Energoresursu cenu pieaugums stimulē efektīvāku un lētāku kurināmā veidu meklēšanu, arī mājsaimniecības līmenī. Visvairāk entuziasma amatniekus piesaista ūdeņradis, kura siltumspēja ir trīs reizes augstāka nekā metāns (38,8 kW pret 13,8 ar 1 kg vielas). Šķiet, ka ekstrahēšanas metode mājās ir zināma - ūdens sadalīšana ar elektrolīzes palīdzību. Faktiski problēma ir daudz sarežģītāka. Mūsu rakstam ir 2 mērķi:
- analizēt jautājumu, kā izgatavot ūdeņraža ģeneratoru ar minimālām izmaksām;
- apsveriet iespēju izmantot ūdeņraža ģeneratoru privātmājas sildīšanai, automašīnas uzpildīšanai un kā metināšanas mašīnu.
Īsa teorētiskā daļa
Ūdeņradis, aka ūdeņradis, pirmais periodiskās tabulas elements, ir vieglākā gāzveida viela ar augstu ķīmisko aktivitāti. Oksidācijas (tas ir, sadegšanas) laikā tas izstaro milzīgu daudzumu siltuma, veidojot parastu ūdeni. Mēs raksturojam elementa īpašības, noformējot tos tēžu veidā:
- Ūdeņraža sadedzināšana ir videi draudzīgs process, neizdalās kaitīgas vielas.
- Sakarā ar ķīmisko aktivitāti brīvā gāze uz Zemes nenotiek. Bet ūdens sastāvā tā rezerves ir neizsmeļamas.
- Elementu iegūst rūpnieciskajā ražošanā ar ķīmisku metodi, piemēram, ogļu gazifikācijas (pirolīzes) procesā. Bieži vien blakusprodukts.
- Vēl viens veids, kā iegūt gāzveida ūdeņradi, ir ūdens elektrolīze katalizatoru - platīna un citu dārgu sakausējumu klātbūtnē.
- Vienkāršs ūdeņraža + skābekļa (skābekļa) gāzu maisījums eksplodē no mazākās dzirksteles, nekavējoties atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu.
Uzziņai. Zinātnieki, kas vispirms sadalīja ūdens molekulu ūdeņradī un skābeklī, maisījumu sauca par sprādzienbīstamu gāzi, jo tai ir tendence eksplodēt. Pēc tam tā saņēma nosaukumu Brauna gāze (pēc izgudrotāja vārda) un kļuva par NVO hipotētisko formulu.
No visa iepriekš teiktā secina pats sekojošais: 2 ūdeņraža atomi viegli apvienojas ar 1 skābekļa atomu, bet tie ļoti negrib dalīties. Ķīmiskās oksidācijas reakcija notiek tieši izdalot siltumenerģiju saskaņā ar formulu:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (enerģija)
Šeit ir svarīgs punkts, kas mums būs noderīgs turpmāku lidojumu analīzē: ūdeņradis spontāni reaģē no aizdegšanās un siltums tiek atbrīvots tieši. Lai atdalītu ūdens molekulu, būs jātērē enerģija:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Šī ir elektrolītiskās reakcijas formula, kas raksturo ūdens sadalīšanas procesu, piegādājot elektrību. Kā to realizēt un ar savām rokām izgatavot ūdeņraža ģeneratoru, mēs apsvērsim tālāk.
Prototipa izveidošana
Lai jūs saprastu, ar ko jūs nodarbojaties, vispirms iesakām samontēt vienkāršāko ūdeņraža ģeneratoru ar minimālām izmaksām. Mājas apstākļos izgatavotas instalācijas dizains ir parādīts diagrammā.
Ko veido primitīvs elektrolizators:
- reaktors - stikla vai plastmasas trauks ar biezām sienām;
- metāla elektrodi, kas iegremdēti reaktorā ar ūdeni un savienoti ar enerģijas avotu;
- otrā tvertne darbojas kā ūdens slēģis;
- HHO gāzes izplūdes caurules.
Svarīgs punkts. Elektrolītiskā ūdeņraža iekārta darbojas tikai ar līdzstrāvu. Tāpēc kā strāvas avotu izmantojiet maiņstrāvas adapteri, automašīnas lādētāju vai akumulatoru. Ģenerators nedarbosies.
Elektrolizatora darbības princips ir šāds:
- Divus ūdenī iegremdētus elektrodus piegādā ar spriegumu, vēlams, no regulējama avota.Lai uzlabotu reakciju, traukā pievieno nedaudz sārmu vai skābi (mājās - parasts sāls).
- Elektrolīzes reakcijas rezultātā no katoda puses, kas savienota ar “mīnus” spaili, izdalīsies ūdeņradis, un anoda tuvumā tiks izveidots skābeklis.
- Sajaucot, abas gāzes caur cauruli nonāk ūdens slazdā, kas veic 2 funkcijas: atdala ūdens tvaikus un novērš uzliesmošanu reaktorā.
- No otrās tvertnes NNO eksplozīvā gāze tiek padota degli, kur to sadedzina, veidojot ūdeni.
Lai ar savām rokām izgatavotu diagrammā parādīto ģeneratora dizainu, jums būs nepieciešamas 2 stikla pudeles ar platiem kakliem un vāciņiem, medicīniskais pilinātājs un 2 desmiti skrūvju. Pilns materiālu komplekts ir parādīts fotoattēlā.
No speciālajiem instrumentiem ir nepieciešama līmes pistole, lai aizzīmogotu plastmasas pārsegus. Ražošanas procedūra ir vienkārša:
- Sagrieziet plakanas koka nūjas ar pašvītņojošām skrūvēm, novietojot to galus dažādos virzienos. Lodēt skrūvju galviņas kopā un savienot vadus - iegūt nākotnes elektrodus.
- Izveidojiet caurumu vākā, ievietojiet pilinātāja griezto korpusu un tur vadus, pēc tam no abām pusēm aizzīmogojiet ar līmes pistoli.
- Ievietojiet elektrodus pudelē un pieskrūvējiet vāciņu.
- Otrajā vāciņā izurbiet 2 caurumus, ievietojiet pilinātāja caurulītes un pieskrūvējiet pudelē, kas piepildīta ar vienkāršu ūdeni.
Lai iedarbinātu ūdeņraža ģeneratoru, reaktorā ielej sālītu ūdeni un ieslēdziet enerģijas avotu. Reakcijas sākumu raksturo gāzes burbuļu parādīšanās abos traukos. Pielāgojiet spriegumu optimālajai vērtībai un aizdedziniet brūno gāzi, kas iziet no pilinātāja adatas.
Par Meijera ūdeņraža šūnu
Ja esat izveidojis un pārbaudījis iepriekšminēto konstrukciju, tad, dedzinot liesmu adatas galā, jūs droši vien pamanījāt, ka uzstādīšanas veiktspēja ir ārkārtīgi zema. Lai iegūtu vairāk sprādzienbīstamas gāzes, jums ir jāizgatavo nopietnāka ierīce, ko par godu izgudrotājam sauc par Stenlija Meijera kameru.
Šūnas darbības princips ir balstīts arī uz elektrolīzi, tikai anods un katods tiek izgatavoti cauruļu veidā, kas ievietoti viens otram. Spriegumu no impulsu ģeneratora piegādā caur divām rezonējošām spolēm, kas ļauj samazināt strāvas patēriņu un palielināt ūdeņraža ģeneratora produktivitāti. Ierīces elektroniskā shēma ir parādīta attēlā:
Piezīme. Sīkāka informācija par shēmas darbību ir aprakstīta resursā http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Lai izveidotu Meijera šūnu, jums būs nepieciešams:
- cilindriska korpuss, kas izgatavots no plastmasas vai plexiglass; amatnieki bieži izmanto ūdens filtru ar vāku un sprauslām;
- nerūsējošā tērauda caurules ar diametru 15 un 20 mm, garumu 97 mm;
- vadi, izolatori.
Dielektriķa pamatnei ir piestiprinātas korozijas necaurlaidīgas caurules, tām tiek pielodētas vadi, kas savienoti ar ģeneratoru. Šūna sastāv no 9 vai 11 caurulēm, kas ievietotas plastmasas vai plexiglass apvalkā, kā parādīts fotoattēlā.
Elementi ir savienoti pēc visām internetā zināmajām shēmām, kurās ietilpst elektroniska ierīce, Meijera šūna un ūdens slēdzene (tehniskais nosaukums ir burbulis). Drošības apsvērumu dēļ sistēma ir aprīkota ar sensoriem kritiskajam spiedienam un ūdens līmenim. Saskaņā ar mājas amatnieku pārskatiem, šāda ūdeņraža instalācija patērē strāvu 1 ampēros ar spriegumu 12 V un tai ir pietiekama veiktspēja, lai gan precīzi skaitļi nav pieejami.
Plākšņu reaktors
Augstas veiktspējas ūdeņraža ģenerators, kas spēj nodrošināt gāzes degļa darbību, ir izgatavots no nerūsējošām plāksnēm, kuru izmērs ir 15 x 10 cm, to skaits ir no 30 līdz 70 gab. Tajās tiek urbti caurumi tapu savilkšanai, un stūrī ir izgriezts spaile stieples savienošanai.
Papildus lokšņu metālam 316, jums būs jāiegādājas:
- 4 mm bieza gumija, izturīga pret sārmiem;
- gala plāksnes, kas izgatavotas no plexiglass vai textolite;
- kaklasaites stieņi M10-14;
- gāzes metināšanas aparāta pretvārsts;
- ūdens filtrs zem hidroloka;
- savienojošās caurules no gofrēta nerūsējošā tērauda;
- kālija hidroksīds pulvera veidā.
Plāksnes jāsamontē vienā blokā, izolējot vienu no otra ar gumijas starplikām ar izgrieztu vidu, kā parādīts zīmējumā. Cieši izvelciet iegūto reaktoru ar tapām un pievienojiet elektrolīta sprauslām. Pēdējais nāk no atsevišķa konteinera, kas aprīkots ar vāku un slēgvārstiem.
Piezīme. Mēs pastāstām, kā izgatavot plūsmas (sausa) tipa elektrolizatoru. Reaktoru ir vieglāk izgatavot ar iegremdēšanas plāksnēm - jums nav jāuzliek gumijas starplikas, un samontētā vienība tiek nolaista noslēgtā traukā ar elektrolītu.
Turpmākā ģeneratora, kas ražo ūdeņradi, montāža tiek veikta pēc tās pašas shēmas, bet ar atšķirībām:
- Uz aparāta korpusa ir piestiprināta tvertne elektrolīta pagatavošanai. Pēdējais ir 7-15% kālija hidroksīda šķīdums ūdenī.
- Ūdens vietā “burbulī” ielej tā saucamo deoksidētāju - acetonu vai neorganisku šķīdinātāju.
- Degļa priekšā jānovieto pretvārsts, pretējā gadījumā, vienmērīgi izslēdzot ūdeņraža degli, šļūtenes un “pūtēju” saplīsīs pretējs trieciens.
Vai ir izdevīgi iegūt ūdeņradi mājās
Atbilde uz šo jautājumu ir atkarīga no skābekļa-ūdeņraža maisījuma darbības jomas. Visi rasējumi un diagrammas, kas publicēti dažādos tiešsaistes resursos, ir paredzēti HHO gāzes ražošanai šādiem mērķiem:
- izmantot ūdeņradi kā degvielu automašīnām;
- apkures katlos un krāsnīs bez dūmiem sadedzina ūdeņradi;
- pieteikties metināšanai ar gāzi.
Galvenā problēma, kas izslēdz visas ūdeņraža degvielas priekšrocības: tīras vielas ražošanai nepieciešamās elektroenerģijas izmaksas pārsniedz enerģijas daudzumu, kas saņemts no tā sadedzināšanas. Neatkarīgi no utopisko teoriju piekritējiem elektrolizatora maksimālā efektivitāte sasniedz 50%. Tas nozīmē, ka 1 kW siltuma patērēja 2 kW elektrības. Ieguvums ir nulle, pat negatīvs.
Atgādiniet, ka mēs rakstījām pirmajā sadaļā. Ūdeņradis ir ļoti aktīvs elements un pats reaģē ar skābekli, radot daudz siltuma. Mēģinot atdalīt stabilu ūdens molekulu, mēs nevaram dot enerģiju tieši atomiem. Sadalīšanu veic ar elektrību, no kuras puse tiek izkliedēta, sildot elektrodus, ūdeni, transformatora tinumus un tā tālāk.
Svarīga pamatinformācija. Ūdeņraža īpatnējais sadegšanas siltums ir trīs reizes lielāks nekā metāna, bet - pēc masas. Ja salīdzināsim tos pēc tilpuma, tad, sadedzinot 1 m³ ūdeņraža, tiks atbrīvota tikai 3,6 kW siltumenerģijas, salīdzinot ar 11 kW metānam. Galu galā ūdeņradis ir vieglākais ķīmiskais elements.
Tagad apsveriet sprādzienbīstamo gāzi, kas iegūta elektrolīzē pašdarinātā ūdeņraža ģeneratorā, kā degvielu iepriekšminētajām vajadzībām:
- Galīgā uzstādīšanas cena, zemā produktivitāte un efektivitāte padara ārkārtīgi nerentablu ūdeņraža sadedzināšanu privātmājas apkurei. Jebkuru no elektriskajiem apkures katliem - TEN, indukcijas vai elektrodiem - ir vieglāk uzlikt, nekā “vētīt” skaitītāju ar elektrolizatoru.
- Lai aizstātu 1 litru benzīna automašīnai, būs nepieciešami 4766 litri tīra ūdeņraža vai 7 150 litri detonējošas gāzes, no kurām viena trešdaļa ir skābeklis. Vissliktākais izgudrotājs internetā vēl nav izveidojis elektrolizatoru, kas spētu nodrošināt līdzīgu sniegumu.
- Gāzes metināšanas aparāts, kas sadedzina ūdeņradi, ir kompakts un vieglāks nekā cilindri ar acetilēnu, propānu un skābekli. Plus, liesmas temperatūra līdz 3000 ° C ļauj strādāt ar jebkuriem metāliem, kurināmā iegūšanas izmaksām šeit nav īpaša loma.
Uzziņai. Lai sadedzinātu ūdeņradi katlā, jums būs rūpīgi jāpārveido konstrukcija, jo ar ūdeņraža degli var izkausēt jebkuru tēraudu.
Secinājums
Ūdeņradis NVO gāzes sastāvā, kas iegūts no mājās gatavota ūdeņraža ģeneratora, ir noderīgs diviem mērķiem: eksperimentiem un gāzes metināšanai.Pat ja mēs atmetam zemo elektrolizatora efektivitāti un izmaksas, kas saistītas ar tā montāžu kopā ar patērēto elektrību, ēkas sildīšanai vienkārši nepietiek produktivitātes. Tas attiecas arī uz vieglo automašīnu benzīna motoru.