Описание работы водородной

Описание работы водородной "ячейки Мейера"
"Очевидно, что изобретатель из США Стэнли Мэйер разработал электрическую ячейку, которая позволяет разделять обыкновенную водопроводную воду на водород и кислород с гораздо меньшей затратой энергии, чем требуется при обычном электролизе".
Кратко, изобретение представляет собой метод получения смеси водорода и кислорода и других растворенных в воде газов. Лишний раз описывать его не буду. Можно прочесть об этом в Интернете. Для меня так и осталось – каких других, растворенных в воде газов. Которые должны выступать катализаторами?
Коротко процесс можно пояснить рисунком 1.8 . Он заключается в следующем:
Этап A Конденсатор, в котором вода заключена в качестве диэлектрической жидкости между обкладками, включенный в последовательную резонансную схему с дросселем (диэлектрическая проницаемость дистиллированной воды 75…80);
Этап Б К конденсатору прикладывается пульсирующее однополярное напряжение, в котором полярность никак не связана с внешним заземлением, благодаря чему молекулы воды в конденсаторе подвержены заряду той же полярности и молекулы ориентируются по направлению, внешнего к ним, электрического поля, далее растягиваются под действием электрических полярных сил;
Этап В Подбирают частоту импульсов, поступающих на конденсатор, соответствующую собственной частоте резонанса молекулы;

[url=https://servimg.com/view/14768808/479][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 1.8 Метод производства водородно-кислородной смеси.

Дальнейшее поведение молекул рассмотрим на рисунке 1.9 .

[url=https://servimg.com/view/14768808/480][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 1.9 Стадии разрушения молекул воды под действием внешнего электрического поля. Цифры на рисунке соответствуют обозначенным точкам на графике напряжения.

Этап 1 продолжительное действие импульсов в режиме резонанса приводит к тому, что уровень колебательной энергии молекул возрастает с каждым импульсом;
Этапы 2,3 комбинация пульсирующего и постоянного электрического поля приводит к тому, что в некоторый момент сила электрической связи в молекуле ослабляется настолько, что сила внешнего электрического поля превосходит энергию связи, и атомы кислорода и водорода освобождаются как самостоятельные газы;
Этап 4 сбор готовой к употреблению смеси кислорода, водорода и других растворенных в воде газов в качестве топлива.

Теперь вопрос: какой резонанс предполагает автор изобретения? Магнитноядерный? Собственный резонанс электрического контура ячейки?
Естественно, что первый резонанс с его высокими значениями частот отпадает. Механический отпадает точно, без оправданий. Тогда остается только электрический.
Рассказываю далее. Несмотря на скептическое отношение к данному принципу получения горючего газа, был изготовлен источник питания, который полностью соответствовал структурной схеме, приводимой у Мейера.

[url=https://servimg.com/view/14768808/481][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.1. Структурная схема первого варианта блока питания.

Этот вариант не развивал достаточной мощности, не имел датчика тока (пробоя) на вторичной стороне, однако с его помощью мы смогли добиться некоторых результатов. Все слежение за током было на первичной стороне импульсного источника питания. Согласно описаниям патента Мейера трансформатор, Lогр и Lподстр вместе с емкостью электролизера работали в резонансе. Как и упоминалось выше, данная схема не была работоспособна при больших мощностях (свыше 100 Вт). Частота составляла значение 44 кГц и плавала в зависимости от температуры и уровня воды. Вторичное напряжение 1кВ было недостаточно для пробоя дистиллированной воды, поэтому применялась кипяченая вода. Удельное электрическое сопротивление было 972 Ом·м. Замерялось кондуктометром. Форма питающего пульсирующего напряжения четко повторяла ту, что на рисунке 1.8 в. Пробой характеризовался ощутимым на слух щелчком. КПД источника питания составлял 79%. КПД процесса в переводе на тепловую энергию сгорания смеси – 83.5%. Выход газа измерялся по нарастанию давления в свободном объеме электролизера с учетом температуры.
Короче говоря – тупиковая схема.
Следующей схемой была такая. Её структурная схема приведена на рисунке

[url=https://servimg.com/view/14768808/482][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.2. Усовершенствованная схема электропитания генератора горючей смеси.

[url=https://servimg.com/view/14768808/483][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.3. Рост напряжения на электролизёре при работе преобразователя .

В этой схеме введен датчик тока, который гальванически развязан с первичной цепью. Его выход работает на компаратор объединенный с таймером. Таймер генерирует СТОП-импульс определенной длительности. Степень роста напряжения (именно степень, а не скорость, т.е. формирование кривой) на ячейке электролизера формирует индуктивность Lогр. Сам блок питания представлял собой однотактный преобразователь. Базовые элементы UC3842 – задающий генератор, IRF740 – силовой ключ, NE555 – таймер. Остальное по стандартной схеме. Производительность регулируется длительностью паузы. Частота преобразования 80 кГц. Длительность паузы 10мс…0.1с. Контроль параметров велся осциллографом.
Только после многократных испытаний мы заметили, что главным критерием была растущая экспоненциальная форма напряжения, которую формирует индуктивность Lогр.
Датчик тока срабатывал в момент лидера пробоя. Задержка схемы составляла 2 мкс. После этого преобразователь останавливался и разрядный промежуток (стриммер) поддерживался энергией, запасенной в Lогр.
Данная схема показала 30% снижение энергопотребления по сравнению с предыдущей. Однако оставалась сложной в реализации. (Рисунок 2.4) Выход XS1 подключался не электролизатор. Если сравнить с предложенным принципом разрушения молекул воды у Мейера, то мы увидим некоторое сходство. Координальным отличием здесь является отсутствие заполнения ВЧ импульсами

[url=https://servimg.com/view/14768808/484][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.4. Электрическая схема источника питания электролизатора.

[url=https://servimg.com/view/14768808/485][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.4. Предположенный нами механизм разрушения молекул воды.

Условной площади под кривой, как это было к Мейера. С этого момента мы сами себе предложили отказаться от промежуточной ступени импульсного повышающего инвертора. Оставив только Lогр. Схема резко упростилась. Источник питания превратился в ШИМ-регулятор первого рода, с работой которого можно ознакомится по справочной литературе.

[url=https://servimg.com/view/14768808/486][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.5. ШИМ-источник для электролизера. Здесь блок Wh-τ подсчитывает количество пошедшего электричества через ячейку. Осталась функция максимального тока. Обе системы слежения работают на схему ИЛИ, которая управляет силовым IGBT- ключом. Внимание! Источник питания имеет гальваническую связь с сетью, поэтому нуждается в разделительном силовом трансформаторе с изолированной нейтралью, или иметь гальваническое соединение с глухозаземленной нейтралью силового трансформатора. Оба случая в производственных условиях выполнимы.


Схема получилась адаптивной к изменению внутреннего сопротивления воды. Кстати, внутреннее сопротивление воды снижается с ростом температуры. Удельное электрическое сопротивление, Οм·м, при температуре Τ слабых растворов электролитов, в том числе и природной воды, описывается гиперболической функцией от температуры:

[url=https://servimg.com/view/14768808/491][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Здесь ρ293 — удельное электрическое сопротивление при температуре 293 К; αТ — температурный коэффициент электрического сопротивления, отражающий относительное уменьшение электрического сопротивления при возрастании температуры на 1 К.
Для растворов щелочей и солей αТ=0,02...0,035 К-1 кислот
αТ =0,01...0,016 К-1.
В практических расчетах его определяют по упрощенному выражению, принимая для воды αТ=0.025 К-1,

[url=https://servimg.com/view/14768808/492][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Поначалу мы использовали тиристоры, однако их низкое быстродействие не позволяло ограничивать ток только граничным значением тока пробоя. Схема обладала неустойчивой работой. Часто возникал дуговой разряд.
Поэтому было решено применить «быстрые» IGBT транзисторы. Мы использовали IRGBC50UD. В этом мы перекликаемся с исследованиями проводимыми Канарёвым Ф.М. Т.е. Импульс определенной энергии подается на электродную систему, где возникает лидер (электростатический пробой) а затем стриммер – дуговой разряд.
Согласно Канарёву Ф.М. , если смотреть его патент РФ №2228390 «Устройство получения тепловой энергии, водорода и кислорода», мощность импульса, или, вернее, энергия импульса регулируется постоянной времени включения тиристорного ключа. Время зависит от длительности полупрериода колебаний запирающего контура L1C4. При этом напряжение на входе остается неизменным, из чего следует необходимость применения сглаживающего фильтра на выходе силового выпрямителя. У нас этой острой, на наш взгляд, необходимости не было, так как за количеством переданной энергии следила электроника.
Теперь некоторые технические параметры для желающих повторить конструкцию. В первую очередь, рекомендую использовать обычную воду с растворенными солями жесткости. В различных районах России удельное электрическое сопротивление воды лежит в пределах 50…300 Ом·м. Определить в первом приближении, без кондуктометра какое сопротивление можно по определению «мягкая» вода – с высоким удельным сопротивлением, «жесткая» - с низким.
Далее. Электродная система не обязательно должна быть коаксиальной (цилиндр в цилиндре). Некоторые ссылаются на кулоновские силы, однако если отношение межэлектродного расстояния к ширине электрода более 20, то краевыми эффектами можно пренебречь. Если необходимо исключить дуговой разряд на краях пластин, то эти края желательно немного отогнуть друг от друга. Для стабильной работы импульсной электролизной ячейки необходимо обеспечить напряженность электрического поля
Напряженность электрического поля можно определить из рисунка 1.

[url=https://servimg.com/view/14768808/487][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Рисунок 2.6. Зависимость допустимой напряженности от удельного элек-трического сопротивления воды:
1— для начального режима, Т=20градС ; 2 — для установившегося режима, Т=85градС.
Этот график полностью повторяет граничные условия для электродных водонагревателей.
Допустимая плотность тока, А/м2, на электродах, при условии длительной работы без разрушения.

[url=https://servimg.com/view/14768808/493][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Можно принять для нашего случая β=0.45…0.67 – этот коэффициент, по нашему мнению, учитывает поляризацию на границе пузырек газа – электролит.
Минимальная плотность тока, А/м2, на электродах, при разряде:

[url=https://servimg.com/view/14768808/494][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

где kH = 1,1...1,4 — коэффициент, учитывающий неравномерность плотности тока по поверхности электрода; I — сила тока, стекаю-щего с электрода, А; АЭ — наименьшая активная поверхность элек-трода, м2.
Из 8 и 9 находим площадь электродов. Вернее площадь анода. Остальные параметры по расчету электродной систему при пробое жидкости можно посмотреть в Электротехническом справочнике. Т3. кн 2, Использование электрической энергии/Под общ. Ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М. Энергоатомиздат, 1988г – 616с, ил. Страницы 201-265. (Оборудование для электротехнологии).

Вот в принципе и все основные тезисы по которым можно уже что-то делать. Ниже идут картинки внешнего вида тех устройств, которые мы делали.

[url=https://servimg.com/view/14768808/488][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Экспериментальная электролизная ячейка.

[url=https://servimg.com/view/14768808/489][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Полупромышленный образец.

[url=https://servimg.com/view/14768808/490][img][Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Вид со стороны управляемого выпрямителя. Дроссель и силовой ключ не установлены.