тепло при растворении, некоторые поглощают.

Kermit в сообщении #777900 писал(а):

Я считаю, что в основе этого эффекта лежит выделение температуры при восстановлении разрушенных эл.полем/током водородных связей между молекулами воды

Насчет водородных связей - интересная идея. Энергии в них действительно немало и газ растворять не надо. Смущает один технический момент - почему вода с разрушенными водородными связями не кипит в трубах, а кипит только в котле? Там же прокачка достаточно быстрая, как я понял. То есть в течение 5 минут после выключения котла восстанавливаются водородные связи, причем делают они это только в котле, а в остальной системе циркулируют в неизменном виде или восстанавливаются, но медленно... Или там прокачка медленная по сравнению с объемом котла?

[Kermit]

d1234 в сообщении #777982 писал(а):

Кстати, говорят, что не все твердые вещества выделяют тепло при растворении, некоторые поглощают.

Из школьного курса химии припоминается, что хим. реакции делятся на экзо- и эндо-термические. Процесс растворения без образования нового (или устойчивого) соединения относится к диссоциации. Диполи воды разделяют исходное в-во на ионы. На это тратится энергия, что выражается в понижении температуры. Можно проделать следующий простой эксперимент: Берется цифровой термометр - можно домашний градусник - и замеряется температура воды в стакане, простоявшем при комнатной температуре несколько часов. После чего в стакане растворяется чайная ложка поваренной соли, и температура раствора измеряется снова. Фиксируется понижение температуры в 0.2-0.3 градуса. Обратный процесс происходит. когда пресный лед (например, айсберг) тает в соленой воде океана - вокруг него температура воды повышается на те же 0.2-0.3 градуса, хотя лед однозначно холоднее окружающей воды. Этот известный факт активно используется для стращания публики глобальным потеплением.

d1234 в сообщении #777982 писал(а):

почему вода с разрушенными водородными связями не кипит в трубах, а кипит только в котле?

Связи восстанавливаются очень быстро. Понятно, что вода продолжает находиться в это время еще в котле.

d1234 в сообщении #777982 писал(а):

Там же прокачка достаточно быстрая, как я понял

Какая бы она не была - процесс образования связи на порядки быстрей.

d1234 в сообщении #777982 писал(а):

То есть в течение 5 минут после выключения котла восстанавливаются водородные связи

Не совсем так: в течение 5-10 сек. наблюдается кипение, что есть результат мгновенного выделения значительной энергии в объеме между электродами. Почему связи должны рушиться еще где-либо вне реактора?

d1234 в сообщении #777982 писал(а):

причем делают они это только в котле, а в остальной системе циркулируют в неизменном виде или восстанавливаются, но медленно...

Разрушение/восстановление водородной связи приводит к мгновенному вскипанию в микрообъеме, который является центром реакции ионов растворенных в воде солей и газов. Приводятся данные, что температура в центре такого микропузырька достигает 600*С, в результате чего расворенные соли и газы образуют нерастворимые соединения, которые в обычном случае образовались бы как никипь на горячих стенках труб и нагревателей/теплообменников. Микропузырьки являются центрами кристаллизации в объеме реактора между электродами. Процесс кристаллизации занимает от 20 до 40 мин, за которое поток уносит кристаллики из зоны реактора. Процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла, но не резким как в реакторе, а растянутым на 20-40 мин. Причем, кристаллы продолжают расти по мере движения в трубе пока не достигнут спокойной зоны или фильтра. Понятно, что после того как ионы солей и газов прореагировали и выпали в виде мелкодисперсного нерастворимого осадка, проводимость воды уменьшилась, и на следующем цикле вышеописанный процесс будет менее эффектным. Поддержание электропроводимости воды - известная десятилетиями проблема электродных котлов.

[d1234]

Kermit в сообщении #778310 писал(а):

Из школьного курса химии припоминается, что хим. реакции делятся на экзо- и эндо-термические. Процесс растворения без образования нового (или устойчивого) соединения относится к диссоциации. Диполи воды разделяют исходное в-во на ионы. На это тратится энергия, что выражается в понижении температуры.

Я нашел нормальное описание по этой теме:
http://www.alhimik.ru/rastvory/2-10.html
(Энергетика растворения.)
Там пишут, что растворение твердых веществ бывает экзотермическое и эндотермическое в зависимости от соотношения энергий связей в веществе и в растворе. А для газов только экзотермическое. Соответственно, то, что я писал про выделение энергии в результате высвобождения газа - чушь. То есть наоборот там должно быть. К тому же порядок этих энергий очень маленький.

Kermit в сообщении #778310 писал(а):

Связи восстанавливаются очень быстро. Понятно, что вода продолжает находиться в это время еще в котле.

Зачем рассматривать этот механизм отдельно от обычной теплоемкости воды? В ней эти процессы уже учитываются. Я думал, что ваше изначальное утверждение было в том, что вода греется в течение 5 минут после выключения тока. Для этого действительно надо хранить где-то энергию. А для объяснения повышения температуры в течение 5-10 секунд экзотических гипотез не надо. Такое повышение объясняется инерционностью датчика.

Kermit в сообщении #778310 писал(а):

Разрушение/восстановление водородной связи приводит к мгновенному вскипанию в микрообъеме, который является центром реакции ионов растворенных в воде солей и газов. Приводятся данные, что температура в центре такого микропузырька достигает 600 С

Для таких данных нужны ссылки. Это может быть правда, а может и неправда. В чем здесь заключается ключевая роль электродного котла? Разрушение водородных связей происходит и во время обычного нагревания. Если электродный котел и разрушает водородные связи сильнее, то они так же быстро и восстанавливаются, как и при обычном нагревании.

Kermit в сообщении #778310 писал(а):

Процесс кристаллизации занимает от 20 до 40 мин, за которое поток уносит кристаллики из зоны реактора. Процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла, но не резким как в реакторе, а растянутым на 20-40 мин.

Чтобы нагреть 10 л воды на 15 градусов, надо 600 кДж. Это 15 г бензина. Выделение тепла во время кристаллизации на пару порядков меньше. То есть надо, чтобы с 10 литров каждый раз выпадало полтора килограмма осадков. Это нереально.