Теория использования водородного генератора

Електролиз воды

Электролиз – физико-химический процесс, в процессе которого происходит выделение на электродах составных частей раствора или других веществ, которые являются результатом вторичных реакций на электродах, который происходит при прохождении электрического тока через раствор или расплав.
Соответственно при пропускании тока через воду происходит диссоциации на составляющие Водород (Н2) и кислород (О2). Поскольку сама вода слабо диссоциирует при электролизе, для этого используют раствор каустической соды или едкого калия. Качество процесса регулируется величиной тока и концентрацией раствора электролита.
Результатом разложения воды есть – смесь 2 частей водорода и одной части кислорода (Гремучий газ гидроксигаз, газ Брауна).

Законы Фарадея

Первый закон: масса m вещества, выделившееся на электроде при прохождении электрического тока, прямо-пропорциональна значению q электрического заряда, пропущенного через электролит,

 m=kq \, ,

где k – электрохимический эквивалент вещества, m – масса вещества, q – заряд.

Второй закон: электрохимические эквиваленты элементов прямо-пропорциональны их химическим эквивалентам.

 k = \frac{A}{\nu F} ,

где A – атомна масса вещества,  \nu  – Заряд ее иона, F – число Фарадея. Доля A/ν называется химическим эквивалентом.
Для первого закона Фарадея M, F и z являются константами, так что чем больше величина Q, тем больше будет величина m.

Для второго закона Фарадея Q, F и z являются константами, так что чем больше величина M / z (эквивалентная масса), тем больше будет величина m.

В простейшем случае постоянного тока электролиза  Q = I t приводит к:

m \ = \ \left({ I t\over F }\right)\left({ M \over z }\right)

и тогда

n \ = \ \left({ I t\over F }\right)\left({ 1 \over z }\right)

где:

  • n — выделеное количество вещества («количество молей»): n = m/M
  • t — время действия постоянного тока.

Энергия

Теплота сгорания водорода – 33850 ккал / кг – 142,2 МДж / кг(источник). Один кг водорода при н.у. плотности 0,0899 г / л (источник) имеет объем 11124л. Гремучий газ по объему на 2/3 состоит из водорода и на 1/3 из кислорода. При сгорании газа выделяется энергия = 2/3 * 142,2 МДж / кг: 11124 л / кг = 8522 Дж / ​​л = 8522 Вт * сек / л = 8522 Вт * (ч / 3600) / л = 2,37 Вт * ч / л.

Выделение энергии составляет 2,37 Вт * ч / л.Масса одного грамм-эквивалента водорода – 1 грамм (1/2 моль), что соответствует обьему11, 2 л (н.у.). Масса одного грамм-эквивалента кислорода – 8 грамм (1/4 моль), что соответствует объему 5,6 л (н.у.). Соответственно, при прохождении 96485 Кл заряда выделяется 11,2 л + 5,6 л = 16,8 л газа, а значит для его получения удельные затраты составляют 96485 К: 16,8 л = 5743 Кл / л.
В случае воду минимальная ЭДС составляет 1,23 В(Якименко Л.М. Электролиз воды, стр.38) и не зависит от рН среды электролита.1,23 В * 5743 Кл / л = 7064 В * А * сек / л = 7064 Вт * (ч / 3600) / л = 1,96 Вт * ч / л.
Согласно минимальным затратам энергии на образование – 1,96 Вт * ч / л. (Это только теоретически, на практике надо учитывать нагрев и поляризацию электродов и пытаться уменьшить ее влияние, для приближения к цифре, которая была бы меньшей за выделение энергии).
Отсюда теоретически следует – сжигание водорода приносит больше энергии, чем требуется для разделения воды на водород и кислород в идеальных условиях.
На практике из-за потерь энергии достичь такого очень сложно, но выгода достаточна на приближенных показателях.
Эффективность генератора
Эффективность установки можно вычислять очень простым путем.
Согласно закону Фарадею без учета всех негативных факторов затраты для выделения 1 л газа при нормальных условиях составляют 7060 Дж.
Для расчет реальных затрат надо использовать формулу:
Затраченная энергия = (U * I * t / V) * (273 + T) / 273 * (760 мм.рт / P)
, Где
U – напряжение, В
I – ток, А
t – время, сек
V – объем, л
T – температура, град Цельсия
P – давление, мм.рт
При выходе газа при напряжении 13,5 вольт и токе 10А, за одну минуту 1л – КПД электролизера будет составлять 7060/8693 = 80%
Для 40 сильного двигателя (ЗАЗ 968М) – мощность составляет 29кВт.
Согласно затраты для выделения 1л газа составят 2 Вт * ч / л * 60 мин / ч / 0.8 = 150 Вт, что составляет 0.15/29 = 0.5% от общей мощности двигателя. Но данная доля выделенного газа существенную повышает производительность процесса сгорания топлива в самом двигателе, позволяет использовали низкокачественный бензин с более высокими показателями КПД самого двигателя.
VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 0.0/5 (0 votes cast)
VN:F [1.9.22_1171]
Rating: -1 (from 1 vote)

Leave a Reply

Войти с помощью: 

Your email address will not be published. Required fields are marked *