Ingyen Energia Mega Könyv pdf
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Ingyen Energia Mega Könyv pdf

on

  • 11,535 views

Ingyen Energia Mega Könyv pdf

Ingyen Energia Mega Könyv pdf

Statistics

Views

Total Views
11,535
Views on SlideShare
10,921
Embed Views
614

Actions

Likes
5
Downloads
268
Comments
0

2 Embeds 614

http://www.kulturaliskreativok.eoldal.hu 609
http://webcache.googleusercontent.com 5

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Ingyen Energia Mega Könyv pdf Ingyen Energia Mega Könyv pdf Document Transcript

    • Ingyen Energia Mega Könyv TartalomjegyzékVízzel hajtott autó ...................................................................................................................... 6 Vízzel hajtott autó - Bevezet ................................................................................................ 6 Ingyen üzemanyag - Hidrogén generátor ............................................................................. 16 Vízzel m ködtetett benzinmotoros generátor ...................................................................... 24 Tervek ahhoz, hogy az autód csapvízzel m ködjön ............................................................ 30Villanyautók ............................................................................................................................. 43 Bevezet ............................................................................................................................... 43 A villanyautók története ....................................................................................................... 43 Villanyautók átalakítása ....................................................................................................... 46 Az egyenáramú motorok szabályozása ................................................................................ 60 Az akkumulátorok kiválasztása és méretezése .................................................................... 79Ingyenenergia a házunkban ...................................................................................................... 80 Bevezet ............................................................................................................................... 80 A házunk elektromos energiaellátása ................................................................................... 81 NullPontEnergia, avagy az éter ............................................................................................ 82A Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor ........................................................................ 89 Bevezet ............................................................................................................................... 89 M.E.G. szabadalom .............................................................................................................. 89 A M.E.G. m ködésének fizikai magyarázata .................................................................... 105 Naudin M.E.G. készüléke .................................................................................................. 107 A ritka földfém alapú mágnesekr l .................................................................................... 129Az üzemanyag cellák ............................................................................................................. 134 Bevezet ............................................................................................................................. 134 1
    • Az üzemanyag cella története ............................................................................................ 134 Az üzemanyag cella m ködési elve ................................................................................... 137 Saját készítés üzemanyag cella ........................................................................................ 153 A kísérletek összefoglalása ................................................................................................ 183 A fogyasztók energiaszükségletének kiszámítása.............................................................. 186 Az inverterek és azok méretezése ...................................................................................... 192 Az akkumulátorok és vezetékek méretezése ...................................................................... 222A Nap energiájának hasznosítása ........................................................................................... 227 A napelemek ...................................................................................................................... 227 A szél energiájának hasznosítása ....................................................................................... 237 Bálint szél- és napenergiás kísérletei ............................................................................. 256 Egy régi szélgenerátor ........................................................................................................ 258 A Föld elektromos energiájának hasznosítása ................................................................... 261A házunk f tése ...................................................................................................................... 267 Bevezet ............................................................................................................................. 267 Üzemanyag nélküli f t ..................................................................................................... 267 Zoli üzemanyag nélküli f t je ........................................................................................... 280 F tés vízbontással .............................................................................................................. 290 A h szivattyú ..................................................................................................................... 292 Laci napenergiás kísérletei ................................................................................................. 300 A Peltier h elem................................................................................................................. 303 A g zturbina ....................................................................................................................... 307 Stirling motor ..................................................................................................................... 310 Archie H. Blue elektrolizáló készülékének leírása ............................................................ 325Elektrolízis ............................................................................................................................. 329 Polarizáció.......................................................................................................................... 329 Andrija Puharich elektrolizáló készüléke .......................................................................... 351 BingoFuel elektrolizáló készülék ....................................................................................... 379 2
    • A víz alacsonyáramú elektrolízise ..................................................................................... 392 Kísérletek az elektrolízissel ............................................................................................... 401 Meyer elektrolizálója ......................................................................................................... 449 A feszültség dinamikája ..................................................................................................... 457Transzformátorok tervezése ................................................................................................... 479 A Horváth féle vízbontó - 1976 ......................................................................................... 493 Horváth István nyomában .................................................................................................. 544 Kísérletek a Horváth féle vízbontóval 2 ............................................................................ 551 Kísérletek a Horváth féle vízbontóval 3 ............................................................................ 555Vferi lemezes elektrolizáló készüléke.................................................................................... 562 István lemezes elektrolizáló készüléke .............................................................................. 572 Csendesvíz Joe-cellás kísérletei ......................................................................................... 585 A Horváth féle vízbontó - 1978 ......................................................................................... 591Buborékoztató ........................................................................................................................ 632 Korróziógátlás .................................................................................................................... 634 Vferi és Laci Multi-Fuel Processzoros kísérletei ............................................................... 636A víz és a mágnesesség .......................................................................................................... 650Hogyan hajtsuk dízel autónkat LPG gázzal fillérekb l? ........................................................ 664Krisztián hidrogén meghajtású kismotorja ............................................................................ 674Durranógázzal dúsított üzemanyag ........................................................................................ 679Laci biogázos kísérletei .......................................................................................................... 682 Vferi g zfejleszt készüléke .............................................................................................. 688Laci oxigénszondás kísérlete ................................................................................................. 693 Laci akkumulátoros kísérletei ............................................................................................ 699A BlackLight Folyamat .......................................................................................................... 719 Bevezet ............................................................................................................................. 719 A BlackLight Folyamat ismertetése ................................................................................... 719A Kvantummechanika alapjai ................................................................................................ 730 3
    • Mi az az elektronvolt? ........................................................................................................ 751Ingyenenergia kinyerése analóg számítógéppel ..................................................................... 754 Bevezet ............................................................................................................................. 754 Tesla elképzelése az elektromágneses hullámok terjedésér l............................................ 754 Naudin készülékének ismertetése ...................................................................................... 759Folyamatos Elektromos Generátor......................................................................................... 774 Bevezet ............................................................................................................................. 774 A háromfázisú generátorokról ........................................................................................... 774 Folyamatos Elektromos Generátor..................................................................................... 780 Mit l m ködik a FEG? ...................................................................................................... 796Parametrikus Teljesítmény Generátor .................................................................................... 802 Bevezet ............................................................................................................................. 802 A rezg körökr l általában.................................................................................................. 802 A parametrikus rezg körök................................................................................................ 812 Parametrikus er sít ........................................................................................................... 816 A transzformátorokról általában ........................................................................................ 826 Parametrikus transzformátor .............................................................................................. 836 További elgondolások a parametrikus ............................................................................... 841 transzformátorokról ............................................................................................................ 841Hendershot féle generátor ...................................................................................................... 851 Bevezet ............................................................................................................................. 851 A Hendershot féle generátor felépítése .............................................................................. 853 Méhsejt és fonott kosár tekercsek ...................................................................................... 860 A Hendershot féle generátor m ködési elve ...................................................................... 867Bowman féle állandó-mágneses motor .................................................................................. 874 A Bowman motor térbeli nézetei ....................................................................................... 875 Perendev féle állandó-mágneses motor.............................................................................. 885 Módosított Perendev mágnesmotor ................................................................................... 890 4
    • Reprodukált Perendev mágnesmotor ................................................................................. 893A NEOGEN Dinamó - Bevezet ........................................................................................... 895Ingyenenergiát el állító reaktor ............................................................................................. 920Thestatica ............................................................................................................................... 928Térenergia, mint új energiaforrás ........................................................................................... 939Az éter hangstimulációja ........................................................................................................ 968 Állóhullámok ..................................................................................................................... 972 Az elektromágneses mez mint mozgatóer ..................................................................... 974Az elektromágneses mez mint mozgatóer ......................................................................... 984A reakciómentes er ............................................................................................................... 992 Bevezet ............................................................................................................................. 992 A reakciómentes er magyarázata ..................................................................................... 993 A reakciómentes er egy lehetséges el állítása ................................................................. 998 Reakciómentes er hajtóm , azaz .................................................................................... 1000 Térhajtóm ....................................................................................................................... 1000 Unipoláris forgó ............................................................................................................... 1008 András Lifter kísérletei .................................................................................................... 1012 Elektromágneses gravitációszabályozás .......................................................................... 1020 Forgó gravitációs motor ................................................................................................... 1031 A gravitációs antenna ....................................................................................................... 1033 A Mumetál vezetékr l ...................................................................................................... 1036 5
    • Vízzel hajtott autóIngyenenergia! Lehetséges ez? Lehetséges volna, hogy teljesen hivatalosan nem kell fizetned avillanyért, a gázért és a f tésért, hanem ingyen is hozzájuthatsz ezekhez az energiákhoz? Igen,mindezt ingyen is megkaphatnád, ráadásul még a környezetet is védenéd vele. Jelenleg azért fizetszaz áramért, mert valakik megépítették az er m veket, bevezették a lakásodba vezetvillanyvezetékeket, felszerelték a villanyórát és kiépítették azt az apparátust, ami ezen rendszerkarbantartásáért és a számlák behajtásáért felel. De ez mind teljesen felesleges! Mindezt ingyen ismegkaphatnánk, mivel több mint száz éve már léteznek olyan készülékek, elektromos ésh generátorok, melyek többek között a Nullpontenergia felhasználásával több energiát juttatnak arendszer kimenetére, mint amennyit bevezettünk. És ezek a rendszerek állandóan termelik azenergiát a beindításuk után.Vízzel hajtott autó - BevezetőVízzel hajtott autó! Nem hangzik rosszul, igaz? Csak otthon a csapból feltöltöd az autód víztartályátés már mehetsz is. Nincs környezetszennyezés, ráadásul mindez ingyen van. S ami szintén nemelhanyagolható: Te magad is átalakíthatod a saját benzinmotoros autódat vízmeghajtásúra! Hogyan?Ezt tudhatod meg a következ oldalakon.Az alapelvA vizet elektrolízis segítségével szétválasztjuk hidrogénra és oxigénra, majd azt a porlasztóbanleveg vel hígítva elégetjük a hengerekben. Ennyi.H2O(folyadék) => H2(gáz) + O2(gáz) => H2O(g z) 6
    • Egy kicsit részletesebbenAz elektrolízishez szükséges energiát az autóakkumulátorból vagy a generátorból vesszük. Ez azáram a vizet hidrogénra és oxigénra bontja. A keletkezett hidrogén-oxigéngázt a porlasztóbanleveg vel hígítjuk, vagy különböz befecskendezési módot alkalmazunk (err l majd kés bb leszszó) és a hengerekben ezt a hidrogén-leveg keveréket plusz némi vizet elégetjük.Természetesen sok fontos technikai részletet is ki kell dolgozni az autó hatékony üzemeltetésére, demiel tt ezekre rátérnénk, egy nagyon fontos dolgot szeretnék elmondani.A hidrogén és oxigén elégetésekor keletkez energia legalább egy nagyságrenddel meghaladjaa víz lebontásához használt energiát. Mindez annak köszönhet , hogy a hidrogén és oxigénszétválasztásakor és újraegyesülésekor megcsapoljuk az étert vagy más néven a nullapontenergiát, ez adja az energiatöbbletet.Ez látszólag ellentmond az energia-megmaradás törvényének, de igenis több energiát vehetünk kiegy rendszerb l, mint amennyit befektettünk, ha azt a rendszert megfelel módon építjük fel. (lásditt) Ez a helyzet a vízautóval is.A következ oldalakon el ször pár m köd vízmeghajtású benzinmotorról olvashatsz. Ezeket csak"kedvcsinálónak" szántam. Ezt követ en egy kis elmélet következik, ahol el ször a hidrogénnal ésannak a hidrogénmotorban történ felhasználásával foglalkozunk, ezt követ en a víz eddigismeretlen tulajdonságairól olvashatsz, majd kiszámítjuk a hidrogénmotor meghajtásához szükségeshidrogéngáz és víz mennyiségét. Foglalkozunk a teljesítmény és hatásfok kérdésével, majdmegismerkedhetsz az elektrolízis elméletével és néhány elektrolizáló készülék szabadalmával is.Végül az Általunk és a Fénykapu olvasói által elvégzett kísérleteket és méréseket ismertetjük.Mindezekhez rengeteg képet, s t rövid videókat is láthatsz. 7
    • Megjegyzés: A hidrogénmotor nem ugyanaz, mint a hidrogén üzemanyagcellás motor. Ahidrogénmotor a hidrogént bels égés motorként elégeti és ez adja a mechanikai energiát. Ahidrogén üzemanyagcellás motor viszont a hidrogént és oxigént egyesítve elektromos áramottermel, melyet egy elektromos motorra vezetnek. Mi nem az üzemanyagcellás rendszerekkel fogunkfoglalkozni az elkövetkez oldalakon, hanem a hidrogénmotorokkal.Az üzemanyag cellákról b vebben itt olvashatsz.Az ezen az oldalon ismertetésre kerül vízautókat, vízmeghajtású aggregátort és a vízautó építésileírást azzal a céllal fordítottam le, hogy kedvet kapjál Te is a vízmeghajtású autóhoz. Elöljáróbanszeretném elmondani, hogy ezek az ismertet k kevés, vagy éppen téves/ködös információkatközölnek, ugyanakkor kedvcsinálónak nagyon jók. A pontos technikai részletekr l a következoldalakon lesz majd szó. • Els ként Daniel Dingel vízautójáról olvashatsz. A Fülöp-szigeti feltaláló már harminc éve használ vízmeghajtású autót, de a titkot nem árulja el. Az ismertet t itt láthatod. • A következ Carl Cella hevy metal zenész írása, melyben azt mondja el, hogyan alakított át egy 1979-es Cadillac Coupe de Ville-t vízmeghajtásúra. A fordítást itt nézheted meg. • A következ ismertet egy titokban tartott fémötvözetr l szól, mely a vizet nagyon olcsón bontja le hidrogénra és oxigénra. A fejlesztett gázokkal egy 12 LE-s aggregátort hajtanak meg. A leírást itt olvashatod. • Egy magyar feltaláló, Gróf Spanyol Zoltán is benyújtott egy szabadalmat Németországban még jó húsz évvel ezel tt. A feltalálóval készített két filmet és a szabadalmát itt nézheted meg. • Végül pedig következzen itt egy leírás, ami lépésr l lépésre leírja, hogyan kell átalakítanod a benzinmotoros autódat vízmeghajtásúra. Sok benne a pontatlanság és az ott ismertetett elektrolizáló az eddig elvégzett kísérleti tapasztalataink szerint nem tud elegend mennyiség gázt termelni, de azért vannak hasznos információk is benne. Egyszer érdemes elolvasni. 8
    • Ha a fentebb bemutatott leírásoktól kedvet kaptál az autód átalakításához, akkor a következoldalakon pontos magyarázatokat és számításokat, valamint kísérleti eredményeket találhatsz.Mindenek el tt azonban következzék egy kis elmélet, melynek els felében megismerkedhetsz ahidrogénnal és annak a bels égés motorokban történ alkalmazásával.A vízautó készít je még 30 év után is harcolJoey G. Alarilla1969 sok szempontból mérföldk nek bizonyult. Ebben az évben nézhettük, amint Neil Armstrongés Buzz Aldrin a holdon sétálnak és ez az év volt az Internet születésének éve is, mikor annak elsinkarcációja, az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának "Arpanet" (Advanced ResearchProject Agency network) nev hálózata beindult.A Fülöp-szigeteken szintén 1969-ben jelentette be egy ottani feltaláló, hogy az autóiparforradalmasításán dolgozik. Elképzelése szerint az autókat hidrogénnel lehetne meghajtani, melyetközönséges vízb l tudnánk el állítani.Ma, 30 évvel kés bb Daniel Dingel feltaláló a világ számos országát járja kizárólag vízmeghajtásúautókkal, miközben arról panaszkodik, hogy a Fülöp-szigetek kormánya és tudósai nem támogatjáka találmányát."Állandóan csak azt hajtogatják, hogy a kormány nem elég gazdag, de folyamatosan eladogatják aFülöp-szigeteken fellelhet nyersanyagokat és er forrásokat. A kormánynak támogatnia kellene atechnológiai fejlesztéseket, melyek segíthetnének a hatalmas államadósságok visszafizetésében" -mondja Mr. Dingel.Az Inquirer parkolójában múlt kedden Daniel bemutatta az egyik autóját, egy 16 szelepes pirosToyota Corollát, melyben egy általa kifejlesztett kisméret hidrogénreaktor volt, ami közvetlenülmeghajtotta az autó bels égés motorját. Daniel vízautójával már a nyolcvanas évekt l kezdvefoglalkozott a sajtó, de azóta még nem tudta elérni, hogy a találmányát szabadalmaztassák és hogyelkezdhessék a sorozatgyártást. Dingel úgy véli, hogy mindez a nagy multinacionális cégek, mint 9
    • például az olajtársaságok befolyásának köszönhet . Ez úgy hangzik, mintha az X-aktákat néznénk,de ha Dingel elképzelése helyes, akkor ez elég valószín nek t nik.M ködési elvA feltaláló elmondása alapján az elektrolizáló egy 12 voltos autóakkumulátorról kapja azelektromosságot, mely a tengervizet vagy a sózott csapvizet deutérium-oxiddá vagy nehézvízzéalakítja, melyet f ként az atomreaktorok h tésére használnak. A deutérium tulajdonképpen egyhidrogénizotóp, melynek súlya kétszerese a közönséges hidrogén súlyának. A nehézvíz úgykeletkezik, hogy a víz (H2O) hidrogénatomját deutériummal helyettesítjük."Az akkumulátor elektromos árama a vizet hidrogénra és oxigénra bontja, ezt a keletkezetthidrogént pedig fel lehet használni az autó motorjának meghajtására. Normális körülmények közöttkb. 2500 °C-os h mérséklet szükséges ahhoz, hogy a vízb l hidrogént állíthassunk el , de itt éncsak egy 12 voltos akkumulátort használok." - állítja a feltaláló.Hogy ez a kémiai reakció hogyan mehet végbe egy közönséges 12 voltos autóakkumulátorsegítségével, ez természetesen Dingel találmányának a titka. És mellesleg ezen állítása miatt tartjáksokan sarlatánnak és csalónak. Az USA-ban és sok más országban is használják üzemanyagként ahidrogént az üzemanyagcellás autókban, de azt nem vízb l állítják el , hanem folyékony formábanlehet megvásárolni az üzemanyagtölt állomásokon.Például a DaimlerChrysler az Egyesült Államokban márciusban mutatta be a hidrogén-meghajtásúNECAR 4-et (New Electric Car [Új Elektromos Autó]), melynek alapja a Mercedes-Benz A-classautó.Ezekben az üzemanyagcellás autókban a víz csak a hidrogén- és oxigénionok között végbemenreakció mellékterméke. Ez a reakció elektromosságot produkál, melyet aztán az autóvillanymotorjának meghajtására használnak. Ebben az értelemben az üzemanyagcellás autókbanvégbemen reakció Dingel találmányának pont az ellentettje. Daniel azt is állítja, hogy azelektrolizálója mindenféle bels égés motor esetében használható.Dingel elmondta, hogy néhány Taiwani befektet a vízautó gyártásának beindítását tervezi éssegíteni fog a szabadalom nemzetközi elfogadtatásában is. 10
    • Egy másik találmányA Fülöp-szigeteken Dingel a "Cobis Clean Cars"-nak is a partnere, melyben egy másik találmányáthasználják - az úgynevezett elektromágneses folyadék (electromagnetic fluid (EMF) ) kezelést. Ez,úgy t nik, nem alkalmaz elektromosságot. Az EMF ilyen növényekb l készül, mint okra, saluyot,ampalaya, langka és vízililiom.Ez a kezelés - a feltételezések szerint - javítja az autó motorjának a teljesítményét és megnöveli azolaj élettartamát, mivel ez egyfajta "lég-mágnest" hoz létre, mely a súrlódást gyakorlatilag nulláracsökkenti.Tehát, ha ez a Fülöp-szigeten feltalált vízautó valóság és ez az ötlet hamarosan hajtaná az autónkat,akkor Te is ilyen autót vezetnél? Ez Dingel álma, melyet 30 éve dédelget egyfolytában.Néhány technikai adat:Az autó típusa: Toyota Corolla 1.6iFogyasztása: 5 liter víz 500 Km-enMaximális sebessége: 200 Km/hAz eredeti cikket angol nyelven itt olvashatod el.További két videofilmet is megnézhetsz. Mivel ezek amat r felvételek, ne lep dj meg, ha néhaDaniel hasát látod, nem pedig a motornak azt a részét, amir l éppen beszél. Viszont érdemesmegnézni, mivel itt is vannak értékes információk.Daniel Dingel vízautójának feltételezett m ködési elve 11
    • Hogyan tudta ezt DANIEL DINGEL és ARCHIE BLUE megcsinálni?Szeretném neked bemutatni, hogyan tudta Daniel Dingel megépíteni a vízautóját. Mindenek el ttszeretném kijelenteni, hogy Daniel módszere megegyezik Archie Blue módszerével, ami rendkívülegyszer , de mégis vannak olyan részletek, melyek elengedhetetlenül szükségesek a m ködéshez: • El ször is, az üzemanyag-csatornában uralkodó nyomásnak sokkal kisebbnek kell lennie a tengerszinten mért légnyomásnál. • A hidrogén egyszer elektrolízissel lett el állítva, vagyis egyenárammal, tehát semmilyen pulzáló áramra nincs szükség. 12V egyenfeszültség megfelel. • A vízben szódium-hidroxidot használunk elektrolitként. • A legjobb módszer az, ha a buborékoztatót és az elektrolizálót egybeépítjük. • A mechanikai teljesítmény meghaladja az elektródákra vezetett elektromos teljesítményt. Ezt nagyon nehéz elhinni, tudom. • A keletkezett gáz nem hidrogén, hanem nitrogén-hidroxid. A leveg 78%-a nitrogén. A nitrogén-hidroxid nyilván a hidrogénra, oxigénra és nitrogénra gyakorolt alacsony nyomás következménye.Elektrolizáló és buborékoztató tartály 12
    • Az elv egyszer . A beáramló leveg mennyiségét egy szelep segítségével és/vagy a leveg csátmér jének változtatásával szabályozhatjuk. A víz felszínén lév alacsony nyomásnakköszönhet en a víz könnyebben gázosodik. A motorba tehát leveg (hidrogén és oxigén) ésporlasztott víz kerül. Ez a vízpára a hengerbe kerülve abszorbeálja a h t, ezáltal h ti a motort ésegyenletesebbé teszi annak futását. Négy elektrolizálót is sorba lehet kötni, melyekbenelektrolitként szódium-hidroxidot használhatunk, az elektrolizáló feszültsége pedig 12V lehet. Asorba kapcsolás révén a rendszer kevesebb áramot fogyaszt és négyszer több hidrogént termel, bárebben az esetben némi változtatást kell eszközölni, hiszen a cellák el vannak szigetelve egymástól.Megjegyzés: Az elektródák perforáltak (lyukacsosak), így tud a keletkezett gáz kijutni azelektródák közül.Az elektrolizáló cellák sorbakapcsolása 13
    • Az általam elképzelt elektrolizáló cellák tervének leírása a következ : • Négy elektrolizáló cella van sorba kötve. • A vízben maró lúg (szóda) van. • Az áramforrás egy 12V-os autóakkumulátor • A cellák ugyanabban a vízben lehetnek egymástól legalább 5 cm - de inkább 10 cm - távolságra, így megakadályozhatjuk az áram cellák közötti átszivárgását. Szükség esetén használhatunk szigetel ket is az egyes cellák elektródái között. • A maximális áram ne haladja meg a 20 ampert. Ennek elegend nek kell lennie.Újabb találgatások (Hozzáadva az oldalhoz 2003 április 5.-én)Dingel egyik autója 1 liter vizet használ körülbelül 1 óra alatt. Ez 570 ml/sec hidrogén- ésoxigéngáz fejlesztésére elegend , HA csak vizet használ. De honnét vesz 3000 ampert, hogy a vizetlebontsa? Ez csak ámítás! Az elektrolizáló áramkör is csak ámítás! A valóságban mindössze 10 és50 amper közötti áramot használ, attól függ en, hogy a generátor mennyit képes leadni, és ez azáram 1.7 és 8.5 ml/sec hidrogén- és oxigéngázt termel. A motor által használt víz LEGNAGYOBBRÉSZE csak VÍZPÁRA, ami az alacsony nyomás hatására jön létre. Az egy óra alatt felhasznált 1liter vízb l csak 2.9 és 15 milliliter közötti vízmennyiség bomlik le hidrogénra és oxigénra. Mit 14
    • gondolsz, a Dingle elektrolizálóját bemutató filmen a fejl d buborékok mérete alapján a gázmennyisége eléri az 50 ml/sec-ot ? Figyeld meg, hogy amikor Daniel kihúzta a motorhoz vezetüzemanyagcsövet az elektrolizálóból, egy cuppanó hang hallatszott és a buborékképz dés azonnalleállt! Leveg t szívatott az elektrolizálóba! A filmben a képz d gáz mennyisége nem látszik túlsoknak. Az áram maximum 10 A lehet. A bevezet ben látható filmben, mikor a hölgy vezette azautót, egy kattogó hangot hallott a gázpedál lenyomása közben. Ez azt jelentheti, hogy Danielváltoztatható ellenállást használ VAGY kapcsoló relét, amivel több elektródát aktivál azelektrolizálóban. A filmben szerepl tudós, valamilyen Ernesto, azt mondta, hogy ez egyszerhidrolízis (a hidrolízis a víz elektrolízise más néven). Figyeld meg a fázisceruza lámpáját. Nincssemmi varázslatos ebben, mondja Daniel, egyszer en csak az történik, hogy a csavarhúzóthozzáérinti a rozsdamentes acélból készült anódhoz. A fázisceruza leföldel dött az autó negatívantöltött vázához érve, ezért gyulladt ki a lámpa.Kipróbáltam a hidrogénmeghajtást a 250 cm3-es négyütem motorbiciklimen, melynek csak 10 és20 cm3 közötti hidrogént adtam másodpercenként. A kritikus dolog az volt, hogy a szivatót teljesenki kellett kapcsolni, mivel a leveg ellátást korlátoznom kellett a porlasztó és az elektrolizáló közöttialacsony nyomás létrehozása érdekében.Nos, amit itt állítok, az nem természetfeletti, egyszer en csak túllépi a hagyományosan értelmezettenergia-megmaradás törvényét.Megjegyzés: Amennyiben kapcsolatba akarsz lépni ennek a cikknek a szerz jével, akkor akövetkez címre írhatsz (angolul): rauli_tech@yahoo.com.au 15
    • Ingyen üzemanyag - Hidrogén generátor(Amit a TV-ben nem mondanak el neked)Carl CellaEz a cikk eredetileg a Psychedelic Illuminations, Volume I, Issue VIII. számában jelent meg. Aszerz je nem éppen a szép beszédével keltette fel a figyelmemet, hanem a tartalommal. Carl Cellaépített egy vízautót magának, amivel sokat autózott az USA-ban, s mivel pár érdekes dolgot is említaz írásában, ezért lefordítottam Neked is - a káromkodások kivételével!Haver! El ször is, ez nem ámítás, nem "add ide a lóvét aztán tünés"! Ez a szerkezet m ködik. Én a"Rampage" hevy metal együttes rült embere vagyok, de jóval a zenei sikereim el tt m szakibeállítottságú voltam és nagyon érdekelt annak a lehet sége, hogy a vízb l nyert üzemanyaggalmeg lehet hajtani az autót. Miután elolvastam az összes fellelhet információt ahidrogéngenerátorokról, 1983-ban megépítettem az els m köd készüléket, amelyet aztánbeépítettem egy 1979-es Cadillac Coupe de Ville motorházába. Nem kell nyugtalankodnod afogyasztás miatt, mivel a járm teljes tömege ingyen üzemanyag esetén nem játszik szerepet! Arendszeremet az olvasott legjobb rendszerek alapján építettem meg, s t, még tovább mentem, mivela leger sebb anyagokat és a legvilágosabb tervrajzokat használtam. Az összes titánium csavart ésanyát egy repül gép hulladékkénti kiárusításán vettem - ezek olcsóbbak és nem kopnak el, ezáltalnagy pénzeket takaríthatunk meg.A hengerfejnél és a kipufogórendszernél bizonyos változtatásokat kell elvégezni a biztonság és ahosszú élettartam elérésére. El ször is, az égés során a korábban szétválasztott hidrogén- ésoxigénatomok újraegyesülnek, ezáltal a kipufogórendszerbe vízpára - és semmi más, mármintszennyez anyag - nem jut. A legtöbb autógyártó öntöttvas kipufogócsöveket és acélszelepekethasznál. A h és a nedvesség együttes hatása (nedvesség nem jelentkezik a benzin elégetése során)a rendszer rendkívül gyors elrozsdásodásához vezet. Az egyik átalakítás az, hogy ezeket azacélszelepeket rozsdamentes acélszelepekkel kell felváltani, valamint a teljes kipufogórendszertrozsdamentes acélból kell megépíteni. Az autós boltok árulnak rozsdamentes acélszelepeket ésrozsdamentes acélból készült hangtompítókat, melyek nekünk teljesen megfelelnek. Mivel a 16
    • hidrogén - sok benzinnel ellentétben - nem tartalmaz ólmot, ezért nem szükséges a szelepekólommal való kenése.Az ilyen eszközök komplett árusítása halva született dolog. 1983-ban kapcsolatba léptem azEnergiaügyi Hivatallal, hogy bemutassam a m köd autómat, ahol is két, "a zsarnoki elnyomásnagyon ellenséges ügynökével" akadtam össze, akik azt mondták, hogy ha megpróbálok el regyártott modulokat árusítani, abból sok "problémám" lehet. Megkérdeztem, hogy mi f...ért, mirenagyon nyersen és nem a legkedvesebb hangsúllyal ezt felelték: "Van neked arról fogalmad, hogyegy ilyen eszköz nyilvánossá tétele milyen hatással lenne a gazdaságra?" Valakik nagy pénzekt lesnének el, például az olajtársaságok évi adójától és a benzin adójától. A világ olajellátása er senszabályozott és nagyon jövedelmez az olajárakat olyan magasan tartani, amennyire csaklehetséges. De hogyan tudnák megállítani vagy szabályozni az es t? " k" nem tudják, s mivel a vízingyen van, így " k" nem tudnak ebb l profitálni.Ez a technológia olyan egyszer , hogy még fél aggyal is - és az autó mechanikájának egy kisismeretével - bárki meg tud építeni egy ilyen rendszert. Közzéteszek egy minden részletre kiterjed ,világos tervet (ez nem lósz...r), alkatrészlistát, építési tanácsokat és egy csomó, a motorátalakításával kapcsolatos olyan elgondolást, mely az alkatrészek legyártását és összeszerelését alehet legegyszer bbé teszi. Az általam megépített rendszer tényleg olyan klassz, mint ahogyállítom, de csak nyomtatott információt adok arról, hogyan építheted meg Te is a magadét és nemvállalok semmilyen személyes felel sséget, ha kárt teszel magadban vagy az autódban. Ez csak asaját butaságod, ha te véletlenül egy üresfej alak vagy, aki nem tudja elolvasni ezt az egyszerangol nyelv átfogó technikai leírást, bármilyen egyszer en is legyen az fogalmazva.A rendszert csak porlasztóval alkalmaztam. Soha sem próbáltam meg ezt üzemanyag-befecskendez rendszerekre alkalmazni és azt se állítom, hogy ezt könny volna megcsinálni, haegyáltalán lehetséges. MINDEN KÖBLÁB VÍZ 1371 KÖBLÁB HIDROGÉNGÁZT ÉS 680KÖBLÁB OXIGÉNT TARTALMAZ (1 köbláb = 28.32 liter). Mivel nincs légszennyezés, alégsz r t teljesen legálisan kiszerelheted és mentesülsz a szénmonoxid mérések alól is, akárcsak azösszes propángázzal hajtott autó. Az egyetlen dolog, amit id r l id re elvégzek, az az elektrolizálókészülék elektródáira lerakódó ásványi anyagok eltávolítása, valamint, de ezt ritkábban, azelektrolizáló készülék kitisztítása. Egyik se komplikált vagy id igényes. Annyi tartalék elektródátkészítettem, hogy ez a munka nem tart fel engem, miközben éppen úton vagyok, nem úgy, mintamikor még az elején csak egyet használtam, nem is sejtve, hogy valami rárakódhat az elektródákra,ami persze az elektrolízis egész folyamatát leállítja. Amikor az autó lerobban, csak egygombnyomás, és máris mehetek tovább, amíg nem érek olyan helyre, ahol viszonylag kényelmesen 17
    • megtisztíthatom az elektródákat. És ez nem Los Angeles és San Francisco között lesz valaholfélúton, ahol az els lerobbanásom történt.Az acélból készült benzintank helyére tehetjük az elektromos szintérzékel vel ellátott m anyagvíztartályt. A szintérzékel kijelz jét a jelenlegi üzemanyagszint-jelz helyére tehetjük am szerfalon. Ha nem végzel el semmilyen más változtatást, csak a porlasztót teszed alkalmassá ahidrogén fogadására, attól még a rendszer nagyszer en fog m ködni, de a kipufogórendszer semmiperc alatt el fog rozsdásodni, és ha a motort "hosszabb ideig" nem kapcsolod be, akkor a gyárilagbeépített szelepek és érzékel k elrozsdásodnak és beszorulnak! A rozsdamentes acélszelepek nemdrágák és ugyanolyan problémamentesek, mint a rozsdamentes acélból készült kipufogórendszer.Ne légy bolond és ne akarjál ezen spórolni, mivel ezzel csak plusz kiadást és fejfájást okozolmagadnak és engem fogsz okolni a saját butaságodért. Az öntöttvas hengereket és a szelepekbemeneteit magas h mérsékletet elvisel , úgynevezett "heanium" kerámiával burkold be, melyezeket megvédi attól a korróziótól, mely a szelepeknél, érzékel knél és a kipufogórendszernél isfellép. Aztán ott van a kipufogó csonk: A nedvesség ott is rozsdásodást idéz el . A petróleumalapúüzemanyagnak megvan a saját mosóhatása, mely véd a korróziótól, ahogy az olaj is védi az olajbanáztatott alkatrészeket. Amikor hidrogént használunk a bels égés motorok üzemanyagaként,további el vigyázatossági intézkedéseket kell tennünk azért, hogy a rendszer élettartamátmeghosszabbíthassuk, nem pedig csak letekerünk pár ezer mérföldet aztán a motor besül, mint egylósz...r.Ne használj tengervizet! Annak minden gallonja háromnegyed font sót tartalmaz (1 gallon = 3.78liter, 1 font = 0.45 kg), vagyis olyan anyagot, amely hamar befedi az elektródákat, amikb l csak egynagy koszhalom lesz. Az elektrolízis mégis létre fog jönni, mivel a csapvíz nem 100%-osan tiszta,hanem különböz ásványi anyagokat tartalmaz, melyek az elektrolizáló cella elektródáin azelektromosan aktivált lebontási folyamat során a víz hidrogénatomjainak segítenek elválni azoxigénatomoktól. Ez olyan üzemanyagot eredményez, ami meg tud hajtani egy bels égés motort.A világ két eleme, mely a legnagyobb b ségben található, a hidrogén és a butaság. A hidrogéntkönnyen el állíthatjuk a vízb l, a butaság pedig vagy rosszul használja fel azt a technológiaieszközökben, vagy egyszer en a személyes érdekek miatt elhallgatja a nyilvánosság el l, így azemberek kénytelenek a környezetszennyez , de nagyon jó profitot biztosító káros üzemanyagothasználni. Ezek a pénzéhes paraziták fosztogatják az egész bolygó tudatlan és gyanútlan lakóit, akikha tudnák, milyen egyszer a hidrogént el állítani, nem vennének benzint! A föld két legjobbanjövedelmez üzlete az elektromosság és az olaj. Az elektromosságot motorok segítségével isel állíthatjuk, a motorokat pedig meg lehet hajtani hidrogénnel. Ha tehát az elektromosság az autógenerátorából jönne, amit egy hidrogén-meghajtású motor forgatna, és a vízellátást állandósítani 18
    • tudnánk, például a kipufogóból a vizet lecsapatnánk, akkor egy majdnem örökmozgó készülékettudnánk csinálni. Ez nem tökéletes örökmozgó, mivel az energia egy része h formájában elszökik,bár a hatásfoka még így is nagyon jó lenne. S mivel a folyamat beindításához szükséges üzemanyagingyen van, ki panaszkodna?Én nem alkalmaztam kondenzálót a kipufogórendszerben, de javaslom, hogy valaki próbálja ki ezt,ezáltal növelve a feltöltés nélkül futott mérföldeket. Elképzelésem szerint ez egykipufogórendszerbe beépített radiátor lenne, mely vízgy jt vájatokat és leveg csatornákattartalmazna, melybe az autó haladása során keletkez hideg leveg t vezetnénk be. Én csak egyötletet mondtam, kész tervvel nem szolgálhatok, mivel én azt akarom, hogy minél kevesebb legyena légellenállás. De például egy álló elektromos generátornál, ahol ez nem szempont, ez kivitelezhetlenne.De térjünk vissza az én vízzel m köd autómhoz. A hengerfal öntöttvasból van, mely hajlamos arozsdásodásra, de a szelepeknek köszönhet en állandóan tisztán vannak tartva (feltéve, hogy amotor nem áll hosszabb ideig). A teljes motorblokkot rozsdamentes acélból elkészíteni kicsit drágamulatság lenne. Ne várd lélegzetvisszafojtva, míg a nagyfiúk hidrogén-meghajtású autókat fognakgyártani. k a benzinen pénzt keresnek. Nem bízhatsz meg bennünk, ezt vésd az eszedbe! Érted,mir l van szó? Halóó, van otthon valaki? Kapcsold ki a TV-t! (mely csak hazugságokat sugároz!Vagy neked tetszik, ha össze-vissza hazudoznak neked?) Kelj fel a fotelból, rázd ki az álmosságot aszemedb l és kezdj el dolgozni! Mennyit költesz benzinre egy évben? Nem tudom, Te hogy vagyezzel, de én inkább ennivalót veszek ezen a pénzen. Egy autó könnyen átalakítható lenne már agyárban úgy, hogy a hengerfej és a szelepek rozsdamentes acélból készüljenek. Megérne 25 ezerdollárt vagy még többet kiadni egy autóért, ha figyelembe vesszük, hogy az üzemanyag ingyenlenne, és ezek a kis változtatások nem lennének "változtatások". De gyári átalakítás ide vagy oda,amíg es van és élek, hogy ezt lássam, addig én ingyen autózok! Sok kritika éri a hidrogént, mintautó-üzemanyagot. Ezek legtöbbje propagandával teli hazugság, mely azoktól származik, akik alegtöbbet veszítenének akkor, ha a hidrogén-meghajtású autók széles körben elterjednének, vagyisaz olajtársaságoktól.Aztán persze ott van az a néhány idióta is, aki a józan észt figyelmen kívül hagyja, gondolván, hogy kivétel és nem cseréli le a hagyományos acélszelepeket rozsdamentes acélból készültre. Ezek akib...t légfej ek azt érik el, hogy a motorjuk tönkremegy a teljes tudatlanságuk miatt. Olcsókakarnak lenni, aztán meg a hidrogénmeghajtás elvét okolják, ezáltal is továbbterjesztve ahazugságokat err l a nagyszer és egyszer technológiáról. Te nem költenél 1 és 3 ezer dollárközötti összeget az autód üzemanyag-ellátásának teljes átalakítására, ha ez egy egyszeri 19
    • "befektetés" lenne, mely azt eredményezné, hogy soha többé nem kéne benzint venned ehhez azautóhoz? Van néhány gyári, jó hatásfokú autó a piacon, mely már eleve rozsdamentesacélszelepekkel készült, de ezekb l kevés van és még így is le kell cserélned a kipufogórendszert.Ahhoz, hogy a porlasztó képes legyen gázállapotú üzemanyagot fogadni, azt át kell alakítanod úgy,hogy ugyanolyan alkatrészekb l álljon, mint a propán-bután meghajtású motorok üzemanyag-ellátórendszere. Ilyen porlasztó csomagot árul az "IMPCO" például. Mivel a motor nem bocsát kiszennyez anyagot, a motort "hivatalosan" is át lehet alakítani jobb hatásfokú alkatrészekethasználva, mint például a vezérm tengelyt, mely benzinüzemnél növelné a környezetszennyezést sígy használata "illegális" az autópályákon. Természetesen ez "szabálysértésnek" fog számítani, ha"elkapnak" az utakon, de összehasonlítva azokkal a "fizess megint, mert a mérgez gázkibocsátásodmegint túl magas" számlákkal ez nem olyan sok.Érted a lényeget? Pénz, egy csomó pénz! A hidrogén-meghajtású autókkal kik veszítenének? Ezek akib...tt nagyfiúk, senki más. Nem lenne több benzinadó, zöldkártya díj, bírságok a rosszulcsatlakozó füstsz r kért, ezeknek a gázsz r alkatrészeknek az autókba való beépítési költsége,üzemanyagtölt állomások minden sarkon, füstjelz k, ózonszint csökkenés vagy "megfeneklés" azutakon egy nagy vihar közepette, mivel elfogyott az üzemanyagod! Azokhoz a fényszórókhozhasonlóan, melyeket vissza lehet húzni egy tokba, szerkeszthetünk egy üt désérzékel rendszert,mely egy, a motorháztet be épített tartályt nyitna meg, melyb l a víz egy hajlékony csövönkeresztül a f tartályba jutna. Ez akár álló helyzetben, akár menet közben is m ködhetne. Csakfigyelned kell a tartály szintjelz jét és el kell zárnod a bemenetet, mikor a víztartály megtelt.Bár még sokáig kell várnunk, míg megjelennek a teljesen korrózióálló, egzotikus fémötvözetekb lkészült motorok (gyári készítés ek, melyeket aztán át lehet alakítani vízmeghajtású bels égésmotorokká), addig is közzéteszek egy teljesen komplett tervet arról, hogyan lehet olyanhidrogéngenerátort készítened, mely meg tud hajtani egy autót. De az összes motorváltoztatást csakmint ötletet mondom. Ez t led függ, hogy milyen változtatásokat végzel el a motorodon. Használd asaját ötleteidet. Ne csak arra támaszkodj, amit itt leírok vagy éppen nem írok le. Ha feltalálsz egyfolyamatot, mellyel véded a motort a korróziótól, használd azt! Azért írom ezt a kis könyvecskét,hogy segítsek az embereknek felébredni abból a nagy hazugságból, hogy az olajtársaságoktól függaz autójuk meghajtása. Ha egy városi autóbusz hidrogén-meghajtású lenne, nem volna alapjuk egy-két dollárt elkérni a viteldíjért, mondván, hogy az "olajárak emelkedése miatt" kénytelenek ezttenni.Arra az esetre, ha csodálkoznál: "Miért nem használja ezt egy csomó ember, ha ez m ködik?"Azért, te bolond, mert abból nem lenne haszna az olajtársaságoknak, mint már mondtam neked. A 20
    • nagy pénz megrontja a kis agyakat. A társadalmunk tele van olyan seggly...akkal, akik csak azértvannak, hogy megrémüljenek más kreativitásától. Ezek ilyeneket mondanak, hogy: "Hát én nemhiszek ebben" vagy "Ez valójában nem m ködik, ez csak ámítás. A múltkor láttam a TV-ben,hogyan égett ki az egyik ürgének a motorja." vagy "Hogy lehet, hogy én még nem hallottam err l,ha ez tényleg m ködik?" Mindegyik egy kib...tt idióta, akinek az agyát teljesen átmosták, ígyszentül hiszik, hogy amit a TV-ben látnak, az a megkérd jelezhetetlen igazság! Elmentem azautómmal a "Charnel Seven Eyewitness News" (Halálbiztos Hét Szemtanú Hírek) Los Angelesistúdiójába, hogy bemutassak nekik egy autót, mely ténylegesen m ködik. Azt mondtam nekik, hogyha mindenféle negatív példákat bemutatnak, melyet az emberek elkövettek, miközben hidrogén-meghajtású autót akartak készíteni, akkor miért nem mutatnak be egy olyan autót is, amelyténylegesen, minden kétséget kizáróan m ködik? Azt válaszolták, hogy "az embereket nem érdekliaz ilyen dolog".A televízió a nagy hazugság f forrása, mellyel tömegméret agymosást lehet véghezvinni. Akormány azt akarja, hogy az emberek elhiggyék, minden pénzbe kerül. Nem csak a hidrogén-meghajtású közlekedési eszközök elterjedésével fellép bevételi veszteségek miattnyugtalankodnak, hanem f ként a hidrogén-meghajtású elektromos generátorok miatt, melyetmindenki tudna használni az otthoni energiaellátása érdekében. A vízszolgáltató lenne az egyetlenközszolgáltatási vállalat (meg persze a telefontársaságok), amire tömeges igény lenne. Az udvaronegy 55 gallonos olajos hordóba összegy jtve az es vizet és azt az autó üzemanyagaként használva atömeges igények még jobban csökkennének! Én annyit segíthetek "legálisan" az emberekfelébresztésében , hogy annyi készüléket gyártok - személyes célokra - amennyit csak tudok éshogy megírom ezt a cikket. A hidrogéngenerátorban rejl energia 100%-os hatásfokú. Igen, jólolvastad: ingyenenergia! A motort az autó akkumulátora indítja be, de miután a motor már forog, agenerátor újratölti az akkumulátort és táplálja a gyújtórendszert. Egy egyszer hidrogéngenerátor,melynél a víz lebontásához szükséges energiát egy generátor adná és ez a keletkezett üzemanyagmeghajtaná a motort, mely hajtaná a generátort...Nos, nem volna szükség küls tápforrásra, míg avízutánpótlás megoldott lenne, s így a teljes rendszer önmagában zárt lehetne. A motorházbabeépített plusz akkumulátor több áramot biztosítana - ha erre egyáltalán szükség van - melylehet vé tenné az összes elektromos berendezés egyidej meghajtását: a gyújtórendszert, ahidrogéngenerátort, a lámpákat, a légkondicionálót és a megawattos, ultraer s mini sztereóberendezést, mely egész úton a "Rampage" zenéjét játszaná!Készíts fénymásolatot err l a cikkr l és add oda annyi embernek, ahánynak csak tudod. A világazért ilyen kib...tt hely, mert "mi, az emberek" ilyen hellyé tettük vagy legalábbis nem próbáltukmeg jobbá tenni. A víz az egyetlen "újrafelhasználható" energiaforrás és ez sohasem fog elfogyni! 21
    • A KÖVETKEZ LÉPÉSA rendszer m ködtetése: Indításkor nem csak az elektrolizáló cellát helyezzük áram alá, hanem avízpumpát is. Ha az autó lerobban, ez annak a jele, hogy az elektródákat teljesen befedte a nemteljesen tiszta vízben lév szennyez anyag. Ez azt jelenti, hogy az elektromosan aktiváltszétválasztási folyamat (elektrolízis) leállt. Ezeket a kapcsolókat visszajelz lámpával is lásd el,hogy mindig lásd, melyik van bekapcsolva és hogy ne kapcsoljad be véletlenül azt, amit nemakarsz. Amikor a tartalék elektródákat kell üzembe helyezned, a "halott" elektródákról kapcsold leaz áramot, akárcsak az elektrolizálót elzáró elektromos vezérlés szelepet is. Ezek a gázszelepekazért kellenek, hogy a nyomás alatt lév oxigén kiszivárgását megakadályozzuk, így az nem tud akeletkezett hidrogénnal egyesülve "Országúti T zhányó"-vá válni. A hidrogén és az oxigén közöttimolekuláris kötés azáltal bomlik fel, hogy a vízbe egyenáramot vezetünk. A hidrogén a negatívtöltés elektródához, az oxigén pedig a pozitívhoz vonzódik. Ez a folyamat h t termel azelektrolizálóban, ezért el nyös, ha az elektrolizálót a motorházban egy alumínium- vagyfurnérlemezfallal választjuk el a motor többi részét l.A kisebb autók kevesebb benzint fogyasztanak, ezért olcsóbb az üzemeltetésük, bár amikor azüzemanyag hirtelen ingyenessé válik, az autó mérete és súlya nem lesz fontos, kivéve a Porsche-t éshasonló sportautókat. Ki a fene akar egy gördül szardíniásdobozban nyomorogni. A gyorsaságotfeláldozhatjuk a kényelemért, bár egy Cadillac könnyen elérik a 130 mérföldes óránkéntisebességet, s azt huzamos ideig tartani is képes.A vizet az elektrolizálóba pumpáljuk. Maga az elektrolizáló pozitív töltés , mely azoxigénmolekulákat magához vonzza. Ez az oxigén a vízvisszavezet csövön és a víztartálykupakjában lév nyíláson ("T" csatlakozó) keresztül távozik. A m szerfalra ki van vezetve egynyomásmér , mely a szabályozó és a kever el tti nyomást méri. A hidrogéngenerálásmegkezdéséhez fordítsd el a m szerfalon lév kapcsolót és figyeld az üzemanyag nyomásmér jét.Mikor a nyomás megjelenik, indítsd el a motort. Amikor beszereled az elektrolizálót, figyelj arra,hogy az elektrolizáló fala pozitív töltés , míg a legtöbb autónál a váz a negatív töltés földelés, ígya pozitív töltés elektrolizálót el kell szigetelned a negatív töltés váztól.Utolsó megjegyzés: Ez a készülék nem egy elv vagy elmélet. Ez ki lett próbálva ésm köd képesnek bizonyult. Ezt a rendszert 18 éves koromban, 1983-ban terveztem és többet isépítettem a "Rampage" bevételeit használva kutatásra és fejlesztésre. Nem tudok eladni m ködegységeket, de csak a halál tud megakadályozni abban, hogy ezt a cikket terjesszem abban a 22
    • reményben, hogy az emberek felébrednek az olajfügg ség nagy hazugságából és megtöltik azutakat hidrogén-meghajtású autókkal. Ha elég ember rájön, milyen egyszer mindez, aközvélemény nyomást gyakorolhat a kormányra, ami azt eredményezi, hogy vége lesz a régótaalkalmazott média ellenkampánynak. A Los Angelesi "Szemtanúk"-nál nem akarták, hogymegtudják az emberek, hogy egy 18 éves metálfej is képes volt megépíteni egy m köd járgányt.A közvélemény szemében mi buták vagyunk, de ez egy kib...tt szop..s!A hidrogén és oxigéngáz nem szennyezi a környezetet és segít a motorból eltávolítani aszénszármazékok lerakódását, ami nagyobb sebességet és kisebb kopást eredményez. Azonnal észrefogod venni a motor jobb hatásfokát.Megjegyzések: • Cella nagy hangsúlyt fektetett a rozsdásodás megakadályozására. Ez mind helyénvaló, de a további techinaki részletek elég ködösek. Az itt ismertetett két ábra sajnos nem elegend ahhoz, hogy reprodukáljuk Carl Cella elektrolizálóját. • Azt is írja, hogy a benzin ólomtartalma biztosítja a kenést. Ezzel kapcsolatban az egyik Olvasó - Otako - a következ ket írta: "...nagy tudományossággal el adják, hogy az ólom azért van a benzinben, hogy kenje a motort és a szelepeket. Pedig ez nem így van. Ólom nincs a benzinben! A benzin kompresszió t résének fokozására ólom-tetra-etilt kevernek bele, az üzemanyag rendszer tisztítására pedig toluol-t. Az ólom-tetra-etil egy igen nagyméret molekula és mikor a robbanó keverék égésekor a "láng front" egy ilyen molekulába ütközik, akkor az nem tud tovább terjedni. Köze nincs az ólomnak a kenéshez és az égés végén nem is keletkezik fém ólom ami esetleg ken anyagként szóba jöhetne." 23
    • Vízzel működtetett benzinmotoros generátorDrunvalo MelchizedekA The Spirit of Maat 2002 februári számában egy olyan leírást tettünk közzé, melynek segítségévelegy közönséges autót vízmeghajtásúvá alakíthatunk át. Ez a leírás névtelenül lett elküldve nekünk,de mi ezt szakemberekkel leellen riztettük és mint kiderült, k is hasonló technológiávaldolgoznak...Mivel úgy hisszük, hogy a "hitetlenség" jelent s visszahúzó er a víz üzemanyagként valóhasznosításában, ezért folytattuk a kutatásokat további technológiai megoldások irányában. Ezekközül kett t - mindkett ugyanannak a cégnek a találmánya - ebben a cikkben ismertetünk. Azegyik találmányt Drunvalo személyesen is megtekintette, s az err l készült videofilmet Te ismegnézheted a számítógépeden.Bush amerikai elnök felhívást intézett az amerikaiakhoz, melyben arra kérte ket, hogy az autójukathidrogénnel üzemeltessék és több mint egy milliárd dollárt helyezett letétbe azon kutatásokra,melyek célja ezen módszerek kidolgozása.A Kanadai Toronto város egyik kerületében egy kis cég, a Rothman Technologies, Inc. ténylegesenkidolgozott nem is egy, hanem két életképes módszert arra, hogyan lehet a vizet hidrogénra ésoxigénra bontani. Egyik módszer kidolgozása sem igényelt egy milliárd dollárt. Ezek egyszerválaszok. Az autóinkban jelenleg meglév motorok nagyon kis változtatásokkal m ködtethet kezekkel a módszerekkel és nem szükséges egy küls infrastruktúra kiépítése, mint például ajelenlegi üzemanyagtölt állomások és szükségtelenné válnak az olajfinomítók is.Ezen vízüzemanyagú rendszerek m ködési elvének megértésében segítséget nyújthat, ha megértjük,hogy a közönséges víz tulajdonképpen egy "akkumulátor", mely hatalmas mennyiség energiáttárol. A víz, H2O - két hidrogén- és egy oxigénatom egyesülése. És, mint ahogy azt Bush amerikaielnök is mondta, a hidrogén kit n üzemanyag.A vízmolekulákban rengeteg energia van és ennek egyáltalán semmi köze sincs ahhoz azenergiamennyiséghez, mely a víz lebontásához kell. Ez egy különösen fontos momentum, de azemberek többsége - köztük sok tudós - nincs ezzel tisztában. Ha tudunk egy ökológiailag tiszta 24
    • módszert találni a vízmolekulák lebontására, akkor az összes energiával kapcsolatos problémánkegy csapásra megsz nik.Azonnali hidrogéngázAz els reakció - melyet a Rothman Technologies bemutatott nekünk - vizet, sót és egy rendkívülolcsó fémötvözetet használ. Ezen reakció eredménye tiszta hidrogéngáz, egy olyan üzemanyag,melynek elégetése nem igényel küls oxigént - és semmiféle szennyez anyagot nem bocsát ki.A Rothman Technologies tulajdonosa körülbelül ötven találmányt dolgozott ki a különbözmechanikai eszközök, kémiai vegyületek és üzemanyagok terén. Ez a találmány, mely egykülönleges fémötvözetet használ a vízmolekulák lebontására, s mely minket most különösenérdekel, szintén az találmánya.A The Spirit of Maat nevében 2003 februárjában meglátogattam a Rothman Technologies cégetazzal a céllal, hogy saját szememmel meggy z dhessek arról, amir l már sok ember mesélt nekünk.A cég egy 12 lóer s benzinüzem elektromos generátort hajtott meg "vízüzemanyaggal". Ez agenerátor egy benzinüzem bels égés motor volt, pontosan olyan, mint amilyen a Te autódban isvan.Beismerték, hogy a rendszer még eléggé nyers és további finomításokat igényel. Mindennekellenére be tudták nekünk mutatni, hogy egy benzinüzem motor vízzel is tud m ködni.A motor egy garázs szerel padján volt elhelyezve, melynek ajtaja a szell zés érdekében nyitva letthagyva. A padlón tizenhárom félgallonos edényt kapcsoltak össze csövekkel úgy, hogy mindegyikcs egy vastag központi cs re csatlakozott, ez a központi cs pedig közvetlenül a motorporlasztójába vezetett.Az edényekben közönséges víz és elektrolit volt (vagyis valamilyen só).Mikor ennek a különleges fémötvözetnek egy kis darabkáját beledobták az elektrolit keverékbe, ahidrogén bámulatos ütemben azonnal elkezdett fejl dni. A hidrogéngáz a f vezetéken keresztülközvetlenül áramlott be a porlasztóba. (Olvasd el a megjegyzést)A cég képvisel je megrántotta az indítózsinórt és egy pár próbálkozás után a motor beindult ésfolyamatosan dolgozott. A motor folyamatos m ködését körülbelül húsz percig figyeltük. (A 25
    • januári torontói leveg és a nyitott garázsajtó miatt valóban hideg volt, ezért ezt a húsz percetelegend nek találtuk arra, hogy a "m ködési elv bizonyosságot nyerjen".) A vizet és sót, valamint afémötvözetet használó motor egyértelm en m ködött.A cég képvisel je szerint ez a fémötvözet olyan olcsó, hogy egy fél kanadai cent érték ötvözet amotort körülbelül négy óráig tudja üzemeltetni.Szintén érdemes megjegyezni, hogy a beszélget partnerünk szerint a tengervizet közvetlenülfelhasználhatjuk els dleges üzemanyagként, s ekkor sót se kell adni a vízhez.Michael Ballin-nal voltam ott, aki a Rolling Arts TV-nek dolgozik. Ez a Los Angeles-i televízióscsatorna régiségekkel, horgászattal, autóversenyekkel, valamint m vészien kidolgozott autókkalfoglalkozik az adásaiban. A cikk végén látható videofilmet tehát Michael a cégének vette fel.Egy másik bámulatos áttörésA Rothman Technologies cégnek egy másik módszere is van arra, hogyan lehet a vizetüzemanyaggá alakítani. A módszert elektrolízisnek hívják. Az elektrolízis során a vizet Browngázzá alakítják, mely szintén tökéletes üzemanyag benzinüzem motorokhoz. Egy dolog kivételévelugyanolyan a módszer, mint amit már ismertettünk korábban ezen a weboldalon (itt).Miért jobb üzemanyag a Brown gáz, mint a tiszta hidrogén? A véleményünk a következ :A minket körülvev környezet napjainkban hatalmas problémákkal küszködik, melyek közül azegyik legsúlyosabb, hogy a Föld oxigénkészlete folyamatosan apad. A leveg oxigéntartalma olyanalacsony, hogy az néhány területen már a létezésünket veszélyezteti. A leveg normáloxigéntartalma 21%, de néhol ez ennek csak a töredéke. Tokióban például az oxigéntartalomlesüllyedt 6-7%-ra. Mikor ez eléri az 5%-ot, az emberek elkezdenek kihalni. Tokióban mároxigénellátó központokat hoztak létre az utcasarkokon azért, hogy vészhelyzet esetén oxigénhezjuthassanak az emberek.Végül - ha nem teszünk semmit - ez az "alacsony-oxigénszint" probléma mindannyiunkra ki fogterjedni.Az elektrolízis folyamán keletkezett Brown gáz nem csak fenntartja az oxigén-egyensúlyt (mint azüzemanyagcellák és a tiszta hidrogén) vagy fogyasztja az oxigént (mint a k olajszármazékok), 26
    • hanem még plusz oxigént is ad a környezetének. Ezért gondoljuk úgy, hogy ez lenne a jövautóinak a legjobb üzemanyaga.A technológiák összehasonlításaMiel tt elmagyaráznánk a Rothman Technologies cég újító technikáját, mely Brown gázt állít el avízb l, nézzük meg mindhárom hidrogénalapú üzemanyag-megoldást (üzemanyagcellás, Vízb lhidrogén és Brown gáz) az oxigéntermelés és oxigénfogyasztás szempontjából.Üzemanyagcellák: Ez a módszer oxigént vesz fel a környezetéb l a hidrogén elégetése során. Akipufogócs b l oxigén és vízg z jön ki, de az oxigén eredetileg a környez atmoszférából lettfelvéve, nem pedig az üzemanyagból származik. Ezért az üzemanyagcellák se nem növelik, se nemcsökkentik a környezet oxigénkészletét.Vízb l Hidrogén: Ez az üzemanyag önmagában teljes. A hidrogén elégetéséhez csak kevés oxigéntvesz fel a küls atmoszférából, mely el relépést jelent a k olajszármazékokból készültüzemanyaggal szemben. Ha a hidrogén tökéletesen elég, akkor semmilyen káros anyag nem jön ki akipufogócsövön, ha viszont sót és ezt a fémötvözetet használjuk a hidrogén el állítására, akkor ezekvisszamaradhatnak a kipufogás során.Brown gáz: Ez a legtökéletesebb üzemanyag az autóink számára. Mint a tiszta hidrogén esetében,ezt is vízb l állítjuk el , de ez úgy ég el a bels égés motorban, hogy - a beállítástól függ en - mégoxigént is tud termelni. Ebben az esetben a kipufogócs b l oxigén és vízpára jön ki, akárcsak azüzemanyagcellák esetében, de az oxigén a vízb l származik, miközben a Brown gázt el állítjuk.Tehát a Brown gázt elégetve plusz oxigén kerül a leveg be, ezáltal növelve az atmoszféránkoxigénkészletét.Az autónkban a Brown gáz elégetése során tehát a jelenlegi nagyon súlyos környezeti problémátorvosolhatjuk.Ebb l a néz pontból a Brown gáz lenne a jöv autóinak a legjobb üzemanyaga.Egy új Brown gáz technológia 27
    • Az eddig látott Brown gázt el állító rendszerek legf bb problémája az, hogy bár m ködnek, nemtudnak elegend hidrogént el állítani a dugattyúk meghajtására normál útviszonyok mellett. ARothman Technologies cég egy különleges elektrolízist használ.A hagyományos elektrolízis során az elektrolizáló egység csak "bent ül" a vízben és egy bizonyosmennyiség Brown gázt termel. A Rothman Technologies cég találmánya azonban egy olyan elektrolizáló egységet fejlesztett ki, amely megnöveli a fejl d Brown gáz mennyiséget egy teljes nagyságrenddel. (Ha Te, kedves olvasó, tudós vagy, akkor neked mondom, hogy jólolvastad: a Rothman Technologies rendszere szó szerint tízszer több Brown gázt termel, mint ahagyományos elektrolízis.)A fejleszt cég úgy találta, hogy az általuk kifejlesztett módszernél a Brown gáz és a vízelkeverednek egymással. Egy tejfehér anyag jön ki a Rothman elektrolizáló készülékb l és egyolyan készülékbe áramlik, ahol a vizet leválasztják a keverékr l. Innét a Brown gáz a motorba jut, avíz pedig visszakerül az elektrolizáló rendszerbe, ahol újra felhasználásra kerül.Ez a találmány, melyet a Rothman Technologies cég szbadalmaztatott, valószín leg az eddigilegfontosabb találmány az elektrolízis terén. Az elektrolízis során fejlesztett Brown gázmennyiségének tízszeresére növelése lehet vé teszi, hogy egy normál autó motorját meghajtsuk ésazt sugallja, hogy az elektrolizáló rendszer lesz a jöv választott technológiája.Ha Te, Kedves Olvasó, feltaláló vagy:Most már Te is tudod, hogy a vízzel hajtott autó teljesen reális dolog, nem pedig egy rült fantázia.Saját szemeddel láthattad, hogy a "m ködési elv bizonyosságot nyert".És most, kedves Barátom, sok sikert kívánok neked a világ útjain való autózáshoz, melynek soránmagunkat mentjük meg magunktól. Bárki is építi meg az els látható vízautót, ezzel megoldja azenergiaproblémánkat mindörökké és h sként vonul be a történelembe.Lehet, hogy éppen Te leszel az! 28
    • Megjegyzés: A folyamat sebességének növelésére a bemutató során nem szódium-kloridothasználtunk, hanem más sót, de a gyakorlatban a közönséges asztali só is megfelel, akár csak atengervíz, s ez valószín leg a legolcsóbb megoldás. De akárhogy is van, az alkalmazott elektrolittípusa nem lényeges az elv "bizonyítása szempontjából", vagyis hogy a vizet felhasználhatjuk abels égés motorok meghajtására. 29
    • Tervek ahhoz, hogy az autód csapvízzel működjönAz eredeti cikket angol nyelven itt olvashatod el.Megjegyzés: Az itt közölt információk az eddig elvégzett kísérleteink szerint nem mindenholhelytállóak. Például az elektrolizálóként használt csöves megoldás nem biztosít elegendhidrogéngázt egy autó meghajtásához, valamint az angol nyelv kapcsolási rajz is hibás volt (bár azitt látható kapcsolás már javított, m köd képes verzió). Az ajánlott elektrolizáló és a kísérletitapasztalataink a kés bbiekben következnek majd. Ezt a cikket csak ötletadónak szántam, nempedig egy vakon követend utasítássornak.Ez alkalmazható teherautónál, motorkerékpárnál, repül nél stb. isM ködik ez?A terveket olyan személy küldte a The Spirit of Maat újsághoz, aki szeretné a kilétét titokbantartani.Mi leellen riztettük egy szakemberrel, aki úgy gondolja, hogy a terv m köd képes.Ezen kívül beszéltünk egy másik személlyel is, aki egy ehhez hasonló eszközt szabadalmaztatott,valamint mi is tudjuk a saját tapasztalatunkból, hogy ez a technológia m köd képes.Tehát, bár garantálni nem tudjuk, de hiszünk abban, hogy ez a terv elégséges ahhoz, hogy te istudjál építeni egy autót, mely vízi meghajtású.Ha ezt ki akarod próbálni, azt javasoljuk, amit a beküld tervez is, vagyis hogy egy olyan régiautón próbáld ki, ami már értéktelen számodra. És hagyjál minden mást érintetlenül arra az esetre,ha mégis vissza akarsz térni az eredeti benzinmeghajtásra.De ha az autód m ködni fog, akkor szeretnénk megkérni arra, hogy küld el a tapasztalataidat azolvasóinknak. Akár nemzeti h ssé is válhatsz és segíthetsz a világunk megmentésében. 30
    • Mi biztosan tudjuk, hogy megvalósítható az autók vízzel történ meghajtása. Ez egy érdekes projektlehet minden, a technikát kedvel ember számára, azzal az ajándékkal jutalmazva, hogy életedvégéig ingyen autózhatsz - egyúttal pedig segítesz az emberiségnek is.A szöveget enyhén szerkesztettük csak az olvashatóság javítása érdekében. Mind a rajzok, mind aszöveg így került az Internetre, ahogy te is látod most.BEVEZETÉSAzt javasoljuk, hogy ezt a tervet egy olyan autón próbáld ki, amire nincs minden nap szükséged,amíg a technológiát nem fejlesztetted tökéjre.Ez a csináld-magad terv lehet vé teszi minden személy részére ( ez te meg én vagyunk, srácok ),hogy valami mást csinálhassunk. Ez a legegyszer bb és legolcsóbb módja annak, hogyanüzemeltetheted az autódat ( majdnem ) ingyen energiával.A jelenleg létez technika segítségével bárki felállhat és valami különlegeset csinálhat, amivelcsökkentheti a leveg szennyezettségét, megsz ntetheti az üzemanyagra fordított kiadásait, segíthetvisszaállítani a normális atmoszférát és könnyebben lélegezhet.Ezt a tervet felhasználva a teljes létez rendszert meghagyhatod, csak az üzemanyagtankot és akatalizáló rendszert kell kicserélned.A TERVÉpítsél meg és kössél be a rendszerbe egy olyan eszközt, melynek segítségével közönségescsapvízzel hajthatod meg az autódat, és mindezt a polcon porosodó alkatrészekb l !Ez egyszer en csak egy hatékony módszer arra, hogy a közönséges csapvizet gázállapotúhidrogénné és oxigénné alakítsuk, amit aztán elégetünk a cilinderben a benzin helyett.Ez a "mini rendszer" a meglév akkumulátor és elektromos rendszer segítségével m ködtethet ésegyszer en ráköthet a meglév porlasztóra. 31
    • Egy m anyag víztartályt, egy vezérl áramkört, egy ionizáló hengert, egy nagynyomású porlasztóilleszt t és három mér m szert kell beszerelnünk és hozzákötnünk a meglév porlasztóhoz.A rendszer egyszer sége abból fakad, hogy egy már meglév rendszert használunk és nem kellkülönleges tárolást vagy nagynyomású tömítéseket alkalmaznunk. Egyszer en csak elfordítod agázkart, ezáltal hozol létre elektromos úton több vagy kevesebb gázt, szükség szerintimennyiségben, mely azonnal fel is használódik. Az egyetlen valódi változtatás az, hogy ahagyományos petróleumalapú üzemanyag helyett közönséges vizet használunk.Ha választhatsz, melyiket választanád?GYAKORI KÉRDÉSEK:K: Ez tényleg m ködik?V: Igen. Ez egy biztos alapokon m köd technológia, melynek eredete a rozsdamentes acélfeltalálásáig nyúlik vissza. De kövesd pontosan az itt leírt mechanikai és elektronikai módszereket,mivel ez a terv egyesíti magában a legjobb módszereket.K: Mennyire "ingyen energia" ez az energia?V: Amennyiben fizetsz valakinek a vízért, akkor ez nem teljesen van ingyen. De a másik alternatívaaz, hogy drága benzint veszel és a leveg t szennyezed.K: Ez biztonságos?V: Technikailag ez biztonságosabb, mint a k olaj származékokból származó gázok, már csak azértis, mivel többé nem kell fuldokolnod a kipufogógázoktól. Gyakorlatilag ez ugyanolyan biztonságos,mint a jelenlegi benzin üzemmód. Egy pár egyszer biztonsági rendszert építesz be a jelenlegi autó-szabványoknak megfelel en.K: Milyen teljesítményt várhatok?V: A helyesen beállított rendszer kevésbé fog melegedni, mint benzin-üzemmódban és mindez egykicsit nagyobb teljesítmény mellett. A mérföldenkénti fogyasztása a beállítástól függ en 50 és 300milligrammnyi víz. 32
    • K: Én magam is elvégezhetem a módosításokat a rendszerben?V: Miért ne. Ha viszont te nem értesz hozzá, de ismersz valakit, akinek technikai és/vagyelektronikai ismeretei vannak, akkor t is megkérheted, hogy segítsen. Ha üzemanyagbefecskendez rendszerrel van ellátva az autód, akkor kérd ki egy hozzáért autószerel véleményétis. [ Üzemanyag befecskendez rendszer esetén egy adapterre lesz szükséged, ugyanúgy, mint apropánt, hidrogént vagy természetes gázokat használó motorok esetén. ]K: Milyen hatással lesz az autóm a környezetre?V: H20 g zt ( vízpárát ) és el nem égett O2-t ( oxigént ) termel. Tehát tisztítani fogjaa környezetét, ahelyett, hogy mérgez gázokkal töltené azt meg. Ezen kívül segítesz azzal is, hogyaz atmoszféra apadó oxigénkészletét kiegészíted. A kémiai reakciókból származó összes feleslegesanyag vízg zzé vagy oxigénné alakul. Még arra is számíthatsz, hogy több, mint csak felszínesérdekl dést fogsz kiváltani a környezetedb l.K: Ez nem csak egy közönséges g zgép?V: Nem, de tényleg. Különösen magas h mérsékletet és nagy nyomást nem alkalmazunk. Ezszigorúan egy bels égés motor, mely hidrogént éget el és amelynek csak a mellékterméke avízg z.OLVASD EL EZTVan pár dolog, amit tudnod kell a benzinr l:A benzin, mint üzemanyag nem kötelez , ez csak választható.A BENZIN ÉS A VÍZRengeteg termokémiai energia van a benzinben, de a vízben még több. Az energia-felügyeletibizottság 40 %-kal több energiát számol a vízre, tehát akkor valószín leg még ennél is sokkal többvan a valóságban.Az emberek többsége nem tudja, hogy a "bels égés" egy "termo-gáz folyamat"- tehát "nincsfolyadék a reakcióban". A szabványos bels égés motornál a benzint csak a katalikus átalakítóban 33
    • használjuk fel, miután az üzemanyag nem-nagyon-égett-el. Sajnos ez azt jelenti, hogy azüzemanyag nagy része csak az égési folyamat leh tésére szolgál, ami a leveg szennyezését és azüzemanyag nem hatékony kihasználását jelenti.HOGYAN M KÖDIK?Végtelenül egyszer en. A megfelel mennyiség vizet belepumpáljuk az ionizáló tartályba és ottszinten tartjuk. Az elektródák 0.5-5A áramer sség impulzusokkal vibrálnak, ami lebontja a vizet:2(H2O) => 2H2 + O2. Amikor a nyomás eléri mondjuk a 30-60 psi (2-4 bar) értéket, elfordítjuk agázkart és indulhatunk. Rálépve a pedálra több energiát küldünk az elektródákra, ezáltal pedig többgázt a hengerekbe.Beállítod az üresjárati és a maximális áramlás értékeit, hogy a maximális teljesítményt kapjad ésmár mehetsz is az utakra.Nagyvonalakban, az ingyen energia a csapvízb l jön egy nyílt rendszerben, mivel a vízben lévlátens energia elegend a motor meghajtásához, ami pedig meghajtja a generátort vagy bármilyenszíjhajtású gépet. A generátor hatásfoka elég jó ahhoz, hogy meghajtson különböz elektromosberendezéseket (10 - 20 amper ), beleértve azt a kis áramot, ami a vízben lejátszódó reakcióhoz kell.Nincs szükség külön akkumulátorra.MEGÉPÍTÉS LÉPÉSR L LÉPÉSREÁLTALÁNOS LÉPÉSEK:1. Kössél be a hengerfejbe egy h mér t és mérd meg a jelenlegi (benzines) üzemmód normálish mérsékletét (csak kés bbi összehasonlításra).2. Építsd meg és teszteld le a vezérl elektronikát.3. Építsd meg és teszteld le az ionizáló tartályt (pl. mérd meg a kimen gáz nyomását).4. Építsd be a víztartályt, a vezérl elektronikát, az ionizáló tartályt és a pumpákat.5. Indítsd el a motort és állítsd be a vezérl elektronikát a legjobb teljesítmény elérésére. 34
    • 6. Építsd be a rozsdamentes acélból készült szelepeket és a dugattyút/hengert vond be kerámiával.7. Vond be a kipufogórendszert (a katalikus konverteren kívül) kerámiával, vagy hagyjad, hogy akipufogórendszer teljesen elrohadjon és azután cseréld ki rozsdamentes acélból készültre.SZÜKSÉGED LESZ:· M anyag víztartályra, mely pumpát és szintjelz t tartalmaz· Vezérl áramkörre, vezetékekre, csatlakozókra és epoxy ragasztóra· Ionizáló tartályra elektródákkal és távtartókkal· 3/8"-os rozsdamentes acélból készült hajlékony cs re, rögzít kre és szorító bilincsekre· porlasztó illeszt berendezésre - nyomást, hengerfej h mérsékletét és szintet mér m szerekre· rozsdamentes acélból készült szelepekre· réz elágaztatókra· a cilinder és szelepek kerámiás felületkezelésére· rozsdamentes acélból készült vagy kerámiás felületkezelt kipufogórendszerreALAPVET SZERSZÁMOK:· fúró, csavarhúzó és fogó· lyukvágó· vezeték blankoló fogó, forrasztópáka és lemezvágó· Multiméter és oszcilloszkóp 35
    • IONIZÁLÓ TARTÁLYÉpítsd meg az ábrán látható módon.Vegyél egy 4"-os PVC cs darabot, melynek egyik végét lecsavarható menetes zárókupakkal zárjukle, míg a másikat fixen zárjuk. Úgy állítsad be a vízszintjelz t, hogy a víz mindig jól ellepje azelektródákat, de maradjon elég hely az ionizáló fels részén a fejl d hidrogén/oxigén gázokszámára is. Használj rozsdamentes acélból készült vezetékeket vagy olyant, amin véd szigetelésvan. Kívül szigetelt vezetékeket használj. Gy z dj meg arról, hogy az epoxy jól szigetel mindenhol.Ha nem, akkor még használj egy réteg nyomásálló vízhatlan szilikont. A lecsavarható kupaknál isalkalmazhatsz szilikon szigetelést. Azért kell lecsavarhatónak lennie, hogy id nként ellen rizhesdaz elektródákat. A két rozsdamentes acélból készült elektróda között hagyjál 1-5 mm-es rést. Alentebb utalt irodalom szerint minél közelebb van a két elektródacs távolsága az egymilliméterhez, annál jobb. Az ionizáló cs szintjelz jét ellen rizd még azel tt, hogy epoxyvaltöltöd fel a zárókupakot.A vezetékeket szépen, er sen és biztonságosan forraszd az elektródákhoz, majd szigeteld levízhatlan szigetel vel, például ugyanazzal az epoxyval, amivel a csöveket a lecsavarható kupakhozer sítetted. Ennek az epoxynak vízállónak kell lennie és jól össze kell tudnia tartani a m anyagot afémmel nyomás alatt is. Az ionizáló cs szintjelz jét ellen rizd még azel tt, hogy epoxyval töltödfel a zárókupakot.VEZÉRL ÁRAMKÖRAz alábbi ábrákon a vezérl áramkör m ködési elvét és a kapcsolási rajzot láthatod, mely ennek amini rendszernek az irányítását végzi.Az áramkör négyszöghullámokat állít el , melyek úgy rezegtetik az elektródákat, mint egy hangolóvillát. Ezt egy oszcilloszkópon is megláthatod. A szakirodalom a következ ket mondja: minélgyorsabban akarsz menni az utakon, annál "kövérebb" impulzusokat kell az ionizáló elektródáiravezetned. Az impulzus szélessége 90% (max. sebesség) és 10% (min. sebesség) között ingadozhat.Nincs semmi titokzatos abban, hogyan lehet az impulzusokat el állítani. Sokféle módja van, abemutatott kapcsolási rajz egyike ezen módszereknek. A kapcsolás NE555-ös IC-t használ erre, az 36
    • impulzus er sítését pedig olyan tranzisztornak kell végeznie, mely biztonságosan m ködik 12Vegyenfeszültségen 1-5 A áramer sség mellet (telített állapotban).Használhatsz más kapcsolást is, ha azt te, vagy a barátod, elektronikai ismeretekkel rendelkezismer söd szívesebben használ. Az alkatrészeket, valamint a NYÁK lemezt, IC foglalatot és doboztis könnyen beszerezheted a hozzád legközelebbi elektronikai szaküzletben.Használj mindenképpen NYÁK (nyomtatott áramkör) lapot és hagyjál helyet a 2-3 mér m szercsatlakoztatására is. Mivel az ionizálót a motortérben szereled fel, egy csövet kell kivezetned bel lea m szerfalra, hogy a nyomást is figyelni tudjad.Az áramköri kártya kialakítása nem okozhat nehézséget. A vezetékek, diszkrét alkatrészek és IClábak helyének a felrajzolására speciális öntapadó matricákat ajánlunk. Amint több prototípus iselkészül, további kapcsolási rajzokat is ajánlunk majd. Az ionizáló cs szintjelz jét ellen rizd mégazel tt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot.GÁZADAGOLÓHa a gázpedál pozícióérzékel vel van felszerelve, keresd meg a kivezetését vagy a számítógépremen csatlakozóját. Ez az impulzus lehet a bemeneti jel a mi vezérl áramkörünkre. ( tehát:gázpedál állapot = impulzus szélesség = gáz mennyisége )Ha nem rendelkezel ilyen bemen jellel, akkor magadnak kell felszerelned egy forgó potmétert(változtatható ellenállást) a gázpedálra. Ha a porlasztóra szereled a potmétert, akkor gy z dj megarról, hogy a potméter rendesen m ködik a motor üzemi h mérséklete mellett is. Ne használjvalami olcsó potmétert! Olyant vegyél, ami hosszú élettartamú és mechanikai célokra lettkifejlesztve. Biztonságosan er sítsd valami olyan dologhoz, ami nem fog szétesni, mikor rálépsz apedálra.Szabályozási tartomány. A teljes gázkar TARTOMÁNYÁNAK (üresjárat/max) tudnia kellvezérelni a gáz mennyiségét (vagyis az impulzusok szélességét). Az ellenállás értéke olyan kelllegyen, hogy a bemeneten a feszültséget kb. 1-4 V között tudja szabályozni. Ezt afeszültségtartományt fogjuk felhasználni arra, hogy létrehozzuk a 10%-os telítettség négyszögimpulzusokat. Ez a szabadalom a 10-250 KHz közötti frekvenciatartományt használja, de ez nemkötelez . 37
    • Az itt bemutatott áramkört hangold arra a frekvenciára, amelyen a maximális teljesítményt tudodkihozni a motorból. Használj IC atlaszt annak érdekében, hogy biztosan a helyes lábakat kösd amegfelel vezetékekhez. Használhatsz foglalatokat a különböz diszkrét alkatrészeknek is, hogykülönböz érték elemeket is kipróbálhassál. Használhatsz a javasolt alkatrészekkel kompatibiliselemeket is.A gázkart elfordítva több energiát ( szélesebb impulzusokat ) juttatsz az elektródákra. Üresjáratban10%-os az impulzus telítettsége ( 2-100 msec a vízszintes id tengelyen). A kimeneti tranzisztoron avoltmér vel átlagfeszültséget mérhetsz ( A kimenet és föld pontok között). Állítsd be és mérd meg akimen áramot, mely 0.5 - 5A között változhat anélkül, hogy a biztosíték kiégne.Ellen rizd le a csatlakozó vezetékeket az ellenállásmér vel. A legjobb módszer az, ha a szabályozópotmétereket is a NYÁK lapra tesszük, majd az optimális értéket jelöljük meg rajta valamilyenfestékkel. A LED-ek arra valók, hogy egy gyors ellen rzést hajthassál végre a "teremtményeden".Az ionizáló cs szintjelz jét ellen rizd még azel tt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot.PORLASZTÓ/BEFECSKENDEZ CSATLAKOZTATÁSAAz ábra azt is mutatja, hogy bizonyos illesztések kellenek a porlasztóhoz /befecskendez höz.Készen kapható eszközöket is használhatunk erre a célra. Szükségszer en szigetelni kell acsatlakozó nyílásokat és az egyirányú leveg bevezetést is meg kell oldani.A rézháló megakadályozza az esetleges begyulladást az ionizáló tartályban. Gy z dj meg arról,hogy minden cs és csatlakozás jól szigetelve van és az üzemi nyomáson se eresztenek. Az új"rendszered" akkor m ködik helyesen, amikor a maximális teljesítmény mellett a h mérséklet és agázáramlás minimális, miközben a biztonsági szelep még nem lép m ködésbe.HFH ( vagy KGH )Ellen rizd a motor h mérsékletét a HFH ( hengerfej h mérséklet ) vagy a KGH ( kipufogógázh mérséklet ) mérésével. Használj saját h mér t, ne a beépítettet (ha van egyáltalán ilyen). Ameglév h mér k túl lassan reagálnak és nem figyelmeztetnek a túlmelegedésre, még miel ttmeggyulladna valami. Gy z dj meg arról, hogy a motor h mérséklete nem haladja meg abenzinüzemi h mérsékletet. A platinából készített érzékel t a gyújtógyertya és a dugattyú közé 38
    • helyezd el. Gy z dj meg arról, hogy az érzékel felülete valóban tiszta (mivel ez is egy elektromosfelület).MOTOR/KIPUFOGÓ KEZELÉSEA szelepeket cseréljed le rozsdamentes acélból készültekre és a hengereket / dugattyúkat amilyengyorsan csak lehet vonjad be kerámiával, miután sikeresen átalakítottad és letesztelted az autódat.Ezzel ne késlekedj, mivel ezek az alkatrészek rozsdásodni fognak. A meglév kipufogórendszertnem muszáj rögtön kicserélned, ha nem akarod, hanem hagyd elrozsdálódni és csak azután kérdmeg valamelyik autószerel ismer södet, hogy cserélje ki azt rozsdamentes acélból készültre (ekkora katalizátorra már nem lesz szükséged). De könnyebb és egyszer bb, ha a meglévkipufogórendszert bevonatod kerámiával majd visszaszereled.ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK1. Ne dobjál vagy szereljél ki semmilyen alkatrészt a jelenlegi benzinüzem rendszerb l (tehát abenzintankot, porlasztót, befecskendez t, katalizátort stb.) A legjobb, ha meghagyod a lehet séget avisszavonulásra. Néhány ember érintetlenül hagyja a benzines rendszert és egy csappal tud váltani akét rendszer között.2. Állítsd be a gázadagoló áramkört úgy, hogy üresjáratban minimum, maximális teljesítménynélpedig maximum gáz fejl djön anélkül, hogy a biztonsági szelep m ködésbe lépne. Így tudodszabályozni azt, hogy milyen s r ség keverék áramoljon a hengerekbe ( tehát a "legdúsabb" azoptimális impulzusfrekvenciánál).3. Ha nem tudsz elegend teljesítményt elérni semmilyen beállítással sem, akkor a következ ketteheted· Változtasd meg az impulzusok frekvenciáját· Változtasd meg az elektródák közti rés nagyságát· Változtasd meg (növeld) az elektródák méretét 39
    • · Növeld meg az elektródákra jutó feszültséget (legutolsó sorban)Mindig olyan kimeneti MOSFET tranzisztort használj, ami b ven elviseli a neked szükséges üzemifeszültséget és áramer sséget. Nos, igen. Egy kicsit játszadoznod kell a beállítással. De nem ez azérdekes az egészben?4. Ha a motorban az égést hangos kopogás kíséri (és nem lehet az id zítéssel ezt megsz ntetni),akkor egy tekercset kell az ionizálóba beépítened, melyet egy kiegészít áramkör hajt meg ( kb. 19Hz-es). Ezt mutatja a következ ábraEz lelassítja az égés sebességét annyira, hogy a gáz a hengerben ég csak el, nem korábban. ANYÁK lapra szerelt potméterrel tudod beállítani ennek a második impulzusnak az er sségét. Ez egyrozsdamentes acél tekercs, melyen 1500 menet van (vékony drótból). Ezt úgy helyezd el, mint egyfánkot a központi elektródacs körül ( de ne érjen hozzá egyik elektródához sem), közvetlenül az 1-5 mm-es cirkulációs rés fölé. Nem akarjuk, hogy az adagoló bármilyen beállításánál a motorkopogjon. A célunk az egyenletes teljesítmény, melynek során a teljes beadagolt hidrogén elég ahengerekben.5. Az ionizáló legyen elég magas, de ne annyira, hogy nehéz legyen beépíteni a m szerfal közelébevagy a motortérbe. Ebben az esetben gond nélkül meg tudod növelni az elektródák méretét, ha erreszükség lenne. Figyelj arra, hogy a motortérben mindennek vibráció és h állónak kell lennie!6. Ha fémen keresztül kell lyukat fúrnod a vezetékek vagy mér m szerek számára, ügyelj arra,hogy ne karcold meg a felületet. Mindig figyeld az ionizálóban lév nyomást, mely 15-25 psi (1-1,7bar) alapjáraton és 30-60 psi (2-4 bar) teljes gáznál. Állítsad be a biztonsági szelepet 75 psi-re (5bar) és gy z dj meg arról, hogy az ennél jóval nagyobb nyomásra van méretezve.7. Azonnal kapcsold KI a tápfeszültséget, ha bármilyen rendellenességet észlelsz. A motor akkorlesz hosszú élettartamú, ha a maximális teljesítmény mellett minimum h t termel. Ezt a f gázáramcsökkentésével és/vagy a vízg zzel való h téssel érhetjük el. Ezt mutatja be a következ ábra.Mérjed a fogyasztást és tartsd karban a rendszert. Legyen mindig tiszta a motor. Takarítsál megpénzt, tisztítsd a leveg t, gyógyítsd a bolygónkat, élvezd az autózást, mond el a barátodnak, örülj aszabadságodnak és az önkifejezésednek.8. Nincs dokumentált leírása annak, hogyan lehetne az adagolórendszert üzemanyag-befecskendez vel tökéletesíteni. Talán Te fogod ezt megtenni, miközben a m köd prototípusodonkísérletezgetsz. Például szigoríthatod a hidrogén/oxigén befecskendezést úgy, hogy az nem 40
    • tartalmaz vízg zt, mivel az el segíti a befecskendez rozsdásodását. Ha a motor és hengerfejh mérséklete a probléma, akkor a befecskendez t is bevonhatod kerámiával. De mindig ott alehet ség, hogy az üzemanyag-befecskendez rendszert lecseréld közönséges porlasztóra.9. Ha beszereled a vízg z rendszert (az alacsonyabb üzemi h mérséklet / nyomás elérésére ), akkorhígítanod kell a gáz/víz keveréket a minimális gázáramlás érdekében a gázpedál bármelyállapotában (üres/max). Gy z dj meg arról, hogy üresjáratban a gázáramlás minimális, de ez mégelegend kell legyen a maximális teljesítménynél is. Ez elvégzi a h tési munkát anélkül, hogy azégés folyamata megsz nne.10. Ha nem találsz 1-5 mm-es rozsdamentes acélcs kombinációt az elektródáknak, akkor mégmindig visszatérhetsz az egymást váltogató +/- elektródalemezek használatához.11. Ha a rendszered fagyásgátlását is szeretnéd megoldani, akkor:· Adjál a vízhez 98%-os isopropyl alkoholt és szabályozd be ennek megfelel en az impulzusokfrekvenciáját· Szerelj be elektromos f t berendezést12. Ne hagyd, hogy bárki is lebeszéljen az álmaidról, a szabadságodról, a függetlenségedr l vagy azigazadról!FELHASZNÁLT IRODALOMStephen Chambers Apparatus for Producing Orthohydrogen and/orParahydrogen US Patent 6126794, uspto.govStanley Meyer Method for the Production of a Fuel Gas US Patent 4936961,uspto.govCreative Science & Research, Fuel From Water, fuelless.comCarl Cella "A Water-Fuelled Car" Nexus Magazine Oct-Nov 1996Peter Lindemann "Where in the World is All the Free Energy", free-energy.cc 41
    • George Wiseman "The Gas-Saver and HyCO Series" eagle-research.comC. Michael Holler "The Dromedary Newsletter" and "SuperCarb Techniques"Stephen Chambers "Prototype Vapor Fuel System" xogen.com 42
    • VillanyautókBevezetőA benzines vagy dízel autónkat átalakíthatjuk elektromos meghajtásúvá, azaz villanyautóvá. Ehhezsokkal több mindent kell tennünk, mintha azt "csak" vízmeghajtásúvá alakítanánk át, viszont azegyik legnagyobb problémát, azaz a rozsdásodást ezzel egy csapásra megoldottuk, továbbá számosnagyszer el nyhöz is jutunk: nem kell többé a fagyállóval vesz dni, nincs h t folyadék, nincsolajcsere, a motortér állandóan tiszta marad, szinte zajtalanul jár az autónk és egyáltalán nemszennyezi a környezetét.A következ oldalakon el ször a villanyautók történetével ismerkedhetsz meg, majd az autódátalakításához kapsz sok hasznos tanácsot. Ezután az egyenáramú villanymotorok m ködési elvévelés a motor kiválasztásának a kritériumaival ismerkedhetsz meg, majd pedig a motorok vezérlésér lolvashatsz. A sort az akkumulátorok típusának és mennyiségének a meghatározása zárja.Kezdjük hát egy kis történelemmel!A villanyautók történeteTalán kevésbé ismert, hogy az 1900-as években az autók túlnyomó többsége elektromos meghajtásúvolt. A meghajtást egy egyenáramú villanymotor végezte, az energia forrásául pedig akkumulátorszolgált, melyet éjszakánként fel lehetett tölteni, s másnap ismét üzemképes volt az autó. 43
    • 1. ábra. 1915-ös Detroit ElectricAbban az id ben a doktorok pl. villanyautóba pattantak, mikor beteghez hívták ket, de anagyvárosok különböz szolgáltatói is villamos meghajtású járm veken közlekedtek, pl. villamosjárgánnyal hordták ki a tejet, a kenyeret.2. ábra. Walt Disney kedvenc villanyautójaA villanyautók kb. 1915-ig járták a városok utcáit, utána viszont teljesen feledésbe merültek ezek acsendes és nagyon környezetbarát jószágok. Ez két okra vezethet vissza:Az egyik ok az, hogy a villanyautók egy töltéssel maximálisan 100-150 km-t tudtak megtenni. 44
    • A villanyautók lehanyatlásának másik oka a viszonylag alacsony sebesség volt. A 70-80 km/h-ssebesség azonnal tönkre tette volna az akkumulátorokat, és az 50 km/h-s sebességet is csak párpillanatra tudták elérni. 1900 és 1910 között az átlagos utazó sebesség 30 km/h körül mozgott.Az egyenáramú motorok használata azért volt általános abban az id ben, mert a táplálástakkumulátorokról biztosították, amik egyenáramot szolgáltatnak. Természetesen már akkor isismertek voltak a DC/AC átalakítók, de a méreteik túl nagyok voltak ahhoz, hogy elférjenek azautomobilokban. Emlékezzünk, az 1900-as évek elejér l van szó!Ne feledkezzünk meg azonban a villanyautók el nyeir l se. A villanyautók karbantartása aminimumra csökkenthet , hiszen olaj illetve ken zsír csak a csapágyak kenéséhez kell.Megszabadulunk az olajcserékt l, nem kell a h t ventillátorokat tisztítani és a h t folyadékotutántölteni, nincs üzemanyag pumpa, vízpumpa, nincsenek porlasztó gondok, nincs rozsdásodókipufogó és hangtompító dob, szinte teljesen hangtalanul üzemel és a legfontosabb, hogysemmilyen káros anyagot nem bocsát ki az autó.Ezek olyan el nyök, amikért megéri az autónkat átalakítani villanyautóvá.Az a két hátrány, amir l a fenti sorokban szó volt, a mai technikai színvonal mellett viszonylagkönnyen kiküszöbölhet . S t, egy megoldás már a múltban is létezett.Nikola Teslának is volt egy híres villanyautója, mely egy 1930-as gyártmányú Pierce Arrow típusúvillanymotorossá átalakított luxusautó volt.3. ábra. Tesla 1930-as gyártmányú Pierce Arrow típusú villamossá átalakított luxusautója 45
    • Az autóból a bels égés motort eltávolították, csak a sebességváltót, a fogaskerekeket és azer átviteli rendszert hagyták meg. A benzinmotor helyére egy kerek, teljesen zárt, kb. 1 m hosszú és0,65 m átmér j villanymotort szereltek, mely el tt egy h t ventillátor helyezkedett el.Természetesen a gyújtáselosztó sem kellett. Tesla nem árulta el, hogy ki gyártotta le avillanymotort, de nagy valószín séggel a Westinghouse egyik részlegében készítették. Az autószinte teljesen zajtalanul járt.A villanymotor tápforrását egy 12 elektroncsövet tartalmazó fekete doboz biztosította, mely elfért akeszty tartóban. Az "energiavev t" Tesla maga készítette 60 cm * 25 cm * 15 cm méretben. Adobozhoz egy 1,8 m hosszú antenna csatlakozott, ezen kívül két darab, kb. 10 cm hosszú, vastag rúdállt ki bel le. Tesla behangolta a "dobozt" a megfelel frekvenciára és a leveg b l 240 V-ot vezetettaz autóba.A 80 LE-s villanymotor maximális, 1800/perces fordulatszáma mellett az autó végsebessége 145km/h volt, és minden paramétere jelent sen túlszárnyalta az akkori bels égés motorokkal hajtottjárm veket.Az energiát egy villamos er m sugározta. Mint Tesla elmondta, ez az energia mindenki számáraelérhet lenne. J. P. Morgannak, a mecénásnak azonban nem tetszett az ötlet, mivel nem volt hovátenni a fogyasztásmér t, ezért abbahagyta a projekt finanszírozását és az energia forrásául szolgálóEr sít átviv tornyot lebontották.A villanyautók történetér l és a Tesla féle villanyautóról az információkat innét és innét ollóztamki.A következ oldalon a villanyautók átalakításával kapcsolatban olvashatsz sok hasznos dolgot.Villanyautók átalakítása 46
    • Utolsó frissítés dátuma: 2006 március 28.A villanyautókban lehet egyenáramú és váltóáramú motorokat ishasználni, mivel a jelenlegi elektronikus vezérl k segítségévelmár szinte azonos szintre lehet hozni a különböz villanymotortípusok hatásfokait. Ugyanakkor a váltóáramú motorok vezérlésejóval összetettebb, mint az egyenáramúaké, ezért a továbbiakbancsak az egyenáramú motorokról lesz szó. Ha azonban érdekelnek aváltóáramú motorok is, akkor ezekr l itt olvashatsz. (Agenerátorok motorokként is üzemelhetnek és viszont.)A motorok a legkülönböz bb méretekben kaphatók, de mind egy célt szolgálnak: az elektromosenergiát mechanikai energiává alakítják. A DC motorok olyan motorok, melyek táplálásáhozegyenáramra van szükség.Az elektromos motorok a legkényelmesebb forrásai a mozgatóer nek. Csöndesek és tiszták,azonnal beindulnak és lehetnek olyan kicsik, hogy egy órát m ködtessenek, vagy olyan nagyok,hogy a világ leggyorsabb villanyvasútjait is hajthatják.Az egyenáramú motor felépítése és m ködési elveKülönböz fajta egyenáramú villanymotorok léteznek, de a m ködési elvük ugyanaz. Ennekmegértését segíti a következ ábra. 47
    • 1. ábra. Az egyenáramú motor m ködési elveAz egyenáramú motor állandó mágnesekb l áll, melyek között egy vezeték (tekercs) található.Ahhoz, hogy a vezeték alkotta hurok elforduljon, a két végét egyenáramú áramforrásra kellkapcsolni, de úgy, hogy közben a vezeték elfordulhasson a saját tengelye körül. Ahhoz, hogy ezmegoldható legyen, a vezet hurkot un. kommutátorra csatlakoztatjuk, melyhez érintkez kefékkapcsolódnak. A kefék biztosítják az elektromos csatlakozást a kommutátorral, miközben az forog,így folyamatos a kapcsolat a vezet hurok és az áramforrás között. A hurokban folyó elektromosáram mágneses mez t hoz létre, mely kapcsolatba lépve az állandó mágnes mezejével a hurkotelforgatja.Egy szemléletes, Java-ban írt demonstrációt láthatsz itt.Az egyenáramú villanymotorok tulajdonságait leíró paraméterek a nyomaték, a teljesítmény és asebesség. Ezeket vizsgáljuk meg egy kicsit közelebbr l a következ sorokban.A nyomaték 48
    • A nyomaték fogalmát olyan er k esetében használjuk, mikor azok forgató hatást fejtenek ki.Nyomatékot fejtünk ki pl. a régebbi telefonok tárcsázásakor, lyukak fúrásakor vagy pl. egy csavarbecsavarásakor.2. ábra. A nyomatékMint a 2. ábrán látjuk, a nyomaték a szerszám végére kifejtett függ leges irányú er hatására jönlétre. Ez az F er a szerszámot az O pont körül fordítja el. A lefelé irányuló er t felbonthatjuksugárirányú (Frad) er re, mely párhuzamos a szerszám er karjával, és érint irányú er re (Ftan), melymer leges a szerszám er karjára. A sugárirányú er nem vesz részt a nyomatékban, ellentétben azérint irányú er vel. Az O pont és az F hatóer közötti távolságot irányvektornak (r) nevezzük. Azer kar nyomatéka (l) az O pont és az F er közötti "derékszög " távolság.Ha lecsökkentjük az er kar nyomatékát azáltal, hogy az er t az O ponthoz közelebb fejtjük ki,akkor a szükséges nyomaték növekszik. 49
    • 3. ábra. A kerékre kifejtett nyomatékA nyomaték meghatározásának képlete:N = F * r * sin(φ)A sebességAz egyenáramú motorok olyan eszközök, melyek az elektromos energiát forgató mozgássá alakítjákát. Mikor adott feszültséget kapcsolunk a motorra, akkor az adott sebességgel forog. A forgásisebességnek vagy más néven szögsebességnek (ω) a mértékegysége fordulat/másodperc vagyfordulat/perc.A szögsebességb l (ω) meghatározhatjuk az érint irányú sebességet a forgó test bármelyik pontjána következ képlettel:v = r *ωahol: • v - az adott ponton mért érint irányú sebesség • r - a forgás középpontjától mért távolság • ω - a szögsebesség4. ábra. A szögsebesség 50
    • Ez az egyenlet csak állandó sebesség esetén használható.A teljesítményA forgó mozgás teljesítményét a következ képlettel határozhatjuk meg:P = N * ωahol: • P - a forgómozgás teljesítménye • N - a nyomaték • ω - a szögsebességAz egyenáramú motor karakterisztikáiAz egyenáramú motorok tervezésekor tisztában kell lennünk a motor karakterisztikáival. Mindenmotor rendelkezik egy Nyomaték/Sebesség görbével és egy Teljesítmény görbével.Nyomaték/Sebesség görbeA következ ábra az egyenáramú motor Nyomaték/Sebesség görbéjét ábrázolja. 51
    • 5. ábra. Az egyenáramú motor Nyomaték/Sebesség görbéjeVegyük észre, hogy a nyomaték fordítottan arányos a motor tengelyének sebességével. Másszavakkal egyfajta egyezségre kell jutnunk, hogy mekkora nyomatékot szeretnénk levenni amotorról és hogy mekkora sebességgel kell forognia a motornak. Az egyenáramú motorok kétlegjellemz bb tulajdonsága az 5. ábrán látható görbe két széls értéke: • Az indító nyomaték (Νs) az a nyomatékérték, ahol a nyomaték maximális, de a tengely még nem forog • Az üresjárati sebesség (ωn) a motor maximális sebessége, ahol a motor már nem fejt ki nyomatékotA görbe ennek a két széls értéknek az összekötésével rajzolható fel, melyek egyenlete felírható anyomaték és a szögsebesség néz pontjából:Ν = Νs-ω*Νs/ωnω =(Νs-Ν)*ωn/ΝsFeljebb meghatároztuk, hogy a teljesítmény a nyomaték és a szögsebesség szorzata, ami megfelel aNyomaték/sebesség görbe alatti négyzetnek. Ezt mutatja a következ három ábra. 52
    • 6. ábra. Kis teljesítmény7. ábra. Maximális teljesítmény 53
    • 8. ábra. Kis teljesítményA nyomaték és a sebesség közötti fordított arányosság miatt a maximális teljesítményt akkor kapjukmeg, mikor ω = 1/2 * ωn és Ν = 1/2 * Νs.Teljesítmény/Nyomaték és Teljesítmény/Sebesség görbékA nyomaték és szögsebesség számításait a teljesítmény meghatározásának képletébe behelyettesítveláthatjuk, hogy az egyenáramú motor teljesítménye egy másodfokú egyenletet ad.P(ω)= -(Ns/ωn)*ω2+Ts*ωP(N)= -(ωn*Ns)*N2+ωn*NEzek a kifejezések megint csak azt mutatják, hogy a maximális kimeneti teljesítményt akkor kapjukmeg, mikor ω = 1/2 * ωn és Ν = 1/2 * Νs. 54
    • 9. ábra. Teljesítmény/Sebesség és Nyomaték/Sebesség görbékAz anyagot angol nyelven itt találod.Küls gerjesztés villanymotorokA nagyobb teljesítmény egyenáramú motorok már nem állandó mágneseket használnak, mivel anagy teljesítményfelvételek mellett az állandó mágnesek lemágnesez dnének. Ezért célszer azállórész mágneses mezejét is inkább tekercsekkel létrehozni.Háromféle kapcsolás létezik: • Mellékáramkör (párhuzamos) kapcsolás - Ez a motor egyenletes sebességgel forog, függetlenül a terhelést l. Olyan ipari alkalmazásokban használjuk ezt a kapcsolást, ahol az indításkor nem szükséges nagy nyomaték. 55
    • 10. ábra. Mellékáramkör kapcsolás 11. ábra. A mellékáramkör kapcsolás Nyomaték/Sebesség görbéje• F áramkör (soros) kapcsolás - Ennek a motortípusnak a fordulatszáma a terhelés növekedésével automatikusan csökken. A soros motorokat azokban az esetekben használjuk, mikor az indításkor nagyon nagy nyomatékot kell kifejteni, azaz mikor valamilyen nehéz testet kell mozgásba lendíteni (pl. liftnél vagy villanyautónál stb.) A soros motorokat sohasem szabad terhelés nélkül beindítani, mivel ekkor a motor sebessége olyan mértékre gyorsulhat, hogy az tönkreteheti a motort. 12. ábra. F áramkör kapcsolás 56
    • 13. ábra. A f áramkör kapcsolás Nyomaték/Sebesség görbéje • Vegyes áramkör kapcsolás - Ez a mellék- és f áramkör kapcsolás kombinációja. A kapcsolás karakterisztikája a kombináció módjának függvényében változhat. Az ilyen motorokat rendszerint ott használják, ahol az indításkor nagy nyomatékot kell kifejteni, de az állandó sebesség is fontos.Az információt angol nyelven itt olvashatod.A villanymotor kiválasztásaA villanyautóban a legcélszer bb a soros kapcsolású egyenáramú motorok használata. Egy tipikus,villanyautókban használt villanymotor képét a következ ábrán láthatod.14. ábra. Az FB1-4001A típusú motor metszeteAz egyenáramú motorok teljesítménye egyenes arányban van a rákapcsolt feszültséggel és atekercsekben folyó árammal. Ezt a következ képlettel tudjuk meghatározni:PLE = U * I * η / 746A következ táblázatban néhány villanyautóban használt villanymotor teljesítményét láthatjuklóer ben kifejezve. 57
    • Típus Feszültség 24 V 36 V 48 V 60 V 72 V 96 V 108 V 120 V 144 VA00-4009 2 LE 4 LE 6 LE 10 LEK91-4003 5 LE 6 LE 8 LE 10 LEL91-4003 12 LE 14 LEX91-4001 10 LE 12 LE 14 LE 16 LE 20 LE203-06-4001A 16 LE 19 LE 22 LE 26 LEFB1-4001A 18 LE 21 LE 23 LE 26 LE 30 LE1. táblázat. A különböz típusú DC motorok teljesítménye a feszültség függvényébenA bels égés motorok esetében a maximális teljesítményt szokták megadni LE-ben, avillanymotoroknál pedig a folyamatosan leadni képes teljesítményt. Ebb l kiindulva nagyon jóközelítéssel meghatározhatjuk a szükséges villanymotor típusát, egyszer en csak osszuk el 1,6-del arobbanómotor teljesítményét. Tehát:Pvill = Prob / 1,6Ha például az átalakítandó autó robbanómotorjának a (csúcs)teljesítménye 45 LE, akkor azátalakításhoz szükséges villanymotor teljesítménye:Pvill = 45 LE / 1,6 = 28,1 LEEzek szerint erre a célra megfelel a 203-06-4001A, de még jobb az FB1-4001A típusú motor. (lásdaz 1. táblázatot)Az áramer sséget növelve nem túl hosszú ideig, azaz kb. 3-5 percig a villanymotorok a névlegesteljesítményüknek le tudják adni akár a másfélszeresét, nagyon rövid ideig pedig akár több mint aháromszorosát is. Ezek szerint az FB1-4001A típusú motor pár percig 45 LE-t is tud produkálni, pl.emelked k esetén vagy gyorsításkor, de kb. 20-30 másodpercig akár 100 LE-t is le tud adni.Mivel ekkor megnöveltük a motoron keresztülfolyó áram er sségét, azon kívül, hogy ezzelcsökkentettük az egy töltéssel megtehet km-ek számát, még a motor is nagyon melegszik. Hahosszú ideig terheljük túl a motort, akkor az tönkre is mehet (megfelel h tés hiányában).A következ táblázatban a motorok fordulatszámait tekinthetjük meg. 58
    • Típus Fordulatszám A00-4009 1500 - 4000 / perc K91-4003 1500 - 4000 / perc L91-4003 1500 - 4000 / perc X91-4001 700 - 5000 / perc 203-06-4001A 1700 - 4800 / perc FB1-4001A 1000 - 5000 / perc2. táblázat. A motorok fordulatszámaMint látjuk, ezek a fordulatszámok közel megegyeznek a bels égés motorok fordulatszámaival,tehát meghagyva a sebességváltót az autónk sebessége is a megszokott marad, bár a gyorsulásiképessége jobb lesz.Az itt látható adatokat egy amerikai cég honlapjáról vettem (lásd itt), akik kizárólag villanyautók ésvillanyhajók átalakításához árulnak alkatrészeket és segítenek a számítások, tervezésekelvégzésében is.Az itt következ táblázatba írd be, hogy hány LE-s bels égés motor van az átalakítandó autódba smegkapod a javasolt villanymotor teljesítményét. Jelenlegi motor Javasolt villanymotor teljesítménye teljesítménye LE 0 LE = 0 kW3. táblázat. Az ajánlott villanymotor teljesítményeA következ táblázatban add meg a kiválasztott villanymotor jellemz it. Ezekre az adatokra akövetkez oldalaknál lesz szükségünk. A villanymotorok száma lehet egynél több is, ekkor úgyszámoljuk, hogy azok párhuzamosan vannak kötve, vagyis a feszültség állandó marad, de ateljesítmény annyiszorosára növekszik, ahány motort szeretnél használni. Több motor esetén az egymotorra jellemz teljesítményt kell beírni a második sorba. 59
    • A villanymotor típusa: A villanymotor teljesítménye: LE A villanymotor max. feszültsége: V A villanymotor max. fordulatszáma: 1/perc A villanymotorok száma: db Írd be az általad kiválasztott villanymotor típusát!4. táblázat. A kiválasztott villanymotor(ok) jellemz iAz egyenáramú motorok szabályozásaA következ oldalon a DC villanymotorok vezérlésével ismerkedhetsz meg.Az egyenáramú villanymotorok sebességét egy erre a célraszerkesztett elektronika szabályozza. Készen is kaphatsz azigényeidnek megfelel teljesítményben és kivitelben vezérl t, deha az áraik elkedvetlenítettek, akkor ezen az oldalon megtudhatod,hogyan építhetsz magad is egy motorvezérl áramkört.Egy kereskedelemben kapható átlagos villanymotor vezérl a következ funkciókat látja el: • PWM feszültségszabályozás - A motor fordulatszámát szabályozza • Túláram védelem/Rövidzár védelem - lekorlátozza a motorra jutó áram értékét, ezáltal csökkenti az áramfelvételt. Ez védi a motort és a vezérl teljesítmény fokozatát az esetlegesen túl nagy áramoktól. • Visszatápláló üzemmód - Mikor a villanyautó lejt n gurul, vagy mikor fékezünk, a villanymotor áramgenerátorként m ködik. Az így termelt áramot visszavezethetjük az akkumulátorokra, hogy a felhasznált energia egy részét pótolhassuk. • H kapcsoló - Ha a vezérl teljesítmény fokozatának h mérséklete vagy a villanymotor h mérséklete elér egy kritikus értéket, akkor a vezérl kikapcsol. 60
    • • Túlfeszültség védelem - Ha az akkumulátorok feszültsége meghaladja a megengedett fels határt, akkor azt a feszültséget leszabályozza a megengedett értékre. • Mélykisülés védelem - Ha az akkumulátorok feszültsége túl alacsony értékre esik le, akkor lekapcsolja a vezérl a motort az akkumulátorokról. • Ellentétes polaritás védelem - Ha az akkumulátorokat ellentétes polaritással kapcsoljuk a vezérl re, akkor az nem kapcsol be. • Bekötés védelem - A különböz csatlakozók és dugaszaljak eltér formájúak, ezáltal nem lehetséges azok felcserélése. • Számítógépes csatlakozás - A vezérl t egy számítógéphez csatlakoztatva a különböz funkciókat tetszés szerint programozhatjuk.A következ kben ezeket a funkciókat vizsgáljuk meg részletesebben.PWM feszültségszabályozásMikor az egyenáramú motor közvetlenül (azaz vezérl nélkül) kapcsolódik az akkumulátorhoz,akkor a csatlakozás pillanatában hatalmas áramokat vesz fel. Ez az áramtüske azért jön létre, mert amotor, ha azt forgatjuk, generátorként m ködik, s a generált feszültség egyenes arányban áll amotor sebességével. A motoron átfolyó áram er sségét az akkumulátor feszültsége és a generáltfeszültség közötti különbséggel szabályozhatjuk. A generált feszültséget visszaható elektromotoroser nek (EME) nevezzük. Mikor a motor rákapcsolódik az akkumulátorra (még mindig vezérlnélküli kapcsolatról van szó), akkor nincs visszaható EME, azaz az áramot csak az akkumulátorfeszültsége, a motor ellenállása és induktivitása, valamint az akkumulátor bels ellenállásahatározza meg.A motor sebességét szabályozó vezérl használata esetén a motort tápláló feszültséget szabályoznitudjuk. Az indításkor, azaz mikor a motor sebessége nulla, a vezérl nem fog feszültséget kapcsolnia motorra, így az áramer sség is nulla lesz. Miközben a motor sebességszabályozója növeli afeszültséget, a motor elkezd forogni. El ször kicsi a motorra kapcsolt feszültség, így az áramer ssége is alacsony lesz, de ahogy a vezérl egyre nagyobb feszültséget kapcsol a motorra, úgynövekszik az áramer sség és a motor visszaható EME-je is. Ennek eredményeként az induláskorfellép áramtüskét megsz ntettük és a gyorsítás is egyenletes lesz.A legegyszer bb módszer az egyenáramú motorok fordulatszámának a szabályozására a vezérlfeszültségének a szabályozása: minél magasabb a feszültség értéke, annál nagyobb fordulatszámot 61
    • igyekszik elérni a motor is. Az esetek többségében azonban az egyszer feszültségszabályozásnagyon veszteséges módszer, ezért inkább az impulzusszélesség moduláció (Pulse WidthModulation = PWM) használata a jellemz .Az alap PWM módszernél a tápforrás feszültségét kapcsolgatjuk ki/be folyamatosan, ezáltalszabályozva a motorra kapcsolt feszültséget és áramot. A motor sebességét a kikapcsolt ésbekapcsolt állapotok aránya határozza meg.1. ábra. A PWM magyarázataA PWM vezérl knél figyelembe kell vennünk, hogy a villanymotor alacsony frekvenciás eszköz.Ennek az az oka, hogy a motor tulajdonképpen egy nagy induktivitás, ezért nem képes felvenni anagyfrekvenciás energiát. Az alacsony frekvenciák értéke szintén egy ésszer érték felett kelllegyen. Az alacsonyabb frekvenciák ugyan jobban megfelelnek, mint a magasabbak, de a PWMmódszer elveszíti a hatékonyságát a nagyon alacsony frekvenciákon.Az alacsonyabb frekvenciákon az impulzus bekapcsolási ideje hosszabb, mint a magasfrekvenciákon, így a motoron elég áram tud keresztül haladni minden egyes bekapcsoltimpulzusnál. A magasabb frekvenciák akkor használhatók jól, ha egy megfelel en nagykondenzátort kötünk a motor pólusaira. Enélkül csak nagyon kis áram tudna a motor tekercsénátfolyni, ami nem lenne elegend a munkavégzésre, ráadásul ez az áram a kikapcsolt állapotban egyellentétes irányú áramtüskeként disszipálódik a meghajtó diódáin. A kondenzátor integrálja azimpulzusokat és egy hosszabb idej , bár alacsonyabb érték áramimpulzust hoz létre. Ekkorvisszarúgó áramtüske sincs, mert az áram nem sz nt meg. 62
    • A motor induktivitásának ismeretében meghatározhatjuk az optimális PWM frekvenciát. Próbáldmeg tesztelni a motorodat egy 50 %-os kitöltési tényez j négyszög impulzussal és figyeld meg,hogyan csökken a nyomaték a frekvencia növekedésével. Ez a módszer segít meghatározni azoptimális frekvenciát, ahol a hatásfok a maximális lesz.Természetesen a nagyfrekvenciás PWM rendszerek is használhatók a villanymotorok vezérlésére,hiszen mikor összehasonlítjuk az alacsony- és nagyfrekvenciás rendszereket, akkor két különbözmegközelítést használunk és mindkett helyes.Az alacsony frekvenciáknál mechanikai átlagolást végzünk. Mikor a vezérl kikapcsolja azimpulzust, egy rövid idej feszültségtüske jelenik meg, melyet a diódák kapnak el, de ezután azátmeneti id után a motort szabadon forgatja a lendülete és tipikusan egy búgást hallhatunk. Ez amódszer rendszerint kis méret , alacsony feszültség motoroknál használható.A nagyfrekvenciás módszernél a motor induktivitása átlagolja az áramot. Ez hasonlít a kapcsolóüzem tápegységekhez. A diódák sokkal kritikusabbak ebben az esetben, mivel azokon a teljesmotoráram átfolyik viszonylag hosszú ideig, hacsak nem használunk ellenfázisú zárást. Anagyfrekvenciás PWM elég érzékeny a motor tulajdonságaira, azaz az induktivitására. A közepesméret motorok 17-20 kHz-es vagy annál valamivel nagyobb frekvencián m ködnek.Az információkat innét fordítottam.A PWM feszültségszabályozásra nagyon sokféle kapcsolás létezik az analóg megoldásoktól kezdvea digitális kialakításig. Mivel a sebességszabályozást manuálisan végezzük a gázpedálracsatlakoztatott potméter segítségével, és mivel nem tervezzük a számítógépes csatlakoztatást -hiszen nem igazán van rá szükség a villanyautóban - ezért az analóg megoldást választjuk.Az egyszer ségre törekedve a PWM kapcsolást egy 555-ös id zít IC-vel oldhatjuk meg. Eztmutatja a következ kapcsolás. 63
    • 2. ábra. Az impulzusszélesség szabályozóA kapcsolás ötletét innét vettem.A P1 potméter a gázpedálhoz kapcsolódik, ezzel szabályozzuk az impulzusok kitöltési tényez jét ésezáltal a motor fordulatszámát. A kapcsolásban szerepl két dióda biztosítja azt, hogy azimpulzusok kitöltési tényez je szinte 0 és 100 % között változtatható. Mivel az autóban lévvillanymotor közepes teljesítmény , ezért a frekvencia jelen alkatrészekkel kb. 17 000 és 20 000 Hzközötti értékre van beállítva, A kitöltés változtatása csak kis mértékben hat vissza a frekvenciára.Ha az adott motorhoz tartózó ideális frekvencia ett l eltérne, akkor a C1 kondenzátor kapacitásátkell megváltoztatni. (A C1 értékének növelésével a frekvencia csökken.)Az 555-ös IC 7. lábáról vesszük le a PWM jelet egy 1 kΩ-os ellenálláson keresztül. Mivel ez mégkis áramot ad le és a feszültség értéke se elég nagy - bár ez motorfügg - ezért ezt a jelet fel keller síteni. Erre a célra MOSFET-eket és FET driver IC-ket használunk. Err l lesz szó a következsorokban.Túláram védelem / Rövidzár védelemA nagy áramokra való tekintettel a teljesítmény er sítést MOSFET tranzisztorokkal oldjuk meg, aFET-ek meghajtására pedig olyan meghajtókat választunk, melyek rendelkeznek túláramvédelemmel. Ilyen meghajtó IC pl. az IR2121. A MOSFET típusa attól függ, hogy mekkora a motormaximális feszültsége és hogy mekkora áramot kell vezérelni. Egy FET-tel nem lehet megoldani avezérlést, mivel a szükséges áramer sség jóval meghaladja az egy tranzisztoron átengedhetáramer sség értékét. 64
    • A következ ábrán a teljesítményer sít fokozatot láthatod.3. ábra. A teljesítményer sít fokozatA Hk bemenetre a jel a h kapcsolóról jön, az Abe bementre pedig az akkumulátor mélykisülés ellenivédelmét biztosító áramkörr l. Ezekr l lejjebb még szó lesz.A három darab LED diódának kett s szerepe van: • Vizuálisan mutatja, hogy miért áll a motor, és • Egy hárombemenet logikai ÉS kaput alkot úgy, hogy az egyes bemenetek ne hathassanak vissza a másik két bemenetreA Kpedál szerepe az, hogy mikor teljesen levesszük a lábunkat a gázpedálról, akkor a motorra jutófeszültség értéke biztosan 0 V legyen. Erre azért van szükség, mert a PWM áramkör kimenetén a P1potméter legszéls állásában sem lesz 0 % a kitöltési tényez , hanem valamilyen nagyon kis értéketvesz fel, azaz a motorra állandóan jutna egy nagyon alacsony érték feszültség, ami a motort lehet,hogy már nem hajtaná meg, de az akkumulátorokat egy kis érték állandó áramfelvétellelviszonylag hamar lemerítené. A Kpedál kapcsoló kikapcsolt állapotban van, mikor nyomjuk a pedált,csak akkor kapcsol be, mikor levesszük a lábunkat a pedálról. A Kpedál-nak biztonsági szerepe isvan, mivel ha a PWM áramkörnél ismertetett P1 potméter meghibásodik, akkor is elég csakfelengednünk a lábunkat a pedálról és a motor már nem is kap táplálást.Az Um értékét a villanymotor típusa határozza meg. A T1 N-csatornás MOSFET kiválasztásakorszintén ezt az Um feszültségértéket vesszük figyelembe, annál legalább 20 %-kal nagyobb értéketkell vennünk.A következ táblázatba írd be a kiválasztott FET paramétereit. 65
    • 4. ábra. A villanymotor induktivitásának hatása az áram ki/be kapcsolgatásakorMikor a kapcsolót bekapcsoljuk, az áram elkezd folyni, ami a tekercset energiával tölti fel. Mikor akapcsolót kikapcsoljuk, akkor áram nem folyik a körben, a tekercs pedig leadja az energiáját.De ez nem ennyire egyszer ! A következ ábra azt mutatja, hogyan változik az áram és a feszültségaz áramkörben. Az els függ leges piros vonalnál kapcsoljuk be a kapcsolót, aminek hatására atekercs elkezdi felhalmozni az energiát. A második függ leges piros vonalnál kikapcsoltuk akapcsolót. 67
    • 5. ábra. Az induktivitás hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskorMikor a kapcsoló be van kapcsolva, a tekercsen azonnal megjelenik a feszültség, de mivel atekercsnek induktivitása van, ezért az áram lassabban épül fel, míg végül elér egy állandó értéket,mely a feszültség és a tekercs ellenállásától függ.Mikor a kapcsolót kikapcsoljuk, az áram nem tud tovább folyni, de a tekercs induktivitása mégtovább hajtaná az áramot. Mivel azonban az elektronok nem tudnak tovább áramolni, ezért a"feltorlódott" energia feszültség formájában jelentkezik. Ez a feszültségt egy ívet húz a kapcsolóközött, így valósítva meg az elektronok áramát. Ez az ív, amellett, hogy rádiófrekvenciás zavarokatis kelt, még el is égetheti a kapcsoló érintkez it, mivel a tekercsben felhalmozott energia h véalakul. Ha kapcsolónak MOSFET-et használunk, akkor ív ugyan nem keletkezik, de ez afeszültségtüske meghaladhatja a FET maximálisan megengedett feszültségét és azt azonnaltönkreteheti.Ennek a hatásnak a kiküszöbölésére használjuk a tekercsel párhuzamosan kötött diódát.6. ábra. A tekercsel párhuzamosan kötött diódaEnnek a diódának a hatására a feszültségt nem jelenik meg, mivel a dióda kinyit és az áram adiódán keresztül visszaáramlik a tekercsbe. Ekkor tehát van egy energiával feltöltött tekercsünk ésegy vele sorba kapcsolt diódánk, és ennek a két alkatrésznek adott ellenállása van. Az áram az L/Rállandó által meghatározott konstans id alatt fog lecsengeni, ahol L a tekercs induktivitása, R pediga tekercs és a dióda ellenállása.A következ ábra az ekkor kialakuló hullámformákat szemlélteti. 68
    • 7. ábra. Az induktivitás és dióda hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskorFigyeljük meg, hogy a feszültségtüske már nem jelentkezik, viszont az áramer sség sokkallassabban csökken le nullára. Eközben viszont egy nagyon kis érték , kb. 0,6 V-os "dudor" látható afeszültség értékénél. A 0,6 V a dióda nyitóirányú küszöbfeszültsége, mely ebben az esetbentermészetesen nyitva van.Érdemes észrevenni azt is, hogy ha a PWM impulzus kitöltési tényez je pl. 50 %, akkor a motoronátfolyó áram felét vesszük csak fel az akkumulátorból, mikor a FET be van kapcsolva, vagyis amotor áramának csak az 50 %-a az akkumulátor árama!A diódával kapcsolatos infókat innét fordítottam.A 3. ábrán látható C2 kondenzátor szerepe hasonló a D1 dióda szerepéhez, azaz a PWMimpulzusok elektronikus integrálását végzi. 69
    • Mikor a MOSFET kikapcsol, akkor nem csak a motor áramát szakítja meg, hanem az akkumulátoráramát is. Az akkumulátorból jöv vezetékeknek van bizonyos induktanciája (akár csak magának azakkumulátornak is), ezért mikor az áramot megszakítjuk, akkor a vezetékek induktanciája egyfeszültségtüskét eredményez. Ezeket a t impulzusokat hivatott elnyelni a C2 kondenzátor. Mikor aMOSFET ismét bekapcsol, akkor az akkumulátor áramának gyorsan kellene folynia, viszont az nemtud, ezért ez a kondenzátor biztosítja az áramot addig, míg az akkumulátor árama el nem éri aszükséges értéket. Azokban a vezérl kben, amik több száz ampert is vezérelnek, a C2kondenzátornak kemény munkát kell végeznie és ha túl hosszú ideig adja le az áramot - ez azakkumulátor vezetékének a hosszától függ - akkor ez a kondenzátor akár fel is robbanhat!Ebb l egyenesen következik, hogy az akkumulátor vezetékeit a lehet legrövidebbre kell venni. Haaz akkumulátor áramát is mérni akarjuk, és erre a célra egy söntöt illesztünk a kapcsolásba, akkorazt is tudnunk kell, hogy ez a sönt és maga az árammér m szer nagy induktivitással rendelkezik.A kondenzátorról az infókat innét vettem.Visszatápláló üzemmódA Túláram védelem témakörnél tárgyaltuk a villanymotorral párhuzamosan kötött D1 diódaszerepét (lásd itt). Ehelyett a dióda helyett azonban MOSFET-et is használhatunk. 70
    • 8. ábra.Mikor a vezérl MOSFET be van kapcsolva, az ára az akkumulátor pozitív sarkától a motoron és aFET-en keresztül folyik az akkumulátor negatív sarka felé. Ezt mutatja az "A" jel nyíl.Mikor a vezérl MOSFET kikapcsol, a motor árama tovább akar folyni a tekercs induktivitásánakhatására. A motorral párhuzamosan kapcsolt második MOSFET szerepe megegyezik a korábbanemlített D1 diódáéval, azaz a motor árama ezen a MOSFET-en keresztül folyhat tovább. Nemannyira ismert tény a MOSFET-ekkel kapcsolatban, hogy mikor azok be vannak kapcsolva, akkoraz áramot mind a két irányba vezetik. A vezet MOSFET valamekkora ellenállást kifejt az árammalszemben mindkét irányban, viszont a MOSFET-eken kevesebb feszültség esik, mint a közönségesdiódákon, ezért a MOSFET kisebb h t bordát igényel és kevesebb az akkumulátor teljesítményvesztesége.Van viszont egy másik hatása is a "kerék" MOSFET-ek használatának. Azáltal, hogy a motor áramafolyamatos, egy visszaható EME jön létre a motorban, melynek nagysága arányos afordulatszámmal. Nulla terhelésnél ez az EME egyenl érték lesz a vezérl kimenetiteljesítményével.Pár sorral feljebb írtuk, hogy a MOSFET nyitott állapotban mind a két irányba vezeti az áramot.Mikor az áramer sség nulla és a vezérl kimenetét lekapcsoltuk, akkor a motor visszaható EME-je 71
    • nagyobb, mint a vezérl kimeneti feszültsége, így a motor az áramot a vezérl felé visszatáplálja.Ebben az esetben a motor fékez üzemmódba vált.Ez a fajta kapcsolás - azaz mikor a fels oldal kikapcsol, az alsó oldal pedig bekapcsol és viszont -alkalmas az áram visszatöltésére. Ekkor az ellentétes irányú motoráram nyitóirányú áramkéntszerepel a "kerék" MOSFET szemszögéb l, azaz mikor ez a MOSFET be van kapcsolva, akkor ezrövidre zárja a motor áramát, mely áram eközben növekszik. Ezt mutatja a "B" jel nyíl. Ezután a"kerék" MOSFET bezár, így a motor árama a kinyíló meghajtó FET-en keresztül folyik, ezáltalvisszatölt az akkumulátorba. Ez a plusz feszültség a motor induktivitásában tárolt energia hatásárajön létre. Ez a hajtás/fékezés átkapcsolás teljesen automatikusan jön létre, anélkül, hogy ezzel különfoglalkoznunk kellene. Ez a visszatölt fékezés - ha úgy tetszik - a vezérl megfelel kialakításánaka mellékterméke és majdhogynem teljesen véletlen jelenség.Ezt az ismertet t innét fordítottam.Azok szerint, akik már átalakították az autójukat villanyautóvá, a visszatáplálás hatása szinte nem isérzékelhet az egy töltéssel megtehet út hosszának növekedésében, ezért a kés bbiekben nemfoglalkozunk a visszatápláló üzemmóddal. A cél a minél egyszer bb és minél olcsóbb kialakítás!H kapcsolóA MOSFET-eken nagy áramok folynak, ezért azokat megfelel méret h t bordákkal is el kelllátni. Javasolt azonban a h t bordák mellett h t ventillátor alkalmazása is, ezáltal a bordák méretecsökkenhet és jobban biztosítható a megfelel h tés. A ventillátort egy feszültségcsökkentellenálláson keresztül kapcsolhatjuk az Um tápfeszültségre, nincs szükség se fordulatszámszabályozásra, se pedig ki/be kapcsolgatásra, az állandóan járhat. Az is fontos, hogy a ventillátor ah t bordák felé fújja a hideg leveg t! A számítógépek tápjánál ez pont fordítva van, elszívják ameleg leveg t, ezért ott a h tés csak zajos, de nem túl hatékony.Az is el fordulhat azonban, hogy nagy melegben vagy túlzott igénybevétel esetén így istúlmelegednek a FET tranzisztorok, ami végül is a tönkremenetelükhöz vezetne. Ezért célszerh kapcsolóval is ellátni a vezérl nket. 72
    • A h mérséklet érzékélésére használhatunk hagyományos félvezet ket - diódákat, tranzisztorokat is- de kapható direkt erre a célra kifejlesztett "h ellenállás", azaz termisztor is, amelynek azellenállása a h mérséklet emelkedésével csökken. Az elmélettel itt ismerkedhetsz meg.Mivel a termisztorok jelleggörbéje nem teljesen lineáris, ezért különböz ellenállású termisztorokkaphatók a különböz h mérséklettartományokra: • 10 kΩ-os termisztor: -40 °C és 25 °C között • 50 kΩ-os termisztor: -3 °C és 65 °C között • 100 kΩ-os termisztor: 7 °C és 77 °C közöttMivel mi azt szeretnénk, hogy kb. 45 °C-nál kapcsolja le a h kapcsoló a tápot a vezérl r l, ezértnekünk megfelel az 50 kΩ-os és a 100 kΩ-os termisztor is.A termisztort a h t bordára szerelhetjük vagy olyan más alkatrészekre, melyeknek a h mérsékletétszeretnénk figyelni. Az is jó ötletnek t nik, ha a villanymotorra is felszerelünk egy termisztort, ígynem csak a vezérl áramkört védjük a túlmelegedés ellen, hanem a villanymotort is.Egy egyszer kapcsolást mutat be a következ ábra:9. ábra. A h kapcsolóAz Rt a termisztor, aminek vegyünk 50 kΩ-osat, ehhez a P2 potméter értéke legyen 47 kΩ. Apotmétert úgy kell beállítani, hogy a kívánt h mérsékleten a P2-n es feszültség megnövekedjenannyira, hogy a logikai NEM kapu bemenetén a feszültség 7 V fölé kerüljön. Ezt az értéketkísérlettel lehet meghatározni. 73
    • Túlfeszültség védelemEz a védelem valójában szükségtelen a villanyautónál, mert pontosan meghatározott lesz azakkumulátorok száma és feszültsége, így még a teljesen új és teljesen feltöltött akkumulátoroknakse haladja meg az összesített feszültsége a vezérl elektronika fels feszültséghatárát.Mélykisülés védelemEz a védelem viszont már fontos, mivel ha az akkumulátorokat túlságosan lemerítjük, akkor azoknagyon hamar tönkremennek. A 12 V-os akkumulátorok megengedett legalacsonyabb feszültsége10,5 V. Ha a feszültségük ez alá esik, akkor már nem szabad tovább használni, hanem újra kelltölteni.A teljesítményer sít fokozat meghajtó IC-je az IR2121. Ennél az IC-nél beépített védelem van,azaz ha az IC tápfeszültsége leesik 11,8 V alá, akkor az IC automatikusan lekapcsol, s a FET-eketmár nem nyitja ki. Ennek ellenére nem árt egy külön erre a célra kialakított "figyel " áramkört isbeszerelnünk a vezérl be. Ezt legegyszer bben egy m veleti er sít vel valósíthatjuk meg, amitkomparátorként (összehasonlítóként) használunk. A következ ábra ezt a kapcsolást mutatja.10. ábra. A mélykisülés védelem kapcsolásaA kapcsolás m ködési elve, hogy az Um feszültséget összehasonlítjuk egy fix feszültséggel, melyeta Zener dióda biztosít. Az R2 ellenállás szerepe a Zener diódán átfolyó áram korlátozása. Mivel aztszeretnénk, hogy kb. 1 mA folyjon keresztül a diódán, ezért az R2 értéke a következ lesz: 74
    • R2 = Um / Iz = 144 V / 0,001 A = 144000 Ω = 144 kΩAzt, hogy pontosan hány voltnál jelenjen meg az Aki kimeneten a vezérl jel, az R3-P3ellenállásokkal állíthatjuk be. Az R3 szerepe az, hogy védje a m veleti er sít t a túl magasfeszültségekt l, a P3 potméterrel pedig pontosan beszabályozhatjuk azt az értéket, ami alattbekapcsol a védelem. Itt is vehetünk 1 mA-t az ellenállásokon átfolyó áramnak, s számoljunk úgy,hogy a P3 legfels állásában max. 15 V jut az er sít "-" bemenetére. Ekkor:P3 = Ube_max / Imax = 15 V / 0,001 A = 15000 Ω = 15 kΩR3 = (Um-Ube_max)/Imax = (144 V - 15 V )/ 0,001 AR3 = 129000 Ω = 129 kΩEllentétes polaritás védelemAz akkumulátor polaritását megcserélve tönkretehetjük a vezérl t, s t akár az akkumulátorokat is.Ennek elkerülésére a legegyszer bb módszer egyenirányító diódák használata. A diódákkiválasztásánál a maximális megengedett nyitóirányú feszültség és áram értékeit kell figyelembevenni.11. ábra. Ellentétes polaritás védelemA LED dióda úgy van bekötve, hogy csak akkor világít, mikor ellentétes polaritással kötöttük be azakkumulátort. Az R4 ellenállás szerepe a LED-re jutó áram és feszültség korlátozása. Ha 1 mA-esáramer sséget akarunk átengedni a LED-en, akkor R4 értékét a következ képpen határozhatjukmeg:R4 = Umbe / ILED = 144 V / 0,001 A = 144000 Ω = 144 kΩ 75
    • Itt ejtünk szót a 12 V-os tápfeszültségr l is. Mivel a villanyautóban használatos motorokmindegyike 12 V feletti feszültséget igényel, így az adott feszültséget le kell osztanunk a megfelelértékre. Erre látunk egy példát a következ ábrán.12. ábra. A 12 V-ot el állító kapcsolásAz R5 szerepe az Um feszültség lecsökkentése kb. 15 V-ra, s ezt a 15 V-ot stabilizálja 12 V-on a7812-es stabilizátor IC. Az IC szerepe az, hogy jobban leválassza a kisfeszültség áramköröket avillanymotor okozta feszültség ingadozásoktól. Mivel a 12 V-os áramköri elemek maximum kb. 0,1A-t vesznek fel, ezért az R5 ellenállás értéke a következ k szerint határozható meg:R5 = (Um - 15 V)/0,1 A = (144 V - 15 V)/0,1 A = 1290 ΩPR5 = (Um - 15 V)*0,1 A = (144 V - 15 V)*0,1 A = 12,9 WBekötés védelemA különböz csatlakozók és dugaszaljak legyenek eltér formájúak, ezáltal nem lehetséges azokfelcserélése.Számítógépes csatlakozásMivel a vezérl t a villanyautó motorjának a sebességszabályozására használjuk, és ezt asebességszabályozást manuálisan, a gázpedálra er sített potméterrel végezzük, ezért ez a funkciószámunkra felesleges. 76
    • A teljes kapcsolási rajzA fenti ismertet után nézzük meg, hogy néz ki a teljes kapcsolási rajz.13. ábra. A vezérl kapcsolási rajzaA kapcsolási rajzon van néhány alkatrész, aminek a pontos értéke nincs meghatározva, hiszen ez akiválasztott motor paramétereit l függ.A következ oldalon az akkumulátorok kiválasztásáról és méretezésér l lesz szó. 77
    • 78
    • Az akkumulátorok kiválasztása és méretezéseAz akkumulátorok típusa fontos szempont számunkra, hiszen ez dönti el, hogy egy töltéssel hánykm-t tudunk megtenni a villanyautónkkal.A hagyományos autóakkumulátorokat olyan céllal tervezték, hogy indításkor nagyon nagyáramokat lehessen levenni róluk, utána pedig az autó generátora tölti vissza menet közben azindításkor elhasznált energiát. Ezek az akkumulátorok nem hosszabb távú használatra lettekkitalálva. Ha viszont a töltést csak a feléig vesszük le az akkumulátorról, akkor esetleg ezek azakkumulátorok is használhatók a villanyautóban.Az igazán megfelel akkumulátorok a mélykisülés akkumulátorok, melyek ugyan nem tesziklehet vé még rövid ideig sem a nagyon nagy áramfelvételeket, viszont le tudják adni gyorsításkorvagy emelked n a kivehet áramer sség másfélszeresét és hosszútávon biztosítják a megfeleláramer sséget. Ez a fajta akkumulátor nem károsodik akkor sem, ha szinte teljesen kisütjük, innétaz elnevezés: "mélykisülés ".Azt is érdemes figyelembe venni, hogy az egy töltéssel megtehet id meghatározásakor azt az id tvesszük figyelembe, mikor a villanymotor forog. Viszont a bels égés motoroktól eltér en nincsalapjárati fordulatszám, tehát a megtehet id be nem kell beleszámolni pl. a lámpáknál valóvárakozás idejét.Ezért elegend általában egy teljes napra egy töltés energiája, hiszen a ténylegesen felhasználtid nél csak a haladást kell számításba venni. Ha a bevásárló központ mondjuk 10 percre vanautóval a lakhelyedt l, de ebb l a 10 percb l 6 perc a lámpáknál való várakozással telik, akkorvalójában csak 4 percet kell számolnod a motorid re. 79
    • Ingyenenergia a házunkbanBevezetÁlmodoztál már arról, hogy milyen jó lenne, ha nem kellene fizetned a lakásod vagy házadrezsijéért egy fillért se? Biztos vagyok benne, hogy igen! A most következ oldalakon azt tudhatodmeg, hogyan lehet ezt megvalósítanod a jelenlegi technikai eszközöket felhasználva.A megoldás az Ingyenenergia használata.El ször megvizsgáljuk, hogy milyen fogyasztók vannak egy hétköznapi házban, mennyi energiaszükséges azok táplálására, majd kielemezzük az Ingyenenergia különböz formáinak (pl. anapenergiának, a szélenergiának, a Föld h jének és elektromosságának stb.) az alkalmazásilehet ségeit.Konkrét számításokat és terveket fogsz olvasni, amiket felhasználva Te is élvezheted azIngyenenergia nyújtotta szabadságot.Pénzt csak egyszer kell költened - a berendezések megépítésére - utána azonban nyugodtanelfelejtheted a számlákat. Ha azt gondolod, hogy ez lehetetlen, akkor csak olvasd végig a következoldalakat és meglátod, hogy így is lehet élni!Jelenleg a következ energiahordozókért fizetünk minden hónapban: az elektromosságért, a gázért,vízért és f tésért. Fizetünk csatornadíjat is, de bemutatok majd olyan víztisztító eljárásokat is,melyek amellett, hogy mentesítenek a csatornadíjtól még a környezetünk szennyezését iskiküszöböli.A gázzal a gázt zhelyet m ködtetik és sok helyen ezzel oldották meg a vízmelegítést és a f tést is.Mi villanyt zhelyet fogunk alkalmazni, f tésre és vízmelegítésre pedig a különböz egyébbmódszereket használunk. Ezzel a gázt ki is kapcsolhatjuk és mivel a f tést se gázzal vagyelektromos árammal oldjuk meg, így jelent sen lecsökkenthetjük az elektromos fogyasztók általfelvett teljesítményt is.Els ként az elektromos fogyasztókkal és azok lehetséges táplálásával foglalkozunk, elmondjuk,hogyan lehet kihasználni a Föld elektromosságát, a napenergiát és a szélenergiát. Utána a f tés ésmelegvízellátást tárgyaljuk, bemutatva, hogy hogyan használhatjuk ki a Föld melegét és a napfényt 80
    • de eddig kevésbé ismert módszerekr l is szó fog esni. Végül a víz kérdésével fogunk foglalkozni,annak ingyenes beszerzésével és tisztításával, ismét csak a Földet használva.A házunk elektromos energiaellátásaBevezetEls látásra talán úgy t nik, hogy egy teljes háztartás energiaellátását nem lehet házi körülményekközött megoldani, mivel azok rengeteg energiát igényelnek. Az elkövetkez oldalakon ezt a tévhitetszeretném eloszlatni.Az itt javasolt energiaellátó rendszert (legalábbis annak bizonyos formáit) bárhol alkalmazhatod:lakásban, házban, nyaralóban, s t akár hajón is.A következ ábrán ennek a rendszernek a felépítését láthatod.1.ábra. A háztartásunk energiaellátó rendszere 81
    • Mint az ábrán is látható, a különböz energiaforrások, mint például a Nap, a szél, a Föld stb.energiáit akkumulátorokban tároljuk el, s ezt az eltárolt 12 V-os vagy 24 V-os egyenfeszültségenergiát alakítjuk át egy inverter segítségével szabványos 220 V-os 50 Hz-es hálózati feszültséggé.Ennek oka az, hogy az energiaforrások nem mindig állnak a rendelkezésünkre, nem süt mindig anap, nem fúj mindig a szél, így az energiát valahol tárulnunk kell ezekben a szünetekben is. De vanegy másik oka is: a fogyasztók koránt sem egyenletesen veszik fel a m ködésükhöz szükségesenergiát és nagy részük csak id legesen m ködik, amit aztán kikapcsolt állapot követ. Ha azakkumulátor töltésére felhasznált energiaforrásunkat úgy kéne tervezni, hogy az a csúcsid kbenfelvett energiát biztosítsa állandóan, akkor az feleslegesen nagy helyet foglalna el, nem is beszélve ahorribilis belekerülési költségekr l.A következ oldalakon egyenként kielemezzük az egyes részegységeket. Els ként aháztartásunkban használt fogyasztóinkat vizsgáljuk meg, kiszámoljuk, mennyi energiátfogyasztanak, kielemezzük a csúcsid kben felvett energia mennyiségét és a lehetségestakarékossági módszereket. Ezt követ en az inverterekkel ismerkedünk meg és arra is láthatszjavaslatot, hogyan tudod Te magad is azt megépíteni, majd a napenergia, szélenergia és a Földenergiáinak a kiaknázásáról olvashatsz és azok lehetséges egyéni vagy kombinált felhasználásáról.Mindenhol konkrét számításokat végezhetsz az egyedi igényeidnek megfelel en, mely számításokata számítógéped meg is jegyzi, így azokhoz mindig visszatérhetsz és bármikor meg is változtathatodazokat.A lehetséges energiaforrások sora nem merül ki a napenergia, szélenergia és a Föld elektromosenergiájának a kiaknázásával. Számos olyan készülék van, mely közvetlenül a nullpontenergiátvagy a mágnesekben tárolt energiát hasznosítja. Hogy csak egyet említsek, ott van a M.E.G(Mozdulatlan Elektromágneses Generátor), de ezek a készülékek külön témaként vannakfeldolgozva a weblapomon, mivel egyetlen oldalon nem lehet kitárgyalni a m ködési elvüket és amegépítésük leírását.NullPontEnergia, avagy az éterAz ingyenenergia-eszközök mindegyike ugyanazt teszi. Valamilyen módon kinyeri a bennünketkörülvev nullpontenergia [NPE] vagy más néven éter egy részét, méghozzá úgy, hogy a kinyerésrehasznált energia kisebb, mint a kinyert energia. Az energiakülönbözet adja az "ingyenenergiát".Ezen az oldalon arról olvashatsz, hogy mi is az a nullpontenergia. 82
    • "Olyan bámulatosak ezek a tények, hogy úgy t nik, maga a Teremt elektromosnak tervezte megezt a bolygót."Nikola Tesla, Electrical World and Engineer, 1905 január 7A fizikusok már régen felismerték, hogy egy energiaóceánban létezünk. Az elektromágnesesnullpontenergia jelenlétét egy dán fizikus, M. J. Sparnaay fedezte fel els ként, miközben HendrickB. G. Casimir 1948-ban megkezdett kísérleteit folytatta. Ezek a kísérletek egy er jelenlététmutatták ki, mely két elektrosztatikusan nem feltöltött lemez között volt megfigyelhet . Ez az er avákuumban lév lemezek körül folyó elektromágneses energia formájában jelent meg.Sparnaay felfedezte, hogy a lemezekre ható er nem csak termálenergia (h ) formájában jelenikmeg, hanem egy másfajta sugárzásként is, amit jelenleg a klasszikus nullpontenergiának nevezünk.Sparnaay azt is felfedezte, hogy az elektromágneses nullpontenergia nem csak a vákuumban létezik,hanem az abszolút nullafokos h mérsékleten (mínusz 273 °C) is. Ezért nevezzük ezt az energiátnullpontenergiának, mivel az abszolút nullfokra leh tött anyag esetén is megmarad ez az energia.Az NPE jelen van a vákuumban, homogén (egységes) és izotróp (minden irányban egyenl )valamint mindenütt megtalálható. Egy adott frekvenciájú energia intenzitása a frekvencia köbévelarányos. Következésképpen a frekvencia növekedésével az energia a végtelenségig növekedhet. AzNPE bevezetésével az abszolút nullafokos h mérséklet vákuum már nem jelenti azelektromágneses energia megsz nését. 83
    • Az NPE azon tulajdonságai, hogy látszólag végtelen az energias r sége és a tér minden pontjábanjelen van, nagyon vonzó energiaforrássá teszi azt számunkra. Ugyanakkor mivel ezek a nagyenergias r ségek csak nagyon magas frekvenciákon léteznek és mivel a jelenleg létez technológiaieszközök csak alacsonyabb frekvenciákon m ködnek hatékonyan, ezért ennek az energiának amegcsapolása lehetetlen a hagyományos technikai eszközökkel. Ez az oka annak, hogy még nemlátjuk ezt az energiát a mai társadalmainkban.Legalábbis mostanáig nem láttuk....Ennek az energiának a megcsapolására egy olyan antennát vagy vev t kell konstruálnunk, melyezeken a különösen magas frekvenciákon is m ködik.Ez az energia igencsak intenzív. A Nóbeldíjas Richard Feynman és Einstein egyik pártfogoltja,John Wheeler kiszámolták, hogy egy kávéscsésze térfogatú energia több mint elegend a világösszes óceánjának az elpárologtatására!Andre Sakharov orosz fizikus véleménye szerint minden anyag energiatengerben úszik. A modernfizikusok szerint a csillagok és az anyagot alkotó részecskék közötti r fluktuáló energiával vanfeltöltve. A világ számos pontján végzett kutatások sok anomáliát tártak fel, melyek okát az NPEjelenlétével magyarázzák. Azt is gyakran hallhatjuk, hogy az NPE megcsapolási módjának a 84
    • felfedezése az Univerzum egyesített mez elméletének a kulcsa. Más szavakkal mondva, atudomány jelenlegi értelmezése egy nagy kirakójáték, melyb l egy hatalmas darab hiányzik. Talánaz NPE ez a hiányzó darab, amely egy "Új Tudomány" eljövetelének a hírnöke.Ezt a szöveget innét fordítottam le.A következ kben Dr. Jay Garrett írását olvashatod el, melyben az NPE veszélyeir l van szó.Mit csinál az NPE ?Az univerzális NPE mez olyan, mint egy teljesen nyugodt tó felszíne. Nincs rajta mozgás. Azegész csak egy felület. Ha viszont valami keresztülhatol a víz felszínén, akkor az megtöri azt éshullámokat hoz létre. A hullám fels része vízb l van, akárcsak az alsó. Hasonló módon, az anyagNPE-ból áll, csak ez egy jóval összetettebb forma. Az NPE olyan energia, amely abszolút nemvibrál. Az energia bizonyos vibrációját fotonnak hívjuk. A még több vibrációval rendelkezenergiát quarkoknak nevezzük. A még több vibrációval rendelkez energiát elektronnak, protonnakés neutronnak hívjuk. A még több vibrációval rendelkez energiát pedig atomnak, molekulának ésszilárd anyagnak hívjuk.A magas vibrációs szinten m köd lokalizált energiának, mint például az anyagnak ugyanakkor egybizonyosfajta energia-bemenetre vagy "nyomásra" van szüksége ahhoz, hogy ne folyjon szét. Atudósok ezt a "gravitációs", "kovalens" és "ionos" kötésekkel, "er s" és "gyenge" nukleáris er kkelés elektronpályákkal magyarázzák. Ugyanakkor ez mind csak az eredménye az univerzális NPEmez teljes "folyadéknyomásának". Az univerzális NPE mez teljes energiáinak összege pontannyi, ami ahhoz kell, hogy összetartsa a fotonokat, elektronokat, atomokat, bolygókat ésnaprendszereket. Ez a mez hozza létre a gravitációt, a centripetális és centrifugális er ket, atehetetlenséget, a súrlódást és azokat a kedves kis molekuláris kötéseket, amik annyi örömetokoznak a kémikusoknak. A teljes univerzum energiából áll. Hogy pontosabbak legyünk:nullpontenergiából.Hogyan hozza létre az NPE mindezt ?Mindenek el tt a "szilárd anyag" nem szilárd. Az elektronfelh k és az atommag közötti távolságolyan nagy, mint a Nap és a Plútó közötti távolság, csak jóval kisebb léptékben. Tehát a "szilárd 85
    • anyag" f ként r. Az pedig, ami "szilárd anyag", csak az NPE összetett vibrációja, melyet azuniverzális NPE mez tart össze. Ez azt is jelenti, hogy az anyagnak tartott NPE legnagyobb részekeresztülhatolva az "anyagon" nem is hat arra. Ugyanakkor az a rendkívül jelentéktelen mennyiségNPE, ami kapcsolatba lép vele, elegend ahhoz, hogy az atomokat és molekulákat összetartsa, hogyaz embereket a Föld felszínén tartsa és a bolygókat összetartsa, így hozva létre Keplerbolygótörvényeit.Képzelnéd el azt, hogy az óceán alján vagy. Elképzelhetetlenül nagy nyomás nehezedik rád mindenirányból, kivéve alólad. Most pedig azt képzeld el, hogy az egész univerzum egy nagy óceán, amelytéged a Földhöz nyom. Gigantikus nyomás nehezedik rád minden irányból, ugyanakkor kisebb anyomás a Földb l a talpadon keresztüláramló irányból. Ez alkotja azt a negatív össz nyomást, amitéged a Földön tart.A nullpontenergia ehhez hasonlítható. Az NPE sugárzás nagyon kis százaléka üt dik az egyesrészecskékhez, de a Föld ezen részecskék hatalmas halmazát alkotja, s ez az áramlás hozza létre azt,amit mi gravitációnak nevezünk.Tehát akkor hogyan jutunk ingyenenergiához ?Nos, az NPE mez tartja össze az anyagot, igaz? Természetesen igaz! Az is igaz, hogy sok NPEkísérlet a bennünket körülvev NPE mez manipulálásával foglalkozik. Részecske turbulencia,Plazma turbulencia, magas szint részecske rezegtetés... Az NPE az, ami összetartja az anyagotannak bármely szintjén. Ha egy részecskének nincs 100%-os NPE kisugárzása, akkor az nem100%-osan integrált, más szóval dezintegrált.Pons és Fleishmann részecske rezegtetéssel kísérleteztek az elektrolizáló készülékükben. Apaladiumból készült katód kristályszerkezete nagyszer hely volt a részecskék rezegtetésére. Amintezek a részecskék elkezdtek rezegni, tiszta energiává dezintegrálódtak és részeseivé váltak az NPEenergiafolyamnak.Minél nagyobb a rezgés, minél nagyobbak a megrezegtetett részecskék, és minél nagyobb a rezgéssebessége, annál több részecskét alakítunk ismét az NPE folyam részéve, azaz tiszta energiává. Ígyjutunk hozzá az "Ingyenenergiához". 86
    • De akkor mi a probléma ?A nullpontenergia határozza meg a fizika összes törvényét. A gravitációt, az elektromágneses ésnukleáris er ket, s t még az id t is. Semmilyen mérték reakció során sem lehet úgy manipulálni azNPE mez t az ingyenenergia kinyerésére anélkül, hogy ne torzítanánk el a gravitációs mez t. Minélnagyobb az NPE torzulás, annál nagyobb a gravitációs torzulás is.James Redfield írt egy nagyszer könyvet azon gépek pusztító hatásairól, melyek hatalmasmennyiség NPE manipulációkat idéznek el . A "The Tenth Insight" (A tizedik betekintés) címkönyvben egy olyan gépr l volt szó, melyet arra terveztek, hogy annyi energiát hozzon létre a"vákuumból", amennyi az ország teljes területét ellátná energiával, s mindezt egyetlen er m ben.Ugyanakkor a gravitációs és ideiglenes torzítások növekedtek, amint növelni próbálták az el állítottenergia mennyiségét. Akármivel is próbálkoztak, nem tudták kiküszöbölni a gravitációs ésideiglenes torzításokat.Pontosan ez a veszélye az ingyenenergia készülékeknek. Ha túl er teljes a készülék, a gravitációstorzítások akkorák lesznek, hogy a Föld és a Hold között fennálló érzékeny gravitációs egyensúlyfelborul és a Holdat felénk fogja húzni. Vagy az óceánokat fogja a városaink felett áthúzni. Esetlegszétrombolhatja a kontinenseket. S t még az is lehetséges, hogy kihúz bennünket a jelenlegipályánkról, ami más bolygókkal való összeütközéshez vezethet.A probléma az, hogy senki se tudja, mennyi az a túl sok. De addig, amíg néhány társaságmonopolizálni próbálja a technológiákat és az NPE-t a jelenlegi "központi energiaellátó"módszerrel akarja felhasználni, addig a Föld, az emberiség és a Naprendszerünk állandó veszélybenvan.Ugyanakkor az NPE tökéletesen biztonságos, ha nem akarsz egyetlen háznál többet ellátnienergiával. Kis méret személyes generátorral az összes szükséges energiát el tudjuk állítaniúgy, hogy szinte semmilyen negatív hatást se okozunk. A lényeg az, hogy ne legyünk mohók.Néhány ember mohósága az összes többi ember életét romba döntheti.Mit tehetünk ?Olvasd el ezt az oldalt. Kérd meg a barátaidat, hogy olvassák el ezt az oldalt. Kérd meg acsaládtagjaidat, hogy olvassák el ezt az oldalt. Ha tudod, hogy valaki NPE projekteken dolgozik, 87
    • kérd meg, hogy olvassa el ezt az oldalt. Tartsd észben, hogy minden ingyenenergia készülék azNPE-t manipulálja. A "Nukleáris Korszak" csak séta volt a parkban ahhoz képest, amivel mostnézünk szembe.Megjegyzés: Két magyarázatot olvashattál a nullpontenergiáról. Az egyikben azt látjuk, hogy azNPE igen magas frekvenciájú energia, a másik pedig azt teljesen mozdulatlan energiának írja le. Ezazt mutatja, hogy nincs egy határozott álláspont az NPE mibenlétével kapcsolatban, de az is tény,hogy ennek ellenére van sok módszer, hogyan nyerhetjük ki ezt az energiát.A másik dolog az, hogy az NPE-t csak kis mennyiségben megcsapolva lehet biztonságosanhasználni, ezért a Fénykapu oldalain csak ilyen készülékekkel találkozhatsz. De ha belegondolunk,a jelenlegi vízier m vek is igen jelent s károkat okoztak a természetben, nem is beszélve azatomer m vekr l. Ha valaki(k) valóban monopolizálni akarják az NPE technikákat, akkor a fentebbemlített veszélyek mellett még a jelenlegi rabságunk sem változna meg. Ugyanúgy kéne továbbra isfizetnünk a villanyszámlát, gázszámlát, f tési díjat, vízdíjat stb. A weblapomon javasolteszközökkel pont ezt szeretném megsz ntetni.Utolsó frissítés dátuma: 2004 június 01. 88
    • A Mozgás nélküli Elektromágneses GenerátorBevezetA Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor (M.E.G.) onnét kapta a nevét, hogy az energiátmozgó alkatrészek nélkül állítja el .A készülék maga egy közönséges transzformátorra hasonlít, annyi különbséggel, hogy itt két primerés két szekunder tekercs van a vasmagon. A M.E.G. hatásfoka azonban messze meghaladja ahagyományos transzformátorok 75-95 %-os hatásfokát. A következ oldalon ismertetésre kerülszabadalomban a hatásfok 320-360 % körül van, de a bemeneti feszültség további növelésével ez azérték még tovább növekszik.Mivel a készülék hatásfoka meghaladja a 100 %-ot, ezért csak az indításhoz kell küls tápforrásthasználni. Amint azonban az indukció folyamata beindult, a küls tápra már nincs többé szükség.Ezt a nagyszer hatásfokot azáltal lehet elérni, hogy a primer tekercsekben folyó áram csak annyiideig folyik, amennyi a mágneses fluxus megváltoztatásához kell, a fluxus változása viszont többáramot, így nagyobb teljesítményt indukál a kimeneti tekercsekben. Ezen kívül az állandó mágnesenergiája is hozzájárul a 100 %-nál nagyobb hatásfok eléréséhez.A következ oldalakon el ször a szabadalommal ismerkedhetsz meg, majd Naudin készülékér l ésa terhel ellenállások "el kezelésér l" olvashatsz egy ismertet t, végül pedig az eddig elvégzettkísérleteket tekintheted meg.M.E.G. szabadalomEz a szabadalom Thomas E. Bearden, Stephen L. Patrick, James C. Hayes, Kenneth D. Moore ésJames L. Kenny készülékét ismerteti. A szabadalmat 2002 március 26.-án jegyezték be az AmerikaiSzabadalmi hivatalban US 6,362,718 Bl számon. 89
    • Rövid ismertetésEz az elektromágneses generátor, mely nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, egy állandó mágnesb lés egy mágneses magból áll, mely mag az els és második mágneses áramot tartalmazza. Az elsbemeneti és kimeneti tekercs az els mágneses áram körül, míg a második bemeneti és kimenetitekercs a második mágneses áram körül található. A bemeneti tekercsek váltakozva pulzálnak,ezáltal biztosítva az indukált áramot a kimeneti tekercsekben. Az els tekercsekbe bevezetett áramcsökkenti az állandó mágnes fluxusát. Az elektromágneses generátor egy másik megvalósításában amágneses mag gy r alakú és a térben egymástól elválasztott lemezekb l áll, ahol távtartók ésállandó mágnesek egymást váltogatva helyezkednek el a lemezek között. Egy kimeneti tekercstalálható minden egyes távtartó körül. A bemeneti tekercsek a lemezek egy-egy része körültalálhatóak és pulzáló áram folyik rajtuk keresztül, ezáltal biztosítva az indukciós áramot a kimenetitekercsekben.1. ábra. A M.E.G. els verziójának felépítéseA találmány részletes ismertetéseAz 1. ábrán látható a M.E.G. els verziójának felépítése. Az elektromágneses generátor (10) egyállandó mágnesb l (12) áll, mely a mágneses fluxus bemeneti áramát biztosítja, mely a mágnesészaki pólusából (14) indul ki és a mágneses magon (16) keresztül halad tovább. A mágnesesmagon (16) keresztülfolyó mágneses mez egy jobb irányú (18) és egy bal irányú mágneses mez t(20) hoz létre. Mind a kett a mágnes (12) északi (14) és déli pólusa (22) között áramlik. 90
    • Az elektromágneses generátort (10) egy kapcsoló és vezérl áramkör (24) hajtja meg, melyváltakozva hol a jobboldali (26), hol pedig a baloldali (28) bemeneti tekercsbe vezet elektromosáramot. Ezek a bemeneti tekercsek (26 és 28) a mágneses mag (16) egy részé körül helyezkednekel. A jobboldali bemeneti tekercs (26) a jobboldali mágneses mez (18) egy részét, míg a baloldalibemeneti tekercs (28) a baloldali mágneses mez (20) egy részét veszi körül.A jobboldali kimeneti tekercs (29) szintén körülveszi a jobboldali mágneses mez (18) egy részét,míg a baloldali kimeneti tekercs (30) a baloldali mágneses mez (20) egy részét veszi körül.A kapcsoló és vezérl áramkör (24), valamint a bemeneti tekercsek (26 és 28) úgy vannakelhelyezve, hogy amikor a jobboldali bemeneti tekercs (26) energizálva van, a tekercs északimágneses pólusa annak baloldalán (31) van jelen, mely az állandó mágnes (12) északi pólusához(14) van legközelebb, és amikor a baloldali bemeneti tekercs (28) van energizálva, akkor az északimágneses pólus a tekercs jobb oldalán (32) van jelen, mely szintén az állandó mágnes (12) északipólusához (14) van legközelebb.Ennek köszönhet en, mikor a jobboldali bemeneti tekercs (26) van mágnesezve, az az állandómágnes (12) mágneses fluxusát a jobboldali bemeneti tekercsen (26) löki keresztül. Ugyanígy,mikor a baloldali bemeneti tekercs (28) van mágnesezve, az az állandó mágnes (12) mágnesesfluxusát a baloldali bemeneti tekercsen (28) löki keresztül.Az is látszik, hogy a jobboldali bemeneti tekercsen (26) átfolyó elektromos áram az állandó mágnes(12) által létrehozott jobboldali mágneses folyam (18) fluxusával ellentétes irányú, mely azteredményezi, hogy ennek a fluxusnak legalább egy kis része a baloldali mágneses folyamba (20)transzformálódik át. Másrészt viszont, a baloldali bemeneti tekercsen (28) átfolyó elektromos áramaz állandó mágnes (12) által létrehozott baloldali mágneses folyam (20) fluxusával ellentétesirányú, mely azt eredményezi, hogy ennek a fluxusnak legalább egy kis része a jobboldali mágnesesfolyamba (18) transzformálódik át.Míg az 1. ábrán bemutatott példában a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes (12) északioldalán helyezkednek el, az is egyértelm , hogy a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes(12) déli pólusán is elhelyezkedhetnek. Ekkor viszont a bemeneti tekercsek energizálása ellentétespólusú kell legyen. Általánosságban szólva, a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes (12)bármely oldalán elhelyezkedhetnek, csak az a lényeg, hogy a tekercsekben keletkez mágnesesmez az állandó mágnes (12) fluxusának egy részét a másik bemeneti tekercs által körülvettmágneses mez be transzformálja át. 91
    • Jelen találmányban a bemeneti tekercseken (26 és 28) átfolyó áram soha nem ér el olyan magasértéket, hogy a mágneses mag (16) telít djön. A mágneses mag (16) telít dése azt jelenti, hogy abemeneti áram részleges növelése nem okoz az áramváltozásnak megfelel mágnesesfluxusváltozást. Ez a bemeneti teljesítmény veszteségéhez vezetne. Az elektromágnesesgenerátornál (10) a bemeneti tekercsek (26 és 28) között kapcsolgatott áram nem kell, hogymegállítsa az egyik mágneses folyamot (18 vagy 20), míg a másik mágneses folyamot irányítjuk.Az elektromágneses generátor (10) a fluxus mintájának változtatásával m ködik, így nem szükségesa fluxust teljesen átkapcsolni az egyik oldalról a másikra.A kísérletek megmutatták, hogy ez a kialakítás el nyösebb a bemeneti tekercsek (26,28) által akimeneti tekercsekben (29,30) generált elektromos teljesítmény hatásfokának szempontjából.A jobboldali kimeneti tekercs (29) elektromosan össze van kötve egy egyenirányítóval és sz r vel(33), mely egy potméterrel (35) megvalósított szabályozón (34) keresztül juttatja a kimenetiteljesítményt a terhelésre (126).A lineáris szabályozó (34) kimenete az érzékel és kapcsoló áramkör (36) bemeneti jeleként isszolgál. Az érzékel és kapcsoló áramkör (36) az induláskor összekapcsolja a kapcsoló és vezérláramkört (24) egy küls tápforrással (38), pl. egy indító akkumulátorral. Miután az elektromágnesesgenerátor megfelel módon beindult, az érzékel és kapcsoló áramkör (36) érzékeli, hogy aszabályozó (34) által beállított feszültség elérte a kell szintet, így a kapcsoló és vezérl áramkör(24) táplálását átkapcsolja a küls tápforrásról (38) a szabályozó (34) kimenetére. Miután azátkapcsolás megtörtént, az elektromágneses generátor (10) küls tápforrás nélkül folytatja am ködését.A baloldali kimeneti tekercs (30) elektromosan össze van kötve egy egyenirányítóval és sz r vel(40), mely egy potméterrel (43) megvalósított szabályozón (42) keresztül juttatja a kimenetiteljesítményt a terhelésre (44). 92
    • 2. ábra. A kapcsoló és vezérl áramkör (24) els verziójának sematikus m ködési elveAz oszcillátor (50) biztosítja a flip-flop (54) órajelét (lásd a 2.ábrát). A flip-flop (54) Q és Qkimenetei egy-egy meghajtó áramkörön (56 és 58) és kimeneti meghajtó FET-eken (60 és 62)keresztül jutnak a bemeneti tekercsekre (26 és 28) úgy, hogy azok felváltva kapnak áramot. A jelentalálmánynál a tekercseken (26 és 28) alkalmazott feszültséget (V), mely a FET-eken (60 és 62)keresztül jut rájuk, az érzékel és kapcsoló áramkör (36) vezérli.3. ábra. A 2. ábrán ismertetett meghajtók bemenetére érkez impulzusokA 3. ábrán a 2. ábrán ismertetett meghajtók és FET-ek (60 és 62) bemenetére érkez impulzusokláthatók. Míg az egyik FET (60) bemenetére érkez vezérl jel a 64-es számmal van jelölve, addig amásik FET (62) bemenetére érkez vezérl jel a 66-ossal. Mind a két bemeneti tekercs (26 és 28)pozitív feszültséggel van meghajtva. 93
    • 4. ábra. a kapcsoló és vezérl áramkör (24) második verziójának sematikus m ködési elveA 4. ábra a kapcsoló és vezérl áramkör (24) második verziójának sematikus m ködési elvétmutatja be. Ebben a verzióban egy oszcillátor (70) hajtja meg a flip-flopot (72). A flip-flop (72) Qés Q kimenetei egy-egy id zít re (74 és 76) kapcsolódnak. Az id zít k (74 és 76) kimenetei egy-egy meghajtón (78 és 80) keresztül a FET-ekre (82 és 84) jutnak, így a bemeneti tekercsekre (26 és28) felváltva jutnak azok az impulzusok, melyek ideje rövidebb, mint a flip-flop (72) Q és Qkimenetein megjelen impulzusok szélessége.5. ábra. A 4. ábrán ismertetett meghajtók bemenetére érkez impulzusokAz 5. ábrán a 4. ábrán ismertetett meghajtók és FET-ek (82 és 84) bemenetére érkez impulzusokláthatók. Míg az egyik FET (82) bemenetére érkez vezérl jel a 86-es számmal van jelölve, addig amásik FET (84) bemenetére érkez vezérl jel a 88-assal.Az 1. ábrán bemutatott példában, a jobboldali kimeneti tekercsben (29) csak akkor generálódik ateljesítmény, mikor a jobboldali mágneses folyam (18) fluxusa változik. Ehhez hasonlóan, a 94
    • baloldali kimeneti tekercsben (30) is csak akkor generálódik a teljesítmény, mikor a baloldalimágneses folyam (20) fluxusa változik.Ezért kívánatos meghatározni, hogy egy adott elektromágneses generátor esetén milyenimpulzusszélesség biztosítja a gyakorlatilag leggyorsabb mágneses fluxusváltozást. Ezt azimpulzusszélességet a 2. ábrán bemutatott oszcillátor (50) frekvenciájának változtatásával érhetjükel, amikor is a 3. ábrán bemutatott impulzusformákat kapjuk. Másik megoldásként az 5. ábránbemutatott kapcsolás id zít inek (74 és 76) a beállítását módosíthatjuk alacsonyabb oszcillációsfrekvencián. Ebben az esetben a bemeneti tekercsek nincsenek megterhelve a szükségesnélhosszabb ideig. Mikor akármelyik bemeneti tekercsen több ideig folyik áram, mint amennyi ideigaz szükséges a mágneses fluxusváltozás el idézéséhez, akkor az teljesítményveszteséget idéz el ,mely teljesítmény a bemeneti tekercsek melegítésére fordítódik, nem pedig a kimeneti tekercsekbenindukált teljesítmény növelésére.Számos kísérlet lett levezetve az 1. ábrán bemutatott elektromágneses generátorm köd képességének meghatározására, azaz hogy elegend teljesítmény generálódik-e a kapcsolóés vezérl áramkör által vezérelt bemeneti tekercsek (26 és 28) és egy küls terhelés (44)meghajtására. Az ezekben a kísérletekben alkalmazott kialakítás a következ volt: • A bemeneti tekercsek (26 és 28) menetszáma 40 volt 18 gauge-os (1,22 mm átmér j ) rézvezetékkel. • A kimeneti tekercsek (29 és 30) menetszáma 450 volt 18 gauge-os (1,22 mm átmér j ) rézvezetékkel. • Az állandó mágnes (12) északi és déli pólusa közötti magassága 40 mm a 89. nyíl irányában, a szélessége 25,4 mm a 90. nyíl irányában, a mélysége pedig 38,1 mm volt. • A mágneses mag (16) magassága 90 mm a 89. nyíl irányában, szélessége 135 mm a 90. nyíl irányában, a mélysége pedig 70 mm volt. • A mágneses magban (16) egy központi lyuk volt, melynek magassága 40 mm a 89. nyíl irányában (az állandó mágnes (12) elhelyezésére), szélessége 85 mm a 90. nyíl irányában. • A mágneses mag (16) két darab "C" alakú félb l ált, melyek a 92. jel vonalnál kapcsolódtak össze. Ezen voltak elhelyezve a bemeneti (26 és 28) valamint a kimeneti tekercsek (29 és 30). • A mágneses mag (16) anyaga lemezes vasalapú mágneses ötvözet volt, melyet pl. a "Honeywell"-nél lehet vásárolni "Magnetic Alloy 2605SA1" néven. • A mágnes anyagát vas, neodium és bór kombinációja alkotta. 95
    • A bemeneti tekercsek (26 és 28) 87,5 kHz-es oszcillátor-frekvenciával lettek meghajtva. Méréseinkszerint ez a frekvencia biztosította az optimális hatásfokot a 2. ábrán bemutatott kapcsolásban.Ennek a frekvenciának a periódusideje 11,45 mikrosekundum. A flip-flop (54) úgy lett beállítva,hogy a "Set" és "Reset" jelek az oszcillátor jelének felfutó élére változtak, így mind a két FET-re(60 és 62) ugyanakkora idej , 11,45 mikrosekundumos impulzusok jutottak. A kikapcsolási idszintén 11,45 mikrosekundum volt.A 6a.-6h ábrák az impulzusok grafikus ábrázolásai, melyek egyidej leg jelentek meg az 1. ábrán és2. ábrán bemutatott elektromágneses generátornál, mikor a bemeneti feszültség 75 V.A 6a. ábra a FET (60) vezérl jeleit (100) mutatja, mely a jobboldali bemeneti tekercset (26) hajtjameg.6a. ábra. A jobboldali FET (60) vezérl jeleiA 6b. ábra a másik FET (62) vezérl jeleit (102) mutatja, mely a baloldali bemeneti tekercset (28)hajtja meg.6b. ábra. A baloldali FET (62) vezérl jeleiA 6c és 6d ábrák a FET-eken (60 és 62) küls tápforrásról történ táplálásakor mérhet feszültségés áramimpulzusokat mutatják be. 96
    • A 6c. ábrán a feszültségszintet (104) láthatjuk. Míg az akkumulátor névleges feszültsége 75 V volt,addig egy süllyed átmeneti jel (106) képz dik ezen a feszültségen minden alkalommal, mikorvalamelyik FET (60 vagy 62) bekapcsolódik. Ennek az átmeneti jelnek a mintája az akkumulátorbels ellenállásától és a mágneses generátor jellemz it l függ.6c. ábra. A bemeneti tekercsek feszültségszintje akkumulátoros tápforrás eseténA 6d. ábrán a FET-eken (60 és 62) folyó áramokat (106) láthatjuk, mikor a tápforrás azakkumulátor.6d. ábra. A FET-eken folyó áramok akkumulátoros tápforrás eseténMivel a 104 és 106 jelek a FET-eken (60 és 62) folyó áramok hatását mutatják, ezért az átmenetijelek csúcsai közötti id intervallum 11,45 mikrosekundum.A 6e-6h ábrák a kimeneti tekercseken (29 és 30) mért feszültség és áramszinteket mutatják.A 6e. ábra a jobboldali kimeneti tekercs (29) kimeneti feszültségét (108), míg a 6f ábra a baloldalikimeneti tekercs (30) kimeneti feszültségét (110) mutatja. 97
    • 6e. ábra. A jobboldali kimeneti tekercs kimeneti feszültsége6f. ábra. A baloldali kimeneti tekercs kimeneti feszültségeA 6g. ábra a jobboldali kimeneti tekercs (29) kimeneti áramát (116), míg a 6h ábra a baloldalikimeneti tekercs (30) kimeneti áramát (118) mutatja.6g. ábra. A jobboldali kimeneti tekercs kimeneti árama6h. ábra. A baloldali kimeneti tekercs kimeneti áramaVegyünk egy példát: a jobboldali kimeneti tekercs (29) kimeneti áramának jele (116) egy elsátmeneti csúcsot (112) tartalmaz, melyet a baloldali bemeneti tekercsben (28) folyó áramimpulzusokoz azáltal, hogy a mágneses fluxust a jobboldali mágneses folyamba (18) irányítja. A másodikátmeneti csúcsot (114) a baloldali bemeneti tekercsben (28) folyó áram kikapcsolása és a jobboldalibemeneti tekercs (26) áramának bekapcsolása okozza. 98
    • 7. ábra. A kimeneti teljesítmény a bemeneti feszültség függvényébenA 7. ábra az elektromágneses generátornak (10) a bemeneti feszültség nyolc különböz , 10 V és 75V közötti értékeinél mért kimeneti teljesítményét mutatja. Az oszcillátor frekvenciája 87,5 kHz-revolt beállítva. A mér pontokat a 120-szal jelölt pontok mutatják, míg a 122 jel görbe a többtagúregressziós elemzés alapján lett megrajzolva.8. ábra. A hatásfok a bemeneti feszültség függvényébenA 8. ábra a kimeneti és bemeneti teljesítmények alapján számolt hatásfokot mutatja a 7. ábránjelzett mér pontokban. Minden egyes mér pontnál a kimeneti teljesítmény jelent sen meghaladta abemeneti teljesítményt. A teljesítményértékek a feszültségek és áramok alapján lettek kiszámolva 99
    • minden egyes mér pontnál, több mérési eredményt átlagolva. A mérések egy Textronic THS730digitális oszcilloszkóp segítségével lettek elvégezve.Amíg az elektromágneses generátor (10) sokkal magasabb feszültség és áram mellett is m ködötttelít dés nélkül, a bemeneti feszültség le lett korlátozva 75 V-ra a kapcsolóáramkör feszültséghatáramiatt.Akik a jelen "m vészeti ágban" jártasak, azok tudják, hogy vannak olyan alkatrészek, melyek jóvalmagasabb kapcsolófeszültséggel is tudnak dolgozni. A kísérletek során mért adatok alapján lettkikövetkeztetve, hogy 100 V bemeneti feszültség és 140 mA bemeneti áram mellett a bemenetiteljesítmény 14 W, ami mind a két kimeneti tekercsben (29 és 30) 48 W kimeneti teljesítménytprodukál 12 mA-es átlagos kimeneti áram és 4000 V-os átlagos kimeneti feszültség mellett. Ez aztjelenti, hogy mindegyik kimeneti tekercsnél (29 és 30) a hatásfok 3,44.Bár a 4000 V-os kimeneti feszültség szükséges lehet néhány alkalmazásban, a kimeneti feszültségkönnyen szabályozható az elektromágneses generátor (10) felépítésének egyszermegváltoztatásával. A kimeneti feszültség automatikusan lecsökken a kimeneti tekercsekmenetszámának csökkentésével. Ha a kimeneti tekercsek menetszámát 450-r l lecsökkentjük 12-re,akkor a kimeneti feszültség leesik 106,7 V-ra, miközben a kimeneti áram 0,5 A-ra növekszik mind akét kimeneti tekercsben (29 és 30). Ezzel a módszerrel az elektromágneses generátor (10) kimenetiáramer ssége és feszültsége a kimeneti tekercsek (29 és 30) menetszámának változtatásávalszabályozható, miközben a kimeneti teljesítmény nem változik jelent sen. A kimeneti teljesítményta bemeneti áram határozza meg a mágneses fluxus változtatásának segítségével.A hatásfok minden esetben jelent sen meghaladta az 1-et (lásd a 8. ábrát), ami azt jelenti, hogy akimeneti tekercsek (29 és 30) mindegyikében a kimeneti teljesítmény jóval nagyobb a bemenetitekercsekre (26 és 28) vezetett teljesítménynél. Ezért az nyilvánvaló, hogy az elektromágnesesgenerátor (10) megépíthet öntápláló módon, ahogy ezt már megtárgyaltuk az 1.ábránál. Az 1.ábránbemutatott példában a rövididej küls tápforrás (38) használatát leszámítva a bemeneti tekercsekre(26 és 28) a teljesítményt teljes mértékben a jobboldali kimeneti tekercsr l (29) vezettük. Habármelyik kimeneti tekercs (29 vagy 30) teljesítménye több mint elégséges a bemeneti tekercsek(26 és 28) vezérléséhez, akkor egy újabb terhelést (126) adhatunk a jobboldali kimeneti tekercsre(29), mely eddig csak a bemeneti tekercsek (26 és 28) táplálását végezte. Másrészt viszont, mind akét kimeneti tekercs (29 és 30) használható a bemeneti tekercsek által igényelt teljesítménybiztosítására, pl. a kimeneti tekercsek (29 vagy 30) egyike a 2. ábrán bemutatott egyik FET (60),míg a másik kimeneti tekercs a másik FET (62) számára biztosítja a V feszültséget. 100
    • A termodinamikai megfontolásokkal kapcsolatban szeretnénk megjegyezni, hogy míg azelektromágneses generátor (10) m ködik, ez egy nyílt rendszer, nem pedig egy termodinamikaiegyenl ség. A rendszer az állandó mágnes mágneses fluxusának statikus energiájából merít. Mivelaz elektromágneses generátor (10) öntápláló, küls energia felvétele nélkül m ködik, ezért arendszer termodinamikája egy nyílt disszipáló rendszer, mely környezetének az energiáját - ebbenaz esetben az állandó mágnesben tárolt mágneses fluxusenergiáját - átveszi, összegy jti majdszétszórja (disszipálja).Az elektromágneses generátor (10) folyamatos használata az állandó mágnes mágnesességénekelvesztését eredményezi. Az állandó mágnes anyaga ezért lehet leg a Föld olyan ritka elemeib ltev djön össze, mint vas, neodium és bór, mivel az ilyen mágnesnek viszonylag hosszú ideigmegmarad a mágnesessége.Jelen elektromágneses generátor ezért nem egy örökmozgó, hanem egy olyan rendszer, melyben azállandó mágnes által kisugárzott fluxust elektromos árammá alakítjuk, mely egyrészt a készüléket,másrészt pedig a rákapcsolt terhelést táplálja. Ez a nukleáris reaktorokhoz hasonlítható, ahol atápláló anyag sugároz ki energiát, mely a láncreakciót fenntartja, ezáltal f tve az elektromosságotgeneráló vizet.9. ábra. Az elektromágneses generátor második verziójának keresztmetszete 101
    • A 9. ábrán az elektromágneses generátor (130) második verziójának keresztmetszetét láthatjuk. Ezaz elektromágneses generátor (130) nagyon hasonlít az els verziójú elektromágneses generátorhoz(10), annyi különbséggel, hogy az els verzióban a mágneses mag (132) a 134. jel vonal menténösszekötött két félb l állt, melynél mind a két kimeneti tekercs (135) egy m anyag orsóra (136) letttekercselve, még miel tt az orsó (136) a mag (132) lábaira (137) lett volna helyezve. A 9. ábrán aztis láthatjuk, hogy az egyik bemeneti tekercs (138) máshol helyezkedik el.Az 1. ábrán bemutatott példában azt is látjuk, hogy mind a két bemeneti tekercs (26 és 28) amágneses mag (16) fels részén volt elhelyezve, miközben a kialakult mágneses mez k északipólusai a bemeneti tekercsek (26 és 28) bels felénél (31 és 32) jelentkeztek. Ezek az északipólusok így az állandó mágnes (12) északi pólusához (14) estek a legközelebb.A 9. ábrán bemutatott példában az els bemeneti tekercs (26) elhelyezkedése megegyezik az 1.ábrán bemutatott példával, a második bemeneti tekercs (138) viszont az állandó mágnes (12) délipólusa (140) mellé lett helyezve. A második bemeneti tekercs (138) déli mágneses pólusa a tekercsbels felére (142) esik. Mikor a bemeneti tekercs (138) be van kapcsolva, akkor az állandó mágnes(12) fluxusa a baloldali mágneses áramból (20) a jobboldali mágneses áramba (18) irányítódik.A 10. és a 11. ábra olyan elektromágneses generátort (150) mutat be, mely a második megvalósításels verziója alapján készült. A 10. ábra felülnézetben, míg a 11. ábra elölnézetben mutatja agenerátort. 102
    • 10. ábra. Elektromágneses generátor felülnézetben (a második megvalósítás els verziója)11. ábra. Elektromágneses generátor elölnézetben (a második megvalósítás els verziója)Az ez elektromágneses generátor (150) minden sarkán tartalmaz egy-egy kimeneti tekercset (152 és153), valamint egy állandó mágnest (154), mely a kimeneti tekercsek között húzódik mindenirányban. A mágneses mag (156) egy fels lemezt (158), egy alsó lemezt (160) és egy négyzetestávtartót (162) tartalmaz, mely a kimeneti tekercsek (152 és 153) között húzódik minden irányban.Mind a fels (158), mind pedig az alsó lemez (160) tartalmaz központi rekeszeket (164). 103
    • Minden egyes állandó mágnes (154) azonos módon van elhelyezve, tehát az északi pólusuk a felslemez (158) fel l található.A nyolc bemeneti tekercs (166 és 168) a fels lemez (158) körül, a kimeneti tekercsek (152 és 153)és az állandó mágnesek (154) között vannak elhelyezve. Minden egyes bemeneti tekercs (166 és168) úgy van elhelyezve, hogy a végeiken kialakuló mágneses pólus a szomszédos állandómágnesek (154) pólusainak megfelel ek legyenek. Így a bemeneti tekercsek (166) bekapcsolásakoraz állandó mágnesek (154) mágneses fluxusai a szomszédos kimeneti tekercsekb l (152) a másikkimeneti tekercsekbe (153) irányítódnak, a bemeneti tekercsek (168) bekapcsolásakor pedig azállandó mágnesek (154) mágneses fluxusai a szomszédos kimeneti tekercsekb l (153) a másikkimeneti tekercsekbe (152) irányítódnak. Az els csoport bemeneti tekercsei (166) és a másodikcsoport bemeneti tekercsei (168) váltakozva energizálódnak, ahogy err l már az 1. ábra kapcsánbeszéltünk. A kimeneti tekercsek els csoportjában (152) ennek megfelel en az impulzusok elscsoportja által, míg a kimeneti tekercsek másik csoportjában (153) az impulzusok másodikcsoportja által indukálódik áram.Tehát, a bemeneti tekercseken (166) keresztül folyó áram az állandó mágnesekb l (154) áramlófluxus növekedését idézi el a távtartókon keresztül (162) a kimeneti tekercsekben (153), míg amásik kimeneti tekercsekben (152) a fluxus csökkenését. Másrészt viszont, a másik bemenetitekercseken (168) keresztül folyó áram az állandó mágnesekb l (154) áramló fluxus növekedésétidézik el a távtartókon keresztül (162) a kimeneti tekercsekben (152), míg a másik kimenetitekercsekben (153) a fluxus csökkenését.Míg a 10. ábrán és a 11. ábrán bemutatott példában a fels lemezen (158) elhelyezett összesbemeneti tekercs (166 és 168) fel van tüntetve, az is egyértelm , hogy ezen bemeneti tekercsek (166és 168) némelyike az alsó lemezen (160) is el lehetne helyezve, ahogy ezt a 9. ábrán is láthatjuk.A 12. ábra olyan elektromágneses generátor (170) felülnézetét mutatja be, mely a másodikmegvalósítás második verziója alapján készült. 104
    • 12. ábra. Elektromágneses generátor felülnézetben (a második megvalósítás második verziója)Ebben a verzióban az a különbség, hogy mind a fels (172), mind pedig az alsó lemez (nincsfelt ntetve) kör alakú, míg az állandó mágnesek (174), a távtartók (176) és a kimeneti tekercsek(178) henger alakúak. A bemeneti tekercsek (180) elhelyezkedése és kapcsolása megegyezik a 9.ábrával és a 10. ábrával kapcsolatos leírásokban ismertetett móddal.Jelen találmányban az alkalmazott mágneses mag lehet ség szerint nanokristály ötvözetb l vagyamorf ötvözetb l készüljön, az anyaga pedig legyen lemezekb l összerakva. Például a mágnesesmag lehet kobalt-niobium-bór ötvözet vagy más vasalapú mágneses ötvözet.Az állandó mágnes anyaga lehet leg a Föld ritka elemeit tartalmazza, például samarium kobalt vagyvas, neodium és bór kombinációja legyen.A találmány itt még tovább folytatódik, de az már csak az eddig elmondottak ismétlése, ezért aztnem fordítottam le.A M.E.G. m ködésének fizikai magyarázataA M.E.G. szabadalomban olvashattuk, hogyan is épül fel a Mozgás nélküli ElektromágnesesGenerátor és röviden a m ködési elvr l is szó esett. Ezen az oldalon azonban rövidenösszefoglaljuk, hogyan lehetséges ez az egynél nagyobb hatásfok. 105
    • • Az els oka ennek a nagyszer hatásfoknak az, hogy nem vezetünk annyi áramot a bemeneti tekercsekbe, ami telítené a vasmagot. A telít dés során ugyanis a primer tekercsekben folyó áram változása nem okoz ugyanakkora energiájú változást az elektromágneses mez ben, aminek következtében a szekunder tekercsekben már ez a csökkentett energiájú elektromágneses mez indukálna - kevesebb - áramot. • A második ok az, hogy az impulzusok szélessége (id tartama) optimális. Ez azt jelenti, hogy a felfutó és lefutó élek által generált elektromágneses mez változás se nem túl gyors, se nem túl lassú. Ha túl gyors lenne, akkor a felfutó él által el idézett fluxus-változást a lefutó él energiájának egy része lerontaná, ha pedig túl lassú lenne, akkor egy olyan holt id alakulna ki, ami alatt a vezérl impulzus állandó energiát venne fel az áramforrásból, viszont - az állandó értéke miatt - ez nem okozna fluxus-változást. Ez tehát csak veszteség lenne. • A harmadik ok pedig az, hogy a M.E.G. készülék egy állandó mágnest is tartalmaz, aminek a mágneses energiáját a kimeneten felhasználjuk. Ez az irányított mágneses energia alkotja a többletenergia jelent s részét, de nem csak ez. Mint majd kés bb látni fogjuk, Naudin kipróbálta azt is, hogy a kísérlet közben kivette az állandó mágnest a vasmagból, majd újból visszahelyezte. Az állandó mágnes nélkül is egynél nagyobb hatásfokot tapasztalt, de a mágnes visszahelyezése után ez jelent sen megugrott. • Azt is érdemes még megjegyezni, hogy a M.E.G. hatásfoka a bemeneti feszültség növekedésével folyamatosan növekedett. Ez azzal magyarázható, hogy az alacsonyabb feszültségeknél nagyobbak a bemeneti oldalon fellép veszteségek. A feszültséget növelve a bemeneti feszültség hasznos része növekszik a veszteségekhez képest, ami a hatásfok növekedését eredményezi. • Még egy fontos feltétel: a kimeneti tekercsek terhelése egy nemlineáris terhel -ellenállás kell legyen, aminek az ellenállása a feszültség növekedésével növekszik. A nemlineáris ellenállás el állításáról kés bb lesz szó.Végezetül következzen egy animáció, ami a M.E.G. m ködési elvét mutatja be. 106
    • A bemeneti tekercsekre jutó impulzusokat a tekercs zöld színe mutatja. A vasmag színei a mágnesesindukció nagyságát mutatják. A legkisebb indukciót a fehér szín, míg a legnagyobbat a piros jelzi.A következ oldalon Naudin M.E.G. készülékér l olvashatsz.Naudin M.E.G. készülékeJ. L. Naudin is épített egy M.E.G. készüléket, s igen jó hatásfokot ért el. Mivel Naudin nemmellékelt sok szöveget a képekhez, ezért inkább én f ztem megjegyzéseket hozzájuk.Mint azt Naudin leszögezte, az itt látható képek a saját mérési eredményeit tükrözik, nem ThomasBearden-ét. A most ismertetésre kerül készülék már a harmadik verzió. Az el z két verzióbanNaudin nem tudott 0,96-0,97-nél jobb hatásfokot elérni, s a bemeneti és kimeneti áram és 107
    • feszültséggörbék se voltak pontosan olyanok, mint a M.E.G. szabadalomban látható görbék. Ezértezekkel a kísérletekkel itt nem is foglalkozunk.El ször ismerkedjünk meg az elektronikával. A kapcsolási rajzot az 1. ábrán láthatod.1. ábra. A kapcsolási rajz (Naudin 3. verziója)A bemeneti tekercsek (L1 és L2) menetszáma 100, a vezetékek átmér je 0,5 mm (AWG 24). Akimeneti tekercsek (L3 és L4) menetszáma 1500, a vezetékek átmér je 0,457 mm (AWG 26).Az áramkör lelke egy TL494CN impulzusszélesség modulátor IC. A kapcsolás azért ilyen egyszer ,mert ez az IC magában foglal egy állítható frekvenciájú oszcillátort és egy flip-flopot, valamintkimeneti jeler sít ket. Az IC kimeneti jeleit egy-egy BUZ11 jel FET er síti fel a bemenetitekercsek számára.Az áramkör egy 25 V-os tápfeszültségr l üzemel, ez határozza meg a bemeneti tekercsekre jutómaximális feszültség értékét is.A kapcsolási rajzból kit nik, hogy itt Naudin a kimeneti teljesítmény egy részét nem vezette visszaa bemenetre, mivel ezzel kapcsolatban bizonyos nehézségek léptek fel. (Err l lejjebb még ejtünkpár szót!) 108
    • A vasmag és a tekercsek méretezése a 2. ábrán látható.2. ábra. A vasmag és a tekercsek méreteiA vasmag szalagos magból készült, melynek típusa MetGlas AMCC-320.3. ábra. A szalagos vasmag két különböz nézetben 109
    • A MetGlas vasmagról további adatokat itt olvashatsz.A kész M.E.G. készüléket a 4. ábrán láthatod.4. ábra. A kész M.E.G. készülékA baloldali dobozban a vezérl elektronika található, jobboldalon pedig az összerakott éstekercsekkel ellátott vasmag látható. Az el térben lév két huzalellenállás biztosítja a kimenetitekercsek terhelését.A következ ábrákon a bemeneti és kimeneti jelek alakját vizsgálta Naudin egy TektronixTHS720P típusú oszcilloszkóppal. Az áramot (CH2) mind a bemeneti, mind pedig a kimeneti jelekvizsgálata esetén egy 10 -os kerámia és nem induktív ellenálláson keresztül mérte. 110
    • 5. ábra. A bemeneti tekercsekre jutó feszültség, áram és teljesítményadatokAz 5. ábra adatai a következ k: • A kék vonal (CH1) a bemeneti feszültséget mutatja. Ennek átlagos értéke 28 V körül volt. • A sárga vonal (CH2) a bemeneti áramot mutatja. A csúcstól-csúcsig mért amplitúdó 250 mA körül volt. • A piros vonal (MATH) a bemeneti feszültség és áram alapján számolt bemeneti teljesítményt mutatja. A csúcstól-csúcsig mért amplitúdó 7 W körül volt.A vízszintes id skálán egy kocka 10 s-ot jelent. 111
    • 6. ábra. A kimeneti tekercsekre jutó feszültség, áram és teljesítményadatokA 6. ábra adatai a következ k: • A kék vonal (CH1) a kimeneti feszültséget mutatja. A csúcstól-csúcsig mért amplitúdó 1000 V körül volt. • A sárga vonal (CH2) a kimeneti áramot mutatja. A csúcstól-csúcsig mért amplitúdó 90 mA körül volt. • A piros vonal (MATH) a kimeneti feszültség és áram alapján számolt kimeneti teljesítményt mutatja. A csúcstól-csúcsig mért amplitúdó 25 W körül volt.A vízszintes id skálán egy kocka 10 s-ot jelent.Érdemes megfigyelni, hogy a kimeneti teljesítményt ábrázoló hullám periódusideje a fele akimeneti áram és feszültség periódusidejének. Ennek okát az egyik Olvasó, Bence elmagyarázta:"Amikor el ször láttam a 6. ábrát, magam is csodálkoztam a teljesítmény frekvenciájánakkétszerez désén. El is könyveltem magamban, hogy ott valami nincs rendben. Ez néhány hónapjavolt.Ma jutott eszembe, hogy ha valamit két azonos frekvenciájú periodikus 112
    • jel szorzataként számíthatunk, annak periódusideje értelemszer en felelesz a kiindulási jelekének. ( Jelen esetben könnyen belátható, mert az áram és a fesz. fázisbanvannak, de ez akkor is igaz, ha fáziseltérés vanközöttük! )Mellékeltem egy ábrát, (7. ábra) melyen zöld számokkal bejelöltem a nulla tengelyeket ésid pontokat:7. ábra. Bence magyarázata a teljesítmény periódusidejének megkétszerez désére1. id pillanat:Fesz = 0Áram = 0Telj = 0 * 0 = 0 113
    • 2. id pillanat:Fesz = +UmaxÁram = +ImaxTelj = (+Umax) * (+Imax) = Umax * Imax = Pmax3. id pillanat:Fesz = 0Áram = 0Telj = 0 * 0 = 04. id pillanat:Fesz = -UmaxÁram = -ImaxTelj = (-Umax) * (-Imax) = Umax * Imax = PmaxLátható, hogy mialatt a feszültség illetve az áram 360°ot írt le, a teljesítmény már másodszorismételte önmagát, vagyis 720°ot tett meg, ami két teljes periódus egy áram illetve feszültségperiódus alatt! "Naudin a kimeneti tekercseken mért feszültség és áram közötti fáziseltérést is megvizsgálta. Erre acélra egy PM3215 2x50 Mhz Philips típusú analóg oszcilloszkópot használt. 114
    • 8. ábra. A kimeneti tekercseken mért feszültség és áram fázisaiA M.E.G. készülék hatásfokának a meghatározására Naudin egy 9 W-os fénycsövet kötött az egyikkimeneti tekercsre terhelésként. Azt láthatod a 9. ábrán.9. ábra. A M.E.G. készülék egyik kimeneti tekercsének a terhelése egy 9 W-os fénycsA bemeneti teljesítmény a tápegységb l felvett teljesítmény alapján lett meghatározva... 115
    • 10. ábra. A bemeneti teljesítmény meghatározása...A kimeneti teljesítmény pedig az oszcilloszkóp adatai alapján.11. ábra. A kimeneti teljesítmény meghatározásaNaudin a következ ket írta a hatásfok számolásával kapcsolatban: • A M.E.G. készülék, tehát az elektronika és a tekercsek terhelés nélkül 1,75 W teljesítményt vettek fel a tápegységb l. • Mikor a 9 W-os fénycsövet az egyik kimeneti tekercsre kapcsolta, akkor a teljesítményfelvétel 3,25 W-ra emelkedett (P = 25 V * 0,13 A = 3,25 W). Ebb l következ en a lámpára jutó tényleges bemeneti teljesítmény csak 3,25 - 1,75 = 1,5 W volt. • A kimenetre kapcsolt lámpa mért átlagos teljesítményfelvétele 6,764 W volt. • A készülék hatásfoka tehát  = 6,764 / 3,25 = 2,08! 116
    • A M.E.G. szabadalomban a 8. ábrán bemutatott bemeneti feszültség-hatásfok görbén is 2 körülihatásfokot láthatunk a 25 és 50 V-os feszültségtartományban. A szabadalom azt is említi, hogy ahatásfok a bemeneti feszültség növekedésével javul, s t, ha a hatásfok görbéjét alaposabbanszemügyre vesszük, akkor jól látszik, hogy ez a hatásfok exponenciálisan növekszik a bemenetifeszültség növelésének hatására.Mindebb l nyilvánvaló, hogy a nagyobb bemeneti feszültség alkalmazása a célszer bb. Eztmutatja a 11. ábra is.11. ábra. Naudin kísérleteinél mért bemeneti és kimeneti teljesítménygörbék a bemeneti feszültségfüggvényébenMivel a kimeneti és bemeneti tekercsek menetszámának aránya N = L3 / L1 = 1500 / 100 = 15,ezért a kimeneti feszültség átlagértéke 25 V * 15 = 375 V lenne a hagyományostranszformátoroknál. Ezzel szemben itt csak 255,3 V-os átlagfeszültséget kaptunk. A kimenetiáramnak viszont 0,13 A / 15 = 0,0087 A = 8,7 mA-nak kellene lennie, Naudin viszont 27,23 mA-tkapott (lásd a 11. ábrát).A Naudin által alkalmazott frekvenciát az oszcilloszkópos képek alapján is kiszámolhatjuk, ahol abemeneti és kimeneti áramok periódusideje kb. T = 42 s, ebb l a frekvencia: f = 1 / T = 1 / 117
    • 0,000042 = 23809,5 Hz, tehát az alkalmazott frekvencia valahol 23 és 24 kHz körül volt. Az elskét kísérletében Naudin jóval kisebb frekvenciákat használt, de azokkal nem járt eredménnyel.Ehhez a magasabb frekvenciához viszont már megfelel anyagból készült vasmag szükséges. Mintfeljebb már említettük, Naudin MetGlas AMCC-320 típusú vasmagot használt.A kísérletek leírását Naudin a következ megjegyzésekkel zárta: • "A kimeneti jeleket oszcilloszkóppal mértem és különböz egyéb módszerrel is leellen riztem (analóg és digitális szkópokkal és multiméterekkel), de ett l függetlenül még el fordulhatnak mérési pontatlanságok. • A kimeneti feszültség és az áram azonos fázisban vannak (lásd a 8. ábrát). • A fenti mérésekhez hasonló eredményekhez csak akkor juthatunk, ha a terhel ellenállás (100 k-os, nem induktív, 5 W-os szénellenállás) "el kezelt". • Az alkalmazott frekvencia 20 kHz-volt, a kimeneti feszültség csúcstól-csúcsig mért amplitúdója pedig több, mint 1000 V. • A kapcsoló impulzus négyszög alakú, 50 %-os kitöltési tényez vel. • A két bemeneti tekercset váltakozva kell bekapcsolni. • Ferrit mágnest használtam és közben azt figyeltem meg, hogy mikor a mágnest behelyeztem a helyére és a bemeneti tekercsek fluxusai keresztirányú kaput alkottak, akkor a kimeneti jel jelent sen feler södött. • Az RLoad terhel -ellenállás gyorsan felmelegedett a M.E.G. bekapcsolása után. • A legtöbb esetben a mért "látszólagos" teljesítmény a valóságban nagyobb volt, mivel az un. Joule hatás következtében a teljesítmény legnagyobb része elektromágnesesség formájában lett kisugározva. • Egy elektromos Teslamér vel 16 kHz-nél 2,8 miliTeslát mértem az RLoad közvetlen közelében. • Egy elektromos térer sségmér vel 1250 V/m-t mértem 50 cm-re az RLoad-tól. • A Gammaszámláló nem észlelt -sugarakat. • Légy óvatos, mikor a M.E.G. közelében dolgozol, mivel az er s elektromágneses sugárzással rendelkezik."Naudin készülékének angol nyelv leírását itt találod. 118
    • Néhány jó tanács a M.E.G. épít knek Jon Flickinger-t l:"Ez az információ mindazoknak szól, akik már foglalkoznak a M.E.G. építésével vagy tervezik,hogy megépítenek egy ilyen készüléket. Az itt következ tanácsok a sok-sok órai kísérlet soránlesz rt eredményeimet tartalmazzák.Id pocsékolás akármilyen lineáris terhel ellenállás segítségével mérni a M.E.G. teljesítményét, haa többletenergiát akarod meghatározni. A kimeneti terhelésnek nem reaktív és nem lineáristerhelésnek kell lennie. Ennek az ellenállásnak növekednie kell a feszültség növekedésével, ateljesítményét pedig a kimeneti feszültség és áram alapján számolhatjuk ki. Ha közönségesellenállással terheled le a M.E.G. készülékedet, azt fogod tapasztalni, hogy a hullámforma nemegyezik meg sem a Bearden, sem a Naudin által bemutatott hullámformákkal! Csak nem lineáristerhelés és helyesen "behangolt" M.E.G. esetén fogsz látni egy közel szinusz alakú félhullámot abemeneti tekercseknél. (Err l a következ oldalon még szó lesz.)Nem lineáris terhelés és helyesen "behangolt" M.E.G. készülék, valamint megfelel mér m szerekesetén tudsz mérni 1-nél jobb hatásfokot. Úgy t nik, hogy a kimeneti tekercsekben el ször kialakula feszültség, s csak utána kezd átfolyni az áram a terhelésen.Ez megegyezik Tom Bearden ezen eszközzel kapcsolatos nyilvános kijelentésével. A problémamost már csak az, hogy ezt a plusz teljesítményt hogyan lehetne valamilyen hasznos munkárafordítani. Nekem úgy t nik, hogy a M.E.G. alacsonyabb szekunder-feszültséggel is m ködhet, s haa terhelés helyesen van megtervezve, még akkor is 1-nél jobb hatásfokot tudnánk elérni. Erre kellfókuszálnia mindenkinek, aki ezzel a projekttel foglalkozik.Javaslatok: 1. Amit meg kellene próbálni, az egy közönséges nem-lineáris, különböz feszültségekre kalibrált MOV (Metal Oxid Varistor) vagy "tranziens absorber"-ek (átmeneti elnyel k). Én Panasonic ZNR10K621U-kat használtam, amikkel a hatásfok a tekercsek menetszámának és a tápfeszültségnek a függvényében 1,75 és 5 között változott. 2. Használj olyan FET-et, ami a BUZ11-nél magasabb Vds feszültséget is elvisel. Egy csak 50 V-os Vds feszültséget elvisel eszközben a primer tekercsek kikapcsoláskor keletkez 119
    • impulzus lavinahatást okoz, ami a FET túlzott felmelegedését eredményezi. Használj olyan FET-et, melynek Vds feszültsége meghaladja a 200 V-ot és 4 A-t. 3. A tápegység legyen állandó áramot biztosító áramgenerátor, mely rövidzár-védelemmel is el van látva. 4. Nem tudom eléggé kihangsúlyozni a kimeneti tekercsekben jelentkez magas feszültséggel kapcsolatos biztonsági szempontokat. Kezeld el vigyázatosan a nagyfeszültséget!! Gy z dj meg arról, hogy a kimeneti tekercsre kapcsolódó mér eszközeid képesek elviselni a fellép nagyfeszültséget. 5. SOHA NE KAPCSOLD BE A TÁPFESZÜLTSÉGET, HA A M.E.G. KIMENETÉHEZ NINCS TERHELÉS KAPCSOLVA, MIVEL A NYÍLT ÁRAMKÖR FESZÜLTSÉGEI AKÁR HALÁLOS KIMENETEL ÁRAMÜTÉST IS OKOZHATNAK!"Ezeket a jó tanácsokat angol nyelven itt találod. --- In jlnlabs@y..., Jon Flickinger <jonfli@i...>wrote:To All,This information is to all those presently involved in or thinking about an attempted MEGreplication. Im expressing opinions that Ive come to from the results Ive obtained after spendingmany lab hours with many variations in topology and circuitry. In no way am I de-potentializing theMEG (pun intended) but simply trying to share what Ive learned about the device for the good ofthe whole!IMHO, it is a waste of time to attempt power measurements of the MEG standard load resistors(that is, any linear resistive device) if one expects to see any excess energy. The output loads mustbe resistive (non-reactive) and nonlinear. The resistance must decrease with increasing voltage andthe power must be calculated from the output voltage and current. Those of you poweringup your MEG for the first time with pure resistive loads, will find the waveforms do not matchBeardens nor JLNs! Only with nonlinear loads and a properly "tuned" MEG will you see the nearhalf sine current waveform in your primary coils. 120
    • With nonlinear loads and a properly setup MEG, you will measure COPs >1 with the propermeasurement tools and techniques. In general, the MEG seems to like voltage build up in thesecondary windings before supplying current to the load!If so, this would seem to align with Tom Beardens public disclose of this device! The problem nowlies in the utilization of this excess power to do some useful work. It would appear to me that theMEG can be run with lower secondary voltages and properly designed loads and still yield COPs>1. In fact, this should be a focal point for anyone doing this project.Suggestions-1) A common nonlinear load device to try would be various voltage rated MOVs or transientabsorbers.I used Panasonic ZNR10K621Us for COPs ranging from 1.75 to 5 depending on coil turns andsupply voltage. Ask JLN how he "conditioned" his carbon load resistor as I dont know. ( JLNAnswer, see at : http://jnaudin.free.fr/html/negres.htm )2) Use a higher specd device for Vds than the BUZ11. With only a 50 v rating for Vds, this deviceavalanches on the primary turn off flyback phase and results in abnormal heating. Use a device witha Vds >200 volts and an Id >4 amps.3) The power supply can also be a constant current source and will actually provide some measureof safety if disaster strikes in the switching circuitry! 121
    • 4) I cant stress strongly enough the safety issues regarding the high output voltages one willencounter on the secondaries! USE CAUTION! Be sure your measurement devices connected toany portion of the secondaries are capable of withstanding the voltages you will encounter.5) NEVER POWER UP A MEG WITHOUT LOADS CONNECTED AS THE OPENCIRCUIT VOLTAGESCAN BE LETHAL AND DESTRUCTIVE!I can now understand why the MEG presents certain problems in achieving a self-running state andit may not be necessary as Tom Bearden has recently tried to point out!If anyone should experience valid COPs >1 with standard linear loads, please speak out!Regards,Jon FlickingerA következ oldalon a terhel ellenállás "el kezelésér l" olvashatsz.A terhel ellenállás "el kezelése"Szó esett arról, hogy Naudin egy bizonyos módon "el kezelte" a terhel ellenállásokat. Ittmegtudhatod, hogyan teheted ezt meg Te is. 122
    • J.L.Naudin a következ ket írta:"A következ kben egy olyan módszerrel ismerkedhetsz meg, melynek segítségével saját magadkészíthetsz egy nem lineáris ellenállást közönséges szénellenállásból. Ennek az alkatrésznek néhányérdekes tulajdonsága van, pl. magas az ellenállása egyenáram esetén, viszont váltakozó áram ésnagyfeszültség (> 1000 V) esetén az ellenállása alacsony.A szükséges anyagok: • Egy teljesen új szénellenállás, melynek nincs induktivitása. Az értéke 100 k vagy nagyobb legyen.1. ábra. Az "el kezelend " új szénellenállás • 20 kV-os pulzáló, 80 KHz-es egyenáramot biztosító nagyfeszültség tápegység. (Ezt kés bb ismertetem.) 123
    • 2. ábra. Nagyfeszültség tápegységA folyamat leírása: • A teljesen új szénellenállás egyik oldalát kapcsold a nagyfeszültség tápegység 0 V-jára, a másik oldalát pedig egy 6 mm-es résen keresztül a nagyfeszültség másik oldalára, úgy, hogy ott szikra keletkezhessen. • Kapcsold be a tápegységet és állítsd be a lehet legnagyobb szikraközt. • Azt fogod észrevenni, hogy a sárga színkód folyamatosan narancssárgára változik. Ez az ellenállás felmelegedését jelzi. 124
    • 3. ábra. A sárga színkód és a szikraköz • Észre fogod venni, hogy a szikra kb. 1 perc múlva elt nik. • Kapcsold ki a tápfeszültséget és ellen rizd le az ellenállás értékét. Körülbelül 300 k-osnak kell lennie. Ha nem annyi, akkor végezd el a nagyfeszültséggel történ el kezelést még egyszer.Az el kezelt ellenállás most már készen áll a M.E.G. készüléken történ tesztelésre. Az 1. ábránugyan 220 k-os és 0,5 W-os ellenállást használtam demonstrációs célokra, Te viszont használj100 k-os és 5 W-os ellenállást."4. ábra. Az ellenállás értéke az el kezelés el tt és utánNaudin a következ kapcsolást használta nagyfeszültség tápegységként: 125
    • 5. ábra. A nagyfeszültség tápegység kapcsolási rajzaAz alkatrészek adatai a következ k: • L1 - 25 menet 0,4 mm átmér j rézvezetékb l • L2 - 6 menet 1 mm átmér j rézvezetékb l • L3 - A TV készülék sorkimen transzformátorának szekunder tekercse • A vasmag 10 mm átmér j és 115 mm hosszú ferritrúd • A szikraköz 6 mm • A vezérl tranzisztor 2N3055A • A tápfeszültség 12 V-os és legalább 4 A-t kell tudnia leadni (Ehhez pl. egy autóakkumulátor teljesen megfelelne.)Az "el kezelés"-r l szóló anyagot innét fordítottam le.Az el kezelt ellenállás karakterisztikáit a következ ábrák szemléltetik. 126
    • 6. ábra. Az el kezelt ellenállás értéke a feszültség függvényében7. ábra. Az el kezelt ellenálláson es feszültség az áram függvényében 127
    • 8. ábra. Az el kezelt ellenálláson es feszültség a teljesítmény függvényébenA fenti 3 ábrát innét töltöttem le.Metal Oxid Varistor (MOV)Az el z oldalon arról is szó volt, hogy un. Metal Oxid Varistor-t (MOV) is lehet használniterhelésként. Ezek olyan alkatrészek, melyek ellenállása a feszültség növekedésével szinténnövekszik, ezért a MOV-okat feszültség-stabilizátorokban alkalmazzák. A következ ábrán egyMOV tipikus áram-feszültség diagramját láthatjuk. 128
    • 9. ábra. egy MOV tipikus áram-feszültség diagramjaA következ oldalon a ritka földfém mágnesekr l olvashatsz.A ritka földfém alapú mágnesekr lMint a M.E.G. szabadalomban olvashattuk, a legkiválóbb mágnes a ritka földfémekb l készültmágnes, mely Neodímium – vas - bór vagy Szamárium-Kobalt ötvözet. Ezekr l a mágnesekr lolvashatsz ezen az oldalon.Neodímium – vas - bór típusú mágnesekA Neodímium – vas - bór típusú mágnesek azon ritka földfém alapú mágnesek egyike, amelyminden eddigi mágnes koercitív erejét és energiaszorzatát meghaladja. Ennélfogva mintporkohászati termék, a ritka földfém alapú mágnesek újabb generációját képviseli. NdFeB típusú 129
    • mágnesek kifejezett el nye a kisebb méret és tömeg mellett a nagyobb megbízhatóság és a kiválómágneses tulajdonságok. Az NdFeB típusú mágnesek felületvédelme lehet horgany (Zn), nikkel(Ni), festett. Ennek a mágnestípusnak felületvédelmet kell biztosítani, mert annak hiányábankorrodálódik.1. ábra. Neodímium – vas - bór típusú mágnesek 130
    • 2. ábra. NdFeB demágnesezési görbéi S r ség () 7.5 g/cm3 Curie h mérséklet (T) 310°C Rugalmassági együttható (E) 140 kN/mm2 Hajlítási ellenállás (Fe) 250 N/mm2 Nyomás ellenállás (Fp) 750 N/mm2 Keménység (Hv) 570 Vickers Elektromos ellenállás (s) 150 mWcm Speciális h mérséklet (c) 440 J/Kg K H mérsékleti vezet képesség (I) 9 W/m K1. táblázat. NdFeB néhány tulajdonsága 131
    • 3. ábra. A Neodímium – vas - bór típusú mágnes összetételeSzamárium-KobaltMagasabb h mérséklet tartományban els sorban a stabilan m köd Szamárium-Kobalt mágnesekhasználatát ajánljuk. A Szamárium-Kobalt mágnes anyagösszetétele miatt nem korrodálódik,ellenáll sav és lúg roncsoló hatásának. S r ség () 8.4 g/cm3 Curie h mérséklet (T) 720°C Rugalmassági együttható (E) 180 kN/mm2 Hajlítási ellenállás (Fe) 120 N/mm2 Nyomás ellenállás (Fp) 1000 N/mm2 Keménység (Hv) 550 Vickers Elektromos ellenállás (s) 55 mWcm Speciális h mérséklet (c) 360 J/Kg K H mérsékleti vezet képesség (I) 13 W/m K2. táblázat. SmCo5 néhány tulajdonsága S r ség () 8.3 g/cm3 Curie h mérséklet (T) 800°C 132
    • Rugalmassági együttható (E) 120 kN/mm2 Hajlítási ellenállás (Fe) 120 N/mm2 Nyomás ellenállás (Fp) 800 N/mm2 Keménység (Hv) 640 Vickers Elektromos ellenállás (s) 85 mWcm Speciális h mérséklet (c) 320 J/Kg K H mérsékleti vezet képesség (I) 12 W/m K3. táblázat. SmCo17 néhány tulajdonsága4. ábra. A Szamárium-Kobalt típusú mágnes összetételeA ritka földfém mágnesekr l az információt innét vettem. Ha a mágnes beszerezhet ségéngondolkozol, akkor itt kaphatsz b vebb felvilágosítást. 133
    • Az üzemanyag cellákBevezetőAz üzemanyag cellákról, vagy a hivatalosabb, bár kevésbé elterjedt nevükön tüzel anyag elemekr legyre több információt hallunk a médiában szerte a világon. Ezek az információk azonban inkábbcsak tájékoztató jelleg ek, a talajt készítik el az eljövend új elektromos (és h ) energiaforrásszámára, s csak kevés olyan információt tartalmaznak, melyek saját üzemanyag cellák készítésérebuzdítanák az embereket.Az üzemanyag cellák elektrokémiai energia átalakító berendezések, melyek a hidrogént és azoxigént alakítják vízzé, miközben elektromos áramot termelnek.A hagyományos akkumulátorokhoz hasonlóan itt is elektrokémiai reakció játszódik le, viszont azakkumulátorok a reakcióhoz szükséges kémiai anyagokat teljes mértékben önmagukban tárolják,így a reakciók lejátszódását követ en - utánpótlás hiányában - a villamos energia termelés leáll.Az üzemanyag celláknál ugyanakkor az elektrokémiai reakcióhoz szükséges elemek (hidrogén ésoxigén) folyamatosan áramlanak a cellákba, így azok addig termelnek áramot, amíg ez a folyamtart.Az itt következ oldalakon megismerkedünk az üzemanyag cellák kialakulásának történetével,m ködési elvével és típusaival, majd a házilag elkészíthet módszereket vizsgáljuk meg azzal acéllal, hogy Te is kedvet kapjál egy ilyen készülék megépítéséhez.Az üzemanyag cella történeteMiel tt az üzemanyag cellák m ködési elvével megismerkednénk,röviden nézzük át a történetét.Sir William Grove fejlesztette ki az els üzemanyag cellát 1839-ben Angliában. Az ezid tájtvégzett elektrolízises kísérletei vezettek ahhoz a készülékhez, amit kés bb "üzemanyag cella"-kéntismert meg a világ. 134
    • Grove úgy gondolta, hogy ha az elektromos áram segítségével a vizet hidrogénra és oxigénra lehetbontani, akkor ennek a reakciónak a fordítottjával, azaz az oxigén és hidrogén egyesítésévelvalószín leg áramot is lehet termelni. Ennek az elképzelésnek a letesztelésére két, egymástólhermetikusan lezárt üvegbe egy-egy platina csíkot helyezett. Az egyik üveg hidrogén, a másik pedigoxigén gázokat tartalmazott. Mikor ezeket a tartályokat híg sósavas oldatba merítette, áram kezdettfolyni a két elektróda között, miközben víz képz dött a gázokat tartalmazó üvegekben. Akapocsfeszültség megnövelésére Grove jó pár ilyen eszközt kötött sorba és létrehozta az un."gázelem"-et.1. ábra. William Robert Grove és az üzemanyag cellája. A rajzon öt "gázelem" soros kapcsolásalátható, amellyel vizet bont a különálló cellában.Ludwig Mond és Charles Langer kémikusok nevezték el ezeket a cellákat "üzemanyag cellának",mikor 1889-ben megkísérelték megépíteni az els gyakorlatban is jól alkalmazható készüléket. Akísérleteik során leveg t és ipari szén gázt használtak.A tudósok és mérnökök hamar megtanulták, hogy ennek az új technológiának a kereskedelmihasznosítása sok akadályba ütközik. A XIX. század végére megjelentek a bels égés motorok és afosszilis üzemanyagok széleskör elterjedése az üzemanyag cellákat a tudományos kuriózumkategóriájába szám zte.Dr. Francis Thomas Bacon, az angliai Cambridge Egyetem mérnöke írta meg az üzemanyag celláktörténetének következ fejezetét. 1932-ben Bacon újraélesztette és jópár módosítást is végrehajtottaz eredeti - Mond és Langer által kifejlesztett - készüléken. Ilyen módosítások voltak például, hogya drága platina elektródákat jóval olcsóbb, nikkel réteggel bevont fémekkel helyettesítette, akénsavas elektrolitot pedig az elektródákat kevésbé roncsoló KOH-val váltotta fel. Ez a készülék -mely a "Bacon cella" nevet kapta - volt az els alkáli üzemanyag cella (AFC). További 27 évnek 135
    • kellett eltelnie, mire Bacon egy ténylegesen is m köd üzemanyag cellát tudott készíteni. 1959-benBacon bemutatta a készülékét, mely 5 kW villamos energiát termelt. Ez elegend volt egy hegesztüzemeltetésére.2. ábra. Dr. Francis Thomas Bacon az 5 kW-os üzemanyag cellájávalEgy amerikai mez gazdasági gépeket gyártó cég, az Allis-Chalmers egyik alkalmazottja, HarryKarl Ihrig szintén elkezdett érdekl dni az üzemanyag cella technológiája iránt. Az áttörés 1959végén következett be, mikor bemutatta az els üzemanyag cellás járm vet. 1008 db. cellát kötöttössze, mellyel 15 kW villamos energiát termelve egy 20 LE-s traktort hajtott meg.A jelenlegi technológiaAz 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején megújult az érdekl dés az üzemanyag cellákiránt. A NASA az akkoriban gyártandó ember vezette repül gépek áramellátására keresettmegoldásokat. A hagyomáyos akkumulátorok használatát már elvetették azok súlya miatt, anapenergia túl drága volt abban az id ben, míg a nukleáris energiát túl kockázatosnak tartották. ANASA kutatói számára az üzemanyag cella t nt a legjobb lehet ségnek, ezért szponzorálni kezdtéka gyakorlatban is használható, jól m köd üzemanyag cellák fejlesztését. Ezek az er feszítésekvezettek az els protoncserél membrános üzemanyag cellák (PEMFC) kifejlesztéséhez.1955-ben, miközben a NASA a kutatásait végezte, a General Electric (GE) egyik tudósamódosította az eredeti üzemanyag cella konstrukciót. Willard Thomas Grubb perfluorozott polimergyantás ioncserél membránt használt elektrolitként. Három évvel kés bb a GE egy másikkémikusa, Leonard Niedrach kieszelt egy módszert, amellyel erre a membránra platinát lehetdiffundáltatni. Ez a készülék végül "Grubb-Niedrach üzemanyag cella" néven vált ismertté. A GE 136
    • és a NASA együttesen fejlesztette ki ezt a technológiát a Gemini rprogram keretén belül. Ez voltaz üzemanyag cella els kereskedelmi alkalmazása.Az 1960-as évek elején a repül gép motorokat gyártó Pratt & Whitney cég megvásárolta a Baconféle AFC szabadalom liszenszét. Azzal a céllal, hogy lecsökkentsék a súlyt és megnöveljék azüzemanyag cella élettartamát Pratt & Whitney tökéletesítette az eredeti Bacon féle kialakítást.Ennek eredményeként a cég megnyerta a NASA versenytárgyalását és k szállították le az Apollo rhajó számára az üzemanyag cellát. Az AFC-t azóta a legtöbb ember vezette rprogrambanszéleskör en használják.Az 1970-es évek alatt az üzemanyag technológiát a földi rendszerekhez kezdték fejleszteni. Az1973 és 1979 közötti olaj embargó el segítette az üzemanyag cellák kutatását, mivel az amerikaikormány a petróleum importtól való függ ség megsz ntetését akarta elérni.Számos cég és kormányzati szerv kezdett komoly kutatásokba az üzemanyag cellák hátrányostulajdonságainak leküzdésére, hogy így a piacra dobhassanak megbízhatóan m köd üzemanyagcellákat. Az 1970-es és 80-as évek alatt hatalmas er kkel folytak a kutatások a szükséges anyagokkifejlesztésére, az optimális üzemanyag források meghatározására és a technológia áránakdrasztikus csökkentésére.Az 1980-as évek alatt az üzemanyag cella technológiája különböz alkalmazási területeken, pl. azautógyártásban lett tesztelve. Az évtized technikai áttörését az jelentette, mikor 1993-ban egykanadai cég, a Ballard üzemanyag celláját alkalmazták egy járm ben.Az utóbbi pár évben kórházakban és iskolákban is telepítettek üzemanyag cellákat. Az AmerikaiVédelmi Minisztérium 30 PAFC rendszer telepítését támogatta, mely rendszer minden eleme 200-200 kW villamos energiát termel, ezzel demonstrálva a technológia m köd képességét valóskörülmények között. Ezen kívül a legtöbb autógyár bemutatta az üzemanyag cellával ellátott autóit.Az els üzemanyag cellával ellátott buszok Chicagóban és Vancouverben lettek forgalomba állítva,miközben a többi Észak Amerikai és Európai városban a közeljöv ben tervezik hasonló járm veküzembe helyezését.Az üzemanyag cella működési elve 137
    • Ezen az oldalon az üzemanyag cellák m ködési elvér l olvashatsz.Azonban miel tt elkezdenénk tárgyalni, hogyan is épülnek fel azüzemanyag cellák, ismételjük át a redoxi reakciókról tanultakat,hiszen az üzemanyag cellákban is redoxi reakciók játszódnak le.A redoxi reakciók elektronátmenettel járó reakciók, melyek során egyidej elektron leadás ésfelvétel történik.Az elektron leadást oxidációnak, az elektronfelvételt pedig redukciónak nevezzük. Az oxidációsorán az oxidációs szám n , a redukció során pedig csökken.Nézzük meg a következ példákat:2 H2 => 4 H+ + 4 e- oxidációO2 + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O redukcióAz oxidáció és redukció mindig egyidej leg játszódik le és az elektronátmenet során megváltozik arészecskék töltése.Az oxidációs szám az adott anyagot felépít atomok töltése. Gondolatban a nagyobbelektronegativitású atomhoz rendeljük a közös elektronpárt, s az így keletkezett ion töltésszámávalegyezik meg az oxidációs szám.Az oxigén oxidációs száma az oxidokban (O2-): -2, a hidrogén oxidációs száma pedig (H+): +1. Amolekulát felépít atomok oxidációs számának algebrai összege zérus.Ha az oxidációt és redukciót térben szétválasztjuk, akkor a kémiai reakció energiatermelésrehasználható!A galvánelem és az üzemanyag cella olyan berendezések, melyek a kémiai energiát elektromosenergiává alakítják át. Bennük önként végbemen redoxi reakciók termelik az elektromos energiát.A redoxi reakciókról az információkat innét vettem.Az üzemanyag cella a következ részekb l áll: 138
    • • Két elektródából (anódból és katódból) • Katalizátorból, mely a két elektróda egymás felé néz oldalán található • Elektrolitból (membránból), mely lehet szilárd vagy folyékony halmazállapotúA következ ábrán az egyik legelterjedtebb, úgynevezett protoncserél membrános üzemanyagcella elvi rajza látható.1. ábra. A protoncserél membrános üzemanyag cella elvi rajzaA m ködési elv a következ : Az anódra adott nyomáson vezetett hidrogén molekulákat a platinábólkészült katalizátor szétválasztja hidrogén atomokra, majd az atomok elektronjait az anódra vezetvea H+ ionok a membránon átjutnak a katódhoz. A hidrogén ion egy pozitív töltés protonból áll. Amembránt ezért nevezik protoncserél nek, mivel csak a hidrogén iont, azaz a protont engedi át, míga negatív töltés elektront nem. Az elektronok egy küls fogyasztón tudnak csak átjutni a katódba,miközben hasznos munkát végeznek.A katódra vezetett oxigén molekulák a katalizátor segítségével szintén lebomlanak oxigénatomokra, melyek az anódból - valamilyen fogyasztón keresztül - átáramló elektronokkal és amembránon átjutott hidrogén ionokkal egyesülve vizet alkotnak.Ezt a folyamatot a következ képpen írhatjuk le:Anód: 2 H2 => 4 H+ + 4 e-Katód: O2 + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O 139
    • Az üzemanyag cellák feszültsége fontos paraméter számunkra. Hogyez a feszültség milyen tényez kt l függ, azt ezen az oldalonvizsgáljuk meg közelebbr l.A hidrogén üzemanyag cellák energiája és elektromotoros ereje (EME)Az villamos energia-generátorok többségénél egyértelm , hogy milyen energiaformát alakítunk átvillamossá. Jó példa erre a szélgenerátor, ahol az energia forrása egyértelm en a leveg molekulákkinetikus energiája.Az üzemanyag celláknál már nem ilyen könny szemléletesen ábrázolni az energiákat.1. ábra. Az üzemanyag cella bemeneti és kimeneti energiáiA villamos teljesítmény és a kimeneti villamos energia könnyen kiszámítható a következ jól ismertképletekkel:P = U * IésW = U * I * tA kémiai reakciókban résztvev anyagok és a reakciótermék energiáit azonban már nem tudjukilyen egyszer en kiszámolni, mivel a H2, O2 és H2O kémiai energiái kérdésesek, ezért olyankifejezések használatosak, mint entalpia, Helmholtz függvény és Gibbs féle szabadenergia.Az üzemanyag cellák esetében a Gibbs féle szabadenergia fogalmát fogjuk használni, melynekmeghatározása a következ : "A Gibbs féle szabadenergia az a - nyomás és/vagy h mérséklet 142
    • változására fordított munkán kívül - fennmaradó energia, amit küls munkára lehet fordítani." Azüzemanyag cellában a "küls munka" az elektronok egy küls fogyasztón történ átmozgatásátjelenti. Az entalpia a Gibbs féle szabadenergia plusz az entrópia energiája.A kémiai energiák ezen formája a mechanikában ismert potenciális energiához hasonlítható kétfontos ok miatt.Az els ok az, hogy a nulla energiapont szinte bárhol meghatározható. Amikor kémiai reakciókkaldolgozunk, a nulla energiapontot a tiszta elemekre határozzuk meg annak normálishalmazállapotában, szobah mérsékleten és normál légköri nyomáson (25 °C; 0,1 MPa). Ezenenergiaszintek meghatározásakor a "Gibbs féle szabadenergia" kifejezés helyett inkább a "Gibbsféle szabadenergia kialakulás" (Gf) kifejezést használjuk. Egy közönséges hidrogén üzemanyagcellánál, mely szobah mérsékleten és normál légköri nyomáson m ködik, a "Gibbs féleszabadenergia kialakulás" során a bemeneti értékeket nullának vesszük.A potenciális energiával való második párhuzam az, hogy számunkra az energia megváltozása alényeges. Az üzemanyag cellában a Gibbs féle szabadenergia kialakulásának a változása a fontos,azaz a ∆Gf, mert ez határozza meg a kibocsátott energiát. Ez a változás a kémiai reakció termékGibbs féle szabadenergiájának és a kiinduló anyagok Gibbs féle szabadenergiájának a különbsége.∆Gf = Gftermék - GfkiindulóHogy az összehasonlítás még könnyebb legyen, a mennyiségeket mólban számítjuk. Ezt kisbet velés fels vonallal jelöljük, pl. (gf )H2O a víz egy móljára jellemz Gibbs féle szabadenergiakialakulás értéke.Vizsgáljuk meg az üzemanyag cellában lejátszódó alapvet reakciót:2 H2 + O2 -> 2 H2Oami megegyezik a következ vel: 1H2 + - O2 -> H2O 2 143
    • Határozzuk meg a reverzibilis üzemanyag cella nyílt áramköri feszültségét (NyÁF).Tudjuk, hogy a küls áramkörben terjed elektronok közül minden egyes vízmolekulakialakulásához két elektron szükséges, melyet két hidrogén atom ad le. Ebb l következik, hogy egymól hidrogén esetén 2N elektron halad a küls áramkörben, ahol N az Avogadro féle szám. Mivelegy elektronnak a töltése -e, ezért a küls áramkörben folyó töltés:Q = -2 * N * e = - 2 * Fahol: • F - a Faraday féle szám: 96 485 C/mól.Ha U az üzemanyag cella feszültsége, akkor a töltések küls áramkörben való átmozgatásárafordított munka a következ képpen határozható meg:We = töltés * feszültség = -2 * F * UHa a rendszer reverzibilis, azaz nincsenek veszteségek, akkor ez a villamos munkavégzésmegegyezik a felszabaduló Gibbs féle szabadenergiával:∆gf = - 2 * F * Utehát: -∆gfU = ------- 2 * FEz az alapvet egyenlet határozza meg az elektromotoros er t (EME), vagyis az üzemanyag cellanyílt áramköri feszültségét. Vegyünk egy példát, ahol a m ködési h mérséklet 200 °C. Ekkor ∆gf= -220 kJ/mól, így: 220 000 J/mólU = ------------------ = 1,14 V 2 * 96 485 C/mól 145
    • Vegyük figyelembe, hogy ez az érték teljesen reverzibilis feltételek mellett, tiszta hidrogén ésoxigén gáz esetén és normál légköri nyomáson (0,1 MPa) érvényes. A gyakorlatban ez a feszültségalacsonyabb értéket vesz fel.Reverzibilis, irreverzibilis folyamatok és veszteségekEgy egyszer reverzibilis folyamatot mutat a következ ábra.2. ábra. Egyszer reverzibilis folyamatAz A állapotban a golyó nem rendelkezik kinetikus energiával, viszont a potenciális energiája:Ep = m * g * hA B állapotban a potenciális energia teljesen átalakult kinetikus energiává. Ha nem lenne súrlódásiés légellenállás, akkor a golyó a másik oldalon teljesen vissza tudná alakítani a kinetikus energiátpotenciális energiává.A gyakorlatban azonban a potenciális energia egy része h vé alakul, tehát ez egy irreverzibilsfolyamattá válik, mivel a h t nem tudjuk visszaalakítani potenciális vagy kinetikus energiává. Erreáltalában energia veszteségként utalunk, de ez nem teljesen pontos megfogalmazás. Valójában apotenciális energia nem elveszik, hanem átalakul h energiává, ugyanúgy, ahogy kinetikusenergiává is. A különbség az, hogy a kinetikus energiát vissza tudjuk alakítani, míg a h energiátnem, ezért ez irreverzibilis folyamat. Tehát az "irreverzibilis energia veszteség" vagy az"irreverzibilitás" kifejezések jobban leírják a jelenséget, mint az egyszer "veszteség" szó. 146
    • A hatásfok és annak korlátaiNem egyszer meghatározni az üzemanyag cella hatásfokát. A szélgenerátornál a hatásfokotkönnyen megkaphatjuk és az is egyértelm , hogy ennek a hatásfoknak vannak korlátai. Aszélgenerátor lapátjai által leírt körön áthaladó leveg molekulák nem veszítik el teljesen akinetikus energiájukat, ellenkez esetben a lapátok mögött egy szívóhatás alakulna ki. Ezért aszélgenerátor maximális hatásfoka 58 % lehet, amint ez részletesen le van írva a szélgenerátorokatismertet elméleteknél.Az üzemanyag cellák hatásfoka már nem ilyen egyértelm . Általánosan úgy fogalmazhatunk, hogyha nem lennének irreverzibilitások, akkor a hatásfok akár 100 % is lehetne.Az üzemanyag cella hatásfoka ezek szerint: termelt villamos energiaη = ----------------------------------- Gibbs féle szabadenergia változásEz a képlet nem túl szerencsés, ezért ritkán használjuk.Mivel az üzemanyag cellák olyan anyagokat használnak, amiket az energiakinyerés céljábóláltalában elégetünk, ezért érdemes összehasonlítani a termelt villamos energiát azzal ah energiával, amit az adott elem elégetésekor kapnánk. Ezt a h energiát kalória értéknek hívjuk,bár sokkal pontosabb úgy fogalmazni, hogy ez a kialakulás entalpiájának a változása, a jele ∆hf. AGibbs féle szabadenergiához hasonlóan a ∆hf is negatív el jel , ha energia kibocsátásról van szó.Ezek szerint az üzemanyag cella hatásfokát a következ módon határozhatjuk meg: egy mól anyagból keletkezett villamos energiaη = ------------------------------------------------ -∆hfUgyanakkor ez a képlet se mentes a nüánszoktól, mivel két különböz ∆hf értéket használhatunk.A hidrogén elégetésekor használt érték: 147
    • Folyékony 80 °C -228,2 kJ/mól 1,18 V 80 %Gáz 100 °C -225,2 kJ/mól 1,17 V 79 %Gáz 200 °C -220,4 kJ/mól 1,14 V 77 %Gáz 400 °C -210,3 kJ/mól 1,09 V 74 %Gáz 600 °C -199,6 kJ/mól 1,04 V 70 %Gáz 800 °C -188,6 kJ/mól 0,98 V 66 %Gáz 1000 °C -177,4 kJ/mól 0,92 V 62 %2. táblázat. A maximális hatásfokok értéke különböz h mérsékleteken a hidrogén üzemanyagcellábanA következ ábrán az üzemanyag cella és a Carnot körfolyamat hatásfokát hasonlíthatjuk összekülönböz h mérsékleten.3. ábra. Az üzemanyag cella és a Carnot körfolyamat hatásfokának összehasonlítása különbözh mérsékletekenKét fontos dolgot kell megjegyeznünk: 149
    • • Annak ellenére, hogy a 2. táblázat és a 3. ábra alapján arra következtethetnénk, hogy az alacsonyabb h mérsékletek el nyösebbek, a feszültség veszteségek magasabbak az alacsonyabb h mérsékleteken, vagyis az üzemanyag cellák munkafeszültsége mindig magasabb a magasabb h mérsékleteken. • A magasabb h mérsékleten jelentkez h veszteségeket könnyebb hasznosítani, mint az alacsonyabb h mérséklet veszteségeit.A hatásfok és az üzemanyag cella feszültségeA 2. táblázatból látszik, hogy a cella maximális elektromotoros ereje és maximális hatásfoka közöttösszefüggés van. Ez az üzemanyag cella m ködési feszültségére is fennáll. Ha a hidrogén összesenergiája villamos energiává alakul, akkor az EME értéke: -∆hfU = ------- 2 * FU = 1,48 V (HHV esetén és)U = 1,25 V (LHV esetén)Ezek azok a feszültségek, melyeket egy 100 %-os hatásfokú rendszernél kapnánk. Az üzemanyagcella valós hatásfoka: Ucη = -------- * 100 % (HHV esetén) 1,48 VA gyakorlat azonban azt mutatja, hogy az üzemanyag cellába vezetett üzemanyag nem használódikfel teljesen, egy része reakciók nélkül jut a cella kimenetére. Az üzemanyag felhasználási állandóértékét a következ képlettel határozhatjuk meg: reakcióba lépett üzemanyag tömege 150
    • µf = ----------------------------------- bevezetett üzemanyag tömegeEnnek megfelel en az üzemanyag cella hatásfoka: Ucη = µf * -------- * 100 % (HHV esetén) 1,48 VA µf értéke kb. 0,95, ami azt jelenti, hogy az üzemanyag cella hatásfokát jó közelítésselmeghatározhatjuk a feszültség egyszer lemérésével.A gáz koncentrációjának és nyomásának a hatásaFentebb említettük, hogy a kémiai reakciók során a Gibbs féle szabadenergia változások ah mérséklett l is függenek, viszont ugyanilyen fontos - bár összetettebb - a nyomásnak és akoncentrációnak a hatása. Általánosan kifejezve bármilyen kémiai reakció a következ képpenírható fel:j * J + k * K = m * Mahol j mól J anyag lép reakcióba k mól K anyaggal, ami m mól M anyagot eredményez és areakciótermék adott aktivitással rendelkezik. Ezt az aktivitás "a" bet vel jelöljük, így aj, ak és amaktivitással számolhatunk. Ideális gázoknál az aktivitás: Pa = ---- P0 151
    • ahol P a gáz aktuális nyomása, P0 pedig a normál légköri nyomás (0,1 MPa). A reakciótermék és akiinduló anyagok aktivitása módosítja a Gibbs féle szabadenergia változás értékét. Balmer határoztameg a következ egyenletet: aJj * aKk∆gf = ∆gf0 - R * T * ln(----------) aMmahol ∆gf0 a Gibbs féle szabadenergia változás normál légköri nyomáson. Annak ellenére, hogy ez aképlet nem néz ki nagyon barátságosan, valójában nagyon hasznos. A hidrogén és oxigénreakciójánál a következ képletet kapjuk: aH2 * aO21/2∆gf = ∆gf0 - R * T * ln(-------------) aH2OA ∆gf0 értékét az 1. táblázatban láthatjuk. Ha a kiinduló anyagok aktivitása növekszik, akkor a∆gf értéke negatívabbá válik, azaz több energia szabadul fel. Ha viszont a termék aktivitásanövekszik meg, akkor a ∆gf értéke kevésbé negatívabbá válik, azaz kevesebb energia szabadulfel. Ahhoz, hogy lássuk, hogyan hat ez a feszültségre, osszuk el mindkét oldalt -2F-el: −∆gf0 R * T aH2 * aO21/2U = −−−−−−− + ------ * ln(-------------) 2F 2F aH2O R * T aH2 * aO21/2U = E0 + ------ * ln(-------------) 2F aH2O 152
    • ahol E0 az EME szobah mérsékleten és normál légköri nyomáson. Ennek értékét a 2. táblázat 4.oszlopában találjuk. Ez az egyenlet pontosan meghatározza, hogyan növekszik a feszültség akiinduló anyagok aktivitásának növekedésével. Ezt az egyenletet Nernst egyenletének hívjuk.A nyomásra kivetítve Nernst egyenlete a következ képpen változik: R * T PH2 * PO21/2U = E0 + ------ * ln(-------------) 2F PH2OAz egyenletb l látszik, hogy az üzemanyag cella feszültsége a bemen gázok nyomásánaknövekedésével n . Ha a nyomás P1-r l P2-re változik, akkor a feszültség változása a következképlettel írható fel: R * T P2∆U = ------ * ln(---) 4F P1Saját készítésű üzemanyag cellaEzen az oldalon azt vizsgáljuk meg, hogyan lehet saját készítésüzemanyag cellákat építeni. Különböz megoldások léteznek, ezekettárgyaljuk a lenti sorokban.Megvan a lehet ség nk, hogy igazán jól használható üzemanyag cellát építsünk. Egyre több olyanInternetes áruház alakul, ahol az üzemanyag cellák házi megépítéséhez kínálnak anyagokat ésvegyszereket. Lehet készen vásárolni akár protoncserél membránt is.Ilyen áruházak pl. a következ k: • The Fuel Cell Store 153
    • • Ion Power • E-TekA protoncserél membrán "lelke" a Nafion, mely perfluorozott polimer gyanta, szulfonsav-csoportokkal. Ionvezet tulajdonságokkal rendelkezik, azaz jól vezeti a hidrogén iont (protont), azelektronokkal szemben viszont szigetel ként viselkedik. A Nafion mindkét oldalán szénszövettalálható, melyek felületét nagyon vékony platina réteg borítja.Ezeket a protoncserél membránokat felhasználva 2 - 0,5 V-os feszültségen 0,5 - 2 A áramer sségetállíthatunk el a bevezetett hidrogén gázok mennyiségének és a terhel ellenállás értékénekfüggvényében.De figyeljük meg az árakat is! Egy wattos üzemanyag cella elkészítéséhez majdnem 100 dollártkellene befektetnünk, nem is számolva még a postai költségeket. Amennyiben nagyobbteljesítmény üzemanyag cellát vásárolunk készen, úgy a wattonkénti fajlagos ár már "csak" 50dollár körül mozog, de egy 1000 W-os üzemanyagcella ára így is eléri az egymillió forintot. Minélnagyobb a teljesítmény, annál alacsonyabb a kW-onkénti fajlagos ár, ezek az árak azonban még ígyis nagyon magasak!Vajon lehet ennél sokkal olcsóbban is építeni üzemanyag cellát házilag? Bizony lehet, mégpedig azalkáli üzemanyag cellát (AFC). Ráadásul ennek az üzemanyag cella típusnak a legjobb a hatásfoka,olyan 70 % körül mozog!Az alkáli üzemanyag cella az egyik legdinamikusabban fejl d technológia, melyet a NASA az1960-as évek közepe óta használ az Apolló és a Space Shuttle programokban. Az rsiklókonüzemanyag cellák biztosítják az elektromos áramot a fedélzeti rendszerek számára.Az alkáli üzemanyag cella elektrolitként vízben oldott KOH-t használ, melyet egy porózusstabilizáló mátrix foglal magában. A KOH koncentrációja az üzemanyag cella m ködésih mérsékletének függvényében változhat. Ez a h mérséklet 65 és 220 °C között változhat, bár azújabb fejlesztéseknél már 23 és 70 °C közötti értékekre is leeshet az üzemi h mérséklet.Az AFC felépítését a következ ábra mutatja. 154
    • 8. ábra. Az AFC felépítéseAz AFC-ben a töltéshordozó a hidroxid ion (OH-), mely a katódtól halad az anód felé, ahol ahidrogénnel reakcióba lépve vizet alkotnak és elektront szabadítanak fel. Az anódnál keletkezettvízmolekula a katód felé áramlik, hogy ott újból hidroxid ionná váljon. Az itt ismertetett reakcióelektromos áramot és melléktermékként h t termel.Anód: 2 H2 + 4 OH- => 4 H2O + 4 e-Katód: O2 + 2 H2O + 4 e- => 4 OH-Egyesített reakció: 2 H2 + O2 => 2 H2OAz AFC cellában az üzemi feszültség 300 mA/cm2 árams r ségnél kb. 0,8 V.Az AFC egyik jellegzetessége, hogy nagyon érzékeny az üzemanyag vagy leveg CO2 tartalmára.A CO2 az elektrolittal reakcióba lépve azt gyors ütemben szennyezi, ennek hatására pedigjelent sen lecsökkenti az üzemanyag cella hatásfokát. Az AFC ezért csak zárt környezetbenhasználható, mint pl. rsiklókban vagy tenger alatt üzemel eszközökben és csak tiszta hidrogén éstiszta oxigén lehet az üzemanyaga. A CO, H2O és CH4 molekulák, melyek amúgy teljesenártalmatlanok, s t még üzemanyagként is szolgálhatnak más típusú üzemanyag cellákban, az AFCszámára károsak. 155
    • Az AFC-k nagy el nye viszont, hogy a többi üzemanyag cella típushoz képest nagyon olcsó agyártási költségük, mivel a katalizátor szerepét számos, a platinához képest jóval olcsóbb anyag isbetöltheti.Az AFC-kr l szóló információkat innét vettem.Miel tt egy komolyabb AFC megépítésén gondolkoznánk, nézzük meg, hogyan is lehet egy nagyonegyszer AFC-t készíteni. A konyhaasztalodon is elkészíthetsz egy egyszer üzemanyag cellát 10perc alatt, hogy láthasd, hogyan lehet tiszta elektromos energiához jutni a hidrogén és oxigénegyesítése által.1. ábra. A szükséges anyagok és eszközökAz üzemanyag cella elkészítéséhez a következ dolgokra van szükségünk: • Egy láb (305 mm) hosszú platinával bevont nikkel vezetékre, vagy tisztán platinából készült vezetékre. Mivel ez otthon nem egy gyakran el forduló anyag, ezért ezt egy katalógusból rendelhetjük meg. • Egy kis méret m anyag vagy fa pálcikára • 9 V-os elem csatlakozójára • 9 V-os elemre 156
    • • Cellux ragasztószalagra • Voltmér reEls lépésként kettévágjuk a platinával bevont vezetéket, majd mindegyik darabot feltekerjük egytekercs formájában. Ezek lesznek a mi üzemanyag cellánk elektródjai. Én a voltmér m csatlakozótüskéjére tekertem a vezetékeket, de használhatsz pl. egy szöget is erre a célra.2. ábra. A voltmér csatlakozó tüskéjére tekert vezetékEzt követ en félbe vágjuk a 9 V-os elem csatlakozó vezetékét és a szabad végeit leblankoljuk, majda platinával bevont vezetékekhez forrasztjuk. Ugyanide forrasztjuk a levágott csatlakozó vezetékvégeket is, amik majd a voltmér höz fognak csatlakozni. Ezt mutatja a következ ábra. 157
    • 3. ábra. Az "elektródák" és a hozzá csatlakozó vezetékekAz elektródákat ezután egy fa pálcikához er sítjük, végül ezt a pálcikát biztonságosan egy vízzelteli pohár széléhez ragasztjuk. A pohár addig van vízzel töltve, hogy az elektródákat teljesenellepje, de a csatlakozó vezetékek már a víz felszíne felett kell legyenek.Ezután kapcsold a piros vezetéket a voltméter pozitív kapcsához, a feketét pedig a negatívhoz(vagyis a "test"-hez). A voltmér n ekkor 0 V-ot lehet mérni, bár el fordulhat, hogy egy kisfeszültség, kb. 0,01 V megjelenik.4. ábra. A mérés kezdetekor a voltmér n 0 V a feszültség 158
    • Az üzemanyag cellánk ezzel el is készült.Az üzemanyag cella m ködtetéséhez arra van szükség, hogy hidrogén buborékok áramoljanak azegyik elektróda mentén és oxigén buborékok a másik elektróda mentén. Ezt nagyon egyszer enelérhetjük.Kapcsoljuk a 9 V-os elemet a csatlakozóra (tulajdonképpen elég, ha csak hozzáérintjük, mert csakpár másodpercig van erre szükségünk.)Amikor az elemet hozzáérintettük a csatlakozóhoz, akkor az elektromos áram a vizet elkezdihidrogénra és oxigénra bontani. Ez az elektrolízis. Láthatod, hogy amíg az elemet csatlakoztatjuk azelektródákhoz, addig azok mentén buborékok alakulnak ki.5. ábra. Az elektrolízis folyamataMost pedig vegyül el az elemet a csatlakozótól. Ha nem platinával bevont vezetéket használtunkvolna, akkor a voltmér n 0 V-ot kéne ismét látnunk, hiszen nincsen az elem csatlakoztatva.Viszont a platina katalizátorként játszik szerepet, azaz a hidrogén és oxigén gázok újra egyesülésétmegkönnyíti. 159
    • Megjegyzés: A fenti sorok nem teljesen helytállóak, mivel akísérleteink tanúsága szerint a platina nélkül is megfigyelhet eza jelenség.Az elektrolitikus reakció ekkor megfordul. Most ahelyett, hogy a cella elektródjaira áramotvezetnénk a víz szétbontásához, a hidrogén és oxigén gázok újból vízzé egyesülnek, miközbenelektromos áram termel dik.6. ábra. Az elektródákon mérhet feszültség az elem lekapcsolásának pillanatábanAz elem lekapcsolásának els pillanataiban az elektródák kapcsain egy kicsit több mint 2 V-otmérhetünk a voltmér vel. Amint a buborékok feljutnak a víz felszínére, vagy ismét vízzé alakulnak,a feszültség esni kezd, el ször meredeken, majd egyre lassabban. 160
    • 7. ábra. Az elektródákon mérhet feszültség az elem lekapcsolása után kb. egy perccelKb. egy perc múlva a feszültség sokkal lassabban csökken. Figyeljük meg, hogy a 9 V-os elemenergiáját hidrogén és oxigén gázok formájában tároljuk. Természetesen a hidrogént és az oxigéntmásmilyen forrásból is az elektródákra juttathatnánk és így is elektromosságot tudnánk termelni.A fentebb bemutatott egyszer kísérlet természetesen csak a jelenség megismerésére jó. Akísérletben platinával bevont vezetékek képezték az elektródákat. Az AFC nagy el nye viszont,hogy nem kell a nagyon drága platinát használnunk katalizátornak. Ha viszont nem használunkplatinát, akkor az üzemanyag cellánk el állításának ára drasztikusan lecsökkenhet olyan szintre,ami egy nagyobb teljesítmény üzemanyag cellát is könnyen elérhet vé tesz.A platina történetér l érdekességképpen itt olvashatsz.A jelenleg használt AFC üzemanyag cellák elektrolitja nem folyékony, hanem géles vagy szilárdhalmazállapotú - pl. azbesztet itatnak át KOH oldattal. Az elektródák küls felülete menténáramoltatják a hidrogén és oxigén gázokat. Mivel az elektródák porózus szerkezet ek, ezért azoxigén és a hidrogén gázok átjuthatnak az elektródák falán, miközben elektronleadással H+ ionnáilletve elektronfelvétellel OH- ionná válnak.A mi célunk az, hogy a lehet legegyszer bben és legolcsóbban tudjuk elkészíteni az üzemanyagcellánkat. Vegyünk két saválló lemezt, ezek lesznek az elektródák, melyeket KOH oldatba, mint 161
    • elektrolitba merítünk. Mivel ezek a lemezek nem porózus szerkezet ek, ezért a gázokat a lemezekegymás fele néz bels felülete mentén áramoltatjuk át.Ahhoz, hogy a hidrogén és oxigén gázok ne keveredjenek el egymással, az elektrolit oldatba a kételektróda közé egy elválasztó hálót helyezünk, melyben a lyukak nem lehetnek 0,1 mm-nélnagyobbak, így a gázok nem tudnak rajta átjutni, az ionok viszont igen.A gázokat alulról vezetjük az elektróda lemezekhez, s azok az oldat felhajtóerejének hatására felfeléáramolnak. Az anód mentén áramló hidrogén elektront ad le, a katód mentén áramló oxigén pedigelektront vesz fel, miközben a vízzel egyesülve hidroxid ionok keletkeznek.Ahhoz, hogy a gázbevezet csövekbe ne folyjon be az elektrolit oldat, használjunk egyutasszelepeket. Az elektródák tetején megjelen gázokat felfogjuk és egy-egy csövön keresztülvisszavezetjük az elektródák aljához.Ez a megoldás viszonylag egyszer en megvalósítható, gyakorlatilag a meglév elektrolizálónkategy kis módosítással használhatjuk is erre a célra.Kapcsolódó kísérletek: • Elektrolízis Impulzusokkal 1 (lásd az 1. és a 2. kísérletet)Elhatároztuk, hogy kipróbáljuk a Kanarev féle alacsonyáramúvízbontót nagyobb áramokkal. A kérdés az volt, hogy ez a nagyon jóhatásfok megmarad-e akkor is, ha a víz már kevésbé olyan jószigetel , mint amilyen Kanarev professzor vízbontójában volt.Az elektrolizáló készüléket - melyet az 1. ábrán láthatsz - Zsolti az egyik ismer sével gyártatta le. 162
    • 1. ábra. Az elektrolizáló tartály a cellákkal és a fedéllelAz elektrolizáló tartály fedelét 8 db csavarral lehet rögzíteni.A 2. ábrán az elektrolizáló felépítését láthatod. 4-4 elektródalemezt párhuzamosan kötöttünk, ezáltalnövelve a felületet. A 100*150 mm-es elektródalemezek rozsdamentes acélból készültek, a távolságközöttük 1 mm volt. A 4 lemezb l álló cellákat egy-egy m padló darabbal szigeteltük el egymástól.2. ábra. Az elektrolizáló felépítéseAz impulzusok el állítására szolgáló elektronikát - melyet a 3. ábrán láthatsz - ugyan magamterveztem, de nem én építettem meg. Mikor az elektronika részleteir l beszélgettem az egyik 163
    • Olvasóval, Starek Robival, akkor Robi felajánlotta, hogy megépíti és leteszteli az elektronikát, amitingyen meg is tett, s t teljesen ingyen el is küldött nekünk! Egy másik Olvasó, István, lehoztahozzánk az oszcilloszkópját, mikor a miénk elromlott, másik alkalommal pedig egy 5 V / 120 A-estápegységet. Ezen utóbbival végzett kísérleteinkr l nem ezen az oldalon olvashatsz majd, hanem itt.Amikor pedig egy harmadik Olvasótól, Lacitól azt kérdeztem, hogy a múlt nyáron végzettkísérleteinkhez (lásd itt) milyen elektrolitot is adott és hogy hol lehetne beszerezni, akkorválaszként postán küldött fél kiló NaOH-t!Nagyon köszönjük mindannyiótoknak ezt az önzetlen segítséget! Ezek nagyszer példái annak,hogyan lehet együttes er vel el rébb vinni az ingyenenergia gépek kifejlesztésének ügyét!Az elektronika ismertetése3. ábra. Az elektronika kapcsolási rajza 164
    • 650 Hz 1536.61 µs 0.39 % 1530.61 µs 6.00 µs1. táblázat. A kapcsolóállások és az órajel hatása a kitöltési tényez re és a jel hosszáraHa az 1. táblázatban a módosítható paraméterekkel játszol egy kicsit, akkor észre fogod venni, hogya kitöltési tényez szintén hatással van a kimeneti impulzus frekvenciájára, bár ez számunkra nemjelentett problémát.A megépített elektronikát a 4. ábrán láthatod.4. ábra. A megépített elektronika és a mér m szerekRobi a könnyebb forraszthatóság érdekében több próbalemezen rakta össze a kapcsolást. 166
    • Kísérletek az elektrolízisselAz itt ismertetésre kerül kísérletek nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy ittolvashatod ket. A kísérletek els részében a csapvízbe Trisót öntöttünk elektrolitként, de kés bbTrisó helyett NaOH-val dolgoztunk. A feszültséget és az áramot voltmér vel és oszcilloszkóppalegyaránt mértük. Az áramok oszcilloszkópos méréséhez egy hegeszt pálcából összerakott söntöthasználtunk az itt bemutatott módon, a termelt gáz mennyiségét pedig az itt leírtak szerint mértük.1. kísérletA kísérlet célja az volt, hogy leellen rizzük Kanarev azon állítását, hogy az elektrolizálót feltöltveés a töltést lekapcsolva az elektrolizáló lassan sül ki. Az elektródák elrendezését a 2. ábrán láthatod,az egyenfeszültség 11,6 V, az áram pedig 16,8 A volt. A kísérletnél Trisót használtunk. A 2-3másodpercig tartó "feltöltés" után lekapcsoltuk a tápfeszültséget és adott id közönként mértük azelektrolizáló kapcsain mérhet bels feszültséget. A következ táblázatban a mérési eredményeketláthatod. Id Feszültség 0s 11,6 V 1s 3,2 V 2s 2,3 V 3s 1,9 V 4s 1,55 V 5s 1,3 V 7s 1,1 V 12 s 0,9 V 20 s 0,86 V 60 s 0,84 V2. táblázat. Az egyenfeszültséggel feltöltött elektrolizáló szabad kisülése 167
    • 5. ábra. A 2. táblázat grafikus ábrázolásaMint az a 2. táblázatból is látszik, a feszültség a tápforrás lekapcsolása után rohamosan csökken,majd kb. 12-15 másodperc múlva a feszültség beáll 0,84-0,86 V-ra. Ez a feszültségszint még kb. 2-3perc múlva is jelen volt, mindössze néhány század voltot csökkent.Kiértékelés:A mérési eredmények valamelyest eltértek a Kanarev féle eredményekt l, azaz gyorsabb volt akisülési folyamat. Ez azzal magyarázható, hogy a mi kísérletünkben jóval nagyobb volt a vízvezet képessége, vagy ami ugyanazt jelenti, az elektródalemezek közötti ellenállás jóval kisebbvolt, ezért a lemezeken felhalmozott töltés könnyebben kisülhetett.A kisülés ideje annak függvényében is változott, hogy mekkora volt az adott mér m szer belsellenállása. Mivel az oszcilloszkóp bels ellenállása nagyobb volt a multiméterénél, ezért ott afeszültségesés folyamata lassabban ment végbe.2. kísérlet 168
    • Ez a kísérlet az 1. kísérlet folytatása. A kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev által említett másiknagyon érdekes jelenséget is leellen rizzük. Kanarev azt állította, hogy a kisütött elektrolizáló pármásodperc múlva újra ÖNMAGÁTÓL elért egy viszonylag magas, több tized voltos feszültséget.A kísérlet kezdetén 12,35 V-tal 3-4 másodpercig "töltöttük" az elektrolizálót, majd lekapcsoltukróla a tápfeszültséget. Ezt követ en 2-3 másodperc múlva, mikor az elektrolizáló kapcsain mérhetfeszültség leesett kb. 1,1 V-ra, rövidre zártuk az elektrolizálót s így tartottuk pár másodpercig. Arövidzár alatt az elektrolizáló kapcsain mérhet feszültség természetesen 0 V volt. Mikor arövidzárat megsz ntettük, az elektrolizáló kapcsain mérhet feszültség a 0 V-ról fokozatosanemelkedni kezdett, majd kb. 15 másodperc múlva elérte a maximumát, 0,78 V-ot. Innét pár percigmérve a kapocsfeszültséget az fokozatosan (bár igaz, hogy nagyon lassan) el kezdett csökkenni. Tízperccel a rövidzár megsz ntetése után a feszültség még mindig 0,41 V volt.Kiértékelés:Ez a kísérlet is igazolta Kanarev professzor állítását, azaz a rövidzár után az elektrolizálófeszültsége önmagától növekszik egy bizonyos értékig. Ebb l azonban még nem tudtunkegyértelm en arra következtetni, hogy az elektrolizáló az energiának a forrása is lenne. Inkább afeléhajlunk, hogy az elektrokémiai folyamatok során létrejöv ionok nem tudnak a rövidzár egy-kétmásodperce alatt semlegessé válni, s mikor a rövidzár megsz nt, akkor továbbra is elektromosanfeltöltöttek maradtak az ionok (legalábbis nagy részük). Ez okozhatja ezt a jelenséget.A kisütést többször megismételve azt tapasztaltuk, hogy minden egyes kisütés után egyrealacsonyabb volt az elektrolizálónak az a maximális feszültsége, ameddig az a rövidzár utánfelemelkedett. Ez is a pár sorral feljebb említett elképzelésünket támasztja alá.3. kísérletA kísérlet célja az volt, hogy megállapítsuk a különböz cellakombinációk hatását a kisüléssebességére. 2, 3, 4 és 5 lemezt tettünk egymástól 1 mm távolságra, majd mindegyikkombinációban elvégeztük a feltöltést és a feszültség lekapcsolása után mértük a feszültség esését.Az 1. és 2. kísérlettel ellentétben az elektrolit vezet képessége jóval kisebb volt, így a kisülés islassabban történt. Ezt mutatja a következ táblázat, ahol a feszültség lekapcsolása utáni 10.-ikmásodpercben mérhet kapocsfeszültségek vannak felt ntetve: Lemezek Feszültség 169
    • 2 db 1,7 V 3 db 1,65 V 4 db 1,62 V 5 db 1,59 V3. táblázat. Az elektródák számának hatása a kisülési feszültségreKiértékelés:A mért eredmények azt mutatták, hogy a cellakombinációktól függetlenül, nagyjából azonossebességgel sült ki az elektrolizáló készülék.4. kísérletA kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev féle kísérletekhez hasonlóan impulzusokat használvamegnézzük, lehet-e 100 %-nál jobb hatásfokon bontani a vizet. Az impulzusok kitöltése 25 % volt.Egyenl re azért nem kevesebb, mert a gázfejl dést könnyebb volt mérni szélesebb impulzusokesetén (szélesebb impulzus => több gáz).A FET "g" lábán mérhet impulzusokat a következ ábra mutatja.6. ábra. A FET "g" lábán mérhet 25%-os kitöltés impulzus 170
    • Ugyanez a jel az elektrolizáló két kapcsán a következ képpen néz ki.7. ábra. Az elektrolizáló két kapcsán mérhet feszültségMegjegyzés: Ha figyelmesebben megnézed a két ábrát, láthatod, hogynem azonosak a periódusid k, s t, még az oszcilloszkópok iskülönböznek. Ennek az a magyarázata, hogy mérés közben elromlottaz oszcilloszkópunk, s az egyik olvasó, István felajánlotta asajátját, ezzel végeztük a további méréseket. A két mérés közöttazonban eltelt pár nap s közben az elektronika órajelét isváltoztatgattuk. Ennek azonban nincs hatása a mérések eredményére.A 7.ábrán jobban széthúztuk az impulzusokat, hogy jobban látszódjon az alakjuk. Figyeljük meg,hogy az elektrolizáló kapcsain az impulzusokon kívül egy egyenfeszültség is jelen van, melynekértéke most 7 V, de ez már pár órai tesztelés után volt mérhet . A kísérletek elején ez az érték 3 Vvolt. Ez azt is jelenti, hogy az elektrolizáló a használat közben tölt dik, így id vel egyre kevesebbenergiát kell közölnünk vele, hogy ugyanannyi gáz termel djön. Ebben a kísérletbentölt impulzusokkal bombáztuk az elektrolizálót, aminek hatására ez a korábbi kísérletekbenmegfigyelt bels energia egy állandó értéken maradt, s t növekedett is, így az elektrolízis soránnem csak az általunk egy adott pillanatban befektetett energia bontja a vizet, hanem az elektrolizálóáltal felhalmozott (és a megcsapolt ?) energia is közrem ködik. 171
    • Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön a következ képpen néz ki.8. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntönAz alkalmazott sönt ellenállása 0,01 Ω, így minden egyes feszültségértéket 100-zal be kell szorozni,hogy megkapjuk az áramok értékét. (I = U/R = U/0,01 = U * 100)Most pedig számoljuk ki a befektetett energiát. Ehhez a 7. és a 8. ábrán mért feszültség ésáramértékeket fogjuk felhasználni. Mind a feszültségnél, mind pedig az áramnál négy részreoszthatjuk a periódusid t: • Az els maga az impulzus, amely áll a felfutó és a lefutó élb l és az impulzus id tartama alatti részb l • A második az impulzus kikapcsolásakor keletkez negatív irányú t impulzus • A harmadik ezen t impulzus által keltett rezgések lecsengési fázisa • A negyedik pedig a szünet fázisaA befektetett energia kiszámításánál csak az els fázisnál - azaz az impulzus bekapcsolt állapotában- felhasznált teljesítményt kell figyelembe vennünk, bár a 6. kísérletnél szó lesz a második és aharmadik fázisban kialakuló jelekr l is.Az effektív teljesítményt úgy tudjuk meghatározni, hogy a jel feszültség és áram értékeib l adottid közönként mintát veszünk s azokat átlagoljuk. Hat mér pontot veszünk, azaz 1 µs-onkétolvassuk le a feszültség és áramértékeket. A kapott értékeket összeadjuk és elosztjuk a vételezettminták számával, jelen esetben hattal. 172
    • Az elvet a 9. ábrán láthatod, a vételezett minták értékeit pedig a 4. táblázatban t ntettük fel:9. ábra. A mintavételezés menete Id Feszültség Áram 0 µs 0,0 V 12,0 A 1 µs 1,8 V 6,1 A 2 µs 2,7 V 4,5 A 3 µs 3,5 V 2,9 A 4 µs 3,9 V 1,3 A 5 µs 4,2 V 0,0 A Átlag: Uá = 2,68 V Iá = 4,46 A4. táblázat. A mintavételezés eredménye (a 7. és a 8. ábra alapján)Ahhoz, hogy ne kelljen minden egyes mérésnél ilyen fárasztó módon meghatároznunk az átlagosértékeket, a kondenzátoroknál szokásos konstansokkal számolhatunk, azaz a kondenzátorátlagfeszültsége a csúcsérték 63 %-a, a kondenzátor átlagárama pedig a csúcsáram 37 %-a lesz. Ez ami példánkban azt jelenti, hogy: 173
    • Uá = Ucs * 0,63 = 4,2 V * 0,63 = 2,65 V,Iá = Ics * 0,37 = 12 A * 0,37 = 4,44 AHasonlítsuk össze az eredményeket a 4. táblázatban kapott átlagos értékekkel. Látjuk, hogy ezzel azegyszer sített módszerrel is pontos eredményt kapunk, s t, pontosabbat, mivel ezek a konstansokmatematikailag lettek meghatározva.Megjegyzés: A feljebb említett 63 % és 37 % csak akkor igaz, ha atölt impulzusok ideje τ = R * C, ahol C a vízbontó kapacitása, Rpedig a vízbontóval sorba kapcsolt ellenállások ered értéke. Ezaz ered érték az áramforrás bels ellenállásából, a FETnyitóirányú ellenállásából, a FET "s" lábával sorba kötöttellenállásból és a vezetékek fajlagos ellenállásából tev dikössze. Neked azonban ezeket nem kell kiszámolnod, elég, ha a P3-aspotméterrel úgy állítod be a jel frekvenciáját, hogy az szemmeljól láthatóan kialakítsa az elektrolizáló kapcsain láthatóexponenciálisan felfutó jelalakot. Amennyiben a jel ennélrövidebb, úgy a 9. ábrán bemutatott mintavétele-zéssel számíthatodki a jel effektív teljesítményét.A következ kben leírjuk részletesen az átlagos teljesítmény meghatározását, mivel ennek nagyonfontos szerepe van az elektrolizáló tényleges hatásfokának a kiszámításában.Az effektív feszültség értékének meghatározását a 10. ábrán szemléltetjük.10. ábra. Az effektív feszültség kiszámításának menete 174
    • Mint a 7.ábrán láthatjuk, Ue = 7 V, Ui = 11,2 V, T = 24 µs, ti = 6 µs. Ezt szemléltettük a 10.a ábrán.Mivel az impulzus feszültsége hozzáadódik az elektrolizáló által szolgáltatott kb. 7 V-osfeszültséghez, de ennek az egyenfeszültségnek a létrehozásához nem fektettünk be energiát, ezértezt nem kell figyelembe vennünk a számításoknál. (Err l b vebben az 5. kísérletben lesz szó.) Haezt a 7 V-os egyenfeszültséget kivonjuk a mért jelb l, akkor a 10.b. ábrán látható eredményt kapjuk,ahol Ui1 = Ui - Ue = 11,2 V - 7 V = 4,2 V.Ezek az impulzusok azonban nem négyszög alakúak, ezért meg kell határoznunk, hogynégyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója. Ezt úgy kapjuk meg, ha az Ui1értékének a 63 %-át vesszük. Ue1 = Ui1 * 0,63 = 4,2 V * 0,63 = 2,65 V. Ezt mutatja a 10.c. ábra.Végül az alkalmazott feszültség tényleges effektív értékét határozzuk meg, azaz hogy mekkoraegyenfeszültséggel egyenl a befektetett impulzus feszültsége. Ehhez ismernünk kell a periódusid t(T) és az impulzus idejét (ti). Ezek ismeretében Ue = Ui * ti / T = 2,65 V * 6 µs/24µs = 0,66 V. Ezt a10.d. ábra szemlélteti.A feszültségmér ezzel szemben 8,41 V-ot mutatott!Az effektív áram meghatározását a 11. ábrán mutatjuk be.11. ábra. Az effektív áram meghatározásának meneteMint a 8.ábrán láthatjuk, a söntön mért feszültségimpulzus amplitúdója 0,12 V. A söntellenállásértékének az ismeretében könnyen meghatározhatjuk az áramimpulzus amplitúdóját is: Ii1= 0,12 V / 0,01 Ω = 12 A. Ezt mutatja a 11.a ábra. 175
    • Ezek az impulzusok azonban - a feszültségimpulzusokhoz hasonlóan - nem négyszög alakúak, ezértmeg kell határoznunk, hogy négyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója.Ezt úgy kapjuk meg, ha az Ii1 értékének a 37 %-át vesszük. Ie1 = Ii1 * 0,37 = 12 A * 0,37 = 4,44 A.Ezt mutatja a 11.b. ábra.Végül az áram tényleges effektív értékét határozzuk meg, azaz hogy mekkora egyenárammalegyenl a befektetett impulzus árama. Ehhez már ismerjük a periódusid t (T) és az impulzus idejét(ti) is: Ie = Ii * ti / T = 4,44 A * 6 µs/24 µs = 1,11 A. Ezt a 11.c. ábra szemlélteti.Az árammér ehhez közeli értéket, azaz 1,13 A-t mutatott!Miután meghatároztuk, hogy az effektív feszültségesés az elektrolizálón Ue = 0,66 V, azelektrolizálón átfolyó effektív áram pedig 1,11 A, könnyen kiszámítható a befektetett effektívteljesítmény: Pe = Ue * Ie = 0,66 V * 1,11 A = 0,7326 W.Az átlagos gáztermelés 18,75 ml/perc volt. Ezt úgy kaptuk meg, hogy a kis gázmennyiségre valótekintettel 4 percig folyamatosan mértük a gáztermelést, majd a kapott eredményt elosztottuknéggyel. Ebb l kiszámolhatjuk, hogy 1 W villamos energia befektetésével 1 perc alatt 18,75 /0,7326 = 25,59 ml/perc/W volt a gáztermelés.Azt is tudjuk, hogy elméletileg a 100 %-os hatásfokú gáztermelésnél 1,47 V és 1 A esetén 10,45375ml gáz termel dik percenként, azaz 10,45375 / (1,47 V * 1 A) = 7,11 ml/perc/W.Az elektrolízis hatásfoka ezek szerint tehát:ηoszc = 25,59 / 7,11 = 3,6 => 360 %.Vessük össze ezt a voltmér és árammér által mutatott értékekkel! UV = 8,41 V, IA = 1,13 A, azállítólagosan felhasznált teljesítmény tehát PAV = 8,41 V * 1,13 A = 9,5033 W. Az egy wattra jutógáztermelés 18,75 / 9,5033 = 1,97 ml/perc/W, ami alapján a hatásfok:ηmultim = 1,97 / 7,11 = 0,277 => 27,7 %.Hatalmas a különbség! Ezért nagyon fontos, hogy az elektrolizáló hatásfokának meghatározásáhozaz oszcilloszkóp adatait használjuk fel, ne a multiméter értékeit! 176
    • A gyakorlatban használatos elektrolizálók, mint tudjuk, nem 100 %-os hatásfokkal dolgoznak, azáltalunk alkalmazott elektróda elrendezésben egyenáramok esetén 29 és 31 % közötti értékeketmértünk. Ha ehhez viszonyítjuk a hatásfok növekedést, akkor 360/27,7 = 12,99 ≅ 13-szor jobb azelektrolizálónk hatásfoka, mint gondolhattuk volna a multiméterek adatai alapján!Van azonban ennek a számításnak egy sarkalatos pontja, mégpedig az elektrolizálóegyenfeszültsége! Vajon nyugodt szívvel megtehetjük azt, hogy egyszer en csak kivonjuk ezt azegyenfeszültség értéket az akkumulátor által szolgáltatott 11,2 V-os impulzusok értékéb l? Vajontényleg az elektrolizáló adja ezt a plusz energiát? Erre kerestük a választ a következ kísérletben.5. kísérletA kísérlet célja annak meghatározása, hogy az elektrolizáló által eltárolt feszültség ténylegesenhatással van-e az elektrolízisre.Ehhez a 3. ábrán látható "K" jel nyomógombot használtuk fel. Az elektronika ismertetésekor máremlítettük, hogy a nyomógomb alaphelyzetben az impulzusokat juttatja a FET-ekre, benyomottállapotban azonban egyenáram kerül az elektrolizálóra.Két mérést végeztünk, az egyikben 25 %-os impulzusokat kapcsoltunk az elektrolizálóra, amásikban pedig egyenáramot. A mérési eredményeket az 5. táblázat mutatja. Impulzus Gáz 25 % 45 ml/perc Egyenáram 55 ml/perc5. táblázat. A gáztermelés változása 25 %-os kitöltöttség impulzusok és egyenáram eseténAz 5. táblázat egyszer sége ellenére nagyon meglep eredményt mutat! Az impulzusokalkalmazásakor az egyenfeszültséghez képest csak negyed annyi feszültség esett, az egyenáramhoz 177
    • képest pedig negyed annyi áram folyt az elektrolizálóban, ennek ellenére a gáztermelés nemcsökkent jelent sen!Pi = Ui * Ii = (U=/4) * (I=/4) = U=*I= / 16 = P= / 16Pi = P= / 16ahol: • Pi - az impulzus teljesítménye • P= - Az egyenáram esetén felhasznált teljesítményA gáztermelés csökkenése pedig:Gázcsökkenés = Vi * 100 / V= = 45 ml/p * 100 / 55 ml/pGázcsökkenés = 81,8 %Míg a befektetett energia a 16-od részére, azaz 6,25 %-ra csökkent, addig a gáztermelés csak 81,8%-ra esett vissza!Ezek szerint a hatásfok növekedés impulzusok esetén:∆η = ηi / η=∆η = (Vi/Pi)/(V=/P=) = [Vi/(P=/16)]/(V=/P=) = 16*(Vi/V=)∆η = 16 * 45/55 = 13,09 ≅ 13.Ezt a 13,09-szoros hatásfok növekedést vessük össze az el z kísérlet végén kapott 12,99-szoroshatásfok növekedéssel! Nagyon közeli ez a két érték!Kiértékelés:Az 5. kísérlet meger sítette a 4. kísérletbeni feltevésünket, miszerint az elektrolizáló általszolgáltatott feszültség növeli az elektrolízis hatásfokát, tehát a számításaink helyesnekbizonyultak! 178
    • De miért okoz ez az eltárolt feszültség hatásfok-növekedést? Erre az lehet a magyarázat, hogy azelektrolízis beindításához a vízmolekulákat polarizálni kell. Ehhez energiát kell befektetnünk, s avízbontáshoz szükséges energia még ezen felül szükségeltetik. Mikor azonban az elektrolizálófeltölt dött egy bizonyos szintre, akkor a molekulák már állandóan beálltak a megfelel módon,állandó a polarizációjuk, így erre már nem kell energiát fordítanunk.Ez ugyanakkor azt is feltételezi, hogy egyenáramú vízbontáskor is sokkal jobb a hatásfok, mintahogy azt eddig hittük, hiszen akkor is jelen van ez a feltölt dési folyamat, csak akkor ezt nemlátjuk még oszcilloszkóppal sem!6. kísérletA 4. kísérletben ismertettük az elektrolizálóra kapcsolt jelalak négy fázisát, de részletesen csak azels fázist elemeztük ki. Ebben a kísérletben az impulzus lefutó élét követ negatív irányút impulzussal és az általa gerjesztett lecseng hullámmal foglalkozunk behatóbban.Az impulzus kikapcsolásakor egy nagyon rövid id re a feszültség leesik -0,4 V-ra, (lásd a 7. ábrán)de az áram iránya is megváltozik és egy nagy érték , ellentétes polaritású t impulzus jelentkezik azelektrolizáló kapcsain. (lásd a 13. ábrát)Határozzuk meg ennek a t impulzusnak a teljesítményét!A feszültség az impulzus kikapcsolásakor közönséges kondenzátor esetén el ször hirtelencsökkenni kezd, majd ez a csökkenés mérsékl dik és lassabban kezd közelíteni a 0 V-hoz. Eztmutatja a 12.a. ábra. 179
    • 12. ábra. A közönséges kondenzátoron mérhet feszültség alakjaHa ehhez egy állandó érték egyenfeszültséget (Ue) is kapcsolunk, akkor a 12.b. ábrán láthatójelalakot kellene kapnunk.Ezzel szemben a vízbontónál egy t impulzus jelenik meg az enyhe lefutó él helyett, mely azegyenfeszültség ellen hat. Ha ez az egyenfeszültség nem lenne jelen, akkor negatív irányúfeszültségimpulzust látnánk, így azonban csak egy -0,4 V-os kis csúcsot láthatunk a 0 V-os szintalatt. Az impulzus amplitúdója ezek szerint Ui_ki = -Ue - 0,4 = -7 - 0,4 = -7,4 V. Mivel azonban eztnem tudjuk teljes mértékben hasznosítani, így csak a -0,4 V-os értékkel számolhatunk, de annak iscsak a 80 %-ával, lévén ez nem egy tiszta négyszög alakú impulzus.Tudjuk, hogy az impulzus ideje 0,4 µs, így az effektív feszültségérték:Ue = Ui*0,8*ti/T = -0,4V * 0,8 * 0,4 µs/24 µs = -0,0053 VÉrdekességképpen határozzuk meg, mekkora ennek a t impulzusnak a tényleges effektívfeszültsége:Ue¨ = Ui_ki*0,8*ti/T = -7,4V*0,8*0,4 µs/24 µs = -0,098 VA következ ábrán a söntön mért áramimpulzust láthatjuk. 180
    • 13. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön, kiemelve a negatív irányút impulzustAz áram esetében teljesen egyértelm volt a negatív irányú t impulzus értéke. Az áramimpulzusamplitúdója Ii = -1,2 V / 0,01 Ω = -120 A, a hossza pedig 0,4 µs. Mivel ez szintén nem négyszögalakú, így csak a jel 80 %-át vesszük figyelembe.Az impulzus effektív értéke ezek szerint:Ie = Ii*0,8*ti/T = -120 A * 0,8 * 0,4 µs/24 µs = -1,6 AA t impulzus effektív, általunk is hasznosítható teljesítménye ezek alapján:Pe = Ue * Ie = -0,0053 V * -1,6 A = 0,00848 WAz impulzus teljes teljesítménye pedig:Pe¨ = Ue¨ * Ie = -0,098 V * -1,6 A = 0,1568 WMivel a Pe értéke nagyon kicsi, azt is mondhatnánk, hogy nem érdemes ezzel foglalkozni. Azonbanaz Ii nagyon nagy, s t ez még növekszik is a víz vezet képességének a növekedésével, s ez akártönkre is teheti a FET-eket. Ezért próbáltuk meg valahogy megsz ntetni ezt a t impulzust. 181
    • Els próbálkozásként sorba kötöttünk az elektrolizálóval egy diódát, ami képes volt elviselni ezeketa nagy áramokat is. Ez azonban nem vezetett eredményhez, mivel ennek az impulzusnak a forrásanem az akkumulátor volt, hanem az elektrolizáló, s így a dióda átengedte mind az akkumulátorpozitív irányú, mind pedig az elektrolizáló negatív irányú áramát.Második próbálkozásként fojtótekercset kötöttünk sorba az elektrolizálóval. Ekkor az történt, hogyaz elektrolizálóra jutó áram radikálisan lecsökkent, a feszültség pedig megn tt, vagyis egy áram-feszültség átalakítót kaptunk. Ezen kívül a lecseng hullámok periódusideje is megn tt. Tehátminden változott, csak az a negatív irányú áramimpulzus maradt a régi.Végül az egyik Olvasó, Vferi javasolta, hogy kössünk párhuzamosan az elektrolizálóval egy diódátúgy, hogy az a normál impulzus idején zárjon, a negatív irányú t impulzus idején viszont nyissonki, ezáltal rövidre zárva a számunkra káros t impulzust. A 3. ábrán ezt a Dcs diódát kék színnelrajzoltuk be.Ez m köd képes ötletnek látszik, de ezt már nem tudtuk kipróbálni, mert közben a második, Istvánáltal kölcsönadott oszcilloszkóp is elromlott. Nem mérési hiba okozta a két szkóp meghibásodását,mivel kis feszültségek és nagyon kis áramok lettek a szkópok bemenetére vezetve. Inkább amatuzsálemi koruk miatti végelgyengülés következtében romolhattak el.Ha megsz nik ez a negatív t impulzus, akkor nem fog kialakulni a harmadik fázisként jellemzettlecseng hullám se és a FET-ek se lesznek életveszélyben.Megjegyzés: Ezek a negatív irányú t impulzusok nem jelennek meg, ha csak tiszta vizethasználunk elektrolit (Trisó vagy más anyag, pl. NaOH) nélkül. Ezt mutatja be a 14. ábra. 182
    • 14. ábra. Az elektrolizáló kapcsain mérhet feszültség tiszta víznélTiszta vizet azonban azért nem használhatunk, mert annak a vezet képessége elenyész , ígymindenképpen megoldandó feladat a negatív irányú t impulzus megszüntetése.A kísérletek összefoglalásaAz itt bemutatott kísérletek alapján bizonyítottnak tekinthet a Kanarev professzor által ismertetettjelenség, mely szerint 100 %-nál jobb hatásfokon is lehet vizet bontani.Már a múlt nyáron elvégzett kísérleteink közül a 8. kísérletnél is megfigyeltük azt, hogy a 83,3 %-os kitöltési tényez j impulzus esetén alacsonyabb volt a hatásfok, mint a 44,4 %-os kitöltöttségimpulzusnál. Az ottani méréseinknél csak multimétert használtunk, de már így is észlelhet volt ahatásfok növekedése.Az is tény, hogy Kanarev kísérleteiben a hatásfok jóval meghaladta az általunk elért 360 %-ot, deennek oka az impulzusok kitöltési tényez jében keresend . Míg Kanarev 3 %-os t impulzusokkalkísérletezett, addig mi 25 %-osakkal. Ebb l viszont már egyenesen következik az, hogy az impulzusszélességének a csökkentésével tovább tudjuk növelni a hatásfokot. Itt csak azt a tényt kell 183
    • figyelembe vennünk, hogy a keskenyebb impulzusok kevesebb gázt termelnek egységnyi id alatt,igaz ugyan, hogy jobb hatásfokkal. Ezért az impulzusok áram és/vagy feszültség amplitúdóját megkell növelnünk a keskenyebb impulzusoknál ahhoz, hogy elérjük a kívánt gázmennyiséget.Ezt ismételten csak kísérletekkel tudjuk majd eldönteni.Van azonban már három szkópos adatunk, melyek különböz kitöltési tényez j impulzusokalapján kerültek meghatározásra. Az els kett mérést mi végeztük el, a harmadikat pedig Kanarevprofesszor. A mérések eredményét a 6. táblázatban foglaltuk össze: Kitöltés Hatásfok 100 % 27,7 % 25 % 360,0 % 3% 190 322,6 %6. táblázat a kitöltési tényez és a hatásfok viszonya15. ábra. A 6. táblázat grafikus ábrázolása 184
    • Egyértelm en látszik, hogy a kitöltési tényez csökkentésével drasztikusan növelhet a hatásfok.Csak emlékeztet ül, Horváth István a vízautójában 0,6 %-os kitöltési tényez j impulzusokathasznált (lásd itt) és könny szerrel termelt kis energia-befektetéssel annyi gázt, hogy a 4000 cm3-esautóját bármilyen útviszonyok között használhatta. Ha Kanarev 3 %-os kitöltési tényez jimpulzussal el tudott érni több mint 190 000 %-os hatásfokot, akkor 0,6 %-os kitöltési tényez velennél csak sokkal jobb lehet a hatásfok.De honnét ez a bámulatosan jó hatásfok a t impulzusok esetén?Ha jobban belegondolunk, a jelenlegi elektrotechnikai és elektronikai berendezések túlnyomórésztszinuszos jelalakkal dolgoznak (er m vek áramgenerátorai, kis- és nagyfrekvenciás oszcillátorok,transzformátorok, rádiók stb.) A szinusz hullám fokozatosan "nyomja" az elektromágneses teret,ezáltal az csak kis mértékben hat vissza. A mérnökök célja pontosan az volt, hogy ez a visszahatás alehet legkisebb legyen, ezáltal a veszteségeket is a minimumra lehet csökkenteni.Képzeljünk el egy labdát, amit a tenyerünkkel nyomunk lefelé. Minél nagyobb er vel nyomjuk alabdát, az annál nagyobb er vel hat vissza. Ha elengedjük a labdát, akkor az a befektetett energiátadja vissza (mínusz a veszteségek). Most ugyanezt a labdát nyomjuk egy hegyes t vel. Mi történik?Kis er hatására is már kilyukad a labda, s onnét nagy er vel, jóval nagyobbal, mint amekkorávalnyomtuk a t t, kiáramlik a leveg . Ez tehát egy korlátos idej ingyenenergia gép.Ha ezt a hasonlatot átvisszük a nullpontenergiára, akkor azt tapasztaljuk, hogy ennek az energiánaka megcsapolására egy t impulzust kell használnunk. Ez a t impulzus megnyitja egy helyen ezt anullpontenergiát elválasztó "réteget", s onnét több energia áramlik kifelé, mint amennyi at impulzusban rejlik. A folyamat azonban egyensúlyra törekszik, ezért egy bizonyos (nagyon rövid)id elteltével ez a "lyuk" "beheged", így több energia onnét nem áramlik. Ha azonban ezt afolyamatot állandósítjuk, akkor egy állandó ingyenenergia forráshoz jutunk. Természetesen nincsszó semmiféle anyagi rétegr l, inkább er terekr l beszélhetünk. Minden atom és az ket alkotórészecskék saját er térrel rendelkeznek. Mivel azonban ezek a részecskék nem anyagok, hanemenergias r södések, energiahullámok, ezért ezen energias r södések "logikai" szélét és ezáltal aformáját változtatjuk meg.Egy t átmér je azonban nagyon kicsi, így az általa ütött lyukon kiáramló energia se lehet sok.Ezért tapasztaljuk azt, hogy ha csökkentjük az impulzus szélességét az elektrolízis során, akkor 185
    • kevesebb gáz termel dik egységnyi id alatt. A keskenyebb impulzus keskenyebb lyukat fúr azéterbe, ezért onnét is csak kisebb átmér j lyukon tud beáramolni az energia. Ezt kompenzálandónövelni kell a lyukak számát (nem az átmér jét). Ezt a "lyukszám" növelést az áramer sség és/vagya feszültség növelésével tehetjük meg.Ehhez még adjuk hozzá azt a fontos tényt, hogy ha ezek a t impulzusok egy bizonyos frekvenciánbombázzák a vizet, akkor a vízbontás hatásfoka még jobban növekszik!További lehetséges kísérletekCsak ötletadónak a továbblépéshez, pár elképzelés a kés bbi lehetséges kísérletekre vonatkozóan: • Kipróbálni Vferi javaslatát a vízbontóval párhuzamosan kapcsolt diódával • Különböz kitöltési tényez k mellett mérni a hatásfokot • Növelni az áram és feszültség amplitúdók értékét és így mérni a hatásfokotA fogyasztók energiaszükségletének kiszámításaMiel tt azon kezdenénk el gondolkodni, hogy hogyan állíthatjuk el az ingyenenergiát, tisztábankell lennünk a házunkban lév fogyasztók energiaszükségletével. Minden átlagos háztartásban vanh t szekrény, mosógép, sajnos van TV is, néhol nem is egy, használunk vasalót, hajszárítót,elektromos t zhelyet, mikrohullámú süt t, vannak izzólámpák, s t már szinte minden háztarásbanvan számítógép is.Nagyon fontos, hogy gondosan számoljuk ki a szükséges energiafogyasztást. Arra is ügyeljünk,hogy a fogyasztást a minimálisra csökkentsük.Tájékoztató adatokA következ táblázat abban segít, hogy ki tudd számolni a háztartásodban lév elektromosfogyasztók teljesítményszükségletét. Ehhez tudnod kell, hogy az egyes fogyasztóknak mekkora ateljesítményfelvétele, melyet wattokban mérünk. Ezeket az adatokat a készülék hátoldalán 186
    • használjuk egyszerre az összes fogyasztónkat. A következ részben azt vizsgáljuk meg, hogymennyi energiát kell tudnia a rendszerünknek biztosítania a csúcsid kben.Energiafogyasztás a csúcsid kbenA valóságban úgy kell megtervezni a háztartásod energiaellátását, hogy a csúcsid ben felhasználtteljesítményt le tudja adni. Három különböz csúcsid van egy átlagos háztartásban: reggeli, esti éshétvégi. Mind a három esetre számold ki az energiafogyasztásodat, majd a legnagyobbat vesszükalapul a kés bbiekben. Gondolj arra is, hogy az egyszer bb és olcsóbb kialakítás érdekébenkülönböz fogyasztókat egymás után is használhatsz, például el ször felmelegíted a teavizet, utánaa mikrosüt ben az ételt, majd a hajszárítót, mosogatógépet használod. Ha azonban úgy gondolod,hogy egyszerre akarsz használni minden fogyasztót, azt is megteheted, de akkor a rendszeredfeleslegesen túl lesz méretezve. Gondolj bele: az energiaellátó rendszerednek olyannak kell lennie,hogy a csúcsid ben is el tudja látni energiával a fogyasztóidat. De ez a csúcs mondjuk naponta egy-két óráig tart, a fennmaradó id ben azonban ennek a töredékére van csak szükséged. A berendezésneve mellett látható kis négyszögre kattintva kijelölheted azokat a fogyasztókat, amiket nem akarszegy id ben használni. Ezáltal az inverter és az akkumulátorok kisebb teljesítmény ek lehetnek, amijelent sen olcsóbbá teszi (100000 Ft-okban értsd) az energiaellátó rendszeredet, bár az összesítettenergiafogyasztás, amit Wh-ban mérünk nem változik. Az összesítésnél így kétféle fogyasztástkapsz: az egyik érték azt mutatja, mekkora az a maximális fogyasztás, amit a fogyasztók nemegyidej használatával érsz el, a másik (zárójelben lév ) pedig a teljes fogyasztást mutatja, amikorminden felsorolt berendezést egy id ben használsz. Játsszál el a lehet ségekkel, mindentkipróbálhatsz és válaszd ki az igényeidnek legjobban megfelel megoldást.Az itt következ táblázatokban az üzemid t percekben add meg, ellentétben a 2.Táblázattal, aholórákban számoltunk. Ha a csúcsid ben is m ködik a h t szekrény és/vagy a fagyasztóláda (és eznagyon valószín ), akkor ott a csúcsid teljes tartományában számolj. Ha például a reggeli csúcsidegy óra, akkor 60 percet írjál a h t szekrénynek, de a teaf z nek csak 2-3 percet, attól függ en,mennyi ideig használod azt ténylegesen.Reggeli csúcsfogyasztás 190
    • 2000 W 450.000 - 750.000 Ft 5500 W 2.500.000 - 2.900.000 Ft1.Táblázat. A kereskedelemben kapható inverterek teljesítményei és áraiMint látod, az árak exponenciálisan növekednek a teljesítmény függvényében. Azt sajnos nem lehetmegoldani, hogy mondjuk két vagy több 1000W-os invertert párhuzamosan kötünk, ezzel növelveaz össz teljesítmény, mivel a kimeneten már váltakozó feszültségek vannak, melyek összesítéséheznagyon pontosan kéne azok fázisát illeszteni.Ha ennyiért kellene venned egy invertert, Te megvennéd? Én nem. De akkor mit tehetünk?Építsünk magunk egy invertert, vagy kérjük meg az elektronikához ért barátunkat, hogy segítsenbenne. Látni fogod, hogy az itt felt ntetett áraknak csak töredékébe fog kerülni a saját készítésinverter.Az itt következ átalakító ugyan 100 wattos, de ezt könnyen átalakíthatod 1000 vagy akár 5000wattossá is. Hogy hogyan, azt majd ennek a viszonylag kisteljesítmény inverternek az ismertetéseután tudhatod meg. Hogy miért nem mutatok be egyb l egy nagyteljesítmény invertert? Azért,mert az itt ismertetett kapcsolást a szerz je, Seiichi Inoue japán villamosmérnök nagyon részletesenismertette, s t sok apró kis részletre is kitért, melyek a megépítést nagyon megkönnyítik.Építsél saját invertertAz általam készített inverter kapcsolóként MOS FET-eket használ. Abból indultam ki, hogy ezt akészüléket autóakkumulátor táplálja, tehát a bemeneti feszültség 12 volt. A kimeneti feszültség 100volt, de a bemeneti és a kimeneti feszültségek szabadon változhatnak, hiszen mindez atranszformátortól függ. Ha 220 voltra van szükséged, akkor használj olyan transzformátort,amelynek a primertekercse 220 voltra lett tervezve, a szekundertekercse pedig 12 voltra. Énközönséges transzformátort használtam, de ebben a kapcsolásban a primer és a szekunder oldalakfel vannak cserélve, azaz a primer oldal most a 12 voltos bemenet lesz (mely eredetileg a trafókimenete volt), a szekunderoldal pedig a 220 voltos kimenet (mely eredetileg a trafó bemenetevolt). Egy 12V-10A-es transzformátort használtam, így az inverter maximális teljesítménye 120VA(kb. 100 W). 193
    • Az inverterA kimeneti hullámforma négyszög alakú. Tapasztalatom szerint ez szinte minden elektromosberendezéshez megfelel, nincs szükség tiszta szinuszos hullámformára.Kapcsolási rajzA 100 wattos inverter kapcsolási rajza 194
    • A viszonylag nagy áramok miatt a vastag vonallal jelölt részeket nagyobb átmér j vezetékekb lkell készíteni. A biztosíték használata elengedhetetlen, mivel az oszcillátor leállásakor nagybemeneti áramok keletkeznek.Huzalozási rajzA vezérl áramkör huzalozási rajza (vezeték fel li oldal)Az elkészített vezérl áramkörAz áramkör m ködésének leírása • Négyszöghullám oszcillátor 195
    • Ez egy CMOS típusú logikai "NEM" kapukat tartalmazó négyszögjel oszcillátor. Az oszcillátor kimenete a meghajtó áramkörökhöz szintén logikai "NEM" kapukon keresztül kapcsolódik, de a váltakozó áram ellentétes fázisait is ezek a logikai "NEM" kapuk hozzák létre. A nem használt logikaikapukat a nemkívánatos negatív hatások elkerülése érdekében földeld le. Az oszcillátorfrekvenciáját a következ képpen határozhatjuk meg:f = 1 / ( 2.2 * C * R )ahol:f : Az oszcillátor frekvenciája (Hz)C : Kapacitás (F)R : Ellenállás (ohm)Az ellenállások és a kondenzátor értékét a következ képpen határoztam meg. Az volt a célom, hogyaz oszcillátor frekvenciáját 50 Hz-re vagy 60 Hz-re lehessen beállítani a potenciométerrel (P1).Mivel a tényleges áramkör elemei bizonyos t réshatárok között változnak, ezért az itt kiszámítottértékek csak referenciák. Minimális frekvencia Maximális frekvencia f = 1/( 2.2 * C * R ) f = 1/( 2.2 * C * R ) = 1/( 2.2 * 2.2 * 10-6 * 4.2 * 103 ) = 1/( 2.2 * 2.2 * 10-6 * 2.2 * 103 ) = 1/( 20.328 * 10-3 ) = 1/( 10.648 * 10-3 ) = 49.2 Hz = 93.9 HzA tényleges áramkörön végzett mérések alapján a minimális frekvencia 43.6 Hz, a maximálisfrekvencia pedig 76.6 Hz volt. • A FET-es meghajtó áramkör Mivel a TTL áramkörb l álló oszcillátor kimeneti feszültsége csak 0V és 5V között váltakozik, ezért ezt 0V 196
    • és 12V közötti váltakozó feszültséggé kell alakítani, amit például egy FET-tel tudunk elvégezni. Eznem egy különleges áramkör. • A teljesítmény kapcsoló MOS FET áramkör A kapcsoló áramkör a DC/AC inverter legfontosabb áramköre. Én teljesítmény- kapcsolónak C-MOS FET áramköröket használtam. A C-MOS FET elnevezés a Complementary (kiegészít , komlemens) MOS FET rövidítése. AC-MOS FET áramkör egy P-csatornás és egy N-csatornás MOS FET kombinációja. Amikor abemeneti jel L szint , akkor a P-MOS FET kerül bekapcsolt állapotba, amikor pedig a bemenet Hszint , akkor az N-MOS FET. A C-MOS FET áramkörben az N-MOS FET és a P-MOS FETmindig egymással ellentétes m veletet hajt végre.Ennek az áramkörnek egy nagyon fontos jellemz je, hogy viszonylag nagy áram vezérlésérealkalmas. Amikor a bemenet L szinten van, akkor a kimenet a P-MOS FET-en keresztülkapcsolódik a tápra és H szint vé válik, amikor pedig a bemenet H szinten van, akkor a kimenet azN-MOS FET-en keresztül kapcsolódik a földre. A kimenet és bemenet fázisai ellentétesek.A MOS FET árama már akkor megsz nik, mikor a "gate" feszültsége még nem érte el a 0 V-ot. Eza küszöbfeszültség a FET típusától függ en változhat, de az áram már akkor kikapcsol, mikor a"gate" feszültsége 1-2 V alá esik. Ennek köszönhet en a C-MOS áramkörben a P-MOS FET és azN-MOS FET sohase kerül egyszerre bekapcsolt állapotba.A két C-MOS FET áramkört ellenfázisú jelek vezérlik. 197
    • Amikor a TR3 és TR4 bemenete L szinten van, a TR5 és TR6 bemenete pedig H szinten van, akkora TR3 és a TR6 bekapcsolt állapotba, a TR4 és TR5 pedig kikapcsolt állapotba kerül. Így azelektromos áram az "A" ponttól a "B" pont felé folyik a transzformátor 12V-os bemenetén.Amikor a bemeneti jelszintek ellentétesek, akkor a TR3 és a TR6 kikapcsolt állapotba, a TR4 ésTR5 pedig bekapcsolt állapotba kerül. Így az elektromos áram a "B" ponttól az "A" pont felé folyika transzformátor 12V-os bemenetén.Az itt említett feltételek bármelyike folytatódhat, mikor az oszcillátor leáll, aminek következtébennagy áram kezd el folyni a transzformátor bemenetén. Ezért egy biztosítékot kell alkalmaznunk atranszformátor tekercsének a védelmében. • Az 5 V-os tápfeszültség áramköre Ez az áramkör végzi a feszültség +5V-os szabályozását. Nyugodtan használhatunk 100mA típusú szabályozót, mivel ez csak az IC1-et hajtja meg.Az alkatrészek rövid ismertetése 198
    • • Logikai "NEM" kapuáramkör IC az oszcillátorhoz ( 4069UB ) Ezt a logikai "NEM" kapuáramkört a 40-70Hz körüli négyszögjel el állítására használjuk. A 4069UB IC adatlapja • +5V-os feszültségszabályozó IC ( 78L05 )Ezt az IC-t arra használjuk, hogy a +12V-ból stabil +5V-ot állítsunk el . A 78L05 IC adatlapja • A teljesítmény tranzisztorokat meghajtó FET ( 2SC1815 )Ez a tranzisztor hajtja meg a C-MOS FET-eket az oszcillátor négyszögjeleivel. Az oszcillátorkimeneti feszültségét 0V és 12V közötti feszültséggé alakítja át.A 2SC1815 tranzisztor adatlapja • Teljesítmény MOS FET ( 2SJ471 )Ez egy P csatornás MOS FET.A maximális "drain" áram 30A. 199
    • Amikor a FET bekapcsolt állapotban van, a drain és a source közötti ellenállás 25 milliOhm. Ebb lkövetkez en 10A-es áram esetén a teljesítményveszteség 2.5 W.A 2SJ471 teljesítménytranzisztor adatlapja • Teljesítmény MOS FET ( 2SK2956 ) Ez egy N csatornás MOS FET. A maximális "drain" áram 50A. Amikor a FET bekapcsolt állapotban van, a drain és a source közötti ellenállás7 milliOhm. Ebb l következ en 10A-es áram esetén a teljesítményveszteség 0.7 W.A 2SK2956 teljesítménytranzisztor adatlapja • Transzformátor A következ jellemz i vannak az általam használt transzformátornak: Primer feszültség: 100V és 110V Szekunder feszültség: 12V Szekunder áram : 10AMéret : 100mm(Sz), 90mm(M) és 100mm(Átm.)Súly : kb. 2.5Kg(A többi alkatrész rajzát itt nézheted meg) 200
    • Az inverter összeszerelése • A teljesítménytranzisztorok elhelyezése a h t bordán A teljesítménytranzisztorok h t bordán történ elhelyezésekor a h elvonás szempontjait vettem figyelembe. A 2SJ471 bekapcsolt állapotban mért ellenállása 25 milliOhm, a 2SK2956-é pedig 7milliOhm. Tehát amikor ugyanakkora áram folyik keresztül mindkét MOS FET-en, akkor a 2SJ471-en négyszer több h keletkezik, mint a 2SK2956-on. Ezért helyeztem el a 2SJ471-es tranzisztorokata h t borda fels részére úgy, hogy több helyet biztosítottam a h elvonásra, mint a 2SK2956esetében. Mivel a h felfelé emelkedik, ezért a tranzisztorokat a borda alsó részén helyeztem el.Befestettem a szilikon alapú FET-eket a h jobb szétszórásaérdekében. Mind a 2SJ471, mind pedig a 2SK2956 öntött típusú,így nem kell szilikon lapot használni a szigetelésükre. Mivel a vezetékek vastagok, azokat linóleum szálakkal összekötöztem, így nem érnek hozzá a FET-ekhez és nem lógnak szanaszét a leveg ben. • Lyuk a tartóvason Egy négyszög alakú lyukat alakítottam ki a tartóvason, hogy a h t bordát és rajta a FET-eket könnyen rögzíthessem. A FET- eket 3 mm-es anyás csavarokkal er sítettem a h t bordához, a bordát pedig csapokkal a tartóvashoz. 201
    • • A bemeneti kábelek rögzítése A 12 V-os bemeneti kábeleket vezetékrögzít vel kötöm össze, mikor az invertert nem használom. Ehhez 0.5 mm vastagságú alumíniumlemezeket használtam, melyekhez oda lehet kötni a használaton kívül lév kábeleket.• A vezérl áramkör beszerelése Mivel a tartóvasat szinte teljesen betölti a transzformátor, ezért a vezérl elektronikát a tartóvas oldalára szereltem fel. • A bemeneti oldal vezetékezése Nagy odafigyelést igényelt az, hogy a linóleum szálakhoz ne érjen hozzá a forrasztópáka, mivel a vezetékek vastagok voltak, a hely pedig nagyon kicsi volt. Én egy 80W-os forrasztópákát használtam, mivel kisebb teljesítmény páka nem tudna elegend h t el állítani a vastag vezetékek forrasztásához. 202
    • • A kimeneti oldal vezetékezése A FET "drain" lábát közvetlenül a transzformátor csatlakozójára forrasztottam. Az egyes FET-ek "drain" lábait összeköthettem volna egymással a h t bordán is, de a sz k hely miatt ezt úgy oldottam meg, hogy minden egyes "drain"-re külön vezetéket forrasztottam és azokat kötöttem össze a transzformátor csatlakozójával.Az inverter teljesítményének kiértékeléseA tesztelés során áramforrásnak autóakkumulátort használtam, terhelésként pedig villanykörtéket.A tesztel áramkör rajzaAz akkumulátor nagyon alacsony bels ellenállása miatt nagy áramok (több mint 100A) folyhatnakkeresztül a csatlakozókon rövidzár esetén, ezért a rövidzár lehet ségét teljesen ki kell zárni! • A kimeneti teljesítmény méréseMegmértem a bemeneti feszültséget, a bemeneti áramot és a kimeneti feszültséget különbözfogyasztású izzólámpák esetén.Nagy terhelés esetén a kimeneti feszültség leesett. Az izzók teljesítményfelvétele változik afeszültség függvényében, így a tényleges fogyasztást a kimeneti feszültség alapján határoztam meg 203
    • feltételezve, hogy az izzó ellenállása nem változik. A valóságban azonban az izzó ellenállása azelektromos fogyasztástól függ en változik, így a mért eredmény nem teljesen pontos. A feszültségés áram alakja nem szinuszos, ez további hibákat eredményez. Mindezek ellenére úgy vélem, hogyezek nincsenek nagy hatással a mérés eredményére.Egy példa: 60W-os izzó esetében az izzó ellenállása V * V / W = 100 * 100 / 60 = 167 Ohm.(Feltételeztem, hogy ez az érték nem változik a feszültség függvényében.) 98 V-os feszültség eseténa fogyasztott teljesítmény V * V / R = 98 * 98 / 167 = 57.5 W.Az inverter teljesítményét jellemz görbék110W-os kimen teljesítménynél 10A bemen áramot vesz fel az inverter. Ez a maximálisanmegengedett teljesítmény ennél a berendezésnél, melynél a kimeneti feszültség 90V-ra esik le.Tovább növelve a fogyasztók teljesítményfelvételét a kimeneti feszültség tovább esik, ezért úgygondolom, hogy ennek az inverternek a maximális terhelhet sége 120W. • A h mérsékletnövekedés méréseMegmértem a FET-ek h mérsékletnövekedését, mikor az inverter tartósan adta le a maximálisteljesítményt. A mérés helyének a h t borda azon részét választottam, ahol a FET-ek voltakelhelyezve. 204
    • A h mérsékletemelkedés görbéje • A kimeneti feszültség hullámformájaAz inverter kimenete négyszöghullám. A terhelés növekedésével a hullámforma a transzformátortekercseinek természetéb l adódóan valamelyest megváltozik. A változás a hullámforma felfutó éslefutó éleinél látható. Ugyanakkor úgy gondolom, hogy ezek a változások olyan csekélyek, hogynem kell velük foglalkozni. Nincs terhelés 60W-os terhelés 110W-os terhelésAz itt bemutatott inverter leírását innét vettem. 205
    • Az inverter teljesítményének megnöveléseMost pedig nézzük meg, hogyan lehet a fentebb ismertetett inverter teljesítményét megnövelni.Két dologtól függ az inverter teljesítménye: • a transzformátor terhelhet ségét l és • a T3, T4, T5 és T6 tranzisztorok teljesítményét lNézzük meg el ször a transzformátorok teljesítménynövelésének lehet ségét. A transzformátorteljesítménye a vasmag méretét l valamint a primer és szekunder tekercsek vezetékeinekátmér jét l függ. Nagyobb teljesítmény transzformátorokat már nem lehet készen venni, azokatúgy kell magunknak tekercselni vagy ezzel foglalkozó szakemberekt l megrendelni.Kétféle típusú vasmag van. A hagyományos szögletes E-I vasmag és a torroid alakú vasmag. Azutóbbi használata el nyösebb, mivel ott a hatásfok eléri a 95 %-ot is, míg az E-I alakú vasmagokhatásfoka jóval 90 % alatt van. Ekkora teljesítményeknél ez már nagyon sokat jelent. A hatásfok amágneses fluxus akadályoztatása miatt olyan alacsony az E-I alakú vasmagoknál. Ezt a következábrán is láthatod.A mágneses er vonalak haladása az E-I alakú és a torroid alakú vasmagoknálA tranzisztorok teljesítménye attól függ, hogy mekkora áramot tudnak tartósan átengedni magukonanélkül, hogy tönkremennének. Az is fontos paraméter, hogy mekkora a kimenetük nyitóirányúellenállása, mivel ez határozza meg azt a teljesítmény-veszteséget, ami h formájában távozik atranzisztorok felületér l. Minél kisebb ez az ellenállás annál kevesebb teljesítményt veszítünk atranzisztorokon és annál jobb lesz az inverterünk hatásfoka. 206
    • Ha például olyan tranzisztort választunk, amelynek az üzemi árama Id = 95 A és a kimenetiellenállása Rds(on) = 0.008 Ohm, akkor a tranzisztoron átfolyó áram teljesítményvesztesége Pveszt= U * I = R * I * I = 0.008 * 95 * 95 = 72,2 W. Mivel a fentebb ismertetett kapcsolásban egyszerremindig két tranzisztor van nyitva (TR3 és TR6 vagy TR4 és TR5), ezért ezt ateljesítményveszteséget még meg kell szoroznunk kett vel (azt feltételezve, hogy mindegyiknekegyforma a nyitóirányú ellenállása): Pveszt2 = 72,2 W + 72,2 W = 144,4 W. A maximálisteljesítmény, amit folyamatosan le tudnak adni a tranzisztorok: Pmax = U * Imax = 12 V * 95 A =1140 W. Ebb l le kell vonnunk a veszteségeket: Phaszn = Pmax - Pveszt2 = 1140 W - 144,4 W =995,6 W.Ha a transzformátor hatásfokát 95 %-osnak vesszük (torroid), akkor annak kimenetén Pki = Phaszn* 0.95 = 995,6 W * 0.95 = 945,82 W maximális teljesítmény vehetünk le.Amennyiben nagyobb teljesítményekre van szükségünk, akkor párhuzamosan köthetünk továbbitranzisztorokat, ezáltal növelve az átereszthet áramok nagyságát.Azt is megtehetjük, hogy két vagy több kisebb teljesítmény transzformátort párhuzamosan kötünk,mivel ebben az esetben a bemeneti áramok teljesen megegyez fázisban vannak, így a kimenetenösszegezve azok egymást er sítik.A h t borda méretezéseAz inverter nagy bementi áramokkal dolgozik, ami még a tranzisztorok nagyon kis kimenetiellenállása mellett is jelent s teljesítményveszteséget okoz, mely h formájában távozik atranzisztorok felületér l. Ahhoz, hogy károsodás nélkül tartósan üzemelhessenek a tranzisztorok,h t bordát kell alkalmaznunk, ami segít a keletkezett h gyorsabb és hatékonyabb elvezetésében.Elméletileg minél nagyobb a h t felülete, annál jobb, viszont a túl nagy felület túl drága ésfeleslegesen nagy helyet foglal el. Ezért fontos, hogy pontosan kiszámítsuk a szükséges felületet.Miel tt a megfelel h t borda kiválasztásáról szó esne, jöjjön egy kis elmélet.Azt a maximális h t, amit a félvezet h tés nélkül is el tud vezetni, Q-val jelöljük (esetleg Pch-val)és wattban adjuk meg. Ezt az értéket a félvezet adatlapjáról olvashatjuk le. A h elvezetéskülönböz h ellenállású anyagokon keresztül történik. Ezt egy áramkörként lehet elképzelni, aholaz áram a vezet egyik végéb l a másikba folyik különböz ellenállásokon keresztül. A h ellenállásáramkörét a következ ábra szemlélteti. 207
    • A h ellenállás áramköreahol: • Tj - a félvezet maximálisan megengedett h mérséklete °C-ban. Ezt az adatlapról olvashatjuk le, de általában 115°C és 180°C között változik. Néha Tch-val is jelölik. • Tc - a félvezet tokjánál maximálisan megengedett h mérséklete °C-ban. • Ts - a h t borda maximálisan megengedett h mérséklete °C-ban. Ez, akárcsak a Tc esetében a tokhoz legközelebbi helyen mért maximális megengedett h mérséklet. • Ta - környezeti h mérséklet °C-ban.Ha tudjuk az adott h vezet közeg két végén a h mérsékleteket, akkor meg tudjuk határozni aközeg h ellenállását:R= T/Q • Rjc - a félvezet és a tok közötti h ellenállás = ( Tjc)/Q = (Tj - Tc)/Q • Rcs - a tok és a h t borda közötti h ellenállás = ( Tcs)/Q = (Tc - Ts)/Q • Rsa - a h t és a környezet közötti h ellenállás = ( Tsa)/Q = (Ts - Ta)/QAz Rjc értéke adott, azt nem tudjuk megváltoztatni. A pontos értékét a félvezet adatlapjatartalmazza.Az Rcs értékét gyakran felületi h ellenállásnak is nevezik. Ennek értéke attól függ, hogy hogyanérintkezik a tok a h t borda felületével. Bizonyos illeszt anyagok vagy ken anyagok használatávalezt az értéket jelent sen lecsökkenthetjük, mivel akkor nagyobb felületen érintkezik a tok ah t bordával.Az Rsa a h t borda h ellenállása. Ez az az érték, amit egyértelm en mi határozunk meg. 208
    • A h t borda kiválasztásánál els lépésként a kívánt Rsa értékét határozzuk meg a következképlettel:Rsa = ( ( Tj - Ta ) / Q ) - Rjc - RcsEbben az egyenletben a Tj, a Q és az Rjc a gyártó által megadott paraméterek, a Ta-t és az Rcs-tviszont mi határozzuk meg.A Ta értéke tipikusan 35 és 45°C között van, ha a h t felület a szabad leveg vel érintkezik és 50 -60°C közötti, ha valamilyen más, h t termel készülék van a közelében.A felületi ellenállás ( Rcs ) értéke az érintkez felületek simaságától, laposságától, az alkalmazottszerelési nyomástól (amit a rögzít csavar feszítése határoz meg), a csatlakozó felületeknagyságától és természetesen az illeszt anyag típusától és vastagságától függ. A pontos értékétnagyon nehéz meghatározni, de a h t borda adatlapján lev értékekkel számolhatunk. A következtáblázat néhány tipikus anyag felületi h tulajdonságait mutatja be. Anyag Vezet képesség Vastagság Rcs There-O-Link 0.010 W/°C 0.002 inch 0.19 °C/W Thermal Compound High Performance 0.030 W/°C 0.002 inch 0.07 °C/W Thermal Compound Kon-Dux 0.030 W/°C 0.005 inch 0.17 °C/W A-Dux 0.008 W/°C 0.004 inch 0.48 °C/W 1070 Ther-A-Grip 0.014 W/°C 0.006 inch 0.43 °C/W 1050 Ther-A-Grip 0.009 W/°C 0.005 inch 0.57 °C/W 1080 Ther-A-Grip 0.010 W/°C 0.002 inch 0.21 °C/W 1081 Ther-A-Grip 0.019 W/°C 0.005 inch 0.26 °C/W A-Phi 220 @ 20psi 0.074 W/°C 0.020 inch 0.27 °C/W 1897 in Sil-8 0.010 W/°C 0.008 inch 0.81 °C/W 1898 in Sil-8 0.008 W/°C 0.006 inch 0.78 °C/W2.Táblázat. Néhány tipikus h t borda h tulajdonságaiAmikor minden adat a rendelkezésünkre áll, akkor meghatározhatjuk azt a maximális Rsa értéket,amellyel egyenl vagy annál kisebb lehet a h t borda h ellenállása. 209
    • Példaként vegyük a 2SK2956 MOS FET-et, melynek adatlapját itt láthatod. A Q (Pch) értéke 35 W,a Tj (Tch) értéke 150 °C. Környezeti h mérsékletnek (Ta) vegyünk 35 °C-ot. Az Rjc nincsmegadva, de vehetünk egy tipikus értéket, mely 1.5 °C/W. A h t bordák közül az "1897 in Sil-8"-ból készültnek a legnagyobb a h ellenállása (0.81 °C/W). Ezek szerint a h t borda maximálisanmegengedett h ellenállása:Rsa1 = ((Tj - Ta)/Q)-Rjc-Rcs = ((150-35)/35)-1.5-0.81 = 0.97 °C/W.Ha viszont az érintkez felületeket valamilyen felületi illeszt vel töltjük ki, akkor a h ellenálláslecsökkenhet akár 0.07 °C/W-ra is. Ez a felületi illeszt általában valamilyen termál zsír, dehasználhatsz gépzsírt is. A lényeg az hogy az egyenetlen felületek között keletkez légréseketvalamilyen, a h t jól vezet anyaggal töltsük ki. A h t borda maximálisan megengedetth ellenállása 0.07 °C/W esetén:Rsa2 = ((Tj - Ta)/Q)-Rjc-Rcs = ((150-35)/35)-1.5-0.07 = 1.71 °C/W.És akkor most nézzük meg, hogyan választhatjuk ki a szükséges méret h t bordát.A h t bordát általában a h t felületének a nagyságával jellemezzük, és ezt az adatlaprólolvashatjuk le. Azonban van egy másik elterjedt mód is, méghozzá a térfogat meghatározása. Akövetkez ábra azt mutatja be, hogy hogyan aránylik a h ellenállás (Rsa) a h t borda térfogatához.Mivel ez az ábra a különböz típusú és formájú h t bordák átlagával számol, ezért az eredménycsak megközelít leg pontos, de a céljainknak megfelel. 210
    • A térfogat az adott test magasságának, szélességének és hosszúságának a szorzata. Tehát ha tudjuka borda szélességét és magasságát, akkor meghatározhatjuk a hosszúságát is.Az ábrából láthatjuk, hogy az általunk meghatározott Rsa1 = 0.97 °C/W maximális h ellenállást kb.900 cm3-es h t borda térfogattal érhetjük el. Ha a h t bordánk szélessége 10 cm, a magasságapedig 3 cm, akkor a hosszúságának 900 /( 10 * 3 ) = 30 cm-nek kell lennie.Ha azonban az érintkez felületeket vékonyan bekenjük gépzsírral és nagyon jól megszorítjuk aMOS FET-et a h t bordához er sít csavart, akkor elérhetjük, hogy a felületi ellenállás Rcslecsökken 0.07-re, ami Rsa2 = 1.71 °C/W-os maximális h ellenállást eredményez. A fenti ábrábólláthatjuk, hogy ezt kb. 450 cm3-es h t borda térfogattal érhetjük el. Ha a h t bordánk szélessége10 cm, a magassága pedig 3 cm (akár csak az el bbi példában), akkor a hosszúságának 450 /( 10 * 3) = 15 cm-nek kell lennie. Mint látjuk, a h t borda mérete a felére csökkent.A MOS FET-ek adatlapján olvasható Q (Pch) érték azonban arra értend , mikor maximális atranzisztoron folyó áram. Ha azonban 2 vagy több tranzisztort párhuzamosan kötünk, akkor az egytranzisztorra jutó áram már kisebb lesz, ezáltal a disszipálandó h mennyisége is lecsökken, ami ah t felület további csökkenését is lehet vé teszi. Ha a fenti példánál maradunk és 2SK2956 MOSFET-et vesszük alapul, akkor láthatjuk, hogy a tranzisztor maximálisan üzemi árama Id = 50 A. Hanekünk azonban mondjuk 60 A-ra van szükségünk, akkor 2 db 2SK2956-ot kell párhuzamosankötnünk. Ebben az esetben az egy tranzisztorra jutó áram csak 30 A lesz, ami a keletkezett h 211
    • Szinuszhullám el állításaAz itt tárgyalt inverter kimenetén négyszögjeleket kapunk. Ez teljesen megfelel szinte mindenhálózati fogyasztónak, beleértve a számítógépet és a TV készüléket is. Azonban egy kismódosítással ebb l a négyszögjelb l szinuszhullámot is el állíthatunk.A m ködési elv megértéséhez tudnunk kell, hogy a négyszögjel tulajdonképpen tisztaszinuszhullámok összessége. A négyszögjel frekvenciája megegyezik a legnagyobb amplitúdójúszinuszhullám frekvenciájával, a többi szinuszhullám pedig ennek az alapharmonikusnak afelharmonikusa, különböz fáziseltolásokkal.Ha tehát a négyszögjel helyett tiszta szinuszhullámra van szükségünk, akkor egy LC sz r t kellalkalmaznunk, mely kisz ri az összes felharmonikust és csak az alap szinuszhullámot hagyja meg.A sz r t a transzformátor 220 V-os kimeneti tekercse és a fogyasztók közé kell tennünk.A sz r rezonanciafrekvenciája az induktivitás és a kapacitás értékeit l függ:f = 1 / ( 2 * Pi * (L * C ) )Ebb l kifejezhetjük a kondenzátor kapacitását:C = 1 / ( 4 * Pi * Pi * f * f * L )Tudjuk, hogy 50 Hz-es szinuszos jelet szeretnénk kapni, ezért:C = 1 / (4*3,14*3,14*50*50*L) = 1 / ( 98696 * L )A tekercset nekünk kell elkészíteni, mivel az elektronikai boltokban kapható induktivitások csak kisáramokra lettek tervezve, ezért ha a 220 V-os kimenetre ilyen tekercset tennénk, az pillanatok alattelégne.A tekercset kb. 1 mm átmér j vezetékb l készítsük. Ilyen vezeték a hagyományos 220 V-os kábel,melynek az egyik erét használjuk csak. Az induktivitást a következ képlet alapján tudjukkiszámolni:L = ( µ * N * N * A ) / l 214
    • ahol:µ: a tekercs magjának mágneses permeabilitása. Mivel mi csak vasmag nélküli tekercset használunk, ezért a leveg permeabilitását vesszük alapul, melynek értéke 1.N: a tekercs menetszámaA: a tekercs keresztmetszete. Ezt az átmér b l számíthatjuk ki, azaz A = ( Pi * D * D)/4l: a tekercs hossza. Ezt a tekercs menetszáma és átmér je határozza meg, tehát l = N * Pi * DEzek szerint:L = ( N * N * 3,14 * D * D ) / ( 4 * N * 3,14 * D )L = ( N * D ) / 4Legyen a tekercs átmér je 20 mm (0.02 m), a menetszáma pedig 20. Ekkor:L = ( 10 * 0,02 ) / 4 = 0,05 H = 50 mHEzek szerint a szükséges kapacitás értéke:C = 1 / ( 98696 * L ) = 1 / ( 98696 * 0,05 )C = 0,0002026 F = 202,6 µFA kondenzátor kiválasztásakor figyelj arra, hogy a megengedett feszültsége meghaladja a 230 V-ot.A következ táblázatba beírhatod a tekercsed menetszámát és átmér jét (mm-ben!), eredményülpedig a tekercs vezetékének hosszát, induktivitását és kondenzátor kapacitását kapod meg. Menetszám Átmér Hossz Induktivitás Kapacitás menet mm NaN mm 0H 0F4.Táblázat. Az LC sz r adatainak kiszámításaAmennyiben tovább szeretnéd sz rni a kimen jelet, akkor még egy vagy két további LCsz r fokozatot is hozzácsatlakoztathatsz a kimenethez. 215
    • ÁrkalkulációMost pedig nézzük meg, hogy mennyibe kerülne ez a saját készítés inverter.Kezdjük a legdrágább alkatrésszel, vagyis a transzformátorral. Ennek ára a teljesítményfüggvényében változik. Az itt lév árlistából kit nik, hogy egy 200 VA-es trafó 20 euróba kerül(kb. 4800 Ft), egy 2000 VA-es trafó pedig 130 euróba (kb. 31000 Ft). Az árak növekedését figyelveegy 5500 VA-es trafó olyan 400 euróba (96000 Ft-ba) kerülhet.A négyszögjel generátorra 400-500 Ft-ot számolhatunk, a meghajtó fokozatra megint 400 Ft-ot, akimeneti fokozatra pedig a teljesítmény függvényében 3000-12000Ft-ot. A h t bordára ismételten ateljesítmény függvényében 2000-7000 Ft-ot vehetünk.Az LC sz r re számoljunk 400 Ft-ot (a nagyfeszültség kondenzátor miatt). Ehhez méghozzávehetjük a doboz anyagának költségét, a biztosítékot, csatlakozókat, melyekre számoljunk4000 Ft-ot.A következ táblázatban összehasonlíthatod, hogy a készen vett inverterek árai és a saját készítésinverterek milyen arányban vannak egymáshoz. Teljesítmény Ár (kész) Ár (saját) 200 W 35.000 - 55.000 Ft 15.000 Ft 400 W 35.000 - 55.000 Ft 18.000 Ft 1000 W 80.000 - 200.000 Ft 30.000 Ft 2000 W 450.000 - 750.000 Ft 42.000 Ft 5500 W 2.500.000 - 2.900.000 Ft 120.000 Ft5.Táblázat. A kereskedelemben kapható és a saját készítés inverterek árainak összehasonlításaUgye hatalmas a különbség? Az 5500 W-os inverternél már több, mint 20-szoros az árdifferencia.Az is egyértelm , hogy a legdrágább alkatrész a transzformátor, ráadásul azt nem lehet csak úgymegvenni egy elektronikai szaküzletben, hanem meg kell rendelni, ami már egy kicsit körülményesés id igényes, arról már nem is beszélve, hogy egy 5.5 kVA-es torroid transzformátor súlya elérhetia 40-45 kg-ot is. Ezért logikusan merül fel a kérdés, hogy meg lehetne-e építeni egy olyan invertert, 216
    • amely nem tartalmaz transzformátort. A válasz: igen, meglehet. Err l olvashatsz az itt következrészben.Transzformátor nélküli inverterMiel ttelkezdenénktárgyalni atranszformátornélküliinvertert, szeretném elmondani, hogy ez csak akkor használható, ha a terhelés állandó. Amennyibena különböz fogyasztókat ki-be kapcsolgatod, akkor ez a megoldás nem használható!A transzformátor arra kell, hogy az alacsony, 12-48V-os bemen feszültséget 220 V-os hálózati feszültséggé alakíthassuk. De feszültséget növelni nem csak transzformátorral lehet, hanem úgynevezett feszültségkétszerez kaszkádokkal is, melyek diódákból és kondenzátorokból állnak. A feszültségkétszerez m ködésielveEz az áramkör a bementi váltakozó feszültségnek körülbelül a kétszeresét adja a kimenetén.Mikor a bementen negatív feszültség jelenik meg, az elektromos áram a D1 diódán keresztül feltöltia C kondenzátort, melynek következtében a kondenzátor lemezein Vc feszültséget mérhetünk.Mikor a bementen pozitív feszültség jelenik meg, a bemeneti Vi feszültség és a feltöltöttkondenzátor Vc feszültsége összegz dnek és a D2 diódán keresztül jelennek meg a kimeneten. A Viés Vc feszültségek értéke a bementi váltakozó feszültség frekvenciájának függvényében változik.Vki = Vi + Vc 217
    • Ha nagy frekvenciákon m ködik az áramkör, akkor úgynevezett shottky diódákat kell alkalmazni,melyeknek nagyon gyors a kapcsolási ideje.A m ködési elv ismertetését innét fordítottam le.Nekünk azonban nem elegend kétszeres feszültségnövekedés, ezért a fentebb bemutatottfeszültségkétszerez t még ki kell b vítenünk. Az egyenirányított impulzusból, mely 0V és +VkiVolt között változik -Vki és +Vki között váltakozó feszültséget kell el állítanunk. Ezt egy újabbkondenzátor beiktatásával tehetjük meg, mely a D2 diódán keresztül a pozitív bemenetifeszültséggel tölt dik fel. Ezt mutatja be a következ ábra.Mint látod, a kimeneti feszültség pozitív amplitúdója a Vi és a Vc1 összege, míg a negatív amplitúdó a Vi´és a Vc2 összege. Ez az áramkör mind a pozitív, mind pedig a negatív félhullám amplitúdóját nagyjából a kétszeresére növeli. Amennyiben további feszültségnövelésre van szükségünk, úgy még annyi kaszkádot kötünk sorba, hogyazok kiadják a szükséges kimeneti feszültséget. A következ kaszkád negatív bemenetét a "Köv."-vel jelzett kimenetre kell kapcsolnunk, a pozitív bemenetet pedig az el z kaszkád pozitívkimenetére. Ezt a következ ábrán is láthatod.Annyi kaszkádot rakhatsz össze, amennyi csak kell. A kimeneten kapott feszültség az Ube bemenetifeszültség n-szerese, ahol "n" a kaszkádok száma. A valóságban azonban a diódák nyitóirányúellenállása nem nulla, tehát valami veszteség minden diódán létrejön, ezért úgy kell számolnunk,hogy egy kaszkádnál a kimeneti feszültség a bemeneti feszültség 1.9 szerese, nem pedig kétszerese.A kimeneti feszültség ennek megfelel en:Uki = Ube + ( Ube * 0.9 * n )Ebb l n-t kifetezve:n = ( Uki - Ube ) / ( Ube * 0.9 )Ha például 48 V-os a bemeneti feszültség, akkor:n = (220 - 48) / (48*0.9) = 3.98 => 4 218
    • Ez a kimeneti feszültség azonban frekvenciafügg . A fenti egyenlet akkor igaz, mikor a frekvenciaa kondenzátor és a dióda ellenállása által meghatározott rezonanciafrekvenciával egyenl .A kondenzátorok kapacitását a terhel ellenállás függvényében határozhatjuk meg.f = 1 / 2 * Pi * R * Cebb l kifejezhetjük a C-t:C = 1/2*Pi*f*R = 1/2*3,14*50*R = 1/314*RAz R a fogyasztó ellenállása, melynek értékét a teljesítmény és a feszültség ismeretébenmeghatározhatjuk:R = U * U / Pkiígy:C = 1 / 314*R = 1 / 314 * (U*U/Pki) = Pki / 314*U*U = Pki /314*220*220 = Pki / 15197600Ha tehát a terhelés 1000 W, akkor a kondenzátorok kapacitása 65,7 µF, 5000 W-os terhelésnélviszont már 329 µF kell legyen. Amennyiben a terhelés megváltozik, a kondenzátorok nem tudnakteljesen feltölt dni, így a kimeneti feszültség a terhelés változásával csökkenni kezd. Amennyiben aterhelés mondjuk csak 1000 W-os határok között változik, úgy meg lehetne határozni egy átlagosterhelést és a hozzávaló kondenzátor kapacitását. Egy háztartásban azonban jóval nagyobbak aterhelésingadozások. Neked kell eldöntened, hogy az adott célra megfelel-e a transzformátor nélküliinverter.Mivel a diódák maximálisan megengedett árama általában kisebb, mint amekkora nekünk kell, ezértmegtehetjük azt, hogy két vagy több diódát sorba kötünk, míg el nem érjük a kívánt áramer sséget.Ha például a bemeneten 70 A áramot kell átengedniük a diódáknak, és mondjuk 10 A-es diódáinkvannak, akkor a biztonsági szempontokat is figyelembe véve 80 %-os max árammal számolva: N =70 A / ( 0.8 * 10 A ) = 8.75, amit 9-re kerekítünk. A diódák kiválasztásánál az áramer sséget úgyhatározhatjuk meg, hogy minden fokozatnál a bemen áramot el kell osztani a kaszkádok számával.A következ táblázatban egy 48 V bemeneti feszültséggel rendelkez négykaszkádosfeszültségnövel áramkör kaszkádjainak az áramait és feszültségeit láthatod. 219
    • Az els kaszkád bemeneti áramát a 3. Táblázatban megadott szükséges kimeneti teljesítményalapján számoljuk ki, ezért ha ott nem töltötted ki ezt a mez t, akkor itt nem kapsz helyeseredményt. Az inverter hatásfokát 95 %-osnak vettem, az áramokat pedig a következ képletalapján számoltam ki:Iki_n = Ibe1 / (( n + 1 ) - ( 0.1 * n ) )ahol:Ibe1 = Pki/(Ube * hatásfok) = Pki/(48*0.95) = Pki/45,6n = a kaszkád indexe (1, 2, 3, 4)Az egyik legjobb megoldás, ha olyan diódákat használunk, aminek nem túl nagy az árama, mivelazok nem igényelnek h t bordát és az áruk is nagyon alacsony. Egy ilyen dióda például az 1N5404,melynek a maximálisan megengedett árama 3A, a feszültsége pedig 300V. A következ táblázatbanmegadjuk az egyes kaszkádokhoz szükséges diódák számát is. Kaszkád Ube Uki Ibe Iki Diódák száma 1 48 V 91,2 V NaN A NaN A 2 * NaN db 2 91,2 V 134,4 V NaN A NaN A 2 * NaN db 3 134,4 V 177,6 V NaN A NaN A 2 * NaN db 4 177,6 V 220,8 V NaN A NaN A 2 * NaN db Diódák száma összesen: NaN db6.Táblázat. 48 V-os inverter kaszkádjainak feszültség- és áramadataiAmennyiben a kimeneti feszültség túl nagy vagy túl kicsi (pl. 240V vagy 210 V), akkor afrekvencia változtatásával azt kis mértékben korrigálhatod.A diódák kiválasztásánál az adott kaszkád bemeneti áramát, a kondenzátorok kiválasztásánál pedigaz adott kaszkád kimeneti feszültségét kell figyelembe venni.A teljes inverter áramköre szinte teljesen megegyezik az itt bemutatott áramkörrel, azzal akivétellel, hogy a transzformátor helyett kaszkádokat alkalmazunk. Ha olyan diódákat használsz,melyeket h t bordára kell szerelned, akkor azt a fentebb ismertetett módon méretezheted. 220
    • A transzformátor-nélküli inverter árkalkulációjaAz egyes kaszkádok ára különböz lehet, ha különböz áramú diódákat használuk. Ha a bemenetifeszültséget 48 V-ra vesszük, akkor négy kaszkád szükséges. Mi ezzel fogunk számolni és úgyvesszük, hogy minden kaszkád diódája egyforma. Vegyük a 6 Táblázatban is felhasznált 1N5404-et, melynek ára 11 Ft. A táblázat szerint NaN db diódára van szükségünk, melyek összesített áraNaN Ft. Ezt kerekítsük fel NaN Ft-ra.A kaszkádok kondenzátorainak a megengedett feszültsége meg kell haladja az egyes kaszkádokkimeneti feszültségét. A 100V-os 220 µF-os kondenzátorok ára 80 Ft, a 160V-os 130 Ft, a 200V-os150 Ft, a 250V-os pedig 300 Ft. Ezek összege tehát 2*80 + 2*130 + 2*150 + 2*300 = 1320 Ft. Eztkerekítsük fel 1400 Ft-ra.Mivel nem kell külön h t borda, ezért ez nem növeli a költségeket.A következ táblázatban összehasonlíthatod, hogy a készen vett inverterek árai és a saját készítéstranszformátoros és kaszkádos inverterek milyen arányban vannak egymáshoz. Teljesítmény Ár (kész) Ár (trafó) Ár (kaszk.) 200 W 35.000 - 55.000 Ft 15.000 Ft 12.000 Ft 400 W 35.000 - 55.000 Ft 18.000 Ft 12.500 Ft 1000 W 80.000 - 200.000 Ft 30.000 Ft 13.000 Ft 2000 W 450.000 - 750.000 Ft 42.000 Ft 13.500 Ft 5500 W 2.500.000 - 2.900.000 Ft 120.000 Ft 27.500 Ft7.Táblázat. A kereskedelemben kapható és a saját készítés transzformátoros és kaszkádosinverterek árainak összehasonlításaAz ezen az oldalon megadott árakat a RET katalógusból, a nagyfeszültség kondenzátorok áraitpedig innét vettem.Mint látjuk, az 5500 W-os inverter esetében az ármegtakarítás már 100-szoros!!Érdemes tehát saját invertert építeni, akár transzformátorral, akár anélkül.A következ oldalon a napelemekr l olvashatsz és azok méretezésér l. 221
    • Kapcsolódó kísérletek: • 300 W-os inverter 1Az akkumulátorok és vezetékek méretezéseA következ oldalakon bemutatásra kerül áramforrások legtöbbjenem üzemel állandóan, ezért az energiát akkumulátorokban kelltárolnunk, így az a nap bármely szakaszában hozzáférhet . Ezen azoldalon azt számoljuk ki, hogy mennyi és milyen akkumulátorokralesz szükséged a fogyasztóid táplálásához.Az akkumulátorok méretezésekor el kell döntenünk, hogy mennyi id n keresztül kell azakkumulátornak táplálnia a fogyasztókat feltöltés nélkül. Ezt az áthidalási id t napokban mérjük.Erre azért van szükség, mert ha borús, es s napok követik egymást, akkor a napi napfénymennyiségjelent sen lecsökken, így a napelemek nem tudják utántölteni az akkumulátorokat. Ha pedigmondjuk szélgenerátort használunk, akkor a szélcsendes napokra is fel kell készülnünk.A következ táblázatba írd be, hogy hány napig kell az akkumulátoroknak utántöltés nélkülfolyamatosan üzemelniük. 1 Áthidalási id : nap1.táblázat. Az áthidalási id megadásaAz 1.táblázatban megadott érték alapján 1 nap az áthidalási id , így a már kiszámolt 0 Ah értékkelszámolunk a továbbiakban.Az akkumulátorok kisüthet ségét is figyelembe kell vennünk, mely 20-80% között változhat. Azólomakkumulátoroknak nem tesz jót, ha azokat teljesen kisütjük. Az általánosan elfogadottkisüthet ség 50 %, ezzel számolunk mi is, így az akkumulátorok szükséges kapacitása 0 * 2 = 0Ah-ra módosul. 222
    • A 3.táblázatból láthatjuk, hogy az ár nagyjából arányosan változik az akkumulátor teljesítményével.A könnyebb kezelhet ség és a kisebb helyigény miatt inkább kevesebb számú de nagyobbteljesítmény akkumulátorok használata az ajánlott.A vezetékek méretezéseAz akkumulátorok és az inverter általában ugyanabban a helyiségben találhatók, így azokösszekapcsolásához nem szükséges túl hosszú vezeték. Az akkumulátorok feltöltéséhez használtegyéb áramforrások, pl. a napelemek vagy a szélgenerátor azonban már jóval távolabb kerülnekelhelyezésre. Ezért nagyon fontos, hogy a vezetékekben a nagy áramok okozta feszültségesést aminimálisra csökkentsük.Ezt a vezetékek átmér jének helyes megválasztásával tehetjük meg.A vezeték átmér jének a kiválasztásánál a vezeték ellenállása a mérvadó, melyet a következképlettel számolhatjuk ki:R = σ* ( l / A )ahol: • R - a vezeték ellenállása (Ω) • σ - az anyagi min ségre jellemz , un. fajlagos ellenállás. Ez rézvezetéknél 1,78E-8 Ωm • l - a vezeték hossza (m) • A - a vezeték keresztmetszete (m2)Fejezzük ki ebb l a keresztmetszetet:A = σ * ( l / R )= σ * ( l / (U/I) )ahol: • U - a vezetéken megengedett maximális feszültségesés • I - a vezetékben folyó maximális áram 224
    • Ha a maximális áram mondjuk 10 A, a maximálisan megengedett feszültségesés 0,15 V, a vezetékhossza pedig 15 m, akkor a szükséges minimális keresztmetszet:A = 1,78E-8*15/(0,15/10) = 0,0000178 m2 = 0,178 cm2A vezeték keresztmetszete kör alakú, ezért könnyen meghatározhatjuk a vezeték átmér jét is:A = ( Pi / 4 ) * D^2ebb l az átmér t kifejezhetjük:D = ( 4 * A / Pi )A fenti példánál maradva a vezeték minimálisan szükséges átmér je:D = ( 4 * 0,178 / 3,14 ) = 0,47 cm = 4,7 mmAz áramer sség meghatározásakor azt kell figyelembe venni, hogy milyen utántöltési módszertalkalmazol. Ez határozza meg, hogy a fogyasztóid napi 0 Ah szükségletét mennyivel kell elosztani.Az akkumulátor veszteségeket is figyelembe véve 0 * 1,2 = 0 Ah-val kell számolnunk. Anapelemek használatánál folyik a legnagyobb áram a vezetékekben, mivel ott csak a napi 5,2 órásnapsütéses órákkal számolhatunk. A Te esetedben tehát 0 / 5,2 = 0 A folyik a vezetékekben.A következ táblázatba írd be az akkumulátorok és az azokat tölt áramforrás közötti távolságot ésazt, hogy hány volt feszültségesést engedsz meg. Eredményként a rézvezeték minimálisanszükséges átmér jét kapod meg. Távolság Megengedett feszültségesés Átmér m V 0 mm4. táblázat. A vezeték keresztmetszetének meghatározásaAmennyiben csökkenteni szeretnéd a vezetékek költségeit, növelned kell a megengedettfeszültségesést vagy több vékonyabb vezetéket köthetsz párhuzamosan, mivel azok fajlagosanolcsóbbak, mint a nagy átmér j vezetékek. 225
    • A következ oldalon a napenergia hasznosításának lehet ségét tárgyaljuk meg. 226
    • A Nap energiájának hasznosításaAhhoz, hogy a Nap fényenergiáját elektromos árammá tudjuk alakítani, speciális átalakítókra -napelemekre van szükségünk. Az utóbbi években több cég alakult Magyarországon is, akik anapenergia otthonunkban történ elektromos áramkénti hasznosításával foglalkoznak. Sajnos mégegy "kicsit" drágák a szolgáltatásaik. Ezen az oldalon arról olvashatsz, hogyan tudod saját magadmegtervezni és akár ki is vitelezni a háztartásod villamos gépeinek napelemekkel történmeghajtását.A napelemekA napfényt elektromos energiává alakító napelemek els , és ma is nyolcvan-kilencven százalékbanhasznált nemzedéke a csipek készítéséhez használt kristályos szilíciumból áll. Ennek hátránya, hogymás félvezet knél rosszabbul abszorbeálja a fényt, és ezért a jó, 13-15 százalékos hatásfokeléréséhez néhány tizedmilliméter vastagságú lemezkét kell használni, tehát viszonylag sok kellbel le. Ez a kristályos szilícium ára miatt drágává teszi a napelemet, s ezen keresztül a veleel állított áramot.Húsz éve foglalkoznak már a vékonyréteges napelemek kifejlesztésével, amelyekben afélvezet réteg csak néhány mikrométer vastagságú. A jelenleg gyártott vékonyréteg-napelemekamorf szilíciummal készülnek, de ezek hatásfoka 10 százalék alatti. Újabban más félvezet kkel ispróbálkoztak. Közülük különösen kedvez nek látszik a réz-indium-gallium-diszelenid, amelyb legy mikrométeres réteg is elég a napfény energiája 12-14 százalékának elektromos energiáváalakításához.A következ táblázatban néhány napelem teljesítményét és az árát tekintheted meg. Az áramokatúgy kaphatjuk meg, hogy a teljesítményt elosztjuk a maximális kapocsfeszültséggel, ami általában17-17,5 V a 12 V-os névleges feszültségnél és 33-33,5 V a 24 V-osnál. Típus TE500P ENER750 PW1000 TE1250Q6 TE1800 Feszültség 12 V 12 V 24 V 12 V 24 V Teljesítmény 50 W 75 W 100 W 120 W 180 W 227
    • Áram 2,94 A 4,41 A 3,03 A 7,05 A 5,45 A Tömeg 5,2 kg 7,8 kg 10,5 kg 11,4 kg 17 kg Ár 67500 Ft 94500 Ft 129500 Ft 149500 Ft 224500 Ft4.táblázat. Néhány napelem teljesítménye és áraAkkor tudjuk a leghatékonyabban hasznosítani a napelemeket, ha azokra mer leges szögbenérkezik a napsugár. Az általánosan alkalmazott módszer viszont az, hogy a napelemeket a házaktetejére helyezik, arra az oldalra, ahol több ideig éri a napfény.Err l és a napsugárzásról itt olvashatsz b vebben.Próbálj meg játszani a különböz feszültségekkel. Azt fogod látni, hogy akár 12, 24, 36 vagy 48voltot választasz (itt), a szükséges akkumulátorok és napelemek száma ugyan változni fog, de azáruk nagyjából megegyezik.Hogyan lehetne ezt csökkenteni? A gyári akkumulátorok és napelemek árának csökkenését iskivárhatjuk, de ez talán túl sokáig tarthat, mivel az ezzel foglalkozó vállalkozások a lehet legtöbbhasznot akarják húzni a lehet legrövidebb id alatt. Az egyik lehetséges árcsökkentés, ha magunkkészítünk napelemeket.Az itt következ leírásra az egyik Olvasó - SirLeslie - hívta fel a figyelmemet, majd le is fordította.Készíts napelemet a konyhádbanA napelem elkészítéséhez a következ anyagok kellenek: • Egy fényes, körülbelül 75 mm oldalhosszúságú, négyzet alakú rézlemez. • Két krokodil csipesz. • Egy érzékeny mikroamper mér , amivel 10-50 µA közötti értéket lehet • mérni. 228
    • • Egy elektromos t zhely. A kis 700 wattos alighanem nem lesz jó, a kísérletben 1100 wattos szerepel. • Egy nagy, tiszta m anyag üveg, pl. 2 literes pet palack, levágott fels • résszel. • Egy nagy szájú üvegedény • Pár ev kanálnyi asztali só • Csapvíz • Dörzspapír vagy fúrógép drótkefével • Lemezolló a rézlap vágásához.Hogyan építsük meg a napelemetA t zhely így néz ki:Az els lépés a t zhely méretéhez leszabni a réz lapot. Mosd meg a kezeidet, hogy zsír és/vagy olajne kerüljön a lemezre. Ezután tisztítsd meg a réz lemezt is az olajtól, zsírtól és az egyébszennyez désekt l. (Cif-et vagy hasonló szert javaslok erre (SL).) Használj dörzspapírt vagy adrótkefét a réz lemez alapos tisztításhoz, ha azon korróziós szennyez dés található. Következ : tedda tiszta és megszárított lemezt a t zhelyre és kapcsold 229
    • maximumra.Ahogyan kezd a rézlemez melegedni, csodálatos oxidációs mintákat fogsz látni: narancsos, lilás ésvöröses lesz a rézlemez felülete.Ahogy melegszik a réz, a színek kicserél dnek szénfekete réz oxidra. Ez nem az az oxid réteg,amit mi szeretnénk, de kis id vel vékony réteg keletkezik, mutatva a vöröses, narancsos,rózsaszínes és lilás rézszer oxid réteget. 230
    • Az utolsó színváltozás a t zhely vörös izzásánál történik meg.Amikor a t zhely izzó piros, a réz lemez fekete rézszer oxiddal lesz bevonva. Melegítsük továbbegy fél óráig, amíg a fekete réteg megvastagszik. Ez fontos, mivel a vastag réteg könnyen lejön,amíg a vékony bevonat "megtapad" a rézen. 231
    • Fél óra melegítés után kapcsold ki a t zhelyet. Hagyd a forró lemezt lassan kih lni a t zhelyen. Hagyorsan h l ki, akkor a fekete oxid meg fog tapadni a rézlemezen.Amint kih l a lemez, az összehúzódik, ugyanúgy, mint a fekete oxidréteg is, de mivel ez különbözsebességgel történik, ezért a fekete réz-oxid réteg különválik, feljön. 232
    • A kis fekete pikkelyek megfelel er hatására lerepülnek a lemezr l néhány cm-re. Ez egy kistakarítást is jelent a t zhely körül, de ez is kellemes id töltés.Mire a rézlemez leh l szobah mérsékletre (ez kb. 20 percet vesz igénybe), a fekete oxidrétegnagyja már lepattogzik róla. A kezeddel csapvíz alatt egy kicsit megdörzsölve az összes kis pernyétletisztíthatod. Állj ellen a kísértésnek, hogy az összes fekete foltot a rézlemezr l er s dörzsölésselvagy hajlítgatással távolítsd el, mivel ez megsértheti a kényes vörös réz-oxid réteget, amib l anapelemet akarjuk készíteni.Az építés további része nagyon egyszer és gyorsan elvégezhet . Vágjál ki egy másik rézlemezt,melynek mérete az els vel megegyezik. Enyhén hajlítsd meg mind a két darabot úgy, hogy 233
    • beleilleszkedjenek egy m anyag üvegbe, de ne érjenek egymáshoz. A réz-oxid réteg, ami az elslemez felületén található, a Nap felé néz, mivel ennek van a legsimább, legtisztább felülete.Csatlakoztasd a két krokodil csipeszt, egyiket az els lemezre, a másikat pedig a másodikra. A tisztarézlemez vezetékét a m szer pozitív kapcsára kössük, a réz-oxiddal bevont rézlemez csatlakozójátpedig a negatív kapocsra. Öntsél egy ev kanálnyi sót forró vízbe. Addig kevergesd, míg az összessó el nem olvad. Ezt követ en óvatosan öntsed be a sós vizet az edénybe, ügyelve arra, hogy acsipeszek ne legyenek vizesek. A sós víz ne fedje be teljesen a lemezeket, kb. 2,5 cm-relemelkedjenek ki a lemezek a vízb l, így a "napelemet" anélkül forgathatod, hogy a csipeszeknedvesek lennének.A fenti ábra árnyékban lett készítve. Figyeld meg, hogy a m szer 6 µA-t mutat. A napelem olyan,mint egy elem, még a sötétben is mindig fog néhány µA-es áramot mutatni.A fenti ábra a napelemet mutatja napsütésnek kitéve. Figyeld meg, hogy a m szer mutatója kb. 33µA-re ugrott. Néha eléri az 50 µA-t is, miközben a mutató állandóan rezeg. 234
    • Hogyan m ködik a napelem?A réz-oxid félvezet anyag. A félvezet anyag az elektromos áramot vezet - és szigetel anyagokközötti átmenet, ahol az elektronok er sen köt dnek az atomjaikhoz és nem "repülnek el" olyankönnyen.A félvezet ben egy réteg van azon elektronok között, melyek er sen köt dnek az atomjaikhoz, ésazon elektronok között, melyek messzebb vannak az atomjaiktól. Ez utóbbiak könnyenelszakadhatnak és így szabadon vezethetik az áramot. Az elektronok nem tudnak a rétegbenmaradni.Az elektron nem kaphat csak egy kis energiát, amit l kiszakadna az atommag vonzásából és arétegbe jutna. Az elektronnal annyi energiát kell közölni, hogy az az atommagtól elég messzekerülhessen, a rétegen túlra.Ehhez hasonlóan, egy, a rétegen kívül es elektron nem tud kis energiát veszítve egy atommagvonzásába kerülni. Annak sok energiát kell veszítenie, hogy a rétegen átjutva olyan helyre kerüljön,ahol az elektronok tartózkodhatnak.Amikor a napfény a réz-oxid elektronjaival elegend energiát közöl, azok közül néhány át tudugorni a rétegen és szabad elektronként vezetheti az áramot. A szabad elektronok a sós vízbejutnak, onnét a tiszta rézlemezre, majd a vezetékeken és a m szeren keresztül visszatérnek a réz-oxidos lemezre.Amint az elektronok a m szeren keresztül áramolnak, munkát végeznek, amit a mutató kilengésejelez.Mikor árnyék vetül a napelemre, kevesebb elektron tud átáramolni a m szeren, így a mutatóvisszamegy majdnem alapállásba.Azok számára, akik a gyakorlatban is használható napelemet akarnak építeni, az itt következinformáció hasznos lehet. 235
    • Otthon gyártott 100 W-os napelemekEz egy nagy áttörés a napelemek gyártásában, mely jelent sen lecsökkenti a napenergia árát, kb. 90dollárra (18000 Ft-ra) kilowattonként. Ez a technológia meglep en egyszer . Ahelyett, hogy aszilíciumot finomítanánk majd a cellát építenénk meg, mi el ször a cellát építjük meg, s csak azutánfinomítjuk a szilíciumot.A folyamat egy cellát állít el közönséges parti homokból (szilícium-dioxidból). A cella elkészítéseután a homokot kémiai kezelésnek vetjük alá: a reakció elvonja az oxigént, s csak a majdnemteljesen tiszta félkristályos szilícium marad. A maradék nem teljesen tiszta anyag átrendez dikegységes sorba, melyek p-n kapcsolatot alkotnak. A cella vastagságának minden egyescentiméterében sok száz p-n átmenetet kapunk, mely körülbelül 120 V egyenfeszültséget ad normálnapsütés mellett. A panel vastagsága határozza meg a feszültséget, a területe pedig az áramot. Azárams r ség tipikusan 4 A/m2.Könnyen építhetünk egy 100 W-os cellát. Ehhez egy közönséges fémlap szükséges, amit befedünkkb. 1 cm vastag parti homokkal, ezt befedjük egy lemezzel - ez lesz az elüls kollektor, eztismételten befedjük egy véd üvegréteggel és mindezt összeszorítjuk nagy gumiszalagokkal, kötözzsinórral vagy valami ehhez hasonlóval.A végs kémiai finomítás érdekében óvatosan el kell távolítanunk az üvegtakarót majd permetezzükbe a homokot 2 liter 3,7 Dimethylpentadecon-2-ol Propionate-tal. (lásd a 2. és 3. megjegyzést) Egyközönséges ablaktisztító palack megteszi spriccel nek. A reakcióid 4 óra. Mivel a reakciófényérzékeny, ezért a fényképek el hívásánál szokásos fény mellett végezzük a kémiai tisztítást.A paneleket természetesen sorba és párhuzamosan is köthetjük, ezáltal növelve a feszültséget és azáramot.Az eredeti angol nyelv szöveget itt találhatod meg.Megjegyzések: 236
    • 1. Ha a réz-oxidos kísérletnél a másik lemez nem rézb l, hanem pl. cinkb l lenne, akkor talán lehetne növelni a kimeneti feszültséget és talán az áramer sséget is. 2. Az a bizonyos "3,7 Dimethylpentadecon-2-ol Propionate" nev szer valami kitaláció. Ilyen névvel nem rendelkeznek kémiai vegyületek, de azért szépen hangzik. Ha neked vannak kémiai ismereteid és tudsz olyan szerr l, ami a szilícium-dioxidból eltávolítja az oxigént, azt mindenképpen írd meg nekünk. 3. Hogyan távolíthatjuk el az üvegtakarót, miután mindent összekötöztünk? Ez is valami vicc. De minden vicces ötlet elindíthat bennünk egy hasznos gondolatot. A cikket csak olyan céllal tettem be erre az oldalra, hogy valami kiindulási alapot adjak az esetleges kísérleteidhez.A másik árcsökkent lehet ség az, hogy nem napelemeket használunk, hanem valami más módonállítjuk el a szükséges áramot, mondjuk a szélenergia hasznosításával. Err l olvashatsz akövetkez oldalon.A szél energiájának hasznosításaA szél mechanikai energiáját szélgenerátorok segítségével tudjuk elektromos energiává alakítani.Természetesen a szél energiáját mechanikus energiává is át lehet alakítani, de ezen az oldalon arrólolvashatsz, hogyan tudod saját magad megtervezni és akár ki is vitelezni a háztartásod villamosgépeinek szélenergiával történ meghajtását.A szélgenerátorAhhoz, hogy tudjad, mennyi energiát nyerhetsz ki a szélb l a lakóhelyeden, három dolgot kellmegvizsgálnod: a szélsebességet, a szélirányt és a napi hasznosítható szeles órák számát.A szélsebességAz Országos Meteorológiai Szolgálat szerint "az átlagos szélsebesség alapján hazánkat mérsékeltenszeles területnek min síthetjük. A szélsebesség évi átlagai 2-4 m/s között változnak. Jellegzetes a 237
    • szélsebesség évi járása, legszelesebb id szakunk a tavasz els fele (március, április hónapok), míg alegkisebb szélsebességek általában sz elején tapasztalhatók."A következ térképen megnézheted, hogy Magyarország különböz területein mekkora a 70 m-esmagasságban mért átlagos szélsebesség.1.ábra. Magyarország különböz területein 70 m-es magasságban mért átlagos szélsebességek (m/s)A fenti térképet innét vettem.Minél magasabban vagyunk, annál nagyobb a szélsebesség. Ha ki akarjuk számolni, hogy másmagasságokon mekkora a szélsebesség, akkor a következ képletet kell alkalmaznunk:ahol: • v1 - a talajközeli h1 magasságban mért szélsebesség • v2 - a h2 magasságban mért szélsebességEbb l a képletb l ki tudjuk fejezni, hogy: 238
    • Ha például a lakóhelyeden 70 m-es magasságban az átlagos szélsebesség 4.2 m/s, akkor 10 mmagasan ez csak 2,8 m/s.A következ táblázatba beírhatod a 70 m-es magasságban mért szélsebességet és azt, hogy milyenmagasságban tervezed a szélgenerátorod elhelyezését, eredményül pedig megkapod az adottmagasságban várható szélsebességet. Szélsebesség 70 m- Szélgenerátor Szélsebesség az adott en magassága magasságban m/s m 0 m/s1.táblázat. A 70 m magasságban mért szélsebesség átszámolása a szélgenerátor magasságábanvárható szélsebességreAmennyiben magad akarod kimérni az átlagos szélsebességet, úgy rendszeres méréseket kellvégezned. A következ ábrához hasonló görbéket kell kapnod, melyek alapján meghatározható azátlagos szélsebesség. 239
    • 2.ábra. Az átlagos szélsebesség meghatározása adott id közönként mintavételezett sebességekalapján.A 2.ábrából kit nik, hogy "a szeles napokon az átlagos szélsebesség 8-14 m/s-ot is eléri, amaximális szelek 25 m/s közelében vannak. A két értékhatár közötti sávban lév szélb l nyerhetaz energia jelent s része.A mintákból vett gyakorisági értékek alapján meghatározhatjuk, hogy a különféle sebesség szelekaz év átlagnapján a 24 órából mekkora százalékkal részesednek. A 2.ábrából leolvasható, hogyenergiatermelés szempontjából a szelek 56 %-a jó min sítés ."3.ábra. Az év átlagnapján a 24 órából a különféle sebesség szelek részesedése.A 3.ábrán azt láthatjuk, hogy napközben er sebb szelek fújnak, mint éjszaka és hajnalban, de azátlagos szélsebesség valóban 5,54 m/s.Az átlagos szélsebesség (vá) ismeretében jó közelítéssel megadható az adott helyre vonatkozószélsebesség gyakoriság a Rayleigh-féle eloszlásfüggvény alkalmazásával.ahol: 240
    • • f(v) - a v sebesség szél relatív gyakoriságaHa az átlagos szélsebesség alapján grafikonon ábrázoljuk a szélsebesség gyakoriságot, akkor pl. akövetkez ábrán látható görbét kapjuk.4.ábra. Szélsebesség gyakoriság 4,8 m/s átlagos szélsebesség eseténA 4.ábrából látszik, hogy a 6 m/s-os szélsebesség gyakorisága 12 %, az 1 m/s-os szélsebességgyakorisága 4 %, a 8 m/s-os szélsebesség gyakorisága pedig 8 %. Más szavakkal megfogalmazva ezazt jelenti, hogy 8 m/s-os szélsebesség az adott területen a szelek 8 %-át teszi ki.Ezekre az adatokra nincs feltétlenül szükségünk a szélgenerátor teljesítmény-szükségleténekkiszámításakor, de jó tudni, hogy milyen szelek fújnak felénk.A szélsebesség meghatározásával kapcsolatos információkat innét és innét vettem.SzélirányA szélirány sok mindent l függ, például a földrajzi elhelyezkedést l, a domborzattól stb. Vannakuralkodó szélirányok, melyek az adott területre jellemz ek, de természetesen a szélirány ett lsokszor el is térhet.A következ ábra a magyarországi jellemz szélirányokat mutatja be. 241
    • 5.ábra. A magyarországi jellemz szélirányokMivel a szélirány gyakran változik, ezért fontos az, hogy a szélgenerátor lapátkerekei ne legyenekfixen egy irányba rögzítve, hanem egy vízszintesen elhelyezett farklapáttal a széliránytól függ enváltoztatható helyzet ek legyenek. Az általunk használt szélgenerátorok viszonylag kisteljesítmény ek, ezért nem gond a szélirányba állítás.A szélirány mérési eredményeit poláris koordináta rendszerben szokás ábrázolni. Ezt mutatja be akövetkez ábra. 242
    • 6.ábra. A szélirány mérésének alapelveA 6.ábrán lév jelölések a következ k: • ui - a szél keleti irányú sebesség-összetev je • vi - a szél északi irányú sebesség-összetev je • vh - a szélsebesség • ΦVect - a szél vektoriális ázimutja, azaz a szél haladási iránya • ΦMet - a szél meteorológiai ázimutja, vagyis az az irány, ahonnét a szél fúj • ΦPolar - a szél vektor poláris szögeA kapott eredményt a következ képpen jeleníthetjük meg.7.ábra. A szélirány ábrázolása poláris koordináta-rendszerbenA szélirány meghatározásával kapcsolatos információkat innét vettem.Napi hasznosítható szeles órák számaMint az 1.ábrán látható, Magyarországon az átlagos széler sség 4,2 m/s 70 m-es magasságban, amitaz 1.táblázatban átválthatunk 2,8 m/s-ra (10 m-es magasságban). Mivel ez átlagos érték, így ennélnagyobb és kisebb szélsebességeket is mérhetünk. Vannak azonban olyan kis szélsebességek, 243
    • Vegyünk egy vagy több, az autókban használt generátort, lapátkereket és megfelel nyomaték-áttételt, azokat rakjuk össze és már használhatjuk is a szélgenerátorunkat. A valóságban eztermészetesen kicsit összetettebb, de ett l függetlenül kivitelezhet . A nyomaték-áttételre azért vanszükségünk, hogy a lapátkerék fordulatszámát illeszteni tudjuk az autógenerátorokfordulatszámához.El ször azonban meg kell határoznunk, hogy mennyi energiát tudunk a szélb l kinyerni.A szél teljesítményeA szél teljesítményét a következ képlettel határozhatjuk meg:P = 0,5 * LS * ( D2 * 0,7854 ) * v3ahol: • P - a szél teljesítménye (W) • LS - a leveg s r sége (általában 1,22-vel számolhatunk ) • D - a lapátkerék átmér je (m) • v - a szél sebessége (m/s)A konstansokat összeszorozva egy egyszer bb képletet kapunk:P = 0,479 * D2 * v3Tehát ha a lapátkerék átmér je mondjuk 1,5 m, a szél sebessége pedig 2,84 m/s, akkor a szélteljesítménye:P = 0,479 * 1,52 * 2,843 = 24,69 WNem túl sok! Ráadásul itt a veszteségekkel még nem is számoltunk. Az els veszteség ottjelentkezik, hogy a lapátok nem tudják felfogni a szél teljes energiáját. A lapátkerekek hatásfoka 20% és 40 % közötti lehet. Nagyobb szélsebességnél kevesebb lapát is elegend - általában 3 db - ,míg kisebb szélsebességnél több lapátot - általában 6-8 db-ot - kell használnunk a hatásfoknövelésére. Tegyük fel, hogy sikerült megfelel alakú, számú és méret lapátkerekeket gyártanunk(err l majd lejjebb lesz szó), így a hatásfokot vehetjük 40 %-nak. 245
    • Egy településen az átlagos szélsebesség adott. Ha azt növelni akarjuk, akkor a szélgenerátortmagasabbra kell telepíteni. A magasságot azonban szintén nem növelhetjük a végtelenségig. Az1.ábrán látható szélsebesség térképen egyértelm en kit nik, hogy a hegyvidékes részeken nagyobba szélsebesség, tehát inkább ott érdemes szélgenerátorokat telepíteni.Az áttétel kiszámításaTegyük fel, hogy az adott magasságban az átlagos szélsebesség 5,4 m/s, a lapátkerék átmér je pedig2,5 m. Ekkor az elektromos áram formájában levehet teljesítmény 113,2 W. Mivel autó-generátorthasználunk, tudjuk, hogy annak kimeneti feszültsége 12 V, így az áramer sség 113,2 / 12 = 9,43 A.Amennyiben ennél nagyobb áramokra van szükséged, több szélgenerátort kell párhuzamosankötnöd.Arra is gondolhatnánk, hogy az áttétel megváltoztatásával növelhetjük a generátor fordulatszámát,így nagyobb áramokat érhetünk el. Ezzel csak az a gond, hogy a nagyobb áramok a generátortekercsén keresztülfolyva nagyobb fékez er vel hatnak a lapátkerékre és ha a szél energiája nemelegend , akkor a rendszer leáll, illetve lelassul, ami szintén kisebb áramokat eredményez.Az áttétel növelése azért sem el nyös, mert akkor szeles, viharos id ben, mikor a szél sebességejóval meghaladja az átlagosat (pl. az 5 m/s-os átlagsebesség esetén akár 25 m/s-ot is elérheti). Ez agenerátor tönkremeneteléhez vezethet. Egy átlagos autógenerátor 50-55 A-t tud leadni a maximális5000 / perces fordulatszámon. Ha tehát a szélturbinád átlagosan lead 10 A-t, akkor a viharos id benelérheti az 50 A-t is. Mivel ez még benne van a t réshatárban, így a generátor ezt károsodás nélkülelviseli. Ebben az esetben nem is kell gondoskodnunk a lapátkerék fékezésér l, bár azmindenképpen el nyös, hiszen ha több szélturbinát kapcsolunk párhuzamosan, azok vihar esetén túlsok áramot termelnének, ami az akkumulátor és esetleg az inverter tönkremeneteléhez vezethet.Ha tehát tudjuk, hogy a generátorunk 5000 / perces fordulatszámon 50 A áramot ad le, akkor márkönnyen kiszámolhatjuk, hogy 9,43 A-t 943 / perces fordulatszámnál kapunk.A kérdés az, hogy mekkora a lapátkerék fordulatszáma. Mivel ez nagymértékben függ a lapátkerékalakjától, méretét l és a lapátok számától, így a szélsebesség egyedüli ismerete nem elegendahhoz, hogy a turbina fordulatszámát meghatározzuk. Ezt csak tapasztalati úton tudjuk pontosanmeghatározni, de a következ képlet adhat bizonyos támpontot.n = 60 * v * λ / ( π * D ) 247
    • ahol: • n - a lapátkerék fordulatszáma • v - a szél sebessége • λ - a lapátkerék csúcsán mért kerületi sebesség és a szélsebesség aránya • D - a lapátkerék átmér jeA λ meghatározásáról pár sorral lejjebb még szó lesz, most vegyük 5-nek. Ekkor a lapátkerékfordulatszáma a fenti példánál maradva:n = 60 * 5,4 * 5 / ( 3,14 * 2,5 ) = 2063 / percHa 1:1 arányban csatlakoztatnánk a lapátkerékhez a generátort, akkor elméletileg 20,63 A-tkaphatnánk. De mint azt már pár sorral feljebb olvashattad, a szélnek a teljesítménye nem éri el a20,63 * 12 = 247,56 W-ot. ( Csak 113,2 W teljesítményt tudunk a szélb l kinyerni a példának vettkonstrukcióból. ) Ezért nyomaték-áttételt kell alkalmaznunk. A mi esetünkben a magasabbfordulatszámú lapátkerékhez képest le kell csökkentenünk a fordulatszámot. Az áttétel tehát 2063 :943 = 2,18 : 1.Mivel az autógenerátorok már rendszerint el vannak látva szíjtárcsával, ezért annak az átmér jétkell beszoroznunk 2,18-al. Az így kapott átmér a lapátkerék tengelyére felszerelt szíjtárcsaátmér je.A következ ábrán egy kész szélkerék áttételét láthatod.8.ábra. Egy kész szélkerék áttétele 248
    • A 8.ábrát innét, a számításokhoz az ötleteket pedig innét vettem.A lapátok és a lapátkerék kialakításaMint azt már korábban olvashattad, a lapátkerekek kialakítása nagymértékben befolyásolja aszélturbina hatásfokát. Ezért kell nagy gondot fordítani azok kialakítására.Kezdjük a lapátkerék formájával. Az elméleti számítások, számítógépes modellezések és agyakorlati tapasztalatok egyöntet en azt bizonyítják, hogy a legjobb hatásfokot olyan széllapátokkalérhetjük el, ahol a lapátkerék a tengelyhez kapcsolódó végét l kiindulva egyre jobban csavarodikkifelé. Ennél a kialakításnál tudjuk a leveg molekulák mozgási energiáját a leghatékonyabbanhasznosítani. A következ ábra egy lapát számítógépes modellezését mutatja be.9.ábra. A széllapát alakjának számítógépes modellezéseSok bonyolult számítást lehet végezni a lapátkerék alakjának és szögének meghatározására,azonban ezek helyett most inkább gyakorlati ötleteket szeretnék adni.A lapátkereket legegyszer bben fából lehet kialakítani. Erre láthatsz itt néhány tippet.1.lépés. Oszd fel a deszkát (ebben az esetben) öt egyenl részre (cellára) 249
    • 2.lépés. Jelöld be azokat a részeket, amiket ki kell vágni, majd vágd is le azokat3.lépés. Jelöld be minden egyes cellán a lejtést4.lépés. Jelöld be a vastagságot minden egyes cellán, majd távolítsd el a felesleges részeket.5.lépés. Jelöld be minden egyes cellán a cella szélességének 38 %-át, kösd össze ezeket a pontokategy egyenes vonallal, majd faragd le a felesleges részeket. Figyelj arra, hogy ne vágj bele a lapátlegvastagabb részébe. 250
    • Nagyon részletes leírást találhatsz itt arról, hogy hogyan kell a szárnyprofilt kialakítanod.Miután már tudjuk, hogyan kell a széllapátokat kialakítani, nézzük meg, hány darab lapátra leszszükségünk. Már említettük korábban, hogy a kis szélsebességnél több lapát kell a megfelelnyomaték eléréséhez. Arról viszont még nem volt szó, hogy ezek a szélkerekek nagyobbszélsebességnél veszítenek a nyomatékukból. A szélkerekeket a sebességük szerint lassújárású ésgyorsjárású csoportba sorolhatjuk. Hogy egy adott szélkerék melyik csoportba tartozik, az a kerületisebesség és a szélsebesség arányától függ, melyet a λ tényez vel jelölünk.λ = vk / vszHa λ < 4 lassújárású, ha λ > 4 gyorsjárású szélgenerátorokról beszélünk.A lassújárásúaknál kis szélsebességnél nagy nyomaték jelentkezik a tengelyen. Azonban ajelleggörbe meredeken csökken mivel a szélsebesség növekedésével a lapát a következ örvényébekerül. A gyorsjárásúaknál széles szélsebesség tartományban alakul ki megközelít leg állandónyomaték.A következ ábrák a lassú és gyorsjárású szélmotorok nyomaték- és hatásfoktényez it mutatják be. 251
    • 11.ábra. A nyomatéktényez (Cm) a gyorsjárási tényez (λ) függvényében12.ábra. A hatásfok(Cp) a gyorsjárási tényez (λ) függvényébenA torony elkészítése 252
    • Ahhoz, hogy megfelel sebesség széllel rendelkezzünk, a szélturbinát magasabban kellelhelyeznünk: állványra, oszlopra, háztet re vagy pl. egy magas fára.Ezekr l itt láthatsz ötletadó képeket. A hozzá tartozó szöveget nem fordítottam le, mivel a képekmagukért beszélnek.A széllapátok tervezéseMiután már tisztában vagyunk az elmélettel, itt az ideje, hogy magunk is tervezzünk egyszélturbinát.A következ 4.táblázat abban nyújt segítséget, hogy Te magad is meg tudd tervezni és építeni alegoptimálisabb formájú szárnylapátodat. Néhány tényez t állandó értéknek vettem: ezek azemelkedési konstans (CI = 0,8), a lapátszög (AT = 4 °) és a generátor feszültsége (Vgen = 12 V).A táblázat els felébe írhatod be azokat a paramétereket, melyek változóak: • P - A kívánt kimeneti teljesítmény értéke nem lehet túl magas, mint azt már a magyarországi szelek teljesítményének vizsgálatakor megállapítottuk. Legyen 60 és 110 W közötti érték. • Cp - A hatásfok gyorsjárású szélkeréknél viszonylag állandó, értéke legyen 0,32, ha λ = 5. (Lásd a 11.ábrát.) • λ - A sebességarány megválasztásánál gyorsjárású szélkereket javaslok, mivel akkor a teljesítmény- és nyomatéktényez a szélsebesség széles tartományban viszonylag állandó marad, mint ahogy azt a 11. és 12. ábrán láthatod is. Ezek szerint λ értéke 4-nél nagyobb kell legyen. Javaslom, hogy legyen 5. • B - A lapátok száma gyorsjárású szélkeréknél 2 vagy 3. Javaslom a hármat. • n - A cellák száma. Minél nagyobb ez a szám, annál pontosabban tudod kialakítani a lapátot. Ennek értéke 1 és 20 között legyen. Javaslom a 10-et. • vá - Az átlagos szélsebességet az 1.táblázatban már meghatároztad a számodra ideális magasságban.A táblázat második felében a szélkerék átmér jét, a szélkerék adott szélsebességnél várhatófordulatszámát, az áttételt, a generátor fordulatszámát és egy széllapát celláinak méreteit láthatod. 253
    • 10.ábra. A széllapát f bb paramétereiA fenti számításokat innét és innét vettem.Amennyiben jobban szereted nézni a kialakítás fázisait, akkor látogass el ide.A gyorsjárású lapátkerekek kialakítására itt láthatsz tippeket.Megjegyzés: A 4.táblázatban kiszámolt értékek csak közelít adatok. Amennyiben többszélgenerátort szeretnél párhuzamosan kapcsolni, akkor el ször készíts egyet, azzal végezzélméréseket és csak ezután fogjál hozzá a többi megépítéséhez. Több helyen is láttam az Interneten,hogy a számolt teljesítménynek gyakran a kétszeresét, s t, a két és félszeresét is elérte a szélkerék.Ez annak köszönhet , hogy a helyes kialakítás következtében a hatásfok (Cp) jobb lett, mint aztgondolták a tervezés során.A szél sebességének és irányának méréseAz eddigi számításainkat a magyarországi átlagos értékek alapján végeztük el. Ez azonban nemjelenti azt, hogy a lakóhelyeden pontosan ilyen értékeket kapsz. Ezért azt javaslom, hogy miel tt aszélgenerátor építésébe kezdenél, végezz pár hónapig méréseket. Ez a szélsebesség és széliránymeghatározását jelenti. Két lehet séged van: vagy veszel egy készen kapható m szert (lásd itt),vagy magad készítesz egyet. Ha az utóbbi lehet ség mellett döntesz, akkor ehhez itt kaphatszötleteket.A generátor elkészítése saját kez legEddig azt tételeztük fel, hogy a szélkerék egy autóba való generátort hajt meg. Azonban arra islehet ség van, hogy magát a generátort is megépítsd saját kez leg. Ehhez sok részletes leírástalálható az Interneten, például itt, de mivel jóval egyszer bb és nem is drágább a kész generátorhasználata, ezért inkább annak a használatát javaslom.Árkalkuláció 255
    • Végezetül következzék egy gyors árkalkuláció. A generátor ára, ha bontóban vesszük, 5-6 ezer Ft, aszíjtárcsa és a szíj 2000 Ft, a lapátkerekek faanyaga 6-7 ezer Ft, az állványra pedig számoljunkmondjuk 7000 Ft-ot, így összesen olyan 20-25 ezer Ft-ból meg lehet építeni egy szélgenerátort. Haezt összehasonlítjuk a 2.táblázatban látható legolcsóbb generátorral, akkor azt tapasztaljuk, hogy asaját szélgenerátor belekerülési költsége a tizede a készen kapható szélgenerátorokénak. Megéritehát, ha saját szélgenerátort építünk.Ha szélgenerátor építésébe kezdesz, arra kérlek, hogy az eredményeidet mond el nekünk is.A következ oldalon azt tudhatod meg, hogyan tudjuk hasznosítani a Föld elektromos energiáit.Kapcsolódó kísérletek: • Szélgenerátor és napelemes akkutöltBálint szél- és napenergiás kísérleteiBálint, aki 15 éves, megépített egy kis szélgenerátort és egynapelemes akkutölt t. Az itt bemutatott kísérleteket azért tettemfel a Fénykapura, hogy ötletet adhasson a hasonló korú Olvasóknakis. A felnövekv nemzedék számára ezek az ingyenenergiát el állítókészülékek remélhet leg már olyan természetesek lesznek, mint manekünk az atomer m vek."Katona Bálint vagyok. Fél éve kísérletezek, s már létrehoztam két tisztaáramforrást: egy szélgenerátort és egy napelemes áramforrást. 256
    • Egy olyan szélgenerátort építettem, ami PVC + dinamó + fa + hosszú réz vezetékb láll, melynek ellenállása 12,6 Ω."1. ábra. A szélgenerátorA három vékony, müanyag lap össze van fogatva, középen egy kerékpár dinamó található. A képenlátható három keskeny hosszúkás m anyag lap kissé el van fordítva, hogy a leveg részecskéi"elcsússzanak" rajta és így mozgásba hozzák a lapátokat.Bálint a napelemes akkutölt höz a napelemeket számológépekb l vette. 257
    • 2. ábra. A 10 db sorba kötött számológépes napelem és a zselés akkumulátorA napelemek ered feszültsége 20 V, az áramer ssége pedig 10 mA. • Egy régi szélgenerátorEgy régi szélgenerátorTamás küldte be a következ pár képet és a leírást egy olyanszélgenerátorról, amit az egyik ismer se készített még sok évvelezel tt."Ez a szélgenerátor egy gabona siló tetején van, 10 éven keresztül m ködött, ma márnem m ködik. Egy traktor generátort hajtott úgy, hogy a 2 méteres széllapátokkalellátott tengely alján volt egy vagy 50 cm átmér j szíjas kerék és egy szíjon 258
    • keresztül hajtotta a generátor 10 cm átmér j kerekét. Ez ugye egy sima redukció, 12V-ot termelt. A széllapátok elhelyezkedése egyedi megoldású, mint ahogy a képen islátszik, de nagyon jól m ködött, úgyhogy jónak bizonyult a megoldás.1. ábra. A széllapátokNégy lapátja volt, a lapátok nem fékezték olyan mértékben egymást, hogym ködésképtelenné tették volna a forgást a generátorral összekötve. Tehát amegoldás jó volt.Ezt meg lehet építeni nagyban is, tovább is fejlesztettük már nagyobb hatásfokúra agépet, a tervek megvannak. A cél az, hogy 220 V-ot termeljünk.Mivel hogy a siló igen rossz állapotban van már, f leg a létra rajta, nem másztam fel.A képek lentr l készültek, ezért nem látszik a nagy kerék a fotón. 259
    • 2. ábra. A siló, rajta a széllapátokkal 260
    • A Föld elektromos energiájának hasznosításaEz egy érdekes megoldás arra, hogyan hasznosíthatjuk a Föld elektromos energiáit.Megjegyzés: Már elöljáróban szeretném elmondani, hogy az itt leírt módszert kipróbálva sajnossokkal kevesebb áramot kaptunk, mint azt a cikk szerint kapni kellett volna!Két módszerr l lesz szó, bár alapjában mind a kett ugyanazt az elvet használja.1. Rézcs és cinkrúd használata1. Szükséged lesz 12 db 10 cm magas és 2 cm átmér j rézcs re. Ragaszd le mindegyik fels felét2,5 cm hosszan, körbe.2. Vörös sprével fújd le körben a külsejét, a belsejét viszont nem kell! Hagyd száradni 24 óráig,majd vedd le a 2,5 cm-es részt véd ragasztó csíkokat.3. Vidd ki a csöveket oda, ahol használni akarod ket. Verd le ket kalapáccsal úgy, hogy a fels2,5 cm-es rész álljon csak ki a földb l, viszont ez a 2,5 cm-es rész nem érintkezhet a földdel! A földlegyen nedves, de ne vizes!4. Most húzd ki ket, majd mindegyik gödör aljába tegyél egy vastag nejlont. Ne rögzítsd ket a csaljához, hagyd lazán, hogy az es víz ki tudjon folyni a csövekb l.5. Tedd vissza a csöveket a helyükre, majd mindegyik közepébe tegyél egy 5 cm hosszú cinkrudat. 261
    • 1. ábra. Egy darab réz-cink földelem kialakítása6. Sorosan kösd ket össze. Használj csipeszes vezetékeket vagy forraszd össze ket a csövekkel.Ha a csöveket hosszabb ideig tervezed a szabadban hagyni, akkor mindenképpen a forrasztástválaszd és fesd be a forrasztásokat, így védve azokat a környezet viszontagságaitól. Az es fogjaújratölteni az "elemedet". Amennyiben több áramra van szükséged, úgy vegyél több rézcsövet éscink rudat, azokat szintén kösd sorba, majd az így kapott újabb 12 db-ból álló sort kösd összepárhuzamosan az el z sorral. Annyi sort köthetsz párhuzamosan, amennyit csak akarsz. Ez egynagyon er teljes rendszer, mivel a föld felszínének áramait és a föld alatti rádióhullámok energiáitgy jtöd vele össze. 262
    • 2. ábra. Az áramok és a feszültség növelésére az egyes elemeket sorosan és párhuzamosan isösszeköthetjük7. Ha mélyebbre teszed a rézcsöveket, akkor nagyobb feszültséget és áramot kaphatsz. Ennyi.Igen, ez nagyon egyszer . De ez több, mint amit látsz. Ki lehet nyerni akár 220 V egyenfeszültségetis egy nagyon kicsi helyr l, csak több csövet kell alkalmaznod, ha nagyobb áramer sséget akarsz.Ha kis helyen akarsz több áramot, akkor mélyebbre kell ásnod a földben. Ha mélyebbre mész,nagyobb feszültséget és több áramot kapsz. Hallottam egy fejleszt r l, aki 24 V feszültséget és 1-2Amper közötti áramot állított el egyetlen rézcs vel és cinkrúddal. Milyen mélyre mehetett? Nemtudom biztosan, de miközben ezeket a sorokat írom, azt tervezem, hogy mindenképpen ki fogompróbálni. Úgy képzelem, hogy a rézcs 730 cm hosszú lehetett, a cinkrúd pedig 90 cm.Ha a városon kívül élsz és sok helyed van, akkor mélyebbre mehetsz és egyúttal több földet ishasználsz. Ha viszont a városban laksz és a feleséged nem akarja, hogy még azt a kis földterületetis, amitek van, Te más célra használd, akkor neked olyan mélyre kell menned, amilyen mélyre csaktudsz. A csövek tetejét földdel be is fedheted. Egy példa: ássál ki egy 10 cm * 10 cm * 10 cm-esterületet és helyezd oda a földelemedet. Forraszd össze a csöveket a megfelel módon, majd fesd be 263
    • az összes vezetéket, rézcsövet és cink rudat. Ezt követ en takard be az egész rendszert földdel ésültessél a tetejére füvet. Senki sem fogja tudni, mi is van ott a f alatt.Minden egyes csövet töltsél meg földdel és azt jól döngöld bele. A csövek belsejében a föld a csfels végét l 0,6 cm magasságig legyen. Ez a feltétel automatikusan teljesül, mikor a csöveket elsalkalommal vered bele a földbe.A csövek optimális távolsága 1,25 - 2,5 cm. Ezt a távolságot alkalmazva több áramot és feszültségetnyerhetsz.Hogyan ássunk mélyre? Erre több módszer is van. 1. Kölcsönkérhetsz egy földfúrót, amit egy 2 LE-s motorral hajthatsz meg, vagy: 2. Használhatsz egy 2,5 cm átmér j és 12,5 cm hosszú rézcsövet. Ekkor el ször el kell készíteni a talajt. Legyen a föld nedves, de ne tocsogjon. Verd bele a földbe a rézcsövet, majd húzd ki. Ezt követ en a rézcs belsejét valamilyen pálcával vagy slaggal tisztítsd ki. A tiszta csövet ismételten verd bele a földbe. Ez a folyamat párszor megismételhet . A maximálisan elérhet mélység ezzel a módszerrel kb. 3 méter.2. Réz- és cinklemezek használataEz a módszer nagyon hasonlít az el z re, a különbség csak annyi, hogy nem csöveket és rudakat,hanem lemezeket használunk. Ez még több energia kinyerését teszi lehet vé.Réz és cinklemezek (vagy alufólia) használatával még nagyobb áramer sséget érhetünk el. Ez azáram három forrásból származik: 1. A föld víz és savtartalmából 2. A Föld által átalakított energiákból, és 3. Az égb l és a küls térb l átalakított energiákbólMegjegyzés: A 3. pontban megadott információ nem t nik túlvalószín nek, mivel itt egy "közönséges" galvánelemr l van szó. 264
    • Minél több lemezt használsz, annál nagyobb lesz az elem teljesítménye. A rézlemez alkotja apozitív pólust, ennek a föld felé kell néznie, az alumínium vagy cinklemez pedig a negatív pólustalkotja, ennek az ég felé kell néznie. Minden egyes lemez közé helyezz egy pamutszövetet, majdennek a tetejére szórjál 0,6 cm-es magasságban nagyon tiszta (tehát nagy kövek, kavicsok ésmindenféle gaz nélküli) földet.3. ábra. A lemezek és a pamut méreteiEzt minden egyes lemez közé el kell helyezni. El ször kisebb darab lemezeket használj, hogymagadnak bebizonyítsad az elv m köd képességét, ezt követ en növelheted a lemezek méretét ésazok számát.4. ábra. A földelem oldalnézetben 265
    • Ássál egy gödröt a földbe, majd készítsd el a rétegeket a gödrön kívül vagy abban. Amennyibenmegtanulod, hogyan lehet a rétegeket a gödrön kívül el készíteni, úgy egy nagyon mély gödrötáshatsz, amibe több száz réteget is elhelyezhetsz. Ez 1 V-ot és kb 30 A-t eredményez.Amennyiben sokáig nem esik az es , úgy 2-3 naponta locsold meg a földelemeket, de csak annyira,hogy a föld nedves legyen.Az angol nyelv eredeti szöveget itt találhatod.Eddig tartott a cikk, egy fontos dologról azonban még említést kell tennünk. Az elektromos áram alemezek oxidációját okozza, ezért azokat id közönkét, mondjuk úgy fél évente ki kell venni aföldb l és meg kell tisztítani. 266
    • A házunk fűtéseBevezetőAz el z oldalakon megismerkedtünk pár olyan módszerrel, melyek kiválthatják a házunkhagyományos hálózati áramellátását, a most következ fejezetben pedig a házunk f tésének és a vízmelegítésének sokkal olcsóbb és gazdaságosabb módszereir l olvashatsz.El ször két alternatív f tési megoldással ismerkedhetsz meg: az üzemanyag nélküli f t vel és a vízlebontásával keletkezett hidrogén elégetésével. Ezek csak inkább érdekességként szolgálnak. Eztkövet en a h szivattyúkról olvashatsz. Jelenleg hazánkban is kezd terjedni, bár még csak nagyonlassú ütemben a h szivattyúk használata. Ez olyan készülék, amely a környezet alacsonyh mérséklet h forrásait magasabb h mérsékletre emeli. Megismerkedhetsz a h szivattyúm ködési elvével, végül pedig a h t árammá alakító h turbinák m ködését ismertetjük.Üzemanyag nélküli fűtőAz itt következ leírást egy ismeretlen szerz munkája alapján fordítottam.Az üzemanyag nélküli f t egy egyszer és viszonylag könnyen megépíthet eszköz, melybizonyítottan m ködik! Néhány kritizáló azt kifogásolja, hogy ezen f t m ködési elve a fizikaalapvet törvényeivel ellenkezik, hiszen a hatásfoka eléri, s t meg is haladja a 100 %-ot.Egyértelm , hogy az atomok bels energiáját csapoljuk meg. Mikor csapdába ejtünk egy atomot éssúrlódás vagy h mérséklet formájában nyomást gyakorlunk rá, akkor érdekes dolgok kezdenektörténni. Pauli kizáró elve kimondja, hogy két elektron nem teheti egyszerre ugyanazt, nemkeringhet ugyanazon a pályán és legf képpen nem kerülhetnek túl közel egymáshoz. Mindenalkalommal, mikor egy elektront egy másik elektron közelébe er ltetünk, a másik eltávolodik, azaznem kering ugyanazon a pályán tovább. Tehát minden alkalommal, mikor egy elektron arrakényszerül, hogy megváltoztassa a pályáját vagy az energiaszintjét, egy fotonnyi fényt, azazh energiát bocsát ki! Minden elektron, mely megváltoztatja az energiaszintjét, elektronok egész 267
    • sorát kényszeríti arra, hogy azok is ugyan azt tegyék. Az egész olyan, mint egy kisebbfajtaláncreakció.Minden otthoni kazán vagy távf tés elektromos ventillátorral fuvatja a felforrósított leveg t af tend helyiségbe (vagy elektromos pumpával hajtja a felforrósított vizet a radiátorokba). Mi ezt amotort egyszer en más célra használjuk. A bels rotor dobja idézi el a feljebb említett atomi szintláncreakciót a rotor dobjának küls felén lév folyadékban. Egy 5 A-es napelemet használhatunkarra, hogy meghajtsuk a ventillátor motorját, ez elegend ahhoz, hogy az atomi szint reakcióbeinduljon. Lehetséges az is, hogy egy kis elektromos ventillátor motorját használjuk, mely 12 V-on3-5 A egyenárammal m ködik. Ezt egy napelemmel meg lehet hajtani, mely még az akkumulátorokutántöltését is biztosíthatná. Már sok éve igyekeznek a tudósok megoldást találni arra, hogy a házakf tését napelemekkel oldják meg, de eddig még nem jártak sikerrel, mert a f téshez túl sokelektromos energia szükséges. A napelemek költsége eléri a 3 millió Ft-ot, s még így sem biztosítelegend h t. A problémára a megoldást az üzemanyag nélküli f t jelentheti.Az üzemanyag nélküli f t az atomok súrlódását használja f tésre, nem pedig az üzemanyagelégetésekor keletkez h t. Ezzel a megoldással egy átlagos ház f tését havi 2-3 ezer Ft-bólmegoldhatjuk, vagy akár ingyenesen is, ha napelemet vagy Ingyenenergiás motort használunk aventillátor motorjának a meghajtásához!M ködési elvTöbb módja is van annak, hogyan lehet megépíteni egy egyszer , m köd modellt. A rotor és azálló rész ugyanazzal a geometriai alakzattal rendelkezik: lehet kúpos vagy henger alakú. Ha úgygondolod, kezdd egy kis méret modellel két konzerves dobozt alkalmazva. A küls doboz belsfele és a bels doboz küls fele között legyen kb. 3 mm-es hézag, míg a bels és küls doboz aljaközött kb. 1,5 mm-es távolság. Használhatsz kézi fúrógépet, de jobb, ha állványra szerelt fúróvaldolgozol.A fúróval megforgathatjuk a bels dobozt, mely beindítja az atomi reakciót a küls doboz alján lévolajban. Én is építettem konzervdobozokból f t t, mely 12 perc múlva már 33 °C-ot produkált. Eznagyon jó, ha figyelembe vesszük a konzerves dobozok kis méretét. Minél simább a felület, annáljobb eredményeket érhetünk el. A legtöbb konzerves doboznak a szélein kiugró karima van. Én isezt használtam el ször, ennek ellenére ezt nem javaslom. A bels dobozt 1700 / percesfordulatszámon pörgettem. Ez a kis bemutató arra jó, hogy bebizonyítsa, az olajban vagy vízben 268
    • valóban ingyenenergiás reakciók lépnek fel. Gondosan készítsd el a konzervdobozos f t det,használj magas h mérséklet automata szilikont az alkatrészek összefogásához. A küls dobozhozhasználj valamilyen régi fed t, amit szilikonnal ragasszál hozzá. Egy lyukat kell fúrnod a fedközepébe a tengelynek.1. ábra. A konzerves dobozokból készült f t felépítéseA súrlódás okozza ezt a hatást, de nem az a fajta súrlódás, amire gondolsz. Ez atomi szint súrlódás.Talán úgy gondolod, hogy a rotor tengelye és a tengelytartó közötti súrlódás okozza ezt a rengetegh t. Tévedés! Miután elkészült az els prototípusod, el ször próbáld ki olaj vagy víz nélkül, azeredmény nulla lesz. Nem fogsz kapni semmit! Ezután öntsél egy kis olajat az edény aljára éspörgesd meg ismét. Hoppá! Érted már, hogy mire gondolok? Ekkor atomi szint reakció játszódikle, amir l én azt gondolom, hogy ez hideg fúzió és a kísérleteim alapján ez egy biztonságos reakció.Sok száz ember használja már ezt a fajta f t t és még semmilyen problémáról sem hallottam.Vannak olyan lehet ségek is, melyekkel ezt a készüléket még jobbá tehetjük.Úgy hiszem, hogy a folyadék molekulái jönnek mozgásba az álló és forgó hordók közötti súrlódógörgetés miatt. A legküls átmér nél a legnagyobb a molekulák sebessége, ami fokozatosancsökken az aljához közeledve. Az alumínium a legjobb anyag a küls , álló hordónak. Egyfajtamechanikai rezonancia is létrejöhet a folyadékban adott h rezgésen, ami növelni fogja ah termelést. Másfajta konstrukciók, méretek és formák üregességet (kavitációt) okozhatnak. Atervezés és a forma nagy jelent ség a hatásfok szempontjából. 269
    • A gyakorlatban is használható készülékA bels hordó tengelye nem megy keresztül teljesen a dobon, mivel ez elektromágneses rövidzáratokozna. Az atomok úgy mozognak, ahogy már korábban leírtuk. Úgy hiszem, hogy az atomokelektromos és mágneses fluxusa okozza, hogy a bels hordó úgy m ködik, mint egy rövidre zártnagy áramú generátor, ez hozza létre a h t. Ezért jelentkezik ilyen nagy mennyiség ingyenenergiah formájában. A folyadék lehet Cola (azaz valamilyen üdít ), kávé, olaj, víz stb. Úgy találtam,hogy a ken olaj adta a legtöbb h t, de ezzel még tovább fogok kísérletezni. Ha olajat használsz,akkor azt a f t 5-10 év alatt fogyasztja el. Ezt a készüléket arra is használhatod, hogy a vizetmelegíted vele vagy elektromos áramot generálhatsz g zturbinával.2. ábra. A tényleges üzemanyag nélküli f tMegjegyzések a 2. ábrával kapcsolatban: • A tengely mérete a rajzon 13 mm, de ez lehet bármilyen más méret is • A bels hordó lehet acélból, saválló lemezb l vagy más fémb l. Készülhet akár egy festékes dobozból is 270
    • • Az alsó lemezt mi lézervágóval vágtuk egy 6 mm-es acéllemezb l. Az alsó és fels lemez átmér je meg kell egyezzen. Mindegyik lemezen vannak fúrva lyukak, melyeket aztán kisorjáztunk • A küls hordó tet fedésre alkalmas alumíniumból van, melyet a színesfém boltokban lehet kapni • A bels henger tengelytartóját két anya és két alátét alkotja3. ábra. A f t felülnézetbenA teljes rendszert a következ , 4. ábra mutatja. 271
    • 4. ábra. Az üzemanyag nélküli f t és a vezérl /energiaellátó rendszerA következ ábra a f t összeszerelését és méreteit ismerteti. 272
    • 5. ábra. A f t méretei és összeszereléseA motor h téseTöbbféle módszer van, hogyan lehet megtervezni a f t t. Itt következik egy másik lehet ség, melycsökkenti a motor terhelését azáltal, hogy a motort a ventillátorral h tjük. Minél melegebb a motor,annál több áramot vesz fel. Ezzel a h téssel tehát csökkentjük a fogyasztást és egyúttal növeljük amotor hatásfokát is. Úgy kell elhelyezni a h t ventillátor lapátjait, hogy azok lefelé fújják a leveg t,a motor felé. 273
    • 6. ábra. A motor h téseAz üzemanyag nélküli f t elkészítéseEls ként készítsük el a küls hordó fels zárólapját... 274
    • 7. ábra. A küls hordó fels zárólapja...Ezt követ en a küls hordó alsó zárólapját...8. ábra. A küls hordó alsó zárólapja...Majd a küls hordó oldallapját. 275
    • 9. ábra. A küls hordó oldallapjaAz alumínium lemez megmunkálásaJelöld meg az alulemez egyik végét filctollal és írd oda, hogy "Indulási oldal", majd a felszárólapon is jelöld meg a három csap egyikét "A" bet vel. Ezt követ en az alumínium lemez egyikhosszabb oldalán a szélt l 6 mm-re húzzál egy egyenes vonalat. Ezen vonal mentén fogod görgetnia fels zárólapot, mikor bejelölöd a csapok helyét. Mindegyik lyukat a lemez fels felén kellmegjelölnöd. Kezdd el NAGYON lassan görgetni a fels zárólemezt jobbról balra, s mikor acsapokat pontosan takarja a lemez, akkor a lemezen jelöld meg a helyét. Folytasd a görgetést ésjelöld meg a többi csap helyét is. A megjelölt részeken kell kifúrnod a 3 mm átmér j lyukakat,összesen 4 db-ot. Igen, a fels zárólap valóban csak 3 db csapot tartalmaz, de a 4. lyuk az már azels lyuk felett lesz, mikor a lemez záró vége takarni fogja a lemez induló végét. Óvatosan görgesda fed lapot, nehogy elcsússzon! Hagyd, hogy a fed lap súlya végezze a munkát. 276
    • 10. ábra. A furatok helyének megjelölése az alumínium lemezenVégezd el ugyanezeket a m veleteket az alsó zárólappal is. Figyelj arra, hogy az alsó zárólapot alemez alsó széléhez helyezd!Miután minden lyukat megjelöltél, fúrd ki a 3 mm-es lyukakat. Legyél nagyon pontos, ellenkezesetben a lemezen lév lyuka nem fognak a zárólap csapjai felett lenni. A lyukak kifúrása utánragaszd ideiglenesen az alulemez egyik végét egy 40 mm X 300 mm-es fémcs höz és hajlítsad mega lemezt a szükséges formába. Ezt mutatja be a 11. ábra.11. ábra. Az alumínium lemez hajtogatásaTekerd az alulemezt a cs köré néhányszor addig, míg az nem fog íves formával rendelkezni. Amintez meg van, ellen rizd le, hogy a furatok a csapok felett vannak-e? Használj kis méret csavarokat,el ször az alsó zárólapot, majd pedig a fels t er sítsd ideiglenesen a lemezhez. Ha minden furat acsapok felett van, akkor vedd ki a csavarokat, és kezdd az alsó lappal, használj 700 °C-os rezet ésepoxit. Kezdd el visszacsavarni a csavarokat az alsó zárólapba. Mikor az utolsó furathoz érsz, ottkét réteg lesz a lemez. Az alulemez takaró részénél kívülr l használj PC-7 epoxit, belülr l pedigrézzel fedd be a teljes csatlakozó élt. Végül csavard be az utolsó csavart is.Ezt követ en csavarozd a lemezhez a fels zárólapot. Ne használj egyenl re epoxit, legalább isaddig ne, amíg nem próbálod ki a f t t. Ragasztószalaggal fedd be a lemez takaró részét és hagydígy az egész hordót 24-36 óráig. 277
    • Már rendelkezel a nagyon jól záródó küls hordóval. Vedd le a ragasztó szalagot és a rézzel ésepoxival er sítsd a takarólemezt a hordóhoz. Ez er sebbé teszi a küls hordót és a szigetelése isjobb lesz. Ezt követ en a hordó alsó zárólapja és az oldallemez közötti részt belülr l rézzel majdpedig epoxival vékonyan vonjuk be s hagyjuk száradni 3 napig. (Tudom, hogy már égsz a vágytól,hogy beüzemelhesd a f t t, de ha türelmesen vársz három napot a száradással, akkor kés bb méghálás leszel nekem.)Most pedig jöjjön a festékes doboz. Jelöld meg a doboz tetejének, majd pedig az aljának a közepét.Ha úgy gondolod, hogy nem tudod pontosan a közepén megjelölni, akkor keress egy kisebbm helyt, ahol kifúrják neked a lyukakat középen. Ha nem a közepén lesz a furat, akkor a forgórészexcentrikus lesz, ami egy id után a motort károsíthatja.Miután kifúrtad a lyukakat, a doboz tetejébe helyezd el a 6 mm X 10 mm-es tengelyt. Végül is atengely lehet hosszabb is, ha akarod. Két alátéttel és két anyával er sítsd a tengelyt a doboztetejéhez.Ezt követ en a doboz aljához er sítsél egy gépcsavart, szintén két alátéttel és két anyával. A csavarmenetéb l kb. 9 mm nyúlik ki a doboz aljából. Emlékezz, hogy kb. 6 mm-es résnek kell lennie afestékes doboz alja és a küls hordó alja között. Én kb. 3 mm-es mélyedést számolok a küls dobozalján lév központi furatnak. A festékes doboz alján és tetején lev anyákkal állítsd be a hordót úgy,hogy az ne mozogjon se felfelé, se lefelé. A felfelé és lefelé megengedhet maximális elmozduláslegyen 1,5 mm.Most már beöntheted az olajat a küls hordóba, ezután helyezd a festékes kannából kialakított belshordót a helyére, végül pedig zárd le a küls hordót a tetejével. A 3 mm-es átmér j tengelynek átkell mennie a fels zárólapon lev lyukon. A festékes kannát nagyon könnyen lehet forgatni szabadkézzel, ha mindent jól csináltál. Ezt követ en helyezd el a f t det a fúrógéped állványára és forgasdmeg a fúróval 1500 / perces fordulatszámon. Er síts egy h mér t a f t küls falára és figyeld,hogyan emelkedik a h mérséklete. Írd le, mennyi a szobah mérséklet. Ha mindent jól csináltál, ah mérsékletnek nagyon gyorsan kell növekednie. Minél nagyobbra készíted a f t t, annál jobb.Mikor látod, hogy m ködik a f t d, akkor nekiállhatsz, hogy megtervezd a motor rögzítését stb... 278
    • Az üzemanyag nélküli f t , "C" modellAz itt következ leírás segítségével még több h energiához juthatunk, miközben a korábbimodellnél említett módon a rotort itt is festékes edényb l alakítjuk ki. Ezt az újítást a "CreativeScience and Research"-nél Rick és Dave dolgozta ki. Talán nem tudtad, hogy ha egy acélhordóter s mágneses mez ben forgatunk, akkor az h t generál a fémhordóban. Ez úgy m ködik, mint egyrövidre zárt generátor. Ha ezt egyesítjük az olajsúrlódási módszerrel, akkor ez még jobb hatásfokotfog biztosítani.12. ábra. "C" modellMint a 12. ábrán láthatod, 4 db magasfeszültség pulzáló elektromágnest használok. A vasmag nemolyan, mint a transzformátorokban vagy más mágnesekben használatos vas. Mi azt akarjuk, hogy eza fém állandó mágnessé váljon a köré tekert tekercsben folyó pulzáló áram hatására. Ezért egyszervasból készült magot használok. Más esetekben a mérnökök nem akarják, hogy a fémb l állandómágnes legyen, de ebben az esetben éppen ez a cél, méghozzá annyira, amennyire ez csaklehetséges. Ez energiát fog megtakarítani, ráadásul egy er sebb pulzáló elektromágnest fogeredményezni, ami még több h t generál egy ilyen kis méret készülék segítségével. A vasmagotlézerrel vagy valamilyen más módon kell ívesre vágni, minden egyes darabjának a vastagsága 3 és 6mm között legyen. Az áramimpulzust Ed Grey elektromos szabadalmához hasonlóan állíthatjuk el , 279
    • ahol a napelem 12 V-os egyenáramát kondenzátorokat használva tudjuk megnövelni 600 V-ra és 1A-ra, a rendszerb l nyert ingyenenergiát pedig összegy jtve visszavezethetjük a 12 V-osakkumulátorba. Szükséged lesz még egy feszültségszabályozóra is, mely a napelemr l jövfeszültség értékét 12 V-on tartja.Természetesen a rendszer a hagyományos hálózatról is üzemelhet, s még így is nagyon jóhatásfokot tudunk vele elérni.Az angol nyelv forrást itt találhatod.Megjegyzések: 1. A szerz azt javasolja, hogy ezt az üzemanyag nélküli f t t áramtermelésre is felhasználhatjuk, mégpedig úgy, hogy a keletkezett h vel egy turbinát hajtunk meg. Ez érdekesnek látszik, bár ahhoz, hogy ez igazán hatékonyan m ködjön, a rendszer hatásfokának nagyon magasnak kell lennie. Ha a turbina hatásfoka 25 %-os, akkor még a f t 400 %-os hatásfoka mellett is az áramtermelés (csak) 100 %-os lenne. Tehát akkor nyerhetünk ki ingyenenergiát a rendszerb l áram formájában, ha a f t hatásfoka meghaladja a 400 %-ot. 2. Az viszont már jobban hangzana, ha a keletkezett h el ször meghajtaná a turbina lapátjait, s csak utána jutna ki a f tend helyiségbe vagy a h cserél rendszerbe. Ekkor a keletkezett áramot visszavezethetnénk a f t motorjába, ezáltal csökkentve annak tényleges áramfelvételét.Kapcsolódó kísérletek: • Üzemanyag nélküli f t 1Zoli üzemanyag nélküli fűtője 280
    • Zoli, elolvasva az üzemanyag nélküli f t leírását egyb l nekiállt egy kisméret , festékes dobozbólálló f t megépítéséhez.A kísérletA kísérlet célja az volt, hogy miel tt egy nagyobb méret f t t építene, igazolja a m ködési elvhelyességét és választ kapjon pár olyan kérdésre, melyek a leírásból hiányoztak.Zoli a következ ket írta:"Csak összedobtam egy egyszer gépet. 11 cm széles és kb. 18 cm magas festékes doboz köré 1,5mm-es vaslemezb l csináltam hordót, amit körbe lehegesztettem. Els próba 12 perc, ittabbahagytam, mert mennem kellett és kb. 45 °C fokos lett. Az a baja, hogy a festékes doboz nemnagyon bírja, már kezd szétesni. Oszlopos fúrógéppel hajtottam meg, az ékszíjat beállítottam és1880/perces fordulatszámon pörgettem. Kb. 1,5 dl olaj volt benne, ez kb. 2 cm magasan az alján.Amúgy nagyon finom m szerolajat használtam, de ki akarom próbálni autóból kiengedett fáradtolajjal is, mert az tele van nagyon finom fémszemcsékkel, hátha javít valamit." 281
    • 1. ábra. Az összeszerelt f t a fúró állványon"Kés bb a festékes doboz szétesett, csak egy-két próbára volt elég. Vettem újat 200 Ft-ért és újraösszeraktam. Most már precíz Ganzos mér m szerrel mértem, de 40 °C-nál nem ment feljebb 30perc után sem. 30 °C-ig gyorsan, 8-10 perc alatt, utána lassabban melegszik. Kb. 18 perc alatt lett40 °C-os. Remélem a nagyobb jobb lesz. A kezd h mérséklet +6 °C volt."Zoli a következ képen látható mér m szerrel határozta meg a h mérsékletet. 282
    • 2. ábra. A h mérA f t melegedési görbéjét a következ ábrán láthatod.3. ábra. A f t melegedési görbéje 283
    • A paraméterekMikor Zolitól a pontos méreteket és paramétereket kérdeztem, a következ ket válaszolta:"A bels forgó szabványos festékes doboz, ezt különböz méretekben lehet kapni afestékboltokban. • Teljesen fényes acél • Falvastagsága: kb. 0,3-0,5 mm • Átmér je: 110 mm • Magassága: 130 mmA küls hordó • 1,5 mm-es acél test • Bels átmér je: 116 mm • Küls átmér je: 119 mm • Magassága : 150 mm.4. ábra. A f t küls és bels hordója 284
    • 5. ábra. Az összeszerelt f t"Nagyon kevés olajat kell beletenni, mert ha sok van benne, akkor nagyon megfogja a hajtó motort,szinte el se indul. Ezen kívül a bels hordót a sok olaj megemeli. Annyi olaj kell, hogy éppen elérjea bels hordó alját. Ahogy forog, ezt a kis olajat szépen fel is keni az oldalára.Én tettem rá egy kis furatot is a tetejére, ahol bedugtam a h mér szondáját. Ez egy Ganz szonda,mely 0-1200 °C-ig mér, de ezen a kis lyukon - a tetején - az a kevés olaj is kezdett feljönni. 285
    • 6. ábra. A f t felülnézetben a h mér bevezetésére szolgáló furattalA f t maximális fordulatszámát az ékszíj állításával lehet szabályozni. Én az 1880/percesfordulatszámot használtam!A fúró adattábláján ez szerepelt: • A lehetséges fordulatszámok: 520, 900, 1370, 1880 és 2620/perc • 230 V - 50 Hz • 0,25 kW - 0,33 PS • 60 % ED" 286
    • 5. ábra. A fúró adattáblájaTovábbi tervekMint az elején már szó volt róla, ez csak egy kis f t volt, aminek a célja a m ködési elv tesztelésevolt. Zoli azonban ennél többet szeretne:"Nekikezdünk csinálni egy nagy gépet, precízen esztergálva, csapágyazva stb. Ezt megpróbáljuktele tenni olajjal és teszünk rá egy tágulási tartályt is, mert ahogy n a h , úgy n a nyomás és azolaj térfogata, ami viszont nagyon terheli a motort. Ezzel viszont ezt kikerülhetjük.Van itthon négy darab alumíniumból készült PB gázpalack, amit már semmire sem használunk. Améhtelepen is csak kb. 2-3 ezer Ft-ot adnának érte, így hát egyet szétvágok és az kit n lesz anagyobb gép megépítésére, mert nagy a falvastagsága és meg lehet esztergálni úgy, hogy egybemenjen. Csak a lezárásait kell megoldani. 287
    • Ezen kívül van apósomnak régi, nem használt, 120 literes vízmelegít bojlere, ami nagyon jól tartjaa h t, jól van szigetelve, de rossz benne a f t szál. Ebbe építem bele a dobot. A bojler elektronikájamegmarad és ha eléri a kell h fokot, akkor lekapcsolja a motort a f t szál helyett. Ehhez majd azkell, hogy az új gép legalább 80-150 °C-ot produkáljon, hogy át tudjon adni megfelelh mennyiséget."KiértékelésAz eddig rendelkezésünkre álló adatok alapján a fúró teljesítményfelvétele a maximális 2620/percesfordulatszámon 250 W. A fúró tényleges teljesítményfelvétele azonban ennél valószín leg kisebbvolt, mivel a terhelés és a fordulatszám állandó volt. Ezért vegyük csak a maximálisteljesítményfelvétel 70 %-át, azaz 250 * 0,7 = 175 W.Ez a teljesítmény h energiában kifejezve egy óra alatt:E_fúró = 0,175 * 3,6 * 10^6 = 0,63 MJ.Megjegyzés: Ahhoz, hogy a motor tényleges teljesítményfelvételét pontosan meg tudjuk határozni,ki kell mérni a motoron átfolyó áram er sségét és a rajta es feszültség nagyságát.Hogy ebb l a befektetett villamos energiából mennyi h energiát kapunk, azt a Stefan-Boltzmanntörvény segítségével tudjuk meghatározni. (Err l pl. itt olvashatsz b vebben.)E = σ * A * T^4ahol: • σ - a Stefan-Boltzmann féle állandó [ 5,75 * 10^-8 J/(m2*sec*K^4) ] • A - A f t felülete [ m2 ] • T - a f t h mérséklete Kelvinben kifejezve [ Ez 40 °C-nál 313 K ]El ször számítsuk ki a f t küls palástjának a felületét.A = 2 * Pi * r * (m + r) 288
    • ahol: • m - a f t küls hordójának a magassága [ 150 mm = 0,15 m ] • r - a f t küls hordójának a sugara [ 59,5 mm = 0,0595 m ]Ebb l kiszámolhatjuk, hogy a f t küls hordójának a felülete:A = 2 * 3,14 * 0,0595 * (0,15 + 0,0595) = 0,079 m2A másodpercenként kisugárzott energia tehát:E = 5,75 * 10^-8 * 0,079 * 313^4 = 43,6 JEz egy óra alatt:E_f t = 43,6 * 3600 = 0,157 MJA hatásfokot ezek szerint a következ képpen határozhatjuk meg:η = E_f t / E_fúróη = 0,157 / 0,63 = 0,249 => 24,9 %A hatásfokot befolyásoló tényez k • A motor típusa - A f t pörgetéséhez használt motor típusa er sen befolyásolja a hatásfokot. Ha olyan motort használunk, aminek nagyon kicsi a teljesítmény-felvétele, akkor a hatásfok radikálisan növelhet . A leírásban a szerz 12 V-os és 3-5 A-es motort javasol. Ez csak max. 60 W, szemben a fúrónál számolt 175 W-tal, vagyis ez a hatásfokot megháromszorozná • A fordulatszám - Az optimális fordulatszám beállításával tovább növelhet a hatásfok. Ezt kísérletekkel határozhatjuk meg • A küls hordó anyaga - A leírásban alumíniumot használnak, Zoli viszont acéllemezb l alakította ki a küls hordót • A f t ben használt közeg - Ennek megváltoztatásával szintén módosíthatjuk a hatásfokot 289
    • • A f t mérete - Ha a nagyobb méret f t ugyanakkora h mérsékletre történ melegítéséhez ugyanakkora teljesítményt vesz fel a rendszer, mint ennél a kisebb méret f t nél, vagy legalább is nem egyenesen arányos a motorból felvett teljesítmény és a f t mérete (ami elképzelhet ), akkor ez a hatásfok még tovább javítható. A felület megnövelésével a h mérsékletet szeretnénk növelni.Mint látjuk, Zoli kísérletével még nem sikerült a leírásban említett 100 %-os hatásfok fölé jutnunk,de ez csak az els kísérlet volt.Fűtés vízbontássalEzen az oldalon olyan f tési módszerr l olvashatsz, amit az egyik olvasó, Péter javasolt, én csakegy kicsit eltöprengtem rajta és egy-két apróságot módosítottam. Az alapelv viszont ténylegérdekes.Péter javasolt egy lehetséges f tési megoldást, mely a vízbontási eljárást hasznosítaná, csak egykicsit másként."A Fénykapun olvasottak szerint a durranógáz 2500 °C-on ég igen gyorsan, a víz ezen ah mérsékleten önmagától bomlik szét alkotóira, vagyis durranógázra. Ez rögtön be is gyullad, merta hidrogén gyulladáspontja 575 °C. Ha minden jól megy, akkor ez egy körfolyamat, és ha eztkihasználjuk, akkor kapunk egy er m vet. Le is rajzoltam az elképzelésemet: 290
    • 1. ábra. Péter Er m modelljeA m ködési elv a következ : A képen látható két kalapformájú edényt megtöltjük, és közéelektródát szorítunk. Az összeer sített edényt felmelegítjük 100 °C fölé, hogy a víz g zzé alakuljon.Ezután egy szikra segítségével beindítjuk a folyamatot, amit szerintem csak az edényelhasználódása állíthat meg.A keletkez h t már csak fel kell fogni valami arra alkalmas készülékkel. Vízbe „mártva” g zgép iskészülhet bel le.A problémám csak az, hogy nem vagyok fizikus, ennél fogva nem tudom kiszámítani az önfenntartófolyamathoz szükséges méreteketí és mennyiségeket."Péter javaslatán elgondolkozva a következ módosítást javasolnám: A vizet 100 °C fölé melegítveaz még nem gyullad be, mivel akkor is csak vízmolekulák lennének a tartályban - igaz, máshalmazállapotban - ami még nem gyúlékony. Ha viszont a víz egy kis részét elektrolízissegítségével bontanánk le durranógázra, akkor az már begyújtható lenne. A kérdés csak az, hogymennyi vizet kell lebontanunk ahhoz, hogy a keletkezett gázt meggyújtva az a maradék vizet is letudja bontani. Ezzel kapcsolatban a vízautó témakörénél a "víz és hidrogénszükséglet" oldalontalálhatsz számításokat. A lényeg az, hogy a lebontott hidrogén f t értéke érje el a maradék vízf t értékének az 1/6-át. Ebben az esetben a folyamat valóban önfenntartó lenne.A másik kérdés az, hogy mennyi h keletkezik a folyamat során és azt hogyan tudjuk elvezetni?Mivel a folyamat többletenergiát termel, ezért azt el kell vonni a rendszerb l, nehogy megolvadjona tartály. Azt is el tudom képzelni, hogy biztonsági szeleppel ellátva a gáz egy részét - és ezáltal afelesleges h t - el tudjuk vezetni. Felesleges h alatt azt a h t értem, ami a f t rendszerben lévradiátorokon átfolyó víz melegítése után még megmarad. Ekkor azonban id r l id re után kelltöltenünk az edényt vízzel, hogy a gázveszteséget pótoljuk.A harmadik kérdés a tartájban uralkodó nyomás. Az egész "kazán"-t úgy kell méretezni, hogy amagas h mérsékleten keletkez nagy nyomás hatására az ne robbanjon fel. Ehhez - a helyesméretezés mellett - egy biztonsági szelep alkalmazása is szükséges.A folyamat leállításához szintén egy szelepet használhatnánk, ahol a gázt fokozatosan kiengedvetudnánk leállítani az égést. 291
    • Megjegyzés: Az itt felvázolt javaslat kipróbálását csak gondos számítások és alapos szakismeretmellett javaslom! A durranógáz, mint a nevéb l is következik, nagyot tud durranni, ha aztmeggyújtjuk. A javaslatban szerepl kazán szintén könnyen felrobbanhat, ha nem megfelel en vanméretezve és kivitelezve! Légy óvatos, ha ezekbe a kísérletekbe kezdesz!A hőszivattyúA h szivattyú sok helyen szerepel az Interneten magyar nyelven is, bár azoknak az információknaka célja nem a m ködés ismertetése, hanem inkább csak reklámozás. Ezen az oldalon egy kicsitalaposabb betekintést kaphatsz a h szivattyú m ködési elvébe.A h szivattyú m ködési elveA h szivattyú olyan berendezés, melynek segítségével a környezet h jét elvonjuk s azt f tésre,vízmelegítésre vagy akár h tésre használjuk. A környezeti h t a föld, a leveg , a napsütés, aszennyvíz vagy bármilyen más h forrás szolgáltathatja. Ezeknek a h forrásoknak a h mérsékleteazonban viszonylag alacsony - bár nem minden esetben - ahhoz, hogy azt közvetlenül tudjukhasznosítani, ezért meg kell emelnünk. Erre való a h szivattyú. De hogyan is m ködik egyh szivattyú? Ugyanúgy, mint a h t gép a konyhánkban, bár a h t esetében h tünk, tehát afolyamat meg van fordítva.Bizonyára már Te is jó párszor tapasztaltad, hogy mikor a szódás szifon fejébe becsavarod agázpatront, akkor a patron nagyon hideg lesz. Ez a nagyon hideg azt jelenti, hogy odafagyhat azujjad.Miért h l le a patron? Miel tt becsavarnánk a patront, az már feltehet en jó ideje a szobában volt,ezért a patronban és a környezetben lév gázmolekulák h mérséklete kiegyenlít dött. Amikorkiengedjük a gázmolekulákat a patronból, annak belsejében csak jóval kevesebb számúgázmolekula marad, melyek már sokkal ritkábban ütköznek, ezért a h mérsékletük jelent senlecsökken. Mivel azonban ez a patron nem csak "van" egy légüres térben, hanem kívülr l a levegmolekulái veszik körül, ezért a rendszer - azaz a patron belseje és külseje - egyensúlyra törekedveh t von el a küls felén lév leveg molekuláktól (vagy éppen az ujjunktól, ha hozzáérünk). Ez a 292
    • kívülr l elvont h egy id után megnöveli a patronban maradt gázok h mérsékletét - ezáltal pedigaz energiáját .Innét már egyenesen következik a h szivattyú m ködési elve. Hozzunk létre egy tartályt, azt töltsükfel valamilyen gázzal majd gyorsan engedjük ki bel le a gáz egy részét. Ezáltal h t tudunk elvonnia környezett l. Ez a környezeti h energia azonban még önmagában elég alacsony h mérsékletenjelentkezik. Ha viszont ezt a környezeti h által felmelegített kisnyomású gázt összenyomjuk, akkora h mérséklete megemelkedik. A gáz összenyomását egy egyszer kompresszor segítségévelmegoldhatjuk.A következ táblázat a különböz halmazállapotú anyagok részecskéinek kinetikus (mozgási) éspotenciális (helyzeti) energiáit mutatja. gáz folyékony szilárd E_potenciális kicsi közepes nagy E_kinetikus nagy közepes kicsi1. táblázat. A különböz halmazállapotú részecskék potenciális és kinetikus energiájaAz összenyomás során a gáz cseppfolyóssá válik, azaz a részecskék potenciális energiájamegnövekszik a kinetikus energia rovására. Ennek a magas h mérséklet cseppfolyós gáznak ah jét un. kondenzátoron keresztül leadjuk egy másik közegnek, pl. a f tend víznek.Az itt ismertetett módszert végteleníthetjük úgy, hogy a kondenzátor másik oldalán acseppfolyósított gázt visszavezetjük abba a tartályba, ahol a környezet h jét vonjuk el.Gondoskodni kell azonban arról is, hogy ezt a cseppfolyós gázt csak fokozatosan vezessük vissza,hogy ott az a kis nyomáson már alacsonyabb h mérsékleten is elpárologhasson. Erre a célra egyexpanziós szelepet alkalmazunk, mely a nagynyomású cseppfolyós gáznak mindig csak egy kisrészét engedi át. A szelep másik oldalán megjelen folyékony közeg alacsony nyomású és alacsonyh mérséklet lesz. Mivel ez a h mérséklet alacsonyabb a környezet h mérsékleténél, ezért h t fogelvonni onnét. A h elvonás során viszont a folyadék elkezd párologni, azaz ismét gázhalmazállapotúvá válik. Ezt a tartályt, ahol a folyadék elpárolog, párologtatónak nevezzük. Azelpárologtatott gázt ismét összenyomjuk a kompresszorral, amit l az magasabb h mérséklet vé éscseppfolyóssá válik. 293
    • Ezt mutatja be a következ ábra:1. ábra. A h szivattyú m ködési elveMilyen gázt használjunk munkaközegnek?Olyan gázra van szükségünk a h szivattyúban, aminek nagyon alacsony a forráspontja és csak nagynyomás alatt cseppfolyósodik. Miért fontos ez? Mert ha a gáz forráspontja nem elég alacsony, akkormár kis nyomáson is cseppfolyós marad, így nem kezd el párologni, azaz nem von el h t akörnyezetét l. Sokféle gázt alkalmaznak a különböz h pumpákban. A régebben használt gázokklórtartalmuk miatt az ózonréteget nagymértékben károsították, ezért manapság már olyan gázokhasználata terjed egyre jobban, melyek amellett, hogy hasonlóan jó hatásfokkal rendelkeznek, mégkörnyezetbarát anyagok is. Ezekr l b vebben itt olvashatsz angolul. 294
    • 2. táblázat. Az R134a jel gáz párolgási h mérséklete különböz nyomásonA 2.táblázat adatait innét vettem.2. ábra. A 2. táblázat grafikus ábrázolása (kék vonal - a forráspont a nyomás függvényében,rózsaszín vonal - a nyomás a forráspont függvényében)Könnyen belátható, hogy a párolgás nagyobb nyomáson több energiát, azaz több h t igényel, mivelnagyobb nyomáson a leveg molekulák által a folyadékra ható er nagyobb, amit csak nagyobbellentétes irányú er vel lehet legy zni. Az azonban már nem ilyen nyilvánvaló, hogy miért van a 2.táblázatban egy anomáliának t n dolog, vagyis hogy a -45,6 °C-os és a -28,9 °C-osh mérséklettartományban a csökken nyomás mellett n a párolgási h mérséklet!? Erre az amagyarázat, hogy az R134a gáz sem ideális gáz (akárcsak a többi, gyakorlatban használt gáz), ígynagy nyomáson és alacsony h mérsékleten sajátságosan viselkedik.A h szivattyú hatásfoka 296
    • A h szivattyú hatásfokát a kimeneten megjelen energia és a befektetett energia hányadosakéntkapjuk meg, akárcsak mint minden más rendszer esetében. Az érdekesség az, hogy ez a hatásfokmeghaladja a 100 %-ot! A hatásfokot az határozza meg, hogy • milyen h mérsékletr l milyen h mérsékletre melegítjük fel a munkaközeget, • milyen környezeti h forrást használunk, • a kompresszor elektromos vagy tisztán mechanikus, stb.A h forrás függvényében a házak f tésére használt h szivattyúk hatásfoka 300 és 800 % közöttmozog éves viszonylatban: • leveg - 300 % • talajvíz - 400 % • termálvíz 20-25 °C-os csurgaléka - 500-800 %Az ipari h szivattyúk hatásfoka ennél valamivel magasabb, mivel ott kisebb ah mérsékletkülönbség a párologtató és a kondenzátor között.A fenti adatokat innét vettem.A szakemberek azt mondják, hogy ez a 100 %-nál jobb hatásfok nem mond ellent az energia-megmaradás törvényének, hiszen a plusz energiát a környezet h je adja.η = [(E_vill*η_kompr) + (E_h *η_h cser)] / (E_vill)ahol: • η - a h pumpa hatásfoka • E_vill - a kompresszor meghajtására fordított villamos áram energiája • η_kompr - a kompresszor hatásfoka • E_h - a környezet h jének energiája • η_h cser - a két h cserél (párologtató és kondenzátor) össz. hatásfokaMint az egyenletb l látjuk, a kimeneten nem csak a kompresszorba fektetett energia bizonyosszázaléka jelenik meg, hanem a h energia is. Ezt mutatja be a következ ábra: 297
    • 3. ábra. A h szivattyú energetikai egyensúlyaAz ábrát innét vettem.Mindez azt jelenti, hogy a h szivattyú is egy ingyenenergia gép, mivel az ingyenenergiakészülékeknek is pontosan ez a m ködési elve, vagyis hogy egy kisebb energia segítségévelmegcsapolunk - azaz vezérlünk - egy másik, nagyobb energiaforrást. Senki nem beszél arról, hogy asemmib l állítunk el energiát!Ezt figyelembe véve egyértelm en kijelenthetjük, hogy a h szivattyú ingyenenergia gép!Amennyiben a kompresszor meghajtására felhasznált villamos energiát nem az áramszolgáltatótólvásárolt árammal oldjuk meg, hanem valamilyen más módon, pl. napelemek vagy más,ingyenenergiát el állító szerkezet segítségével állítjuk el , akkor a rendszer valóban ingyenm ködtethet , csak a beszerelési költségekkel kell egyszer számolnunk!Megfelel en tervezve a h szivattyút még az is megoldható, hogy az így termelt h egy részételektromos árammá alakítjuk, s azzal tápláljuk a kompresszort és a keringet szivattyúkat!S t, még akár az egész ház elektromos fogyasztóit is üzemeltethetnénk a h szivattyú általtermelt h villamos energiává történ átalakításával! 298
    • Err l olvashatsz majd a következ oldalon.A környezeti h forrásokA környezet h mérsékletét a párologtatón keresztül tudjuk "megcsapolni" a következ képpen: • talajszonda • talaj kollektor • masszív h elnyel • kútvíz (talajvíz) • leveg h • termálvízEzekr l a módszerekr l egy kicsit részletesebben itt olvashatsz. A cikkb l kit nik, hogy alegegyszer bb és legolcsóbb megoldás az lenne, ha a leveg h jét hasznosítanánk, de télen, amikorigazán szükség volna a melegre, akkor a rendszer hatásfoka jelent sen csökken, s egy bizonyosh mérséklet alatt (kb. -15 °C) már nem is üzemelne a rendszer.Ami viszont minden lakóháznál megoldható, az a geotermikus, azaz a Föld h energiájának afelhasználása. Erre is van több módszer, bár a legvonzóbbnak a kútvízben rejl h megcsapolásat nik, mivel így a kifúrt kutunk kis átalakításával illetve kib vítésével jóval olcsóbban meg tudjukoldani a házunk vízellátását és a f tést is - egyszerre.A talajvíz h mérséklete attól függ en, hogy milyen mélyr l hozzuk fel +4 és +10 °C közöttváltozhat.Kétféle megoldás kínálkozik: • Nyílt rendszer és • Zárt rendszerA nyílt rendszer megoldásnál két, egymástól elkülönített kutat kell ásni. Az egyikb l a kútban lévbúvárszivattyú keringetné a vizet a párologtatón keresztül, majd a leh tött vizet a másik kútbaengedjük vissza. Az is megoldható, hogy a leh tött vizet nem egy másik kútba, hanem a közeli állóvagy folyó vízbe engedjük. Ekkor a második kút fúrási költségeit megspóroltuk. A nyílt rendszer 299
    • talajvizes h szivattyúnál külön oda kell figyelni a víz sz résére és arra, hogy ne fagyjon be arendszer.A zárt rendszer megoldásnál a párologtató, azaz a h cserél csöveit egyb l a kútban helyezzük el,s a h pumpa munkaközege ott párolog el.A zárt rendszer talajvizes h pumpa t nik a legegyszer bben kivitelezhet nek, különösen ha márrendelkezünk egy fúrt kúttal.A talajvizes h pumpáról az információkat innét vettem.Van még egy h forrás, ami nem kimondottan környezeti h , bár mind a talaj, mind pedig a levegennek hatására melegszik fel. Ez a Nap h je. Ezt a h t un. napkollektorokkal tudjuk megcsapolni,melyek nem azonosak a napelemekkel. A napelem villamos áramot állít el , míg a napkollektor h t.A napkollektorokról pár információt olvashatsz itt, ahol még egy saját készítés napkollektorleírását is elolvashatod (lásd itt). A napkollektorok h mérséklete jóval magasabb, mint a talaj és aleveg h mérséklete, ezáltal a h pumpa hatásfoka jelent sen megugrik, ráadásul ha Te magadbarkácsolod össze a napkollektort, akkor sokkal olcsóbb lesz a h pumpád, mint ha kutat kelleneásatnod. Viszont télen vagy borús id ben a napkollektorok teljesítménye csak a töredéke a névlegesértéknek.Az igazi megoldás az lenne, ha a napkollektor és a talajvíz egymást segítve végezné a h szivattyúmunkaközegének a párologtatását.Kapcsolódó kísérletek: • Napf tLaci napenergiás kísérleteiA nap h jét próbálta hasznosítani Laci, ezért épített egy napf t t. Az eredményeit itt olvashatod."Egy 90 cm-es parabola antenna tányérját bevontam tükörfóliával, második nekifutásra sikerült. 300
    • 1. ábra. A fóliával bevont parabola antennaEl ször befújtam vízzel és egyben próbáltam beleragasztani a tányérba,de nem sikerült. Utána bevagdostam sugárirányban a fóliát, így sem lettjó. Végül az egészet kitéptem és hagytam megszáradni, majd 5-7 cm-esdarabokra vágtam és a szélek egymást átfedve kerültek felragasztásra.Szeptember 23-án du. 17 órakor gyenge napsütésben próbáltam ki.A fókuszába rakott újságpapír azonnal elkezdett füstölni, majd lángralobbant.2. ábra. A füstölg újságpapír 301
    • 3. ábra. A lángra lobbant újságpapír4. ábra. Az átégetett újságpapírA következ kísérletben vizet forraltam és hagymát pirítottam er sebb napsütésben, bográcsállványon, bográccsal."5. ábra. Hagymapirítás (távoli kép) 302
    • ábra. Hagymapirítás (közeli kép)A Peltier hőelemMi az a Peltier h elem?Ez olyan félvezet kb l álló eszköz, mely elektromos egyenáram hatására h t szállít az egyikoldaláról a másikra. Egyre elterjedtebben alkalmazzák különböz h tési célokra, pl. amikroprocesszorok felesleges h jének az elvezetésére.1. ábra. Különböz méret Peltier h elemekA nagyobb teljesítmény elérésére több N és P típusú félvezet t kapcsolnak sorba. 303
    • 2. ábra. Peltier elemek sorba kapcsolvaKicsit közelebbr l az épít elemek így néznek ki:3. ábra. A Peltier h elem épít elemei (félvezet darabkák)B vebben pl. itt találsz információkat a Peltier h elemekr l.Mi azonban pont ellenkez célra akarjuk használni ezeket a h elemeket, azaz a két oldalánmegjelen h mérsékletkülönbségb l adódó elektromos áramot szeretnénk hasznosítani.A m ködési elve nagyon hasonlít a napelemekéhez, itt is egy küls energiaforrás, jelen esetben h(nem pedig napfény) hozza mozgásba a félvezet elemek kristályszerkezetében a szabadelektronokat. Hogy ez tényleg m köd képes, arról itt láthatsz egy kísérletet.A Peltier modulok hatásfokaHa a modulokat az eredeti rendeltetés szerint használjuk, akkor a hatásfoka a h mérsékletkülönbségfüggvényében 40-70 %, de speciális módszerekkel akár 100 % fölé is vihetjük! (Err l ittolvashatsz.) Ez eddig nem is meglep , hiszen itt h szivattyúként üzemel. 304
    • Amikor viszont fordított módon, azaz termoelemes generátorként használjuk, akkor ez a hatásfoklezuhan 3-5 %-ra.Egy Peltier elemekb l álló h generátor tervezésénél els ként azt kell kiszámítanunk, hogy hányelemes modulra van szükségünk adott feszültség el állításához. Az épít elemek (félvezet k) száma:N = (5000 * U) / ∆Tahol:N - az épít elemek számaU - a modul kimeneti feszültsége∆T - a h mérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal közöttEbb l kifejezhetjük U-t:U = (N * ∆T) / 5000Az is fontos paraméter, hogy mekkora áramot vehetünk le a modulról. Ez magának a modulnak ageometriai kialakításától függ, amit geometriai faktornak hívunk:G = (10 * I) / ∆Tahol:G - a geometriai tényezI - a modulból levehet áram∆T - a h mérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal közöttA geometriai faktor kiszámításához ismernünk kell a modulban lév épít elemek, azaz félvezet kfizikai méreteit. Ezt, akárcsak az épít elemek számát (N) a h elem elnevezéséb l tudhatjuk meg.Az elnevezés dekódolásához a következ táblázat nyújt segítséget, ahol példának a PE-127-14-11jel modult használtuk.PE 127 14 11 épít elemek E: Standard épít elemek épít elemek szélessége (Sz) és magassága (M) F: magas h mérséklet száma (N) hosszúsága (H) 0,14 cm 0,11 cm1. táblázat. A h elemek jelölésének magyarázataA geometriai tényez másik képlettel kifejezve:G = (Sz * H) / Mahol:Sz -az épít elem szélessége (cm)H - az épít elem hosszúsága (cm)M - az épít elem magassága (cm) 305
    • Összevonva az el bbi két képletet a következ egyenlethez jutunk:(Sz * H) / M = 10 * I / ∆TEbb l könnyen kifejezhetjük a modulról levehet áramot:I = (Sz * H * DT) / (10 * M )A modul hatásfokát a következ képlettel számíthatjuk ki:η = (U * I) / (0,03 * N * ∆T * G)ahol:η - a hatásfokU - a modul kimeneti feszültségeI - a modulból levehet áramN - az épít elemek száma∆T - a h mérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal közöttG - a geometriai tényezVan egy másik, kevésbé pontos képlet, de jó közelítéssel használható gyors számításokhoz.η = ∆T / 1500Vegyünk egy példát, melyben a fentebb említett PE-127-14-11 jel modult használjuk. Ah mérsékletkülönbség el állítására ugyanazt a h szivattyút vegyük, amit az el z oldalon márismertettünk. A h szivattyú kimenetén megjelen 55 °C-os vizet vezessük a h elem egyik oldalára,a másikat pedig h tsük a kútban lév kb. +5 °C-os vízzel. Ekkor a h mérsékletkülönbség ∆T = 55°C - 5 °C = 50 °C. A valóságban azonban nem tökéletes a h átadás, ezért mind a két oldalonszámolhatunk 5 °C-os veszteséggel, emiatt a Peltier elemre jutó h mérséklet különbség ∆T = 50 °C- 5 °C - 5 °C = 40 °C.A modul kapcsain mérhet feszültség:U = (N * ∆T) / 5000U = (127 * 40) / 5000 = 1,016 VA modulból levehet áram:I = (Sz * H * DT) / (10 * M )I = (0,14 * 0,14 * 40) / (10 * 0,11 ) = 0,71 AA modul geometriai tényez je:G = (Sz * H) / MG = (0,14 * 0,14) / 0,11 = 0,178 306
    • A modul hatásfoka ezek szerint:η = (U * I) / (0,03 * N * ∆T * G)η = (1,016 * 0,71) / (0,03 * 127 * 40 * 0,178)η = 0,0265 = 2,65 %A közelít képletet alkalmazva:η = ∆T / 1500 = 40 / 1500 = 0,0266 = 2,66 %Hogyan lehetne ezt a hatásfokot javítani? Az egyb l kínálkozó lehet ség a ∆Th mérsékletkülönbség megnövelése. Ez azonban csak bizonyos h mérsékleti határokig érhet el. Amodulok meleg oldali maximális h mérséklete a standard modulnál 65 °C, míg a magash mérséklet modulnál 120 °C. Az azonos méret standard és magas h mérséklet modulok közöttaz árdifferencia csak 15 %, míg a kivehet teljesítmény a duplájára n het.Ha el tudjuk érni azt, hogy a h mérsékletkülönbség a duplája lesz, azaz a mi esetünkben ∆T = 2 *40 °C = 80 °C, akkor a hatásfok η = 80 / 1500 = 0,053 = 5,3 %-ra növekszik.A fenti számítási módszert innét vettem.A h mérsékletkülönbség növelésére persze nem csak az a módszer áll a rendelkezésünkre, hogynöveljük a meleg oldali h mérsékletet, hanem az is, hogy csökkentjük a hideg oldalit vagy akárkombináltan, azaz a hideg oldalon csökkentjük, a meleg oldalon pedig növeljük a h mérsékletet. Azis fontos szempont, hogy hogyan csatlakozik a Peltier h elem a környezethez. Megfelel en jóillesztés esetén a közeg és a h elem közötti h átadási tényez javítható, ami végs soron a hatásfoknövekedését eredményezi.A maximálisan elérhet 225 °C-os h mérsékletkülönbség emeletes megoldásban is csak maximum225 / 1500 = 0,15 = 15 %-os hatásfokot eredményez. Ehhez képest a h szivattyúk átlagos hatásfoka400 %. Ha tehát kombináljuk a h szivattyút és a h elemeket, akkor a rendszer teljes hatásfoka 0,15* 4 = 0,6 = 60 %. Elméletileg ez azt jelentené, hogy a rendszer fenntartásához még 40 %-nyienergiát kellene kívülr l befektetnünk.Ez a módszer tehát nem a legmegfelel bb áramtermelésre.A gőzturbinaA g zturbinák olyan szerkezetek, melyek általában ipari méretekben állítanak el villamos áramot -a h b l. Többféle módszer létezik a f téshez használt üzemanyag és a turbina meghajtási módja 307
    • szerint. Kombinált üzemben, vagyis mikor a gáz és g zturbinákat kombináljuk, viszonylag magas,akár 70-90 %-os hatásfokot is elérhetünk.A hagyományos g zturbinák hatásfoka azonban ennél alacsonyabb, 30-50 % közötti, amit mégotthoni körülmények között is el tudunk érni. Számoljunk átlagosan 40 %-os hatásfokkal, azaz 1000W h b l ki tudunk nyerni 400 W villamos energiát. Ha a h szivattyúnk 400 %-os, akkor a teljesrendszer hatásfoka 4 * 0,4 = 1,6 = 160 %. Ez azt jelenti, hogy a h szivattyú kompresszorába 1000W villamos energiát befektetve a g zturbinánk kimenetén 1600 W villamos energiát kapunk. Ebb la tisztán levehet energia 600 W. A g zturbina kimenetén megjelen g zt pedig lecsapathatjuk ésazt f tésre használhatjuk.Ezzel most nem mondtam újat, mivel ilyen, a föld h jét hasznosító villamos h er m vek márlegalább hatvan éve m ködnek. 2003-ban 8402.21 MW villamos áramot állítottak el geotermikusenergiából szerte a világon. Itt az ideje, hogy kis hazánk is kövesse a jó példát. Ezt mi leginkábbúgy tudjuk megvalósítani, hogy a saját házunk f tését és akár villamos energia igényeinekkielégítését is a föld h jéb l fedezzük. A geotermikus er m vek rövid történetét itt olvashatod el.Ha kíváncsi vagy arra, hogyan is m ködik egy ipari g zturbina, akkor látogass el ide, ahol egynagyon szemléletes "mozit" láthatsz err l.A mi céljainknak az un. ellennyomásos turbina felel meg, ahol a turbináról távozó fáradt g ztatmoszférikusnál nagyobb nyomáson a házunk h szükségletének fedezésére hasznosítjuk. Ez aturbina típus tehát nemcsak elektromos áram, hanem f t g z el állításra is alkalmas. Azellennyomás értéke 3-9 bar.A g zgépeknél az un. Carnot körfolyamatot használjuk, aminek a lényege a következ : A h nekmechanikai munkává vagy villamos energiává történ átalakítását a h közlés és h elvonásh mérsékletei befolyásolják. Adott h mérséklethatárok között az átalakítás legnagyobb hatásfokátolyan körfolyamattal érhetjük el, amelyben mind a h közlés (T1), mind a h elvonás h mérséklete(T2) állandó (izotermikus) és az energiaszállítás minden részfolyamata veszteségmentes(reverzibilis). Ez a Carnot-körfolyamat. 308
    • 4. ábra. A Carnot körfolyamatAz energiatermeléshez közölt h teljesítmény:Q1 = T1 * ∆Sahol:T1 - a turbinára jutó g z h mérséklete∆S - az entrópia (állapot) változásaHasznosan kinyerhet mechanikai (villamos) teljesítmény:Pki = (T1 + T2) * ∆Sahol:T1 - a turbinára jutó g z h mérsékleteT2 - a turbinából kilép g z h mérséklete∆S - az entrópia (állapot) változásaAz elvonandó, mechanikai vagy villamos teljesítménnyé át nem alakult h teljesítmény (veszteség):Q2 = T2 * ∆SH mérleg:Q1 = Pki + Q2Az ideális villamosenergia-termelésre jellemz Carnot-hatásfok:η = Pki / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - (T2 / T1)A termodinamika III. f tétele értelmében T2 sosem lehet 0 K, ezért a Carnot-körfolyamat hatásfokamindig kisebb mint egy.A Carnot-körfolyamat hatásfoka korlátozott, hiszen a környezeti h mérséklet a T2 értékének alsókorlátja, a kritikus h mérséklet pedig a széleskör en alkalmazott víz, illetve vízg z munkaközeg 309
    • esetén Tkr = 374 °C = 647 K a T1 fels korlátja. Határesetben (T2=0 °C = 273 K, T1= Tkr) aCarnot-körfolyamat hatásfoka:η_max = 1 - (T2/T1) = 1 - (273/647) = 0,578 = 57,8 %Nézzük meg, hogy a házi körülmények között milyen hatásfokot tudunk elérni. A levegh mérséklete legyen T2 = 20 °C = 293 K, a g z h mérséklete pedig T1 = 100 °C = 373 K. Ekkor ahatásfok:η = 1 - (293 / 373) = 0,214 = 21,4 %Ahhoz, hogy ezt megnöveljük, növelni kell a vízg z h mérsékletét. 150 °C-nál (433 K) a hatásfok1-(293/433) = 32,3 %. 40 %-os hatásfokot 215 °C-nál érhetünk el.Stirling motorA Stirling motor egy küls égés h er gép, melyet 1816-ban alkotott meg a skót származásúlelkész, Robert Stirling. Az tiszteletére nevezték el ezt a fajta motort Stirling motornak.A Stirling motor egy küls égés motor, melynek a kipufogó gáza nagyon tiszta és a motorszokatlanul csendesen dolgozik a bels égés motorokkal összehasonlítva. Mivel küls égés gépr lvan szó, ezért az üzemanyaga nem csak olajszármazék lehet, hanem bármilyen h forrás is, például aFöld h je vagy a napfény. Ennek köszönhet en a Stirling motorokat az utóbbi id ben kezdik újrafelfedezni és fejleszteni és várakozásaink szerint ez lehet a motorok következ nemzedéke.A Stirling motorok termodinamikájaA termodinamika fogalmai szerint a Stirling motor egy megújuló energiaforrású küls égés motor,mely a Stirling körfolyamat szerint m ködik. 310
    • 1. ábra. A Stirling körfolyamatA Stirling körfolyamat állandó térfogatú melegítési folyamatból, izotermikus tágulási folyamatból,állandó térfogatú h tési folyamatból és izotermikus összehúzódási folyamatból áll. Elméletileg aCarnot körfolyamatnak a legjobb a hatásfoka, s a Stirling körfolyamat hatásfoka ezzel vetekszik. AStirling körfolyamat megfordítható, reverzibilis, azaz küls er vel hajtva h t ként is viselkedhet.A Stirling motornál a gáz két, egymástól bizonyos távolságra lév és különböz h mérséklettérben áramlik, s ez a h mérsékletkülönbség nyomáskülönbséget hoz létre. Ez a két tér nagyon jólel van szigetelve a küls tért l, így nincs keveredés a küls tér leveg jével. A motor bárholm ködhet, ahol h mérsékletkülönbség van jelen, így a jöv ben sok helyen lesz használható aStirling motor.A Stirling motor jellemz iA Stirling motort a következ k jellemzik:A h források széles skálájaA bels égés motorok, mint pl. a benzin vagy diesel motorok csak táguló üzemanyagothasználhatnak. Ugyanakkor a Stirling motor nem csak ezeket az üzemanyagokat használhatja,hanem bármilyen éghet anyagot, mint pl. faszenet vagy fát is. Ezen kívül nem üzemanyag jellegh forrásokat is használhat, mint pl. a Föld h jét, meleg légáramlatokat, vagy a napfényt. Jelenleg avilág számos pontján fejlesztenek napenergiával m köd Stirling motorokat.Tiszta kipufogó gázMivel a Stirling motor küls égés , ezért az üzemanyag elégetése a motoron kívül történik. Ebb lkifolyólag az égés könnyebben kontrolálható a bels égés motorokhoz képest. Ennek eredménye anagyon tiszta kipufogó gáz.Nagyon halk üzemA bels égés motoroknál a nyomáskülönbség robbanás kíséretében alakul ki, ezért ott a zaj és avibráció elkerülhetetlen velejárója a folyamatnak. A Stirling motoroknál ezzel szemben anyomáskülönbség nagyon finoman alakul ki, mely csöndessé teszi a folyamatot, ezen kívül nincsszükség összetett szelep-mechanizmusra sem.Magas h hatásfokA Stirling körfolyamat h hatásfoka megegyezik a Carnot körfolyamat hatásfokával, melyelméletileg a legjobb. A Carnot körfolyamat hatásfoka:η = 1 - (Tc/Th)ahol:Th - A körfolyamat legmagasabb h mérsékleteTc - A körfolyamat legalacsonyabb h mérséklete 311
    • Ez azt jelenti, hogy az elméleti h hatásfok annál jobb, minél nagyobb a h mérséklet különbség. AStirling motoroknál a 40 %-os hatásfok is könnyen elérhet .A Stirling motorok szerkezeti felépítéseA Stirling körfolyamat lejátszódhat egyetlen hengerben is, ezért egy általános Stirling motor úgyvan kialakítva, hogy tartalmaz egy olyan teret, ahol h mérsékletkülönbség van.2. ábra. A Stirling motor általános modelljeA 2. ábrán látható jelölések a következ t jelentik:VE - Magas h mérséklet , tágulási térH - MelegítR - RegenerátorC-H tVC - Alacsony h mérséklet , s rítési térA következ kben a Stirling motorok típusait ismertetjük.Kiszorításos Stirling motorA kiszorításos Stirling motornál a munkagázt egy kiszorító dugattyú mozgatja a magas és alacsonyh mérséklet terek között. Ennek a típusnak két fajtája létezik, a béta és a gamma típusú.Béta típusú kiszorításos Stirling motorA béta típusú kiszorításos Stirling motornál a kiszorító és munkavégz dugattyúk egy közöshengerben találhatók, ennek következtében mind a két dugattyú azonos átmér j kell legyen. 312
    • 3. ábra. Béta típusú kiszorításos Stirling motorA két dugattyú minden egyes ütemben egymás terét metszi, ezért a nyomásarány növekszik, amiviszont nagyobb teljesítményt eredményez, mint amekkorát a gamma típusú Stirling motoroknál eltudunk érni. Mivel azonban a kiszorító és munka dugattyú tengelyei egyvonalban helyezkednek el,ezért a készülék elkészítése nehézkes.Gamma típusú kiszorításos Stirling motorA gamma típusú Stirling motornál a kiszorító és munkadugattyúk hengerei el vannak választvaegymástól.4. ábra. Gamma típusú kiszorításos Stirling motorA béta típusú motorral összehasonlítva a mechanizmus egyszer bb, valamint a nyomásarány és anövekv h átadási területének szabályozása viszonylag egyszer . Ez a motor típus az alacsonyh mérsékletkülönbségek esetén használható jól. 313
    • Kétdugattyús Stirling motorA kétdugattyús Stirling motort alfa típusú Stirling motornak is hívják. Ez a fajta motor kétmunkadugattyúval rendelkezik, melyek között a fáziskülönbség 90°.5. ábra. Alfa típusú Stirling motorEbben az esetben a magas h mérséklet tágulási tér és az alacsony h mérséklet összehúzódási térössze van kötve. Miközben a dugattyúk mozgatják a gázt, eközben ugyanez a két dugattyú munkátis végez.A kiszorításos Stirling motor m ködési elveA kiszorításos Stirling motornál a munkagáz mozgatását a magas és az alacsony h mérséklet térközött a kiszorító dugattyú végzi, míg a nyomáskülönbségb l adódó energiát a munka dugattyúnvehetjük le. 314
    • 6. ábra. A kiszorításos Stirling motor m ködési elveAz egyes ütemek a következ képpen néznek ki:1. Állandó térfogatú melegítési ütemMiközben a kiszorító dugattyú a s rítési tér felé mozog, a munkagáz h mérséklete megemelkedikés a tágulási tér felé áramlik, miközben elhalad a f t mellett. A motorban a gáz nyomásanövekszik.2. Izotermikus tágulási ütemA növekv nyomás a motorban a munka dugattyút lefelé tolja.3. Állandó térfogatú h lési ütemA kiszorító dugattyú a tágulási tér felé mozog, a munkagáz h mérséklete lecsökken és az beáramlika s rít térbe, miközben elhalad a h t mellett. A motorban a gáznyomás leesik.4. Izotermikus s rítési ütemA munka dugattyú felfelé tolódik és a motor a h jét leadja a környezetének.A motornál a két dugattyú nem felváltva mozog, hanem szinuszosan, mivel a két dugattyú mozgásaközött egy 90°-os fáziseltolódás van.A kétdugattyús Stirling motor m ködési elve 315
    • A kétdugattyús Stirling motornál a munkagáz mozgatása és a munkavégzés két munkadugattyú általvalósul meg. A két dugattyú mozgása között egy 90°-os fáziseltolódás van.7. ábra. A kétdugattyús Stirling motor m ködési elveAz egyes ütemek a következ képpen néznek ki:1. Állandó térfogatú melegítési ütemA s rít oldali dugattyú felfelé, a tágulási oldali dugattyú pedig lefelé mozog. A munkagázh mérséklete magas és a gáz a tágulási tér felé áramlik, miközben a f t mellett elhalad. Amotorban a gáznyomás emelkedik.2. Izotermikus tágulási ütemMind a kett munka dugattyú lefelé mozog, a munkagáz pedig tágul. A motor munkát végez.3. Állandó térfogatú h lési ütemA s rít oldali dugattyú lefelé, a tágulási oldali dugattyú pedig felfelé mozog. A munkagáz alacsonyh mérséklet vé válik és a s rítési tér felé áramlik, miközben a h t mellet halad el. A gáz nyomásaa motorban leesik.4. Izotermikus s rítési ütemMind a kett dugattyú felfelé tolódik, miközben a munkagázt s rítik. A motor a h jét leadja akörnyezetének. 316
    • A motornál a két dugattyú felváltva mozoghat és a két dugattyú mozgása között egy 90°-osfáziseltolódás van.Az angol nyelv forrást itt nézheted meg.A Stirling motor m ködési elvének jobb megértéséhez három animációt is a figyelmedbe ajánlok,melyeket István küldött be. Az els n az alfa típusú motor, a másodikon a béta típusú motor, aharmadikon pedig a gamma típusú motor elvét tanulmányozhatod.Ha érdekel, hogyan lehet megépíteni házilag egy kis kísérleti modellt, akkor látogass el ide.Most pedig következzen egy kis számolás.Schmidth féle elmélet a Stirling motorokrólEz az elmélet az ideális gázok izotermikus tágulásán és összehúzódásán alapszik.A motor hatásfokát egy P-V diagramm segítségével lehet kiszámolni. A motor térfogatát könnyenmeghatározhatjuk annak bels geometriája alapján. Mikor a térfogat, a munkagáz tömege és ah mérséklet ismert, a nyomást az ideális gázok számolási metódusával már könnyenmeghatározhatjuk.P * V = m * R * T (1)A motor nyomását a következ feltételezések alapján számíthatjuk ki:a - Nincs nyomásveszteség a h csere folyamán és nincsenek különbségek a bels nyomásbanb - A tágulási folyamat és az összehúzódási folyamat izotermikusan változikc - A munkagáz ideális gázként viselkedikd - A regeneráció tökéletese - A körfolyamat során a tágulás holtpontján a táguló gáz h mérséklete TE, az összehúzódásholtpontján pedig TC.f - A regenerátorban lév gáz h mérséklete a TE és TC h mérsékletek átlagag - A tágulási tér (VE) és az összehúzódási tér (VC) változása szinusz hullám alakot vesz felAz itt következ táblázatban a Schmidth féle elméletben használt jelek magyarázatát láthatod. Elnevezés Jele Mértékegysége Motor nyomása P Pa Táguló vagy kiszorító dugattyú lökettérfogata VSE m3 S rít vagy munka dugattyú lökettérfogata VSC m3 Tágulási tér holt térfogata VDE m3 317
    • Regenerátor térfogata VR m3 S rítési tér holt térfogata VDC m3 Tágulási tér pillanatnyi térfogata VE m3 S rítési tér pillanatnyi térfogata VC m3 Teljes pillanatnyi térfogat V m3 Munkagáz teljes tömege m kg Gázállandó R J/(kg*K) Tágulási tér gázh mérséklete TH K S rítési tér gázh mérséklete TC K Regenerátor tér gázh mérséklete TR K Fázisszög dx fok H mérséklet arány t Lökettérfogat arány v Holt térfogat arány X Motor sebessége n Hz Tágulási energia WE J S rítési energia WC J Energia WI J Tágulási teljesítmény LE W S rítési teljesítmény LC W Teljesítmény LI W Hatásfok e1. táblázat. A Schmidth féle elméletben használt jelek magyarázataAz alfa típusú Stirling motor számításai 318
    • 8. ábra. Alfa típusú Stirling motorA tágulási és s rítési hengerek térfogatát kell el ször meghatározni egy adott "x" forgattyús házszögnél. Ez a forgattyús ház szög 0°, mikor a tágulási dugattyú a fels holtponton van.A pillanatnyi tágulási térfogat VE a tágulási henger lökettérfogatától VSE és a tágulási holttérfogattól VDE függ a (g) feltétel szerint. (2)A pillanatnyi s rítési térfogat VC a s rít henger lökettérfogatától VSC és a s rítési holt térfogattólVDC, valamint a "dx" fázisszögt l függ. (3)A teljes pillanatnyi térfogat:V = VE + VR + VC (4)Az (a), (b) és (c) feltételek szerint a motorban lév teljes tömeget (m) a motor nyomását (P)felhasználva számíthatjuk ki minden egyes h mérsékletnél (T), térfogatnál (V) és gázállandónál(R). (5)A h mérséklet arány (t), lökettérfogat arány (v) és a holt térfogat arányok a következegyenletekkel határozhatóak meg:t = TC / TE (6)v = VSC / VSE (7)XDE = VDE / VSE (8)XDC = VDC / VSE (9)XR = VR / VSE (10)A regenerátor h mérsékletét (TR) az (f) feltétel figyelembevételével számítható ki:TR = (TE + TC) / 2 (11)A teljes gáz tömege a következ képlettel számolható:m = (P * VSE)*{S - B*cos(x-a)} / (2*R*TC) (13)ahol:a = tan-1{(v*sin dx) / (t + cos dx)} (14)S = t + (2*t*XDE) + (4*t*XR/(1+t)) + v + 2*XDC (15)B = √(t2 + 2*t*v*cos dx + v2) (16)A motor nyomását a következ egyenlettel számolhatjuk: 319
    • P = (2*m*R*TC)/{VSE*(S-B*cos(Θ-a))} (17)Az átlagos nyomást pedig a 18. képlettel számíthatjuk ki: (18)c = B/S (19)A nyomást az átlagos nyomás alapján a következ egyenlettel határozhatjuk meg: (20)Mikor cos(x-a) = -1, akkor a nyomás (P) minimális lesz.Pmin = (2*m*R*TC)/{VSE*(S+B)} (21)Következésképpen a minimális nyomásból számolt motor nyomás: (22)Hasonlóképpen, mikor cos(x-a) = +1, akkor a nyomás (P) maximális lesz. (23)A béta típusú Stirling motor számításai9. ábra. A béta típusú Stirling motorA pillanatnyi tágulási térfogatot (VE) és a pillanatnyi s rítési térfogatot (VC) számolhatjuk ki az ittkövetkez képletekkel. Fontos paraméterek a kiszorító dugattyú lökettérfogata (VSE), amunkadugattyú lökettérfogata (VSC) és a kiszorító és munkadugattyúk közötti fázisszög (dx). (24) 320
    • (25)A béta típusú Stirling motornál a kiszorító és a munkadugattyúk közös hengerben találhatók. A kétdugattyú egy hatékony, egymást átfed munkateret hoz létre. A (25) képletben használt átfedésitérfogat (VB) a következ képpen határozható meg: (26)A teljes pillanatnyi térfogat pedig:V = VE + VR + VC (27)A motor nyomását (P) az alfa típusú Stirling motorokhoz hasonlóan az átlagos nyomásból (Pmean), amaximális nyomásból (Pmax) vagy a minimális nyomásból (Pmin) számíthatjuk ki: (28)A következ sorokban néhány állandó és arány meghatározási képlete látható:t = TC / TE (29)v = VSC / VSE (30)XB = VB / VSE (31)XDE = VDE / VSE (32)XDC = VDC / VSE (33)XR = VR / VSE (34) (35) (36) (37)c = B / S (38)A gamma típusú Stirling motor számításai 321
    • 10. ábra. A gamma típusú Stirling motorA számítások az alfa és béta típusú motorokéhoz hasonlóak. A pillanatnyi tágulási térfogatot (VE)és a pillanatnyi s rítési térfogatot (VC) számolhatjuk ki az itt következ képletekkel. Fontosparaméterek a kiszorító dugattyú lökettérfogata (VSE), a munkadugattyú lökettérfogata (VSC) és akiszorító és munkadugattyúk közötti fázisszög (dx). (39) (40)A teljes pillanatnyi térfogat pedig:V = VE + VR + VC (41)A motor nyomását (P) az alfa típusú Stirling motorokhoz hasonlóan az átlagos nyomásból (Pmean), amaximális nyomásból (Pmax) vagy a minimális nyomásból (Pmin) számíthatjuk ki: (42)A következ sorokban néhány állandó és arány meghatározási képlete látható:t = TC / TE (43)v = VSC / VSE (44)XDE = VDE / VSE (45)XDC = VDC / VSE (46)XR = VR / VSE (47) (48) (49) 322
    • (50)c = B / S (51)Energia, teljesítmény és hatásfokAz energia (vagyis a P-V diagram területe) a tágulási és s rítési térben a következ egyenletekkelhatározható meg. A tágulási tér energiája (WE) függ az átlagos nyomástól (Pmean), a maximálisnyomástól (Pmax) és a minimális nyomástól (Pmin): (51)A s rítési tér energiája (WC) a következ képpen számolható:(52)Egy ciklus energiája (Wi) a következ képpen számolható: (53)A Pmean, Pmax és Pmin közötti kapcsolat a következ : (54) (55)A tágulási teljesítmény (LE), a s rítési teljesítmény (LC) és a motor teljesítménye (Li) a következegyenletekkel határozható meg (a motor sebessége (n) Hz-ben van megadva):LE = WE * n (56)LC = WC * n (57)Li = Wi * n (58)Az (51) képletben meghatározott tágulási energia (WE) a h forrás energiáját szimbolizálja, az (52)képletben meghatározott s rítési energia (WC) pedig a motorból a h t víznek vagy h t leveg nekátadott energiát. Ezek alapján a motor h hatásfoka (e) a következ képpen számolható: (59) 323
    • Az elektrolizáló cellaA találmány háttere és rövid ismertetéseA találmány olyan gázt fejleszt, melyet els sorban, de nem feltétlenül, üzemanyagként lehetfelhasználni.A víz elektromos úton történ lebontásához egyenáramot kell vezetni az elektrolitban elhelyezettelektródapárra. Az ilyen elektrolízis során normális dolognak számít, ha valamilyen gázfalatalakítunk ki a két elektróda között, ezáltal akadályozva meg azt, hogy az elektrolízis soránkeletkez gázokból robbanó keverék alakuljon ki. Ugyanakkor úgy találtuk, hogy ha a megfelelóvintézkedések mellett a keletkez gázt egy tartályba vezetjük, akkor ott elkeveredve akés bbiekben azt felhasználhatjuk. Mivel a gázok összekeveredése egy robbanékony anyagoteredményez, ezt fel lehet használni például a bels égés motorok üzemanyagaként. Ebben azesetben kívánatos, hogy a gázokat egy bizonyos mennyiség leveg vel is vegyítsük, ezáltalirányítva a robbanás nagyságát, mely a gázok meggyújtásakor jön létre.Az elektrolízis során fellép egyik probléma az, hogy a gázbuborékok hajlamosak az elektródákratapadni, ezáltal jelent sen csökkentve az elektródáknak az elektrolittal érintkez felületét, amiviszont csökkenti az elektródák között folyó áram nagyságát. Mivel a jelen találmánynál kívánatos,hogy a keletkezett gáz elkeveredjen a leveg vel, ezért lehet ség van arra, hogy az elektrolízis soránleveg t juttassunk az elektrolizáló cellába. A cellába vezetett leveg t az elektródák mellett úgyvezethetjük, hogy az az elektrolízis során keletkez gázokat lesodorja az elektródákról.Ennek érdekében a találmány a következ ket tartalmazza:egy légmentesen zárt elektrolizáló cellátegymástól adott távolságra elhelyezked és egymástól elektromosan szigetelt elektródák csoportját,melyek a cella közepén vannak elhelyezve és váltakozva vannak összekötve, azaz minden másodikaz áramforrás pozitív illetve negatív sarkára csatlakozikaz elektródák közepén egy csövet, melynek egyik vége a cellából ki van vezetve és egy nyomásalatt lév légtartállyal van összekötve, míg a másik vége az elektródák alatt ér végetegy leveg kimenetet biztosító csövet, melyen az elektrolízis során keletkezett gáz és a befúvatottleveg keveréke távozhatA találmány részletes leírásaA találmány részletes leírásához a következ ábrákat használjuk: 326
    • "A" ábra: a találmány vázlata"B" ábra: a találmány módosított változatának vázlata"C" ábra: A "B" ábrán látható III - III pontok közötti metszetAhogy az "A" ábrán is látható, a cella egy légmentesen zárható tartály (10), mely valamilyenrozsdamentes anyagból, például m anyagból készülhet. A katódok (11) és anódok (12) csoportja acellában van elhelyezve egy elektromosan szigetelt központi csövön (13). Az anódok és katódokközötti távolságot szigetel távtartók (14) biztosítják. Az anódok (12) mindegyike párhuzamosanvan összekötve a pozitív csatlakozó ponthoz (15), míg a párhuzamosan összekötött katódok (11) anegatív csatlakozó ponthoz (16) kapcsolódnak. Az ábrán ezek az összekötések szaggatott vonallalvannak jelölve. A katódok és anódok lehet leg korong formájú lapokból álljanak, melyek anyagajól ellenáll az elektrolit korrodáló hatásának, ezáltal megnövelve az elektrolizáló készülékélettartamát. Az elektródalemezek formáját az elektrolizáló cella falának alakjához lehet igazítani,mely tetszés szerinti lehet. Az adott ábrákon ez kör alakú.A központi légbevezet (13), mely a cellából kivezetéssel rendelkezik (26), lehet leg cs alakúlegyen. A cs alsó vége (18) nyitott, így a leveg t a cellába pumpálhatjuk a bevezet részen (13),mely a cs alsó részén (18) jut be az elektrolitba, ahonnét felfelé áramlik. Ez az elektrolitot állandómozgásban tartja, amely segít az elektródákra tapadó gázok gyors eltávolításában.A "B" és "C" ábrákon látható módosításokban az összes elektróda lyukakkal (17) van ellátva. Ebbenaz esetben a légbevezet cs (13) alsó vége (18) közelébe fúrjunk legalább egy lyukat (19). Egyterel lappal (20) is el van látva a légbevezet cs (13). Ez a terel lap edényalakú, így biztosítva alyukon (19) kiáramló leveg megvezetését az elektródák lyukain (17) keresztül, mely aztán segít azelektródákra lerakódó gázbuborékok eltávolításában. 327
    • A cella egy gázelvezet csövet (21) is tartalmaz, melyen keresztül a bevezetett leveg és azelektrolízis során fejl d gázok keveréke távozik a cellából egy megfelel tároló tartályba (az ábránez nincs feltüntetve). Kívánság szerint ezt a gáztartályt el lehet látni egy nyomásszabályozóval,mely megfelel nyomású gázt bocsát ki a kimenetén. Egy gázszárítót (az ábrán ez sincs feltüntetve)is elhelyezhetünk a gázkimenet (21) és a gáztartály között.Bár az elektrolízis jelent s h t termel, mégis el nyös lenne egy melegít t is beszerelni a cellába,lehet ség szerint a cella aljába, amely el melegíti az elektrolitot, ezáltal a lehet legrövidebb idalatt érheti el a cella az optimális m ködési feltételeket.Szintén el nyös lenne megoldani az elektromos áram er sségének szabályozását, ezáltalszabályozhatóvá válna az elektrolízis folyamata.A vízszintet állandó szinten tarthatjuk egy vízpumpa segítségével, mivel az elektrolízis során avízszint állandóan csökken.Közismert tény, hogy a hidrogén- és oxigéngázok keveréke robbanékony, ezen találmány esetébenazonban a robbanásveszély szintje minimális. A keletkezett gázokat például bels égés motoroküzemanyagaként használhatjuk. Ebben az esetben - mint azt korábban már említettük - kívánatos azelektrolízis során keletkez gázok leveg vel való elkeverése, így szabályozva a bels égés motorhengerében vagy hengereiben a gáz meggyújtása során keletkezett robbanás erejét.Míg fentebb a gázkeverék üzemanyagként való alkalmazását említettük, az is nyilvánvaló, hogy agázokat elkülönítve azokat más célokra is felhasználhatjuk.Megjegyzés: Az eredeti angol nyelv szabadalom itt még egy fél oldalnyi összefoglalót tartalmaz,mely pontosan ugyanazt mondja el, amit a fentiekben is olvashattunk, ezért ezt nem fordítottam lemég egyszer.A szabadalmat angol nyelven itt tekintheted meg. 328
    • ElektrolízisAz elektrolízis módja határozza meg a vízb l kinyert hidrogén mennyiségét, mely számunkranagyon fontos paraméter. Ahhoz, hogy elegend hidrogént tudjunk kapni a vízb l, tudnunk kell,hogyan állíthatunk el maximális hidrogénmennyiséget minimális energia-befektetéssel. Ehhezviszont tisztában kell lennünk az elektrolízis alapfogalmaival. Ebben segít ez a fejezet.PolarizációA víz er sen poláros anyag, amelyben a molekulán belül elhelyezked oxigén atommal a kéthidrogén atom hozzávet leg 123°-os szögben kapcsolódik, és a hidrogén atomok egy-egy elektronjaaz oxigén atom körül is keringve, akörül nagyobb utat megtéve az oxigén atom oldalán negatívtöltéssúlypontot hoz létre, míg a hidrogén atomok oldalán pozitív töltéssúlypont alakul ki.1. ábra. A vízmolekula, mint elemi dipólusAz egyes vízmolekulák, mint elemi dipólusok küls villamos tér jelenléte nélkül tetsz legeshelyzetet vesznek fel az anyagon belül, így a víz, mint szigetel anyagú test villamos szempontbólsemleges.Azonban villamos teret hozva létre a vízmolekulák körül, a dipólusok a villamos tér irányánakmegfelel en rendez dnek és egy makroszkopikus dipólust hoznak létre. 329
    • 2. ábra. A vízmolekulák a küls villamos tér hatására egy makroszkopikus dipólust alkotnakEz a rendez dés azért történik meg, mert a dipólust homogén villamos térbe helyezve arra adipólusnyomaték vektor és a villamos térer sség vektor vektoriális szorzatával megegyezforgatónyomaték hat.3. ábra. A a villamos er tér vízmolekulákra, mint dipólusokra ható forgató nyomatékaA villamos teret pl. úgy hozhatjuk létre, hogy a vízbe két elektródalemezt helyezünk, melyekreadott villamos feszültséget kapcsolunk.Ha az elektródák között csak vákuum lenne, akkor a síkkondenzátor fegyverzeteit képez C0kapacitású elektródákra kapcsolt feszültség hatására az elektródákon Q = C0 * U villamos töltéshalmozódna fel.A mi esetünkben viszont, amikoris az elektródák közötti teret dipólusos vízmolekulák töltik ki,ugyanazon U feszültség hatására nagyobb mennyiség töltés halmozódik fel az elektródákon.Ennek oka az, hogy a fentebb már ismertetett módon a vízben polarizáció megy végbe, amely sorána víznek az elektródákkal szomszédos felületén megjelen töltések az elektródákon lev töltésekáltal létrehozott villamos térrel ellentétes irányba mutató teret hoznak létre. A polarizációs töltésektehát lerontják a "kondenzátor" belsejében a villamos teret. A feszültség azonban állandó érték és avillamos térer sség vonal menti integráljával egyenl . 330
    • 4. ábra. Az elektródokon a vákuum ill. a poláros vízmolekulák hatására felhalmozott töltésekEkkor a villamos er tér értéke:E=U/dahol:E - a villamos térer sség az elektródák között,U - az elektródákra kapcsolt feszültségd - az elektródák távolsága.Az U feszültség és természetesen a d távolság változatlan maradt, tehát az E villamos térer sségnekszintén változatlannak kell maradnia. Ez csak úgy valósulhat meg, ha az elektródákon lev töltésmennyisége megn . További töltések halmozódnak fel az elektródákon a vízmolekulák általlétrehozott, ellentétes irányú villamos tér kompenzálása érdekében. Ezt a töltésmennyiséget Qkkötött töltésnek, az elektródákon eredetileg lev töltést pedig Qsz = Q0 szabad töltésnek nevezzük.Az elektródalemezeken felhalmozódott összes - valódi - töltés tehát: Q = Qsz + QkA vízzel kitöltött elektródalemezek C kapacitása az ugyanolyan méret vákuumkondenzátorkapacitásának εr-szerese, vagyis a relatív dielektromos állandó mértékével növekszik meg.A tiszta desztillált víz dielektromos állandója nagy (εrvíz = 81), ezért azt szigetel ként használjákszámos olyan nagyfeszültség alkalmazásban, ahol még a porcelán se szigetel elég jól (εrporcelán = 6).A mi célunk viszont az, hogy a vízmolekulákat ne csak polarizáljuk, hanem szét is szakítsukalkotórészeire. Ehhez az egyik megoldás az, hogy addig növeljük a térer t, vagyis az elektródákrakapcsolt feszültséget, míg a molekulák szét nem szakadnak az alkotórészeikre, hidrogén és oxigénatomokra. Ezt a módszert használta Meyer is a vízbontójában (lásd itt). Mivel a hidrogén kötés akémiai kötések közül a második leger sebb kötés, ezért igen nagy feszültségre van szükség annakszétszakításához. 331
    • MnO4- + 8 H+ + 5 e- => Mn2+ + 4 H2O(l) 1,510 V F2(g) + 2 e- =>2 F- 2,870 V1. táblázat. A 25 °C-on mérhet elektródpotenciálokVízb l a hidrogént csak azok a fémek képesek redukálni (elektronleadásra késztetni), amelyeknek astandardpotenciálja negatív, vagyis az alkáli- és az alkáliföldfémek, valamint az alumínium.Gyakorlatilag azonban sem az alumínium sem a magnézium nem reagál közönséges körülményekközött a vízzel, mert a felületüket összefügg , véd oxidréteg borítja, mely jelent s aktiválási gátatjelent.Az alkálifémek és az alkáliföldfémek többségének oxidjai, hidroxidjai vízoldékonyak, ezért areakció végbemegy.A pozitív elektródpotenciálú fémek a hidrogénionokat nem képesek redukálni. Ezek vizes oldatbólsoha nem fejleszthetnek hidrogéngázt!A vízbontásnál az egyik leggyakrabban használt fém a kálium, melyet kálium-hidroxid (KOH)alakjában adunk a vízhez, ahol az feloldódik a következ reakció szerint:KOH + H2O => K+ + OH- + H2OA pozitív töltés kálium ion és a negatív töltés hidroxid ion a nagyon jól szigetel vizet vezet véteszi.Az oldatba elektródákat vezetve és azokra feszültséget kapcsolva az elektródák között létrehozzuk afentebb már leírt villamos er teret, aminek hatására a vízmolekulák polarizálódnak. De mivel azoldat már ionokat is tartalmaz, ezért redoxi reakciók is lejátszódnak.Nézzük meg az egyes elektródákon lejátszódó folyamatokat.A katód reakcióiA negatív elektródán, azaz a katódon megjelen elektronok semlegesítik a pozitív töltés káliumionokat, amikb l a redukció során semleges kálium atomok lesznek:K+ + e- => KA kálium atom reakcióba lép a vízzel, aminek eredményeként a vízmolekula szétszakad hidrogénionra és hidroxid ionra:K + H2O => K + H+ + OH-Ezt követ en a pozitív töltés hidrogén ion egy elektront vesz fel a kálium atomtól - oxidálja azt -aminek eredményeként a kálium atom pozitív ionná válik, a hidrogén ion pedig semleges hidrogénatommá.K - e- + H+ + OH- => K+ + H + OH- 333
    • Mivel a hidrogén atom nagyon reagens, ezért nem marad meg atomi állapotában, hanem egy másikkiszakított hidrogén atommal egyesülve H2 molekulát alkot. Az így kialakult H2 gázok buborékokatformálva a víz felhajtóerejének hatására a víz felszíne felé haladnak, míg a negatív töltés OH-ionok a pozitív töltés anód felé "vándorolnak".Mint látjuk, a kálium az elektron vezet jeként játszik csak szerepet, a katódról átvezeti az elektronta hidrogén ionhoz, ezáltal katalizálja a vízmolekula szétszakításának folyamatát. De vajon miértnem játszódik le ez a reakció a katalizátor nélkül? Az ok az elektródpotenciálban keresend .Hasonlítsuk össze a kálium és az oxigén elektródpotenciálját a hidrogénhez képest. Ezt mutatja akövetkez ábra.5. ábra. Az oxigén és a kálium elektródpotenciálja a hidrogénhez képestA 5. ábrán látható, hogy a hidrogénhez képest az oxigén elektródpotenciálja pozitív, a káliumépedig negatív el jel . Az elektródákra kapcsolt feszültség révén kialakult E villamos er tér hatásáraa hidrogén atom pozitív töltés protonja H+ a villamos er térrel egyez irányban mozdul el - azelektromosan negatívabb potenciálú kálium felé, míg a hidrogén atom elektronja azzal ellentétesirányban, az oxigén felé halad, aminek hatására kialakul az OH- ion.Ugyanezen E villamos er tér hatására a kálium atom legküls elektronhéján lév elektron e- onnétleszakad és a hidrogén felé mozdul el, miközben a kálium atomból pozitív töltés K+ ion lesz. Akálium felé haladó H+ proton és a hidrogén felé gyorsuló e- elektron egyesülése révén hidrogénatomot kapunk.Amennyiben nincs a vízben katalizátor - jelen esetben kálium, úgy a vízmolekulák hidrogénatomjaia szomszédos vízmolekulák oxigén atomjai felé néznek, s mivel az oxigén standardpotenciáljapozitív, így az oxigén nem készteti elektronleadásra a szomszédos vízmolekula hidrogénjét. Ekkornem jön létre a hidrogén szétkapcsolódása, azaz disszociációja.Ezért van szükségünk katalizátorra. 334
    • Az anód reakcióiA pozitív elektródán, azaz az anódon a következ reakciók játszódnak le. A katód fel l érkeznegatív töltés hidroxid ionok az anódot elérve leadják a felesleges elektronjukat és semlegesmolekulává válnak.OH- => OH + e-Két semleges OH molekula egymással egyesülve vizet hoz létre, miközben felszabadul egy oxigénatom.OH + OH => H2O + OAz oxigén atom a hidrogén atomhoz hasonlóan nagyon reagens, ezért két oxigénatom O2 molekulátalkotva összekapcsolódik. Az így kialakult O2 gázok buborékokat formálva a víz felhajtóerejénekhatására a víz felszíne felé haladnak.Bomlási feszültségA következ ábrán a vízbontó árama látható a feszültség függvényében.6. ábra. A vízbontó árama a feszültség függvényébenA 6. ábrán látható görbe azt mutatja, hogy egy bizonyos feszültségszint eléréséig nem folyik áram avízbontóban, így addig a bomlás nem kezd dik el.Ez a bomlási feszültség elméletileg 1,23 V, ezalatt nem indul be az elektrolízis folyamata. Agyakorlatban azonban ez a minimális feszültség magasabb. A gyakorlati és elméletifeszültségszintek közötti különbséget túlfeszültségnek nevezzük, melynek értéke az elektródaanyagától, az elektrolittól és a h mérséklett l függ. 335
    • A fentebb ismertetett redoxi reakció beindulásához a gyakorlatban minimum 1,47 V szükséges 25°C-on. A h mérséklet változásával azonban ez a feszültség arányosan változik. 60 °C-on ez afeszültség leesik 1,23 V-ra. Ennek a két pontnak az ismeretében felírhatunk egy egyenletet, melymeghatározza a bomlási feszültség értékét a h mérséklet függvényében.Az egyenes iránytényez je:m = (1,23 - 1,47) / (60 - 25) = -0,006857Ebb l a bomlási feszültség:Ub = m * ( T - 25 ) + 1,47Példaként mondjuk 73 °C-on a bomlási feszültség:Ub = -0,006857 * ( 73 - 25 ) + 1,47 = 1,14 VA bomlási feszültség utáni görbe meredeksége az ionvezetés mértékét l függ.IonvezetésA következ táblázatban a különböz ionok vizes oldatban mért relatív vezet képességét láthatjuk. Kationok Relatív vezet képesség Anionok Relatív vezet képesség H+ 7,0 OH- 4,0 Li+ 0,8 Cl- 1,5 Na+ 1,0 Br- 1,6 K+ 1,5 I- 1,5 Mg++ 2,4 NO3- 1,4 Ca++ 2,4 acetát 0,8 Zn++ 2,1 SO4- 3,22. táblázat. A különböz ionok vizes oldatban mért relatív vezet képességeAz a gyakran használt kifejezés, hogy az ionok "vándorolnak", nem teljesen fedi a valóságot, mivelaz ionok csak nagyon kis utat tesznek meg, egyfajta rezg mozgást végeznek egyhelyben "állva".Valójában az történik, hogy a hidrogén ion a hozzá legközelebbi vízmolekulával összekapcsolódikés H3O+ iont alkot, majd ez a H3O+ ion a másik oldalán elenged egy hidrogén iont.H+ + H2O => H3O+ => H2O + H+Ez a hidrogén ion látszólagos mozgását okozza, miközben egyetlen ion sem mozdult el a helyér l,mindössze a kapcsolódások térbeli elhelyezkedése változott meg. Ez a folyamat végighullámzik azegész oldaton a villamos er tér irányával párhuzamosan. 336
    • Hogy jobban el tudd képzelni ezt a folyamatot, nézd meg a következ ábrát.7. ábra. A H+, azaz a H3O+ ion látszólagos "vándorlása" a katód feléAz OH- ion hasonlóképpen "vándorol" az anód felé, azaz a hozzá legközelebbi vízmolekulávalösszekapcsolódik és H3O2- iont alkot, majd ez a H3O2- ion a másik oldalán elenged egy OH- iont.OH- + H2O => H3O2- => H2O + OH-Ez a "vándorlás" a villamos er tér irányával ellentétes irányú.A 2. táblázatban azt látjuk, hogy a H+ ion és az OH- ion jóval "mozgékonyabb", mint a többi ion.Ennek oka az, hogy a többi ion ténylegesen változtatja a helyét, nem csak a kötések változnak atérben. Mivel a vízmolekulák között kell vándorolnia a többi ionnak, pl. a K+ ionnak, ezért nagyobbellenállást kell leküzdenie, ami végs soron az adott ion vezet képességének a csökkenéséhezvezet.IonkoncentrációSzó volt arról, hogy mikor a KOH-t beleszórjuk a vízbe, akkor az teljes mértékben feloldódik, azazK+ és OH- ionokra disszociál. Azt gondolhatnánk, hogy minél több KOH van a vízben - tehát minéltöményebb az oldat - annál jobb lesz a víz vezet képessége, hiszen a több ion jobban vezet. Ezazonban csak egy bizonyos koncentrációig igaz, afölött viszont már csökken az oldatvezet képessége. Ennek oka a következ :A KOH molekulák feloldódva pozitív és negatív töltés ionokra (K+ és OH-) esnek szét. Amikormég nem kapcsolunk feszültséget az elektródákra, azaz nem hozunk létre villamos er teret azoldatban, akkor a következ ábrán látható helyzet alakul ki. 337
    • 8. ábra. A vízben feloldódott ionok elhelyezkedése küls villamos er tér nélkülA pozitív töltés ion (K+) körül gömbszer en helyezkednek el mind a negatív (OH-), mind pedig apozitív ionok. Ezt ion atmoszférának hívjuk. Egyfajta egyensúlyi állapot jön létre, ahol az ionokmegfelel távolságra és viszonylag egyenletesen helyezkednek el egymástól. A helyzet azonbanmegváltozik, mikor létrehozzuk a villamos er teret. 338
    • 9. ábra. A vízben oldott ionok egymásra gyakorolt hatása a villamos er térbenA pozitív töltés ion (K+) a küls villamos tér hatására balra mozdul el. Az ion atmoszféra az ionmögött "ellazul", míg az ion haladási irányában egy ellentétes irányú er épül fel a negatív töltésionok révén.Ha híg az oldat, akkor egymástól viszonylag távol helyezkednek el a K+ ionok, így azok egymásraés a negatív töltés OH- ionokra gyakorolt hatása elhanyagolható.Az oldat koncentrációjának növekedésével viszont egyre több K+ ion lesz az oldatban, ami az OH-vagyis H3O2- ionokat magához vonzva el ször segíti azok haladását, utána viszont visszahúzza,ezáltal csökkentve az E villamos tér erejét.A 10. ábrán az er s és a gyenge elektrolitok moláris vezet képességének változását láthatjuk akoncentráció függvényében. 339
    • 10. ábra. A moláris vezet képesség változása a koncentráció függvényében er s és gyengeelektrolitoknálA gyenge elektrolit oldat azt jelenti, hogy az elektrolit csak részben disszociál az ionjaira, míg azer s elektrolit oldatban az elektrolitok teljesen disszociálnak. A KOH er s elektrolit oldatoteredményez, mivel minden KOH molekula szétbomlik K+ és OH- ionokra.Mint látjuk, a moláris vezet képesség a koncentráció növekedésével a fent leírt hatás következtébenmind az er s, mind pedig a gyenge elektrolit oldatokban csökken.Az oldat fajlagos vezet képességének (κ) értékét a koncentráció (c) függvényében a következ ábramutatja. 340
    • 11. ábra. Az oldat fajlagos vezet képességének (κ) értéke a koncentráció (c) függvényébenAz elektrolit oldat fajtájától függ, hogy a vezet képesség milyen koncentrációig növekszik. Ez anövekedés kb. 25 és 40 %-os koncentrációértékeknél fordul át csökkenésbe a különböz savaknál,míg a KOH oldat esetében kb. 4,2 %-os koncentrációnál.Maradék feszültségMikor az elektródákról lekapcsoljuk a feszültséget, akkor az elektródákon mérhet feszültségel ször rohamosan csökken, majd ez a csökkenés lassul, végül pár másodperc elteltével beáll kb.0,8 V-ra, függetlenül attól, hogy hány voltról kezdett csökkenni. (A lekapcsolás pillanatábantermészetesen a feszültség meghaladta a minimális 1,47 V-ot, hiszen azt tételezzük fel, hogy el tteaz elektrolízis folyamata zajlott.)Ez a 0,8 V-os feszültség azért van jelen, mert a vízmolekulák polarizálódtak és kialakult a fentebbmár említett Qk kötött töltés (lásd a 4. ábrát). Az elektrolit oldatban lév ionok ezeket a töltéseketviszont nem tudják kiegyenlíteni, mert a kritikus 1,23 V-os feszültség alatt az elektrolit ellenállásajelent sen megnövekszik.Azok a töltések, melyek nem tudtak eltávozni az elektródák felületér l, feszültséget hoznak létre.Ezt a feszültséget maradék feszültségnek nevezzük.Többlemezes elektrolizálóA villamos er tér hatására a pozitív töltés K+ ionok a negatív töltés katód felé vándorolnak, s ottegy, a katód felé egyre s r söd réteget alkotnak. 341
    • 12. ábra. A K+ ionok koncentrációja a katód felé közeledve növekszikAz egyenletesebb ioneloszlás érdekében megtehetjük azt, hogy a két széls elektródalemez közétovábbi elektróda lemezeket kapcsolunk. Ekkor a K+ ionok az elektrolit oldatban ugyan hasonlógörbét mutatnak, de az eloszlásuk sokkal egyenletesebb lesz, azaz az egyes "katódok" menténkevesebb ion gyülemlik fel.13. ábra. A K+ ionok koncentrációja több lemez esetén egyenletesebben oszlik el az elektrolitoldatbanEzzel a megoldással n a felszabaduló gázok mennyisége ugyanakkora áramer sség mellett. Ezazzal magyarázható, hogy a katódtól az anód felé áramló OH- ionok a felesleges elektronjukat máraz L2 lemezen leadják, s mivel az L2 lemez nincs összekötve a katóddal, ezért ezek az elektronoknem tudnak egyb l a katódra jutni, hanem az L4 anód felé vándorolnak. Az L2 jobb oldalakatódként viselkedik, azaz ott hidrogén szabadul fel, míg a baloldala anódként, azaz ott oxigénszabadul fel. Ez a folyamat addig ismétl dik, míg az elektron el nem éri az L4 anódot. 342
    • Nem lehet akármennyi lemezt a katód és az anód közé tenni, mivel a d távolság növekedésével -ugyanakkora feszültség mellett - a villamos er tér csökken, ami egy bizonyos szint alatt már ahatásfok rovására megy. Ezen kívül a vízmolekulák polarizálódása miatt a köztes lemezeken iskialakulnak a Qk kötött töltések, amik a folyamat ellen hatnak, lévén hogy ezek a Qk töltések szinténrendelkeznek saját, a f er térrel ellentétesen ható er terekkel. Egy bizonyos lemezszám után ezeka kis er terek egyre jobban rontják az elektrolízis hatásfokát.Oldatok vezet képességének meghatározásaAz elektródák között található oldat ellenállását a következ , elektrotechnikában jól ismert képlettelszámolhatjuk ki:R=ρ*d/Aahol:R - az oldat ellenállása a két elektróda között (Ω)ρ - az oldat fajlagos ellenállása (Ω * cm)d - az elektródák közötti távolság (cm)A - az elektróda felülete (cm2)A fajlagos vezetés (κ) a fajlagos ellenállás reciproka:κ=1/ρezért:R = d / (A * κ)A κ értéke viszont nem egy konstans, mint pl. a fémeknél, hanem az oldat koncentrációjánakfüggvényében változik. Ezért az elektrolit oldatok vezetését inkább az oldat molekulavezetésévelszokás jellemezni. A molekulavezetés (λm) az oldat fajlagos vezetéséb l számítható:λm = κ / cahol:λm - a molekulavezetés (S * cm2 / mol)κ - a fajlagos vezetés (S/cm)c - az oldat koncentrációja (mol/cm3 oldat)Az er s és a gyenge elektrolit oldatok esetében különböz módon kell számolni a molárisvezet képességet. Mivel minket a KOH érdekel, ezért csak az er s elektrolitok molekulavezetésévelfogunk foglalkozni. 343
    • ahol:mvíz - a víz tömege (g). 1 liter víz tömege 1000 gsoldat - a KOH oldat s r sége (g/cm3)A KOH oldat s r sége (soldat) a tömegszázalék függvénye, ezt az értéket pl. a NégyjegyFüggvénytáblázatból kaphatjuk meg.A KOH tömegszázalékát a következ képpen határozhatjuk meg:m% = ( mKOH * 100 ) / ( mKOH + mvíz )A jobb érthet ség kedvéért nézzünk egy konkrét példát.Tegyük fel, hogy 1 dl (100 g) vízben feloldunk 4,2 g KOH-t. Az oldatba vezetett elektródamagassága h = 2 cm, hosszúsága pedig l = 3 cm. Az elektródák közötti távolság legyen d = 1 mm(0,1 cm). Ekkor az oldat tömegszázaléka:m% = ( mKOH * 100 ) / ( mKOH + mvíz )m% = (4,2 g * 100 ) / ( 4,2 g + 100 g ) = 4,03 %A Függvénytábla alapján megállapítottuk, hogy a 4,03 %-os KOH oldat s r sége:soldat = 1,035 g/cm3.Az oldat térfogata:Voldat = ( mKOH + mvíz ) / soldatVoldat = ( 4,2 g + 100 g ) / 1,035 g/cm3 = 100,67 cm3 = 100,67 mlAz oldat KOH koncentrációja ezek szerint:c = mKOH / ( mtKOH * Voldat )c = 4,2 g / ( 56,1* 100,67 cm3 ) = 7,4368 * 10-4 mol/cm3A végtelen hígítású oldat molekulavezetése a 3. táblázat alapján:λ0 = λIK + λIA = λH+ + λOH-λ0 = 349,7 S * cm2/mol + 200,0 S * cm2/mol = 549,7 S * cm2/molA 4,03 %-os KOH oldat molekulavezetése pedig:λ m = λ0 - k * cλm = 549,7 S * cm2/mol - (13037 * 7,4368 * 10-4 mol/cm3)λm = 194,2 S * cm2/molAz oldat fajlagos vezetése:κ = λm * cκ = 194,2 S * cm2/mol * 7,4368 * 10-4 mol/cm3κ = 0,144 S/cmAz elektródalemez felülete:A = h * l = 2 cm * 3 cm = 6 cm2 345
    • Az elektródák közötti ellenállás ekkor:R = d / (A * κ)R = 0,1 cm / (6 cm2 * 0,144 S/cm)R = 0,115 1/S = 0,115 ΩFaraday törvényeFaraday az elektrolízises kísérletei során rájött arra, hogy az oldatból kiváló anyag tömege csak azoldatba vezetett áramer sségt l, az elektrolízis idejét l és az oldatra jellemz állandótól függ.m=k*I*tahol:m - a felszabadult anyag tömege (g)k - elektrolízis állandóI - az alkalmazott áramer sség (A)t - az elektrolízis id tartama (s)Egy mól z töltés ion semlegesítéséhez z * 96 485 C töltés szükséges, vagyis az elektrolízishezszükséges töltés egyenesen arányos az elektrolizálandó anyag mennyiségével és töltésével:F = (I * t) / z * nahol:F - Faraday féle szám (F = 96 485 C/mól)n - az ionok számaz - egy molekula felszabadításához szükséges elektronok számaEzt a két törvényt egyesítve a következ egyenletet kapjuk:m = (M * I * t) / (z * F)ahol:M - a móltömegA vízbontás során a kivált anyag gáz halmazállapotú, ezért a fenti képletben a móltömegetbehelyettesítve a következ egyenletet kapjuk:V = ( R * T * I * t * 103) / ( F * p * z )ahol:V - a gáz térfogata (liter)R - Moláris gázállandó (= 8,31432 J/(mól*K))T - az elektrolit oldat h mérséklete (K)I - az elektrolit oldatba vezetett áram er ssége (A)t - az elektrolízis id tartama (s) 346
    • F - Faraday féle szám (F = 96 485 C/mól)p - az elektrolit oldat feletti leveg nyomása (Pa)(A leveg nyomása 1,013 * 105 Pa)z - egy molekula felszabadításához szükséges elektronok számazH2=2, azaz 2 mól elektron szükséges egy mól hidrogén felszabadításáhozzO2=4, azaz 4 mól elektron szükséges egy mól oxigén felszabadításáhozLégköri nyomáson és 25 °C-on a képlet a következ képpen egyszer södik:V = ( 8,31432 J/(mól*K) * 298 K* I * t * 103) / ( 96 485 C/mól * 1,013 * 105 * z )V = 0,000253 * I * t / zVegyünk egy konkrét példát. Ha a feljebb meghatározott töménység KOH elektrolit oldatban lévelektródákra egy 12 V-os akkumulátort kapcsolunk, akkor az áramer sség Ohm törvénye szerint:I=U/RI = 12 V / 0,115 Ω = 104,3 AEzzel az áramer sséggel egy perc alatt a következ mennyiség gáz fog termel dni:A katód mentén:VH2 = 0,000253 * I * t / zVH2 = 0,000253 * 104,3 A * 60 / 2 = 0,791 literAz anód mentén:VO2 = 0,000253 * I * t / zVO2 = 0,000253 * 104,3 A * 60 / 4 = 0,395 literAz össz gáztermelés tehát:V = VH2 + VO2 = 0,791 liter + 0,395 liter = 1,186 literAz elektrolízis hatásfokaA hatásfokot általánosan a rendszer kimenetén megjelen és a befektetett energia hányadosakéntjellemezzük. Az elektrolízis hatásfokát kétféleképpen határozhatjuk meg, egyrészt energetikaiszempontból, másrészt pedig a Faraday hatásfokként.ηenergetikai = Eki / EbeAz elektrolízisnél az energetikai hatásfokot a következ képlettel határozzuk meg:ηenergetikai = ( VH2 * H0 ) / ( Ueff * Ieff * t )ahol:VH2 - az el állított hidrogén mennyisége (liter)H0 - a hidrogén kalorimetrikus értéke (= 12,745 * 103 J/liter)Ueff - az elektródákra kapcsolt effektív feszültség (V) 347
    • Ieff - az elektrolizálón átfolyó effektív áramer sség (A)t - az elektrolízis id tartama (s)A Faraday hatásfok meghatározásához a ténylegesen el állított hidrogén mennyiségét el kell osztania számított elméleti hidrogéngáz mennyiségével:ηFaraday = VH2 (termelt) / VH2 (számított)ahol:VH2 (termelt) - a termel d hidrogéngáz lemért mennyiségeVH2 (számított) - az elméletileg kiszámított hidrogén mennyiségeEgy érdekes momentum, hogy mikor többlemezes elektrolizáló készüléket használunk, akkor aFaraday hatásfok meghaladhatja a 100 %-ot!Az elektrolízis hatásfoka sok tényez t l függ, például az elektrolit anyagától és koncentrációjától,az alkalmazott elektródák anyagától, méretét l és formájától, az elektrolizáló tartály méretét l ésformájától, az elektrolízishez használt áram nagyságától, hullámformájától és frekvenciájától (hanem egyenáramot használunk), az elektrolízis h mérsékletét l stb.BrowngázA Browngáz a di-atomi és mon-atomi hidrogén és oxigéngázok keveréke.A Browngáz legegyszer bb el állítási módja az elektrolízis, mely az elektromos áram segítségévela vizet hidrogénra és oxigénra bontja. A lebontás pillanatában a hidrogén és oxigén úgynevezettmon-atomi állapotban van, azaz nem kapcsolódnak semmilyen más atomhoz, csak önmagukbanvannak, mint H és O.A hagyományos elektrolizálók arra ösztökélik ezeket a mon-atomi hidrogén- és oxigénatomokat,hogy azok di-atomi állapotba menjenek át. A di-atomi állapot azt jelenti, hogy a hidrogénatomokH2 molekulákat, az oxigénatomok pedig O2 molekulákat alkotnak. A di-atomi állapot egyalacsonyabb energiaszint állapot, s az energiakülönbség h formájában jelentkezik, mely azelektrolizálót melegíti, s amely így nem elérhet a további felhasználás során.De mi történik akkor, ha a H és O atomok jelent s része nem alakít ki di-atomi molekulakötéseket.A hagyományos elektrolízis endotermikus (h elnyel ) folyamat. De ha csak kevés di-atomimolekula keletkezik, akkor az elektrolizáló nem melegszik fel, mivel nincs exotermikus(h kibocsátó) folyamat, mely a buborékok vízre gyakorolt hatásakor jön létre. Ezen kívül azelektrolízis során keletkezett gáz mennyisége is jelent sen megnövekszik, mivel a mon-atomimóltömeg kétszerese a di-atomi móltömegnek ugyanakkora súlyú víztömeg elektrolizálása során. 348
    • Mi történik ezen mon-atomi gázok elégetése során? Mikor csak H és O ég el, akkor a láng sokkalhidegebb, mivel a lángnak nem kell energiát közölnie a H2 és O2 molekulák szétválasztására. Hacsak a H és O atomok vannak jelen az égés során, akkor csak annyi történik, hogy azok agázállapotból az 1860-szor s r bb folyékony halmazállapotba alakulnak át, vagyis vízzé, s ez csakkevés h termeléssel jár. Ez a folyamat viszont vákuumot hoz létre robbanásszer összeroppanástidézve el . És ha a H és O atomok egyb l vizet formálnak, akkor (4 mól hidrogén és 2 mól oxigénesetén) 442.4 Kcal energiát kapunk, ellentétben a 115.7 Kcal-val, amit 2H2:O2 esetén kapnánk.Ez az extra energia a Browngázoknál furcsa jelenségeket idéz el , mint például a wolframnemesítését, melyhez egyébként a nap felszínén található h mérsékletre lenne szükség. Ahagyományos 2H2:O2 lángok nem tudnának ekkora h t biztosítani. Ez a különleges, magasenergiaszint reakció érdekes hatásokat eredményez, például a Browngáz lángja képes lézerszerlyukat égetni a fába, fémbe és a porcelánba. Ezen kívül a láng h mérséklete különböz anyagoknáleltér .A mon-atomi hidrogénb l (H) és mon-atomi oxigénb l (O) álló Browngáz lángjával nem kellenergiát közölnünk, mivel az atomok már eleve a legegyszer bb és legmagasabb energiaszintállapotukban vannak. Ez azt jelenti, hogy a "tökéletes" Browngáz 3.8-szer több h energiávalrendelkezik, mint a "közönséges" H2 és O2 gázok (442.4 Kcal / 115.7 Kcal). Így "plazma" típusúh mérsékleteket és hatásokat érhetünk el, mivel a potenciális atomi energia jelen van, még ha nemis jelentkezik h formájában.A Browngázokról szóló rövid ismertet t angolul itt olvashatod el. (A teljes szöveget nemfordítottam le, csak a lényegesebb részeket.)SzámításokA következ dinamikus táblázat segítségével meghatározhatod, hogy ha desztillált vízbe adottmennyiség KOH-t oldasz fel, akkor mekkora lesz az oldat ellenállása, mennyi áram folyik rajtakeresztül, mennyi lesz az elméleti gáztermelés stb. A bemeneti adatok a következ k:Vvíz - a desztillált víz térfogata literbenmKOH - a feloldott KOH mennyisége grammokbanA - az elektródalemez elektrolittal érintkez felülete cm2-bend - az anód és a katód közötti távolság mm-ben. Ha kett nél több lemezt használsz, akkor a kétszéls lemez közötti távolságot jelenti.n - az elektródalemezek száma (minimum kett nek kell lennie)U - a két széls elektródára kapcsolt feszültség értéke V-banT - az elektrolit oldat h mérséklete °C-ban 349
    • Andrija Puharich a 70-es évek végén az autójával - melynek üzemanyaga víz volt - beutaztaAmerikát és Mexikót. Puharich alaposan tanulmányozta a vízbontás lehet ségeit, mivel alegenergiatakarékosabb módszert akarta kifejleszteni - és végül is siker koronázta a fáradozásait.BingoFuel elektrolizáló készülék nagy áramokkal és viszonylag nagy feszültségen bontja a vizet.Kanarev professzor egy olyan elektrolizálót dolgozott ki, melynek segítségével egy köbméterhidrogént mindössze 0.4 kWh energia segítségével állíthatunk el . Ez 1000%-os hatásfok-növekedést eredményez.Sanley A. Meyer nagyfeszültséget használva bontotta le a vizet hidrogénra és oxigénra. Az általaalkalmazott módszer nagyon jó hatásfokot biztosított, a víz lebontására használt energiának a többszázszorosát tudta kinyerni a hidrogén elégetésekor.Horváth István magyar származású feltaláló is kidolgozott egy vízbontási elvet, mely olyan jóhatásfokú volt, hogy a 4000 cm3-es autóját könny szerrel, kis energia-befektetéssel tudta veleüzemeltetni.Horváth István el z oldalon ismertetett szabadalmát két évvel kés bb egy újabb szabadalomkövette, mely látszólag az el z tökéletesítése volt, bár itt már nem csak az elektrolízist alkalmazta,hanem a radiolízist is.Andrija Puharich elektrolizáló készülékeAndrija Puharich a 70-es évek végén az autójával - melynek üzemanyaga víz volt - beutaztaAmerikát és Mexikót. Puharich alaposan tanulmányozta a vízbontás lehet ségeit, mivel alegenergiatakarékosabb módszert akarta kifejleszteni - és végül is siker koronázta a fáradozásait.Elgondolkoztál már azon, hogy mit is kezdhetnél egy régi Hifi készülékkel? Nos, a válasz akövetkez : használd a víz lebontására.Mint más kutatók, így Puharich is rájött arra, hogy a víz lebontása egy rezonanciafrekvenciánrezegtetett összetett hullámforma segítségével megoldható.Egyszer en csak frekvenciák és azok harmonikusainak sokaságát kell alkalmaznod különbözhullámformákat állítva el , melyek a vízmolekulát alkotó atomok magjait és elektronjaitmegrezegtetik. Mindehhez polarizált elektromágneses mez re van szükség.A hagyományos elektrolízisnél egyenáramot használunk, mely már eleve polarizált, így az anód éskatód között kialakult er s elektromágneses mez a vízmolekulákat észak-dél (vagy + - -) iránybaállítja és addig húzza a molekulákat alkotó H-O atomokat egymással ellentétes irányba, míg aköztük lév kötés meg nem sz nik. Ennek a hatásfoka azonban nem túl jó, mindössze 50 - 71 %. 351
    • Ezt a hatásfokot próbálják meg javítani azok a módszerek, melyeknél az áram "ki-be" kapcsolásávalaz atomok közötti kötést el ször széthúzzuk majd pedig ezt a húzást megszüntetjük. Ez molekulárisszinten egyfajta kifáradást eredményez, ahhoz hasonlóan, mint amikor egy fémdarabot hajlítgatunk,míg az el nem törik. Az áramnak ez a "ki-be" kapcsolása azonban nem javítja jelent sen azelektrolízis hatásfokát.Az áttörést néhány különleges frekvencia használata hozta meg, mint például 600 Hz és 42,8 KHz,melynek során a már eleve széthúzott H-O kötésen még csavarunk egyet. Viszont ezt a trükköt nemegy adott frekvencia vagy hullámforma segítségével végezzük el.A H-O kötés jóval képlékenyebb, mint ahogy néhány ember azt gondolja. Ez olyan, mint amikorszéthúzunk egy gumiszalagot, így próbálva meg azt elszakítani. Maga a széthúzás önmagában csakakkor m ködik, ha van elegend brutális er nk (mint például a plazma ív esetében), de ezenergiapocsékolás. Ha viszont van egy ollónk, amivel a széthúzott gumit elvághatjuk, akkor azjóval kevesebb energiát igényel.Tulajdonképpen ez történik a rezonanciafrekvencián.A kémiai kötéseket el ször "széthúzzuk" majd "csavarunk" egyet rajtuk, ami azt eredményezi, hogyaz atomok polaritása már nem lesz fázisban, ezért az atomok taszítani kezdik egymást. Azatommagok pozitív töltés ek, így azok taszítják egymást, viszont a "viszonylagos pörgésikapcsolataik" és a negatív elektronjaik révén mégis össze tudnak kapcsolódni. Ha megváltoztatjukezt a "pörgési kapcsolatot" egy adott frekvenciájú elektromágneses mez segítségével, akkor ezekaz atomi kötések megcsavarodnak, és ha még húzzuk is ket, akkor azok nagyon könnyenelszakadnak.Hogyan oldotta ezt meg Andrija Puharich? Ezt tudjuk meg az itt következ szabadalmából(melynek tartalmát a fordítás során kissé megnyirbáltam).A találmány rövid ismertetéseA klasszikus kvantumfizika szerint a vízmolekulának két különböz szög kötése van, 104° és109°28.A jelen találmány olyan módszert ismertet, mely a vízmolekulákat energizálja oly módon, hogy a104°-os szöget bezáró kötést 109°28-os tetraéder alakú geometria formává változtatja.Egy elektromos függvénygenerátor (1. részegység) összetett elektromos hullámformát állít el ,mely megfelel a tetraéder alakú vízmolekulák összetett rezonanciafrekvenciáinak. Ez az összetettelektromos hullámforma a vízmolekulákat szétszakítja az azokat alkotó hidrogénra és oxigénra.A találmány részletes ismertetése1. rész - A készülék 352
    • A készülék három részegységb l áll: az elektromos függvénygenerátorból, a termodinamikaikészülékb l és a víztartályból.1. részegység - Elektromos függvénygenerátorAz eszköz kimeneti jele egy hangfrekvenciás 20 és 200 Hz közötti tartományú jel által modulált200 és 100 000 Hz közötti viv hullámból áll. Ennek a kimen jelnek az impedanciáját(ellenállását) folyamatosan összehasonlítjuk a terheléssel, mely ebben az esetben a2.részegység, azaz a termodinamikai készülék. Tekintsd meg az 1.ábrát.1.ábra. Az elektromos függvénygenerátor sematikus rajza (1. részegység)2. részegység - termodinamikai készülékA termodinamikai készülék fémb l és kerámiából készült, mely hengerformájú. A központi üregeselektródát egy nagyobb, cs alakú hengerformájú acélelektróda veszi körül. Ez a két elektródakoaxiális elektródapárt hoz létre, mely az 1. részegység terheléseként szolgál. A központi cs alakúelektróda tartalmazza a vizet és egy porózus, üvegszer kerámiaszigetelés választja el a külselektródától. A szigetel kerámia küls része és a küls elektróda közötti rész az elektrolizálandóvizet tartalmazza. Ez a vízcella a találmány 3. részegysége, mely két hosszú, cs alakú t zállóüveget tartalmaz, ahogy az a 2. ábrán és a 3. ábrán is látható. A két fémelektróda vízzel érintkezrésze nikkelötvözettel van bevonva. 353
    • 2. ábra. A találmány sematikus rajza és a termodinamikus eszköz metszete (2. részegység)A koaxiális elektródarendszer anyaga és formája direkt úgy lett kialakítva, hogy a vízmolekulákatenergizálhassa az elektrolízis érdekében. A központi elektróda üreges és azt a célt is szolgálja, hogy3. részegység vízcellájához vezesse a vizet. A központi cs alakú elektróda nikkelötvözettel,porózus kerámiával és üvegcs vel van bevonva a teteje kivételével, mely a második elektródáranéz. A küls henger alakú elektróda h vezet acélötvözetb l készült és a küls részén bordákkalvan ellátva. A küls elektróda bels fele nikkelötvözettel van bevonva. A központi és a külselektróda elektromosan össze vannak kötve a küls elektróda kupolaalakú meghosszabbításával,mely a két elektródát a hidrogén ismert kioltási távolságán tartja egymástól. Nézd meg a 2. ábrán,mely a 2. részegységet illusztrálja.3. részegység - VízcellaA vízcella a 2. részegység fels felében található. Ezt már leírtuk a 2. részegység tárgyalásakor. Afelnagyított rajzát a 3. ábrán láthatjuk. A 3. részegység vízb l és üvegcs b l áll, mely a 2.részegységben található. 354
    • 3. ábra. A 3. részegység metszeteA gyakorlatban elkészített készülék a következ ket tartalmazza:A - Víztartályt, sótartályt és/vagy sótB - Mikroprocesszoros vagy más vezérl vel ellátott vízbefecskendez rendszert, melyet akövetkez paraméterek irányítanak:Viv hullám frekvenciájaÁramFeszültségA cella vizének RC relaxációs id állandójaA víz atomi mágneses relaxációs állandójaA hidrogén égési h mérsékleteA viv hullám formájaA bels égés motor percenkénti fordulatszámaA gyújtást vezérl rendszerA h tend terület h mérsékleteC - Elektromos gyújtórendszert a keletkezett hidrogén begyújtásáraA 3. részegység fontos részeit képezik a cs alakú üvegszer anyag, a cella falának geometriája és acellában lév vízmolekulák geometriai formája. A találmány fontos részét képezik még avízmolekulák tetraéder formájának a manipulálása, melyr l a továbbiakban fogunk beszélni.A molekula különböz részei az elektronok segítségével kapcsolódnak össze. Az egyik lehetségeskötés a kovalens kötés, mely az elektronok megosztott birtoklásával jön létre. A hidrogénmolekula(H2) alkotja a lehet legkisebb kovalens kötést. (lásd a 4. ábrát) 355
    • 4. ábra. A hidrogén kovalens kötéseA hidrogéngáz molekulája úgy alakul ki, hogy az 1s elektronok egymást átfedve egy párat alkotnak.Egy új molekuláris pálya alakul ki, mint azt a 4. ábrán is láthatjuk. A kovalens kötésnél azatommagok elektronokra gyakorolt vonzó hatása tartja össze az atomokat.A kovalens kötésnek iránya van. Az elektronok pályája megváltoztathatja az alakját és az irányát,mikor az atom egy molekula részévé válik. Mikor egy molekulában két vagy több kovalens kötésvan jelen, a molekuláris geometriát a központi atom körüli kötések szögei határozzák meg. Alegküls elektronpályán lév szabad elektron(ok) alapvet hatással vannak a molekula geometriaiformájára.A vízmolekula jól demonstrálja ezt az elvet. Az oxigén egymagában a következ elektronpályaszerkezettel rendelkezik:1s2 2s2 2p2x 2p1y 2p1zA vízben a hidrogénok 1s elektronjai az oxigén 2py és 2pz elektronjaival kapcsolódnak össze. Mivela p elektronpályák derékszöget zárnak be egymással (lásd a 4a. ábrát), így 90°-os kötési szögetfeltételezhetnénk. Ugyanakkor a kísérletek azt bizonyították, hogy a kötés szöge 104°. Elméletilegezt a hibrid pályákon lév szabad elektronokkal magyarázzák.4a. ábra. A hidrogénkötés szögeA kombinált vagy más néven hibrid elektronpályák akkor alakulnak ki, mikor a 2s pályán lévelektronokat gerjesztjük s azok az alaphelyzetb l a 2p elektronpálya energetikai szintjére jutnak. Azúj hibrideket sp3-nak nevezzük, mivel azok egy s és három p pályából állnak. (lásd a 4b. ábrát) 356
    • 4b. ábra. A hibrid és nem hibrid pályákA hibrid sp3 pályák a térben a központi atomtól kiindulva a négy csúcs felé tetraéder formát vesznekfel. Ha a pályák egyenl k, akkor a kötések szögei a tetraéder geometriájára jellemz 109°28-osszöget vesznek fel. A víz esetében két pályát szabad elektronok foglalnak el. (lásd a 4c. ábrát)4c. ábra. A metán- , ammónia- és vízmolekula geometriájaEz a két szabad elektron, mely egy atommag körül kering, nagyobb taszító hatással rendelkezik,mintha két különböz atommag körül keringenének. Ez 109°-nál nagyobbra növeli aszabadelektronok pályája közötti szöget, mely viszont összébb nyomja a kötött elektronok pályáját104°-ra. Az ammónia (NH3) esetében, ahol csak egy szabadelektron van, a taszítás nem olyan nagyés a kötések szöge 107°. A szén a hidrogénnal rendszerint tetraéder alakzatot formál, így alakítva ki 357
    • a legegyszer bb gázt, a metánt (CH4) (lásd a 4c. ábrát és a 8.ábrát). A szabadelektronok taszításahatással van a töltéseloszlásra és meghatározza a kovalens kötés polaritását is.Ennek a szabadalomnak az az újítása, hogy a vízmolekulák energiaszintjét manipuláljukelektronikus eszközökkel úgy, hogy a vízmolekulákat átalakítjuk tetraéder alakúra. Akövetkez kben ezt mutatjuk be.2. rész - Elektrodinamika (tiszta víz)A tiszta vízben történ reakciók arányát és idejét, az 1., 2. és 3. részegység elektrodinamikáját ésazok együttm ködését fogjuk itt ismertetni. A sósvízben lejátszódó reakciókat a 3. részben fogjuktárgyalni. Az 1. részegység kimenete automatikusan követi az itt felsorolásra kerül hétreakcióállapotot ("A" - "F") azáltal, hogy változtatjuk a rezonanciafrekvenciát, hullámformát,áramer sséget, feszültséget és impedanciát. Nem szükséges mind a hét reakcióállapot a rendszergyakorlati alkalmazása során, de itt megemlítjük ket a teljesség kedvéért. Ez a hét reakcióállapotcsak a tiszta víz elektrolízise esetén van jelen."A" ÁLLAPOTA 2. részegység 1. részegységgel való száraz töltéseAhhoz, hogy az új rendszer beinduljon, az 1. részegység kimenetét rákötjük a 2. részegységelektródáira úgy, hogy még nincs víz a 3. részegységben. Ekkor a következ elektromosparamétereket figyelhetjük meg:A kimeneti áram (I) értéke (száraz) terhelésnél: 0 - 25 mAA kimeneti feszültség (E) értéke (száraz) terhelésnél: 0 - 250 V (váltófeszültség)Nincs torzulás az amplitúdó modulált (AM) jelben vagy a szinuszos viv hullámban, melynekfrekvenciája fc 59 748 Hz és 66 221 Hz közötti tartományban mozog. Ennek átlagértéke fcátl = 62985 Hz.A viv hullám fc frekvenciája a kimeneti teljesítmény függvényében változik oly módon, hogy azáram növekedésével a frekvencia csökken. Az AM hullámformát az 5. ábrán láthatjuk. 358
    • 5. ábra. Amplitúdó modulált viv hullámItt jegyezzük meg, hogy az elektromos függvénygenerátor automatikus er sítésszabályozással vanellátva, mely az AM értékét 0 %-ról 100 %-ra, majd 100 %-ról 0 %-ra változtatja egyenl aránybanminden 3 másodpercben. Ez a 3 másodperces ciklus megegyezik a 3. részegységben lév víz atomiszint pörgés relaxációs idejével (tau/sec). Ennek a hatását a kés bbiekben még részletesebbenmegtárgyaljuk.Összefoglalva, a következ dolgokat figyelhetjük meg száraztöltésnél:Az 1. részegység integritásátA 2. és 3. részegység koaxiális elektródáinak és az üvegszer kerámiának az integritásátAz elektródák és a kerámiafelületek elektrosztatikus tisztítását"B" ÁLLAPOTAz 1. 2. és 3. részegység kezd m veletei, miután a készüléket tiszta vízzel feltöltöttük. Nincsjelent s elektrolízis a "B" állapotban.- Az 1. részegység kimeneti szinusz hulláma fodrozódó négyszöghullám formáját veszi fel a víz RCállandójának a változásakor.- Ezen kívül, a 3. részegységben a víz polarizációjának hatására egy "nyílt áramkörös" reverzálható(visszafordítható) küszöbhatás jelentkezik, mely félhullámos egyenirányításhoz és pozitívunipoláris (egysarkú, egypólusú) impulzusok megjelenéséhez vezet.- A 2. részegységben elkezd dik az elektródák polarizálódása, mely az igazi elektrolízis "el játéka".Ennek bizonyítéka a hidrogén és oxigéngázok buborék formájában történ megjelenése.A fodrozódó négyszöghullámok megjelenése.1. fázis. Az "A" állapotú száraztöltés végén az 1. részegység kimenete a következ értéket veszi fel:I = 1 mA, E = 24 V (VF), fc = 66 234 Hz. 359
    • 2. fázis. Ezt követ en vizet csepegtetünk a 3. részegység vízcellájába, míg a vízszint el nem éri aközponti elektróda "1" tetejét (lásd a 3. ábrát), elfedi azt, majd a fels küls elektróda "2" belsfelületével érintkezik. Amint a két elektródát összekötöttük a vízzel, a következ eseménysorjátszódik le:3. fázis. fc leesik 66 234 Hz-r l 1272 Hz és 1848 Hz közötti értékre. Az áram és a feszültség szinténleesik és elkezd pulzálni a víz atomi szint pörgés relaxációs idejével τ = 3.0 sec. Az atomi szintpörgésrelaxáció jelenlétét az oszcilloszkóp X-Y tengelyén mért hiszterézises görbe bizonyítja.I = 0 és 0,2 mA értékek között hullámzó τ ciklusE = 4,3 és 4,8 V (VF) értékek között hullámzó τ ciklusA szinuszos viv hullám átalakul fodrozódó négyszöghullámmá, melynek periódusa a víz RCállandójával egyezik meg. Az is megfigyelhet , hogy a négyszöghullám magasabb harmonikusai isjelen vannak (lásd a 6. ábrát).6. ábra. Fodrozódó négyszöghullámA fodrozódó négyszöghullám megjelenésével a 3. részegységet borító üveglapon lecsapódópáraként a hidrolízis küszöbe észlelhet (de csak gyengén), melyet kis nagyítású mikroszkópbanmeg is láthatunk.4. fázis. A víz RC állandójának megváltozását egy másik hatás is követi, vagyis a viv hullámfélhullámmá történ egyenirányítása. Ez a küls elektródánál a vízmolekulák tetraéder formájúmagas szint polarizációjára utal.A már említett fodrozódó négyszöghullámok és a kis mennyiség pára megjelenésén kívül areverzibilis hidrolízis küszöb jelenléte is megfigyelhet . Ezt egy, az 1. és 2. részegységek közöttinyílt áramkörrel tesztelhetjük, vagyis amikor nem folyik áram az elektródákon keresztül. Ezt úgyérhetjük el, hogy a két elektróda között a vízszintet lecsökkentjük vagy megszakítjuk az áramkört az1. és 2. részegységek között, miközben az 1. részegység be van kapcsolva és oszcillál.A nyílt áramkör létrehozását követ en azonnal megfigyelhetjük a következ hatásokat:(a) Az fc viv hullám frekvenciája a 4. fázisból 1272 Hz-re ugrik, majd 1848 Hz-re, végül pedig6128 Hz-re változik.(b) A multiméterrel mért áram és a feszültség nullára esik, de az oszcilloszkóp továbbra is mutatja acsúcstól csúcsig (p-p) mért feszültség jelenlétét, a hullámforma pedig egy érdekes dolgot mutat. Afodrozódó négyszöghullámok elt nnek és a helyükre unipoláris impulzusok lépnek (lásd a 6a.ábrát). 360
    • 6a. ábra. Unipoláris impulzusokAz unipoláris impulzus frekvenciája körülbelül 5000 Hz-en stabilizálódik. Az unipolárisimpulzusok feszültsége 0 és 1.3 volt között változik 3.0 másodperces τ-val.Tehát a vízmolekulák feltölt dnek és kisülnek a rájuk jellemz 0,0002 másodperces RC id állandófrekvenciáján. Itt meg kell említenünk, hogy a tiszta víznek nagy a dielektromos állandója, ez teszilehet vé az imént leírt jelenséget. A feszültség pulzáló amplitúdómodulációját a hidrogén nukleárispörgés relaxációs ideje határozza meg, ahol τ = 3.0 sec. A pozitív impulzuscsúcsokat negatívutófeszültség követi. Ezek az impulzusformák megegyeznek minden idegrendszerrel rendelkezél lény klasszikus idegi impulzusaival.5. fázis. Az elektrolízis reverzibilis küszöbhatását csak mellékesen említettük meg, mivel ez a 2.részegység elektródáin megjelen hatásokat tükrözi. A "B" állapotban megjelen legfontosabbhatás az, hogy az elektródák polarizálódnak. Ezt kiterjedt kísérletekkel ellen riztük különbözfolyadékok esetében és azt kaptuk, hogy a küls elektróda bels felülete (lásd a 3. ábrán a "3" jelet)negatív töltés lesz. (lásd még a 7. ábrát) 361
    • 7. ábra. Ioneloszlás a negatív elektródánál.Az elektródák polarizációs hatásai a 2. és 3. részegységek közötti illesztésnél.Az 1. részegység τ ciklusidej meghajtó impulzusaival - melyek az elektródák polarizációjátokozzák - egyid ben a 3. részegységnél is van egy olyan tevékenység, mely energizálja és beléptetia vízmolekulákat egy magasabb energetikai szintre. Ez a 104°-os kötési szöget 109°28-os tetraéderalakú kötéssé alakítja (lásd a 8. ábrát).8.ábra. A víz tetraéder alakú kötéspályáiEz az elektromos pumpáló hatás a legfontosabb dolog és ennek a találmánynak az újdonságáttükrözi számos okból kifolyólag. El ször is, a vízmolekulák tetraéder formába történ átalakításalecsökkenti azok stabilitását, ezáltal fogékonnyá téve azokat a rezonanciafrekvencián vagyfrekvenciákon történ lebontásra. Másodszor, a vízmolekulák polarizációjának növelésével azoxigénnel összekapcsolódó S- szabadelektronokat elektromosan még negatívabbá tesszük, a gyengeS+ hidrogénatomokat pedig pozitívabbá. (lásd a 9. ábrát) 362
    • 9.ábra. A vízmolekulák illusztrációjaMint majd bemutatjuk, a küls elektróda negatívabbá válása a bels elektróda pozitívabbá válásáteredményezi. Amint a tetraéder alakú vízmolekula polaritása növekszik, a tetraéder két S+ csúcsa ésa negatívan töltött elektróda felületén lév Helmholtz réteg között taszítóer jelentkezik (lásd a 7.ábrát). Ez a hatás a vízmolekulákat "beállítja" a mez ben, mely a vízbontásnál katalizáló szerepettölt be, így növelve az oxigénatomok kiválását a vízmolekulákból, s mindezt a lehetlegalacsonyabb energiaszinten. A 10. ábrán megtekinthetjük, hogyan m ködik a "beállításitényez ".10. ábra. A hidrogén jóddal történ összeütközésének termékeny és terméketlen összeütközéseA "B" állapot végén a feltételek megértek a víz nagyon jó hatásfokú elektrolízisére."C" ÁLLAPOTA 109°28-os tetraéderalakú vízmolekulák létrehozása a "C" állapotban történik azáltal, hogy a vizetenergizáljuk és polarizáljuk az összetett hullámformák frekvenciáinak generálásával.A "B" állapot 3. fázisában az áramot (automatikusan) I = 1 mA-ra, a feszültséget pedig E = 22 V(VF) -ra állítjuk, ami azt eredményezi, hogy a fodrozódó négyszögjel-impulzusok helyérefodrozódó f részfogjel lép. A viv hullám alapfrekvenciája fc = 3980 Hz lesz.Ez a hullámforma most automatikusan átalakul a víz optimális hatásfokú elektrolíziséhez szükségesformájúvá, amint azt a 11. ábrán láthatjuk. 363
    • 11. ábra. Az optimális hatásfokot biztosító hullámformaA 11. ábrán az alap viv frekvencia fc = 3980 Hz, annak modulációs harmonikusai pedig akövetkez k:1. harmonikus: 7 960 Hz2. harmonikus: 15 920 Hz3. harmonikus: 31 840 Hz4. harmonikus: 63 690 HzAzt gondoljuk, hogy a 4. harmonikus hatására a vízmolekulák tetraédereinek mind a négy csúcsa amegfigyelt négy harmonikus frekvencia egyikével rezonál. Azt is gondoljuk, hogy a küls elektródakombinált negatív taszító ereje a most ismertetett rezonanciafrekvenciákkal együttm ködve bontjale a vizet hidrogén- és oxigéngázokra. Ezt a következtetést a kisnagyítású mikroszkóppal végzettmegfigyelésekb l vontuk le. A hidrogénbuborékok az elektróda szélén "4" (lásd a 3. ábrán) kezdtekmegjelenni. Ezt követ en a buborékok egy nagyon rendezett módon, gyöngylánc szer en éscentripetálisan (mint a kerék küll i) kezdtek a központi elektróda "1" (lásd a 3. ábrán) felé áramolni.A 12. ábrán ezt a jelenséget láthatjuk felülnézetb l.12. ábra. A hidrogéngázok láncszemformációjaAz 1.részegység kimeneti jelének csökkentésével a víz elektrolízisének küszöbértéke - amit a 3.részegység tetejére helyezett üveglapon megjelen kis páracseppek megjelenése jelez - a következ :I = 10 mA, E = 10 V, P = 100 mWAlkalmanként ez a küszöbérték lecsökkenhet a következ értékre:I = 1 mA, E = 2.6 V, P = 2.6 mW 364
    • Ez a "C" állapotú hidrolízis küszöb nem figyelhet meg közvetlenül a vízben, mivel még nincsbuborékképz dés. Ezért kell üveglapot helyezni a vízcella tetejére, amin lecsapódnak a keletkezettgázok."D" ÁLLAPOTA hatékony elektrolízis folyamata a "D" állapotban lelassul, mivel egyfajta akadálypotenciál alakulki, mely leblokkolja az elektrolízist - az alkalmazott teljesítményt l függetlenül.Egy tipikus kísérlettel mutatjuk be az akadályhatás kialakulásának problémáját. Az 1., 2. és3.részegység a következ paraméterekkel rendelkezik:I = 1 mA, E = 11,2 V, P = 11,2 mWEzzel a teljesítménnyel körülbelül 0,1 cm3/perc hidrogéngázt termelhetünk 1 atmoszféra nyomásnálés 289 K (16°C) h mérsékleten. Az is megfigyelhet , hogy az fc 2978 Hz-r l 6474 Hz-re növekedik27 perc alatt. Az áram és a feszültség szintén növekedett az id múlásával. A 27. percben azakadályhatás leállította az elektrolízist. Ezt mutatja be a 13. ábra. 365
    • 13. ábra. Az akadályhatás kialakulása és annak megszüntetése a 2. és 3. részegységek mechanikaimegcsapolásával"E" ÁLLAPOTAz akadályhatás anatómiája.Terület "A": A hidrolízis aktív és hatékonyTerület "B": Az akadályhatást el idézhetjük azzal, hogy az ujjunkkal hozzáérünk azelektrolizálóhoz, de spontán módon is el idéz dik egy bizonyos id elteltével.- (a) fázis. Az áram 1 mA-r l 30 mA-ra n , a feszültség pedig 22 V-ról 2,5 V-ra esik.- (b) fázis. Ha a 2. részegységhez hozzáérünk, akkor a folyamat megfordulhat a következ módon:Az áram 30 mA-r l 10 mA-re esik, a feszültség pedig 5 V-ról fellövell 250 V-ra .Az (a) és (b) fázis alatt a hidrolízis teljesen leáll. Mikroszkóppal megfigyelhetjük, hogy a külselektróda bels felülete vastagon be van vonva hidrogénbuborékokkal. Ennek az az oka, hogy ahidrogéngáz buborékok csapdába estek az elektromosan szigorított rétegnél, mivel a vízmolekuláktetraéderei úgy fordultak el, hogy az S+ hidrogéncsúcsok beléptek a Helmholtz rétegbe és azelektróda elektromosan negatív töltése elnyelte ket. Ez az S- szabadelektron csúcsokat azelektromosan szigorított réteg felé fordítja. Ez a folyamat viszont megköti az újonnan kialakuló H+ionokat, ami leblokkolja a reakciót. (lásd a 7.ábrát)H+ + H+ + 2e- => H2 (gáz)"F" ÁLLAPOTTerület "C": Úgy találtuk, hogy az akadályhatást viszonylag egyszer en feloldhatjuk.(a) Az 1. részegységb l a 2. részegységbe men elektródákat meg kell fordítani és/vagy(b) Mechanikailag meg kell csapolni a 3. részegység celláját T/2 = 1,5 sec/csapolás sebességgel.Ezek a hatások a 12. ábrán lettek bemutatva és a következ módon módosította az akadálypotenciálját: E = 250 V-ról leesik 4 V-ra, az áram 10 mA-r l leesik 1 mA-ra, a teljesítmény pedig 4mW (a végs stádiumban).Az akadályhatás feloldásával az elektrolízis újraindul, amit az újból kialakuló buborékok jeleznek.Az akadályhatás problémáját a gyakorlatban a tiszta víz nagy dielektromos állandójánakcsökkentésével lehet megoldani, azaz só vagy lúg (NaCl, KOH stb.) hozzáadásával. Ez megnöveli avíz vezet képességét. Az optimális hatásfok elérése érdekében azonban a sótartalom ne haladja mega tengervíz sótartalmát, azaz 0,9%-ot. A 3. részb l megértjük majd, hogy a vízoldat nem tiszta víz.3. rész - Termodinamika (sós víz)Bevezetés (mostantól kezdve a víz szó alatt a sós vizet értjük). 366
    • Az 1., 2. és 3. részegység gyakorlati alkalmazását ebben a részben tárgyaljuk.A kémiai reakciókban a résztvev atomok új kötéseket hoznak létre, melyek eltér elektromoskonfigurációkkal rendelkeznek. Az energia-kibocsátó reakciókat exergonikusnak nevezzük, mivelaz eredményül kapott kémiai kötéseknek kevesebb az energiatartalmuk, mint a reakcióbanrésztvev elemeknek. Az energia-kibocsátás leggyakrabban h formájában történik. Az energia-megmaradás törvényének értelmében energiát, akárcsak anyagot nem lehet se létrehozni, semegsemmisíteni. A kémiai reakció során kibocsátott h plusz a termék alacsonyabb energiaszintjeegyenl a reakcióban résztvev elemek energiatartalmával. A hidrogén elégetése, melynek soránkialakul a víz, nagyon gyors folyamat.2H2 + O2 => 2H2O - ∆H 68,315 Kcal/mól (ez enthalpia, vagyis az állandó nyomásonmegjelen égésh )A vízmolekulák kémiai kötésének alacsonyabb az energiaszintje, mint a hidrogén- ésoxigéngázoknak. A magas energiaszint molekulák öröklötten instabilak.A 14a. ábrán a hidrogén- és oxigéngázok egyesülését láthatjuk, miközben h t bocsátanak ki és újbólvizet alkotnak.14a. ábra. Exergonikus reakció. A reakció termékének alacsonyabb a potenciális energiája, mint areakcióban résztvev elemeknek, ezért energia szabadul felA 14b. ábra a víz elektrolízis során történ hidrogénra és oxigénra bontásakor keletkezendergonikus reakciót mutatja. Figyeljük meg, hogy a két reakció energiaszintje közöttpotenciálkülönbség van. 367
    • 14b. ábra. Endergonikus reakció. A reakció termékének magasabb a potenciális energiája, mint areakcióban résztvev elemeknek, ezért energiafogyasztás lép felA 14c. ábra bemutatja, hogy ez a potenciális energia két komponensb l áll. A nettó felszabadulóenergiát Gibbs függvénynek, azaz ∆G-nek nevezzük, a reakció (égés) beindításához szükségesenergiát pedig aktiválási energiának nevezzük. A kett összege a teljes felszabadult energia.14c. ábra. Exergonikus reakció. Az aktiválási energia olyan akadály, amin túl kell haladni a reakciófolytatása érdekében. Ez az energia "szikra" formájában érkezik, ami beindítja az égést.A Gibbs függvény a H entalpia és S entrópia függvénye.G = H-T S (ahol T a termodinamikus h mérséklet)Az elektrokémiai cella állandó h mérsékleten és nyomáson reverzibilis módon m ködik, azelektromos vagy nettó munka így:∆G = -WeAhhoz, hogy ez a folyamat reverzibilis lehessen, egy nyitott áramkörre van szükségünk, amelybennem folyik áram és az elektródák közötti E potenciálkülönbség:∆G = -z * F * Eahol:F - a Faraday állandó, mely az Avogadro féle szám (NA = 6,022045 * 1023/ mól) és az elektrontöltésének e = 1,602 189 * 10-19 C szorzataz - az átvitt elektronok száma.Az elektrolízis hatásfoka elérheti a 100 %-ot is, mivel optimális m ködési feltételek mellett, azelektrolízis során elméletileg elérhet maximális hatásfok az energia-bemenet 120 %-a lehet. Enneka fizikai alapja a következ .Az elektrolízis energetikai hatásfokát a következ képpen határozhatjuk meg: Az energia hatásfokaaz elektrolízis terméke során felszabadult energia és a hatékony elektrolízishez szükséges energiaaránya. Vegyük a következ folyamatot:H2 (gáz) + (1/2)O2 (gáz) => H2O (folyadék)A folyamat által normál körülmények mellett (ahol: (1) az atmoszférikus nyomás 760higanymilliméter és (2) a h mérséklet = 298,16 K = 25 °C = 77 °F) felszabadított energia 68,315 368
    • Kcal és számszer leg egyenl az entalpikus változással (∆H). Ugyanakkor állandó h mérsékletenés nyomáson a minimálisan szükséges energia egyenl a Gibbs féle energiacserével (∆G).A termodinamika els és második törvénye izotermikus változások esetén:∆G = ∆H - T * ∆Sahol:∆S - a reakció során fellép entrópia változást jelöli.A Gibbs féle szabad energiaváltozás kapcsolatban áll az elektrolízishez szükséges feszültséggel (E).Faraday egyenlete szerint:E = (∆G / 23,06 * n) Voltahol:∆G - Kcal/mól-ban van megadva,n - az egy mól elektrolizálandó vízben lév elektronok száma, számszer értéke 2.Atmoszférikus nyomásnál és 300 K h mérsékleten ∆H = 68,315 Kcal/mól H2O és ∆G = 56,62Kcal/mól H2O. Ebb l következik, hogy az elektrolízis hatásfoka 300 K h mérsékleten körülbelül120 %.∆H / ∆G = 68,315 / 56,62 = 120 %Amikor H2 és O2 gázokat hozunk létre az elektrolízis során, az elektrolizáló tartálynak el kellnyelnie a környezet h jét, csak így maradhat a folyamat állandó h mérsékleten. Ez az elektrolízissorán létrejöv környezeti h elnyelés a végs válasz az energiaátalakulás hatásfokára, melynekértéke egynél nagyobb.A jelen találmány hatásfokát a következ kben tárgyaljuk.4. rész - Termodinamikai hatásfokA tudományos számítások elveit használjuk fel, melyek a rendszer teljes energiafelhasználásának(bemenet) és a rendszerb l kinyert teljes energia vagy munka (kimenet) pontos mérésein alapulnak.η = Ekimenet / Ebemenet <= 1.Az 1. részegység energia kimenete váltakozó áram, mely egy nagyon nemlineáris terhelésre, azaz avízoldatra csatlakozik. Ez a váltóáram generátor (1. részegység) úgy lett tervezve, hogy acsúcsterhelésnél van rezonanciában és a vektordiagramok azt mutatják, hogy a kapacitív reaktanciaés az induktív reaktancia majdnem 180°-os fáziseltolásban van egymással. Ezek szerint a kimenetiteljesítmény reaktív, az energiaveszteség pedig nagyon kicsi. A most ismertetésre kerül kísérletbena hangsúly azon volt, hogy minimális bemen energia mellett maximális legyen a gáztermelés.A 2. és 3. részegységek által felhasznált energia legpontosabb mérését a P teljesítmény wattokbantörtén megmérésével érhetjük el. azaz a 2. részegységen megmért átlagfeszültség négyzetgyökének 369
    • és a rendszerben folyó átlagáram négyzetgyökének a mérésével. A nagy hatásfokú hidrolíziskísérletek során, melyeknél a vízben 0,9 % = 0,1540 mól koncentrációjú sóoldat volt, a következeredményeket kaptuk:Az áram négyzetgyöke I = 25 mA - 38 mA (0,025A-0,038A)A feszültség négyzetgyöke E = 4 V-2,6 VAz áram és a feszültség arányai sok mindent l függnek, például a központi és a küls elektródákközötti távolságtól, a víz dielektromos tulajdonságaitól, a víz vezet képességét l, az izotermikusfeltételekt l, a felhasznált anyagoktól stb. A fentebb látható áram- és feszültségértékek ezenkülönböz feltételek paramétereinek a kombinációi. Az áram négyzetgyökének és a feszültségnégyzetgyökének a szorzata a wattban mért teljesítmény P.P = I * E = 25 mA * 4,0 V = 100 mW (0,1 W)P = I * E = 38 mA * 2,6 V = 98,8 mW (0,0988 W)Ezen a teljesítményszinten a rendszer rezonanciafrekvenciája 600 Hz ± 5 Hz. A hullámformaharmonikustartalmát oszcilloszkóppal, az atomi mágneses relaxációs id t pedig egy X-Yoszcilloszkópon figyeltük meg. Az összes kísérlet során az 1., 2. és 3. részegységeknél alkalmazottteljesítmény 98,8 mW és 100 mW közötti tartományban volt.Az SI mértékegység rendszerben 1 wattmásodperc (Ws) pontosan egy Joule-lal (J) egyenl .A rendszer energia kimenete a két gáz, hidrogén (H2) és oxigén (1/2 O2), melynek mennyiségét kétkülönböz laboratóriumban is megmértük.A H2 és 1/2 O2 gázok térfogata normális nyomás és h mérsékletviszonyok mellet lett megmérvecm3/perc-ben, akárcsak a többi el forduló gáz tartalma, mint például a leveg oxigén, nitrogén,argon, szén-monoxid, szén-dioxid, vízpára stb. tartalma.5. rész - A folyékony halmazállapotú víz endergonikus lebontásaA folyékony halmazállapotú (sós)víz endergonikus lebontásának termodinamikai hatásfoka 754 -750 higanymilliméteres nyomáson és 25 °C = 77 °F = 298.16 K h mérsékleten a következ reakcióalapján lett meghatározva:H2O(folyadék) => H2 (gáz) + 1/2 O2 (gáz) + ∆G 56,620 Kcal/mólMint már korábban említettük, ∆G a Gibbs függvény (lásd a 14b. ábrát). A Kcal átalakítása Joule-baa következ egyenlet alapján történik:1 Kcal = 4,1868 J.∆G = 56,620 Kcal * 4,1868 J = 236,954 J/mól H2O (folyadék) (ahol 1 mól= 18 gms).∆G az a szabadenergia, ami a H2O-ból történ H2 és 1/2 O2 el állításához szükséges. 370
    • A számítások egyszer sítéséhez az 1 cm3 H2O-ból el állított H2 és 1/2 O2 gázok termeléséhezszükséges energiát is meghatároztuk. V = 22,400 cm3 gáz van 1 mól H2O-ban. Ezért:∆G / V = 236,954 J / 22,400 cm3 = 10,5783 J/cm31 cm3 H2O gáz folyékony vízb l történ felszabadításához, ahol H2 = 0,666 térfogatrész és 1/2 O2 =0,333 térfogatrész, a szükséges elektromos energiát a következ képpen tudjuk meghatározni. MivelP = 1 Ws = 1 Joule, és V = 1,0 cm3 gáz = 10,5783 Joule, így:P * V = 1 J * 10,5783 J = 10,5783 J = 10,5783 WsMivel a 30 percig tartó kísérlethez 100 mW (0,1 W) teljesítményt használtunk fel, az ideális (100%-os hatásfokú) gáztermelés:0,1 Ws * 60 sec * 30 min = 180,00 Joule (30 perc alatt)A teljes gáztermelés ideális 100 %-os hatásfoknál:180,00 J / 10,5783 J/cm3 = 17,01 cm3 H2O (gáz)A 17,01 cm3 H2O gázban lév hidrogén mennyisége:17,01 cm3 H2O(g)*0,666 H2(g) = 11,329 cm3 H2 (g)17,01 cm3 H2O(g)*0,333 1/2 O2(g) = 5,681 cm3 1/2 O2 (g)A mért tényleges gáztermelés a következ volt:Mért átlag = 10,80 cm3 H2 (g)Mért átlag = 5,40 cm3 1/2 O2 (g)Teljes átlag = 16,20 cm3 H2O(g)Az elektrolízis hatásfoka tehát a következ :η = H2mért / H2ideális = 10,80 / 11,329 = 95,5 %6. rész - Energia kibocsátásA h vagy elektromosság formájában történ teljes energia kibocsátás az exergonikus reakciósorán:H2(g) + 1/2 O2(g) => H2O(pára) - ∆H = 68.315 Kcal/mól (∆H = 286,021J/mól)1 cm3 H2O (folyadék) teljes energiája:1 cm3 ∆H = 286,021 J/mól / 22,4 cm3/mól = 12,7687 J/cm3 H2O(folyadék)Ebb l következik, hogy:H2 = 12,7687 * 0,666 = 8,509 J/0,66 cm3 H2O2 = 12,7687 * 0,333 = 4,259 J/0,33 cm3 1/2 O2A gázokból nyert energia:16,20 cm3 H2O (g) * 12,7687 J/cm3 H2O = 206,8544 J. 371
    • A teljes energiaátvitelt tehát a következ képpen írhatjuk le:Exergonikus / Endergonikus = η = -∆H / +∆H = 206,8544 J / 180,000J = 1,14919 = 114,92 %A bemeneti és kimeneti energiák egyenlege ezek szerint a következ :n = (-∆H) - (+∆G) = 206,8544 J - 180 = + 26,8544 JAz adott találmánynál a gázt egyb l felhasználjuk, így nincs szükség a folyadékosításra, tárolásra ésszállításra, ezért az nagyon jó hatásfokon állít el hidrogén és oxigéngázokat a mindenütt könnyenfellelhet vízb l.A bevezet t Thomas C. Kramer itt olvasható írásából, a szabadalmat pedig innét vettem.A csöves elektrolizáló megépítésével kapcsolatban itt találsz egy-két hasznos segítséget.Csöves elektrolizáló készülékAz elektródák, mint pl. Puharich szabadalmában is láttuk nem csak sík, hanem hengeres alakúak islehetnek. Az itt következ leírás azt részletezi, milyennek is kell lennie egy jó hatásfokú csöveselektrolizálónak. Itt csak az elektródák elkészítését fordítottam le gondolatébreszt nek, de Teolyanra készítheted az egész elektrolizálót, amilyennek szeretnéd.Mivel az autó motorja határozza meg a hidrogén és oxigéngázok szükséges mennyiségét, melyváltozó, ezért azt javaslom, hogy olyan nagyra méretezd az elektrolizálót, amilyen nagyra csakgyakorlatilag teheted. A 4,5"-os (114 mm) maximális küls átmér j PVC cs már adott. Azáltalam javasolt minimális hossz 10" (254 mm). A maximális hossz a motortérben lév helyt lfügg, de a strukturális integritás miatt korlátozzad max. 18"-ra (457 mm). Gondosan elemezd amotorteret, hogy biztosan legyen elegend hely az elektrolizálónak. Ha nincs hely, akkorcsökkentsd az elektrolizáló méretét - de ne legyen kisebb 10"-nál (254 mm) - esetleg helyezd el acsomagtartóban, vagy a m szerfal alatt, de attól olyan messze, amennyire csak lehetséges.Az elektródákAz elektrolizáló magasságának meghatározása után szerezzél be egy 3,5"-os (89 mm) külsátmér j saválló acélcsövet, melynek a falvastagsága 0,04" (1 mm) és 0,063" (1,6 mm ) között van,a hossza pedig 5"-lal (127 mm) rövidebb, mint az elektrolizáló. Az elektródák javasolt anyaga T-304-es saválló acél. Ez a cs fogja alkotni a küls elektródát. 372
    • A 3/32" (2,3 mm) átmér j hegeszt pálcából vágjál le két darab 3" (76 mm) hosszúságú darabotés reszel vel simítsd el a végeit. Az egyik pálcát hegeszd a bels elektróda bels falához, a másikatpedig a küls elektróda küls falához úgy, hogy azok párhuzamosak legyenek az elektródákhosszával. A hegesztés után reszeld le a varratokat és gondosan tisztítsd le az elektródákat, mosd lemeleg vízzel majd töröld szárazra ket.Az elektrolizáló elkészítésének nagyon részletes leírását angol nyelven innét töltheted le.Kapcsolódó kísérletek:Csöves elektrolizálóLaci csöves elektrolizáló készülékeLaci csöves elektrolizálóval készített kísérleteit láthatod ezen az oldalon.A következ képeket küldte el:1.ábra. Az elektrolizáló teteje a nyomásmér vel (alulnézet) 375
    • 2.ábra. Az elektrolizáló teteje a nyomásmér vel (felülnézet)3.ábra. Az elektróda csövek 376
    • 4.ábra. Az elektrolizáló tetejéhez lettek er sítve az elektródacsövek5.ábra. A bels elektróda cs fém mosogatóval lett kitömve 377
    • 6.ábra. A kész elektrolizálóLaci három kísérletet végzett, ezekr l videofilmeket is készített és az alattuk látható szövegeketmellékelte hozzájuk.Az els kísérlet eredményei:"304-es varratos rozsdamentes csövek 40cm hosszúak,átmér : 28x1,5 és 21,3x1,5 (1,7mm a légrés a két cs között)20"-os vízsz r házrozsdamentes:csavarokacélhuzalcs bilincsmosogató a vízben való áramvezetéshez.sima csapvíz az elektrolit.12 V 7,2 Ah zselés aksi.Simán rákötve az aksira, 5A mellet 16 perc alatt termelt 1 liter durranógázt."A második kísérlet eredményei:"2%-os NaOH-os csapvíz 32 cm-es cs szakasz 15A 2,5 perc alatt fél liter durranógázt termelt,ezalatt a csatlakozók túlforrósodtak és kezdett megolvadni a vízsz r ház."A harmadik kísérletet eredményei: 378
    • "Kipróbáltam sima csapvizet impulzussal 1 imp. 3 impulzusnyi szünet (tehát a kitöltésitényez 25%-os) 2,4 A; 20kHz; 15 perc alatt kb. 2dl gáz. Nem gy ztem kivárni az 1 litert."A kísérletek eredményeinek táblázatos összefoglalása: Kísérlet Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1. 5,00 A 1:36 perc 62,5 ml/perc 12,50 ml/perc/amper 18,7 % 2. 15,0 A 0:30 perc 200 ml/perc 13,33 ml/perc/amper 19,9 % 3. 2,40 A 7:30 perc 13,7 ml/perc 5,71 ml/perc/amper 8,5 %BingoFuel elektrolizáló készülékErr l az elektrolizáló készülékr l már korábban szót ejtettünk, itt azonban részletesen ismegismerkedhetsz a m ködésével és azzal, hogyan építhetsz Te is ilyen készüléket. Az itt olvashatóanyagot Thomas C. Kramer és J.L. Naudin munkáinak az elegyítésével hoztam létre.Mindenekel tt egy kis elmélet. Helyezzünk el egymáshoz közel két elektródát és vezessünk rájuknagyfeszültséget vagy nagy áramot. Ez egy elektromos ívet fog eredményezni az elektródák között.Ha mindezt egy vízzel teli tartályban tesszük, akkor a vízben keletkezik ez az ív, mely annyienergiát közöl a vízmolekulákkal, hogy azok lebomlanak az ket alkotó hidrogénra és oxigénra. Eza folyamat azonban nem csak ionizálja a vízmolekulákat az ív közelében, hanem még nagyonmagas, körülbelül 5000 °C-os h mérsékletet is létrehoz. Ez a h mérséklet megközelíti a napfelszínén mérhet h mérsékletet, így nem véletlen, hogy ebben a plazmamez ben a molekulákszétesnek és új formációkat vagy gázokat hoznak létre, s t, még új elemeket is. Ezt a folyamatotnevezzük "hideg fúziónak", a plazmareaktort pedig "hideg fúziós reaktornak", ha azt arra a célrahasználjuk, hogy az elemeket átalakítsuk. Így lehet létrehozni például aranyat az ólomból, ehhez 379
    • Manapság sok elnevezése van ennek a szintetikus gáznak, például: Aquafuel™, Aqualene™,Magnegas™, TrueFuel™, Carbo-hydrogen™ stb.Most pedig nézzük meg J.L. Naudin BingoFuel reaktorát.J.L. Naudin BingoFuel reaktoraA BingoFuel reaktor közönséges csapvízzel van feltöltve és alacsony feszültségen üzemel. Magash mérséklet (3000 - 4000 °C-os) plazma keletkezik a víz alatt a szénelektródák közötti elektromosív következtében. A BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gáz oxigén vagy leveghozzáadásával nagyon tisztán ég el. Az égéstermék széndioxid és vízpára, úgyhogy ez nagyonkevés szennyez anyagot termel, ha termel egyáltalán. (Err l a véleményemet lásditt.)Ennek a bioanyagnak a gázosítási folyamata 125 - 150 %-os többletenergiát termel. Amikor viszonta rendszer teljes energetikáját figyelembe vesszük, beleértve az ultraviola sugárzást, h veszteségetstb., akkor a 200 - 400 %-os többletenergia értéket is elérhetjük.Az itt következ készülék Hillary Eldridge 1898 április 26.-án bejegyzett szabadalma alapjánkészült, melynek szabadalmi száma: US603,058.A BingoFuel reaktort csapvízzel töltjük fel és alacsony feszültségen( körülbelül 30 V-on ) üzemeltetjükA BingoFuel reaktor gyújtási állapotai 381
    • Az itt látható filmben a BingoFuel reaktort láthatjuk m ködés közben.A videó megtekintéséhez kattints ideA következ részben Naudin elmagyarázza, hogyan készíthetünk mi is ilyen reaktort.A BingoFuel reaktor megépítése 382
    • A BingoFuel reaktor v1.1 olyan alkatrészekb l áll, melyeket könnyen be lehet szerezni bármilyenvíz- és gázszerelvényeket árusító szaküzletben. Semmilyen illesztésre vagy speciális szerszámrasincs szükség. A f elem egy egyszer vízsz r a hozzá tartozó vízk oldó betéttel. (Lásd akövetkez ábrán.)A vízsz r méreteit a következ ábra mutatja.1.lépés. Szereld ki a fúvókát (a piros gombot) a vízsz r tetejéb l. 383
    • 2. lépés. Helyezd a 20x27-es rézkupakot (anyasapkát) a bemenetre és a 20x27-es anya-anya illeszt ta kimenetre, ahogy azt a következ ábra mutatja.3. lépés. Fúrjál egy kis lyukat a 20x27-es anyasapkába és egy csatlakozó segítségével er síts rá egyszilikon csövet, majd az anyakupakot csavard rá a készülék tetején lév kimenetre.4. lépés. A vízk oldó tartályból távolítsd el a m anyag rácsot és a kristályokat. 384
    • A következ ábrán a plazmareaktor-tartály megépítéséhez szükséges alkatrészeket láthatod.Megjegyzés: Több eres, 1,5 mm2 átmér j szilikon szigetelés vezetékeket használj a bennük folyónagy áramer sség okozta túlmelegedés elkerülésére!A szükséges szénrudakat bármilyen 4.5 V-os zsebtelepb l megkaphatod. 385
    • 5. lépés. Szereld össze az alkatrészeket a következ ábra szerint.6. lépés. Fúrjál egy 6 mm átmér j lyukat a m anyag tartály aljától 25 mm-re, majd er sítsd oda aplazmagyújtót egy 6x25 mm-es csavarral és anyával, ahogy a következ ábrán is láthatod. 386
    • 7. lépés. Helyezd az Ionizáló tartályt az átlátszó víztartályba majd töltsd fel az ionizálót közönségescsapvízzel. 387
    • 8. lépés. Gyurmával tömd be a vezetékek melletti rést.A BingoFuel reaktor készen áll a tesztelésre. (A tesztelés módját itt már ismertettük.)A következ lépés a BingoFuel reaktor gyakorlati hasznosítása. Naudin egy 5 LE-s benzinmotorosgenerátor táplálására használta a reaktorban keletkezett szintetikus gázt.Egy 5 LE-s benzinmotoros generátor táplálása a BingoFuel reaktorral2003 április 15.-én egy 5 LE-s (160 cm3-es) négyütem bels égés motor (Honda GC160) általmeghajtott elektromos generátorral sikeresen letesztelte J.L. Naudin a BingoFuel reaktorát. Az 5LE-s bels égés motort teljes egészében a BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gáz hajtottameg. 388
    • Az üzemanyagtartály le lett szerelve......akárcsak a légsz r . A szintetikus gáz kimeneti csöve közvetlenül a porlasztó bemenetére lettvezetve. 389
    • Az itt következ videofilm az 5 LE-s bels égés motor BingoFuel reaktorral történ meghajtásátmutatja be.A videó megtekintéséhez kattints ideNaudin a következ számításokat végezte el. Mivel a BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gázönmagában nem képes elégni, ezért azt leveg vel kell elkevernünk. Naudin 5:1 arányban adagolta aleveg t (tehát 1 egység gázhoz 5 egység leveg t adott), így a kapott keverék mennyisége a reaktoráltal termelt gáz 6-szorosa lett. Ezt mutatja a következ táblázat. Szintetikus gáz Keverék 180 liter / óra 1080 liter / óraEgy érdekes összehasonlítás: A BingoFuel reaktor 80 A áramot vesz fel. Ugyanekkora áram mellettegy hagyományos elektrolizáló készülék 20°C-on 36 liter / óra hidrogént generál. A BingoFuelreaktor által generált szintetikus gáznak 46 %-a hidrogén, tehát az óránként el állított hidrogénmennyisége 83 liter. Ez 2.5-szer több, mint a hagyományos elektrolízis esetében.Az angol nyelv leírást J. L. Naudin kísérleteir l itt nézheted meg, Thomas C. Kramer írását pedigitt.A következ kben azt nézzük meg, hogy vajon lehet-e a BingoFuel reaktor által felvett teljesítménytvalamilyen módon csökkenteni.A reaktorban felhasznált teljesítmény csökkentésének lehet ségeNaudin BingoFuel reaktorának meghajtására egy hegeszt transzformátort használt, melyr l 30 Vváltakozó feszültség mellett 80 A áramot vett fel. Ez 2400 Watt, ami túl sok ahhoz, hogy egyautóban hosszútávon használhassuk. A kérdés az, hogy lehet-e valamilyen módon csökkenteni ezt abemeneti teljesítményt úgy, hogy közben a fejl d gázok mennyisége ne csökkenjen?A választ Kanarev professzor kísérleteiben találjuk meg. Kanarev a plazmareaktorában nemegyenfeszültséget használt és nem is szinuszos váltakozófeszültséget, hanem impulzusokat, semellett is nagy mennyiség szintetikus gázt tudott el állítani. Ennek az a magyarázata, hogy mikora két elektróda között az elektromos ív hatására kialakul egy plazmamez , akkor egy bizonyos ideigvárni kell, míg a keletkezett gázok eltávoznak onnét és helyükre ismét vízmolekulák kerülhetnek.Ha ezalatt az id alatt is energiát juttatunk az elektródákra, akkor az csak feleslegesenergiapocsékolás, hiszen még nincsenek ott vízmolekulák, amiket alkotórészeire lehetne bontani. 390
    • A teljes kísérletet (lásd itt) nem fordítom le, mivel annak menete teljesen megegyezik a következoldalon olvasható kísérlet menetével, itt csak egy-két lényegesebb momentumot említek meg. Akísérletben Kanarev professzor a h el állítás szempontjából vizsgálta a folyamatot, de ezlényegében nem változtatja meg a számunkra lényeges teljesítményviszonyokat.A kísérlet során Kanarev 304.3 V-ot és 34.18 A-t használt.Az alkalmazott impulzusok formáját, melyet a következ ábrán szemlélhetünk meg, háromszögalakúra átlagolta, így számítva ki az impulzus teljesítményét.Az impulzusok ideje t = 0.14 msAz impulzusok periódusideje T = 7.25 msAz impulzusok frekvenciája f = 1000 / 7.25 = 137.9 HzAz impulzusok közötti rés S = 7.25 / 0.14 = 51.78Az impulzusok kitöltése Z = 0.5 / 51.78 = 0.01 = 1 %Az impulzusok átlagfeszültsége Uátl = 304.3 * 0.01 = 3.04 VAz impulzusok átlagárama Iátl = 0.01 * 34.18 = 0,34 AMint látjuk, az átlagáram 0,34 A, az átlagfeszültség pedig 3.04 V. Ez 1,03 W teljesítmény (Pátl =Uátl * Iátl = 3.04 * 0,34 = 1,03 W), szemben a feltételezett 10400 Wattal (304.3 V-ot * 34.18 A =10400 W).Érdemes lenne kipróbálni ugyanezt J.L.Naudin BingoFuel reaktorával is. Ha az impulzusok kitöltésitényez je Z = 0.01 lenne, vagyis 1 %, akkor az átlagfeszültség Uátl = 30 * 0.01 = 0.3 V lenne, azátlagáram pedig Iátl = 0.01 * 80 = 0,8 A. Ebb l következ en a reaktor ténylegesen felvettteljesítménye Pátl = Uátl * Iátl = 0.3 * 0,8 = 0,24 W lenne. Ezt hasonlítsuk össze az eredeti 2400Wattal (30 V * 80 A). A különbség hatalmas, 10000-szer kevesebb energiát kellene csak befektetni,s ugyanannyi szintetikus gázt kapnánk ! Jól hangzik, igaz? 391
    • De ha 10 %-os kitöltési tényez t veszünk, akkor is csak 24 W lenne az elektrolizáló által felvettteljesítmény. Még ez is nagyon jó hatásfokot biztosítana és az autó generátorát egyáltalán nemterhelné le.Az itt javasolt módszer Naudin BingoFuel reaktorával kapcsolatban csak elméleti, de Kanarevprofesszor kísérleteib l indultam ki, úgyhogy szerintem érdemes lenne mindezt a gyakorlatban iskipróbálni! De...Megjegyzés: De mint az az 1.táblázatból is kit nik, a szintetikus gáz nagyon kevés szabad oxigénttartalmaz (1.164 %), ezért nem hajlamos az öngyulladásra. A víz lebontásakor azonban nagymennyiség oxigénnek is fel kell szabadulnia. De akkor az hová t nik? Nos, a legnagyobb része aszénnel lép reakcióba szén-monoxidot alkotva. A szén-monoxid viszont mérgez , mivelbelélegezve az megköti a vérben lév oxigént, így alkotva széndioxidot. A hidrogén elégetésesorán, akárcsak a szén-monoxid szén-dioxiddá alakulásakor további oxigént veszünk fel akörnyezetünkb l, ami nem célunk. A mi célunk nem csak az, hogy ingyen üzemanyagunk legyen,hanem az is, hogy ezen ingyen üzemanyag használata közben védjük a környezetünket és segítsünka Földnek az ökológiai egyensúly visszaállításában. Ezért nem javaslom a plazmareaktor általel állított szintetikus gáz használatát üzemanyagként.Az egyik Olvasó, Norbert a következ gondolatokat f zte a témához:"Tibor, írod, hogy a folyamatos nagy áram helyett nagyáramú impulzusokat kellene használni, aminagyban lecsökkentené a teljesítményt, szerintem ez eddig rendben van és megvalósítható. De milenne, ha a szén helyett mégis valami nagy olvadáspontú fémet használnánk? Persze tudom, hogy azmegolvadna, de ha ezeket az impulzusokat "elosztanánk" mondjuk 5-6 elektródára, és ígymindegyiken csak egy kis ideig menne át nagy áram felváltva, így lehet, hogy nem tudnamegolvadni. Ez akkor jutott eszembe, amikor megnéztem Gróf Spanyol Zoltán filmjét, amelyikbena hidrogénes pisztolyt m ködteti, és ott egy 6-7 eres kábelt dug bele a "dobozba". Esetlegelképzelhet , hogy valami hasonló a m ködési elv. Egyébként láttam már dokumentumfilmet is,amiben villámokhoz hasonló jelenséget állítanak el nagy árammal (laboratóriumban), és érdekes,hogy ott is csak rövid ideig tart, és mégsem olvad meg az elektróda."A víz alacsonyáramú elektrolízise 392
    • Kanarev professzor (ejtsd kánárjov) Krasznodárból egy olyan elektrolizálót dolgozott ki, melyneksegítségével egy köbméter hidrogént mindössze 0.4 kWh energia segítségével állíthatunk el . Ez1000%-os hatásfok-növekedést eredményez.Létezik egy természetes módszer a víz hidrogénra és oxigénra bontására. Ez a fotoszintézis,melynek során a hidrogénatomok kiválnak a vízmolekulákból és az összeköt kapocs szerepét töltikbe a szerves molekulákban, miközben az oxigén a leveg be távozik.Felmerül a kérdés: Lehetséges-e a fotoszintézis során létrejöv vízbontást modellezni? A válasz errea kérdésre egy egyszer sejtszerkezetet modellez készülék, melyben az elektrolízis 1.5 - 2.0 Vközötti feszültségen és 0.02 A áram mellett játszódik le.A cella elektródái acélból készültek, ez segít elkerülni azt a jelenséget, ami a galvanikus cellákesetében lép fel.A cella elektródái közötti potenciál közel 0.1 V az elektrolízis kezdetén. Miközben az oldatelektromosan tölt dik, a potenciálkülönbség növekszik. A töltés pozitív pólusa mindig a felselektródán, a negatív pólusa pedig az alsó elektródán jelenik meg. Ha az egyenáram helyettimpulzusokat használunk, a gázfejl dés megnövekszik.Mivel a kísérleti modell kis mennyiség gázt termel, ezért a legjobb módszer a gázokmennyiségének a meghatározására az, ha az oldat tömegének az elektrolízis során fellépváltozásait megmérjük majd abból kiszámítjuk a fejl dött hidrogén- és oxigéngázok mennyiségét.Ismert tény, hogy egy gramm atom egyenl az anyag atomtömegével, egy gramm molekula pedigaz anyag molekulatömegével. Például az egy gramm vízmolekulában lév hidrogénmolekulamolekulatömege egyenl 2 grammal, az oxigénatom atomtömege pedig 16 grammal. Tehát avízmolekula molekulatömege 18 gramm. Mivel a vízmolekulában lév hidrogén tömege 2 * 100 /18 = 11,11%, az oxigén tömege pedig 16 * 100 / 18 = 88,89%, így ez a hidrogén - oxigén arány vanjelen 1 liter vízben is. Ez azt jelenti, hogy 1000 gramm vízben 111,11 gramm hidrogén és 888,89gramm oxigén van.1 liter hidrogén súlya 0,09 gramm, 1 liter oxigéné pedig 1,47 gramm. Ez azt jelenti, hogy egy litervízb l 111,11 / 0,09 = 1234,44 liter hidrogént és 888,89 / 1,47 = 604,69 liter oxigént kaphatunk.Ebb l következik, hogy 1 gramm víz 1,23 liter hidrogént tartalmaz.Jelenleg 1000 liter hidrogén el állításához 4 kWh, 1 literhez pedig 4 Wh energia szükséges. Mivelegy gramm vízb l 1,234 liter hidrogént kapunk, így a hidrogén egy gramm vízb l történel állításához 1,234 * 4 = 4,94 Wh energia szükséges.A kísérlet eredményeiA kísérlet eredményeit a következ ábrákon szemlélhetjük meg. 393
    • 2. ábra.A 2. ábrán a 200 Hz-es feszültség oszcillográfja látható. Az impulzusok nem láthatók, mivel azamplitúdójuk nagyon kicsi. A mérések azt mutatják, hogy az oszcilloszkópon látható feszültség11,5 V, a voltmér n pedig 11,4 V-ot mértünk.3. ábra.A 3. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 1másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékr l lekapcsoltuk a tápfeszültséget.4. ábra.A 4. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 3másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékr l lekapcsoltuk a tápfeszültséget. A 3. és 4.ábrán látható oszcillográfok azt mutatják, hogy az elektrolizáló készülékr l a tápfeszültségetlekapcsolva annak kisülése figyelhet meg. Azonban azt is megfigyelhetjük, hogy a feszültségfokozatosan csökken ugyan, de nem lesz egyenl nullával. Ez arra utal, hogy: az elektrolizálókészülék az energiának nem csak felhalmozója, hanem forrása is.5. ábra.Az 5. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható azelektródák rövidre zárásakor.6. ábra.A 6. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 1másodperccel azután, hogy az elektródáknál megszüntettük a rövidzárat.7. ábra.A 7. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 3másodperccel azután, hogy az elektródáknál megszüntettük a rövidzárat. 394
    • Mint látjuk, lekapcsolva a tápfeszültséget az elektrolizáló készülékr l annak potenciálja kezdetben atápfeszültség potenciáljához közeli értéken maradt. (3.ábra.) Szeretnénk különösen kihangsúlyozni,hogy az elektromos feltölt dés folyamata alatt az áram néhányszorosa volt a 0,02 A-es normálüzemi értéknek.3 másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékr l lekapcsoltuk a tápfeszültséget (4.ábra.) azelektródákon mérhet feszültség 11,4 V-ról körülbelül 8 V-ra csökkent.Az elektródák rövidre zárásának pillanatában (5.ábra.) az elektrolizáló készülék bemenetén mérhetfeszültség egyenl nullával. Egy másodperccel a rövidzár megsz ntetése után (6.ábra.) azelektrolizáló készülék bemenetén mérhet potenciál visszaállt körülbelül 5 V-ra, majd 3 másodpercmúlva ez az érték lecsökkent 2 V-ra (7.ábra.)Az oszcillográfon azért nem láthatóak az impulzusok, mert az amplitúdójuk nagyon kicsi. (2.ábra.)Ha megnöveljük az oszcilloszkóp érzékenységét, akkor az impulzusokat is megláthatjuk, melyekígy néznek ki: (8. és 9. ábra)8. ábra. 9. ábra.A feszültség oszcillográfjainak elemzéseA statisztikai számításokat felhasználva (11 adatot használtunk) megtaláljuk az impulzusokfeszültségének átlag amplitúdóját.Uátl = [(0,20+0,24+0,12+0,10+0,30+0,18+0,16+0,12+0,30+ 0,24+0,30)/11] * 10 = 2,05 VAz impulzusok periódusideje T = (24 * 2) / 10 = 4,8 msecAz impulzusok hosszúsága t = (2 * 1,45 ) / 10 = 0,29 msecAz impulzusok frekvenciája f = ( 1 / 0,001 * 4,8 ) = 208,3 HzAz impulzusok közötti rés S = 4,8 / 0,29 = 16,55Az impulzusok kitöltése Z = 0,5 / 16,55 = 0,0302Az oszcilloszkóp alapján az impulzusok átlagfeszültsége U = 2,05 * 0,0302 = 0,062 V. Eközben avoltmér 11,4 V-ot mutatott.Ezért van alapunk feltételezni azt, hogy az alacsonyáramú elektrolizáló készülék egyidej leg azelektromosság gy jt je és forrása is. El ször feltölt dik, majd elkezd kisülni az elektrolitban 395
    • lejátszódó folyamatok következtében. A generált elektromos energia mennyisége nem elegendahhoz, hogy az elektrolízis folyamatát fenntartsa, így az fokozatosan kisül. Ha viszont azenergiaveszteséget kompenzáló feszültségimpulzusokkal újratöltjük az elektrolizáló készüléket,akkor annak - mint kondenzátornak - a töltése állandó marad, az elektrolízis folyamata pedigstabilan folytatódik.Az elektrolizáló készülék potenciálvesztésének kompenzálásához szükséges feszültség értékét a 8.és 9. ábrán láthatjuk. Az ott látható értékeket kell felhasználni annak kiszámítására, hogy mennyienergia szükséges a víz hidrogénra és oxigénra történ bontásához az alacsonyáramú elektrolizálókészülékben.A voltmér és az oszcilloszkóp adatai alapján az alacsonyáramú elektrolizáló készüléklaboratóriumi modelljénél a tápegység teljesítménye P = I * U = 0.02 * 11,4 = 0.228 W. Azoszcilloszkópos elemzés azonban azt mutatta, hogy ez a teljesítmény csak az elektrolíziselindításához szükséges. Az elindítás után, mikor már fel van tölt dve az elektrolizáló, azutántöltéshez szükséges teljesítmény P = I * U = 0.02 * 0,062 = 0.0012 W, vagyis 190-szerkevesebb az elektrolízis elindításához szükséges teljesítménynél (tekintsd meg az 1.táblázatot).Az elektrolizáló készülék bemenetén mérhet állandó feszültség arra utal, hogy az elektrolízishezszükséges energia kiszámításához nem a voltmér értékeit kell figyelembe venni, hanem azoszcilloszkópét, mely az utántöltési impulzusokat is regisztrálja (8. és 9. ábra).10. ábra. 11. ábra.A 10. és 11. ábrán az áram oszcillográfjait láthatjuk, mikor az elektrolizáló készülék tápegysége 200Hz-es impulzusokat generált.Az áram oszcillográfjainak elemzéseA statisztikai számításokat felhasználva (10 adat és 0,1 Ohmos bels ellenállás esetén) megtaláljukaz impulzusok áramának átlag amplitúdóját.Iátl = { [ (9,0+7,0+2,0+11,5+6,0+8,5+3,5+9,0+2,5+6,5) / 10] * 10 } / 0,1= 655 mA = 0,655 A. 396
    • (W * 100 / P)1. TáblázatAz eredmény kiértékeléseMint látjuk, a voltmér a feltöltött elektrolizáló készülék - mint kondenzátor - feszültségét mutatja,mely fokozatosan kisül, az oszcilloszkóp által mutatott feszültségimpulzusok pedig az utántöltésenergiáját, ami az elektrolizáló tulajdonképpeni energiafelhasználása a tápegységr l. Ebb l azkövetkezik, hogy az alacsonyáramú elektrolizáló készülék által felhasznált energia kiszámításánálnem a voltmér által mutatott feszültséget kell felhasználni, hanem az oszcilloszkóp adatait. Ennekeredményeként az alacsonyáramú elektrolizálás során a hidrogén vízb l történ el állításáhozfelhasznált energia nem 12-szeresére, hanem majdnem 2000-szeresére csökken.A kis áram (0,02 A) és a kis feszültség (0,062 V) arra enged következtetni, hogy az alacsonyáramúelektrolizáló készülékben végbemen folyamat megegyezik a fotoszintézis során tapasztalhatójelenséggel. Ezt er síti meg az elektrolizáló készülék vízében az elektromos tápfeszültséglekapcsolását követ néhány órában megfigyelhet intenzív gázbuborék fejl dés is.Az orosznyelv eredeti szöveget itt, az angolnyelv fordítást pedig itt olvashatod el. Ezt a magyarfordítást az orosznyelv eredeti dokumentum alapján végeztem el, mivel ott több információ voltleírva, mint az angolnyelv fordításban.Kíváncsi voltam arra, hogy mennyi hidrogént termel Kanarev professzor elektrolizálója. Az1.táblázatból kit nik, hogy 300 perc alatt 0,54 g víz alakult át gázzá. Mivel 1 gramm víz 1,23 literhidrogént tartalmaz, így 0,54 g vízb l 0,54 * 1,23 = 0,6642 liter hidrogént kapunk. Ez 0,6642/300 =0,002214 liter/perc = 2,214 ml/perc. Nos, igen. Ezt még nem használhatjuk az autónk meghajtására,de a kísérlet célja nem is ez volt, hanem annak bizonyítása, hogy az elektrolízis által felhasználtenergiaszükségletet jelent s mértékben le lehet csökkenteni, ezáltal több energiát nyerhetünk ki ahidrogéngáz elégetésekor, mint amennyit a hidrogén el állítására felhasználtunk. Ez viszontlátszólag ellentmond az energia-megmaradás törvényének, valójában azonban ezt az elvet nemsértjük meg. Err l kicsit b vebben itt írtam.De hogyan tudnánk Kanarev módszerét a vízautónkban felhasználni?Mint a cikkb l kiderült, két fázisban m ködik ez az alacsonyáramú elektrolizáló készülék.Els fázis: Az elektrolizáló elektromos feltöltéseMásodik fázis: Alacsonyáramú folyamatos elektrolízis 398
    • Nézzük meg mind a két fázist részletesebben.Els fázis: Az elektrolizáló elektromos feltöltéseA feltöltés pár másodpercnyi ideig tartA feltöltést egyenárammal végezzükA feltöltés árama többszöröse (0.6 A) az elektrolízis során használt átlagáramnak (0,01978 A)A feltöltés feszültsége is többszöröse (1.5 - 2 V) az elektrolízis során használt átlagfeszültségnek(0,062 V)Második fázis: Alacsonyáramú folyamatos elektrolízisAz elektrolízis folyamatosan m ködikAz elektrolízis árama impulzusszer , az impulzusok kitöltési tényez je 0,0302 (3%), frekvenciájapedig 208,3 HzAz impulzusok áram amplitúdója 655 mA, az átlagáram pedig 19,78 mAAz impulzusok feszültség amplitúdója 2,05 V, az átlagfeszültség pedig 0,062 VA percenkénti hidrogéntermelés 2,214 ml/perc H2 gáz.A Kanarev féle elektrolizáló készüléknél 17-szer kisebb átlagáramot használunk, mint azt Faradaytörvénye alapján elvárhatnánk. Ezt a következ számítás bizonyítja. Faraday törvénye szerint 1A/perc árammal 6,2728 cm3/perc hidrogéngázt tudunk el állítani (lásd itt), tehát 0,01978 A árammellett a fejl d hidrogéngáz mennyisége maximum (100%-os hatásfokú elektrolizálóval) 6,2728 *0,01978 = 0,124 cm3/perc lehetne. Ennek ellenére Kanarov elektrolizálója 2,214 ml/perchidrogéngázt termelt. Ez 2,214 / 0,124 = 17.85-szörös gáztöbbletet jelent.Az átlagfeszültség is 23-szor kevesebb (1.43 / 0,062), mint ahogy azt az elektrolízisnél tanultuk.Úgy gondolom, hogy ennek a nagyon jó hatásfoknak a "titka" éppen a nagyon kis kitöltésitényez j t impulzusok használatában rejlik. Gondoljunk csak bele, mi történik, mikor beverünkegy szeget a falba: rövid idej , de nagyon intenzív energiaimpulzusokat használunk. Ha ugyanezt azenergiát elosztjuk az id ben egyenl mértékben, vagyis egyenletesen nyomjuk a szeget akalapáccsal, akkor a munka ugyanakkora lesz, de a szeg nem fog a falba fúródni.Ezt az impulzusadási módszert Mi is kihasználhatjuk. Tételezzük fel, hogy van egy 1 A-esáramforrásunk. Ha ezzel az 1 A-ral próbáljuk meg lebontani a vizet, akkor 6,2728 ml hidrogéngáztermel dik egy perc alatt. Most s rítsük össze ezt az energiát az id ben: az eddigi 100 %-os kitöltéshelyett vegyünk 1 %-os kitöltést. Ahhoz, hogy ugyanakkora legyen az energia, ezalatt az 1%-nyiid alatt 100 A-t kell keresztül vezetni az elektrolizálón, a fennmaradó 99 %-nyi id ben pedig nem 399
    • vezetünk rá áramot. Az áram átlagértéke ekkor is 1 A marad, de az id ben összes rített energiaegészen más hatást vált ki a vízmolekulákra: hirtelen széttépi azokat. A brutális er hatására sokkaltöbb molekulát szakíthatunk szét, mint ha ugyanezt az energiát apránként, egyenletesen adagolnánk.A módszer lényege abban rejlik, hogy 1 A-t veszünk fel az áramforrásból, de ennek az energiának ahatása 100-szorosára növekszik.Az ehhez szükséges kapcsolást a következ képpen képzelem el: Van egy kondenzátorunk, amit a99 %-nyi üresjárati id ben töltenénk fel 1 A-ral - ez τ1 id állandó használatát tételezi fel - akondenzátor kisütését pedig a fennmaradó 1 %-nyi id ben τ2 id állandóval sütnénk ki. Ekkor 100A-es t impulzust juttatnánk az elektrolizáló elektródáira, az áramforrás terhelése viszont továbbra is1 A maradna.12. ábra. A nagyáramú t impulzus generátor m ködési elveτ1 = R1 * Cτ2 = R2 * CA K kapcsoló a C kondenzátor I1 árammal történ töltése alatt nyitva van, az elektrolizálóra ígyekkor nem jut áram. Mikor a kapcsolót bekapcsoljuk, akkor az I2 áram a feltöltött kondenzátorbólés az I1 áram az áramforrásból az elektrolizáló elektródáira jut.I1 = U / R1I2 = U / R2Az U feszültség mindig állandó, mivel a töltés az U feszültséggel történik, s mikor a kondenzátortelkezdjük kisütni, akkor már a kondenzátor feszültsége is eléri az U értéket. U az áramforrás(akkumulátor) feszültségével egyenl .A számítások megkezdéséhez ki kell választanunk a kapcsolási frekvenciát. A példánkban ezlegyen f = 200 Hz, amib l a periódusid t kiszámolhatjuk:T = 1 / f = 1 / 200 = 0,005 sec = 5 milisec.1 %-os kitöltési tényez t véve alapul:τ1 = T * 0,99 = 0,005 * 0,01 = 0,00495 sec.τ2 = T * 0,01 = 0,005 * 0,01 = 0,00005 sec.Ha az U feszültséget 12 V-nak, az I1 áramot 1 A-nek, az I2-t pedig 99 A-nak vesszük, akkor:R1 = U / I1 = 12 / 1 = 12 Ω 400
    • R2 = U / I2 = 12 / 99 = 0,1212 ΩC = τ1 / R1 = 0,00495 / 12 = 0,0004125 F = 412,5 µFEllen rzésként számoljuk még ki a τ2 és R2 értékekkel is a kapacitás értékét:C = τ2 / R2 = 0,00005 / 0,1212 = 0,0004125 F = 412,5 µFHa az még kérdéses számodra, hogy lesz-e elegend töltés a kondenzátor lemezein, mely 99 Aáramot tud biztosítani a számunkra szükséges 0,00005 sec ideig, akkor vizsgáld meg a következszámításokat:C = Q / UEbb l Q-t kifejezve:Q = C * UAz áramot tehát a következ képpen határozhatjuk meg:I = Q / t = C * U / t = 0,0004125 * 12 / 0,00005 = 99 AAz I2 áramot azért vettük 99 A-nak, mivel ehhez még hozzá kell adni az áramforrás 1 A-ját is. Eznem lesz több 1 A-nál, mivel az R1 ellenállás nem engedi, hogy több áram folyjon, a D dióda pedigmegakadályozza, hogy a kondenzátor árama kisülés közben az R1 ellenálláson is keresztülfolyjon.Az R2 ellenállás természetesen nem egy közönséges ellenállás, hanem az elektrolizáló készülékbels ellenállása. Ezt az ellenállást az elektrolizáló vizébe kevert megfelel mennyiségelektrolittal, pl. asztali sóval vagy KOH-val tudjuk beállítani.A kapcsoló szerepét valamilyen nagyáramú kapcsolótranzisztor látja el.Az is valószín , hogy Kanarev elektrolizálójához hasonlóan el ször nekünk is fel kell töltenünk azelektrolizálót pár másodpercnyi nagy érték egyenárammal, s csak utána kezdhetjük azimpulzusokkal bombázni a vizet.Az elv egyszer , próbáld megépíteni Te is és mondd el nekünk az eredményeidet.Az itt olvasott témához kapcsolódó kísérletek:Lemezes elektrolizálóElektrolízis Impulzusokkal 1Elektrolízis Impulzusokkal 2Kísérletek az elektrolízisselAz el z oldalakon leírt elméleti ismeretek annyit érnek, amennyit meg tudunk valósítani bel lük.Ezért kezdtem bele néhány barátommal egy kísérletsorozatba. Az itt olvasható leírás elég részletesés aprólékos ahhoz, hogy szükség esetén Te is meg tudd ismételni és hogy tanulhass a mi 401
    • tapasztalatainkból. A kísérletsorozat célja az volt, hogy megtaláljuk azt az optimális kialakítást,amelynél a lehet legkisebb áram és legkevesebb elektródaszám esetén a maximális gáztermeléstérhetjük 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 arészleteket s elkészítette az elektronikát. Mikor meg arra került volna a sor, hogy elküldje akészüléket, mondta, hogy teljesen ingyen gondolta, még a postaköltséget is fizette. Ezen nagyonkellemesen meglep dtem és ez is egy újabb bizonyítéka volt annak, hogy nem csak pénzért lehetdolgokat megkapni. Már sokan vagyunk, akik egy olyan világban szeretnénk élni, ahol az embereknem azért adnak valamit, hogy valamilyen ellenszolgáltatást kapjanak cserébe, hanem csak az adásöröméért. Amióta belefogtam a Fénykapu szerkesztésébe, ezt egyre többször tapasztalom. Soksegítséget és támogatást kapok T letek, Kedves Olvasók, amit ezúton is szeretnék megköszönni.Hogy a Robi példája mellett egy másikat is említsek, a Fénykapu tárolásához szükséges tárhelyet ésa domain nevet egy másik Olvasó, Taki adta, szintén teljesen ingyen, saját felajánlásból. Sok levélérkezik, amiben csak annyit mondanak, hogy tetszik nekik a Fénykapu, mások elmesélik azélményeiket, álmaikat, segítenek az egyes helyesírási hibák kijavításában. Minden levélnek nagyonörülök.De térjünk vissza a kísérletekhez. Az elektrolizálót két barátommal együtt raktuk össze, s t, azegyik jük 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 akonzekvenciákat.Ebben a kísérletsorozatban a hagyományos elektrolízissel kapcsolatban szerettünk volna gyakorlatiismereteket szerezni. Semmi különlegességet nem tartalmaz ez az elektrolizáló rendszer, csakmagát az elektrolizáló készüléket és egy vezérl elektronikát, ami változtatható szélesség 12 V-osnégyszögimpulzusokat állított el max. 80 A-es áramer sséggel. A mérések elvégzéséhez egygázmennyiség mér t és nyomásmér t, valamint oszcilloszkópot, multimétert, frekvenciamér t ésegy stoppert használtunk.Az elektronika. 402
    • 1.ábra. A vezérl elektronika kapcsolási rajza2.ábra. A kész kapcsolás fényképe.Mint a kapcsolási rajzból kit nik, az impulzusok el állításához ugyanazt a kapcsolást használtuk,mint amit itt már láthattál. Annyi kis eltérés van, hogy az LM741-es IC kimenete és a nem invertálóbemente közötti 20 kΩ-os trimer potmétert kihagytuk, azaz egyszer en összekötöttük a 6.-ik és 2.-ik lábát, mivel ennek nem volt hatása a kimeneti impulzus kitöltésére. A teljesítményer sít fokozat 403
    • azonban meg lett változtatva úgy, hogy ez a kapcsolás meg tudjon hajtani akár egy 80 ampereselektrolizálót is.Az áramkör frekvenciatartományát a négy darab kondenzátorral és a 2 kΩ-os potméterrelszabályozhatjuk. A frekvencia stabilitását a 7812-es feszültségstabilizátor segítségével értük el.A frekvenciák értékeit a következ egyenlet szerint számolhatjuk ki:f = 1 / ( 2.2 * C * R )ahol:f : Az oszcillátor frekvenciája (Hz)C : Kapacitás (F)R : Ellenállás (Ω)Az ellenállás minimális értéke 1000 Ω, maximális értéke pedig 3000 Ω. A frekvencia ezzelfordítottan arányos, tehát az adott sávban a minimális frekvenciát a maximális ellenállás eseténérhetjük el és viszont.A következ 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 Hz1.táblázat. A jelgenerátor számolt és mért frekvenciatartományaiAz 1.táblázatból egyértelm en kit nik, hogy az alkatrészek szórása miatt a mért frekvenciahatárokjelent sen eltértek a számolt értékekt l. Ez azonban nem befolyásolta jelent sen a méréseket, mivelpéldául a víz rezonanciafrekvenciája (42,5 kHz) bent volt abban a sávban, amit a jelgenerátor eltudott állítani. (De err l majd kés bb szólok részletesebben.)A következ ábrán a CD4069-es IC 6. lábán megjelen négyszögimpulzust láthatod. Az ittkövetkez ábrán és a többi felvételen is a képek kicsit elmosódottak, mivel a fényképez gépzoomolójával nem tudtuk teljesen élesre fókuszálni ezeket a közeli felvételeket. Ennek ellenére mégviszonylag jól láthatóak a nekünk szükséges részletek. 404
    • 3.ábra. A jelgenerátor négyszögimpulzusai (a CD4069-es IC 6. lábán)Az LM741-es m veleti er sít 6. lábán megjelen feszültség értékét a 100 kΩ-os potméterrel 0,1Vés 8,7V között lehet szabályozni, ami az impulzusok szélességét 44,4% és 83,3% közöttszabályozza.A legkeskenyebb impulzusok4a.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 (55,5kHz). Ebb l kiszámolhatjuk, hogy a minimális kitöltési tényez :Kitöltés_Min = ( 8 * 100 ) / 18 = 44,4 %.A legszélesebb impulzusok 405
    • 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 (55,5kHz). Ebb l kiszámolhatjuk, hogy a maximális kitöltési tényez :Kitöltés_Max = ( 15 * 100 ) / 18 = 83,3 %.A maximális kitöltési tényez értékét finoman tudjuk hangolni az NE555-ös IC 7. lábáhozcsatlakozó 2 kΩ-os potméterrel. Ha túl nagyra állítjuk az ellenállást, akkor viszont a bemenetifrekvenciát elosztjuk kett vel vagy akár néggyel is. Erre figyelj az áramkör beállításánál.A minimális kitöltési tényez t sajnos nem lehetett kisebbre venni, pedig erre mindenképpenszükség van a gyakorlatban, hogy az 1000-res és 5000-res fordulatszámok között tudjukszabályozni a motort. Ezt az NE555-ös IC-hez kapcsolt kondenzátor értékének beállításával tudjukelérni.Mint majd a kés bbiekben látni fogjuk, a termelt gáz mennyisége arányosan változott azimpulzusok szélességével.Az id zít 3. lábán megjelen impulzusok jelalakjait a 4a. és 5a.ábrákon láthatod. Ezeket a jeleketfeler sítjük a két darab IR2121-es FET meghajtó IC-kkel. Ezeknek az IC-knek az akülönlegességük, hogy rövidzár védelmet biztosítanak, vagyis ha a kimen FET-eken túl nagy áramfolyik (kb. 100A), akkor a 20 db párhuzamosan kötött 0,1 Ω-os ellenálláson akkora feszültség esik,hogy az bekapcsolja a védelmet. A 0,1 Ω-os ellenállások legalább 1 W-osak legyenek, mivel nagyáramok folynak keresztül rajtuk.A 4b és 5b.ábrákon láthatod azt a jelalakot, ami a meghajtó FET-ek bemenetére érkezik. Azelektrolizáló készülék bementére kapcsolt jelalakot nem tudtuk az oszcilloszkóppal megállítani,állandóan futott, ami arra utalt, hogy a víz rezonanciafrekvenciája folyton változott. Ezt egyébként afrekvenciamér n 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. Alefutó élek nem változtak jelent sen. 406
    • Az alkalmazott h t bordák mérete 7 cm * 6,5 cm * 1 cm = 45,5 cm3. Ez a méret 12-15 A-igmegfelel h tést biztosít. Nagyobb áramok esetén arányosan kell növelni a h t bordák térfogatát,tehát például 80 A esetén a bordák 243 cm3-esek kell legyenek (mindegyik külön-külön, bárközösíteni is lehet ket, persze akkor meg kell duplázni a méretét, azaz 486 cm3-esnek kell lennie).Az alkatrészek adatlapjai:7812 adatlapjaCD4069 adatlapjaLM741 adatlapjaNE555 adatlapjaIR2121 adatlapjaIRFP064N adatlapjaElektrolizáló készülékAz elektrolizáló készülék alkatrészeit a következ ábrán szemlélheted meg.6.ábra. Az elektrolizáló készülék alkatrészeiA tároló edény szerepét egy mélyh t be való m anyag tároló edény látta el. Ez -30 és +90 °Cközött használható. A fejl d gázok egy egyutas szelepen keresztül távoznak a tartályból egygumicsövön keresztül. 407
    • 7.ábra. Az egyutas szelepek (csak egyet használtunk fel) és annak rögzít anyáiA gázkivezet csövet egy bilinccsel er sítettük a szelephez.Az elektródákhoz a vezetékeket gyorskapoccsal rögzítettük és egy csokihoz vezettük ki, ahol aztánmár tetsz leges módon kapcsolhattuk össze a lemezeket sorosan és párhuzamosan.8.ábra. Az elektródalemezek (8 db összesen)9.ábra. A szorító bilincsek (csak egyet használtunk) és a csokiAz elektródákat egy központi tengelyre er sítettük, amit egy vastag tiplib l készült szigetelm anyag cs vel vontunk be. 408
    • 10.ábra. az elektródák tartócsavarja (csak egy) és szigetel csöveAz elektródák vezetékeit egy menetes csövön keresztül vezettük ki a tet n keresztül. Mindencsatlakozó alkatrész xiloplaszt-tal lett bekenve, hogy a gáz sehol se szökhessen meg.11.ábra. A kész elektrolizáló (a tartály nélkül)Az elektródákat el ször horganyzott vaslemezb l készítettük el, gondolván, hogy ez alatt akísérletsor 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 els pár másodperc után valamilyen sárgás- 409
    • barnás anyag kezdett megjelenni a vízben. El ször azt gondoltuk, hogy a víz nem tiszta vagy hogy alemezek felülete lehet olajos, ezért alaposan letisztítottuk a lemezeket. Sajnos nem csak ez volt agond. Az elektródalemezek léptek reakcióba a vízzel az elektromos áram hatására, s a reakció általkivált anyagok belekerültek a vízbe. Ez azt eredményezte, hogy már pár perces elektrolízis után isvalamilyen barnás-zöldes habos anyag alakult ki a víz felszínén, de legalább két-három centimétervastagságban, ami aztán az elektródalemezek közé kerülve megváltoztatta a víz ellenállását. Ezt aváltozást az árammér egyértelm en mutatta. De a változás nem lineáris volt, hanem el szörlecsökkent 3 amperr l 2 amperra, majd ismét elkezdett emelkedni egészen 5,5 amperig, mindeztfolyamatos elektrolizálás mellett körülbelül 15 perces id intervallumban. Ezt azzal lehetmagyarázni, hogy az elektródák felületér l kiváló anyag el ször akadályozta az elektronokáramlását, majd kicsivel kés bb valamilyen más anyag vált ki, ami viszont megnövelte a vízvezet képességét. De mivel a gáztermelés nem növekedett, ez a feleslegesen nagy áram jelent senlerontotta az elektrolízis hatásfokát.A következ ábrán jól látszik, hogy már egy-két perces elektrolízis hatására is az anódon megjelenoxigén nagyon gyorsan elkezdte korrodálni a lemezek széleit és a csatlakozókat. Minden másodikréz csatlakozó (vagyis az anód, ahol az oxigén vált ki) kékes szín lett a rézoxidtól. Ezért nagyonfontos, hogy a csatlakozásokat is befedjük valamivel, például festékkel vagy lakkal.12.ábra. A lemezek és a csatlakozók nagyon hamar el kezdtek rozsdásodni.12a.ábra. A horganyzott lemezek három napos használat után már teljesen elrozsdásodtak 410
    • 12b.ábra. Saválló lemezek ugyanannyi használat utánA helyes megoldás tehát saválló lemezek használata. Ezt tettük mi is. A kísérletekhez szükségessaválló lemezeket egyik ismer söm adta, így erre se kellett költeni. A saválló lemezek használataesetén azonban ismét megjelent az a sárgás-barnás massza, ami aztán eltömte az elektródák közöttiréseket. Végül rájöttünk, hogy a problémát a vízben feloldott asztali só jódtartalma okozhatta. A sómegnövelte a víz vezet képességét, tehát ugyanannyi cella esetén több áram folyhatott át acellákon, így több gáz is keletkezett, de nem annyiszor több, mint amennyit az áramnövekedést lelvárhattunk volna. Ezt valószín leg az okozhatta (részben), hogy a nagyobb elektromos áramot asóból kiváló jód ionok okozták, amik viszont nem növelték a víz lebontását. Végül is a só elhagyásamellett döntöttünk, helyette NaOH-t használtunk, amit a Fénykapu egyik olvasója, Laci adott, aki azegyik nap meglátogatott és megmutatta saját eredményeit. Err l azonban majd még kés bbb vebben írok. A NaOH használata azt eredményezte, hogy a víz tiszta maradt az elektrolízis soránés a saválló lemezek is tiszták, rozsdamentesek maradtak. Az igazi mérések tulajdonképpen csakezután kezd dhettek, mivel így már a teljes elektrolízis során viszonylag állandó volt az áram és akülönböz kísérletek el tt nem kellett szétszedni a lemezeket, hogy megtisztítsuk ket és vizet sekellett cserélni minden alkalommal. Tehát az elektrolízis folyamata stabilizálódott. Ekkorra azonbanmár csak 3 napom maradt a szabadságomból arra, hogy elvégezzem a betervezett kísérleteket, de eza három nap is sok hasznos és érdekes információt nyújtott, ami további kísérletek forrása lehetszámodra.MérésekA kísérletek során a következ mér eszközöket használtuk:oszcilloszkópotmultimétertfrekvenciamér tgázmennyiség-mér tnyomásmér tstopperórátA gázmennyiség mérését a Naudin féle módszerrel oldottuk meg: egy félliteres üdít s palackot ésegy fagylaltos edényt alkalmaztunk. 411
    • A gázmennyiség mérése13a.ábra. A mérés kezdete 13b.ábra. A mérés végeMint a 13a. és 13b.ábrákból láthatod, 100 ml-nyi gáz kiszorításakor a vízszint láthatóan lecsökkent.A nyomásmér egy viszonylag "érzékeny" példány volt, de még így is túl kicsi volt a nyomásahhoz, hogy 100 ml-nyi gáztermelést hatékonyan kimutasson. Akkor láttunk nyomást rajta, mikorelszorítottuk a gázkivezet csövet.Az áramot digitális multiméterrel mértük. Err l itt olvashatsz b vebben.Árammérési célra nem alkalmas az itt bemutatott elektronikánál a kimen FET-ek s lábára kötött20 db ellenállás, mivel azok párhuzamosan vannak kötve a FET driver IC-vel, s az ott folyó áramokeltorzítják a mérés eredményét. Ezt a gyakorlatban is tapasztaltuk, mivel a próbamérés során azárammér 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 kötvesemmivel.KísérletekA kísérleteket nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy itt olvashatod ket, de mivelígy logikusak, ezért itt ebben a sorrendben szerepelnek.Ahol nincs külön jelölve, ott a cellák elektródáinak a távolsága 1 mm, az elektródák függ legesek,az impulzusok kitöltési tényez je 83,3%, a frekvenciája 43,2 kHz, az elektrolit h mérséklete pedig25 °C. 412
    • 1.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy a csapvíz és az es víz hogyan vezetik az áramot, és ez atulajdonságuk hogyan változik, ha sót rakunk a vízbe.8 sorbakötött cellát (azaz kilenc elektródalemezt) használtunk minden esetben. A sózott vízesetében egy liter vízbe egy kiskanálnyi só lett öntve.Mint azt már korábban említettük (lásd itt), Faraday törvénye szerint 1 A/perc egyenárammal10,45375 ml/perc gázt tudunk el állítani. Ennek alapján számoltam ki az elektrolízis hatásfokát.Az itt feltüntetett áramok azt a stabilizált értéket mutatják, amit az elektrolízis elindítása után 3-5másodperccel kaptunk. Az induláskor azonban a táblázatban felt ntetett áramoknál 50-100 mA-ralnagyobb áramot mérhetünk. Ez annak tudható be, hogy a cellák olyanok, mint a kondenzátorok. Akondenzátorok a bekapcsolás pillanatában rövidzárként m ködnek, majd a tölt dés során egyrenövekszik az ellenállásuk, végül eléri a végtelent. Mivel az elektrolizáló cellákban víz a "szigetel ",annak a magas vezet képessége miatt a bekapcsolás pillanatában nem nulla az ellenállása, afeltölt dés után pedig nem végtelen. Ennek ellenére ez a tölt dési effektus megfigyelhet . 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 % Es víz Nem 0,03 A 10 ml/4 perc 83,33 ml/perc/amper 124,6 % Es víz Igen 1,05 A 100 ml/9 perc 10,58 ml/perc/amper 15,8 %2.táblázat. A víz min ségének hatása az elektrolízisreMint a táblázatból is kit nik, a legjobb hatásfokot a tiszta es vízzel értük el. Ennek az amagyarázata, hogy az es vízben jóval kevesebb az ásványi anyag, mint a közönséges csapvízben,így az áram szinte összes elektronja csak a vízmolekulákkal lép kapcsolatba. Ez ugyan kisebbvezet képességet eredményez a vízben, ami azt jelenti, hogy több cellát kell alkalmaznunk, hogyelérjük a szükséges gázmennyiséget, de az elektrolizáló hatásfoka jelent sen javul. Az es víztisztasága megközelíti a desztillált vízét, ez nagyon jól látszik a hatásfokból is.A további kísérleteknél a sót és a csapvizet elhagytuk és csak es víz és NaOH keverékét használtuk.2.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek közötti távolság hogyanbefolyásolja az áramer sséget és a keletkezett gázok mennyiségét.A 2 mm-es elektródák közötti távolságot egy tömít gy r vel oldottuk meg, melyet az elektródákattartó csavarra húztunk. Az 1 mm-es távolság esetében azonban ez már nem volt járható út, mivel 413
    • nem voltak a lemezek tökéletesen síkok, így valamelyik sarkuk vagy a szélük hozzáért a másiklemezhez. Ezért az 1 mm-es távot úgy biztosítottuk, hogy 4 db 2mm*2mm-es méret és 1 mmszélesség m anyag lemezkéket ragasztottunk az egyik lemez négy sarkához. Ahol erre szükségvolt, ott az élekhez közel is ragasztottunk egy-egy kis távtartót. Mivel az is cél volt, hogy bármikorszétszedhessük a lemezeket, ezért csak az egyik lemezre ragasztottuk fel a távtartókat.Egy liter es vízhez 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 elektrolízisreMint a 3.táblázat mutatja, a kisebb elektródatávolság nagyobb áramot, több gázt és jobb hatásfokoteredményezett.A továbbiakban minden kísérletet 1 mm-es elektródatávolságokkal végeztünk.3.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen hatása van a polaritás megváltoztatásának azelektrolízis hatásfokára.Egy liter es vízhez 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 elektrolízisreMint a 4.táblázat mutatja, a polaritásnak szintén van hatása az elektrolízis hatásfokára. Itt csak egyelektródapár esetében vizsgáltuk a polaritás hatását és 0,8 %-os hatásfokkülönbséget tapasztaltunk.A 9.kísérletben azonban látni fogjuk, hogy nagyon fontos, hogyan kapcsolunk össze több elektródátés hogy milyen a polaritás.Mikor ellenállásmér vel próbáltam meghatározni a víz ellenállását, azt tapasztaltam, hogy azállandóan változik, méghozzá a mér tüskék egyik irányba történ kapcsolása esetén fokozatosannövekedett, a tüskék megcserélésével pedig fokozatosan csökkent az ellenállás. Ez is azt mutatta,hogy a víz az elektródalemezekkel együtt a kondenzátorra jellemz tulajdonságokkal rendelkezik.4.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek helyzete hogyan befolyásolja azáramer sséget és a keletkezett gázok mennyiségét. 414
    • Ennél a kísérletnél 2*4 db cellát használtunk a következ kapcsolásban:14.ábra. 2 db 4-es cellasor párhuzamosan összekapcsolvaEgy liter es vízhez 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 % Függ l. 1,98 A 1:30 perc 66,6 ml/perc 25,25 ml/perc/amper 37,7 %5.táblázat. Az elektródák helyzetének hatása az elektrolízisreMint az 5.táblázat mutatja, a függ leges helyzetben a gázok könnyebben elhagyják az elektródákfelületét, ami viszont 2,4-szer jobb hatásfokot biztosít. Nagyon jelent s a különbség.Ebben a kísérletben már több mint egy cellát használtunk. Az optimális cellaszámot azonban akövetkez 5.kísérletben állapítjuk majd meg, az optimális cellakapcsolásokat pedig a 9.kísérletben.5.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy melyik az az optimális cellaszám, amit sorbakapcsolva amaximális gáztermelést érhetjük el minimális áramer sség mellett.Egy liter es vízhez 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 415
    • 15.ábra. A 6.táblázat grafikus ábrázolásaMint a 6.táblázat mutatja, a cellák sorbakapcsolása javítja az elektrolízis hatásfokát, de csak egydarabig. Az optimális sorbakötött cellák száma tehát 4. A kés bbiekben már ezt a kombinációthasználjuk mindenütt.Azt is megfigyelhettük, hogy a cellaszám növekedésével a fejl d gázbuborékok mérete egyrecsökkent. Egy cella esetén a buborékok átmér je 2-4 mm volt, míg 4 sorbakapcsolt cellánál csak0,5-1 mm. A buborékok mérete viszont egyenes arányban állt a víz szennyez désével. Minélnagyobbak voltak a buborékok, az elektrolit annál sárgább, annál habosabb lett. Négy cella eseténazonban ezt a szennyez dést már szinte észre se lehetett venni.Az áram ingadozása is csökkent a sorbakapcsolt cellák számának növekedésével. Míg egy cellaesetén az áramingadozás 300 mA (6,3%) volt, addig négy cellánál már csak 20 mA (1,0 %).6.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen töménység elektrolitban fejl dik maximálisgázmennyiség minimális áramer sség mellett.Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Az elektrolit töménységét úgyváltoztattuk, hogy egy liter es vízhez adott mennyiség 15%-os NaOH oldatot adtunk. Az adagolást5 ml-es injekciós t vel végeztük a pontos mérések érdekében. A mért gáz minden esetben 100 mlvolt. NaOH Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 416
    • 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 elektrolízisreMegjegyzés: A tiszta es víznél nem vártuk ki a 120 percet, hanem csak addig vártunk, amíg 10 mlgáz fejl dött. Ez 12 percet vett igénybe, amit aztán megszoroztunk még 10-zel, így jött ki a 120perc.Mint a 7.táblázat mutatja, az elektrolit töménységének növekedésével egyre romlott az elektrolízishatásfoka, de a gáz egyre gyorsabban fejl dött. Az optimális érték 100-110 ml NaOH oldat esetébenlátható, amikor már viszonylag gyorsan termel dnek a gázok, de az áramfelhasználás még nemannyira jelent s. Mivel azonban 110 ml NaOH esetében a percenkénti gáztermelés nagyobb, így ezta koncentrációt alkalmaztuk a további kísérleteknél is.Érdemes egy kicsit elid zni ennél a kísérletnél. Azt láthatjuk, hogy a NaOH adagolásával nemmindig arányosan változik a víz vezet képessége. Azt is megfigyelhetjük, hogy avezet képességgel sem arányosan változik a gáztermelés és az is látszik, hogy az elektrolízishatásfoka csökken a vezet képesség növekedésével, de ez a folyamat sem lineáris.Azt az els látásra meglep tényt, hogy a víz vezet képességével az elektrolízis hatásfoka romlik,azzal lehet magyarázni, hogy nagyobb vezet képesség esetén n a gáztermelés, ezek agázbuborékok viszont szigetel ként szerepelnek a két elektróda között, míg nem sikerülfelemelkedniük a víz fölé. Ez viszont rontja a hatásfokot.Az ideális vezet képességet aszerint választhatjuk meg, hogy még ne legyen alacsony azelektrolízis hatásfoka, még ne tartson túl sokáig egységnyi gáz el állítása, még ne legyen túl sok azelektródalemezek száma és még ne legyen túl sok a NaOH, amit a boltban kell megvenni. Ezenfeltételek szemel t tartásával lett kiválasztva a 110 ml 15 %-os NaOH egy liter vízben.7.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen frekvencián fejl dik maximális gázmennyiségminimális áramer sség mellett. 417
    • Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter es vízhez 110 ml15%-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 elektrolízisre16.ábra. A 8.táblázat grafikus ábrázolása 418
    • 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 ideigleneshanyatlást újabb emelkedés követtette, s t 73,6 kHz-en már meg is haladta a hatásfok a 42,5 kHz-enmért 50 %-os értéket. Az a tény, hogy a hatásfok a víz rezonanciafrekvenciájától eltérfrekvenciákon magasabb volt, mint magán a rezonanciafrekvencián azzal magyarázható, hogy ittegy elektrolitról van szó, nem pedig tiszta vízr l. Sajnos a jelgenerátor csak 73,6 kHz-ig tudottimpulzusokat el állítani, de mint a 16.ábrán is látszik, valószín leg még növelhetjük a hatásfokot afrekvencia további növelésével. Amennyiben van rá lehet séged, úgy végezd el Te is ezt a kísérletetmagasabb frekvenciákon és oszd meg a Fénykapu olvasóival az eredményeidet.Egy másik érdekesség, amit itt meg kell említenünk, az az, hogy a 8.táblázatban feltüntetettfrekvenciaértékek az NE555-ös IC 3.lábán lettek mérve. De megmértük a frekvenciát az IRFP064NFET g lábán (vagyis a bemenetén) is és az elektrolizáló készülék bemenetén is, azaz a FET dlábán és azt tapasztaltuk, hogy ezek a frekvenciák eltérnek egymástól. Az elektrolizáló bemeneténmár csak átlagfrekvenciát tudtunk mérni, mivel ott állandóan változott a frekvencia, hol kisebb, holnagyobb lett, attól függ en, hogy a vízmolekulák éppen milyen frekvenciára hangolódtak rá. Afrekvenciamér másodpercenként vett mintát és minden egyes alkalommal hol kisebb, hol nagyobbértéket mutatott, de ez az ingadozás viszonylag "stabil" volt.Mér pontok:Frekv.1 : NE555-ös IC 3.lábánFrekv.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 % 419
    • 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 különböz mér pontokonMint a 9.táblázat mutatja, az elektrolizáló bemenetén mért frekvencia, akárcsak a meghajtó FET-ekbemenetén mért érték néhány esetben jelent sen eltér a jelgenerátor frekvenciájától. Ennek az azoka, hogy az elektrolit nem közönséges ohmos ellenállás, hanem reaktív elem, mely a feltételekt lfügg en (töménység, h mérséklet, frekvencia stb.) nagyon is egyedien reagál az egyesfrekvenciaértékekre.8.kísérletA kísérlet célja annak megállapítása, hogy adott frekvencián az impulzusok kitöltési tényez jearányosan változtatja-e a fejl d gázok mennyiségét.Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter es vízhez 110 ml15%-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 tényez jének hatása az elektrolízisreHa a 36,4 ml/perc gázmennyiség 83,3 %-os kitöltési tényez mellett volt tapasztalható, akkor 44,4%-nál az elméletileg elvárt fejl d 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. Ebb l azt akövetkeztetést vonhatjuk le, hogy az impulzus-kitöltési tényez és a fejl d gázok között szoros ésegyenesen arányos kapcsolat van.Egy másik megfigyelés, hogy a gázfejl dés mennyisége azonnal változott, ahogy a kitöltésitényez t változtattuk és az elektrolízis indulásakor azonnal beindult a gáztermelés, az áramlekapcsolásakor pedig az azonnal megsz nt. Mindez azt is jelenti, hogy az autónk sebességétgyorsan tudjuk majd szabályozni. Az is igaz viszont, hogy a fejl d gázmennyiség változása nemvonja maga után a gáztérben uralkodó nyomás azonnali változását, ha viszont figyelembe vesszük,hogy mindig csak annyi gázt állítunk el , amit azonnal fel is használunk, akkor viszont meg van ráaz esély, hogy az impulzusszélesség megváltoztatását 1-2 tized másodperc alatt követi a motorfordulatszámának a változása is. Ezt biztosan azonban csak akkor tudhatjuk meg, ha márhozzákapcsoltuk az elektrolizálót az autóhoz.Még egy érdekes dolog. Mint láttuk, a hatásfok jobb volt a kisebb impulzusszélességnél, mint anagyobbnál. Ezt valószín leg az