Створення двигунів на воді і водні

Інше важливе завдання водневої енергетики майбутнього - створення двигунів внутрішнього згоряння, що працюють на воді і водні. У наш XXI століття такі двигуни - це вже реальність.

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

Ріс.Електролітіческій двигун С. Мейєра.

Електролітичний двигун Мейєра 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 концентричну конструкцію. Вихід газу залежить назад пропорційно відстані між ними; пропоноване патентом відстань складає 1.5 мм.

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

Ріс.Електріческая схема електролітичного двигуна С. Мейєра

Мал. Принципова 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 міліампер.

Ріс.Механізм роботи електролітичного двигуна С. Мейєра

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

Ріс.Ізмененія молекул води при роботі установки

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

-орієнтація молекул води уздовж силових ліній поля;

-поляризація молекули води;

-збільшення довжини зв'язку в молекулах води та їх розрив;

-звільнення газів з установки;

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

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

Що підвищує котушка намотана на звичайному тороідальному ферритовом осерді 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, зумовленої наявністю домішок. Ідеально, якщо вода в осередку буде хімічно чистої. Електроліт до води не додається.

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

Однак, слід пам'ятати, що водень - надзвичайно небезпечне вибухонебезпечне з'єднання. Його детонационная складова в 1000 разів сильніше бензину.

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 забезпечений головкою 3, що утворює разом зі стінками циліндра 1 і днищем поршня 2 камеру згоряння 4. підпоршневу 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, що забезпечують вихлоп в атмосферу продуктів з камери згоряння 4 і герметизуючі камеру після здійснення вихлопу.

Камера згоряння 4 виконана принаймні з одного передкамерою 8, в якій встановлено приводиться, наприклад, від розподільного вала клапан 9 подачі паливної суміші і свічка запалювання 10. Переважно передкамеру 8 (або передкамери) виконати в боковій стінці циліндра 1 над поршнем при його розташуванні в нижній мертвій точці.

Двигун працює наступним чином:

При русі поршня 2 від верхньої мертвої точки до нижньої впускний клапан 6 відкритий і камера згоряння 4 повідомлена з атмосферою. Тиск, що діє на обидві сторони поршня 2, однаково і дорівнює атмосферному.

При наближенні поршня 2 до нижньої мертвої точки герметизують камеру згоряння 4, закриваючи впускний клапан 6; через клапани 9 в передкамери 8 подають паливну суміш і запалюють її. Як паливної суміші використовують стехіометричних суміш водню з киснем, так званий гримучий газ.

При згорянні паливної суміші різко підвищується тиск в камері згоряння 4; цим тиском відкриваються встановлені в голівці 3 циліндра зворотні клапани 7 і відбувається вихлоп в атмосферу продуктів з камери згоряння. Тиск в камері згоряння 4 різко знижується і зворотні клапани 7 закриваються, герметизируя камеру згоряння 4.

Поршень 2 атмосферним тиском, що діє з боку подпоршневую порожнини 5, переміщається від нижньої мертвої точки до верхньої, здійснюючи робочий хід.

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 Весенгіріев, лауреат премії журналу «Винахідник і раціоналізатор», взагалі запропонував використовувати в якості пристрою, що розкладає воду на кисень і водень як там не є звичайний поршневий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Він стверджує, що існуючі двигуни внутрішнього згоряння можна змусити працювати на звичайній воді за допомогою електродів вольтової дуги.

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

Система запалювання виконана у вигляді електродів і вольтової дуги, встановлених в камері згоряння. Зазор між ними можна регулювати, а струм на них йде від 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 цикловую дозу електроліту і через форсунку з кавітатором подає її в циліндр. У кавітатор 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 від НМТ переміщається до ВМТ - такт стиснення. Обсяг, займаний робочої 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 переміщують 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. Потім контакти переривника-розподільника знову замикаються, і постійний струм знову надходить на електроди.

І, нарешті, четвертий такт - випуск. Поршень переміщається вгору від НМТ до ВМТ. Випускний клапан відкриває випускне вікно, і циліндр звільняється від відпрацьованих продуктів. Надалі процес роботи двигуна безперервно повторюється. При цьому циліндр і головка 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 водяну пару і електрику. Інші, такі як BMW і Mazda, реалізують спалювання водню в ДВС.

У таких конструкціях є свої позитивні і негативні сторони. Позитивні - водень має набагато ширшим, порівняно з бензином, діапазоном пропорцій змішування з повітрям, при яких можливо згоряння суміші. І згорає водень повніше, навіть поблизу стінок циліндра, де в бензинових двигунах зазвичай залишається незгорілих робоча суміш. Негативні - прибавка в 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 вбирають 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.

Літ. джерела: «Воднева енергетика»: Легасов В. А. 1980, Атомно-воднева енергетика і технологія, М. 1978, с. 11-36; Міщенко А. І. Застосування водню для автомобільних двигунів, К. 1984; McAul-iffeCh.A., Hydrogenandenergy, Ц. 1980.