2019 november 13 - szerda

2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

Az előző oldalakon leírt elméleti ismeretek annyit érnek, amennyit meg tudunk valósítani belőlük. Ezért kezdtem bele néhány barátommal egy kísérletsorozatba. Az itt olvasható leírás elég részletes és aprólékos ahhoz, hogy szükség esetén Te is meg tudd ismételni és hogy tanulhass a mi tapasztalatainkból. A kísérletsorozat célja az volt, hogy megtaláljuk azt az optimális kialakítást, amelynél a lehető legkisebb áram és legkevesebb elektródaszám esetén a maximális gáztermelést érhetjük el.

Az elektronikát Starek Robi készítette el teljesen ingyen, amiért nagyon hálás vagyok neki. Szerintem Neked is tudna segíteni, ha az elektronikával gondban lennél. A dolog érdekessége az, hogy Robival személyesen nem is találkoztam, csak levélben és telefonon. Megbeszéltük a részleteket s Ő elkészítette az elektronikát. Mikor meg arra került volna a sor, hogy elküldje a készüléket, mondta, hogy teljesen ingyen gondolta, még a postaköltséget is fizette. Ezen nagyon kellemesen meglepődtem és ez is egy újabb bizonyítéka volt annak, hogy nem csak pénzért lehet dolgokat megkapni. Már sokan vagyunk, akik egy olyan világban szeretnénk élni, ahol az emberek nem azért adnak valamit, hogy valamilyen ellenszolgáltatást kapjanak cserébe, hanem csak az adás öröméért. Amióta belefogtam a Térszobrászat szerkesztésébe, ezt egyre többször tapasztalom. Sok segítséget és támogatást kapok Tőletek, Kedves Olvasók, amit ezúton is szeretnék megköszönni. Hogy a Robi példája mellett egy másikat is említsek, a Térszobrászat tárolásához szükséges tárhelyet és a domain nevet egy másik Olvasó, Taki adta, szintén teljesen ingyen, saját felajánlásból. Sok levél érkezik, amiben csak annyit mondanak, hogy tetszik nekik a Térszobrászat, mások elmesélik az élményeiket, álmaikat, segítenek az egyes helyesírási hibák kijavításában. Minden levélnek nagyon örülök.

De térjünk vissza a kísérletekhez. Az elektrolizálót két barátommal együtt raktuk össze, sőt, az egyikőjük felajánlotta a garázsát is, tehát a kísérletekhez szükséges helyiség is megoldott volt. Ezután már csak annyi volt a dolgunk, hogy elvégezzük az összes szükséges mérést és levonjuk a konzekvenciákat.

Ebben a kísérletsorozatban a hagyományos elektrolízissel kapcsolatban szerettünk volna gyakorlati ismereteket szerezni. Semmi különlegességet nem tartalmaz ez az elektrolizáló rendszer, csak magát az elektrolizáló készüléket és egy vezérlő elektronikát, ami változtatható szélességű 12 V-os négyszögimpulzusokat állított elő max. 80 A-es áramerősséggel. A mérések elvégzéséhez egy gázmennyiség mérőt és nyomásmérőt, valamint oszcilloszkópot, multimétert, frekvenciamérőt és egy stoppert használtunk.

Az elektronika.

kapcsrajz 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

1.ábra. A vezérlő elektronika kapcsolási rajza

ele_fenyk 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

2.ábra. A kész kapcsolás fényképe.

Mint a kapcsolási rajzból kitűnik, az impulzusok előállításához ugyanazt a kapcsolást használtuk, mint amit itt már láthattál. Annyi kis eltérés van, hogy az LM741-es IC kimenete és a nem invertáló bemente közötti 20 kW-os trimer potmétert kihagytuk, azaz egyszerűen összekötöttük a 6.-ik és 2.-ik lábát, mivel ennek nem volt hatása a kimeneti impulzus kitöltésére. A teljesítményerősítő fokozat azonban meg lett változtatva úgy, hogy ez a kapcsolás meg tudjon hajtani akár egy 80 amperes elektrolizálót is.

Az áramkör frekvenciatartományát a négy darab kondenzátorral és a 2 kW-os potméterrel szabályozhatjuk. A frekvencia stabilitását a 7812-es feszültségstabilizátor segítségével értük el.

A frekvenciák értékeit a következő egyenlet szerint számolhatjuk ki:

f = 1 / ( 2.2 * C * R )

ahol:

f : Az oszcillátor frekvenciája (Hz)
C : Kapacitás (F)
R : Ellenállás (W)

Az ellenállás minimális értéke 1000 W, maximális értéke pedig 3000 W. A frekvencia ezzel fordítottan arányos, tehát az adott sávban a minimális frekvenciát a maximális ellenállás esetén érhetjük el és viszont.

A következő táblázatban a számolt és mért értéktartományokat láthatod.

Bekapcsolva Fmin Fmax Fmin mért Fmax mért
100,0 nF
1515 Hz
4545 Hz
1290 Hz
2480 Hz
33,0 nF
4591 Hz
13774 Hz
3800 Hz
7310 Hz
10,0 nF
15152 Hz
45455 Hz
12800 Hz
24300 Hz
3,3 nF
45914 Hz
137741 Hz
38500 Hz
73600 Hz

1.táblázat. A jelgenerátor számolt és mért frekvenciatartományai

Az 1.táblázatból egyértelműen kitűnik, hogy az alkatrészek szórása miatt a mért frekvenciahatárok jelentősen eltértek a számolt értékektől. Ez azonban nem befolyásolta jelentősen a méréseket, mivel például a víz rezonanciafrekvenciája (42,5 kHz) bent volt abban a sávban, amit a jelgenerátor elő tudott állítani. (De erről majd később szólok részletesebben.)

A következő ábrán a CD4069-es IC 6. lábán megjelenő négyszögimpulzust láthatod. Az itt következő ábrán és a többi felvételen is a képek kicsit elmosódottak, mivel a fényképezőgép zoomolójával nem tudtuk teljesen élesre fókuszálni ezeket a közeli felvételeket. Ennek ellenére még viszonylag jól láthatóak a nekünk szükséges részletek.

negyszog 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

3.ábra. A jelgenerátor négyszögimpulzusai (a CD4069-es IC 6. lábán)

Az LM741-es műveleti erősítő 6. lábán megjelenő feszültség értékét a 100 kW-os potméterrel 0,1V és 8,7V között lehet szabályozni, ami az impulzusok szélességét 44,4% és 83,3% között szabályozza.

A legkeskenyebb impulzusok

keskeny1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
keskeny2 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
4a.ábra. (az NE555-ös IC 3. lábán)
4b.ábra. (az IRFP064N FET ‘g’ lábán)

A legkeskenyebb impulzusok szélessége 8 µs volt, az impulzusok periódusideje pedig 18 µs (55,5 kHz). Ebből kiszámolhatjuk, hogy a minimális kitöltési tényező:

Kitöltés_Min = ( 8 * 100 ) / 18 = 44,4 %.

A legszélesebb impulzusok

szeles1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
szeles2 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
5a.ábra. (az NE555-ös IC 3. lábán)
5b.ábra. (az IRFP064N FET ‘g’ lábán)

A legszélesebb impulzusok szélessége 15 µs volt, az impulzusok periódusideje pedig 18 µs (55,5 kHz). Ebből kiszámolhatjuk, hogy a maximális kitöltési tényező:

Kitöltés_Max = ( 15 * 100 ) / 18 = 83,3 %.

A maximális kitöltési tényező értékét finoman tudjuk hangolni az NE555-ös IC 7. lábához csatlakozó 2 kW-os potméterrel. Ha túl nagyra állítjuk az ellenállást, akkor viszont a bemeneti frekvenciát elosztjuk kettővel vagy akár néggyel is. Erre figyelj az áramkör beállításánál.

A minimális kitöltési tényezőt sajnos nem lehetett kisebbre venni, pedig erre mindenképpen szükség van a gyakorlatban, hogy az 1000-res és 5000-res fordulatszámok között tudjuk szabályozni a motort. Ezt az NE555-ös IC-hez kapcsolt kondenzátor értékének beállításával tudjuk elérni.

Mint majd a későbbiekben látni fogjuk, a termelt gáz mennyisége arányosan változott az impulzusok szélességével.

Az időzítő 3. lábán megjelenő impulzusok jelalakjait a 4a. és 5a.ábrákon láthatod. Ezeket a jeleket felerősítjük a két darab IR2121-es FET meghajtó IC-kkel. Ezeknek az IC-knek az a különlegességük, hogy rövidzár védelmet biztosítanak, vagyis ha a kimenő FET-eken túl nagy áram folyik (kb. 100A), akkor a 20 db párhuzamosan kötött 0,1 W-os ellenálláson akkora feszültség esik, hogy az bekapcsolja a védelmet. A 0,1 W-os ellenállások legalább 1 W-osak legyenek, mivel nagy áramok folynak keresztül rajtuk.

A 4b és 5b.ábrákon láthatod azt a jelalakot, ami a meghajtó FET-ek bemenetére érkezik. Az elektrolizáló készülék bementére kapcsolt jelalakot nem tudtuk az oszcilloszkóppal megállítani, állandóan futott, ami arra utalt, hogy a víz rezonanciafrekvenciája folyton változott. Ezt egyébként a frekvenciamérőn is láthatjuk. Amikor viszont egy pillanatra be tudtuk fogni a jelet, akkor láthattuk, hogy az impulzusok felfutó élei lekerekedtek úgy, mint amikor egy kondenzátort töltünk fel. A lefutó élek nem változtak jelentősen.

Az alkalmazott hűtőbordák mérete 7 cm * 6,5 cm * 1 cm = 45,5 cm3. Ez a méret 12-15 A-ig megfelelő hűtést biztosít. Nagyobb áramok esetén arányosan kell növelni a hűtőbordák térfogatát, tehát például 80 A esetén a bordák 243 cm3-esek kell legyenek (mindegyik külön-külön, bár közösíteni is lehet őket, persze akkor meg kell duplázni a méretét, azaz 486 cm3-esnek kell lennie).

Az alkatrészek adatlapjai:

Elektrolizáló készülék

Az elektrolizáló készülék alkatrészeit a következő ábrán szemlélheted meg.

alkatr1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

6.ábra. Az elektrolizáló készülék alkatrészei

A tároló edény szerepét egy mélyhűtőbe való műanyag tároló edény látta el. Ez -30 és +90 °C között használható. A fejlődő gázok egy egyutas szelepen keresztül távoznak a tartályból egy gumicsövön keresztül.

szelepek 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

7.ábra. Az egyutas szelepek (csak egyet használtunk fel) és annak rögzítő anyái

A gázkivezető csövet egy bilinccsel erősítettük a szelephez.

Az elektródákhoz a vezetékeket gyorskapoccsal rögzítettük és egy csokihoz vezettük ki, ahol aztán már tetszőleges módon kapcsolhattuk össze a lemezeket sorosan és párhuzamosan.

lemezek 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

8.ábra. Az elektródalemezek (8 db összesen)

bil_csoki 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

9.ábra. A szorító bilincsek (csak egyet használtunk) és a csoki

Az elektródákat egy központi tengelyre erősítettük, amit egy vastag tipliből készült szigetelő műanyag csővel vontunk be.

csavar 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

10.ábra. az elektródák tartócsavarja (csak egy) és szigetelő csöve

Az elektródák vezetékeit egy menetes csövön keresztül vezettük ki a tetőn keresztül. Minden csatlakozó alkatrész xiloplaszt-tal lett bekenve, hogy a gáz sehol se szökhessen meg.

vezetekek 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

11.ábra. A kész elektrolizáló (a tartály nélkül)

Az elektródákat először horganyzott vaslemezből készítettük el, gondolván, hogy ez alatt a kísérletsor alatt nem fog velük semmi sem történni. Nos, ha csak a vízben álltak volna a lemezek, akkor biztosan nem is, de az elektrolízis során már az első pár másodperc után valamilyen sárgás-barnás anyag kezdett megjelenni a vízben. Először azt gondoltuk, hogy a víz nem tiszta vagy hogy a lemezek felülete lehet olajos, ezért alaposan letisztítottuk a lemezeket. Sajnos nem csak ez volt a gond. Az elektródalemezek léptek reakcióba a vízzel az elektromos áram hatására, s a reakció által kivált anyagok belekerültek a vízbe. Ez azt eredményezte, hogy már pár perces elektrolízis után is valamilyen barnás-zöldes habos anyag alakult ki a víz felszínén, de legalább két-három centiméter vastagságban, ami aztán az elektródalemezek közé kerülve megváltoztatta a víz ellenállását. Ezt a változást az árammérő egyértelműen mutatta. De a változás nem lineáris volt, hanem először lecsökkent 3 amperről 2 amperra, majd ismét elkezdett emelkedni egészen 5,5 amperig, mindezt folyamatos elektrolizálás mellett körülbelül 15 perces időintervallumban. Ezt azzal lehet magyarázni, hogy az elektródák felületéről kiváló anyag először akadályozta az elektronok áramlását, majd kicsivel később valamilyen más anyag vált ki, ami viszont megnövelte a víz vezetőképességét. De mivel a gáztermelés nem növekedett, ez a feleslegesen nagy áram jelentősen lerontotta az elektrolízis hatásfokát.

A következő ábrán jól látszik, hogy már egy-két perces elektrolízis hatására is az anódon megjelenő oxigén nagyon gyorsan elkezdte korrodálni a lemezek széleit és a csatlakozókat. Minden második réz csatlakozó (vagyis az anód, ahol az oxigén vált ki) kékes színű lett a rézoxidtól. Ezért nagyon fontos, hogy a csatlakozásokat is befedjük valamivel, például festékkel vagy lakkal.

rozsdas 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

12.ábra. A lemezek és a csatlakozók nagyon hamar el kezdtek rozsdásodni.

rozsd_lem 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

12a.ábra. A horganyzott lemezek három napos használat után már teljesen elrozsdásodtak

rozsd_lem1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

12b.ábra. Saválló lemezek ugyanannyi használat után

A helyes megoldás tehát saválló lemezek használata. Ezt tettük mi is. A kísérletekhez szükséges saválló lemezeket egyik ismerősöm adta, így erre se kellett költeni. A saválló lemezek használata esetén azonban ismét megjelent az a sárgás-barnás massza, ami aztán eltömte az elektródák közötti réseket. Végül rájöttünk, hogy a problémát a vízben feloldott asztali só jódtartalma okozhatta. A só megnövelte a víz vezetőképességét, tehát ugyanannyi cella esetén több áram folyhatott át a cellákon, így több gáz is keletkezett, de nem annyiszor több, mint amennyit az áramnövekedéstől elvárhattunk volna. Ezt valószínűleg az okozhatta (részben), hogy a nagyobb elektromos áramot a sóból kiváló jód ionok okozták, amik viszont nem növelték a víz lebontását. Végül is a só elhagyása mellett döntöttünk, helyette NaOH-t használtunk, amit a Térszobrászat egyik olvasója, Laci adott, aki az egyik nap meglátogatott és megmutatta saját eredményeit. Erről azonban majd még később bővebben írok. A NaOH használata azt eredményezte, hogy a víz tiszta maradt az elektrolízis során és a saválló lemezek is tiszták, rozsdamentesek maradtak. Az igazi mérések tulajdonképpen csak ezután kezdődhettek, mivel így már a teljes elektrolízis során viszonylag állandó volt az áram és a különböző kísérletek előtt nem kellett szétszedni a lemezeket, hogy megtisztítsuk őket és vizet se kellett cserélni minden alkalommal. Tehát az elektrolízis folyamata stabilizálódott. Ekkorra azonban már csak 3 napom maradt a szabadságomból arra, hogy elvégezzem a betervezett kísérleteket, de ez a három nap is sok hasznos és érdekes információt nyújtott, ami további kísérletek forrása lehet számodra.

Mérések

A kísérletek során a következő mérőeszközöket használtuk:

  • oszcilloszkópot
  • multimétert
  • frekvenciamérőt
  • gázmennyiség-mérőt
  • nyomásmérőt
  • stopperórát

A gázmennyiség mérését a Naudin féle módszerrel oldottuk meg: egy félliteres üdítős palackot és egy fagylaltos edényt alkalmaztunk.

A gázmennyiség mérése
mer1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
mer2 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1
13a.ábra. A mérés kezdete
13b.ábra. A mérés vége

Mint a 13a. és 13b.ábrákból láthatod, 100 ml-nyi gáz kiszorításakor a vízszint láthatóan lecsökkent.

A nyomásmérő egy viszonylag "érzékeny" példány volt, de még így is túl kicsi volt a nyomás ahhoz, hogy 100 ml-nyi gáztermelést hatékonyan kimutasson. Akkor láttunk nyomást rajta, mikor elszorítottuk a gázkivezető csövet.

Az áramot digitális multiméterrel mértük. Erről itt olvashatsz bővebben.

Árammérési célra nem alkalmas az itt bemutatott elektronikánál a kimenő FET-ek ‘s’ lábára kötött 20 db ellenállás, mivel azok párhuzamosan vannak kötve a FET driver IC-vel, s az ott folyó áramok eltorzítják a mérés eredményét. Ezt a gyakorlatban is tapasztaltuk, mivel a próbamérés során az árammérő 1,3 A-t mutatott, míg az ellenállásokon mért feszültség alapján számolt áram 74 A volt. Ez hatalmas eltérés. Tehát mindenképpen olyan ellenállást használj, ami nincs párhuzamosan kötve semmivel.

Kísérletek

A kísérleteket nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy itt olvashatod őket, de mivel így logikusak, ezért itt ebben a sorrendben szerepelnek.

Ahol nincs külön jelölve, ott a cellák elektródáinak a távolsága 1 mm, az elektródák függőlegesek, az impulzusok kitöltési tényezője 83,3%, a frekvenciája 43,2 kHz, az elektrolit hőmérséklete pedig 25 °C.

1.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy a csapvíz és az esővíz hogyan vezetik az áramot, és ez a tulajdonságuk hogyan változik, ha sót rakunk a vízbe.

8 sorbakötött cellát (azaz kilenc elektródalemezt) használtunk minden esetben. A sózott víz esetében egy liter vízbe egy kiskanálnyi só lett öntve.

Mint azt már korábban említettük (lásd itt), Faraday törvénye szerint 1 A/perc egyenárammal 10,45375 ml/perc gázt tudunk előállítani. Ennek alapján számoltam ki az elektrolízis hatásfokát.

Az itt feltüntetett áramok azt a stabilizált értéket mutatják, amit az elektrolízis elindítása után 3-5 másodperccel kaptunk. Az induláskor azonban a táblázatban feltűntetett áramoknál 50-100 mA-ral nagyobb áramot mérhetünk. Ez annak tudható be, hogy a cellák olyanok, mint a kondenzátorok. A kondenzátorok a bekapcsolás pillanatában rövidzárként működnek, majd a töltődés során egyre növekszik az ellenállásuk, végül eléri a végtelent. Mivel az elektrolizáló cellákban víz a "szigetelő", annak a magas vezetőképessége miatt a bekapcsolás pillanatában nem nulla az ellenállása, a feltöltődés után pedig nem végtelen. Ennek ellenére ez a töltődési effektus megfigyelhető.

Víz Sózott Áram Mért gáz Egységnyi gáz Hatásfok
Csapvíz
Nem
0,08 A
10 ml/6 perc
20,83 ml/perc/amper
31,1 %
Csapvíz
Igen
1,35 A
100 ml/6 perc
12,34 ml/perc/amper
18,4 %
Esővíz
Nem
0,03 A
10 ml/4 perc
83,33 ml/perc/amper
124,6 %
Esővíz
Igen
1,05 A
100 ml/9 perc
10,58 ml/perc/amper
15,8 %

2.táblázat. A víz minőségének hatása az elektrolízisre

Mint a táblázatból is kitűnik, a legjobb hatásfokot a tiszta esővízzel értük el. Ennek az a magyarázata, hogy az esővízben jóval kevesebb az ásványi anyag, mint a közönséges csapvízben, így az áram szinte összes elektronja csak a vízmolekulákkal lép kapcsolatba. Ez ugyan kisebb vezetőképességet eredményez a vízben, ami azt jelenti, hogy több cellát kell alkalmaznunk, hogy elérjük a szükséges gázmennyiséget, de az elektrolizáló hatásfoka jelentősen javul. Az esővíz tisztasága megközelíti a desztillált vízét, ez nagyon jól látszik a hatásfokból is.

A további kísérleteknél a sót és a csapvizet elhagytuk és csak esővíz és NaOH keverékét használtuk.

2.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek közötti távolság hogyan befolyásolja az áramerősséget és a keletkezett gázok mennyiségét.

A 2 mm-es elektródák közötti távolságot egy tömítő gyűrűvel oldottuk meg, melyet az elektródákat tartó csavarra húztunk. Az 1 mm-es távolság esetében azonban ez már nem volt járható út, mivel nem voltak a lemezek tökéletesen síkok, így valamelyik sarkuk vagy a szélük hozzáért a másik lemezhez. Ezért az 1 mm-es távot úgy biztosítottuk, hogy 4 db 2mm*2mm-es méretű és 1 mm szélességű műanyag lemezkéket ragasztottunk az egyik lemez négy sarkához. Ahol erre szükség volt, ott az élekhez közel is ragasztottunk egy-egy kis távtartót. Mivel az is cél volt, hogy bármikor szétszedhessük a lemezeket, ezért csak az egyik lemezre ragasztottuk fel a távtartókat.

Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

Távolság Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
2 mm
4,00 A
2:40 perc
37,5 ml/perc
9,37 ml/perc/amper
14,0 %
1 mm
4,75 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
10,52 ml/perc/amper
15,7 %

3.táblázat. Az elektródák távolságának hatása az elektrolízisre

Mint a 3.táblázat mutatja, a kisebb elektródatávolság nagyobb áramot, több gázt és jobb hatásfokot eredményezett.

A továbbiakban minden kísérletet 1 mm-es elektródatávolságokkal végeztünk.

3.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen hatása van a polaritás megváltoztatásának az elektrolízis hatásfokára.

Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

Polaritás Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
+ –
4,80 A
2:05 perc
48,0 ml/perc
10,00 ml/perc/amper
14,9 %
– +
4,75 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
10,52 ml/perc/amper
15,7 %

4.táblázat. A polaritás hatása az elektrolízisre

Mint a 4.táblázat mutatja, a polaritásnak szintén van hatása az elektrolízis hatásfokára. Itt csak egy elektródapár esetében vizsgáltuk a polaritás hatását és 0,8 %-os hatásfokkülönbséget tapasztaltunk. A 9.kísérletben azonban látni fogjuk, hogy nagyon fontos, hogyan kapcsolunk össze több elektródát és hogy milyen a polaritás.

Mikor ellenállásmérővel próbáltam meghatározni a víz ellenállását, azt tapasztaltam, hogy az állandóan változik, méghozzá a mérőtüskék egyik irányba történő kapcsolása esetén fokozatosan növekedett, a tüskék megcserélésével pedig fokozatosan csökkent az ellenállás. Ez is azt mutatta, hogy a víz az elektródalemezekkel együtt a kondenzátorra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik.

4.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek helyzete hogyan befolyásolja az áramerősséget és a keletkezett gázok mennyiségét.

Ennél a kísérletnél 2*4 db cellát használtunk a következő kapcsolásban:

cs1 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

14.ábra. 2 db 4-es cellasor párhuzamosan összekapcsolva

Egy liter esővízhez 100 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

Helyzet Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
Vízsz.
2,46 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
10,52 ml/perc/amper
15,7 %
Függől.
1,98 A
1:30 perc
66,6 ml/perc
25,25 ml/perc/amper
37,7 %

5.táblázat. Az elektródák helyzetének hatása az elektrolízisre

Mint az 5.táblázat mutatja, a függőleges helyzetben a gázok könnyebben elhagyják az elektródák felületét, ami viszont 2,4-szer jobb hatásfokot biztosít. Nagyon jelentős a különbség.

Ebben a kísérletben már több mint egy cellát használtunk. Az optimális cellaszámot azonban a következő 5.kísérletben állapítjuk majd meg, az optimális cellakapcsolásokat pedig a 9.kísérletben.

5.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy melyik az az optimális cellaszám, amit sorbakapcsolva a maximális gáztermelést érhetjük el minimális áramerősség mellett.

Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

Sor Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
1 cella
4,75 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
10,52 ml/perc/amper
15,7 %
2 cella
3,36 A
1:35 perc
63,1 ml/perc
18,79 ml/perc/amper
28,1 %
3 cella
2,10 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
23,81 ml/perc/amper
35,6 %
4 cella
1,74 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
28,73 ml/perc/amper
42,9 %
5 cella
1,30 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
27,97 ml/perc/amper
41,8 %
6 cella
0,92 A
4:00 perc
25,0 ml/perc
27,17 ml/perc/amper
40,6 %
8 cella
0,66 A
8:00 perc
12,5 ml/perc
18,93 ml/perc/amper
28,3 %

6.táblázat. A sorbakapcsolt elektródák hatása az elektrolízisre

cellasz_hatfok 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

15.ábra. A 6.táblázat grafikus ábrázolása

Mint a 6.táblázat mutatja, a cellák sorbakapcsolása javítja az elektrolízis hatásfokát, de csak egy darabig. Az optimális sorbakötött cellák száma tehát 4. A későbbiekben már ezt a kombinációt használjuk mindenütt.

Azt is megfigyelhettük, hogy a cellaszám növekedésével a fejlődő gázbuborékok mérete egyre csökkent. Egy cella esetén a buborékok átmérője 2-4 mm volt, míg 4 sorbakapcsolt cellánál csak 0,5-1 mm. A buborékok mérete viszont egyenes arányban állt a víz szennyeződésével. Minél nagyobbak voltak a buborékok, az elektrolit annál sárgább, annál habosabb lett. Négy cella esetén azonban ezt a szennyeződést már szinte észre se lehetett venni.

Az áram ingadozása is csökkent a sorbakapcsolt cellák számának növekedésével. Míg egy cella esetén az áramingadozás 300 mA (6,3%) volt, addig négy cellánál már csak 20 mA (1,0 %).

6.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen töménységű elektrolitban fejlődik maximális gázmennyiség minimális áramerősség mellett.

Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Az elektrolit töménységét úgy változtattuk, hogy egy liter esővízhez adott mennyiségű 15%-os NaOH oldatot adtunk. Az adagolást 5 ml-es injekciós tűvel végeztük a pontos mérések érdekében. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

NaOH Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
0 ml
0,02 A
120 perc
0,8 ml/perc
41,66 ml/perc/amper
62,3 %
80 ml
0,63 A
4:15 perc
23,5 ml/perc
37,34 ml/perc/amper
55,8 %
90 ml
0,75 A
4:00 perc
25,0 ml/perc
33,33 ml/perc/amper
49,8 %
100 ml
0,87 A
3:25 perc
29,3 ml/perc
33,64 ml/perc/amper
50,3 %
110 ml
1,04 A
2:55 perc
34,3 ml/perc
32,96 ml/perc/amper
49,3 %
120 ml
1,18 A
3:00 perc
33,3 ml/perc
28,24 ml/perc/amper
42,2 %
130 ml
1,34 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
27,13 ml/perc/amper
40,6 %
180 ml
1,73 A
2:00 perc
50,0 ml/perc
28,73 ml/perc/amper
42,9 %

7.táblázat. Az elektrolit töménységének hatása az elektrolízisre

Megjegyzés: A tiszta esővíznél nem vártuk ki a 120 percet, hanem csak addig vártunk, amíg 10 ml gáz fejlődött. Ez 12 percet vett igénybe, amit aztán megszoroztunk még 10-zel, így jött ki a 120 perc.

Mint a 7.táblázat mutatja, az elektrolit töménységének növekedésével egyre romlott az elektrolízis hatásfoka, de a gáz egyre gyorsabban fejlődött. Az optimális érték 100-110 ml NaOH oldat esetében látható, amikor már viszonylag gyorsan termelődnek a gázok, de az áramfelhasználás még nem annyira jelentős. Mivel azonban 110 ml NaOH esetében a percenkénti gáztermelés nagyobb, így ezt a koncentrációt alkalmaztuk a további kísérleteknél is.

Érdemes egy kicsit elidőzni ennél a kísérletnél. Azt láthatjuk, hogy a NaOH adagolásával nem mindig arányosan változik a víz vezetőképessége. Azt is megfigyelhetjük, hogy a vezetőképességgel sem arányosan változik a gáztermelés és az is látszik, hogy az elektrolízis hatásfoka csökken a vezetőképesség növekedésével, de ez a folyamat sem lineáris.

Azt az első látásra meglepő tényt, hogy a víz vezetőképességével az elektrolízis hatásfoka romlik, azzal lehet magyarázni, hogy nagyobb vezetőképesség esetén nő a gáztermelés, ezek a gázbuborékok viszont szigetelőként szerepelnek a két elektróda között, míg nem sikerül felemelkedniük a víz fölé. Ez viszont rontja a hatásfokot.

Az ideális vezetőképességet aszerint választhatjuk meg, hogy még ne legyen alacsony az elektrolízis hatásfoka, még ne tartson túl sokáig egységnyi gáz előállítása, még ne legyen túl sok az elektródalemezek száma és még ne legyen túl sok a NaOH, amit a boltban kell megvenni. Ezen feltételek szemelőt tartásával lett kiválasztva a 110 ml 15 %-os NaOH egy liter vízben.

7.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen frekvencián fejlődik maximális gázmennyiség minimális áramerősség mellett.

Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt.

Frekv. Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
1,2 kHz
1,64 A
3:45 perc
26,6 ml/perc
16,26 ml/perc/amper
24,3 %
2,4 kHz
1,58 A
4:00 perc
25,0 ml/perc
15,82 ml/perc/amper
23,6 %
3,7 kHz
1,62 A
3:30 perc
28,6 ml/perc
17,63 ml/perc/amper
26,4 %
7,1 kHz
1,62 A
3:20 perc
30,0 ml/perc
18,51 ml/perc/amper
27,7 %
12,3 kHz
1,50 A
3:15 perc
30,8 ml/perc
20,51 ml/perc/amper
30,7 %
18,0 kHz
1,42 A
3:05 perc
32,4 ml/perc
22,83 ml/perc/amper
34,1 %
23,5 kHz
1,35 A
3:05 perc
32,4 ml/perc
24,02 ml/perc/amper
35,9 %
38,5 kHz
1,15 A
2:55 perc
34,3 ml/perc
29,81 ml/perc/amper
44,6 %
42,5 kHz
1,12 A
2:40 perc
37,5 ml/perc
33,48 ml/perc/amper
50,0 %
46,3 kHz
1,12 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
32,46 ml/perc/amper
48,5 %
55,5 kHz
1,10 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
33,05 ml/perc/amper
49,4 %
65,5 kHz
1,06 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
34,31 ml/perc/amper
51,3 %
73,6 kHz
1,07 A
2:35 perc
38,7 ml/perc
36,17 ml/perc/amper
54,1 %

8.táblázat. Az impulzusok frekvenciájának hatása az elektrolízisre

freki_hatfok 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

16.ábra. A 8.táblázat grafikus ábrázolása

Mint a 8.táblázat mutatja, az elektrolízis hatásfoka a frekvencia növekedésével folyamatosan javult. 42,5 kHz-en, vagyis a tiszta víz rezonanciafrekvenciáján láthatunk egy kis csúcsot, de az ideiglenes hanyatlást újabb emelkedés követtette, sőt 73,6 kHz-en már meg is haladta a hatásfok a 42,5 kHz-en mért 50 %-os értéket. Az a tény, hogy a hatásfok a víz rezonanciafrekvenciájától eltérő frekvenciákon magasabb volt, mint magán a rezonanciafrekvencián azzal magyarázható, hogy itt egy elektrolitról van szó, nem pedig tiszta vízről. Sajnos a jelgenerátor csak 73,6 kHz-ig tudott impulzusokat előállítani, de mint a 16.ábrán is látszik, valószínűleg még növelhetjük a hatásfokot a frekvencia további növelésével. Amennyiben van rá lehetőséged, úgy végezd el Te is ezt a kísérletet magasabb frekvenciákon és oszd meg a Térszobrászat olvasóival az eredményeidet.

Egy másik érdekesség, amit itt meg kell említenünk, az az, hogy a 8.táblázatban feltüntetett frekvenciaértékek az NE555-ös IC 3.lábán lettek mérve. De megmértük a frekvenciát az IRFP064N FET ‘g’ lábán (vagyis a bemenetén) is és az elektrolizáló készülék bemenetén is, azaz a FET ‘d’ lábán és azt tapasztaltuk, hogy ezek a frekvenciák eltérnek egymástól. Az elektrolizáló bemenetén már csak átlagfrekvenciát tudtunk mérni, mivel ott állandóan változott a frekvencia, hol kisebb, hol nagyobb lett, attól függően, hogy a vízmolekulák éppen milyen frekvenciára hangolódtak rá. A frekvenciamérő másodpercenként vett mintát és minden egyes alkalommal hol kisebb, hol nagyobb értéket mutatott, de ez az ingadozás viszonylag "stabil" volt.

Mérőpontok:

  • Frekv.1 : NE555-ös IC 3.lábán
  • Frekv.2 : IRFP064N FET ‘g’ lábán (a FET bemenetén)
  • Frekv.3 : IRFP064N FET ‘d’ lábán (a FET kimenetén)
Frekv.1 Frekv.2 Frekv.3
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
1,2 kHz
1,1 kHz
1,4 kHz
26,6 ml/perc
16,26 ml/perc/amper
24,3 %
2,4 kHz
2,1 kHz
2,7 kHz
25,0 ml/perc
15,82 ml/perc/amper
23,6 %
3,7 kHz
3,2 kHz
3,9 kHz
28,6 ml/perc
17,63 ml/perc/amper
26,4 %
7,1 kHz
6,1 kHz
6,7 kHz
30,0 ml/perc
18,51 ml/perc/amper
27,7 %
12,3 kHz
10,3 kHz
11,5 kHz
30,8 ml/perc
20,51 ml/perc/amper
30,7 %
18,0 kHz
15,1 kHz
17,0 kHz
32,4 ml/perc
22,83 ml/perc/amper
34,1 %
23,5 kHz
19,7 kHz
22,6 kHz
32,4 ml/perc
24,02 ml/perc/amper
35,9 %
38,5 kHz
31,3 kHz
37,2 kHz
34,3 ml/perc
29,81 ml/perc/amper
44,6 %
42,5 kHz
35,6 kHz
35,5 kHz
37,5 ml/perc
33,48 ml/perc/amper
50,0 %
46,3 kHz
38,3 kHz
39,3 kHz
36,4 ml/perc
32,46 ml/perc/amper
48,5 %
55,5 kHz
31,4 kHz
49,6 kHz
36,4 ml/perc
33,05 ml/perc/amper
49,4 %
65,5 kHz
28,3 kHz
56,2 kHz
36,4 ml/perc
34,31 ml/perc/amper
51,3 %
73,6 kHz
34,8 kHz
64,3 kHz
38,7 ml/perc
36,17 ml/perc/amper
54,1 %

9.táblázat. Az impulzusok frekvenciája különböző mérőpontokon

Mint a 9.táblázat mutatja, az elektrolizáló bemenetén mért frekvencia, akárcsak a meghajtó FET-ek bemenetén mért érték néhány esetben jelentősen eltér a jelgenerátor frekvenciájától. Ennek az az oka, hogy az elektrolit nem közönséges ohmos ellenállás, hanem reaktív elem, mely a feltételektől függően (töménység, hőmérséklet, frekvencia stb.) nagyon is egyedien reagál az egyes frekvenciaértékekre.

8.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy adott frekvencián az impulzusok kitöltési tényezője arányosan változtatja-e a fejlődő gázok mennyiségét.

Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 kHz.

Kitöltés Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
44,4 %
0,52 A
5:05 perc
19,7 ml/perc
37,83 ml/perc/amper
56,6 %
83,3 %
1,10 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
33,05 ml/perc/amper
49,4 %

10.táblázat. Az impulzusok kitöltési tényezőjének hatása az elektrolízisre

Ha a 36,4 ml/perc gázmennyiség 83,3 %-os kitöltési tényező mellett volt tapasztalható, akkor 44,4 %-nál az elméletileg elvárt fejlődő gázmennyiség:

elméleti_gáz = ( 44,4 * 36,4 ) / 83,3 = 19,42 ml/perc.

Ez az elméleti 19,42 ml/perc érték viszonylag közel van a mért 19,7 ml/perc-hez. Ebből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy az impulzus-kitöltési tényező és a fejlődő gázok között szoros és egyenesen arányos kapcsolat van.

Egy másik megfigyelés, hogy a gázfejlődés mennyisége azonnal változott, ahogy a kitöltési tényezőt változtattuk és az elektrolízis indulásakor azonnal beindult a gáztermelés, az áram lekapcsolásakor pedig az azonnal megszűnt. Mindez azt is jelenti, hogy az autónk sebességét gyorsan tudjuk majd szabályozni. Az is igaz viszont, hogy a fejlődő gázmennyiség változása nem vonja maga után a gáztérben uralkodó nyomás azonnali változását, ha viszont figyelembe vesszük, hogy mindig csak annyi gázt állítunk elő, amit azonnal fel is használunk, akkor viszont meg van rá az esély, hogy az impulzusszélesség megváltoztatását 1-2 tized másodperc alatt követi a motor fordulatszámának a változása is. Ezt biztosan azonban csak akkor tudhatjuk meg, ha már hozzákapcsoltuk az elektrolizálót az autóhoz.

Még egy érdekes dolog. Mint láttuk, a hatásfok jobb volt a kisebb impulzusszélességnél, mint a nagyobbnál. Ezt valószínűleg az elméleti áramfelvételtől kisebb áramnak köszönhetjük:

elméleti_áram = ( 44,4 * 1,10 ) / 83,3 = 0,58 A.

szemben a mért 0,52A-ral. A 0,58A és a 0,52A között a különbség 10,5 %, ami elég jelentős. Ahhoz, hogy ezt pontosabban meg tudjuk határozni, nagyobb áramok és következésképpen több cella kellene, de ez igencsak arra emlékeztet, amit Kanarev professzor állít, vagyis hogy ha feltöltjük az elektrolizálót, akkor már csak kis impulzusok szükségesek ennek a töltésnek a fenntartására (lásd itt). Lehet, hogy azért kellett 60 mA-ral, azaz 10,5 %-kal kevesebb áram, mert az energiakülönbözetet maga az elektrolizáló adta ingyenenergia formájában?

Sajnos az adott kapcsolás csak minimum 44,4%-os kitöltési tényezőt tudott előállítani. Érdekes volna viszont elvégezni egy méréssorozatot, melyben 1%-tól 99%-ig változtatnánk a kitöltési tényezőt és a hatásfokot kiszámolnánk minden mérés után. Lehet, hogy azt kapnánk, hogy mondjuk 10 és 50%-os kitöltési tényező mellett akár 15-20%-kal is le tudnánk csökkenteni az áramfogyasztást, vagy talán még ennél is jobban.

Ha van kedved és lehetőséged hozzá, akkor arra kérnélek, hogy végezd el ezt a méréssorozatot és közöld a Térszobrászat olvasóival az eredményeket.

9.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen módon kapcsolhatunk össze két vagy több cellasort a maximális gáztermelés és minimális áramfogyasztás érdekében.

cellak2 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

17.ábra. A 11. táblázat kísérleteinek kapcsolásai

Egyszer négy, kétszer négy majd pedig négyszer négy közvetlenül sorbakapcsolt cellát használtunk. Egy liter esővízhez 130 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 kHz.

Kapcs. Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
1*4 cella
1,34 A
2:45 perc
36,4 ml/perc
27,13 ml/perc/amper
40,6 %
2*4 cella
2,92 A
1:16 perc
78,9 ml/perc
27,04 ml/perc/amper
40,4 %
4*4 cella
3,77 A
3:25 perc
29,3 ml/perc
7,76 ml/perc/amper
11,6 %

11.táblázat. A cellák különböző számú összekapcsolásának hatása az elektrolízisre

A 11.táblázat eredményei nem túl vigasztalóak. Az 1*4 cellás és 2*4 cellás kapcsolás még nagyjából azt tükrözi, amit vártunk, tehát az áramfogyasztás és vele együtt a gáztermelés megduplázódott, bár nem pontosan, mivel a 2 db négycellás sor nem volt teljesen egyforma, a lemezek közti távolságban bizonyos kis eltérések voltak. A 4*4 cellasornál azonban az eredmény egyáltalán nem az volt, amit vártunk. Ahelyett, hogy megnégyszereződött volna a gáztermelés, még kisebb is lett, mint az 1*4 cella esetén, az áramfelhasználás viszont megnőtt, ami rendkívül lerontotta a hatásfokot. Először arra gondoltunk, hogy talán több cellasor összekapcsolása esetén növelni kell az elektrolit NaOH tartalmát. Ezt mutatja be a 12. táblázat.

Négyszer négy közvetlenül sorbakapcsolt cellát (azaz 17 db elektródalemezt) használtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 kHz.

NaOH Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
130 ml
3,77 A
3:25 perc
29,3 ml/perc
7,76 ml/perc/amper
11,6 %
140 ml
3,92 A
1:45 perc
57,1 ml/perc
14,57 ml/perc/amper
21,8 %
150 ml
3,98 A
1:10 perc
85,7 ml/perc
21,53 ml/perc/amper
32,2 %
160 ml
4,11 A
1:20 perc
75,0 ml/perc
18,25 ml/perc/amper
27,3 %
170 ml
4,20 A
1:10 perc
85,7 ml/perc
20,41 ml/perc/amper
30,5 %
180 ml
4,31 A
1:10 perc
85,7 ml/perc
19,88 ml/perc/amper
29,7 %

12.táblázat. Az elektrolit NaOH tartalmának növelése az elektrolízis hatásfokára

Mint a 12.táblázat mutatja, az elektrolit NaOH tartalma csak részleges segítséget hozott, de a legjobb gáztermelés is, melyet 150 ml NaOH esetén tapasztaltunk, csak a fele volt a vártnak. Utána hiába növeltük a koncentrációt, az csak a hatásfokot rontotta.

De akkor mi lehetett a baj? Szerintünk az egyes cellasorok között folyó áramok – lévén, hogy az elektrolit különböző szakaszain egymással ellentétes irányba folytak – egymás ellen dolgoztak. A megoldásnak tehát az látszott, hogy minden cellasort külön edénybe kell tenni, így azok elektromosan elszigetelve lesznek egymástól. Ez viszont nagyon megnehezítette volna az autó meghajtásához szükséges gázmennyiség előállítását. Aztán este jött az Isteni szikra. Mi lenne, ha csak az elektródasorokat szigetelnénk el egymástól? Így is tettünk.

Levágtunk egy akkora műanyag lemezt, ami a két szomszédos elektródát jól eltakarta egymástól, de alul a víz, felül pedig a gáz közösített volt. Ezt mutatja be a következő ábra.

cellak3 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

18.ábra. A cellasorok elválasztása szigetelő lemezzel

A V1, V2, V3 és V4 a vezetékeket jelölik. Ami az egészben érdekes, az az, hogy ezeknek a vezetékeknek a különböző kombinációkban történő összekapcsolása és a polaritás megváltoztatása jelentős különbségeket produkál a gáztermelésben és az áramfelvételben.

A következő táblázatban ezeket a kombinációkat láthatod. A V13+ például azt jelenti, hogy a V1 és V3 lábakat a pozitív kapocsra, a V2 és V4 lábakat pedig a negatívra kapcsoltuk.

Kétszer négy sorbakapcsolt cellát (azaz 2 * 5 db elektródalemezt) használtunk, köztük egy darab szigetelő műanyag lemezt. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 kHz.

Kombin. Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
V13-
1,65 A
2:30 perc
40,0 ml/perc
24,24 ml/perc/amper
36,2 %
V23-
2,03 A
1:25 perc
70,6 ml/perc
34,77 ml/perc/amper
52,0 %
V23+
1,71 A
1:40 perc
60,0 ml/perc
35,08 ml/perc/amper
52,4 %
V13+
2,20 A
1:15 perc
80,0 ml/perc
36,36 ml/perc/amper
54,4 %

13.táblázat. A szigetelőlemezzel elválasztott cellasorok különböző kombinációi és azok hatása az elektrolízis hatásfokára

Mint a 13.táblázat mutatja, a legjobb hatásfokot akkor értük el, mikor a V1 és V3 lábakat a pozitív kapocsra, a V2 és V4 lábakat pedig a negatívra kapcsoltuk.

A V13+ kombináció egyébként pontosan azt az eredményt adta, amit elvártunk, tehát az áram is és a percenkénti gáztermelés is pontosan megduplázódott. Ha összehasonlítjuk a 10.táblázat második sorával, akkor ez a duplázódás pontosan látszik, a hatásfok pedig még javult is.

Azt is érdemes megfigyelni, hogy a legrosszabb eredményt viszont akkor értük el, mikor ebben a kombinációban felcseréltük a pólusokat (V13-). Ez azt jelenti, hogy amikor összekapcsoljuk párhuzamosan a megfelelő számú cellasort, akkor próbáljuk ki mind a kétféle polaritással is a gáztermelést, és a jobb eredményként kapott polaritást használjuk.

10.kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen hatása van az elektrolit hőmérsékletének a gáztermelésre és az áramfogyasztásra.

Ezt a kísérletet már csak nagyon "kutyafuttában" tudtuk elvégezni, mivel már késő délután volt és még a bőröndömet össze se pakoltam. Annyira volt idő, hogy felmelegítettünk egy liter 110 ml NaOH-t tartalmazó elektrolitot olyan 70 °C-ra és megmértük a gáztermelést.

Kétszer négy sorbakapcsolt cellát (azaz 2 * 5 db elektródalemezt) használtunk, köztük egy darab szigetelő műanyag lemezt. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 kHz, a kapcsolás V13+ kombinációjú.

Hőmérs. Áram 100 ml
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
25°C
2,20 A
1:15 perc
80,0 ml/perc
36,36 ml/perc/amper
54,4 %
70°C
2,56 A
1:20 perc
75,0 ml/perc
29,29 ml/perc/amper
43,8 %

14.táblázat. A hőmérséklet hatása az elektrolízis hatásfokára

A 14.táblázat eredménye meglepő. A hőmérséklet növekedésével az áram ugyan megnőtt, ami várható is volt a vízmolekulák magasabb energiaszintre történő ugrásának a következtében, a gáztermelés viszont csökkent és több időre volt szükség 100 ml-nyi gázfejlődéshez. Ez ahhoz hasonlít, amit a 6.kísérletnél is tapasztaltunk, vagyis az elektrolit NaOH tartalmának növekedésével a vezetőképesség ugyan megnőtt, de az elektrolízis hatásfoka lecsökkent.

Azonban ahhoz, hogy egyértelmű következtetéseket vonhassunk le a hőmérséklet elektrolízisre gyakorolt hatásáról, arra van szükség, hogy mondjuk 10°C-onként megnöveljük az elektrolit hőmérsékletét és mindegyik esetben megmérjük az áramfelvételt és a gáztermelést.

Ha van kedved és lehetőséged hozzá, akkor arra kérnélek, hogy végezd el ezt a méréssorozatot és közöld a Térszobrászat olvasóival az eredményeket.

Még egy megjegyzés: Az elektrolízis megkezdésekor az elektrolit hőmérséklete 20°C körül volt. 10-15 méréssor, azaz 1000-1500 ml gázfejlesztés után viszont már felmelegedett olyan 25-30°C-ra. Az elektrolit áramoltatásával viszont a hőmérsékletet valószínűleg állandó értéken tarthatjuk. De ezt is a gyakorlat mutatja majd meg.

Összegzés

A fenti 10 kísérletből a következő következtetéseket vonhatjuk le:

  • az elektródákat mindenképpen saválló lemezből kell készíteni
  • az ideális elektródatávolság 1 mm (vagy még kisebb, bár ezt már nehéz a gyakorlatban kivitelezni)
  • az elektrolit, mint dipólus különbözőképpen reagál, ha megcseréljük az elektródák polaritását
  • az elektródák függőleges elhelyezése sokkal jobb hatásfokot biztosít, mint a vízszintes elhelyezés
  • az ideális áram/gáztermelés arányt négy sorbakötött cella esetén érhetjük el
  • az elektrolit ideális töménységét úgy érjük el, hogy 1 liter esővízhez 110 ml 15 %-os NaOH oldatot adunk
  • az impulzusok ideális frekvenciája 73 kHz felett található, de a víz 42,5 kHz-es rezonanciafrekvenciáján is találtunk egy csúcsot
  • az elektrolit rezonanciafrekvenciája állandóan változott bizonyos határértékek között
  • az impulzus kitöltési tényezőjével egyenesen arányos a gázfejlődés
  • az impulzus kitöltési tényezőjének csökkenésével nő az elektrolízis hatásfoka
  • több 4-es cellasor összekapcsolásánál az ideális kapcsolás V13+
  • a hőmérséklet növekedése rontja a hatásfokot
  • az elektrolit ha gyengén is, de szennyeződik az elektrolízis során, ezért mindenképpen meg kell oldani az elektrolit folyamatos áramoltatását és közben a szűrését

elv_lem 2.4.1.11.1. Lemezes elektrolizáló 1

19.ábra. Az elektrolizáló műküdés közben

A 19.ábrán a buborékképződést szerettük volna bemutatni, de a felvétel nem igazán sikerült. Mindenesetre látható a vízszint, halványan az 5-5 elektródalemez valamint a köztük lévő szigetelő lemez.

Áramgenerátor

A kísérletekből kitűnik, hogy a szükséges gázmennyiség előállításához viszonylag nagy áramerősségre van szükségünk. De honnét "szerezzük" ezt be? A legegyszerűbb megoldás, ha az autóba beszerelünk még egy generátort. Ennek a gyakorlati megvalósításáról megkérdeztem egy autószerelő ismerősömet, aki elmondta, hogy ez teljességgel kivitelezhető, olyannyira, hogy ő már régebben csinált is ilyent. Azt mondta, csak arra kell ügyelnünk, hogy a generátor tartóvasait a motorházra hegesszük, ne a vázra, mivel együtt kell mozognia a motorral. Azt is elmondta, hogy valamilyen oknál fogva a CO hegesztővel jobb a motorblokkot hegeszteni, mint a villamos-hegesztővel. Arra a kérdésemre, hogy hogyan jobb felrakni a kiegészítő generátort, a már meglévő generátor szíjához vagy külön szíjmeghajtással, azt felelte, hogy tulajdonképpen mindegy, mind a kettő megoldható, akár külön szíjjal, amihez lehet kapni kettős szíjtárcsát, akár a meglévő szíjra, de mégiscsak jobb, ha külön szíjat használunk, mert akkor szabadabban lehet állítani például a szíjfeszességet. De elsősorban azt kell megnézni, hogy az adott autónál mekkora szabad hely van és aszerint melyik kialakítás az előnyösebb.

Mint elmondta, a generátorok ára autótípusoktól és teljesítménytől függően 10000 Ft és 30000 Ft körül van, de az autóbontókban kaphatunk már 5-6000 Ft-ért is.

Szerintem ez nem is olyan vészes!

Mekkora maximális áramot ad le egy generátor? Ez típustól függően változik, 40 és 90 A körüli áramot tudnak leadni, de ezt csak a maximális, általában 5000/perces fordulatszámon. Ha kiválasztunk egy 90 amperes generátort (pl. a Seat Ibizának van ilyen), akkor 4000/perces fordulatszámon a generátor árama ( 90 / 5000 ) * 4000 = 72 A.

Ezt a kiegészítő áramgenerátort azonban ne kössük párhuzamosan az autónk beépített generátorával. Az egyik Olvasó, Gyula a következőket írta erről:

"Két generátort ne kössetek párhuzamosan, hacsak nem teljesen egyformák, ugyanis a bennük lévő feszszabályozó más értékre szabályoz. Sokszor két típus teljesen egyforma kívülről, de a beépített feszszabályozó csak külsőleg azonos. Ezt onnan tudom, hogy generátor felújítással foglalkozom, jól ismerem ezeket a szerkezeteket. Vannak helyzetek, hogy 14,6 V-ra szabályoz a feszszabályozó és előfordul, hogy a másik generátor, ami ikertestvére lehetne az előzőnek, csak 14,2-re. A feszszabályozó "part number"-e is eltérő. így előfordulhat, hogy olyan fölösleges kiegyenlítő áramok indulnak meg, ami a rendszer hatásfokát csökkenti, esetleg egyéb baj is lehet belőle. Szerintem az elektrolizálóhoz használjunk egy függetlenül működő generátort."

Elektródalemezek

Az elektródalemezeket – mint már korábban említettük – saválló lemezből kell készíteni. Elmentem egy színesfém szaküzletbe, ahol elmondták, hogy a lemezek ára a súlyuktól függ. Mindenféle lemezt 2 m *1 m-es lapokban árulnak, így egy 0,5 mm vastagságú 2 m *1 m-es lemez kb. 9000 Ft-ba kerül. Csak maximum félbevágják a lemezeket, ennél kisebb darabokat nem árulnak. Azt javasolták, hogy ha kisebb lemezre van szükségem, akkor érdeklődjek a MÉH-nél.

A lemez feldarabolása természetesen nem kézi lemezvágó ollóval történik, mert azzal egyrészt nem tudnánk egyenletesen vágni, másrészt pedig nagyon gyűrné a levágott darabokat. Ezt tapasztalatból mondom. A karos olló már jobb megoldás, de a nagyméretű darabokat még ott is nehéz, ha nem lehetetlen gyűrődés nélkül feldarabolni. A legjobb megoldás, ha hidraulikus ollót használunk. Ha van olyan ismerősöd, aki ilyen géppel dolgozik, akkor azt kérd meg, hogy segítsen, mert ha hivatalosan próbálkozol, akkor az nagyon drága dolog.

Az elektródalemezek mérete az általunk használt 7 cm * 7 cm-es mérettől eltérhet, de akkor arányosan számold ki a méreteket. A mi esetünkben egy cellasoron 1,1 A áram folyt keresztül, tehát az egy négyzetcentiméterre jutó áramerősség 1,1 / 49 = 0,0224 A = 22,4 mA. Ha feltételezzük, hogy az áramerősség az elektródafelülettel egyenesen arányos, és a hivatalos adatok alapján így van, akkor már könnyen kiszámolhatod a lemezek szükséges méretét.

A NaOH oldat elkészítése

Mint azt a 6.kísérletnél megállapítottuk, az elektrolit ideális koncentrációja 110 ml 15%-os NaOH oldat 1 liter esővízhez. De hogyan lehet ezt előállítani?

A 15%-os NaOH oldat azt jelenti, hogy egy liter vízbe 150 g NaOH-t öntöttünk. Ezek szerint 110 ml 15%-os NaOH oldatban ( 110 * 150 ) / 1000 = 16,5 g NaOH van. Mi ezt a 110 ml-es oldatot hozzáöntöttük még 1 liter vízhez, így 1110 ml lett az elektrolit mennyisége, melyben 16,5 g NaOH volt. Ebből már könnyen megkaphatjuk, hogy egy liter elektrolithoz ( 1000 * 16,5 ) / 1110 = 14,86 g NaOH-t kell adnunk, ami 1,486 %-os töménységet jelent.

A legolcsóbban 25 kg-os kiszerelésben vehetünk nátrium-hidroxidot a Kisgazda boltokban, melynek ára 4500 Ft körül van (Kisebb kiszerelésben is vehetsz például vegyszerboltokban, de ott 1-2 kg kb. 1000 Ft-ért kapható).

Az a legegyszerűbb, ha bekészítjük az autónk víztartályába az elektrolitot.

Esővíz

Az első kísérletet kivéve mindenhol csak esővizet használtunk. Természetesen használhatsz csapvizet is, de annak a vezetőképessége a helytől függően változik, így nem tudnánk pontosan megismételni a kísérleteket. Az esővíz tisztaságban a desztillált vízhez közelít, ezért a paraméterei viszonylag állandóak az ország különböző helyein. Amennyiben csapvizet akarsz használni, akkor kísérletezd ki, hogy mennyi NaOH-t kell adnod az esővíznél mért áramok elérésére. (Kevesebb NaOH-ra lesz szükséged!)

A csapvíznél még arra is figyelned kell, hogy az országban néhány helyen igen magas a vízkőtartalma, ami egy idő után lerakódik a csövekre, az elektrolizálóra, az elektródákra és a hengerben, a szelepeknél és a kipufogó rendszernél. Ezért inkább az esővizet ajánlom, de ha gondolod, készíthetsz desztillált vizet is a csapvízből oly módon, hogy a vizet felforralod, a keletkezett vízpárát pedig lecsapatod egy hideg üveglapon, ahonnét belecsepegteted egy másik edénybe.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás