Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.
Описание и принцип работы водородного генератора
Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:
- Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H 2 O→2NaOH + Cl 2 + H 2 . В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
- Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н 2 О + С ⇔ СО + H 2 .
- Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН 4 + Н 2 О ⇔ СО + 3Н 2 . Второй вариант – окисление метана: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2СО + 4Н 2 .
- В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.
Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.
Конструктивные особенности и устройство генератора водорода
Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.
Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.
Обозначения:
- А – трубка для отвода хлора (Cl 2).
- B – отвод водорода (Н 2).
- С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL – →CL 2 + 2е – .
- D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н 2 О + 2е – →Н 2 + ОН – .
- Е – раствор воды и хлористого натрия (Н 2 О & NaCl).
- F – мембрана;
- G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
- H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
- I – ввод насыщенного рассола.
- J – крышка.
Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.
Обозначения:
- а – трубка для отвода газа Брауна;
- b – впускной коллектор подачи воды;
- с – герметичный корпус;
- d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
- e – вода;
- f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
- g – фильтр водоотделения;
- h – подвод питания, подаваемого на электроды;
- i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
- j – предохранительный клапан;
- k – отвод газа с предохранительного клапана.
Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.
Сферы применения водородного генератора
Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:
- Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
- Изготовление топлива для ракетных двигателей.
- Создание удобрений.
- Производство нитрида водорода (аммиака).
- Синтез азотной кислоты.
- В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
- Обработка металла (сварка и резка).
- Восстановление металлов.
- Синтез метилового спирта
- Изготовление соляной кислоты.
Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.
Бытовое применение
В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.
В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.
Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.
Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.
Обозначения:
- а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
- b – отвод газа в камеру сушки;
- с – отсек для удаления водяных паров;
- d – возвращение конденсата в генератор;
- е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
- f – автомобильный двигатель;
- g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.
Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.
Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.
Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово
Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.
Рис. 8. Схема газовой горелки
Обозначения:
- а – сопло горелки;
- b – трубки;
- c – водные затворы;
- d – вода;
- е – электроды;
- f – герметичный корпус.
В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.
Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.
В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.
Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.
Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.
Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.
Мысль о том, что водоемы планеты буквально переполнены самым безупречным с точки зрения экологии топливом – водородом, — давно бередит умы ученых.
За все время было предложено немало решений, позволяющих получать этот газ в чистом виде.
Как выяснилось, добывать горючее из воды может каждый из нас при помощи простого процесса, называемого электролизом. Далее мы узнаем, как сделать водородный генератор своими руками для отопления.
Чистый водород выделяется в ходе разнообразных химических реакций, но такой способ его добычи является довольно сложным, а зачастую и слишком дорогим.
Исключение составляют технологические процессы, при которых газ образуется как побочный продукт, но такое его производство имеет пока мизерные объемы.
Гораздо проще выделять водород из воды, пропуская через нее электрический ток – этот процесс и называют электролизом. Сначала молекула Н2О распадается на атом водорода Н и гидроксогруппу ОН, затем происходит окончательное разделение кислорода и водорода.
Первый, имея отрицательный заряд, устремляется к аноду, второй – к катоду. Элементы накапливаются в виде пузырьков, которые, достигнув определенного размера, отрываются от электрода и всплывают. Далее кислород и водород без всякого разделения (эта смесь получила название «газа Брауна») поступают в горелку, где в процессе сжигания снова превращаются в воду. Чтобы подача готового продукта происходила без затруднений, водородные генераторы часто оборудуют воздушным дренажом.
Очевидно, что производительность установки будет возрастать с увеличением площади контакта между водой и электродами. По этой причине последние выполняют в виде пластин. Они собираются в конструкции, напоминающие стальные ребристые радиаторы отопления.
С целью увеличения производительности сегодня применяют цилиндрические электроды, а также имеющие более сложную форму.
Скорость выделения водорода зависит и от материала электродов.
Вместо меди или нержавеющей стали в современных «продвинутых» генераторах применяют особые сплавы, которые стоят достаточно дорого.
Еще одно условие – вода должна пропускать ток. Отметим, что в дистиллированном виде она является диэлектриком. Проводником электричества эту жидкость делают ионы, на которые распадаются растворенные в ней вещества, в первую очередь соли. Чем более крутым является раствор, тем лучше он будет пропускать ток.
С увеличением размеров электрода уменьшается мощность выделения тепла при пропускании через него электрического тока. Это очень важный момент, поскольку при нагреве свыше 65 градусов пластины интенсивно покрываются налетом, который придется постоянно счищать.Преимущества использования
Главное достоинство водорода как топлива состоит в его абсолютной безвредности: при сгорании этого вещества образуется чистый водяной пар.
Ни один другой вид топлива не может похвастаться этим качеством.
Даже природный газ при сжигании образует углекислоту, которая, как принято сегодня считать, приводит к возникновению парникового эффекта.
Второе преимущество – доступность. Водород является самым распространенным веществом во Вселенной, а добывать его можно прямо из воды, запасы которой на нашей планете можно считать неисчерпаемыми. Правда, как мы увидим далее, доступность эта пока только кажущаяся.
Важным достоинством является и то, что для перехода на водородное топливо газовый котел, как и двигатель внутреннего сгорания, почти не нужно переделывать.
Негативные стороны водородного типа обогрева зданий
В дискуссиях на тему целесообразности применения водородного топлива для систем отопления скептики приводят весомые аргументы:
- Высокая стоимость: даже в самых эффективных электролизных установках, созданных на сегодняшний день, для получения водорода приходится тратить в 2 раза больше энергии, чем дает последующее его сжигание.
- Взрывоопасность: в способности водорода легко взрываться люди убедились во время крушения дирижабля «Гинденбург», баллон которого был заполнен именно этим газом.
- Сложность подготовительного процесса: получить водород из воды – это полдела. Для эффективного использования в теплогенераторах он должен подаваться при стабильном давлении, для чего понадобятся компрессор и дополнительный резервуар с редуктором. Кроме того, нужно будет избавиться от водяного пара, что потребует применения осушителя.
Создание водородного генератора своими руками
Установку для выделения водорода из воды достаточно просто изготовить самостоятельно. По своим характеристикам она не будет сильно уступать покупной, зато обойдется гораздо дешевле. Рассмотрим последовательно этапы создания.
Проект (чертеж)
Для изготовления генератора понадобится герметично закрывающаяся емкость, которая перед началом производства водорода будет заполняться водой.
Расположенные внутри электроды будут иметь вид набора пластин (понадобится 16 штук), установленных с зазором в 1 мм.
Чтобы его обеспечить, между пластинами нужно поместить нейлоновые прокладки (допускается любой другой диэлектрик).
Расстояние в 1 мм является оптимальным: если его увеличить – придется наращивать силу тока; при уменьшении зазора будет затруднен выход газовых пузырьков. Пластины будут поочередно соединяться с анодом и катодом 12-вольтного источника питания. При этом их необходимо надеть на ось, также изготовленную из диэлектрического материала.
Когда электроды будут закреплены на держателе, его необходимо будет прикрепить к крышке корпуса снизу.
Для отбора газовой смеси в крышку корпуса врезается трубка от обычной капельницы. Кроме того, в ней необходимо просверлить еще два отверстия, через которые будут пропущены провода. После сборки установки все отверстия в крышке нужно будет загерметизировать с помощью силиконового герметика или клея.
Важным компонентом генератора является гидрозатвор. Для его изготовления понадобится небольшая емкость (подойдет обычная бутылка), куда перед применением устройства необходимо будет налить воду. В герметично закрывающейся крышке нужно просверлить два отверстия: в одно пропускаем трубку от генератора (ее необходимо опустить до самого дна), а во второе – еще одну трубку, по которой газовая смесь будет поступать к горелке. Отверстия в крышке гидрозатвора также должны быть герметизированы. Воду в бутылку следует наливать на ¾ ее объема.
Чтобы вода, залитая в корпус генератора, имела лучшую проводимость, в нее нужно добавить пару столовых ложек поваренной соли или каустической соды (гидроксид натрия).Подбор электродов
Материал, из которого будут изготовлены электроды, должен обладать малым электрическим сопротивлением и быть химически инертным по отношению к кислороду и имеющимся в растворе веществам.При несоблюдении второго требования будет иметь место химическая реакция с участием подключенных к катодному полюсу электродов, вследствие которой раствор станет насыщаться посторонними веществами.
Именно поэтому медь – один из лучших проводников – в водном растворе применять нельзя. Вместо нее рекомендуется использовать нержавеющую сталь. Оптимальная толщина для пластин-электродов из этого материала – 2 мм.
Контейнер
С учетом опасности взрыва корпус генератора следует изготавливать из прочного и пластичного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего этим требованиям соответствует сталь. Необходимо только полностью исключить контакт проводов или электродов с корпусом, следствием которого будет короткое замыкание.
В жилых и хозяйственных объектах широко применяются трубы из поливинилхлорида при организации водоснабжения. : преимущества, недостатки, особенности монтажа и технические характеристики.
С характеристиками септика Славаква вы можете ознакомиться .
Металлопластиковые трубы отличаются не только своими положительными характеристиками при эксплуатации, они к тому же легко поддаются монтажу. Здесь вы найдете полезную информацию по монтажу труб своими руками.
Водородный генератор для автомобиля своими руками (чертежи)
Обогащение топливно-воздушной смеси водородом способствует снижению расхода горючего. По свидетельству некоторых автолюбителей, экономия топлива может составить до 30%.
За основу автомобильного генератора водорода принято устройство, которое было описано в предыдущем разделе. Разница состоит в отсутствии гидрозатвора (полученный водород сразу направляется во впускной коллектор) и наличии блока управления. Последний будет регулировать силу тока между электродами в зависимости от числа оборотов двигателя.
Самостоятельное изготовление такого блока под силу только тем, кто свободно ориентируется в радиоэлектронике, поэтому мы рекомендуем воспользоваться покупным вариантом. Тем более что блоки заводского изготовления всю работу по регулированию производительности водородного генератора берут на себя, не требуя участия пользователя.
Элементы системы для автомобильного генератора
Все что будет нужно – в самый первый раз вручную подобрать значение силы тока (оптимальное) для режимов «холостой ход» и «максимальная нагрузка», а далее блок управления будет сам варьировать производительность установки в заданных пределах.
Необходимо очень тщательно уплотнять все соединения: утечка водорода может привести к пожару.
Герметичность конструкции лучше всего проверять мыльной пеной: утечки, если таковые имеются, проявят себя постоянно появляющимися и растущими пузырями.
Корпус автомобильного генератора водорода можно изготовить из водопроводного фильтра, который является достаточно прочным. Объем его невелик и чтобы установку не приходилось слишком часто заправлять, ее можно дополнительно оборудовать баком для хранения запаса раствора. К рабочей емкости он присоединяется двумя трубками.
Видео на тему
Портативная электролизная установка - чертежи для изготовления.
Используя принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи, я решил сделать простой и компактный аппарат, удобный для работы с небольшими деталями, при пайке твердыми припоями. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электролитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной.
Относительно небольшая, но вполне достаточная производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожаро- и взрывобезопасность.
Устройство электролизера
Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaОH. Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода.
Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор, которые сделаны из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок (можно использовать баллончики завода «Северный пресс» г. Ленинград). Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1: 1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку - иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800°С.
Рис. 1. Водяная горелка.
Для плат электролизера я использовал толстое оргстекло, толщиной 25 мм. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.
Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6-0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5-6 мм должна быть 2-3 мм.
Кольца, предназначенные для герметизации внутренней полости и электрической изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, но все же идеальным будет выполненный с помощью круглореза.
Четыре стальные шпильки M8, соединяющие детали, изолированы кембриком 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия 11 мм.
Количество пластин в батарее - 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением - из расчета 2 В на пластину. Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток меньше, но лучше применять 4-8%-ный раствор - при электролизе он не так пенится.
Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5 А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки - иглы с внутренним 0,6 мм. Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем - так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.
Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе. Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизёра. Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного. пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой.
Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю - с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой - с форсункой-иглой (В качестве форсунки можно использовать медицинский шприц с иглой). Внутрь рукоятки (шприца) помещается огнегасительная набивка - латунная сетка, свернутая в спираль.
Рис. 2. Устройство электролизера:
1 - изолирующая полихлорвиниловая трубка 10 мм, 2 - шпилька М8 (4 шт.), 3 - гайка М8 с шайбой (4 шт.), 4 - левая плата, 5 - пробка-болт М10 с шайбой, 6 - пластина, 7 - резиновое кольцо, 8 - штуцер, 9 - шайба, 10 - полихлорвиниловая трубка 5 мм, 11 - правая плата, 12 - короткий штуцер (3 шт.), 13 - промежуточная емкость, 14 - основание, 15 - клеммы, 16 - барботажная трубка, 17 - форсунка-игла, 18 - корпус водяного затвора.
Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ.
Если вам необходима большая производительность - увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания - с ЛАТРом и простейшим выпрямителем. Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно. Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600° С. Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1: 1. Однако в последних случаях следует не забывать пополнять и содержимое водяного затвора.
Ю. ОРЛОВ, г. Троицк, Московская обл.
Опубликовано: Моделист конструктор
Принцип действия генераторов водорода на авто своими руками основывается на процессе электролиза. Активизируется система только в процессе езды и использует электроэнергия от аккумулятора для выработки водорода из воды. Водород при этом не накапливается, то есть произведенный газ ННО быстро поступает в мотор, смешиваясь с традиционным топливом:
- бензин;
- дизельное топливо;
Смесь топлива и водорода эффективнее сгорает, в результате чего снижается расход горючего и объемы загрязняющих веществ, выбрасываемых в воздух.
Эта современная водородная технология дает возможность уменьшать расход топлива на 20-60 процентов, обеспечивая существенное уменьшение количества выбросов следующих веществ:
Сделать генератор водорода вы можете своими руками по нашей инструкции.
Выбор электродов
Как правило, электроды изготовлены из металла или графита, поэтому они проводят электрическую энергию в воду. Важно подобрать такой материал, который не будет реагировать с кислородом или растворенным веществом, иначе реакция будет проходить на поверхности катода (отрицательный электрод), а вода будет загрязняться при этом.
Применение неподходящих электродов способствует уменьшению объемов производимого газа и слишком быстрому износу электрода.
Проект генератора водорода
Существуют очень простые системы, используемые для производства водорода и кислорода за счет электролиза воды. Смысл заключается в том, что для получения достаточного объема газа используется технология без дополнительных химических веществ и эрозии электродов. Можно попробовать изготовить электроды из меди, но этот материал вступает в реакцию с водой и выделяет много загрязнений, поэтому такой вариант плохо подходит.
Количество вырабатываемого газа пропорционально заряду, который проходит через воду. Таким образом, чем выше ток, тем больше газа. Расстояние между электродами для этого должно быть максимально маленьким, но пузырьки газа должны легко передвигаться между ними.
Материал для пластин
Для пластин мы советуем использовать также хорошую нержавеющую сталь, которая имеет минимальный риск образования коррозии. Нержавейка не так хорошо проводит электричество, как медь, поэтому пластины электродов создаются из листов толщиной около 2 мм. Это снизит сопротивление. Чем выше качество металла, тем труднее вам будет изготавливать электроды (материал труднее режется).
Пластины электродов мы рекомендуем составлять слоями, а расстояние между ними можно регулировать нейлоновыми шайбами или шайбами из какого-нибудь другого диэлектрического материала. Пластины следует размещать в переменной позиции, чтобы плюсовые чередовались с минусовыми.
Крепеж
Крепеж нужно также изготовить из нержавеющей стали, чтобы материалы друг другу соответствовали. Важно добиться плотного прилегания всех элементов, что исключит искрообразование. Не забывайте, что вы имеете дело с горючим газом.
В нашем конкретном случае мы собираем систему из 16 пластин с расстоянием между ними около 1 мм. Большая площадь поверхности, толщина пластин и болты позволяют пропускать через систему более высокие токи без резистивного нагрева металла. Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздушной среде. Такой набор электродов может использовать в простой водопроводной воде до 25А.
Электроды для сбора газа необходимо поместить внутрь контейнера с герметично изолированными разъемами, крышкой и другими соединениями. Контейнер изначально должен быть пищевым и стойким к высоким температурам.
Если контейнер металлический, электроды следует закрепить на пластиковой основе для предотвращения короткого замыкания. Два разъема можно установить с двух сторон медных и латунных фитингов, которые применяются для извлечения газа. Фитинги и контактные разъемы прочно крепятся с применением силиконового герметика, чтобы закрытый контейнер получился совершенно герметичным.
Соблюдайте осторожность
Вырабатываемый газ – это взрывоопасная смесь водорода и кислорода, поэтому использовать его нужно с максимальной осторожностью. В контейнере содержится много газа, имеется вероятность его возгорания, а при избыточном давлении может даже произойти взрыв. Во избежание детонации газа внутри генератора водорода трубы из контейнера должны соединяться с другим контейнером, наполненным водой наполовину. При возгорании на выходе пламя не проникает обратно в устройство. Это устройство безопасности совершенно необходимо и его необходимо обязательно устанавливать.
Многие владельцы машин ищут способы экономии топлива. Кардинально решить этот вопрос позволит водородный генератор для автомобиля. Отзывы тех, кто установил себе это устройство, позволяют говорить о существенном снижении затрат при эксплуатации транспорта. Так что тема достаточно интересная. Ниже пойдёт речь о том, как сделать водородный генератор собственными силами.
ДВС на водородном топливе
На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.
Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:
- идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
- большое выделение тепла при сгорании газа;
- абсолютная экологическая безопасность - отработавшие газы превращаются в воду;
- выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
- способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.
Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.
Газ Брауна
Сегодня водородные генераторы у автолюбителей приобретают популярность. Однако это не совсем то, о чем шла речь выше. Путём электролиза вода превращается в так называемый газ Брауна, который и добавляют к топливной смеси. Основная задача, которую решает этот газ, - полное сгорание топлива. Это и служит увеличением мощности и снижением расхода топлива на приличный процент. Некоторым механикам удалось добиться экономии на 40 %.
Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.
Универсальная схема водородного генератора
Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.
Но можно собрать такую систему и самостоятельно - сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:
- Установки для электролиза воды.
- Накопительного резервуара.
- Улавливателя влаги из газа.
- Электронного блока управления (модулятора тока).
Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.
Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.
Реактор
От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.
Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.
Типы установок
На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:
Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.
Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.
Необходимая производительность
Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.
Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна - она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.
Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.
Регулятор тока
Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.
Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.
Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: "Трасса" и "Город".
Безопасность установки
Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.
Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна - не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.
Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.
Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.
Пока без обычного топлива не обойтись
В мире есть несколько экспериментальных моделей, которые полностью работают на газе Брауна. Однако технические решения пока ещё не достигли своего совершенства. Простым жителям планеты такие системы недоступны. Поэтому пока автолюбителям остаётся довольствоваться «кустарными» разработками, которые дают возможность сократить затраты на топливо.
Немного о доверчивости и наивности
Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.
Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.
Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.