Газ Брауна или сжигаем водород

Сегодня, использование газа Брауна или "гремучего газа" для реализации потребностей энергообеспечения, - наверное самый привлекательный способ решить задачи энергообеспечения. Но несмотря ни на что, есть множество сторонников и противников этой технологии. Противники в первую очередь оспаривают целесообразность, и теоретически они правы. Приверженцы технологии доказывают энергоэффективность этих устройст и тоже по-своему правы, так где же найти тот самый стержень целесообразности?

А оказывается, все намного проще чем может показаться с первого взгляда. Дело обстоит  в том, что какие бы мы не пытались использовать источники или системы альтернативного энергообеспечения, мы никогда не получим того самого КПД выше единицы, и это правда. Попросту говоря с явно доказанной физикой бороться глупо. Но и в то же самое время, есть иной пордход, или иной взгляд на вещи.  Очень часто преверженцы традиционных методов физических процессов, отрицают любую возможность использования альтернативных способов энергообечспечения, и наверное они правы по-своему. И если с ними согласиться раз и навсегда, тогда у нас нет иного пути как к гибели человечества.

Ведь совсем недавно многие именитые физики отрицали возможность реализации электромобиля, гелио энергоснабжения, не говоря уже обэнергии приливов и отливов. Так по какой причине мы должны отказаться от возможности использовать другие способы получения и использования энергии, помимо той, которая обогащает некоторых особей этого мира.

Так вот, позвольте громко заявить, что использование Газа Брауна или водорода (гремучего газа) для отопления бытовых систем, - вполне возможно. Сразу спешу заметить, что как и все остальные системы альтернативного энергоснабжения, - эта система будет так же зависеть от множества факторов. Кроме того, она так же потребует совокупности альтернативных возможностей. Попрросту говоря, надо будет собрать все умения альтернативной энергетики для того, чтобы воспользоваться этой возможностью.

И так, ближе к делу.

В сети множество предложений, но каждый Аматор, который сталкивается с изготовлением обычного электролизера, попадает под давление информации о различных его вариантах, и первое на что натыкается, это ячейка Стенли Мейера. На этот раз мы его конструкцию опустим. И вспомним немного истории (об этом в конце статьи). Обратите внимание на входное (нижнее) и выходное (верхнее) отверстие.

Да именно конструкцию этих электролизеров возьмем за основу. Теперь рассмотрим конструкцию , этих электролизеров (биполяр, материал электродов - стальные листы, электролит - раствор щелочи, питание постоянный ток). А конструкции из сети предлагают, материал нержавеющую сталь. Промышленные электролизеры делают с никелем. Но в бытовых условиях нержавеющая сталь тяжела в обработке, никель дороговат. Еще вопрос срок эксплуатации, для этих целей мы выбираем материал. Бытовые электролизные установки ХХ века, работали весьма долго, так что остановим наш выбор на стальных листах, толщиной 0,8 -1 мм.

Теперь, рассмотрим что происходит между электродами, проходит ток и образуются пузырьки 0(кислорода) и Н (водорода), то бишь газообразное вещество, естественно и растет внутреннее давление. Эффективность зависит от площади пластин и электролита между ними. Через образовавшийся газ ток не идет. Если внимательно изучить конструкции предлагаемых электролизеров, то входное отверстие с выходным по объему равны.

Я всегда себе задавался вопросом почему, и в пользу эффективного электролиза ни нашел ни одного ответа. Что же происходит, а происходит загазованность электролизера и уменьшение площади электролиза, увеличение внутреннего давления и как одно из побочных явлений - нагрев электродов, не говоря уже об уменьшении эффективности производства газа.

Есть выход, который я нашел у химиков. Они тоже делают электролизеры. Правда газ у них побочное явление. Результат получился следующий на площадь 100 х 100 мм (10 000 кв.мм) электрода, вход (64 кв.мм), а выход (384 кв.мм). 1:6 это оптимальная пропорция. Естественно и конструкция электролизера получилась следующая.

Наглядно подсоединение к емкости для электролита будет выглядеть так.

И еще, уровень электролита в спокойном состоянии должен быть выше уровня электролизера. Это обеспечит при выключенной ячейке, полное покрытие электродов электролитом. Четыре толстых выводных патрубка обеспечит выход образовавшегося газа и электролита без создания излишнего давления в ячейке. (У химиков есть еще и отвод электролизного раствора ниже уровня патрубков выхода газа). Электрический насос обеспечит хорошую "проточность" в ячейке, пузырьки образовавшегося газа будут смываться под действием напора электролита, что позволит избежать лишнего нагрева системы, и большую площадь электролиза и в целом эффективность классического электролиза.

Далее давайте рассмотрим конструкцию расширительного бачка. Практически все аматоры, используют первую более менее подходящую емкость. Но мы его собираемся устанавливать на автомобиль, а он как известно движется (ускорение, торможение, тряска, углы наклона). А из расширительного бачка нам нужно получать на выходе газ, а не аэрозоль электролита. Изучая различные конструкции пришел к оптимальному решению. Делается из сантехнической трубы и заглушек, детали на рисунке.

Далее рассмотрим как все таки правильно сделать Саму Ячейку ННО. Этот вариант может быть только оптимальным. Надо учесть что мы будем ее устанавливать на авто и т.д. Как делать пластины мы рассмотрели выше, а сейчас рассмотрим как собрать их в единое изделие. К слову ничего нового мы не изобретаем. Что нам известно о классах электролизеров БиПоляр +////////- и МоноПоляр +-+-+-.
так вот самая оптимальная конструкция это батарея ННО +- -+ +- -+ +- -+ из последовательно соединенных МоноПоляров. см. рисунок.

.

Хочу обратить внимание что электроды меду секциями должны быть не противоположные. К слову у С.Мейера его трубы в ячейке соединялись последовательно имея общий электролит (воду) а то что на всех сайтах и картинках рисуют ошибка или намеренное введение в заблуждение. В нашем варианте я предлагаю делать в варианте сухого электролизера, только секции отделять куском пластика в виде пластины или батареи только вывод с каждой ячейки отдельный.

Что это нам дает? спросите вы, я просто предлагаю вспомнить физику в разделе расчета емкостей конденсаторов и сопротивления резисторов в призме последовательного и параллельного соединения. Попробуйте сделать и сравните результаты.

Бытовые электролизеры ХХ века

Это далеко не новое открытие, просто раньше никто массового не использовал кислородно-водородную смесь в быту, не добавлял полученный газ методом электролиза из воды в воздухозаборник автомобиля. А те кто попробовал, большой огласке, полученные результаты, не придавали.

Установка на рабочее месте расширяет творческие возможности мастера при выполнении работ: пайка твердым припоем, изготовление, ремонту ювелирных изделий и многое другое... Установка является безопасной и высокоэкологической, так как при сгорании газов получается просто перегретый водяной пар, не имеющий цвета и запаха..

Основная часть устройства электролизера состоит из ряда герметических полостей, образованных из стальных пластин — электродов, раз-деленных резиновыми кольцами и сжатых пластинами (стенки), выполненными из оргстекла. Герметизация набранного пакета, таким образом, осуществляется четырьмя шпильками. Внутренняя часть электролизера (полости) наполовину заполнена водным раствором NaOH или КОН.

Приложенное к пластинам-электродам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода. Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, из нее в водный затвор, которые сделаны из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок (баллончики завода "Северный пресс” г. Ленинград). Газ, прошедший через водный затвор, где смесь воды с ацетоном в соотношении 1:1 приобретает необходимый для горения состав, и отведенный другой трубкой в форсунку в медицинский шприц с иглой, сгорает у ее выходного отверстия с температурой порядка 1800° С, так работает электролизер. Конструкция установки проста. Стенки электролизера выполнены из оргстекла толщиной 25 мм, химически стоек к электролитам и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.

Пластины-электроды изготовлены из нержавеющей стали любой марки, толщиной 0,6—0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5—6 мм должна быть 2—3 мм.

Кольца, предназначенные для герметизации внутренней полости и электрической изоляции пластин, вырезаются из листовой кислотоупорен или маслобензостойкой резины. Все детали соединяют с помощью четырех шпилек М8, изолированных полихлорвиниловой трубкой.

Количество пластин-электродов в сборе — 10. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением — из расчета 2 В на пластину. Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В работе лучше применять 4—8%-ный раствор электролита, при работе он не так сильно пенится.

Выводы с электронаконечниками припаиваются к первой и трем последним пластинам. В качестве источника питания можно использовать выпрямитель, описанный в книге (совет 16). или стандартное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5 А, которое обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки-иглы с внутренним диаметром 0,6 мм- Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролиза устанавливается опытным путем так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горениеначнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.

Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является водяной затвор, который выполнен из полупрозрачного материала и позволяет контролировать уровень жидкостей в водяном растворе. Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать, по окончании работы следует сразу же отсоединить трубку от электролизера. Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок диаметром 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней части баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водного затвора и слив конденсата из разделительной емкости.

Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой диаметром 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю — с водным затвором, а его выходной штуцер с более длинной трубкой (шланг) с форсункой—медицинский шприц с иглой. Внутрь рукоятки (шприца) помещается огнегасительная набивка — латунная сетка, свернутая в спираль.

Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ. Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного раствора, если залить в водяной раствор метиловый спирт, можно поднять температуру факела до 2600° С, для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1:1.

Еше Вариант, (тоже история) .

Огонь из воды. Электролизер! В том, что нескольких литров воды достаточно, чтобы получить высокотемпературное пламя (2000° С), убедится каждый, ознакомившись с описанием устройства разработанного мною электролизера. Большая температура факела обеспечивает паяние черных и цветных металлов практически любыми тугоплавкими припоями или самим металлом (сварка). Высокая концентрация тепла в узком пятне позволяет прожигать, например, в тонкой листовой стали отверстия 02 мм и более, вести термическую обработку инструмента, выполнять фасонный раскрой тонкой листовой стали. "Водяной" горелкой можно обрабатывать эмали, керамику, стекло, в том числе кварцевое. Для этого, правда, температура факела увеличивается на 5000° С (способ здесь не описывается). Получаемый факел бесшумен, отсутствие углерода в его составе обеспечивает бездымность. В качестве отхода горения образуется просто перегретый водяной пар, не имеющий цвета и запаха. В расчете на изготовление прибора силами любого умельца предлагается предельно простая конструкция, в которой нет баллонов, редукторов, вентилей и сложной горелки.

Основная часть устройства - электролизер; он состоит из ряда герметических полостей, образованных электродами, прокладками между ними и платами. Герметизация набранного таким образом пакета осуществляется стяжкой болтами. Через заливную трубку полости заполняются электролитом; уровень его ограничивается верхним торцом трубки.

Отверстие, находящееся в нижней части каждого электрода, служит для равномерного заполнения электролитом каждой полости. Нижний патрубок предназначен для опорожнения полостей. Обе трубки герметично закрываются. При электролизе образующаяся газовая смесь кислорода и водорода через отверстие, находящееся в верхней части каждого электрода, направляется в отстойник, разделенный на две части перегородкой. Из него смесь поступает в водяной затвор через штуцер и шланг, барботирует (проходит) через слой воды и по шлангу поступает в горелку. Не менее важная часть устройства - водяной затвор. Он служит для отделения подводящего и отводящего газ шлангов столбом воды высотой 120 - 150 мм, через который газ барботирует.

Затвор надежно защищает электролизер от случайной вспышки газа в шланге горелки. Его корпус изготовлен из металлической трубы O100 мм, заваренной с обоих концов. Через патрубок заливается вода до верхнего контрольного уровня. Кран находится на нижнем продольном уровне. Решетка служит опорой фильтра, изготовленного из любого гранулированного негорючего материала. Фильтр предотвращает унос влаги газом. Газоприемная трубка заканчивается обратным клапаном обычней конструкции.

В корпус вмонтирован также обратный клапан с раструбом, срабатывающий при случайной вспышке газа. Автоматический выключатель напряжения - самодельный. Он состоит из корпуса, контактора и резиновой груши. Полость последней соединена с полостью водяного затвора. При превышении давления в системе груша раздувается и нажимом на рычаг контактора отключает прибор от электросети. Электросхема выпрямителя состоит из следующих элементов: лабораторный автотрансформатор - ЛАТР 2 кВт, трансформатор понижающий 220/65 В, мост на диодах на 15 А (любой конструкции), плавкий предохранитель на 20 А, амперметр (шкала не менее 15 А), вольтметр. Выпрямитель подключается к электролизеру биполярно, как указано на схеме.

Рассчет и изготовление

В соответствии с законом Фарадея при электролизе количество выделенного вещества пропорционально силе тока. Теоретически каждые 28,7 А дают 11,7 л водорода и 5,85 л кислорода. Практически выход по току никогда не бывает 100%. Падение напряжения на каждой паре электродов (расчетное) составляет 2 В. Плотность тока на 1 дм 2 площади электрода зависит от времени непрерывной работы электролизера и составляет от 2 до 5 А. Простота конструкции позволила сократить количество основных деталей до трех: электрода, прокладки, платы. Электрод - листовое декапированное или трансформаторное железо 250 X 250 мм толщиной 0,3-0,5 мм (32 шт.).

Прокладка - резина средней твердости (фланцевая) ; кольцо O220 X 0 250 мм, толщина - 4-6 мм (31 шт). Плата - любой- изоляционный материал (листовой) 300 X 350 мм, толщина не менее 20 мм (2 шт.). Стяжные болты - М12 из стали 45, длина - по месту (не менее 4 шт.). Электролитом служит 22% раствор едкого натра (NaOH) в дистиллированной воде. По мере его расходования (общее количество 4 л) добавляется в электролизер только дистиллированная вода. Перед заливкой электролита нужно испытать герметичность собранного электролизера, заполнив его под давлением водой из городского водопровода; малейшие подтеки тщательно устраняются.

При работе электролизера нельзя допустить нагревания электролита выше 65°. Ввиду постоянства состава газовой смеси, выдаваемой электролизером, упрощаются и требования к горелке. Ею может быть обыкновенная инъекционная игла от медицинского шприца, точнее, набор игл разного диаметра, от 0,3 до 1 мм. Игла крепится на конусе штуцера рукоятки так, как и на шприце. Рукоятка горелки представляет собой отрезок трубки, к которой через штуцер и шланг подводится газ от водяного затвора. Внутрь рукоятки помещается огнегасительная набивка в виде мелкой металлической дроби и сетки. В качестве шлангов используется хлорвиниловая трубка O4-5 мм.

Рекомендации по технике безопасности

Следует помнить, что смесь водорода с кислородом, выдаваемая электролизером, - взрывоопасна! Однако сам прибор при тщательности его исполнения и аккуратности работы с ним никакой опасности не представляет. Это достигается тем, что отсутствуют промежуточные емкости значительного объема; газ нигде не накапливается: сколько его вырабатывается, столько же одновременно потребляется факелом.

Однако категорически недопустимо заполнять получаемой газовой смесью какие-либо емкости для любых технологических целей, и тем более надувные детские летающие шары. Ни в коем случае нельзя также проверять герметичность соединений в конструкции электролизера пламенем свечи, спички и другим открытым огнем; недопустима и работа без заливки воды до верхнего контрольного уровня в водяном затворе или без систематической проверки наличия в нем воды, залитой перед началом работы. Опасно также снижение уровня электролита. Нужно постоянно добавлять дистиллированную воду по мере расхода электролита.

При изготовлении электролита следует работать в защитных очках и резиновых перчатках. Гасить рабочий факел пламени нужно не выключением электропитания, а опусканием иглы в емкость с водой, иначе последует перегрев иглы и она выйдет из строя. Оператор должен работать с горелкой в светозащитных очках. В заключение несколько слов о перспективах. Конструкторам известно о том, что нет машин, аппаратов, приборов, не поддающихся совершенствованию. Это относится и к электролизеру. Здесь можно, например, в выпрямителе обойтись без ЛАТРа и трансформатора, без снижения эксплуатационного качества; в самом электролизере - без резиновых или иных прокладок; режим работы перевести в непрерывный; повысить температуру факела с 2000 до 3000°.

На бывшей территории СССР немало мест, сезонно отрезанных бездорожьем или слишком отдаленных от баз снабжения. Для работающих в таких условиях автор разработал модель электролизера, выдающего газ под давлением, специально для выполнения разовых, например аварийных, работ с большой мощностью факела. Надеюсь совместно с заинтересованными читателями провести широкую проверку этой, как мне кажется, перспективной, разработки.

Техническая характеристика электролизера

Напряжение питающей сети, В - 220 Потребляемая мощность (регулируемая), Вт - до 1000 Потребление воды при максимальной мощности, г/ч - 60 Рабочее давление (регулируемое) газа, атм - до 0,3 Выход газа при максимальной мощности, л/ч - до 150 Максимальная тепловая энергия пламени, ккал/'ч - 500 Коэффициент преобразования электрической энергии в химическую - 0,7 Состав смеси (кислород и водород в точном соотношении) - 1:2 Размер факела пламени (игловидный) максимальный диаметр - до 5 мм максимальная длина (регулируемая) - до 150 мм Температура стабильного игольчатого факела - 2000°.

Схема электролизера:

1 - плата, 2 - прокладка, 3 - электроды, 4 - стяжной болт, 5 - отверстие для газовой смеси, 6 - отстойник с перегородкой, 7 - штуцер, 8 - шланг, 9 - корпус водяного затвора, 10 - газоприемная трубка затвора, 11 - корпус автовыключателя, 12 - контактор, 13 - резиновая груша, 14 - шланг к горелке, 15 - рукоятка горелки, 16 - огнегасящая набивка, 17 - полая игла, 18 - обратный клапан, 19 - водяной столб, 20 - кран нижнего уровня воды, 21 - заливной патрубок, 22 - решетка фильтра, 23 - фильтр, 24 - аварийный обратный клапан, 25 - раструб, 26 - сливной патрубок отстойника, 27 - сливной патрубок для электролита, 28 - заливная трубка, 29 - винтовая пробка, 30 - электролит.

------

Читайте ЕЩЁ больше о газе БРАУНА и его применении:
- ВОДОРОД как вид бытового топлива.
- Газ Брауна: состав электролита
- Что делает газ Брауна уникальным?
- Отопление дома газом Брауна (водородом)