Поскъпването на енергийните ресурси стимулира търсенето на по-ефективни и по-евтини видове гориво, включително на ниво домакинство. Повечето ентусиазирани майстори са привлечени от водорода, чиято калоричност е три пъти по-висока от метана (38,8 кВт срещу 13,8 с 1 кг вещество). Методът на извличане у дома, изглежда, е известен - разделянето на водата чрез електролиза. Всъщност проблемът е много по-сложен. Нашата статия има 2 цели:
- да анализираме въпроса как да направим водороден генератор с минимални разходи;
- помислете за използването на водороден генератор за отопление на частна къща, зареждане с автомобил и като заваръчна машина.
Кратка теоретична част
Водородът, известен още като водород - първият елемент от периодичната таблица - е най-лекото газообразно вещество с висока химическа активност. По време на окисляването (тоест изгарянето) той отделя огромно количество топлина, образувайки обикновена вода. Ние характеризираме свойствата на елемента, проектирайки ги под формата на тези:
- Изгарянето на водород е екологично чист процес, не се отделят вредни вещества.
- Поради своята химическа активност, на Земята не се получава безплатен газ. Но в състава на водата резервите му са неизчерпаеми.
- Елементът се добива в промишленото производство по химичен метод, например в процеса на газификация (пиролиза) на въглища. Често страничен продукт.
- Друг начин за получаване на газообразен водород е електролизата на вода в присъствието на катализатори - платина и други скъпи сплави.
- Проста смес от газове водород + кислород (кислород) избухва от най-малката искра, мигновено освобождавайки голямо количество енергия.
За справка. Учените, които за първи път разделиха водната молекула на водород и кислород, нарекоха сместа експлозивен газ заради тенденцията й да експлодира. Впоследствие тя получи името Браун газ (по име на изобретателя) и се обозначава с хипотетичната формула на НПО.
От гореизложеното подсказва следното заключение: 2 водородни атома лесно се комбинират с 1 кислороден атом, но те не са склонни да се разделят. Реакцията на химическо окисляване протича с директно освобождаване на топлинна енергия в съответствие с формулата:
2H2 + О2 → 2Н2O + Q (енергия)
Тук се крие важен момент, който ще ни бъде полезен при по-нататъшния анализ на полетите: водородът влиза в реакция спонтанно от запалване и топлината се отделя директно. За да отделите водна молекула, ще трябва да се изразходва енергия:
2H2O → 2H2 + О2 - Q
Това е формула за електролитна реакция, която характеризира процеса на разделяне на водата чрез подаване на електричество. Как да приложите това на практика и да направите водороден генератор със собствените си ръце, ще разгледаме допълнително.
Създаване на прототип
За да разберем с какво се занимавате, първо ви предлагаме да сглобите най-простия водороден генератор с минимални разходи. Дизайнът на домашна инсталация е показан на диаграмата.
От какво се състои примитивен електролизатор:
- реактор - стъклен или пластмасов контейнер с дебели стени;
- метални електроди, потопени в реактор с вода и свързани с източник на енергия;
- вторият резервоар действа като воден затвор;
- HHO газови изпускателни тръби.
Важен момент. Електролитичната водородна инсталация работи само на постоянен ток. Затова използвайте променливотоковия адаптер, автомобилното зарядно устройство или батерията като източник на захранване. Алтернаторът няма да работи.
Принципът на работа на електролизатора е следният:
- Два електрода, потопени във вода, се захранват с напрежение, за предпочитане от регулируем източник.За да се подобри реакцията, в контейнера се добавя малко алкал или киселина (у дома - обикновена сол).
- В резултат на реакцията на електролиза, водородът ще се отдели от страната на катода, свързан към терминала "минус", и в близост до анода ще се генерира кислород.
- Смесвайки се и двата газа през тръба влизат във воден капан, който изпълнява 2 функции: отделяне на водна пара и предотвратяване на светкавица в реактора.
- От втория резервоар взривоопасен газ от NNO се подава към горелката, където се изгаря, за да образува вода.
За да направите дизайна на генератора, показан на диаграмата със собствените си ръце, ще ви трябва 2 стъклени бутилки с широки вратчета и капачки, медицински капкомер и 2 дузини винта. Пълен комплект материали е показан на снимката.
От специалните инструменти е необходим пистолет за лепило, за да запечата пластмасовите капаци. Процедурата на производство е проста:
- Извийте плоски дървени пръчки с самонарезни винтове, поставяйки краищата им в различни посоки. Запояйте главите на винтовете заедно и свържете проводниците - вземете бъдещите електроди.
- Направете дупка в капака, поставете изрязания калъф на капкомера и проводниците там, след което затворете от двете страни с пистолет за лепило.
- Поставете електродите в бутилката и завийте върху капачката.
- Във втората капачка пробийте 2 дупки, поставете тръбите за капкомер и завийте върху бутилка, пълна с обикновена вода.
За да стартирате водородния генератор, изсипете подсолена вода в реактора и включете източника на захранване. Началото на реакцията е белязано от появата на газови мехурчета в двата контейнера. Регулирайте напрежението до оптималната стойност и подпалете Браун газ, излизащ от иглата на капкомер.
За водородната клетка на Майер
Ако сте направили и тествали дизайна, описан по-горе, тогава като изгорите пламъка в края на иглата, вероятно сте забелязали, че производителността на инсталацията е изключително ниска. За да получите по-експлозивен газ, трябва да направите по-сериозно устройство, наречено клетката на Стенли Майер в чест на изобретателя.
Принципът на работа на клетката също се основава на електролиза, само анодът и катодът са направени под формата на тръби, поставени една в друга. Напрежението се подава от импулсния генератор през две резонансни намотки, което позволява да се намали консумацията на ток и да се увеличи производителността на водородния генератор. Електронната схема на устройството е показана на фигурата:
Забележка. Подробности за работата на схемата са описани на ресурса http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
За да направите клетка на Майер, ще трябва:
- цилиндричен калъф, изработен от пластмаса или плексиглас; занаятчиите често използват воден филтър с капак и дюзи;
- тръби от неръждаема стомана с диаметър 15 и 20 мм, дължина 97 мм;
- проводници, изолатори.
Към основата на диелектрика са прикрепени тръби, устойчиви на корозия, към тях са запоени проводници, свързани към генератора. Клетката се състои от 9 или 11 тръби, поставени в пластмасова или плексигласова кутия, както е показано на снимката.
Елементите са свързани според всички схеми, известни в Интернет, които включват електронен блок, клетка на Майер и водна брава (техническото име е мехурчето). От съображения за безопасност системата е оборудвана със сензори за критично налягане и ниво на водата. Според отзивите на домашните майстори такава водородна инсталация консумира ток от около 1 ампер при напрежение 12 V и има достатъчна производителност, въпреки че няма точни цифри.
Плочен реактор
Високопроизводителният водороден генератор, способен да осигури работата на газова горелка, е изработен от неръждаеми плочи с размери 15 х 10 см, броят им е от 30 до 70 бр. В тях се пробиват дупки за затягане на шипове и в ъгъла се изрязва клема за свързване на жицата.
В допълнение към ламарина клас 316, ще трябва да закупите:
- Гума с дебелина 4 мм, устойчива на алкали;
- крайни плочи, изработени от плексиглас или текстолит;
- вратовръзки пръчки M10-14;
- контролен клапан за апарати за газово заваряване;
- воден филтър под хидроблок;
- свързващи тръби от гофрирана неръждаема стомана;
- калиев хидроксид под формата на прах.
Плочите трябва да бъдат сглобени в едно цяло, изолирани една от друга с гумени уплътнения със средна изрязана част, както е показано на чертежа. Издърпайте получения реактор плътно с шипове и свържете към електролитните дюзи. Последният идва от отделен контейнер, оборудван с капак и клапа за затваряне.
Забележка. Разказваме как да направите поточен (сух) тип електролизатор. По-лесно е да направите реактор с потапящи плочи - не е необходимо да поставяте гумени уплътнения, а сглобеният блок се спуска в запечатан контейнер с електролит.
Последващото сглобяване на водороден генератор се извършва по същия начин, но с разлики:
- Към корпуса на апарата е прикрепен резервоар за приготвяне на електролити. Последният представлява 7-15% разтвор на калиев хидроксид във вода.
- Вместо вода в „мехурчето“ се излива така нареченият деоксидизатор - ацетон или неорганичен разтворител.
- Трябва да се постави контролен клапан пред горелката, в противен случай, когато водородната горелка се изключи плавно, обратен удар ще счупи маркучите и мехурчето.
Изгодно ли е да си набавяме водород у дома
Отговорът на този въпрос зависи от обхвата на сместа кислород-водород. Всички чертежи и диаграми, публикувани от различни онлайн ресурси, са предназначени да произвеждат HHO газ за следните цели:
- използвайте водорода като гориво за автомобилите;
- бездимно изгаря водород в отоплителни котли и печки;
- кандидатствайте за газово заваряване.
Основният проблем, който зачертава всички предимства на водородното гориво: цената на електроенергията за отделяне на чиста материя надвишава количеството енергия, получена от неговото изгаряне. Каквото и да твърдят привържениците на утопичните теории, максималната ефективност на електролизатора достига 50%. Това означава, че 1 kW топлина изразходва 2 kW електроенергия. Ползата е нула, дори отрицателна.
Спомнете си, че писахме в първия раздел. Водородът е много активен елемент и реагира с кислорода самостоятелно, генерирайки много топлина. Опитвайки се да отделим стабилна водна молекула, ние не можем да внесем енергия директно в атомите. Разделянето се извършва с електричество, половината от което се разсейва чрез нагряване на електродите, водата, намотките на трансформатора и така нататък.
Важна основна информация. Специфичната топлина на изгарянето на водород е три пъти по-висока от тази на метана, но - по маса. Ако ги сравним по обем, тогава при изгаряне на 1 m³ водород ще се отделят само 3,6 kW топлинна енергия в сравнение с 11 kW за метан. В крайна сметка водородът е най-лекият химичен елемент.
Сега разгледайте експлозивния газ, получен чрез електролиза в домашен водороден генератор, като гориво за горните нужди:
- Крайната инсталационна цена, ниската производителност и ефективността го правят изключително неизгодно да се изгаря водород за отопление на частна къща. По-лесно е да поставите някой от електрическите котли - TEN, индукционни или електродни, отколкото да "навивате" електромера с електролизатор.
- За да се замени 1 литър бензин за автомобил, ще са необходими 4 766 литра чист водород или 7 150 литра детониращ газ, една трета от който е кислород. Най-губият изобретател в Интернет все още не е направил електролизатор, способен да осигури подобна производителност.
- Апарат за газово заваряване, който изгаря водород, е по-компактен и по-лек от цилиндрите с ацетилен, пропан и кислород. Плюс това, температурата на пламъка до 3000 ° C ви позволява да работите с всякакви метали, разходите за получаване на гориво тук не играят особена роля.
За справка. За да изгорите водород в котел, ще трябва да преработите старателно конструкцията, тъй като водородна горелка може да стопи всяка стомана.
Заключение
Водородът в състава на НПО газ, получен от домашен водороден генератор, е полезен за две цели: експерименти и газово заваряване.Дори ако изхвърлим ниската ефективност на електролизатора и разходите за сглобяването му заедно с консумираната електроенергия, просто няма достатъчно производителност за отопление на сградата. Това се отнася и за бензиновия двигател на лек автомобил.