Нагрев отопительной воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагрев отопительной воды

Канарёв Ф.М.

Васяев А.С.

Шевцов А.А.

Анонс

Плазмотеплолизёрный процесс нагрева воды появился недавно. Представляем первые результаты его экспериментальных исследований.

Вводная часть

Известно, что для нагрева одного литра воды на один градус требуется 4,19 кДж тепловой энергии или 4,19/3,6=1,16Втч электрической [1]. Средняя температура теплоносителя отопительных систем 70 град. С. Если принять температуру внутри отапливаемой комнаты, равной 20 град. С, то это означает, что теплоноситель, например вода, подаваемая в батареи отопления, должна нагреваться на 50 град. Тогда на нагрев одного литра воды на 50 град, расходуется 50х1,16=58,20 Втч электроэнергии. Если в отопительной системе циркулирует, например, 10 литров воды, то расход электроэнергии на её нагрев составит 0,582кВтч. Конечно, это теоретическая величина энергии. Она меньше её экспериментального значения, которое зависит от способа нагрева воды или её раствора. Давно используется нагрев воды электронагревателями, в которых напряжение и ток -непрерывные функции.

В этом году появился новый процесс нагрева воды - плазмотеплолизёрный. При этом процессе формируется плазма в зоне катода, которая и нагревает раствор воды. При этом функции напряжения и тока, подаваемые на клеммы катода и анода, теряют непрерывность и процесс их изменения становится импульсным. Так как уже доказано, что импульсные процессы расхода электроэнергии экономнее непрерывных процессов, то возникает необходимость проверить это при плазмотеплолизёрном процессе нагрева раствора воды.

Запатентованные модели плазмотеплолизёров состоят из двух камер: анодной и катодной, которые соединены между собой в нижней части. Рабочая площадь катода многократно меньше рабочей площади анода (рис. 1). Это увеличивает плотность тока на поверхности катода и вокруг него возникает плазма атомарного водорода. Температура этой плазмы зависит от плотности раствора и скорости его прохода через катодную зону. Она изменяется в интервале от 2700 до 10000.

Рис. 1. Двух камерный плазмотеплолизёр

Удельная теплоёмкость водных растворов КОН и NaOH, 1 моль которых растворён в молях воды, представлена в табл. 1. Все данные относятся к давлению 760мм рт. ст. и температуре, указанной в таблице [1].

Таблица 1. Теплоёмкость растворов КОН и NaOH

Плазмотеплолизёрные химические процессы

В межфазной границе "плазма - раствор" будут протекать одновременно следующие химические реакции:

. (1)

и

(2)

Так как перед тем, как начать формировать молекулу водорода, электрон атома водорода должен опуститься со 108-го энергетического уровня на 4-й энергетический уровень, то при образовании одного моля (mol) атомарного водорода выделится энергия (табл. 2).

Таблица 2. Спектр атома водорода

Таблица 3. Энергии фотонов, излучаемых электронами при их последовательных переходах на второй энергетический уровень

(3)

плазмотеплолизёрный нагрев вода водород

При температуре ниже 2700С атомы водорода соединяются в молекулы. Энергия, которая при этом выделяется, как считают химики, равна 436 кДж/моль. При соединении молекулы водорода с атомом кислорода образуется молекула воды с выделением энергии 285,8 кДж/моль. Если отнестись с доверием к приведенным величинам энергии, которая выделяется последовательно при синтезе атомов водорода, молекул водорода и молекул воды, то учитывая, что в молекуле воды два электрона принадлежат двум атомам водорода и то, что один литр синтезируемой воды имеет 55,56 молей молекул воды, то в этом случае выделится следующее количество энергии [1]

; (4)

; (5)

. (6)

Суммируя полученные результаты, имеем 175332,81 кДж/л. воды. Это - потенциальная энергия, которая может выделиться при описанном последовательном синтезе одного литра воды, если выделяющиеся газы: водород и кислород будут сгорать в зоне плазмы. Количество этой энергии почти в шесть раз больше энергосодержания одного литра бензина (30000 кДж) [1].

Если же часть этих газов будет уходить из зоны плазмы и выделяться в анодной и катодной камерах (рис. 1), то величина энергии 175332,81 кДж/л. будет меньше. Для её уточнения необходимо измерить объёмы указанных газов, выходящие из анодной и катодной камер в единицу времени.

Масса водорода, полученного из одного литра воды, равна гр. Энергосодержание одного грамма молекулярного водорода равно 142 кДж, а - водорода, полученного из одного литра воды, рано

(7)

Это почти в два раза меньше энергосодержания одного литра бензина (30000 кДж). Теперь приведем вариант расчета энергии, выделяющейся при плазмотеплолизёрном процессе, когда образующиеся газы: водород и кислород не сгорают в плазме, а выходят в свободное состояние и их надо удалять из анодной и катодной камер. В данном случае при синтезе одного атома водорода выделится энергия (13,598-12,748)=0,85 eV (табл. 3 и 4). А при синтезе одного моля атомарного водорода выделится энергия [3]

(8)

Так как в одной молекуле воды два электрона двух атомов водорода, то при синтезе одного литра воды, содержащего 55,06 молей, выделится энергия

(82,0х55,06х2)= 9029,84 кДж/л. (9)

Суммарное количество энергии при синтезе атомов водорода (9) и молекул водорода (7) в катодной камере окажется таким

(9029,84 + 24006,16 )= 33036,0 кДж/л. (10)

Это больше, чем при сжигании одного литра бензина (30000 кДж) или водорода (7), полученного из одного литра воды.

Итак, водородная плазма в катодной камере может генерировать при плазменном электролизе воды в процессе разложения одного литра воды на водород и кислород 33036,0 кДж энергии. Это в (33036,0/30000)=1,10 раза больше энергии, получаемой при сжигании одного литра бензина.

Таким образом, чтобы получить дополнительную энергию, необходимо вначале синтезировать атомы водорода, а затем молекулы водорода. Процессы их синтеза и являются главным источником дополнительной тепловой энергии, но при обычном электролизе воды, эта тепловая энергия не генерируется, так как молекулы водорода выделяются из кластеров ионов воды в синтезированном состоянии [4].

Дополнительную тепловую энергию генерируют фотоны, излучаемые электронами. Откуда они берут её? Рассматривая модель электрона (рис. 2), мы установили, что он может существовать в свободном состоянии только при строго определенной его электромагнитной массе.

Рис. 2. Схема модели электрона

При соединении с протоном ядра атома, он излучает часть энергии в виде фотонов и его электромагнитная масса уменьшается. Но стабильность его состояния при этом не ухудшается, так как энергию, унесенную фотоном, компенсирует энергия связи электрона с протоном ядра атома. Как только электрон отделится от атома и окажется в свободном состоянии, то для поддержания своей устойчивости он должен восстановить свою массу, соответствующую его свободному состоянию. Где он возьмет её? Источник один - окружающая физическая среда (физический вакуум) в виде эфира. Из этой среды он и восполняет потерянную энергию (массу) в виде излученного фотона, поглотив часть субстанции, которую мы называем эфиром. Восстановив константы (массу, энергию, заряд), электрон приобретает устойчивое свободное состояние.

Как только сформируются условия для вступления электрона в связь, то, устанавливая её, он сразу же излучает энергию в виде фотонов. При новой стадии свободного состояния он вновь восстанавливает свои константы (массу, заряд, энергию), поглощая эфир из окружающей среды. Таким образом, электрон трансформирует энергию эфира в энергию фотонов [3]. Расчёты показывают, что электроны химических элементов Солнца излучили за время существования Солнца количество световых фотонов, масса которых равна массе современного Солнца. Это убедительное доказательство того, что эфир - разряжённая субстанция, заполняющая всё космическое пространство, является первичным источником формирования всех фотонов, в том числе и тепловых [3].

Тут возникает сразу такой вопрос: есть ли свободное пространство в атомах лбого вещества, которое может служить источником эфира, поглощаемого электроном при восстановлении им своих констант? Ответ следует из геометрических параметров атома, а они таковы: если размер ядра атома представить равным одному мм, то размер одного электрона в атоме будет около метра, а размер самого атома около 100 метров. Так что в атоме достаточно свободного пространства, заполненного эфиром, необходимым электрону для восстановления своих констант после потери связи с протоном ядра атома или с электроном соседнего атома.

Из изложенного следует, что источником дополнительной тепловой энергии является эфир, а преобразователем энергии эфира в энергию фотона - электрон [3]. Поскольку тепловая энергия - совокупность тепловых фотонов, излучаемых электронами, то первичным источником тепла является эфир и нам надо искать экономные процессы преобразования энергии эфира в энергию тепла.

Приведенные результаты расчетов показывают возможность получения дополнительной тепловой энергии при реализации плазмотеплолизёрного процесса. Аналогичные процессы генерирования тепловой энергии происходят и при явлениях кавитации воды, молекулы которой в данном случае разрушаются механически, а их повторный синтез генерирует тепло [3].

Процессы нагрева воды

Для нагрева воды, подаваемой в батареи отопления, можно использовать электронагревательные элементы типа ТЭН или плазмотеплолизёры. Слабый раствор NaOH нагревается в зоне катодной плазмы плазмотеплолизёра (рис. 1 и 3, b) и направлялся самотёком в батареи отопления (рис. 3, b, слева). Показания приборов снимались в режиме стабилизации температуры раствора (выделявшиеся газы не учитывались) и сравнивались с показаниями аналогичных приборов, подключённых к клеммах аналогичной батареи отопления, нагреваемой ТЭН-ом (рис. 3, а). Результаты испытаний - в табл. 4.

а) b)

Рис. 3: а) нагрев 3-х батарей отопления ТЭН-ом;

b) нагрев 3-х батарей отопления с помощью плазмотеплолизёра

Таблица 4. Показатели нагрева батарей с помощью ТЭНа и плазмотеплолизёра

а) b)

Рис. 4. а) - экспериментальные батареи отопления; b) плазмотеплолизёр; с)

Таблица 5. Показатели нагрева 2-х батарей с помощью ТЭНа и плазмотеплолизёра

а) b)

Рис. 5: а) нагрев 3-х батарей отопления ТЭН-ом;

b) нагрев 3-х батарей отопления с помощью плазмотеплолизёра

Таблица 6. Показатели нагрева батарей с помощью ТЭНа и плазмотеплолизёра

Рис. 6: а) плазмотеплолизёр; b) батарея, нагреваемая плазмотеплолизером (слева), и ТЭН - ом - (справа)

Таблица 4. Показания приборов на клеммах плазмотеплолизёра и ТЭНа.

Таблица 5. Показания приборов на клеммах плазмотеплолизёра и Тэна

Плазмотеплолизёр (рис. 3, b) нагревает слабый раствор щёлочи и направляет его самотёком в батареи отопления (рис. 3, а). Эти же батареи, нагревались ТЭН-ом (табл. 6 и 7).

Таблица 6. Показания приборов на клеммах плазмотеплолизёра и Тэна

Таблица 7. Показания приборов на клеммах плазмотеплолизёра и Тэна.

На рис. представлен плазмотеплолизёр, нагревающий три батареи отопления с общей площадью теплового излучения, равной 4,50 Они же нагревались и ТЭН-ом. Результаты эксперимента - в табл. 8.

Рис. 7. Фото лабораторной установки по плазмотеплолизёрному нагреву батарей

Таблица 9. Показания приборов на клеммах плазмотеплолизёра и Тэна

Плазмотеплолизёрный отопительный блок с теплообменником представлен на рис. 8, а результаты его испытаний - в табл. 10.

Рис. 8. Фото экспериментального плазмотеплолизёрного отопительного блока

Таблица 10. Экспериментальные параметры плазмотеплолизёрного отопительного блока

Заключение

Плазмотеплолизёр уменьшает расход электроэнергии на нагревание батарей отопления в 2,0….2,5 раза по показаниям счётчика электроэнергии по сравнению с ТЭН-ом.

Литература

1. Никольский Б.П. Справочник химика. Том II. М-Л Госхимиздат 1962.

Размещено на Allbest.ru