Водородна продукция чрез електролиза със ултра-късо пулсиращо захранване

[момчо]

оригиналното заглавие на статията е:
"A novel method of hydrogen production by water electrolysis using an ultra-short-pulse power supply"
Naohiro Shimizu, Souzaburo Hotta, Takayuki Sekiya and Osamu Oda.
NGK Insulators, LTD, Nagoyq, Japan
21 June 2005/ 24 October 2005

Увод.

Настоящият текс описва нов метод за водородна продукция чрез електролиза на вода използвайки ултра-късо пулсиращо захранващо напрежение. Ултра-късото пулсиращо захранващо напрежение е съставено от Статичен Индукционен Тиристор (СИТ) и специално изработена схема наречна Индуктивно Енергийна Кондезираща Верига (ИЕКВ). Възоснова на опити е определено, че използвайки ултра-къси пулсации със дължина около 300 наносекунди, се получава електролизен процес, чиито механизъм е се основава на трансфер на електрони, което е коренно различно от конвенционалният дифузен ограничен процес използвайки Прав Ток (DC електролиза).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Бележка: В момента го превеждам от англииски. Като обем е 5 страници заедно със диаграмите. След като го преведа цялото ще го побликувам тук заедно със оригиналният ПДФ. Звучи ми обещаващо, въпреки че е само описание на теорията. Отбелязвам (за тези които не са обърнали внимание) , че NGK е фирма за прозиводство на запалителни свещи. Това прави връзка с няколкото клипчета в ю-туб, които съм гледал, за "горене" на Вода със свещ. Интересно е. Има даже едно при кето са монтирали свещ и водна инжекция и "горят" разпъсната вода след дюзата (http://www.youtube.com/watch?v=YR7eIbL1Ffc)..нищо че е написано водна плазма  .

[gaco]

Чакам с нетърпение превода, благодаря 

[момчо]

1.Въведение

Възможно е да се произвежда водород със конвенционална DC водна електролиза, но не е желателно от гледна това, че използваната елетроенергия нужна за процеса се получава (в повечето случаи) от термични електроцентрали или при изгарянето на въглеводородни горива отделящи въглероден диоксид, и така се замаърсява околната среда. Горивните клетки са обещаваща технология и различни системни изпълнения са изучавани по целия свят. Производството на въглероден диоксид, по време на производството на водород при обработката на природен газ, за горивни клетки може да бъде намалена в сравнение с това на термични елетроцентрали, но получаването на СО2 като траничен продукт е още факт.
Производство на водород чрез фото-кализа, но порцеса не е практически изгоден поради ниската си ефективност.

Наскоро, водната електролиза бе преразгледана като обещаващ метода за производство на водород,т.к. цената на електроенергията е намаляваща величина, благодарение на внедряването на вятърни генератори. Хидроенергия и ядрена енергия също могат да бъдат използвани за водната електролиза без да се получава СО2 като страничен продукт. Върпеки това, че цената на електричеството намалява, знае се, че цената за прозиводствтвот на водород с DC енергия все още е зависима от него (електричеството), и е голяма част от крайната цена на процеса. Ето защо е необходимо да се намреи нов метод за производство на водород използвайки вода, при ниска цена. В насотящият доклад, ние сме изследвали за първи път внедримостта на ултра- късо пулсиращо захранване при водна електролиза.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

бележка: извинявам се ако някои изреченя не са грамично правилни, но текста на англииски звучи доста по- логично, и е трудничко да се преведе дадено изречение без да се губи смисъла. след като кача оригинала може да направите справка. може да се каже че съм позабравил и български (за съжаление).. 

[mzk]

Да, в този pdf ако не се лъжа бяха постигнали повишение в електролизата при честоти между 15 и 17 kHz, без повишение в тока и напрежението !

Същият екип мисля, прави опити с плазма: http://mazeto.net/lib/0---voda---0/MizunoTgeneration.pdf
По- точно - 8000% ефективност.

5. Conclusions
1. Current efficiency for plasma electrolysis reaches 8,000% of the input current.
2. Power efficiency for plasma electrolysis reaches 30% to the input voltage.
3. In some cases, excess heat was observed.
4. In other cases, no excess endothermic heat were observed.
5. The reaction products after electrolysis were different when excess heat was generated.

[момчо]

2. Описание на принципа

При конвенционалната DC електролиза на водата, водородът е генриран като резултат от трансфер на електрони от катода към абсорбираните водородни йони върху електродната поввърхност. Този вид електролиза протича когато приложеното напрежение между анода и катода надвишава нивото на водното декомпозиционното напрежение от около 1.6 V, което е сума от теоритичното декомпозиционно напрежение от 1.23 V при стайна температура и допълнителното напрежение от около 0.4 V в зависимост от материала на електродите и други фактори [1]. DC електролизата e дифузно ограничен процес и потокът (токът) във водата се определя от коефициента на дифузия на йоните. Ето защо е трудно да се увеличи входното напрежение за електрохимична клетка с постоянен обем, без да се намали ефективността на електролизата.

Ние използвахме ултра-късо пулсиращо захранващо напрежение, базирано на статичен индукционен тиристор (СИТ), изобретен от Nishigawa et el. [2,3] и разработен от Shimizu et al [4,5], и индуктивно енергиина кондезираща верига (ИЕКВ) изобретена и разработена от Iida et al.[8]. СИТ е статично индуктивно устройство със специални елементи за генериране на пулиращо високо напрежение и ИЕКВ е верига базирана на индуктивна кондензация вместо конвенционалната Кондензаторна за да се използва заедно със СИТ. Ние използвахме СИТ разработен в нашата лаборатория за целите на водната електролиза и открихме, че водна електролиза при използването на този елеметн, протича чрез различен механизъм, в сравнение с конвенционалната DC електролиза. Когато ултра-късите пулсации с дължина по-малка от няколко микросекунди е приложена във водна електролитна баня, пулсациите са толко бъзи, че не се позволява образуването на стабилен нито двоен слой, нито дифузен слой, в близост до електродите.
Дължината на пулса е необходима за електролиза без формиране на дифузионния слой е определена [9] според формулата

Δt < (1/4D).( X_ad/X)²

Тук Δt е дължината на пулса (s), D е дифузният коефициент (cm² s^-1), X_ad е плътноста на водородните йони на катода (cm^-2) и Х (cm^-3) е концентрацията на водородни йони в разтворът. Това уравнение е получено при допускане че общото количество на абсорбирани йони, X_ad, е равно на дебелината на дифузния слой d(cm), умножено по Х, и тук д трабва да е по-голямо от дифузната дължина (4D Δt)^1/2, в периода на пулсация, имайки впредвид, че дължината на пулса трябва да е по-къса от времето за което ще се запълни дифузният слой със водородни йони. От тази формула, вземайки D=2.3х10^-5 cm² s^-1 за дифузният коефициент на протона[1], X=6x10²⁰ cm^-3 за 1М разствор на КОН и X_ad= 10¹⁵ cm^-2 за платинена метална повърхност, дължината на пусла е намерена да е около 3μs. Това означава, че елетролизата протича без образуването на дифузен слой настоящият експеримент, понеже дължината на пулса е една десета от критичните 3μs. Също така се знае, че времето необходимо за образуване на стабилен елетричен двоен слой е от порядъка на наколко десети милисекунди [1]. Ето защо е видно, че не е възможно образуването на стабилен електрически двоен слой при приложеното ултра-късо пулсиращо захранване. Докато елетрично поле с големина 2.6-47 Vcm^-1 може да се използва в настоящият експеримент, липсата на процеса на образуване на стабилен елктричен двоен слой, означава че водородните йони могат да бъдат движени по-бъзо в сравнение с  конвеционалната DC електролиза. Тези различни механизми които възникват чрез ултра-къси пулсации, водещи до липса на дифузен слой и стабиелн елетричен двоен слой, могат да спомогнат за получаването на високоефективна водна елекролиза.


Следва "3.Експеримент" заедно със схемата и диаграмите.
За справка - http://en.wikipedia.org/wiki/Thyristor - ако някой който е по- запознат с електроника, може да обясни точно какъв е този елемтн и как работи.

[момчо]

3. Експеримент

За да се изследва просеца на водна електролиза получен при подаване на ултра-късо пулсиращо захранващо напрежение, в електролитна баня с обем от 3.4 литра и разтвор 1М на КОН бяха потопени 3.3х9 cm платинени плочи използвани като анот и катод. Разсоянието между тях бе настроено да е 3 cm. Темепературата на разстворът бе потдържана на ниво 293 К ⁺_- 2К ( 19.85 C ⁺_- 2C) повреме на експеримента. Конвенционално рахраващо напрежение за прав ток и ултра-късо пулсиращо захранващо напрежение за използвани паралелно за сравнение на резултатие. Ултра-късото захранващо напрежение (УКЗН) съставено от ИЕКВ и СИТ е показано на фигура 1. Ултра-ксъи пулсации с дълцина на пулсирашото напрежение около 300 ns, със втроичен пик на напрежението от 7.9 до 140 V са приложени в електролитната баня със честота на пулсациите в диапазона 2-25 kHz. Входящото напрежение бе изненяно с увеличаване на пулсовата честот.
Във веригата на ИЕКВ (фиг.1), гейтът на СИТ е свързан с анодът му чрез диод. Когато FET-ът е включен, потокът през намотката (L₁) постепено се увеличава. Когато FET-ът е изключен, при определно ниво на напрежението, потокът се свива и инвертното напрежение V_p1 се индуцира в намотката (L₁). Тази ИЕКВ верига е най-простата и компактна позната до момента за генериране на ултра-къси импулси [6-8].
При положение,че процес на водна електролиза се извърши изполвзйки тази верига, електродите във водната баня са свързани към вторичната намотка L₂ както е покзано на фиг1. Пуслиращото напрежение V_p2 е индуцирано във втроичната намотка L₂, синхронизарано със пулсиращото напрецение V_p1 както е показано на фиг.2. През първата фаза, когато вторичното пулсиращо напрежение е приложено към електродите във електролитната баня, съшата (баня) имитира кондензатор понеже пулсът е прекалено къс, за да може йоните в развтрорът да пренесът електричният поток между електродите. Това дава много къс пулсиращ ток във веригата през вторичната намотка (L₂).  Този ток е много кратък за да се види на фигурата. Така водната баня не е истински кондензатор понеже всички електрони приети на катода са отдадени на водородните йони и заряда не е постоянен както при обикновненият кондезатор. След като се приложи пулсиращото напрежение във водната баня, през вотрата фаза, потокът I₂ преминава през веригата. Този ток протича много бавно както се вижда на фирурата и трае няколко десети микросекунди. Когато подаването на пулиращото напрежение V_p2 бъде прекратено, потокът I₂ не се ползва за трансфер на електрони към водороните йони, а трансфер на самите йони във банята, компенсирайки по този начин липсата на водородни йони във близост до катодът.


Следва 4.Резултати и размишления.

[georgi70]

Направо към: навигация, търсене
 
Графично означение на тиристорТиристорът (от гръцки тира-врата) е полупроводников електронен елемент. Тиристорът представлява управляем многослоен диод. Има нелинейна волт-амперна характеристика с две стабилни състояния (с ниска и висока проводимост) в права посока и притежава свойства на електрически вентил.

Най-разпространените тиристори имат четирислойна р-n-p-n структура и три p-n-прехода. Тиристорите се използват като електронни ключове с които могат да се превключват електрически вериги с високо напрежение (500÷1000 V) и с големи токове (50÷500 А). Поради по-добрите си качества в сравнение с механичните прекъсвачи тиристорите намират приложение в пускови схеми, регулатори, токоизправители и т.н.

Устройство и начин на работа  [редактиране]

КатодУЕкУЕаАнод
Вътрешна структура на тиристорВътрешната структура на тиристора съдържа четири слоя с различна дебелина - широк слой с p-проводимост (слой p1, анод), следван от много широк слой с n-проводимост (n1, аноден управляващ електрод), много тънък слой с p-проводимост (p2, катоден управляващ електрод) и широк слой с n-проводимост (n2, катод).

При подаване на напрежение между анода и катода (положително към анода и отрицателно към катода) преходите p1-n1 и p2-n2 са свързани в права посока, но протича само ток на утечка от обратно свързания преход n1-p2. С увеличаване на напрежението токът на утечка става достатъчно голям за да задейства транзисторен ефект през тънкия слой p2.


 Видове тиристори  [редактиране]
Ако приборът няма управляващи електроди се нарича диоден тиристор (динистор, диод на Шокли). Ако приборът е с един управляващ електрод се нарича тринистор (или просто тиристор!).

[момчо]

4. Резултати и размишления (част.1)

Нивото на генериране на водород и ефективността на процеса са представени графично като функция на входящото напрежение приложено между електродите на фиг.3. При обикновенната електролиза, когато приложеното напрежение се увеличава, се увеличава и потокът, а от това се увеличава и нивото на гериране на водород, но тази ефективност сравнена с иделаната продукция, намалява от 40% при 2.2 V до 8% при 12.6 V. Тук, иделното ниво на продукция бе сметнато възоснова на термодинамични данни [10], за термодинамична енергия на водорода да бъде конвертирана до вода при стайна температура*. Спадът на ефективността може да бъде обяснен основно с това, че един електрон с висока енергия може да се превърне в един водороден йон, т.ч. разликата между приложеното напрежение и напрежението на декомозиция се прахосват под вормата на топлина. Докато токът сам по себе си също се увеличава с увеличаването на напрежението, електроните който не са използвани за освобождаване на водорода също се превръщат в топлина.
Противно на обикновенната електролиза, процесът при който се подават ултра-къси пусации на захранващото напрежени, е тотално раличен като механизъм и поведение на системата. Както се вижда на фиг.3a, при обикновенната електролиза, нивото на продукцията на водород не е пропционална на големината на входящото захранване. Тя се отклонява от иделната продукция. Ефективността на процеса е изчислена като отношение между реалната и идеалната продукция както може да се види на фиг.3b, т.ч ефективността е много намалена при обикновенната електролиза. Този спад се дължи главно на това, че енергията на множеството електрони се превръща в толина.
При пулсиращото напрежение, както се вижда на фиг. 3a, че генерирането на водород е увеличено докато напрежението е намалено. Трябва да бъде отбелязано, че въпреки всичко, нивото на продукцията на водород се увеличава във функционална зависимост от входящото напрежение.
-------------------------

Следва. (част 2), 5.Заключения, 6.Благодарности и 7.Справки (това са номерата в [квадратните] скоби в текста).
Извинявам се за закъснението, но последните няколко дни имах много работа, и програмата все още е натоварена. Ще се постаря да побликувам остатъка до не по-късно от 10.Април. Фигура 3 е разделена на 2 фаила и описанието се намира под втората графа Фиг.3б. Лека вечер.

[момчо]

4. Резултати и размишления (част.2)

Този процес има различно поведение в сравнение с обикновенната електролиза. Когато входящото напрежение се увеличава като увеличаваме пулсиращата честота, ефективността не намалява при високите пикове на напрежението, и беше увеличена при нискте пикове както се вижда на фиг. 3b. Поведението на процеса е пълна противоположност с обикновенната електролиза. Увеличаването на ефективността при ниските пикове, може би се получава защото енергиините загуби са намалени, понеже всеки електрон има нисък енергиен заряд и пулсът има много остра форма на вълната за ниските пикове на напрежението. Поради тези прични, напрежението може да бъде ефективно консумирано за електролизата. Този факт води до заключението, че улктра-късото пулсиращо захранване при електролизата е обещаващ метод при който вложеното напрежене може да бъде увеличено дори и със увеличаване на ефективността на процеса.
При обикновенната електролиза, електричното поле винага присъства. Електричният двоен слой също присъства, както и дифузният слой. Така потокът се определя от дифузиаята на йони спроед разликата в йонната концентрация. Когато се приложенто напрежение се увеличава, ефективността намалява. Ето защо, при DC захранване, приложенто напрежение за даден обем от електролитната баня е ограничено.
При пулсовото захранване, електичното поле се прилага за много къс период, много по-малко от няколко милисекунди, който период е по- къс от времето необходимо за образуването на постояннен електичен двоен слой. Чрез прилагането на пулсовото напрежение, електроните се събират на повърхността на катода, както при кондензатора. Събраните електрони бързо се превръщат във водородни йони използвани за генерирането на водород, така че по повърхноста на катода не остават неизползвани електрони както при кондензаторите. След този транфер на електрони, токът I₂ тече бавно както е показано на фиг.2, вероятно чрез дифузните йони във разтвора.
От показаното до дук, може да бъде заключено, че механизмът на електролизата при прилагането на ултра- късо пулсиращо захаранващо напрежение е коренно различен от този на обикновенната. При нея (DC) процеса се базира на електичният двоен слой и като цяло е дифузно DC електролиза ограничен просе, докато ултра-късото пулсиращо захранване е базиран на прилагането на високоенергийно електрично поле както и ограничен трансфер на електрони. Тази разлика явно е от основно занчение за практични и индустриални приложения, т.к. входящото напрежение може да бъде увеличавано без да има спад на ефективността.

5. Заключения

Ние показахме в този предвалителен доклад принципът на работа на ултра-късо пулсиращо захранване, съставено от СИТ и ИЕКВ, както и приложението му при продукцията на водород чрез електролиза на вода. Беше открито, че улктра-къси пулсации с дължина около 300 ns могат да генерират водороден газ. Също така бе открито, че входящото напрежение може да бъде увеличено без да се намалява ефективността на процеса. Насоящите резултати показват една вероятна насока за водна електролиза чрез ултра-късо пулсиращо захранване протичащо чрез процес на ограничено ниво на трансфер на електрони, който механизъм е коренно различен от този на конвенционалната DC електролиза.

Благодарности

Изказваме благоарности на  Messrs S.Ohno и T.Inaba за подкрепата и насърчението за този експеримент, г-н K.Matsuhiro, Y.Imanishi и S.Tange за помоща и консултацията, както и г-н M.Imeada за помоща му при практичният експеримент.

Справките то целият текс са на приложената каратинка.

[момчо]

последните няколко дни съм намерил известно количество материал което ще филтрирам и публикувам тук.
има някои доста обещаващи фаилчета, както и различни схеми.
скоро темата продължава.

[момчо]

представеният фаил е PowerPoint презентация на работата на някакъв екип от Японският Технически Университет, на тема "Power Modulator using Inductive Energy Storage for Induction Synchrotron". Има 15 слайда.

Надявам се да е полезен.

[момчо]

"Energy Storage Capacitor Cell with Semiconductor Switches" работа на голям екип от руснаци.
Текста е на английски. Нямам време да го превеждам, колкото и да искам да го побликувам преведен.

поздрави.

[момчо]

лека поклека напредвам.
това са елементите от схемата на Рави, като ФЕТ-ът е същият който използва - IRFP240.
липсва ми само един кондензатор и съм готов. всичко това само за 4 евро. хаха. а аз като отидох, и питам дали 20 евро ще ми стигнат.   

поздрави. 

[момчо]

никога не съм работил с такава печатна платка... направо ми изкара душицата. 
но след 1 час и половина и една купчина (БИП) ... @#$... 
това е резултатът. остава ми да свържа ФЕТ-а, потенциометрите и да си набавя 4 превключвателя.
после , моментът на истината.
 
поздрави.

[момчо]

това е схемата от D14.pdf. Разликата е във ФЕТ-а, т.е. нямаха BUZ350 и ми дадоха IRFP240, който е много близко по характеристики до този който използва РАВИ. във D14.pdf има описание на елементите, но ето и извадка със списъка.

поздрави.