Рост цен на энергию стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на уровне домашних хозяйств. Особо умелых энтузиастов привлекает водород, теплотворная способность которого в три раза выше, чем у метана (38,8 кВт против 13,8 на 1 кг вещества). Хорошо известен способ сбора урожая в домашних условиях — расщепление воды электролизом. На самом деле проблема намного сложнее. Наша статья преследует две цели:
- ответить на вопрос, как создать водородный генератор с минимальными затратами;
- Рассмотрение возможности использования водородного генератора для отопления частного дома, заправки автомобиля и в качестве сварочного аппарата.
Краткая теоретическая часть
Водород, также известный как водород, первый элемент в таблице Менделеева, является самым легким газообразным веществом с высокой химической активностью. Во время окисления (т. е. Горения) он выделяет огромное количество тепла, образуя обычную воду. Опишем свойства элемента в виде дипломной работы:
- Сжигание водорода — процесс экологически чистый, вредные вещества не выделяются.
- Из-за своей химической активности этот газ не существует на Земле в свободном виде. Зато в воде неиссякаемый запас воды.
- Этот элемент получают химическим путем в промышленном производстве, например, при пиролизе угля. Часто это побочный продукт.
- Другой метод получения газообразного водорода — электролиз воды в присутствии катализаторов — платины и других дорогих сплавов.
- Простая смесь водорода и кислорода (кислорода) взорвется при малейшей искре, мгновенно высвобождая большое количество энергии.
Для справки. Ученые, которые впервые разделили молекулу воды на водород и кислород, назвали эту смесь газом гремучей змеи из-за ее склонности к взрыву. Позже он был назван газом Брауна (по имени изобретателя) и стал известен под гипотетической формулой HFO.
В прошлом водород использовался для заправки дирижаблей, которые часто взрывались.
Из вышесказанного можно сделать следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, но очень неохотно расходятся друг с другом. Реакция химического окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии по формуле:
А вот важный момент, который пригодится в нашем дальнейшем анализе полета: вода самопроизвольно реагирует при сгорании, а тепло выделяется напрямую. Чтобы расщепить молекулу воды, нужно использовать энергию:
Это формула электролитической реакции, которая описывает процесс расщепления воды с помощью электричества. Ниже мы расскажем, как это реализовать на практике и сделать водородный генератор своими руками.
Создание опытного образца
Чтобы вы понимали, с чем имеете дело, предлагаем начать с сборки простейшего водородного генератора с минимальными усилиями. Конструкция самодельного устройства представлена на схеме.
Из чего сделан примитивный электролизер?
- реактор — стеклянный или пластиковый контейнер с толстыми стенками;
- металлические электроды, которые погружаются в реактор с водой и подключаются к источнику питания;
- Второй резервуар действует как гидрозатвор;
- Трубки для отвода газа HHO.
Важная заметка. Система электролитического водорода работает исключительно на постоянном токе. Поэтому в качестве источника питания следует использовать адаптер переменного тока, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Генератор переменного тока не подходит.
Принцип работы электролизера следующий:
- Напряжение подается на два электрода, погруженных в воду, предпочтительно от регулируемого источника. Для облегчения реакции в емкость добавляют немного щелочи или кислоты (обычная бытовая соль).
- В результате реакции электролиза на катодной стороне, подключенной к «минусовой» клемме, образуется водород, а около анода — кислород.
- Когда два газа смешиваются, они проходят через трубку к ловушке запаха, которая выполняет две функции: отделяет водяной пар и предотвращает обратную вспышку в реакторе.
- Из второго резервуара гидрогенизированный газ ЛОС подается в горелку, где он сжигается с образованием воды.
Для изготовления конструкции генератора, показанной на схеме, вам понадобятся 2 стеклянных флакона с широкими крышками и горлышками, медицинский поддон для капель и 2 десятка саморезов. Полный комплект материалов представлен на фото.
Из специальных инструментов понадобится пистолет для приклеивания пластиковых крышек. Процедура проста:
- Плоские деревянные палочки скручиваем саморезами, располагая их концы в разные стороны. Головки саморезов спаяйте и соедините провода — у вас будущие электроды.
- Сделайте отверстие в крышке, вставьте обрезанный капельный корпус и провода, затем заклейте с обеих сторон клеевым пистолетом.
- Поместите электроды в бутылку и снова закрутите крышку.
- Во второй крышке бутылки просверлите 2 отверстия, вставьте капельницы и прикрутите их к бутылке с простой водой.
Чтобы запустить водородный генератор, нужно залить в реактор подсоленную воду и включить питание. Реакция начнется, когда в обоих контейнерах появятся пузырьки газа. Установите напряжение на оптимальное значение и зажгите газ Брауна, идущий из иглы капельницы.
Второй важный момент. Не подавайте слишком высокое напряжение — электролит, нагретый до температуры 65 ° C и выше, будет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара зажечь горелку не получится. Подробно о сборке и наладке самодельного водородного генератора можно узнать из видео:
О водородной ячейке Мейера
Если вы выполнили и протестировали вышеуказанный дизайн, вы наверняка заметили по горящему пламени на конце иглы, что производительность набора очень низкая. Чтобы получить больше газа гремучей змеи, необходимо построить более серьезное устройство, названное в честь изобретателя Стэнли Мейера Клетки.
Эта ячейка также основана на электролизе, но анод и катод выполнены в виде трубок, которые вставляются друг в друга. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что снижает потребление тока и увеличивает эффективность генератора водорода. Электронная система устройства представлена на рисунке:
Внимание. Подробное описание работы микросхемы можно найти на http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Для создания ссылки Мейера вам потребуются следующие компоненты:
- Цилиндрический корпус из пластика или оргстекла, мастера часто используют фильтр для воды с крышкой и насадками;
- трубы из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм и длиной 97 мм;
- провода, изоляторы.
Трубки из нержавеющей стали прикреплены к диэлектрической основе, к ним припаяны провода и подсоединены к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в кожух из пластика или плексигласа, как показано на фото.
Сборный пластиковый ящик от обычного фильтра для воды можно приспособить к камере Мейера.
Элементы соединяются по системе, известной из Интернета, которая включает электронный блок, ячейку Мейера и гидрозатвор (техническое название: лепет). В целях безопасности система оснащена датчиками критического давления и уровня воды. Согласно некоторым источникам, этот тип водородной электростанции потребляет около 1 А при 12 В и имеет достаточную мощность, хотя точные данные отсутствуют.
Схема подключения для включения электролизера
Реактор из пластин
Высокопроизводительный водородный генератор, способный питать газовую горелку, изготовлен из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см в количестве от 30 до 70 штук. В них просверливаются отверстия для затяжки дюбелей, а в углу есть зажим для подключения провода.
Помимо листа нержавеющей стали 316, вам также необходимо приобрести
- Щелочестойкая резина толщиной 4 мм;
- Торцевые пластины из оргстекла или текстолита;
- рулевые тяги М10-14;
- обратный клапан для газосварочного оборудования;
- водяной фильтр для поглотителя запахов;
- гофрированные трубные соединения из нержавеющей стали;
- Гидроксид калия в виде порошка.
Доски должны быть собраны в одном целом, изолированном друг от друга резиновой прокладкой с исцешенным агентом, как показано на рисунке. Реактор привел к таким способом, плотно скручен и соединен с подключением электролита. Последнее поставляется из отдельного контейнера, оснащенного крышкой и запорным клапаном.
Внимание. Мы описываем, как сделать поток электроля (сухой). Легче выполнить реактор с погружными пластинами — нет необходимости размещать резиновые вставки, а собранное устройство снижено на узкий электролит.
Схема установки для производства влажного водорода
Последующая установка генератора генератора водорода продолжается по той же схеме, но с различиями:
- Бак расположения электролита прикреплен к корпусу тела. Последний раствор гидроксида калия 7-15% в воде.
- Вместо воды в «Bablerk», так называемый Ацетон — ацетон или неорганический растворитель.
- Поворотный клапан должен быть помещен перед горелкой, в противном случае контрольный огонь приведет к разрыву змеи и «Babbler», когда будет смещен горелки водорода.
Самый простой способ питания реактор — это использование сварочного инвертора, электронные схемы не нужно устанавливать. Как газа генератор коричневого домодели, чтобы объяснить домашний пивовар в вашем фильме:
Выгодно ли получать водород в домашних условиях
Ответ на этот вопрос зависит от использования смеси кислорода и водорода. Все чертежи и схемы, опубликованные различными интернет-источниками, предназначены для производства газа HHO для следующих целей:
- использовать его в качестве топлива для автомобилей;
- для небытных сгорания водорода в отопительных котлах и печи;
- Для использования при газовой сварке.
Основная проблема, которая нарушает все преимущества водородного топлива, является тот факт, что получение чистого вещества стоит больше электроэнергии, чем создаваться во время его сгорания. Независимо от того, из которых они претендуют сторонники утопической теории, максимальная эффективность электролягера достигает 50%. Это означает, что 2 кВт электричества потребляется на 1 кВт тепло. Преимущество равно нулю и даже негативно.
Напомните себе, что мы написали в первой части. Водород является очень активным элементом и реагирует с самим кислородом, давая много тепла. Попытка разделить стабильную молекулу воды, мы не можем доставлять энергию непосредственно к атомам. Разделение происходит с помощью электричества, половина из которых разбросана на нагрев электродов, воды, трансформаторных обмоток и т. д.
Важная общая информация. Напряжение правильного сжигания водорода в три раза выше метана, но на основе массы. Если сравнивать их по объему, сгорание 1 м³ водорода будет только 3,6 кВт тепловой энергии на метан на 11 кВт. В конце концов, водород является самым легким химическим элементом.
Теперь рассмотрим погремушку газа, полученного в результате электролиза в домашнем генераторе водорода в качестве топлива для вышеупомянутых потребностей:
- Окончательные затраты устройства, низкая мощность и эффективность делают горение водорода для нагрева. Частный дом чрезвычайно убыточен. Вместо того, чтобы «обмотать» счетчик с электролизером, легче настроить один из электрических котлов — это, индуктивный или электрод.
- Чтобы заменить 1 литр бензина в машину, необходимость в 4766 литров чистого водорода или 7150 литров освежающего газа, треть — это кислород. Самый нарезанный изобретатель в Интернете еще не создал электролизер, способный обеспечить такую мощность.
- Сварщик газа горения водорода более компактна и легче цилиндров с ацетилен, пропан и кислород. Для этого температура пламени до 3000 ° C позволяет работать с каждым металлом, стоимость получения топлива не играет особой роли здесь.
Для справки. Чтобы сжигать водород в отопительном котле, нам пришлось бы тщательно преобразовать структуру, поскольку водородная горелка способна расплавить каждую сталь.
Заключение
Водород в газе HFO, полученном из самодельного генератора водорода, полезен для двух целей: экспериментирования и газовой сварки. Даже если не учитывать низкий КПД электролизера, стоимость его установки и потребляемую электроэнергию, мощности для обогрева здания просто не хватает. То же самое и с бензиновым двигателем легкового автомобиля.
