Ячейка Мэйера

Плазмоэлектролитический реактор Канарёва


Эта статья посвящена исследованиям профессора Ф.М. Канарева, и сравнение его теории и экспериментов с ячейкой Мэйера. Работы Канарёва для понимания простым исследователем сложны, поэтому эта статья будет излагаться максимально простым языком.

В одной из статей сайта указывалось, что не бывает открытий «одного человека», если один исследователь – теоретик, или практик открыл что либо новое, то всегда есть другой исследователь, или группа исследователей, не связанная с первым, но близкая к этому открытию. Это как открытие приёмника Маркони – Попов. Разница лишь в сроках открытия, или изобретения чего либо похожего. Сроках, которые определяются даже не гениальными сверхспособностями человека, а условиями, в которых он работал. У одного они есть, а у другого – либо появляются периодически, либо плохие, либо нет вовсе. Если талантливого гения – Теслу финансировал миллионер Джон Пирпонт Морган, то талантливого гения – Эдиссона поддерживали «менее денежные продюсеры». Ведь как только Морган перестал финансировать эксперименты Теслы, так и его изобретения пошли на спад. Ячейка Мэйера тоже не может быть единичным изобретением, другие исследователи так же делали определённые шаги к открытию высокопотенциального электролиза. Подобные Мэйеру наблюдения получил Ф.М. Канарев.


Плазмоэлектролитические процессы выявлены сравнительно недавно, поэтому пока не существует ни физической, ни химической теорий этих процессов. Полное описание плазмоэлектролитического процесса не может базироваться на чисто физических или чисто химических представлениях. Это - взаимосвязанные физико-химические процессы, поэтому разделить их на физические и химические можно лишь условно. Плазменный электролиз указывает на наличие дополнительной энергии.

Плазмоэлектролитический реактор представляет собой устройство, корпус которого изготовлен из диэлектрического материала. Рабочий раствор подается в межэлектродное пространство.

Рассмотрим плазмоэлектролитические реакторы, зарегистрированные заявлениями на патент доктором технических наук, профессором Ф.М. Канаревым и кандидатом химических наук Е.Д. Зыковым. Что там патентовать? Мне не понятно! Всё до предела элементарно. Одна лишь проблема - материалы, из которых они изготовлены на каждом углу не валяются – простой Кулибин не найдёт. По телевизору, в году 2005 показывали одного мужика, который патентует всё, что попало в поле его зрения. Поэтому, как знать, может мы, скоро будем платить деньги за пользование чьим-то патентом, например столовой ложкой, или туалетной бумагой.

Начнём с плазмоэлектролитического реактора №2, как более простого (видимо первый реактор был неудачным). Его схема представлена на рисунке 1.

Плазмоэлектролитический реактор №2

Рис. 1. Схема плазмоэлектролитического реактора № 2:
1-корпус реактора, 2-крышка реактора, 3-анод, 4-катод (впускной патрубок),
5-втулка, 6-выпускной патрубок, 7-межэлектродная камера

Корпус 1 и крышка 2 реактора (рис. 1) могут быть изготовлены из оргстекла или фторопласта. Анод 3 желательно изготовить из титана, покрытого окисью рутения (орта) или просто из титана. Полый катод 4 изготовлен из молибдена. Втулка 5 и выпускной патрубок 6 изготовлены из фторопласта. Площади рабочих поверхностей анода и катода подбираются так, чтобы плотность тока на катоде в несколько десятков раз превышала плотность тока на аноде, а расстояние между анодом и катодом было бы равно 8...10 см.

Рабочими растворами могут быть слабые (одномолярные) растворы щелочей, кислот и т.д.

На следующем рис. 2 показана схема базовой модели наиболее эффективного плазмоэлектролитического реактора №3. Геометрические параметры D, d и S подбираются так, чтобы эффект был максимален для конкретного режима работы. По своему внешнему виду он напоминает стеклянную учебную установку (никем не запатентованную), которая используется для демонстрации электролиза кислотного раствора с отделением кислорода и водорода в различные ёмкости. Материалы только не дешёвые. Где Вы возьмёте стержень из редкоземельного металла – вольфрама? Я не знаю, у Вас есть окись рутения или нет, а у меня на работе (в её укромных местах), если хорошо поискать, то титан найти можно.

Плазмоэлектролитический реактор №3

Рис. 2. Схема модели плазмоэлектролитического реактора №3
1 - анод (орта); 2 - катод (молибден); 3 - защита диэлектрического стержня 5 от перегрева; 4 - вольфрамовый стержень; 6 - патрубок для подачи раствора; 7 - патрубок для выхода кислорода; 8 - патрубок для выхода водорода; 9 - патрубок для выхода парогазовой смеси

Эффект проявляется в узком диапазоне сочетания различных параметров реактора и плазмоэлектролитического процесса. К настоящему моменту изучена незначительная часть этих сочетаний. Испытано пока лишь несколько модификаций плазмоэлектролитического реактора №3.

Реактор работает следующим образом. С помощью ротаметра устанавливается заданный расход раствора и включается электропитание с начальным напряжением, близким к нулю. Затем напряжение повышается, и при 150-200 Вольтах в прикатодном пространстве образуется устойчивая плазма. Через несколько секунд после появления плазмы начинается выход нагретого раствора и парогазовой смеси. Количество пара можно регулировать. Обратите внимание, что катод по площади не менее чем на два порядка меньше анода, соответственно и плотность тока на единицу площади катода будет выше, чем на аноде.

Повышение напряжения приводит к изменению силы тока в цепи, характерная закономерность которого показана на рис. 3. Для изобретателей водородного генератора, это будет одной из самых полезных информаций из всего труда Канарёва.

Рассмотрим вольтамперную характеристику.

Вольтамперная характеристика

Рис. 3. Вольтамперная характеристика

Вначале, при повышении напряжения линейно, в соответствии с законом Ома, растет сила тока. Затем, при напряжении более 40 Вольт закон Ома нарушается, а при напряжении около 100 Вольт (точки 5 - 6) сила тока уменьшается скачкообразно, и у катода появляется яркое свечение (плазма). Дальнейшее принудительное уменьшение напряжения (точки 6 - 15) незначительно изменяет силу тока. При напряжении около 60 Вольт (точки 14 - 15) свечение у катода исчезает, сила тока скачкообразно увеличивается почти до прежней величины.

Физическая модель плазмоэлектролитического процесса

При повышении напряжения до 60 Вольт в растворе работает хорошо известная ионная проводимость. При таком потенциале молекулы воды, вступая в контакт с катодом положительно заряженными протонами атомов водорода, диссоциируют на молекулярный водород Н2 и ионы гидроксила ОН. В этом случае идет обычный процесс электролиза воды.

По мере повышения напряжения от молекул воды начинают отделяться атомы водорода и их протоны. Вначале в самом растворе, вблизи катода, появляются отдельные стримеры (искры). Это указывает на то, что протоны атомов водорода отделяются от молекул воды и в процессе движения их к катоду вновь соединяются с электронами, синтезируя новые атомы водорода. Дальнейшее повышение напряжения увеличивает количество протонов, отделившихся от молекул воды, и у катода формируется плазма (точки 5, 6). Электроны атомов водорода находятся в этот момент в возбужденном состоянии и совершают переходы с высоких энергетических уровней на низкие, генерируя свет бальмеровских спектральных линий.

По мере снижения напряжения (точки 7-14) объем плазмы уменьшается, энергетические уровни электронов атомов водорода, на которых они задерживаются, удаляются от протонов, энергия излучаемых фотонов уменьшается, длина волны увеличивается, и цвет плазмы переходит последовательно от ярко белого к красному. Наконец, наступает момент (точка 15), когда потенциал на электродах оказывается недостаточен для отделения протонов от молекул воды, и процесс затухает, возвращая систему в исходное состояние ионной проводимости.

Анализируя рис. 3, видим, что наибольший интерес представляют данные на режиме, соответствующем точке 6. Этот режим сформировался самопроизвольно. В точке 5 устойчивая плазма отсутствует, наблюдается лишь мерцание вблизи катода. Затем, через некоторое время, самопроизвольно уменьшается ток, и сразу же появляется устойчивая плазма.

Сформировавшаяся плазма ограничивает контакт раствора с поверхностью катода (увеличивает сопротивление в цепи катод - раствор). В результате величина тока резко уменьшается и остается такой до тех пор, пока энергии плазмы и приложенного напряжения будет достаточно для отделения протонов от молекул воды.

На границе "плазма - раствор" атомы водорода соединяются в молекулы. Дальнейшая их судьба зависит от наличия атомов кислорода. Если они есть, происходит образование молекул воды, с характерными микровзрывами, которые генерируют шум на некоторых режимах работы реактора. Если же атомов кислорода нет у катода или они соединились в молекулы кислорода, то молекулы водорода смешиваются с молекулами кислорода и образуют так называемую "гремучую смесь", которая удаляется от катода вместе с парами воды.

Если после появления плазмы (рис. 3, точка 6) увеличивать напряжение, то температура плазмы возрастает и острие вольфрамового катода становится вначале ярко белым, а потом начинает гореть. Этот процесс легко наблюдать через прозрачное органическое стекло реактора. Чем больше напряжение, тем интенсивнее горит (плавится) катод.

Таким образом, при плазмоэлектролитическом процессе источником плазмы является атомарный водород. Переменное электрическое поле удерживает атом водорода в возбужденном состоянии, формируя его плазму с температурой (5000...10000) С. Интенсивность этой плазмы будет зависеть от приложенного напряжения и от расхода раствора, омывающего катод. Чем больше приложенное напряжение и больше расход раствора, тем интенсивнее плазма.


Главное

При определённом (большом) напряжении плазма, окружающая катод выступает в роли изолятора, что приводит к резкому снижению потребляемого тока без снижения количества выделяемых газов.

Фактически, это соответствует наблюдениям Мэйера.

В чём имеется разница между ячейкой Мэйера и реакторами Канарёва?

1. Мэйер использует простую воду, а не кислотный раствор, как это делает Канарёв.

2. У Мэйера расстояние между катодом и анодом намного меньше, чем у Канарёва и составляет порядка 1,5…2 миллиметра.

Вода, обладает меньшей проводимостью, чем кислотный раствор, поэтому прикладываемое напряжение должно быть больше. В то же время на меньшее расстояние требуется меньшее прикладываемое напряжение. Тот факт, что у Мэйера расстояние между катодом и анодом маленькое свидетельствует о том, что Мэйер не задумывался о свечении в области катода, и даже наоборот «подсвечивал» ячейку лазером. А может наоборот, «подсвет» нужен был для скрытия от «посторонних глаз» эффекта свечения.

Малое расстояние между электродами ячейки Мэйера в отличие от реактора Канарёва безусловно увеличивает производительность установки лишь потому, что у Канарёва происходит потеря электрической мощности на нагрев в растворе находящемся не только у катода, но и в межэлектродном пространстве, а пространство это значительное. В то же время, Канарёв преследовал цель получения дополнительной энергии во всех его проявлениях – выделении газов и тепловой энергии образующейся в результате нагрева раствора, а Мэйер преследовал только одно – разложение воды на газы. Нагрев воды в ячейке Мэйера в противоположность, является побочным "вредным" эффектом.

Канарёв использует катод, по площади намного меньшей анода. Это приводит к сильному нагреву (плавлению) вольфрамового катода, тем самым Канарёв получает много тепловой энергии. Мэйер наоборот использует электроды одного порядка, что позволяет ему снизить до минимума нагрев электродов.

Думаю, что эта статья даст Вам толчок к новым исследованиям!

И как в предыдущей статье я повторю: Те посетители сайта, которые желают изучить труды профессора Канарёва самостоятельно, могут бесплатно скачать его книгу с депозита, по ссылке, размещённой на страничке сайта : Книги и статьи по темам радиолюбительского сайта. А кто не хочет тратить много времени на глубокое изучение материала, может поверить моим статьям. В этих статьях в более краткой и более простой форме изложена вся суть трудов Канарёва.

Следующая статья Электролиз обыкновенной воды посвящена практическим опытам с водой, без добавления щелочей, или кислот.


                                         
Самое популярное на сайте за декабрь


Самое новое на сайте

Отчёт о деятельности за 2017 год



Сайт создан в 2011 г. © Все права на материалы сайта, принадлежат Meanders.
Копирование материалов сайта и размещение на других интернет-ресурсах запрешено. По всем вопросам пишите мне на E-mail: netolkomilo@ya.ru