Kylančios energijos išteklių kainos skatina ieškoti efektyvesnių ir pigesnių kuro rūšių, įskaitant namų ūkyje. Labiausiai entuziastingus amatininkus traukia vandenilis, kurio kaloringumas yra tris kartus didesnis nei metano (38,8 kW, palyginti su 13,8, naudojant 1 kg medžiagos). Gavimo būdas, atrodytų, žinomas namuose - vandens padalijimas elektrolizės būdu. Tiesą sakant, problema yra daug sudėtingesnė. Mūsų straipsnis turi 2 tikslus:
- išanalizuoti klausimą, kaip padaryti vandenilio generatorių su minimaliomis sąnaudomis;
- apsvarstykite galimybę naudoti vandenilio generatorių privačiam namui šildyti, degalų papildymui ir kaip suvirinimo aparatą.
Trumpa teorinė dalis
Vandenilis, dar žinomas kaip vandenilis, pirmasis periodinės lentelės elementas, yra lengviausia dujinė medžiaga, pasižyminti dideliu cheminiu aktyvumu. Oksidacijos metu (tai yra degimo metu) jis skleidžia didžiulį šilumos kiekį, sudarydamas paprastą vandenį. Mes apibūdiname elemento savybes, suprojektuodami jas disertacijų pavidalu:
- Vandenilio deginimas yra ekologiškas procesas, neišskiriamos kenksmingos medžiagos.
- Dėl cheminio aktyvumo laisvųjų dujų Žemėje neatsiranda. Tačiau vandens sudėtyje jo atsargos yra neišsemiamos.
- Elementas kasamas pramoninėje gamyboje cheminiu būdu, pavyzdžiui, anglių dujinimo (pirolizės) procese. Dažnai šalutinis produktas.
- Kitas būdas gauti dujinį vandenilį yra vandens elektrolizė, naudojant katalizatorius - platiną ir kitus brangius lydinius.
- Paprastas dujų, vandenilio ir deguonies (deguonies) mišinys sprogo nuo menkiausios kibirkšties ir tuoj pat išskiria daug energijos.
Nuoroda. Mokslininkai, pirmą kartą atskyrę vandens molekulę į vandenilį ir deguonį, mišinį pavadino sprogstamosiomis dujomis dėl jos polinkio sprogti. Vėliau ji gavo pavadinimą Brown's gas (pagal išradėjo vardą) ir tapo paskirta pagal hipotetinę NVO formulę.
Remiantis tuo, kas išdėstyta, galima daryti tokią išvadą: 2 vandenilio atomai lengvai jungiasi su 1 deguonies atomu, tačiau jie labai nenoriai dalijasi. Cheminė oksidacijos reakcija vyksta tiesiogiai išleidžiant šiluminę energiją pagal formulę:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energija)
Čia yra svarbus punktas, kuris mums bus naudingas atliekant tolesnę skrydžių analizę: vandenilis į spontanišką reakciją patenka iš užsidegimo, o šiluma išleidžiama tiesiai. Norint atskirti vandens molekulę, reikės sunaudoti energijos:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Tai yra elektrolitinės reakcijos formulė, apibūdinanti vandens skaidymo procesą tiekiant elektrą. Kaip tai pritaikyti praktikoje ir pasidaryti vandenilio generatorių savo rankomis, mes svarstysime toliau.
Prototipo sukūrimas
Kad suprastumėte, su kuo jūs susiduriate, pirmiausia siūlome surinkti paprasčiausią vandenilio generatorių kuo mažesnėmis sąnaudomis. Namų instaliacijos dizainas parodytas diagramoje.
Ką sudaro primityvus elektrolizatorius:
- reaktorius - stiklinis arba plastikinis indas su storomis sienomis;
- metaliniai elektrodai, panardinti į reaktorių su vandeniu ir prijungti prie energijos šaltinio;
- antrasis bakas veikia kaip vandens sklendė;
- HHO dujų išmetimo vamzdžiai.
Svarbus punktas. Elektrolitinė vandenilio jėgainė veikia tik nuolatinę srovę. Todėl kaip maitinimo šaltinį naudokite kintamosios srovės adapterį, automobilinį įkroviklį ar akumuliatorių. Generatorius neveiks.
Elektrolizatoriaus veikimo principas yra toks:
- Du į vandenį panardinti elektrodai tiekiami įtampa, geriausia iš reguliuojamo šaltinio.Norint pagerinti reakciją, į indą pridedama šiek tiek šarmo arba rūgšties (namuose - įprasta druska).
- Dėl elektrolizės reakcijos iš katodo pusės, sujungtos su „minuso“ gnybtu, bus išleistas vandenilis, o šalia anodo susidarys deguonis.
- Maišant, abi dujos per vamzdelį patenka į vandens gaudyklę, kuri atlieka 2 funkcijas: atskiria vandens garus ir apsaugo nuo pliūpsnio reaktoriuje.
- Iš antrojo rezervuaro sprogstamosios NNO dujos tiekiamos į degiklį, kur jos sudeginamos, kad susidarytų vanduo.
Norėdami savo rankomis padaryti schemoje parodytą generatoriaus dizainą, jums reikės 2 stiklinių butelių su plačiais kakleliais ir dangteliais, medicininio lašintuvo ir 2 dešimtys varžtų. Visas medžiagų rinkinys parodytas nuotraukoje.
Iš specialių įrankių reikia klijų pistoleto, norint užklijuoti plastikinius dangčius. Gamybos procedūra yra paprasta:
- Susukite plokščias medines lazdeles savisriegiais varžtais, jų galus įdėdami į skirtingas puses. Lituokite varžtų galvutes kartu ir prijunkite laidus - gaukite būsimus elektrodus.
- Dangtelyje padarykite skylę, įdėkite išpjautą lašintuvo korpusą ir laidus ten, tada užsandarinkite iš abiejų pusių klijų pistoletu.
- Įdėkite elektrodus į butelį ir užsukite dangtelį.
- Antrame dangtelyje išgręžkite 2 skyles, įkiškite lašintuvo vamzdelius ir užsukite ant buteliuko, užpildyto paprastu vandeniu.
Norėdami paleisti vandenilio generatorių, į reaktorių supilkite pasūdytą vandenį ir įjunkite maitinimo šaltinį. Reakcijos pradžią žymi dujų burbuliukų atsiradimas abiejuose induose. Sureguliuokite įtampą iki optimalios vertės ir uždekite rudąsias dujas, išeinančias iš lašintuvo adatos.
Apie Meyerio vandenilio kamerą
Jei sukūrėte ir išbandėte aukščiau aprašytą dizainą, tada, uždegdami liepsną adatos gale, jūs tikriausiai pastebėjote, kad montavimo efektyvumas yra ypač žemas. Norėdami gauti daugiau sprogstamųjų dujų, turite pagaminti rimtesnį prietaisą, vadinamą Stanley Meyer kamera, išradėjo garbei.
Ląstelės veikimo principas taip pat pagrįstas elektrolize, tik anodas ir katodas gaminami vamzdžių pavidalu, įstatomų vienas į kitą. Įtampa tiekiama iš impulsų generatoriaus per du rezonansinius ritinius, kurie leidžia sumažinti srovės suvartojimą ir padidinti vandenilio generatoriaus produktyvumą. Įrenginio elektroninė grandinė parodyta paveikslėlyje:
Pastaba. Išsami informacija apie schemos veikimą aprašyta šaltinyje http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Norėdami sukurti „Meyer“ langelį, jums reikės:
- cilindrinis dėklas, pagamintas iš plastiko arba plexiglass; amatininkai dažnai naudoja vandens filtrą su dangteliu ir purkštukais;
- nerūdijančio plieno vamzdžiai, kurių skersmuo 15 ir 20 mm, ilgis 97 mm;
- laidai, izoliatoriai.
Prie dielektriko pagrindo pritvirtinami korozijai nelaidūs vamzdžiai, prie jų lituojami prie generatoriaus prijungti laidai. Ląstelę sudaro 9 arba 11 vamzdžių, įdėtų į plastikinį arba plexiglass korpusą, kaip parodyta nuotraukoje.
Elementai yra sujungti pagal visas žinomas internete schemas, apimančias elektroninį bloką, Meyer celę ir vandens užraktą (techninis pavadinimas yra burbuliukas). Saugumo sumetimais sistema aprūpinta kritinio slėgio ir vandens lygio jutikliais. Remiantis namų amatininkų apžvalgomis, tokia vandenilio instaliacija sunaudoja maždaug 1 amperą srovės esant 12 V įtampai ir yra pakankamai efektyvi, nors tikslių skaičių nėra.
Plokštės reaktorius
Didelio našumo vandenilio generatorius, galintis užtikrinti dujų degiklio veikimą, yra pagamintas iš nerūdijančių plokščių, kurių matmenys yra 15 x 10 cm, skaičius yra nuo 30 iki 70 vnt. Juose gręžiamos smeigių tvirtinimo skylės, o kampe iškirstas gnybtas, skirtas sujungti laidą.
Be 316 lakštinio metalo, jums reikės įsigyti:
- 4 mm storio guma, atspari šarmams;
- galinės plokštės iš plexiglass arba textolite;
- kaklaraiščiai M10-14;
- dujų suvirinimo aparatų atbulinis vožtuvas;
- vandens filtras po hidrauliniu bloku;
- jungiamieji vamzdžiai iš gofruoto nerūdijančio plieno;
- miltelių pavidalo kalio hidroksidas.
Plokštės turi būti surinktos į vieną mazgą, izoliuotos viena nuo kitos guminėmis tarpinėmis su iškirptu viduriu, kaip parodyta brėžinyje. Gautą reaktorių sandariai patraukite smeigėmis ir prijunkite prie elektrolito purkštukų. Pastarasis yra iš atskiros talpyklos, kurioje yra dangtis ir uždarymo vožtuvai.
Pastaba. Mes pasakojame, kaip pagaminti srauto (sauso) tipo elektrolizatorių. Reaktorių su panardinimo plokštelėmis lengviau pagaminti - nereikia dėti guminių tarpiklių, o surinktas agregatas nuleidžiamas į sandarų indą su elektrolitu.
Vėliau vandenilį gaminantis generatorius surenkamas tokiu pačiu būdu, tačiau su skirtumais:
- Ant aparato korpuso pritvirtinta talpykla elektrolitui paruošti. Pastarasis yra 7-15% kalio hidroksido tirpalas vandenyje.
- Vietoj vandens į „burbuliuką“ pilamas vadinamasis deoksidatorius - acetonas arba neorganinis tirpiklis.
- Prieš degiklį reikia pastatyti atbulinį vožtuvą, priešingu atveju, sklandžiai išjungus vandenilio degiklį, atvirkštinis smūgis sugadins žarnas ir „burbuliuką“.
Ar pelninga gauti vandenilį namuose
Atsakymas į šį klausimą priklauso nuo deguonies ir vandenilio mišinio taikymo srities. Visi brėžiniai ir diagramos, publikuoti iš įvairių internetinių šaltinių, yra skirti HHO dujoms gaminti šiais tikslais:
- naudoti vandenilį kaip degalus automobiliams;
- be dūmų deginti vandenilį šildymo katiluose ir krosnyse;
- kreiptis dėl suvirinimo dujomis.
Pagrindinė problema, pašalinanti visus vandenilio kuro pranašumus: grynosios medžiagos išleidimui reikalingos elektros energijos sąnaudos viršija energijos kiekį, gaunamą iš jos deginimo. Nepriklausomai nuo utopinių teorijų šalininkų, didžiausias elektrolizatoriaus efektyvumas siekia 50%. Tai reiškia, kad 1 kW šilumos sunaudojo 2 kW elektros energijos. Nauda yra lygi nuliui, netgi neigiama.
Prisiminkite, kad mes rašėme pirmame skyriuje. Vandenilis yra labai aktyvus elementas ir pats reaguoja su deguonimi, sukurdamas daug šilumos. Bandydami atskirti stabilią vandens molekulę, negalime energijos tiesiai į atomus. Padalijimas vykdomas elektra, kurios pusė išsiskiria kaitinant elektrodus, vandenį, transformatoriaus apvijas ir pan.
Svarbi pagrindinė informacija. Specifinė vandenilio degimo šiluma yra tris kartus didesnė nei metano, bet - pagal masę. Jei palyginsime juos pagal tūrį, tada, sudeginus 1 m³ vandenilio, bus išleista tik 3,6 kW šiluminės energijos, palyginti su 11 kW metano. Galų gale, vandenilis yra lengviausias cheminis elementas.
Dabar apsvarstykite sprogstamąsias dujas, gautas elektrolizės būdu gaminant naminį vandenilio generatorių, kaip kurą aukščiau išvardytiems poreikiams patenkinti:
- Dėl galutinės įrengimo kainos, mažo našumo ir efektyvumo, deginant vandenilį privačiam namui yra ypač nenaudinga. Bet kurį iš elektrinių katilų - TEN, indukcinį ar elektrodą - lengviau pastatyti, nei „vėją“ matuoklį elektrolizatoriumi.
- Norint pakeisti 1 litrą benzino automobiliui, reikės 4766 litrų gryno vandenilio arba 7 150 litrų detonavimo dujų, iš kurių trečdalis yra deguonis. Pats nuožmiausias išradėjas internete dar nesukūrė elektrolizatoriaus, galinčio užtikrinti panašų našumą.
- Dujų suvirinimo aparatas, deginantis vandenilį, yra kompaktiškesnis ir lengvesnis nei cilindrai su acetilenu, propanu ir deguonimi. Be to, liepsnos temperatūra iki 3000 ° C leidžia dirbti su bet kokiais metalais, degalų įsigijimo išlaidos čia neturi ypatingo vaidmens.
Nuoroda. Norėdami deginti vandenilį katile, turėsite kruopščiai pertvarkyti konstrukciją, nes vandenilio degiklis gali išlydyti bet kurį plieną.
Išvada
Iš namuose pagaminto vandenilio generatoriaus gautas nevyriausybinių organizacijų dujų sudėtyje esantis vandenilis yra naudingas dviem tikslais: eksperimentams ir suvirinimui dujomis.Net jei atmesime žemą elektrolizatoriaus efektyvumą ir jo surinkimo išlaidas kartu su sunaudota elektra, pastato šildymui tiesiog nepakanka produktyvumo. Tai taip pat taikoma lengvojo automobilio benzininiam varikliui.