РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДОГЕНЕРИРУЮЩИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ (01.03.2010)

Автор: Терещук Валерий Сергеевич

6 89 4 - 4 1

вес образца, удельный вес сплава и толщину стружки. Результаты испытаний представлены на рис.12. Как видно из представленных результатов испытаний, самым газопроизводи-

тельным оказался сплав №1. На этом сплаве был проведен отдельный опыт, где концентрация раствора щелочи была сниже--

Рис. 12. Газопроизводительность по водороду для различных А1-ых сплавов в растворе 0,1 Н NaОН. Экспериментальные кривые 1-5 соответствуют сплавам приведенным в таблице №6. Кривая 1-0,05 соответствует сплаву №1 испытанному в растворе 0,05Н NаОН, 8 – сплав Д16, 6 – стружка А1 марки АД00, 7 – листовой электротехнический А1, 9 - А1 ЧДА в гранулах, испытанный в диапазоне температур 15- 50 град. С. Результат по образцу №6 на графике не приводится, чтобы не загромождать соседние кривые – он проходит ровно между результатами образцов №1 и№5.

ция раствора щелочи была снижена на в 2 раза. Интересен также опыт, где процент меди в сплаве был уменьшен до 1% (концентрация раствора как и на большинстве испытаний 0,1Н NаОН).

В начале и в конце каждого испытания образец сплава взвешивался и по разности массы находилось теоретическое значение объема водорода и сравнивалось с тем, которое получалось в эксперименте. После каждого испытания образец тщательно высушивался.

На всех экспериментах полнота выделения водорода была близка к 100%, за исключением Д16, где она составила 87%. Анализируя результаты экспериментов, можно заметить, что полученные зависимости четко разделяются на две группы: группа сплавов А1-Сu с повышенной газопроизводительностью от 3,5 л/м2.мин (сплав №1) до 0,9 л/м2.мин (сплав №2) и группа чистого А1 от 0,02 л/м2.мин (пластины электротехнического А10) до 0,01 л/м2.мин (гранулированный А1), т.е наблюдаемая разница на два порядка при одной и той же температуре (15-20 град. С).

Как показали испытания, уменьшение содержания меди в сплаве с 4% до 1% примерно во столько же раз снижает газопроизводительность. Уменьшение концентрации раствора щелочи в два раза приводит к тройному уменьшению газопроизводительности, т.е. на одном и том же составе можно в широких пределах регулировать величину газопроизводительности за счет концентрации и температуры раствора.

В процессе этой серии экспериментов пассивации образцов не было выявлено, что и должно быть, так как в подобных растворах щелочь с окисной пленкой образует растворимый в воде тетрагидроксоалюминат натрия. Особенностью экспериментов является идеальное изготовление заказанных сплавов, когда стружка корродировала настолько равномерно, что оставалась гладкой и после опыта – никаких следов язвенной, питтинговой, растрескивающейся коррозии не было обнаружено.

Взаимодействие образцов А1 с In и Gа с различной водой.

Были испытаны образцы с содержанием In 3% и Gа 3% в сплаве с А1, изготовлен -ные в ВАМИ 15 лет назад. Тем интереснее были результаты по газопроизводительности после столь длительного хранения в обычных комнатных условиях в бумажном, негерме -тичном пакете. В нашем распоряжении оказалось шесть образцов, весовой состав которых по содержанию различных добавок приведен в таблице №7. Указанная таблица совмещена с рис.13, где приводятся результаты по замеру газопроизводительности на 6-ти различных составах на дистиллированной и водопроводной воде.

Рис. 13. Газопроизводительность по водороду сплавов ВАМИ в воде ( вод. – водопроводная вода, дист. - дистиллированная вода).

Из анализа этих результатов явно просматривается тенденция пассивации даже очень активных в начале опытов образцов на водопроводной воде (см. сплав №1) и в тоже время не очень активные сплавы №5, №6 и №2 в дистиллированной воде – чем больше время испытания, тем выше их активность. Самый слабый по газовыделению сплав №3 больше всего перегружен добавками Zn и Mg, которые подавляют коррозию основных добавок, что нежелательно. Сплав №2, который от сплава №3 отличается меньшим содержанием олова (вместо 0,5% здесь всего 0,1%). Даже в дистиллированной воде «молчал» 30 минут, прежде чем началось выделение водорода. Из этой серии испытаний можно сделать вывод, что присутствие цинка наряду с более активными по коррозии металлами нежелательно. И с точки зрения экологии он нежелателен, т.к. в любом цинке еще и содержится свинец.

В этой же главе анализируются возможности создания автомобиля на водородном топливе. Из анализа, имеющейся в литературе информации можно заключить, что создаваемые автомобили имеют водородный бак с жидким водородом, который сжигается в цилиндрах двигателя, или перед турбиной, или в топливных элементах, вырабатываемый ток подается на электродвигатель, осуществляя движение транспортного средства. Их прототипом послужили ранние попытки создать автомобильный двигатель на водородном топливе, предпринятые И.Л. Варшавским еще в 1975г.

Автором в 2004 г. получен патент на сплав на основе А1 для генерирования водорода, способ его получения и газогенератор водорода. Схема такого газогенератора приведена на рис. 14. И при активном участии автора была осуществлена в виде действующего макета в МГИУ. Рис. 14.Схема газогенератора водорода. 1- корпус газогенератора Аналогичная схема генератора

2- ресивер, 3- кран слива воды, 4- насос, 5- пластины А1. может быть применима в любой

установке промышленной теплоэнергетики.

Шлиф такого сплава алюминия и сухой щелочи под микроскопом представляет Аналогичная схема генератора может быть применима в любой установке

Рис. 14.Схема газогенератора водорода. 1- корпус газогенератора промышленной теплоэнергетики.

2- ресивер, 3- кран слива воды, 4- насос, 5- пластины А1.

Шлиф такого сплава алюминия и сухой щелочи под микроскопом представляет мелкозернистую структуру (цветная фотография шлифа приведена в самой диссертации).

Эти же пластины по предложению автора в МГИУ были изготовлены методом прессования стружки сплава АМг-6 с 4% NаОН (цветная фотография шлифа с этого прессованного образца также приводится в самой диссертации).

Сравнительная газопроизводительность различных составов по водороду приведена на рис. 15.

Рис.15. . Сравнительные характеристики по газопроизводительности для различных образцов. ВАМИ- образцы ВАМИ с In и Ga при взаимодействии с водопроводной водой, №1- 4% Сu с А1 в растворе 0,1 Н NaОН; 3,5,6 – прессованные образцы(стружка АМг-6 с NaОН при взаимодейставии с обычной водопроводной водой; 3,5,6- номера прессованных образцов.

Образец № 6 взят за основу проектирования мобильного газогенератора, где расчетная толщина пластин из активированного А1 должна быть 3-5 мм (ширина пластин 20-40 мм, длина пластин 100-200 мм). Создан демонстрационный образец источника энергии, включающий генератор водорода и энергетическую установку.

Расчетное сравнение весо-габаритных характеристик предлагаемого генератора водорода для осуществления принципа автомобиля на водороде без водорода на борту с различными системами подачи водорода на пробег 400 км приведено в таблице 8.

Как видно из результатов сравнения всех систем питания автомобиля водородом, самым приемлемым является газогенератор на активированном А1.

Таблица 8 – Сравнительные весогабаритные характеристики различных топливных систем питания для автомобиля на водороде на пробег 400 км.

В этой же главе приводятся изобретения, не упомянутые выше, с использованием водородогенерирующих материалов, предложенные автором: Способ очистки водоемов от сероводорода, тепловой дирижабль и т.п.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

Проведены фундаментальные исследования по разработке научных основ получения и промышленного использования водородогенерирующих композитов на основе активных энергоаккумулирующих веществ.

1. Теоретически выявлена неустойчивость горения топлив из чистых активных металлов, связанных с толщиной прогретого слоя и скоростью его стекания. Показана целесообразность использования топливных композитов, создающих незначительную толщину прогретого слоя.

2. Теоретически определено и экспериментально подтверждено оптимальное отношение аэродинамических сил к гравитационным, показывающее при каких размерах конденсированных частиц не происходит их оседания на стенки камеры. Разработана математическая модель перемещения частиц разного диаметра по горизонтали и вертикали в зависимости от давления в камере, позволяющая выявить полноту сгорания активных частиц не осевших и осевших на стенку камеры сгорания. Экспериментально подтверждено, что опытные точки, характеризующие недогорание лежат близко к теоретической зависимости.

3. Выявлено теоретически и подтверждено экспериментом, что при сгорании активных металлов в парах воды полнота сгорания зависит от соотношения длины камеры к ее диаметру. Создана математическая модель зашлаковки камеры сгорания для струйного и центробежного распыла воды при неподвижном заряде. Показано, что для центробежного распыла зашлаковка в два раза превышает зашлаковку при струйном распыле воды.

4. Экспериментально установлено, что создание постоянной длины зоны горения и смешения в газогенераторе, выполненное конструктивно с опорой горящего торца твердого топлива на неразрушаемую опору, приводит к увеличению скорости горения под опорой. Теоретически доказано, что увеличение скорости горения под опорой зависит от теплового разрушения прогретого слоя и напрямую связано с начальной прочностью состава и его изменении от температуры. Для подавления увеличения скорости горения под опорой необходимо применять охлаждаемые опоры. Автором разработана и предложена их конструкция.

5.Экспериментально установлено, что при переходе с магниевых топлив на алюминиевые увеличивается опасность взрывной работы газогенератора водорода, где окислителем служит вода. Исследованиями автора установлена причина взрывной работы газогенератора водорода (образование неустойчивых соединений А1Н-А1Н2). Для предотвращения взрывов расплава А1 в парах воды необходимо осуществлять безопасные режимы его горения. Для выбора таких режимов автором разработаны и предложены номограммы.

6.Теоретически и экспериментально доказана жизнеспособность разработанной теории поведения алюминия при сгорании в парах воды, на основе которой могут быть созданы эффективные и безопасные образцы техники, перспективные вещества класса ЭАВ на основе алюминия. Теоретически и экспериментально исследованы свойства гидридов А1, выявлена природа взрывных явлений при насыщении А1 водородом до состояния А1Н.

7. С позиций этой теории пересмотрены воззрения на результаты испытаний различных авторов по горению А1 в парах воды и взрывным эффектам А1 и Рd, объяснена их истинная природа. Теоретические и экспериментальные результаты автора позволили уточнить недостаточно обоснованные гипотезы иностранных исследователей.

8. Экпериментальной работой автора доказано, что водородонасыщенный алюминий можно получать не только за счет повышенных давлений и температуры в присутствии паров воды, но и с помощью электролиза в обычной воде на сплаве А1-Сu. Выявлено значительное последействие выделения водорода и после отключения электрического тока при электролизе, зависящее от природы сплава. Экспериментально показано, что, создавая различные режимы активации электрическим током под специально разработанные катоды, можно получать различные графики подачи водорода в сеть потребителя. Это открывает возможности создавать электролизеры для получения водорода с меньшими затратами энергии, а также использовать это явление для разработки эффективных и экологически безопасных транспортных двигателей.

9. Экспериментально и теоретически подтверждена возможность снижения гидравлического сопротивления (в несколько раз) при движении различных объектов в водной среде с помощью ЭАВ, выделяющими при соприкосновении с водой водород. Экспериментально получено снижение в 2 раза.


загрузка...