Vodík je takmer ideálny druh paliva, no problémom je, že na našej planéte sa nachádza len vo forme zlúčenín s inými chemickými prvkami. Podiel „čistej“ látky v atmosfére nie je väčší ako 0,00005 %. Vzhľadom na tieto skutočnosti sa otázka generátora vodíka stáva aktuálnou. Zoberme do úvahy princíp fungovania takéhoto zariadenia, jeho konštrukčné vlastnosti, rozsah použitia a možnosť vlastnej výroby.
Popis a princíp činnosti generátora vodíka
Existuje niekoľko spôsobov extrakcie vodíka z iných látok, uvádzame najbežnejšie:
- Elektrolýza, táto technika je najjednoduchšia a môže byť realizovaná doma. Vodným roztokom obsahujúcim soľ prechádza jednosmerný elektrický prúd, pod jeho vplyvom dochádza k reakcii, ktorú možno opísať nasledujúcou rovnicou: 2NaCl + 2H20 → 2NaOH + Cl2 + H2. V tomto prípade je uvedený príklad pre roztok bežnej kuchynskej soli, čo nie je najlepšia možnosť, pretože uvoľnený chlór je toxická látka. Všimnite si, že vodík získaný touto metódou je najčistejší (asi 99,9 %).
- Prechodom vodnej pary cez uhoľný koks zohriaty na teplotu 1000 °C dochádza za takýchto podmienok k nasledujúcej reakcii: H 2 O + C ⇔ CO + H 2.
- Extrakcia metánu konverziou parou (nevyhnutnou podmienkou reakcie je teplota 1000°C): CH 4 + H 2 O ⇔ CO + 3H 2. Druhou možnosťou je oxidácia metánu: 2CH 4 + O 2 ⇔ 2CO + 4H 2.
- Počas procesu krakovania (rafinácie ropy) sa ako vedľajší produkt uvoľňuje vodík. Všimnite si, že v našej krajine sa stále praktizuje spaľovať túto látku v niektorých ropných rafinériách z dôvodu nedostatku potrebného vybavenia alebo dostatočného dopytu.
Z uvedených možností je posledná najlacnejšia a prvá je najdostupnejšia, je to tá, ktorá tvorí základ väčšiny generátorov vodíka, vrátane domácich. Princíp ich činnosti spočíva v tom, že v procese prechodu prúdu cez roztok priťahuje kladná elektróda záporné ióny a elektróda s opačným nábojom kladné ióny, čo vedie k štiepeniu látky.
Konštrukčné vlastnosti a štruktúra generátora vodíka
Zatiaľ čo s výrobou vodíka nie sú v súčasnosti prakticky žiadne problémy, jeho preprava a skladovanie stále zostáva naliehavou úlohou. Molekuly tejto látky sú také malé, že dokážu preniknúť aj do kovu, čo predstavuje určité bezpečnostné riziko. Skladovanie v absorbovanej forme zatiaľ nie je vysoko rentabilné. Najoptimálnejšou možnosťou je preto výroba vodíka bezprostredne pred jeho použitím vo výrobnom cykle.
Na tento účel sa vyrábajú priemyselné zariadenia na výrobu vodíka. Spravidla ide o elektrolyzéry membránového typu. Zjednodušená konštrukcia takéhoto zariadenia a princíp činnosti sú uvedené nižšie.
Označenia:
- A – trubica na odstraňovanie chlóru (Cl 2).
- B – odstránenie vodíka (H 2).
- C je anóda, na ktorej prebieha reakcia: 2CL – →CL 2 + 2e – .
- D je katóda, reakciu na nej možno opísať nasledujúcou rovnicou: 2H 2 O + 2e – →H 2 + OH – .
- E – roztok vody a chloridu sodného (H 2 O & NaCl).
- F – membrána;
- G – nasýtený roztok chloridu sodného a tvorba lúhu sodného (NaOH).
- H – odstránenie soľanky a zriedeného lúhu sodného.
- I – prívod nasýtenej soľanky.
- J – kryt.
Konštrukcia generátorov pre domácnosť je oveľa jednoduchšia, pretože väčšina z nich nevyrába čistý vodík, ale produkuje Brownov plyn. Toto je názov pre zmes kyslíka a vodíka. Táto možnosť je najpraktickejšia, nevyžaduje oddeľovanie vodíka a kyslíka; Okrem toho sa výsledný plyn pri jeho výrobe spaľuje. Jeho skladovanie a hromadenie doma je nielen problematické, ale aj nebezpečné.
Označenia:
- a – trubica na odvádzanie Brownovho plynu;
- b – prívodné potrubie prívodu vody;
- c – utesnené puzdro;
- d – blok elektródových dosiek (anódy a katódy), medzi ktorými sú nainštalované izolátory;
- e – voda;
- f – snímač hladiny vody (pripojený k riadiacej jednotke);
- g – filter na separáciu vody;
- h – napájanie dodávané elektródam;
- i – snímač tlaku (pri dosiahnutí prahovej úrovne odošle signál riadiacej jednotke);
- j – poistný ventil;
- k – výstup plynu z poistného ventilu.
Charakteristickým znakom takýchto zariadení je použitie elektródových blokov, pretože nie je potrebné oddelenie vodíka a kyslíka. To umožňuje, aby boli generátory celkom kompaktné.
Aplikácie generátora vodíka
Kvôli problémom spojeným s prepravou a skladovaním vodíka sú takéto zariadenia žiadané v odvetviach, kde si prítomnosť tohto plynu vyžaduje technologický cyklus. Uveďme hlavné smery:
- Výroba súvisiaca so syntézou chlorovodíka.
- Výroba paliva pre raketové motory.
- Tvorba hnojív.
- Výroba nitridu vodíka (amoniak).
- Syntéza kyseliny dusičnej.
- V potravinárskom priemysle (na výrobu tuhých tukov z rastlinných olejov).
- Spracovanie kovov (zváranie a rezanie).
- Obnova kovov.
- Syntéza metylalkoholu
- Výroba kyseliny chlorovodíkovej.
Napriek tomu, že výroba vodíka pri rafinácii ropy je lacnejšia ako jeho výroba elektrolýzou, ako bolo uvedené vyššie, vznikajú ťažkosti s prepravou plynu. Environmentálna situácia nie vždy umožňuje výstavbu zariadení na výrobu nebezpečných chemikálií priamo pri ropných rafinériách. Vodík vyrobený elektrolýzou je navyše oveľa čistejší ako vodík vyrobený krakovaním ropy. V tomto ohľade sú priemyselné generátory vodíka vždy veľmi žiadané.
Domáce použitie
Vodík má využitie aj v každodennom živote. V prvom rade ide o autonómne vykurovacie systémy. Ale tu sú niektoré zvláštnosti. Zariadenia na výrobu čistého vodíka sú oveľa drahšie ako generátory hnedého plynu, ktoré si dokonca môžete zostaviť sami. Pri organizovaní vykurovania domácnosti je však potrebné vziať do úvahy, že teplota spaľovania hnedého plynu je oveľa vyššia ako teplota metánu, takže budete potrebovať špeciálny kotol, ktorý je o niečo drahší ako bežný kotol.
Na internete nájdete veľa článkov, v ktorých sa píše, že na detonáciu plynu možno použiť aj bežné kotly, ale je to prísne zakázané. V lepšom prípade rýchlo zlyhajú a v horšom môžu spôsobiť smutné až tragické následky. Pre Brownovu zmes sú k dispozícii špeciálne prevedenia s tepelne odolnejšou tryskou.
Treba poznamenať, že ziskovosť vykurovacích systémov založených na vodíkových generátoroch je veľmi otázna z dôvodu nízkej účinnosti. V takýchto systémoch dochádza k dvojitým stratám, po prvé počas procesu tvorby plynu a po druhé, pri ohreve vody v kotle. Lacnejšie je hneď ohrievať vodu v elektrickom bojleri na vykurovanie.
Rovnako kontroverzná implementácia pre domáce použitie, v ktorej sa Brownov plyn používa na obohatenie benzínu v palivovom systéme motora automobilu, aby sa ušetrili peniaze.
Označenia:
- a – generátor NHO (akceptované označenie pre Brownov plyn);
- b – výstup plynu do sušiacej komory;
- c – priehradka na odvod vodnej pary;
- d – návrat kondenzátu do generátora;
- e – prívod vysušeného plynu do vzduchového filtra palivového systému;
- f – motor automobilu;
- g – pripojenie k batérii a elektrickému generátoru.
Treba poznamenať, že v niektorých prípadoch takýto systém dokonca funguje (ak je správne zostavený). Nenájdete tu však presné parametre, koeficient zosilnenia ani percento úspor. Tieto údaje sú značne rozmazané a ich spoľahlivosť je otázna. Opäť nie je jasné, o koľko sa zníži životnosť motora.
Ale dopyt vytvára ponuku na internete nájdete podrobné výkresy takýchto zariadení a pokyny na ich pripojenie. Existujú aj hotové modely vyrobené v krajine vychádzajúceho slnka.
Vytvorenie jednoduchého generátora vodíka vlastnými rukami krok za krokom
Povieme vám, ako si môžete vyrobiť domáci generátor na výrobu zmesi vodíka a kyslíka (HHO). Jeho výkon nestačí na vykurovanie domu, ale pre plynový horák na rezanie kovu bude množstvo vyrobeného plynu postačujúce.
Ryža. 8. Schéma plynového horáka Označenia:
- a – tryska horáka;
- b – rúrky;
- c – vodné uzávery;
- d – voda;
- e – elektródy;
- f – utesnené puzdro.
Najprv si vyrobíme elektrolyzér, na ktorý potrebujeme zapečatenú nádobu a elektródy. Ako posledné používame oceľové platne (ich veľkosť sa volí ľubovoľne v závislosti od požadovaného výkonu), pripevnené k dielektrickej základni. Spojíme všetky dosky každej elektródy navzájom.
Keď sú elektródy pripravené, musia byť zaistené v nádobe tak, aby spojovacie body pre napájacie vodiče boli nad očakávanou hladinou vody. Drôty z elektród idú do 12-voltového napájacieho zdroja alebo autobatérie.
Vo veku nádoby vytvoríme otvor pre trubicu výstupu plynu. Ako uzáver vody možno použiť obyčajné 1-litrové sklenené nádoby. Naplníme ich do 2/3 vodou a pripojíme k elektrolyzéru a horáku, ako je znázornené na obrázku 8.
Je lepšie vziať si hotový horák, pretože nie každý materiál vydrží teplotu spaľovania hnedého plynu. Pripojíme ho k výstupu posledného vodného ventilu.
Elektrolyzér naplníme vodou, do ktorej bola pridaná obyčajná kuchynská soľ.
Pripojte napätie na elektródy a skontrolujte činnosť zariadenia.
Myšlienka, že rezervoáre planéty sú doslova preplnené najdokonalejším palivom z environmentálneho hľadiska - vodíkom - je už dlho v mysli vedcov.
V priebehu rokov bolo navrhnutých mnoho riešení, ktoré umožňujú získať tento plyn v jeho čistej forme.
Ako sa ukazuje, každý z nás dokáže extrahovať palivo z vody pomocou jednoduchého procesu nazývaného elektrolýza. Ďalej sa naučíme, ako vyrobiť vodíkový generátor vlastnými rukami na vykurovanie.
Čistý vodík sa uvoľňuje prostredníctvom rôznych chemických reakcií, ale tento spôsob jeho výroby je pomerne zložitý a často príliš drahý.
Výnimkou sú technologické procesy, pri ktorých vzniká plyn ako vedľajší produkt, no takáto produkcia je zatiaľ v mizivých objemoch.
Je oveľa jednoduchšie oddeliť vodík od vody tým, že cez ňu prejde elektrický prúd – tento proces sa nazýva elektrolýza. Najprv sa molekula H2O rozpadne na atóm vodíka H a hydroxoskupinu OH, potom nastáva konečná separácia kyslíka a vodíka.
Prvý, ktorý má záporný náboj, sa ponáhľa na anódu, druhý - na katódu. Prvky sa hromadia vo forme bublín, ktoré sa po dosiahnutí určitej veľkosti odtrhnú od elektródy a vznášajú sa. Ďalej kyslík a vodík bez akéhokoľvek oddelenia (táto zmes sa nazýva „Brownov plyn“) vstupujú do horáka, kde sa počas spaľovacieho procesu opäť premenia na vodu. Aby sa zabezpečilo bezproblémové dodávanie hotového výrobku, vodíkové generátory sú často vybavené odvodňovaním vzduchu.
Je zrejmé, že produktivita inštalácie sa bude zvyšovať so zvyšujúcou sa kontaktnou plochou medzi vodou a elektródami.
Z tohto dôvodu sa tieto vyrábajú vo forme dosiek. Sú zostavené do konštrukcií, ktoré pripomínajú oceľové lamelové vykurovacie radiátory.
Na zvýšenie produktivity sa dnes používajú valcové elektródy, ako aj tie, ktoré majú zložitejší tvar.
Rýchlosť vývoja vodíka závisí aj od materiálu elektród.
Namiesto medi alebo nehrdzavejúcej ocele používajú moderné „pokročilé“ generátory špeciálne zliatiny, ktoré sú dosť drahé.
Ďalšou podmienkou je, že voda musí prejsť prúdom. Všimnite si, že v destilovanej forme je to dielektrikum. Táto kvapalina je vodičom elektriny vďaka iónom, na ktoré sa rozkladajú látky v nej rozpustené, predovšetkým soli. Čím je riešenie chladnejšie, tým lepšie prechádza prúdom.So zvyšujúcou sa veľkosťou elektródy sa výkon generovania tepla znižuje, keď ňou prechádza elektrický prúd. Toto je veľmi dôležitý bod, pretože pri zahriatí nad 65 stupňov sa dosky intenzívne pokrývajú plakom, ktorý sa bude musieť neustále čistiť.
Hlavnou výhodou vodíka ako paliva je jeho absolútna neškodnosť: pri spaľovaní tejto látky vzniká čistá vodná para.
Takouto kvalitou sa nemôže pochváliť žiadny iný druh paliva.
Dokonca aj zemný plyn pri spaľovaní produkuje oxid uhličitý, ktorý, ako sa dnes bežne verí, vedie k skleníkovému efektu.
Druhou výhodou je dostupnosť. Vodík je najrozšírenejšou látkou vo vesmíre a možno ho získavať priamo z vody, ktorej zásoby na našej planéte možno považovať za nevyčerpateľné.
Pravda, ako uvidíme neskôr, táto prístupnosť je zatiaľ len zdanlivá.
Dôležitou výhodou je, že na prechod na vodíkové palivo sa plynový kotol, podobne ako spaľovací motor, takmer nemusí meniť.
Negatívne aspekty vodíkového vykurovania budov
- V diskusiách o uskutočniteľnosti použitia vodíkového paliva pre vykurovacie systémy skeptici uvádzajú závažné argumenty:
- Vysoké náklady: aj v najefektívnejších elektrolýznych zariadeniach, ktoré sú dnes vytvorené, je na výrobu vodíka potrebné minúť 2-krát viac energie ako na jeho následné spaľovanie.
- Výbušnosť: o schopnosti vodíka ľahko explodovať sa ľudia presvedčili pri havárii vzducholode Hindenburg, ktorej valec bol naplnený práve týmto plynom.
Zariadenie na výrobu vodíka sa tak zmení na celý závod, ktorý si nie každý majiteľ domu bude môcť kúpiť a hostiť.
Vytvorenie vlastného generátora vodíka
Inštalácia na oddeľovanie vodíka od vody je pomerne jednoduchá. Pokiaľ ide o jeho vlastnosti, nebude to oveľa horšie ako zakúpené, ale bude to stáť oveľa menej. Uvažujme postupne o fázach tvorby.
Projekt (nákres)
Na výrobu generátora budete potrebovať hermeticky uzavretú nádobu, ktorú pred spustením výroby vodíka naplníte vodou.
Elektródy umiestnené vo vnútri budú vyzerať ako súprava dosiek (bude potrebných 16 kusov), inštalované s medzerou 1 mm.
Optimálna je vzdialenosť 1 mm: ak ju zväčšíte, budete musieť zvýšiť prúdovú silu; Keď sa medzera zmenší, únik plynových bublín bude obtiažny. Doštičky budú striedavo pripojené k anóde a katóde 12-voltového zdroja. V tomto prípade musia byť umiestnené na osi, tiež vyrobené z dielektrického materiálu.
Keď sú elektródy pripevnené k držiaku, bude potrebné ho pripevniť na kryt puzdra zospodu.
Na výber zmesi plynov sa do krytu puzdra vyreže rúrka z bežného kvapkadla. Okrem toho je potrebné vyvŕtať ďalšie dva otvory, cez ktoré budú prechádzať drôty. Po zložení jednotky bude potrebné všetky otvory vo veku utesniť silikónovým tmelom alebo lepidlom.
Dôležitou súčasťou generátora je vodný uzáver. Na jeho výrobu budete potrebovať malú nádobu (postačí bežná fľaša), do ktorej budete musieť pred použitím zariadenia naliať vodu. V hermeticky uzavretom veku je potrebné vyvŕtať dva otvory: do jedného prevlečieme trubicu z generátora (musí byť spustená na dno) a do druhej - ďalšiu trubicu, cez ktorú bude plynová zmes prúdiť do horáka. . Otvory v kryte vodného uzáveru musia byť tiež utesnené. Voda by sa mala naliať do fľaše do ¾ jej objemu.
Aby voda naliata do krytu generátora mala lepšiu vodivosť, musíte do nej pridať pár polievkových lyžíc kuchynskej soli alebo lúhu sodného (hydroxidu sodného).Výber elektród
Materiál, z ktorého budú elektródy vyrobené, musí mať nízky elektrický odpor a musí byť chemicky inertný voči kyslíku a látkam prítomným v roztoku.Ak nie je splnená druhá požiadavka, dôjde k chemickej reakcii za účasti elektród pripojených na katódový pól, v dôsledku čoho sa roztok nasýti cudzorodými látkami.
To je dôvod, prečo meď, jeden z najlepších vodičov, nemožno použiť vo vodnom roztoku. Namiesto toho sa odporúča použiť nehrdzavejúcu oceľ. Optimálna hrúbka elektródových dosiek z tohto materiálu je 2 mm.
Kontajner
S prihliadnutím na riziko výbuchu by kryt generátora mal byť vyrobený z odolného a plastového materiálu, ktorý je odolný voči vysokým teplotám. Oceľ najlepšie spĺňa tieto požiadavky. Je potrebné úplne vylúčiť kontakt drôtov alebo elektród s krytom, čo bude mať za následok skrat.
V obytných a komerčných budovách sa polyvinylchloridové rúry široko používajú na organizáciu zásobovania vodou. : výhody, nevýhody, inštalačné vlastnosti a technické vlastnosti.
Môžete sa zoznámiť s charakteristikami septiku Slavaqua.
Kovoplastové rúry sa vyznačujú nielen pozitívnymi vlastnosťami počas prevádzky, ale tiež sa ľahko inštalujú. Tu nájdete užitočné informácie o inštalácii potrubí sami.
DIY generátor vodíka pre auto (nákresy)
Obohatenie zmesi paliva a vzduchu o vodík pomáha znižovať spotrebu paliva. Podľa niektorých automobilových nadšencov môže byť úspora paliva až 30 %.
Základom automobilového generátora vodíka je zariadenie, ktoré bolo opísané v predchádzajúcej časti. Rozdielom je absencia vodného uzáveru (výsledný vodík sa okamžite posiela do sacieho potrubia) a prítomnosť riadiacej jednotky. Ten bude regulovať prúd medzi elektródami v závislosti od otáčok motora.
Vlastná výroba takejto jednotky je možná len pre tých, ktorí ovládajú rádiovú elektroniku, preto odporúčame použiť zakúpenú možnosť. Okrem toho jednotky vyrobené v továrni preberajú všetku prácu na regulácii výkonu vodíkového generátora bez toho, aby vyžadovali účasť používateľa.
Systémové prvky pre generátor automobilu
Všetko, čo je potrebné, je prvýkrát ručne vybrať aktuálnu hodnotu (optimálnu) pre režimy „voľnobeh“ a „maximálna záťaž“ a potom samotná riadiaca jednotka zmení výkon inštalácie v rámci špecifikovaných limitov.
Je potrebné veľmi starostlivo utesniť všetky spoje: únik vodíka môže viesť k požiaru.
Najlepšie je skontrolovať tesnosť konštrukcie pomocou mydlovej peny: netesnosti, ak nejaké existujú, sa prejavia ako neustále sa objavujúce a rastúce bubliny.
Telo generátora vodíka v aute môže byť vyrobené z vodného filtra, ktorý je dosť odolný. Jeho objem je malý a aby sa inštalácia nemusela príliš často dopĺňať, môže byť dodatočne vybavená nádržou na uskladnenie zásoby roztoku. S pracovnou nádobou je spojený dvoma rúrkami.
Video k téme
Prenosná inštalácia elektrolýzy - výkresy na výrobu.
Na princípe výroby vodíka elektrolýzou vodného alkalického roztoku som sa rozhodol vyrobiť jednoduché a kompaktné zariadenie, vhodné na prácu s malými dielmi pri spájkovaní tvrdými spájkami. Vďaka malým vonkajším rozmerom elektrolyzéra je preň miesto na malom pracovnom stole a použitie štandardného usmerňovača na dobíjanie batérií ako elektrolytickej jednotky uľahčuje výrobu inštalácie a robí prácu s ňou bezpečnou.
Relatívne malý, ale celkom dostatočný výkon zariadenia umožnil extrémne zjednodušiť konštrukciu vodného uzáveru a zaručiť požiarnu a výbuchovú bezpečnosť.
Elektrolyzérové zariadenie
Medzi dvoma doskami spojenými štyrmi kolíkmi je batéria oceľových elektródových dosiek oddelených gumenými krúžkami. Vnútorná dutina batérie je do polovice naplnená vodným roztokom KOH alebo NaOH. Konštantné napätie aplikované na platne spôsobuje elektrolýzu vody a uvoľňovanie vodíkových a kyslíkových plynov.
Táto zmes je vypúšťaná cez polyvinylchloridovú trubicu umiestnenú na armatúre do medzinádoby a z nej do vodného uzáveru, ktorý je vyrobený z dvoch prázdnych plechoviek na plnenie plynových zapaľovačov (môžete použiť plechovky zo závodu Severny Press v Leningrade). . Plyn, ktorý prešiel cez tam umiestnenú zmes vody a acetónu v pomere 1:1 má zloženie potrebné na spaľovanie a odvádzaný ďalšou hadičkou do dýzy - ihlou z lekárskej striekačky, horí na výstupe s teplotou asi 1800 °C. °C
Ryža. 1. Vodný horák.
Na dosky elektrolyzéra som použil hrubé plexisklo hrúbky 25 mm. Tento materiál je ľahko spracovateľný, chemicky odolný voči pôsobeniu elektrolytu a umožňuje vizuálne kontrolovať jeho hladinu, aby ste v prípade potreby mohli doplniť destilovanou vodou cez plniaci otvor.
Dosky môžu byť vyrobené z plechu (nehrdzavejúca oceľ, nikel, morené alebo transformátorové železo) s hrúbkou 0,6-0,8 mm. Na uľahčenie montáže sú do dosiek pre gumové tesniace krúžky vtlačené okrúhle vybrania, ich hĺbka s hrúbkou krúžku 5-6 mm by mala byť 2-3 mm.
Krúžky určené na utesnenie vnútornej dutiny a elektrickú izoláciu dosiek sú vyrezané z gumových dosiek odolných voči oleju-benzínu alebo kyselinám. Nie je to ťažké urobiť ručne, ale stále by bolo ideálne urobiť to pomocou okrúhleho rezača.
Štyri oceľové kolíky M8 spájajúce diely sú izolované 10 mm cambric a prevlečené cez zodpovedajúce 11 mm otvory.
Počet dosiek v batérii je 9. Je určený parametrami zdroja: jeho výkonom a maximálnym napätím - vychádzajúc z 2 V na tanier. Spotreba prúdu závisí od počtu použitých dosiek (čím menej, tým väčší prúd) a koncentrácie alkalického roztoku. V koncentrovanejšom roztoku je prúd menší, ale je lepšie použiť 4-8% roztok - pri elektrolýze toľko nepení.
Kontaktné svorky sú prispájkované na prvé a posledné tri platne. Štandard pre autobatérie, VA-2, pripojený na 8 platní, pri napätí 17 V a prúde asi 5 A, poskytuje potrebný výkon horľavej zmesi pre injektor - ihlu s vnútorným priemerom 0,6 mm. Optimálny pomer priemeru ihly dýzy a produktivity elektrolyzéra je stanovený experimentálne - tak, že zóna vznietenia zmesi je umiestnená mimo ihly. Ak je produktivita nízka alebo je priemer otvoru príliš veľký, spaľovanie začne v samotnej ihle, ktorá sa rýchlo zahreje a roztaví.
Spoľahlivou bariérou proti šíreniu plameňa po prívodnej trubici do elektrolyzéra je jednoduchý uzáver vody, ktorý je vyrobený z dvoch prázdnych plechoviek na dopĺňanie plynových zapaľovačov. Ich výhody sú rovnaké ako pri materiáli dosky: jednoduchosť opracovania, chemická odolnosť a priesvitnosť, čo vám umožňuje kontrolovať hladinu kvapaliny vo vodnom uzávere. Stredná nádoba eliminuje možnosť zmiešania elektrolytu a zloženia vodného uzáveru v intenzívnych prevádzkových režimoch alebo pod vplyvom vákua, ku ktorému dochádza pri vypnutí napájania. A aby ste tomu zabránili, po dokončení práce by ste mali okamžite odpojiť trubicu od elektrolyzéra. Armatúry kontajnerov sú vyrobené z medených rúrok 4 a 6 mm a sú inštalované v hornej stene kontajnerov na závit. Prostredníctvom nich sa plní kompozícia vodného uzáveru a kondenzát sa odvádza zo separačnej nádrže. Vynikajúci lievik na to bude pochádzať z ďalšej prázdnej plechovky, rozrezanej. na polovicu as tenkou rúrkou inštalovanou na mieste ventilu.
Pripojte elektrolyzér krátkou 5 mm polyvinylchloridovou trubicou k medzinádrži, druhú k vodnému uzáveru a jeho výstupnú armatúru dlhšou trubicou k ihlovej dýze (ako dýzu môžete použiť lekársku striekačku s ihlou). Vo vnútri rukoväte (striekačky) je umiestnený hasiaci obal - mosadzná sieťka stočená do špirály.
Ryža. 2. Konštrukcia elektrolyzéra:
1 - izolačná polyvinylchloridová rúrka 10 mm, 2 - čap M8 (4 ks), 3 - matica M8 s podložkou (4 ks), 4 - ľavá doska, 5 - zástrčka M10 s podložkou, 6 - doska, 7 - gumený krúžok, 8 - armatúra, 9 - podložka, 10 - PVC rúrka 5 mm, 11 - pravá doska, 12 - krátka armatúra (3 ks), 13 - medzinádoba, 14 - podstavec, 15 - koncovky, 16 - bublina rúrka , 17 - ihlová tryska, 18 - telo vodného uzáveru.
Zapnite usmerňovač, upravte napätie alebo počet pripojených dosiek na menovitý prúd a zapáľte plyn vychádzajúci z trysky.
Ak potrebujete väčší výkon, zvýšte počet platní a použite výkonnejší zdroj - s LATR a jednoduchým usmerňovačom. Teplotu plameňa je možné mierne upraviť aj zložením vodného uzáveru. Keď je tam len voda, v zmesi je veľa kyslíka, čo je v niektorých prípadoch nežiaduce. Naliatím metylalkoholu do vodného uzáveru je možné zmes obohatiť a zvýšiť teplotu na 2600 °C. Na zníženie teploty plameňa sa vodný uzáver naplní zmesou acetónu a vody v pomere 1:1. v posledných prípadoch by ste nemali zabudnúť na doplnenie obsahu vodného uzáveru.
Y. ORLOV, Troitsk, Moskovská oblasť.
Vydal: Modeler designer
Princíp činnosti generátorov vodíka pre automobily typu „urob si sám“ je založený na procese elektrolýzy. Systém sa aktivuje len počas jazdy a využíva elektrickú energiu z batérie na výrobu vodíka z vody. Vodík sa v tomto prípade nehromadí, to znamená, že vyrobený plyn HHO rýchlo vstupuje do motora a mieša sa s tradičným palivom:
- benzín;
- motorová nafta;
Zmes paliva a vodíka spaľuje efektívnejšie, čím sa znižuje spotreba paliva a objem škodlivín vypúšťaných do ovzdušia.
Táto moderná vodíková technológia umožňuje znížiť spotrebu paliva o 20 až 60 percent, čím sa výrazne znížia emisie nasledujúcich látok:
Generátor vodíka si môžete vyrobiť vlastnými rukami podľa našich pokynov.
Výber elektród
Elektródy sú zvyčajne vyrobené z kovu alebo grafitu, takže vedú elektrickú energiu do vody. Je dôležité vybrať materiál, ktorý nebude reagovať s kyslíkom alebo rozpustenou látkou, inak bude reakcia prebiehať na povrchu katódy (záporná elektróda) a voda bude kontaminovaná.
Použitie nevhodných elektród znižuje objem produkovaného plynu a spôsobuje príliš rýchle opotrebovanie elektródy.
Projekt vodíkového generátora
Existujú veľmi jednoduché systémy používané na výrobu vodíka a kyslíka elektrolýzou vody. Ide o to, že na získanie dostatočného objemu plynu sa používa technológia bez ďalších chemikálií a erózie elektród. Môžete sa pokúsiť vyrobiť elektródy z medi, ale tento materiál reaguje s vodou a uvoľňuje veľa nečistôt, takže táto možnosť nie je vhodná.
Množstvo vyprodukovaného plynu je úmerné náboju, ktorý prejde vodou. Čím vyšší prúd, tým viac plynu. Na tento účel by vzdialenosť medzi elektródami mala byť čo najmenšia, ale bublinky plynu by sa medzi nimi mali ľahko pohybovať.
Materiál dosky
Na platne odporúčame použiť aj dobrú nerezovú oceľ, pri ktorej je minimálne riziko korózie. Nerezová oceľ nevedie elektrinu tak dobre ako meď, preto sú elektródové dosky vytvorené z plechov s hrúbkou asi 2 mm. Tým sa zníži odpor. Čím kvalitnejší kov, tým ťažšie bude pre vás výroba elektród (materiál sa ťažšie reže).
Dosky elektród odporúčame navrstviť a vzdialenosť medzi nimi je možné nastaviť pomocou nylonových podložiek alebo podložiek z iného dielektrického materiálu. Platne by mali byť umiestnené vo variabilnej polohe, aby sa pozitívne striedali negatívne.
Spojovacie prvky
Upevňovacie prvky musia byť tiež vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, aby sa materiály navzájom zhodovali. Je dôležité zabezpečiť tesné uloženie všetkých prvkov, čo zabráni iskreniu. Pamätajte, že máte do činenia s horľavým plynom.
V našom konkrétnom prípade zostavíme systém 16 dosiek so vzdialenosťou medzi nimi asi 1 mm. Väčší povrch, hrúbka dosky a skrutky umožňujú prechod vyšším prúdom cez systém bez odporového zahrievania kovu. Celková kapacita elektród je -1nF pri meraní na vzduchu. Táto sada elektród môže byť použitá v jednoduchej vode z vodovodu až do 25A.
Elektródy na zber plynu musia byť umiestnené vo vnútri nádoby s hermeticky uzavretými konektormi, vekom a inými spojmi. Nádoba musí byť spočiatku potravinárska a odolná voči vysokým teplotám.
Ak je nádoba kovová, elektródy by mali byť pripevnené k plastovej základni, aby sa zabránilo skratom. Na oboch stranách medených a mosadzných armatúr, ktoré sa používajú na odsávanie plynu, je možné inštalovať dva konektory. Armatúry a konektory sú pevne zaistené pomocou silikónového tmelu, aby sa zabezpečilo úplné utesnenie nádoby.
Buďte opatrní
Vyprodukovaný plyn je výbušná zmes vodíka a kyslíka, preto ho treba používať s mimoriadnou opatrnosťou. Nádoba obsahuje veľa plynu, existuje možnosť vznietenia a pri pretlaku môže dokonca spôsobiť výbuch. Aby sa zabránilo detonácii plynu vo vnútri generátora vodíka, potrubia z nádoby musia byť pripojené k inej nádobe naplnenej do polovice vodou. Ak dôjde k požiaru na výstupe, plameň neprenikne späť do zariadenia. Toto bezpečnostné zariadenie je absolútne nevyhnutné a musí byť nainštalované.
Mnoho majiteľov áut hľadá spôsoby, ako ušetriť palivo. Generátor vodíka pre auto tento problém radikálne vyrieši. Spätná väzba od tých, ktorí si toto zariadenie nainštalovali, naznačuje výrazné zníženie nákladov pri prevádzke vozidiel. Téma je teda celkom zaujímavá. Nižšie si povieme, ako si vyrobiť vodíkový generátor svojpomocne.
ICE na vodíkovom palive
Už niekoľko desaťročí sa hľadá možnosť prispôsobenia spaľovacích motorov na plnú alebo hybridnú prevádzku na vodíkové palivo. Vo Veľkej Británii bol v roku 1841 patentovaný motor poháňaný zmesou vzduch-vodík. Koncern Zeppelin používal na začiatku 20. storočia ako pohon svojich slávnych vzducholodí spaľovacie motory na vodík.
Rozvoju vodíkovej energie napomohla aj globálna energetická kríza, ktorá vypukla v 70. rokoch minulého storočia. S jeho koncom sa však na vodíkové generátory rýchlo zabudlo. A to aj napriek mnohým výhodám v porovnaní s konvenčným palivom:
- ideálna horľavosť palivovej zmesi na báze vzduchu a vodíka, ktorá umožňuje ľahké naštartovanie motora pri akejkoľvek teplote okolia;
- veľké uvoľňovanie tepla počas spaľovania plynu;
- absolútna bezpečnosť životného prostredia - výfukové plyny sa menia na vodu;
- rýchlosť spaľovania je 4-krát vyššia v porovnaní s benzínovou zmesou;
- schopnosť zmesi pracovať bez detonácie pri vysokom kompresnom pomere.
Hlavným technickým dôvodom, ktorý je neprekonateľnou prekážkou pre použitie vodíka ako paliva vozidla, bola nemožnosť umiestniť na vozidlo dostatočné množstvo plynu. Veľkosť palivovej nádrže na vodík bude porovnateľná s parametrami samotného auta. Vysoká výbušnosť plynu by mala vylúčiť možnosť najmenšieho úniku. V kvapalnej forme je potrebná kryogénna inštalácia. Tento spôsob je v aute tiež málo realizovateľný.
Brownov plyn
Dnes si vodíkové generátory získavajú obľubu medzi automobilovými nadšencami. Nie je to však presne to, o čom sa hovorilo vyššie. Elektrolýzou sa voda premieňa na takzvaný Brownov plyn, ktorý sa pridáva do palivovej zmesi. Hlavnou úlohou, ktorú tento plyn rieši, je úplné spálenie paliva. To slúži na zvýšenie výkonu a zníženie spotreby paliva o slušné percento. Niektorí mechanici dosiahli úsporu 40 %.
Povrch elektród má rozhodujúci význam pri kvantitatívnom výťažku plynu. Pod vplyvom elektrického prúdu sa molekula vody začne rozkladať na dva atómy vodíka a jeden kyslík. Pri spaľovaní takáto zmes plynov uvoľňuje takmer 4-krát viac energie ako pri spaľovaní molekulárneho vodíka. Preto použitie tohto plynu v spaľovacích motoroch vedie k efektívnejšiemu spaľovaniu palivovej zmesi, znižuje množstvo škodlivých emisií do atmosféry, zvyšuje výkon a znižuje množstvo spotrebovaného paliva.
Univerzálna schéma generátora vodíka
Pre tých, ktorí nemajú schopnosť navrhovať, je možné vodíkový generátor pre auto zakúpiť od ľudových remeselníkov, ktorí spúšťajú montáž a inštaláciu takýchto systémov. Dnes je takýchto ponúk veľa. Náklady na jednotku a inštaláciu sú asi 40 tisíc rubľov.
Takýto systém si však môžete zostaviť sami - v tom nie je nič zložité. Skladá sa z niekoľkých jednoduchých prvkov spojených do jedného celku:
- Zariadenia na elektrolýzu vody.
- Zásobník.
- Lapač vlhkosti z plynu.
- Elektronická riadiaca jednotka (modulátor prúdu).
Nižšie je uvedený diagram, podľa ktorého môžete ľahko zostaviť vodíkový generátor vlastnými rukami. Výkresy hlavnej inštalácie produkujúcej Brownov plyn sú celkom jednoduché a zrozumiteľné.
Obvod nepredstavuje žiadnu inžiniersku zložitosť, môže ho zopakovať každý, kto vie s nástrojom pracovať. Pri vozidlách so systémom vstrekovania paliva je tiež potrebné nainštalovať ovládač, ktorý reguluje úroveň prívodu plynu do palivovej zmesi a je pripojený k palubnému počítaču vozidla.
Reaktor
Množstvo vyprodukovaného hnedého plynu závisí od plochy elektród a ich materiálu. Ak sa ako elektródy použijú medené alebo železné platne, reaktor nebude môcť dlho fungovať kvôli rýchlemu zničeniu platní.
Ideálnym riešením by bolo použitie titánových plechov. Ich použitie však niekoľkonásobne zvyšuje náklady na montáž jednotky. Za optimálne sa považuje použitie platní vyrobených z vysokolegovanej nehrdzavejúcej ocele. Tento kov je dostupný a nebude ťažké ho získať. Môžete tiež použiť použitú nádrž práčky. Jediným problémom bude vyrezanie dosiek požadovanej veľkosti.
Typy inštalácií
Dnes môže byť vodíkový generátor pre auto vybavený tromi elektrolyzérmi, ktoré sa líšia typom, povahou prevádzky a výkonom:
Prvý typ konštrukcie úplne postačuje pre mnohé karburátorové motory. Nie je potrebné inštalovať zložitý elektronický obvod pre regulátor výkonu plynu a samotná montáž takéhoto elektrolyzéra nie je náročná.
Pre výkonnejšie autá je výhodnejšie zostaviť druhý typ reaktora. A pre motory poháňané naftou a ťažké úžitkové vozidlá sa používa tretí typ reaktora.
Požadovaný výkon
Aby sa skutočne šetrilo palivo, vodíkový generátor pre auto musí produkovať plyn každú minútu v množstve 1 liter na 1 000 zdvihového objemu motora. Na základe týchto požiadaviek sa zvolí počet dosiek pre reaktor.
Na zväčšenie povrchu elektród je potrebné povrch ošetriť brúsnym papierom v kolmom smere. Toto ošetrenie je mimoriadne dôležité - zväčší pracovnú plochu a zabráni „prilepeniu“ plynových bublín na povrch.
To vedie k izolácii elektródy od kvapaliny a zabraňuje normálnej elektrolýze. Nezabudnite tiež, že pre normálnu prevádzku elektrolyzéra musí byť voda zásaditá. Bežná sóda môže slúžiť ako katalyzátor.
Regulátor prúdu
Generátor vodíka na aute zvyšuje jeho produktivitu počas prevádzky. Je to spôsobené uvoľňovaním tepla počas elektrolýzy. Pracovná tekutina reaktora sa zahrieva a proces prebieha oveľa intenzívnejšie. Na riadenie priebehu reakcie sa používa regulátor prúdu.
Ak ju neznížite, voda môže jednoducho vrieť a reaktor prestane produkovať hnedý plyn. Špeciálny ovládač, ktorý reguluje činnosť reaktora, umožňuje meniť produktivitu so zvyšujúcou sa rýchlosťou.
Modely karburátora sú vybavené ovládačom s konvenčným spínačom pre dva prevádzkové režimy: „Highway“ a „City“.
Bezpečnosť inštalácie
Mnoho remeselníkov umiestňuje taniere do plastových nádob. Na tomto by ste nemali šetriť. Potrebujete nádrž z nehrdzavejúcej ocele. Ak tam nie je, môžete použiť dizajn s otvorenými platňami. V druhom prípade je potrebné pre spoľahlivú prevádzku reaktora použiť kvalitný prúdový a vodný izolátor.
Je známe, že teplota spaľovania vodíka je 2800. Toto je najvýbušnejší plyn v prírode. Brownov plyn nie je nič iné ako „výbušná“ zmes vodíka. Preto vodíkové generátory v cestnej doprave vyžadujú kvalitnú montáž všetkých komponentov systému a prítomnosť senzorov na sledovanie priebehu procesu.
Snímač teploty pracovnej kvapaliny, snímač tlaku a ampérmeter nebudú pri návrhu inštalácie zbytočné. Osobitná pozornosť by sa mala venovať vodnému uzáveru na výstupe z reaktora. Je to životne dôležité. Ak sa zmes zapáli, takýto ventil zabráni šíreniu plameňa do reaktora.
Vodíkový generátor na vykurovanie obytných a priemyselných priestorov, pracujúci na rovnakých princípoch, sa vyznačuje niekoľkonásobne vyššou produktivitou reaktora. V takýchto inštaláciách predstavuje neprítomnosť vodného uzáveru smrteľné nebezpečenstvo. Aby sa zabezpečila bezpečná a spoľahlivá prevádzka systému, odporúča sa tiež vybaviť generátory vodíka na autách takýmto spätným ventilom.
Zatiaľ sa bez konvenčného paliva nezaobídete
Vo svete existuje niekoľko experimentálnych modelov, ktoré fungujú výlučne na hnedom plyne. Technické riešenia však ešte nedospeli k dokonalosti. Takéto systémy nie sú dostupné bežným obyvateľom planéty. Preto sa automobiloví nadšenci musia zatiaľ uspokojiť s „remeselným“ vývojom, ktorý umožňuje znížiť náklady na palivo.
Trochu o dôverčivosti a naivite
Niektorí podnikaví podnikatelia ponúkajú na predaj vodíkový generátor pre autá. Hovoria o laserovom spracovaní povrchu elektród či o unikátnych tajných zliatinách, z ktorých sa vyrábajú, špeciálnych vodných katalyzátoroch vyvinutých vo vedeckých laboratóriách po celom svete.
Všetko závisí od schopnosti myšlienok takýchto podnikateľov vedecky lietať. Dôveryhodnosť z vás môže urobiť na vlastné náklady (niekedy ani nie malé) majiteľa inštalácie, ktorej kontaktné dosky sa po dvoch mesiacoch prevádzky zrútia.
Ak sa rozhodnete ušetriť peniaze týmto spôsobom, je lepšie zostaviť inštaláciu sami. Aspoň nebude neskôr koho obviňovať.