Водневий двигун

Створення двигунів на воді і водні

11.09.2015

Воднева енергетика і двигуни внутрішнього згоряння на основі води і водню.
Частина 2

Інша важлива задача водневої енергетики майбутнього – створення двигунів внутрішнього згоряння, що працюють на воді і водні. В наш ХХІ вік такі двигуни — це вже реальність.

Самий широковідомий двигун, розкладає воду на водень і кисень, оснований на електролізі, сконструйований в 1995 році американським винахідником Стенлі Мейром (Патент США № 5149507), хоча повідомлення про подібних двигунах з’являлися і раніше.

Звичайний електроліз води вимагає струму, що вимірюється в амперах, в той час як електролітичний двигун С. Мейєра виробляє той же ефект при милиамперах. Більше того, звичайна водопровідна вода вимагає додавання електроліту, наприклад, сірчаної кислоти, для збільшення провідності; двигун Мэйера-ж діє при величезній продуктивності із звичайною відфільтрованої від бруду водою.

Рис. Електролітичний двигун С. Мейєра.

Електролітичний двигун Мэйера має багато спільного з електролітичної осередком, за винятком того, що він працює при високому потенціалі і низькому струмі. Конструктивно двигун досить простий. Електроди виготовлені з паралельних пластин нержавіючої сталі, що утворюють або плоску, або концентричне конструкцію. Вихід газу залежить обернено пропорційно відстані між ними; пропоноване патентом відстань становить 1.5 мм.

Двигун ініціюється потужним імпульсним генератором, який разом з ємністю клітинки і выпрямительным діодом складає схему накачування. Висока частота імпульсів виробляє поступово збільшується потенціал на електродах осередку до тих пір, поки не досягається точка, де молекула води розпадається і виникає короткочасний імпульс струму. Схема вимірювання струму живлення виявляє цей стрибок і замикає джерело імпульсів на кілька циклів, дозволяючи воді відновитися.

Рис. Електрична схема електролітичного двигуна С. Мейєра

Двигун С. Мейєра розкладає воду на водень і кисень за допомогою комбінації високовольтних імпульсів, при середньому споживанні струму, що вимірюється милиамперами.

На думку самого винахідника, під впливом електричного поля відбувається поляризації молекули води, що приводить до розриву зв’язку.

Рис. Зміни молекул води при роботі установки

Крім цього, при роботі установки електролітичного розкладання води відбуваються наступні ефекти:

-орієнтація молекул води вздовж силових ліній поля;

-поляризація молекули води;

-збільшення довжини зв’язку в молекулах води і їх розрив;

-звільнення газів з установки;

Оптимальний вихід газу досягається резонансної схемою. Частота підбирається дорівнює резонансній частоті молекул.

Для виготовлення пластин конденсатора використовувалася нержавіюча сталь марки Т-304, яка не взаємодіє з водою, киснем і воднем. Почався вихід газу управляється зменшенням експлуатаційних параметрів. Оскільки резонансна частота фіксована, продуктивністю можна управляти з допомогою зміни імпульсного напруги, форми або кількості імпульсів.

Підвищує котушка намотана на звичайному тороїдальним феритовому сердечнику 1.50 дюйма в діаметрі і 0,25 дюйма товщиною. Первинна котушка містить 200 витків 24 калібру, вторинна 600 витків 36 калібру.

Діод типу 1ISI1198 служить для випрямлення змінної напруги. На первинну обмотку подаються імпульси шпаруватості 2. Трансформатор забезпечує підвищення напруги в 5 разів, хоча оптимальний коефіцієнт підбирається практичним шляхом.

Дросель містить 100 витків калібру 24, в діаметрі 1 дюйм. У послідовності імпульсів повинен бути короткий перерву.

Через ідеальний конденсатор струм не тече. Розглядаючи воду як ідеальний конденсатор, енергія не буде витрачатися на нагрів води.

Вода володіє деякою залишкової провідністю, обумовленої наявністю домішок. Ідеально, якщо вода в комірці буде хімічно чистою. Електроліт до води не додається.

У процесі електричного резонансу може бути досягнутий будь-рівень потенціалу, оскільки ємність залежить від діелектричної проникності води і розмірів конденсатора.

Проте, слід пам’ятати, що водень – надзвичайно небезпечне вибухонебезпечне з’єднання. Його детонаційна складова в 1000 разів сильніше бензину.

Інший, абсолютно відмінний по конструкції двигун внутрішнього згоряння, що працює на воді, був розроблений ще в 1994 році нашим винахідником Ст.С. Кащеєва.

На малюнку нижче наведена його конструкція в розрізі.

Двигун внутрішнього згоряння на воді, розроблений винахідником В. С. Кащеєва.

Двигуна внутрішнього згоряння на воді включає циліндр 1, в якому розміщений поршень 2, пов’язаний, наприклад, кривошипно-шатунним механізмом з колінчастим валом двигуна (фіг . 1 ). Циліндр 1 обладнаний головкою 3, утворює спільно зі стінками циліндра 1 і днищем поршня 2 камеру згоряння 4. Подпоршневая порожнину 5 повідомлена з атмосферою. У голівці 3 циліндра встановлені:

впускний клапан 6, повідомляє камеру згоряння 4 з атмосферою при русі поршня 2 від верхньої мертвої точки до нижньої і приводиться, наприклад, від розподільного вала двигуна;

зворотні клапани 7, забезпечують викид в атмосферу продуктів з камери згорання 4 і герметизуючі камеру після здійснення вихлопу.

Камера згорання 4 виконана принаймні з одного передкамерою 8, в якій встановлено приводиться, наприклад, від розподільного валу клапан 9 подачі паливної суміші і свічка запалювання 10.

Після досягнення поршнем 2 верхньої мертвої точки відкривається впускний клапан 6 і цикл повторюється. Викидаються з камери згоряння продукти являють собою зволожене повітря.

Отримання паливної суміші для силової установки транспортного засобу з пропонованим двигуном внутрішнього згоряння може здійснюватися електролізом води в електролізері, встановленому на цьому транспортному засобі.

Інший наш винахідник москвич Михайло Весенгириев, лауреат премії журналу «Винахідник і раціоналізатор», взагалі запропонував використовувати в якості пристрою, розтлінного воду на кисень і водень самий що ні на є звичайний поршневий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Він стверджує, що існуючі двигуни внутрішнього згоряння можна змусити працювати на звичайній воді з допомогою електродів вольтової дуги.

Камера згоряння двигуна на думку винахідника, ідеально підходить для всіх видів впливу на воду, які її викликають дисоціацію і подальше утворення робочої суміші, її займання та утилізацію виділилася енергії.

Для цього винахідник М. Весенгириев запропонував використовувати чотиритактний ДВС (позитивне рішення по заявці на патент РФ № 2004111492). Він містить один циліндр з рідинною системою охолодження, поршень та головку циліндра, утворюють камеру згоряння, випускний клапан, систему подачі електроліту (водного розчину електроліту) і систему запалювання. Система подачі електроліту в циліндр виконана у вигляді плунжерного насоса високого тиску і форсунки з кавітаторів (місцеве звуження каналу). Причому насос високого тиску або кінематично, або через блок управління пов’язаний з кривошипно-шатунним механізмом двигуна.

Система запалювання виконана у вигляді електродів і вольтової дуги, встановлених в камері згоряння. Зазор між ними можна регулювати, а струм на них йде від переривника-розподільника, також кінематично або через блок управління пов’язаного з кривошипно-шатунним механізмом.

Перед пуском двигуна в роботу бак заправляють електролітом (наприклад, водним розчином їдкого натру). Регулюючи катод, встановлюють зазор між електродами. І, включивши запалювання, на електроди подають постійний струм. Потім стартером розкручують вал двигуна.

Поршень від верхньої мертвої точки (ВМТ) переміщається до нижньої мертвої точки (НМТ). Випускний клапан закритий. У циліндрі створюється розрідження. Насос високого тиску забирає з електролітного бака циклову дозу електроліту і через форсунку з кавітаторів подає її в циліндр. У кавітаторів за рахунок підвищення швидкості і падіння тиску до критичного значення відбувається часткова дисоціація води і найтонше розпорошення крапельок електроліту. Потім в камері згоряння за рахунок протікання постійного електричного струму через електроліт відбувається додаткова, вже електролітична дисоціація.

Поршень переміщується від НМТ до ВМТ – такт стиснення. Обсяг, займаний робочою сумішшю, зменшується, а її температура зростає: тепер йде вже термічна дисоціація. Третій такт – робочий хід. Електрод пружиною і кулачково?розподільним валом (кінематично або через блок управління пов’язаний з кривошипно-шатунним механізмом) переміщається до зіткнення з електродом, і запалюється вольтова дуга. Під впливом її тепла робоча суміш в камері згоряння остаточно дисоціює і запалюється. Розширюються гази переміщають поршень від ВМТ до НМТ. Ще до приходу поршня до НМТ переривник-розподільник розмикає контакти, на короткий час перериває подачу постійного струму на електроди вольтової дуги і гасить її. Контакти переривника-розподільника знову замикаються, і постійний струм знову надходить на електроди.

І, нарешті, четвертий такт – випуск. Поршень переміщується від НМТ до ВМТ. Випускний клапан відкриває випускне вікно, і циліндр звільняється від відпрацьованих продуктів. Надалі процес роботи двигуна безперервно повторюється. При цьому циліндр та головку циліндра охолоджуються системою охолодження двигуна. Таким чином, старий-новий ДВС може працювати на воді.

Зараз описані вище конструкції двигунів внутрішнього згоряння на воді, реалізуються на практиці різними західними фірмами. Одні західні великі автовиробники Ford, General Motors, Toyota, Nissan проводять досліди з паливними елементами, в якому водень з’єднується з киснем, створюючи водяна пара та електрика. Інші, такі як BMW і Mazda, реалізують спалювання водню в ДВС.

У таких конструкціях є свої позитивні і негативні сторони. Позитивні — водень володіє набагато більш широким, порівняно з бензином, діапазоном пропорцій змішування з повітрям, при яких можливо згоряння суміші. І водень згорає повніше, навіть поблизу стінок циліндра, де в бензинових двигунах зазвичай залишається незгорілих робоча суміш. Негативні – надбавка у вазі машини при використанні водневої паливної системи, в той час, як в машинах на паливних елементах збільшення ваги (паливні елементи, паливна система, електромотори, перетворювачі струму, потужні акумулятори) — істотно перевищує «економію» від видалення ДВС і його механічної трансмісії. Втрата в корисному просторі менше у машини з водневим ДВС.

Головна ж проблема – як зберігати водень в автомобілі. Найбільш перспективний варіант – метал-гідриди — ємності зі спеціальними сплавами, які поглинають водень в свою кристалічну решітку і віддають його при нагріванні. Таким чином досягається найвища безпеку зберігання і найвища щільність упаковки палива. Але це і самий клопіткий, і дальній за термінами масової реалізації варіант. Ближче до серійного виробництва паливні системи з баками, в яких водень зберігається в газоподібному вигляді під високим тиском (300-350 атмосфер), або в рідкому вигляді, при порівняно невисокому тиску, але при низькій (253 С) температурі.

Наступний важливе питання — спосіб подачі палива в двигун. У цьому плані показовий досвід компанії BMW побудувала в рамках програми CleanEnergy в 1999-2001 роках кілька двухтопливных (бензин/водень) автомобілів. Їх 4,5-літровий V-образні 8-циліндрові двигуни розвивають на водні 184 кінські сили. На цьому паливі (ємність бака складає 170 літрів) автомобіль може пройти 300 кілометрів, та ще 650 кілометрів — на бензині (в машині залишено стандартний бак). Спочатку компанія розвивала впорскування газоподібного водню у впускні труби (перед клапанами). Потім експериментувала з безпосереднім уприскуванням газоподібного водню (під великим тиском) безпосередньо в циліндр.

За прогнозами західних автомобілебудівників в наступні три роки водневі заправки побудують у всіх західноєвропейських столицях, а також на найбільших транс’європейських магістралях. В 2015-му на дорогах їх буде вже декілька тисяч таких автомобілів. В 2025 році чверть світового автопарку буде працювати на водні.

Літ. джерела: « Воднева енергетика» : Легасов Ст. А. 1980, Атомно-воднева енергетика і технологія, М. 1978, с. 11-36; Міщенко А. І. Застосування водню для автомобільних двигунів, К. 1984; McAul- iffe Ch. A., Hydrogen and energy, Ц. 1980.

18 вересня 2008 15 березня 2012 187

Короткий опис статті: водневий двигун К. х. н. О. В. МосинДругая важливе завдання водневої енергетики майбутнього – створення двигунів внутрішнього згоряння, що працюють на воді і водні. В наш ХХІ вік такі двигуни — це вже реальність. Самий відомий двигун, розкладає воду на водень і кисень, оснований на електролізі, сконструйований в 1995 році американським винахідником Стенлі Мейром (Патент США № 5149507), хоча повідомлення про подібних двигунах з’являлися і раніше. Звичайний електроліз води вимагає струму, що вимірюється в амперах, в той час як електролітичний двигун С. Мейєра виробляє той же ефект при милиамперах. Більше того, звичайна водопровідна вода вимагає додавання електроліту, наприклад, сірчаної кислоти, для збільшення провідності; двигун Мэйера-ж діє при величезній продуктивності із звичайною відфільтрованої від бруду водою. воднева енергетика, капілярно-конденсована вода, вихровий теплогенератор

Джерело: Створення двигунів на воді і водні

Також ви можете прочитати