ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ На діючу модель «Водневий генератор»

Міністерство освіти і науки України

СТАНЦІЯ ЮНИХ ТЕХНІКІВ

                                       ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ

На діючу модель «Водневий генератор»

Модель виготовлена на заняттях гуртка

«Юні конструктори приладів РЕА»

Паньків Іван Валентинович група 2-Б ІАТФК

Керівник гуртка: Петрусенко О.Ф.

м. Ізмаїл, 2016 р.

Вступ

Водень - перший елемент періодичної системи елементів, найпоширеніший елемент у Всесвіті, найлегший газ, відомий людині. Водень при суміші з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш - так званий гримучий газ. У зв'язку з його властивостями він вважається одним із найбільш перспективних палив як ефективний та екологічно чистий енергоносій. Питома теплота згоряння водню у кілька разів перевищує питому теплоту згоряння вуглеводневих палив. Тому цей експонат є не лише наочним, а й корисним у побуті та на виробництві. Цей пристрій може бути засобом для газового зварювання різних матеріалів, зокрема багатьох видів скла. У майстерні він стане незамінним атрибутом, користь, компактність, економічність та ефективність якого будуть його основними перевагами.

Опис та принцип роботи

Водневий генератор, який я використовую для газозварювання, складається з наступних вузлів: блок живлення, камера генерації воднево-кисневої суміші (реактор), гідрозатвор, збагачувач, система для подачі газової суміші, пальник (мал.1) Власне, газ, що утворюється на виході, є гримучим, тобто водень + кисень. Також є домішки бензину або гасу, тієї рідини, яка залита в збагачувач для підвищення температури горіння всієї суміші.      

 Принцип роботи полягає в тому, що при проходженні струму через електроліт, який є розчином їдкого калію, відбувається процес електролізу, який описується реакцією: KOH + 2H2O = 2H2 + O2 + KOH. При цьому водень і кисень випаровуються, а КОН залишається в камері. У цьому і є головний плюс схеми: як паливо використовується звичайна дистильована вода, її запас у камері потрібно поповнювати внаслідок витрати на газовиділення. Фактично під дією електричного струму вода розкладається на кисень та водень у молярному відношенні 2:1.

Далі, газ проходить через гідрозатвор – пристрій для захисту робочої камери від вибуху при випадковому проскакуванні полум'я через пальник та збагачувач (мал.4). Він є запаяною з двох сторін трубку з нержавіючої сталі з двома більш тонкими трубками, одна з яких опущена біля дна, а інша - запаяна зверху. Трубка на три чверті заповнена водою, через стовп якої полум'я не вдасться пробратися назад у реактор. З гідрозатвору гримучий газ надходить у збагачувач, що має конструкцію аналогічну гідрозатвору, який, на відміну від попереднього, заповнений бензином або гасом.

Наступним етапом буде проходження газу через сполучні шланги, трубки контролю за рівнем електроліту, виділенням піни. У результаті гримуча суміш спалюється у вигляді вузького, спрямованого потоку полум'я різного забарвлення – від синьо – білого до помаранчевого.

Конструкція

     Вузол живлення системи виконаний на лабораторному автотрансформаторі (ЛАТР); випрямний міст KBU25-1000 та електроліти ємністю 500мкф доповнюють конструкцію, випрямляючи та згладжуючи змінну складову. Блок живлення здатний видавати напругу 46-55В при струмі близько 10А, необхідне для роботи камери в номінальному режимі (мал. 2). Наступним і найвідповідальнішим елементом буде електролізний осередок, вона ж камера. Це найскладніший у виконанні вузол водневого генератора, витрати на який повністю окупили себе. Він складається з таких запчастин: пластини-тримачі, виготовлені з 15-ти міліметрової фанери у вигляді квадрата зі стороною 25см, пластин-електродів, які були вирізані в кількості 21штиз нержавіючої сталі, що містить титан, гумових кілець діаметром 125мм та товщиною 6мм (мал. 5).

Для початку, трохи відомостей про пластини-електроди: для поставлених цілей потрібна була нержавіюча сталь, яка здатна була б працювати за досить високих температур і в їдкому середовищі. Сталь, з якої випускали баки для пральних машин СРСР, цілком підійшла. Пластини необхідно нарізати квадратами зі стороною 150мм, просвердливши в них отвори діаметром 5мм на відстані не менше 5мм від внутрішньої сторони гумових кілець, про які я розповім нижче. Один отвір (нижній) служитиме для наповнення лугом простору між двома сусідніми пластинами-електродами. А друге, верхнє, для відведення гримучого газу назовні (мал. 4).

Щодо гумових кілець, їх вибір повинен відповідати наступним вимогам: довговічність, здатність працювати в режимах з підвищеною температурою, агресивністю середовища. Вибрані гумові кільця ущільнювачів круглого перерізу для гідравлічних і пневматичних пристроїв ГОСТ 9833-73, які відрізняються найбільшою простотою і компактністю, забезпечують двосторонню дію розміром 115-125-58-2-2 (125х5,7). Крім того, потрібно припаяти до однієї з крайніх пластин дві трубки діаметром 3-4мм для затоки лугу та виведення газу, як згадувалося вище. Інша крайня пластина має залишатися цілою, без отворів.

Для безпечної та стабільної роботи в першу чергу необхідно виготовити гідрозатвор, який не повинен пропустити полум'я, яке може спалахнути в трубці для подачі газу в пальник при його зворотному проскакуванні. У моєму випадку корпус гідрозатвору (як і збагачувача, який має таку ж будову) виконаний зі сталевої трубки, яку мною надійно запаяно знизу і зверху. Зверху запаюються дві трубки в тому алгоритмі, який вказувався спочатку.

Електроліт повинен бути досить високою чистоти, його слід розводити в дистильованій воді подвійної перегонки, додаючи в останню потроху їдкий калій (КОН) теж високої чистоти. Мною був використаний калій, який застосовується для хімічних аналізів. Концентрація для кожного зі схожих пристроїв своя, вона коливається в межах 12-15%. Виведена досвідченим шляхом концентрація забезпечувала мінімальне нагрівання камери і мізерне виділення піни при зазначеному вище робочому струмі дорівнювала 13,5%.

Пальник, один з найчастіше зношуваних вузлів даної конструкції, може бути виготовлений в домашніх умовах (як у моїй конструкції) з відрізка мідної трубки діаметром 8мм довжиною 250-300мм, двох невеликих відрізків теж мідної трубки діаметром 4мм, 60мм завдовжки (мал. 6). Усі діаметри є зовнішніми, внутрішній діаметр не є критичним. Трубки 4мм герметично припаюються з двох сторін до основної, до однієї з них приходитиме газ, а до другої буде прироблена форсунка. Для запобігання зворотному удару слід встановити в пальник «сухий захист». Для цього потрібно кілька метрів мідного дроту діаметром 0.010мм, грудками якого потрібно утрамбувати весь внутрішній простір пальника. Як форсунка підійде голка від одноразових шприців. Монтаж вихідної системи можна виконувати трубками з силікону або вінілу, підійдуть трубки від системи для крапельниці, всі з'єднання потрібно робити якомога щільніше, при необхідності герметизувати. Допустима довжина трубки для виведення газу до пальника повинна перебувати в межах 1-3м, це обумовлено тим, що при дуже малій довжині буде незручно працювати, якщо апарат використовується для газозварювання, у тому числі буде чималий ризик випадкового підпалу полум'ям вибухонебезпечних частин генератора. При довжині трубки більшої 3м буде ризик детонації залишкового гримучого газу всередині неї. Таким чином, товщину та довжину потрібно підбирати виходячи з потужності апарату, для максимальної зручності та безпеки в експлуатації. Перед включенням приладу в електромережу необхідно перевірити рівень електроліту (відкрити клапан для подачі електроліту та від'єднати трубку для виведення газу від гідрозатвору). Це потрібно для нормалізації внутрішнього і зовнішнього тисків (камера і трубка затоки електроліту утворюють дві сполучені судини, за рівнем рідини в трубці можна судити про рівень електроліту всередині камери).

Після цього потрібно перевірити напругу живлення, воно має бути в межах 46-55В на ЛАТРі.

Правила техніки безпеки під час експлуатації приладу:

1. робота з водневим генератором повинна проводитися в приміщенні, що добре провітрюється;
2. концентрація електроліту має суворо відповідати зазначеній вище;
3. рівень заповнення електроліту має відповідати допустимим межам;
4. напруга живлення пристрою повинна відповідати 46-55В;
5. не допускається робота генератора без рідини у гідрозатворі;
6. при роботі з генератором обов'язково використовувати захисні окуляри зі світлофільтром, щоб уникнути пошкодження зору;
7. прилад повинен бути заземлений.

Мал. 1. Загальний вигляд.

Мал. 2. Блок живлення: на фото ЛАТР та випрямний міст на радіаторі.

Мал.3. Реактор.

Мал.4. Гідрозатвор, збагачувач, сполучні трубки.

Мал.5. Одна з пластин та гумове кільце.

Мал.6. Пальник.