Водородная сварка: изготовление горелки своими руками и электролизный сварочный аппарат

Водород считается одним из наиболее перспективных топлив как эффективный и экологически чистый энергоноситель. С практической точки зрения горение

Получение[править | править код]

В 1766 г. Генри Кавендиш получил водород в реакции металла с кислотой:

Zn + 2 HCl ⟶ ZnCl 2 + H 2 {displaystyle {ce {Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2}}} .

В лабораторных условиях гремучий газ можно получить электролизом воды в реакции:

2 H 2 O ⟶ 2 H 2 + O 2 {displaystyle {ce {2H2O -> 2H2 + O2}}} .

Когда происходит горение?

Горение -это химический процесс, в котором молекулы и атомы объединяются, при этом выделяется энергия в виде тепла и света. Чтобы что-нибудь сжечь вам потребуется две вещи – топливо как источник горения (например, лист бумаги, кусок дерева и т. д.) и окислитель (содержащийся в земной атмосфере кислород является основным окислителем). Также нам потребуется тепло необходимое для достижения температуры воспламенения вещества, чтобы начался процесс горения.

Например, рассмотрим процесс сжигания бумаги с использованием спичек. Бумага в этом случае будет являться топливом, газообразный кислород, содержащийся в воздухе будет выступать в качестве окислителя, а температура воспламенения будет достигаться благодаря горящей спичке.

Характеристики

Кислородно-водород воспламеняется при достижении температуры самовоспламенения . Для стехиометрической смеси водород: кислород 2: 1 при нормальном атмосферном давлении самовоспламенение происходит примерно при 570 ° C (1065 ° F). Минимальная энергия, необходимая для воспламенения такой смеси искрой, составляет около 20 микроджоулей . При стандартной температуре и давлении кислородный водород может гореть, если он составляет от 4% до 95% водорода по объему.

При воспламенении газовой смеси , обращенные в водяной пар и высвобождает энергию , которая поддерживает реакцию: 241,8 кДж энергии ( LHV ) для каждого моля из H 2 сожжены. Количество выделяемой тепловой энергии не зависит от режима горения, но температура пламени меняется. Максимальная температура около 2800 ° C (5100 ° F) достигается с точной стехиометрической смесью, которая примерно на 700 ° C (1300 ° F) горячее, чем водородное пламя в воздухе. Когда любой из газов смешивается с превышением этого отношения или когда смешивается с инертным газом, таким как азот, тепло должно распространяться по большему количеству вещества, и температура будет ниже.

Применение[править | править код]

В XIX веке для освещения в театрах использовался так называемый друммондов свет, где свечение получалось с помощью пламени кислород-водородной смеси, направленного непосредственно на цилиндр из негашёной извести, которая может нагреваться до высоких температур (белого каления) без расплавления. В пламени кислород-водородной смеси достигается высокая температура, и также в XIX веке это нашло применение в паяльных лампах для плавления тугоплавких материалов, резки и сварки металлов. Однако все эти попытки применения гремучего газа были ограничены тем, что он очень опасен в обращении, и были найдены более безопасные варианты решения этих задач.

В настоящее время водород считается перспективным топливом для водородной энергетики. При горении водорода образуется чистая вода, поэтому этот процесс считается экологически чистым. Основные проблемы связаны с тем, что затраты на производство, хранение и транспортировку водорода к месту его непосредственного применения слишком высоки, и при учёте всей совокупности факторов водород пока не может конкурировать с традиционными углеводородными топливами.

Модель с двумя фильтрами

Складывается данного типа электролизер для автомобиля своими руками довольно просто. В первую очередь необходимо заготовить четыре листа металла. В данном случае можно использовать оцинкованную сталь. При этом нержавейка для электролизеров также подойдет. После этого устанавливается непосредственно контейнер с водой. Отверстия в нем можно сделать при помощи ножа. Далее, чтобы сделать электролизер своими руками, важно закрепить фильтры. Использовать можно обычный сетчатый тип.

В магазине приобрести его не составит труда. Следующим шагом фиксируется обратный клапан. Для этого контейнер необходимо закрепить на основе. Чтобы сделать это, многие специалисты советуют использовать болты. Далее останется поставить плату толщиной не более 2,3 мм. Следующим шагом фиксируется трубка барботажного типа. При этом важно следить за уровнем воды в контейнере. В последнюю очередь устанавливается форсунка. Затвор в данном случае должен располагаться со стороны платы. Клеммы крепятся только после наклейки прокладки.

Спорные теории[править | править код]

В 1960-е года американский инженер Уильям Роудс (William Rhodes) якобы открыл «новую форму» воды, коммерциализированную Юллом Брауном (Yull Brown), болгарским физиком, эмигрировавшим в Австралию. «Брауновский газ», то есть фактически смесь кислорода и водорода, получаемая в аппарате электролиза воды, объявлялся способным очищать радиоактивные отходы, гореть как топливо, расслаблять мышцы и стимулировать проращивание семян[9]. Впоследствии итальянский физик Руджеро Сантилли (en:Ruggero Santilli) выдвинул гипотезу, утверждающую существование новой формы воды в виде «газа HHO», то есть химической структуры вида (H × H — O), где «×» представляет гипотетическую магнекулярную связь, а «—» — обычную ковалентную связь. Статья Сантилли, опубликованная в авторитетном реферируемом журнале International Journal of Hydrogen Energy[10], вызвала жёсткую критику со стороны коллег, назвавших утверждения Сантилли псевдонаучными[11], однако некоторые другие учёные выступили в поддержку Сантилли[12][13].

Приложения

Освещение

Описаны многие формы кислородно-водородных ламп , например, прожекторы , в которых использовалось кислородно-водородное пламя для нагрева извести до белого каления . Из-за взрывоопасности кислородсодержащего водорода светильники были заменены электрическим освещением .

Кислородно-водородная паяльная трубка

Основы кислородно-водородных паяльных трубок были заложены Карлом Вильгельмом Шееле и Джозефом Пристли примерно в последней четверти восемнадцатого века. Сама кислородно-водородная трубка была разработана французом Бошаром-де-Сароном, английским минералогом Эдвардом Даниэлем Кларком и американским химиком Робертом Хэром в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков. Он производил пламя, достаточно горячее, чтобы плавить такие тугоплавкие материалы, как платина , фарфор , огнеупорный кирпич и корунд , и был ценным инструментом в нескольких областях науки. Он используется в процессе Верней для производства синтетического корунда.

Кислородно-водородная горелка

Гремучие горелки (также известная как факел водорода ) представляет собой окси-газовая горелка , которая сжигает водород (The топливо ) с кислородом (The окислитель ). Он используется для резки и сварки металлов , стекла и термопластов .

Из-за конкуренции со стороны дуговой сварки и других газокислородных горелок, таких как резак, работающий на ацетиленовом топливе, кислородно-водородная горелка сегодня используется редко, но остается предпочтительным режущим инструментом в некоторых нишевых приложениях.

Когда-то для обработки платины использовался кислородный водород , потому что в то время только он мог гореть достаточно горячо, чтобы расплавить металл до 1768,3 ° C (3214,9 ° F). Эти методы были заменены электродуговой печью .

Немного теории

Необходимо отметить, что резонансное разложение воды в газ Брауна – отнюдь не миф, а реальный химический процесс, призванный выделять газообразное горючее из воды. Этот газ получил свое имя в честь изобретателя, который первым попытался вывести эту технологию за рамки экспериментов. Другое название, бытующее в интернете – гремучий газ (гипотетическая формула ННО).

Горючий газ Брауна – это не что иное, как смесь свободного водорода и кислорода, выделяемого из воды путем электролитической реакции.

Вода, чью химическую формулу (Н2О) знают даже дети, — это водород, который полностью окислен. По отдельности данные химические элементы весьма активны, водород хорошо горит и считается энергоносителем, а кислород поддерживает горение. Вот почему расщепить воду, чья цена – копейки, на столь полезные составляющие стало очень популярной идеей.

В результате трудами разных людей на свет появился генератор для получения газа – электролизер. Глубоко не вдаваясь в тонкости процесса, отметим, что вышеозначенный аппарат методом электролиза выделяет из воды газ Брауна, а точнее, смесь кислорода с водородом. Для этого через погруженные в емкость с водой электроды пропускается ток оптимальной частоты. Полученный газ скапливается под водяным затвором и при достижении определенного давления выходит по трубке наружу и может быть использован в разных целях.

Литература[править | править код]

• Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. 2-е изд. Пер. с англ. под ред. К. И. Щёлкина и А. А. Борисова. — М.: Мир, 1968. — 592 с.
• Гельфанд Б. Е., Попов О. Е., Чайванов Б. Б. Водород: параметры горения и взрыва. — М.: Физматлит, 2008. — 288 с. — 700 экз. — ISBN 9785922108980.
• Корольченко А. Я., Корольченко Д. А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х частях. Часть 1. — М.: Ассоциация «Пожнаука», 2004. — 713 с. — ISBN 5-901283-02-3.

Обзоры[править | править код]

• Miller J. A., Pilling M. J., Troe J. Unravelling combustion mechanisms through a quantitative understanding of elementary reactions // Proceedings of the Combustion Institute. — Elsevier, 2005. — Vol. 30, № 1. — P. 43—88. — doi:10.1016/j.proci.2004.08.281.
• Sánchez A. L., Williams F. A. Recent advances in understanding of flammability characteristics of hydrogen // Progress in Energy and Combustion Science. — Elsevier, 2014. — Vol. 41, № 1. — P. 1—55. — doi:10.1016/j.pecs.2013.10.002.

Туристическая газовая горелка BRS-3000T весом 25 граммов для легкохода-эгоиста.

Привет. «Мал, да удал» — можно сказать об этой маленькой, но мощной горелке, подходящей для одного-двух человек. Горелка с непонятным noname-названием BRS-3000T нам обещает:

• 2.7 кВт мощности
• размер в сложенном виде 37х52 миллиметров (со спичечный коробок!)
• диаметр окружности лапок под посуду 85 мимиметров
• наличие некоторого количества теплого лампового титана в конструкции
• и все это в 25 граммах

Не слишком ли хорошо для 20уже 16 баксов? Проверим. Надо сказать, что ближайший конкурент «Fire Maple FMS-F300T», у которого, по-моему мнению, теперь отобрана пальма первенства, стоит в полтора раза дороже.
Вскрываем почтовую коробку из жесткого картона и достаем нашу малютку:

В комплекте есть чехольчик, хотя его нам не обещали. Приятно.

Поразглядываем горелочку: Из титана штамповкой выполнены «ноги» и их основание, на этом титан в конструкции заканчивается. С весом и размером не обманули, все честно Рассекатель пламени и сетка из нержавейки, остальные детали из алюминия и латуни, точно такие же, как на ряде китайских изделий подобного плана. Рассекатель имеет хитрые направляющие, якобы закручивающие пламя против часовой стрелки. В результате мы, в теории, получаем небольшой плотный факел, что важно при использовании небольшой посуды. Рассекатель выполнен штамповкой, края «лопастей» довольно острые, с заусенцами. Это единственная претензия к качеству изготовления, и, судя по фото продавца, это не проблема конкретного экземпляра. Впрочем, «на скорость не влияет».

Прикрутим козявку к баллону и подожжем. Пламя легко регулируется в широких пределах. На максимуме звук как у ракеты Все стандартно. Небольшое видео:

Для тестов возьмем с полки свеженький баллон с качественным содержимым…

… и поставим кипятиться один литр воды комнатной температуры. Кастрюлька стоит довольно устойчиво, но важно прикрутить горелку на баллон посильнее, так как встроенное резиновое колечко, необходимое для герметизации, слегка играет и пружинит, из-за чего кастрюлька может шататься.

Пламя обволакивает все дно посудины:

Литр закипел за 4 минуты и 42 секунды, затрачено 14 граммов газа. Неплохо.

Возьмем видавший виды довольно известный радиаторный котелок на литр от конторы Fire Maple. Упс:

Поставить лапы горелки внутрь радиатора не получится. А жаль. Но, принимая все меры предосторожности, ставим котелок и ждем кипения. Пламя абсолютно полностью засасывается внутрь радиатора даже при максимальной мощности:

Долго ждать не пришлось. Результат — 3 минуты и 48 секунд, затрачено 10 граммов газа. Пламенный привет джетбойлам, мы их, считай, догнали. Жаль, что нормально установить этот котелок без напильника невозможно. Скорее всего, решу вопрос приложением рук. Напомню, что диаметр окружности лапок под посуду равен 85мм., т.е. нужен радиаторный котелок с отверстием диаметром больше этого значения.

Так как горелка у нас для одного-себя-любимого, попробуем вскипятить половину литра воды в обычной кружке «три пятерки», а заодно посмотрим, как ведет себя козявка в работе на небольшую посуду:

Получается очень неочень, в максимальном режиме языки пламени выходят далеко за пределы сосуда и мы греем воздух и ручку кружки, да так, что одного слоя полотенца мало для того, чтобы снять кружку.

На половину литра в маленькой высокой кружке ушло 3 минуты 40 секунд и 11 граммов газа. Сравните с 14 граммами расхода при кипячении целого литра в простом котелке с несколько бОльшей площадью дна. Для оценки этого соотношения я использовал крышку от литрового котелка на кружке на фото выше.

Я попробовал повторить опыт с кружкой, но не стал выводить горелку на максимальный режим. Настроил пламя так, чтобы оно не выходило за пределы кружки. Результат: 5 минут и 7 граммов газа.

Все эти опыты показывают, что правильная кастрюлька рулит и позволяет экономить до 50% газа: Но не очень понятно, как повела бы себя эта кружка при установке на более традиционные горелки с кольцевым рассекателем. Уж не хуже ли? К сожалению, на этот вопрос я не могу сейчас ответить.

Для интереса поставил на горелку три литра воды. Нормально, держит, чуть пошатывается, но, как мне думается, это максимальный разумный предел этой малютки.

После всех издевательств я получил лишь радужные следы побежалости на титановых лапках в тех местах, где горелка раскаляла их до красна. Сам рассекатель остался как новый, что тоже порадовало.

Подытожим. Плюсы:

• вес
• цена
• мощща!
• титаниум
• чехольчик!1
• компактность
• общее качество изготовления

Особенности:

• требует аккуратности в обращении, как и любая подобная баллонная микрогорелка
• пятилитровую бадью не водрузишь.
• нет предварительного подогрева газа, посему не рекомендую использовать ее в холодное время года.
• тщательнее выбирайте кастрюльку! Впрочем, это справедливо для любой горелки.
• добавлено
  11.12.2014, 02.20:
  

  не стоит требовать невозможного. Этот свисток годится в качестве аварийного варианта, основной горелки на коротких вылазках или в качестве замены термоса на привалах и велопокатушках, а так же кофейку забодяжить с утра, лежа в спальнике. Для этих целей он удобен и достаточен, а стограммовый баллон в сочетании с этой малюткой позволят не замечать такое комбо в рюкзаке вообще. В остальных случаях я выберу бензин.

Минус:

• заусенец на рассекателе

Всем спасибо. За фотографии прошу не ругать, фоткал на крышечку от баллона.
Добавлено 18.01.2015:

С радиаторной кастрюлей на 1.6 литра совместимость гораздо лучше. Конструкция устойчива и надежна. Время закипания литра составило поразительные 2 минуты 50 секунд, а расход газа получился равен 9 граммам.

Ссылки[править | править код]

• Опыты с гремучим газом

Как получить водород в домашних условиях?

На просторах интернета легко можно отыскать чертежи и схемы самых разнообразных самодельных установок, позволяющих выделять из воды газ Брауна. Если отфильтровать информационный мусор, относящийся к этой теме, то выяснится, что у себя дома вы сможете получить водород двумя путями. Первый – это приобрести готовый электролизер, таковые уже имеются в продаже. Одна беда – цена их слишком высока, а величина КПД неизвестна.

Покупая водородный генератор, надо понимать, что он не станет для вас панацеей в плане отопления. Цена оборудования и потребляемой электроэнергии получится выше, чем простой электрический нагрев воды, так что об окупаемости речи не идет.

Можно в качестве эксперимента сделать генератор газа Брауна своими руками, позволяющий выделить небольшое количество горючего. Использовать его для обогрева здания вряд ли получится, а вот на питание небольшой горелки для плавления металла вполне может хватить. Для начала надо изготовить электролизер, представляющий собой емкость с водой, куда погружены электроды. Чем больше площадь поверхности электродов, тем выше производительность установки. Подойдут стальные пластины произвольного размера, прикрепленные к основанию из диэлектрика. Рабочая схема аппарата показана на рисунке:

Электроды опускаются в герметично закрытую емкость с водой, куда для улучшения реакции добавлена обычная соль. Через крышку выводится трубка для газа, идущая во второй сосуд, являющийся водяным затвором, он наполняется водой на 2/3.

Вторая трубка, выходящая из этой емкости, подключается к горелке. Напряжение на электроды лучше подавать с помощью автотрансформатора, контролируя его величину мультиметром. Как собрать мини-генератор газа Брауна своими руками, показано на видео:

Внимание! Если вам удалось добиться сколько-нибудь значительной производительности установки, горелку к трубке следует подключать через обратный клапан, чтобы избежать обратного удара и взрыва.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.