Ingyen Energia Mega Könyv

Átírás

1 Ingyen Energia Mega Könyv Tartalomjegyzék Vízzel hajtott autó... 6 Vízzel hajtott autó - Bevezető... 6 Ingyen üzemanyag - Hidrogén generátor Vízzel működtetett benzinmotoros generátor Tervek ahhoz, hogy az autód csapvízzel működjön Villanyautók Bevezető A villanyautók története Villanyautók átalakítása Az egyenáramú motorok szabályozása Az akkumulátorok kiválasztása és méretezése Ingyenenergia a házunkban Bevezető A házunk elektromos energiaellátása NullPontEnergia, avagy az éter A Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor Bevezető M.E.G. szabadalom A M.E.G. működésének fizikai magyarázata Naudin M.E.G. készüléke A ritka földfém alapú mágnesekről Az üzemanyag cellák Bevezető

2 Az üzemanyag cella története Az üzemanyag cella működési elve Saját készítésű üzemanyag cella A kísérletek összefoglalása A fogyasztók energiaszükségletének kiszámítása Az inverterek és azok méretezése Az akkumulátorok és vezetékek méretezése A Nap energiájának hasznosítása A napelemek A szél energiájának hasznosítása Bálint szél- és napenergiás kísérletei Egy régi szélgenerátor A Föld elektromos energiájának hasznosítása A házunk fűtése Bevezető Üzemanyag nélküli fűtő Zoli üzemanyag nélküli fűtője Fűtés vízbontással A hőszivattyú Laci napenergiás kísérletei A Peltier hőelem A gőzturbina Stirling motor Archie H. Blue elektrolizáló készülékének leírása Elektrolízis Polarizáció Andrija Puharich elektrolizáló készüléke BingoFuel elektrolizáló készülék

3 A víz alacsonyáramú elektrolízise Kísérletek az elektrolízissel Meyer elektrolizálója A feszültség dinamikája Transzformátorok tervezése A Horváth féle vízbontó Horváth István nyomában Kísérletek a Horváth féle vízbontóval Kísérletek a Horváth féle vízbontóval Vferi lemezes elektrolizáló készüléke István lemezes elektrolizáló készüléke Csendesvíz Joe-cellás kísérletei A Horváth féle vízbontó Buborékoztató Korróziógátlás Vferi és Laci Multi-Fuel Processzoros kísérletei A víz és a mágnesesség Hogyan hajtsuk dízel autónkat LPG gázzal fillérekből? Krisztián hidrogén meghajtású kismotorja Durranógázzal dúsított üzemanyag Laci biogázos kísérletei Vferi gőzfejlesztő készüléke Laci oxigénszondás kísérlete Laci akkumulátoros kísérletei A BlackLight Folyamat Bevezető A BlackLight Folyamat ismertetése A Kvantummechanika alapjai

4 Mi az az elektronvolt? Ingyenenergia kinyerése analóg számítógéppel Bevezető Tesla elképzelése az elektromágneses hullámok terjedéséről Naudin készülékének ismertetése Folyamatos Elektromos Generátor Bevezető A háromfázisú generátorokról Folyamatos Elektromos Generátor Mitől működik a FEG? Parametrikus Teljesítmény Generátor Bevezető A rezgőkörökről általában A parametrikus rezgőkörök Parametrikus erősítő A transzformátorokról általában Parametrikus transzformátor További elgondolások a parametrikus transzformátorokról Hendershot féle generátor Bevezető A Hendershot féle generátor felépítése Méhsejt és fonott kosár tekercsek A Hendershot féle generátor működési elve Bowman féle állandó-mágneses motor A Bowman motor térbeli nézetei Perendev féle állandó-mágneses motor Módosított Perendev mágnesmotor

5 Reprodukált Perendev mágnesmotor A NEOGEN Dinamó - Bevezető Ingyenenergiát előállító reaktor Thestatica Térenergia, mint új energiaforrás Az éter hangstimulációja Állóhullámok Az elektromágneses mező mint mozgatóerő Az elektromágneses mező mint mozgatóerő A reakciómentes erő Bevezető A reakciómentes erő magyarázata A reakciómentes erő egy lehetséges előállítása Reakciómentes erő hajtómű, azaz Térhajtómű Unipoláris forgó András Lifter kísérletei Elektromágneses gravitációszabályozás Forgó gravitációs motor A gravitációs antenna A Mumetál vezetékről

6 Vízzel hajtott autó Ingyenenergia! Lehetséges ez? Lehetséges volna, hogy teljesen hivatalosan nem kell fizetned a villanyért, a gázért és a fűtésért, hanem ingyen is hozzájuthatsz ezekhez az energiákhoz? Igen, mindezt ingyen is megkaphatnád, ráadásul még a környezetet is védenéd vele. Jelenleg azért fizetsz az áramért, mert valakik megépítették az erőműveket, bevezették a lakásodba vezető villanyvezetékeket, felszerelték a villanyórát és kiépítették azt az apparátust, ami ezen rendszer karbantartásáért és a számlák behajtásáért felel. De ez mind teljesen felesleges! Mindezt ingyen is megkaphatnánk, mivel több mint száz éve már léteznek olyan készülékek, elektromos és hőgenerátorok, melyek többek között a Nullpontenergia felhasználásával több energiát juttatnak a rendszer kimenetére, mint amennyit bevezettünk. És ezek a rendszerek állandóan termelik az energiát a beindításuk után. Vízzel hajtott autó - Bevezető Vízzel hajtott autó! Nem hangzik rosszul, igaz? Csak otthon a csapból feltöltöd az autód víztartályát és már mehetsz is. Nincs környezetszennyezés, ráadásul mindez ingyen van. S ami szintén nem elhanyagolható: Te magad is átalakíthatod a saját benzinmotoros autódat vízmeghajtásúra! Hogyan? Ezt tudhatod meg a következő oldalakon. Az alapelv A vizet elektrolízis segítségével szétválasztjuk hidrogénra és oxigénra, majd azt a porlasztóban levegővel hígítva elégetjük a hengerekben. Ennyi. H2O(folyadék) => H2(gáz) + O2(gáz) => H2O(gőz) 6

7 Egy kicsit részletesebben Az elektrolízishez szükséges energiát az autóakkumulátorból vagy a generátorból vesszük. Ez az áram a vizet hidrogénra és oxigénra bontja. A keletkezett hidrogén-oxigéngázt a porlasztóban levegővel hígítjuk, vagy különböző befecskendezési módot alkalmazunk (erről majd később lesz szó) és a hengerekben ezt a hidrogén-levegő keveréket plusz némi vizet elégetjük. Természetesen sok fontos technikai részletet is ki kell dolgozni az autó hatékony üzemeltetésére, de mielőtt ezekre rátérnénk, egy nagyon fontos dolgot szeretnék elmondani. A hidrogén és oxigén elégetésekor keletkező energia legalább egy nagyságrenddel meghaladja a víz lebontásához használt energiát. Mindez annak köszönhető, hogy a hidrogén és oxigén szétválasztásakor és újraegyesülésekor megcsapoljuk az étert vagy más néven a nullapont energiát, ez adja az energiatöbbletet. Ez látszólag ellentmond az energia-megmaradás törvényének, de igenis több energiát vehetünk ki egy rendszerből, mint amennyit befektettünk, ha azt a rendszert megfelelő módon építjük fel. (lásd itt) Ez a helyzet a vízautóval is. A következő oldalakon először pár működő vízmeghajtású benzinmotorról olvashatsz. Ezeket csak "kedvcsinálónak" szántam. Ezt követően egy kis elmélet következik, ahol először a hidrogénnal és annak a hidrogénmotorban történő felhasználásával foglalkozunk, ezt követően a víz eddig ismeretlen tulajdonságairól olvashatsz, majd kiszámítjuk a hidrogénmotor meghajtásához szükséges hidrogéngáz és víz mennyiségét. Foglalkozunk a teljesítmény és hatásfok kérdésével, majd megismerkedhetsz 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, sőt rövid videókat is láthatsz. 7

8 Megjegyzés: A hidrogénmotor nem ugyanaz, mint a hidrogén üzemanyagcellás motor. A hidrogénmotor a hidrogént belsőégésű motorként elégeti és ez adja a mechanikai energiát. A hidrogén üzemanyagcellás motor viszont a hidrogént és oxigént egyesítve elektromos áramot termel, melyet egy elektromos motorra vezetnek. Mi nem az üzemanyagcellás rendszerekkel fogunk foglalkozni az elkövetkező oldalakon, hanem a hidrogénmotorokkal. Az üzemanyag cellákról bővebben itt olvashatsz. Az ezen az oldalon ismertetésre kerülő vízautókat, vízmeghajtású aggregátort és a vízautó építési leírást azzal a céllal fordítottam le, hogy kedvet kapjál Te is a vízmeghajtású autóhoz. Elöljáróban szeretném elmondani, hogy ezek az ismertetők kevés, vagy éppen téves/ködös információkat közölnek, ugyanakkor kedvcsinálónak nagyon jók. A pontos technikai részletekről a következő oldalakon lesz majd szó. Elsőként Daniel Dingel vízautójáról olvashatsz. A Fülöp-szigeti feltaláló már harminc éve használ vízmeghajtású autót, de a titkot nem árulja el. Az ismertetőt itt láthatod. A következő 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 következő ismertető egy titokban tartott fémötvözetről 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 ezelőtt. A feltalálóval készített két filmet és a szabadalmát itt nézheted meg. Végül pedig következzen itt egy leírás, ami lépésről 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 elegendő mennyiségű gázt termelni, de azért vannak hasznos információk is benne. Egyszer érdemes elolvasni. 8

9 Ha a fentebb bemutatott leírásoktól kedvet kaptál az autód átalakításához, akkor a következő oldalakon pontos magyarázatokat és számításokat, valamint kísérleti eredményeket találhatsz. Mindenek előtt azonban következzék egy kis elmélet, melynek első felében megismerkedhetsz a hidrogénnal és annak a belsőégésű motorokban történő alkalmazásával. A vízautó készítője még 30 év után is harcol Joey G. Alarilla 1969 sok szempontból mérföldkőnek bizonyult. Ebben az évben nézhettük, amint Neil Armstrong és Buzz Aldrin a holdon sétálnak és ez az év volt az Internet születésének éve is, mikor annak első inkarcációja, az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának "Arpanet" (Advanced Research Project Agency network) nevű hálózata beindult. A Fülöp-szigeteken szintén 1969-ben jelentette be egy ottani feltaláló, hogy az autóipar forradalmasításán dolgozik. Elképzelése szerint az autókat hidrogénnel lehetne meghajtani, melyet közönséges vízből tudnánk előállítani. Ma, 30 évvel később Daniel Dingel feltaláló a világ számos országát járja kizárólag vízmeghajtású autókkal, miközben arról panaszkodik, hogy a Fülöp-szigetek kormánya és tudósai nem támogatják a találmányát. "Állandóan csak azt hajtogatják, hogy a kormány nem elég gazdag, de folyamatosan eladogatják a Fülöp-szigeteken fellelhető nyersanyagokat és erőforrásokat. A kormánynak támogatnia kellene a technológiai fejlesztéseket, melyek segíthetnének a hatalmas államadósságok visszafizetésében" - mondja Mr. Dingel. Az Inquirer parkolójában múlt kedden Daniel bemutatta az egyik autóját, egy 16 szelepes piros Toyota Corollát, melyben egy általa kifejlesztett kisméretű hidrogénreaktor volt, ami közvetlenül meghajtotta az autó belsőégésű motorját. Daniel vízautójával már a nyolcvanas évektől kezdve foglalkozott a sajtó, de azóta még nem tudta elérni, hogy a találmányát szabadalmaztassák és hogy elkezdhessék a sorozatgyártást. Dingel úgy véli, hogy mindez a nagy multinacionális cégek, mint 9

10 például az olajtársaságok befolyásának köszönhető. Ez úgy hangzik, mintha az X-aktákat néznénk, de ha Dingel elképzelése helyes, akkor ez elég valószínűnek tűnik. Működési elv A feltaláló elmondása alapján az elektrolizáló egy 12 voltos autóakkumulátorról kapja az elektromosságot, mely a tengervizet vagy a sózott csapvizet deutérium-oxiddá vagy nehézvízzé alakítja, melyet főként az atomreaktorok hűtésére használnak. A deutérium tulajdonképpen egy hidrogénizotóp, melynek súlya kétszerese a közönséges hidrogén súlyának. A nehézvíz úgy keletkezik, hogy a víz (H2O) hidrogénatomját deutériummal helyettesítjük. "Az akkumulátor elektromos árama a vizet hidrogénra és oxigénra bontja, ezt a keletkezett hidrogént pedig fel lehet használni az autó motorjának meghajtására. Normális körülmények között kb C-os hőmérséklet szükséges ahhoz, hogy a vízből hidrogént állíthassunk elő, de itt én csak egy 12 voltos akkumulátort használok." - állítja a feltaláló. Hogy ez a kémiai reakció hogyan mehet végbe egy közönséges 12 voltos autóakkumulátor segítségével, ez természetesen Dingel találmányának a titka. És mellesleg ezen állítása miatt tartják sokan sarlatánnak és csalónak. Az USA-ban és sok más országban is használják üzemanyagként a hidrogént az üzemanyagcellás autókban, de azt nem vízből állítják elő, hanem folyékony formában lehet megvásárolni az üzemanyagtöltő állomásokon. Például a DaimlerChrysler az Egyesült Államokban márciusban mutatta be a hidrogén-meghajtású NECAR 4-et (New Electric Car [Új Elektromos Autó]), melynek alapja a Mercedes-Benz A-class autó. Ezekben az üzemanyagcellás autókban a víz csak a hidrogén- és oxigénionok között végbemenő reakció mellékterméke. Ez a reakció elektromosságot produkál, melyet aztán az autó villanymotorjának meghajtására használnak. Ebben az értelemben az üzemanyagcellás autókban végbemenő reakció Dingel találmányának pont az ellentettje. Daniel azt is állítja, hogy az ő elektrolizálója mindenféle belsőégésű motor esetében használható. Dingel elmondta, hogy néhány Taiwani befektető a vízautó gyártásának beindítását tervezi és segíteni fog a szabadalom nemzetközi elfogadtatásában is. 10

11 Egy másik találmány A Fülöp-szigeteken Dingel a "Cobis Clean Cars"-nak is a partnere, melyben egy másik találmányát használják - az úgynevezett elektromágneses folyadék (electromagnetic fluid (EMF) ) kezelést. Ez, úgy tűnik, nem alkalmaz elektromosságot. Az EMF ilyen növényekből készül, mint okra, saluyot, ampalaya, langka és vízililiom. Ez a kezelés - a feltételezések szerint - javítja az autó motorjának a teljesítményét és megnöveli az olaj élettartamát, mivel ez egyfajta "lég-mágnest" hoz létre, mely a súrlódást gyakorlatilag nullára csökkenti. 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 1.6i Fogyasztása: 5 liter víz 500 Km-en Maximális sebessége: 200 Km/h Az eredeti cikket angol nyelven itt olvashatod el. További két videofilmet is megnézhetsz. Mivel ezek amatőr felvételek, ne lepődj meg, ha néha Daniel hasát látod, nem pedig a motornak azt a részét, amiről éppen beszél. Viszont érdemes megnézni, mivel itt is vannak értékes információk. Daniel Dingel vízautójának feltételezett működési elve 11

12 Hogyan tudta ezt DANIEL DINGEL és ARCHIE BLUE megcsinálni? Szeretném neked bemutatni, hogyan tudta Daniel Dingel megépíteni a vízautóját. Mindenek előtt szeretném kijelenteni, hogy Daniel módszere megegyezik Archie Blue módszerével, ami rendkívül egyszerű, de mégis vannak olyan részletek, melyek elengedhetetlenül szükségesek a működéshez: Először is, az üzemanyag-csatornában uralkodó nyomásnak sokkal kisebbnek kell lennie a tengerszinten mért légnyomásnál. A hidrogén egyszerű elektrolízissel lett előállítva, 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 levegő 78%-a nitrogén. A nitrogén-hidroxid nyilván a hidrogénra, oxigénra és nitrogénra gyakorolt alacsony nyomás következménye. Elektrolizáló és buborékoztató tartály 12

13 Az elv egyszerű. A beáramló levegő mennyiségét egy szelep segítségével és/vagy a levegőcső átmérőjének változtatásával szabályozhatjuk. A víz felszínén lévő alacsony nyomásnak köszönhetően a víz könnyebben gázosodik. A motorba tehát levegő (hidrogén és oxigén) és porlasztott víz kerül. Ez a vízpára a hengerbe kerülve abszorbeálja a hőt, ezáltal hűti a motort és egyenletesebbé teszi annak futását. Négy elektrolizálót is sorba lehet kötni, melyekben elektrolitként szódium-hidroxidot használhatunk, az elektrolizáló feszültsége pedig 12V lehet. A sorba kapcsolás révén a rendszer kevesebb áramot fogyaszt és négyszer több hidrogént termel, bár ebben az esetben némi változtatást kell eszközölni, hiszen a cellák el vannak szigetelve egymástól. Megjegyzés: Az elektródák perforáltak (lyukacsosak), így tud a keletkezett gáz kijutni az elektródák közül. Az elektrolizáló cellák sorbakapcsolása 13

14 Az általam elképzelt elektrolizáló cellák tervének leírása a következő: 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 szigetelőket is az egyes cellák elektródái között. A maximális áram ne haladja meg a 20 ampert. Ennek elegendőnek 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- és oxigéngáz fejlesztésére elegendő, HA csak vizet használ. De honnét vesz 3000 ampert, hogy a vizet lebontsa? Ez csak ámítás! Az elektrolizáló áramkör is csak ámítás! A valóságban mindössze 10 és 50 amper közötti áramot használ, attól függően, hogy a generátor mennyit képes leadni, és ez az áram 1.7 és 8.5 ml/sec hidrogén- és oxigéngázt termel. A motor által használt víz LEGNAGYOBB RÉSZE csak VÍZPÁRA, ami az alacsony nyomás hatására jön létre. Az egy óra alatt felhasznált 1 liter vízből csak 2.9 és 15 milliliter közötti vízmennyiség bomlik le hidrogénra és oxigénra. Mit 14

15 gondolsz, a Dingle elektrolizálóját bemutató filmen a fejlődő buborékok mérete alapján a gáz mennyisége eléri az 50 ml/sec-ot? Figyeld meg, hogy amikor Daniel kihúzta a motorhoz vezető üzemanyagcsövet az elektrolizálóból, egy cuppanó hang hallatszott és a buborékképződés azonnal leállt! Levegőt szívatott az elektrolizálóba! A filmben a képződő gáz mennyisége nem látszik túl soknak. Az áram maximum 10 A lehet. A bevezetőben látható filmben, mikor a hölgy vezette az autót, egy kattogó hangot hallott a gázpedál lenyomása közben. Ez azt jelentheti, hogy Daniel változtatható ellenállást használ VAGY kapcsoló relét, amivel több elektródát aktivál az elektrolizálóban. A filmben szereplő tudós, valamilyen Ernesto, azt mondta, hogy ez egyszerű hidrolízis (a hidrolízis a víz elektrolízise más néven). Figyeld meg a fázisceruza lámpáját. Nincs semmi varázslatos ebben, mondja Daniel, egyszerűen csak az történik, hogy a csavarhúzót hozzáérinti a rozsdamentes acélból készült anódhoz. A fázisceruza leföldelődött az autó negatívan töltött vázához érve, ezért gyulladt ki a lámpa. Kipróbáltam a hidrogénmeghajtást a 250 cm3-es négyütemű motorbiciklimen, melynek csak 10 és 20 cm3 közötti hidrogént adtam másodpercenként. A kritikus dolog az volt, hogy a szivatót teljesen ki kellett kapcsolni, mivel a levegőellátást korlátoznom kellett a porlasztó és az elektrolizáló közötti alacsony nyomás létrehozása érdekében. Nos, amit itt állítok, az nem természetfeletti, egyszerűen csak túllépi a hagyományosan értelmezett energia-megmaradás törvényét. Megjegyzés: Amennyiben kapcsolatba akarsz lépni ennek a cikknek a szerzőjével, akkor a következő címre írhatsz (angolul): rauli_tech@yahoo.com.au 15

16 Ingyen üzemanyag - Hidrogén generátor (Amit a TV-ben nem mondanak el neked) Carl Cella Ez a cikk eredetileg a Psychedelic Illuminations, Volume I, Issue VIII. számában jelent meg. A szerzője nem éppen a szép beszédével keltette fel a figyelmemet, hanem a tartalommal. Carl Cella épített egy vízautót magának, amivel sokat autózott az USA-ban, s mivel pár érdekes dolgot is említ az írásában, ezért lefordítottam Neked is - a káromkodások kivételével! Haver! Először is, ez nem ámítás, nem "add ide a lóvét aztán tünés"! Ez a szerkezet működik. Én a "Rampage" hevy metal együttes őrült embere vagyok, de jóval a zenei sikereim előtt műszaki beállítottságú voltam és nagyon érdekelt annak a lehetősége, hogy a vízből nyert üzemanyaggal meg lehet hajtani az autót. Miután elolvastam az összes fellelhető információt a hidrogéngenerátorokról, 1983-ban megépítettem az első működő készüléket, amelyet aztán beépítettem egy 1979-es Cadillac Coupe de Ville motorházába. Nem kell nyugtalankodnod a fogyasztás miatt, mivel a jármű teljes tömege ingyen üzemanyag esetén nem játszik szerepet! A rendszeremet az olvasott legjobb rendszerek alapján építettem meg, sőt, még tovább mentem, mivel a legerősebb anyagokat és a legvilágosabb tervrajzokat használtam. Az összes titánium csavart és anyát egy repülőgép hulladékkénti kiárusításán vettem - ezek olcsóbbak és nem kopnak el, ezáltal nagy pénzeket takaríthatunk meg. A hengerfejnél és a kipufogórendszernél bizonyos változtatásokat kell elvégezni a biztonság és a hosszú élettartam elérésére. Először is, az égés során a korábban szétválasztott hidrogén- és oxigénatomok újraegyesülnek, ezáltal a kipufogórendszerbe vízpára - és semmi más, mármint szennyező anyag - nem jut. A legtöbb autógyártó öntöttvas kipufogócsöveket és acélszelepeket használ. A hő és a nedvesség együttes hatása (nedvesség nem jelentkezik a benzin elégetése során) a rendszer rendkívül gyors elrozsdásodásához vezet. Az egyik átalakítás az, hogy ezeket az acélszelepeket rozsdamentes acélszelepekkel kell felváltani, valamint a teljes kipufogórendszert rozsdamentes acélból kell megépíteni. Az autós boltok árulnak rozsdamentes acélszelepeket és rozsdamentes acélból készült hangtompítókat, melyek nekünk teljesen megfelelnek. Mivel a 16

17 hidrogén - sok benzinnel ellentétben - nem tartalmaz ólmot, ezért nem szükséges a szelepek ólommal való kenése. Az ilyen eszközök komplett árusítása halva született dolog ban kapcsolatba léptem az Energiaügyi Hivatallal, hogy bemutassam a működű autómat, ahol is két, "a zsarnoki elnyomás nagyon ellenséges ügynökével" akadtam össze, akik azt mondták, hogy ha megpróbálok előre gyártott modulokat árusítani, abból sok "problémám" lehet. Megkérdeztem, hogy mi f...ért, mire nagyon nyersen és nem a legkedvesebb hangsúllyal ezt felelték: "Van neked arról fogalmad, hogy egy ilyen eszköz nyilvánossá tétele milyen hatással lenne a gazdaságra?" Valakik nagy pénzektől esnének el, például az olajtársaságok évi adójától és a benzin adójától. A világ olajellátása erősen szabályozott és nagyon jövedelmező az olajárakat olyan magasan tartani, amennyire csak lehetséges. De hogyan tudnák megállítani vagy szabályozni az esőt? "Ők" nem tudják, s mivel a víz ingyen van, így "Ők" nem tudnak ebből profitálni. Ez a technológia olyan egyszerű, hogy még fél aggyal is - és az autó mechanikájának egy kis ismeretével - bárki meg tud építeni egy ilyen rendszert. Közzéteszek egy minden részletre kiterjedő, világos tervet (ez nem lósz...r), alkatrészlistát, építési tanácsokat és egy csomó, a motor átalakításával kapcsolatos olyan elgondolást, mely az alkatrészek legyártását és összeszerelését a lehető legegyszerűbbé teszi. Az általam megépített rendszer tényleg olyan klassz, mint ahogy állítom, de csak nyomtatott információt adok arról, hogyan építheted meg Te is a magadét és nem vállalok semmilyen személyes felelősséget, ha kárt teszel magadban vagy az autódban. Ez csak a saját butaságod, ha te véletlenül egy üresfejű alak vagy, aki nem tudja elolvasni ezt az egyszerű angol nyelvű átfogó technikai leírást, bármilyen egyszerűen is legyen az fogalmazva. A rendszert csak porlasztóval alkalmaztam. Soha sem próbáltam meg ezt üzemanyagbefecskendező rendszerekre alkalmazni és azt se állítom, hogy ezt könnyű volna megcsinálni, ha egyáltalán lehetséges. MINDEN KÖBLÁB VÍZ 1371 KÖBLÁB HIDROGÉNGÁZT ÉS 680 KÖBLÁB OXIGÉNT TARTALMAZ (1 köbláb = liter). Mivel nincs légszennyezés, a légszűrőt teljesen legálisan kiszerelheted és mentesülsz a szénmonoxid mérések alól is, akárcsak az összes propángázzal hajtott autó. Az egyetlen dolog, amit időről időre elvégzek, az az elektrolizáló készülék elektródáira lerakódó ásványi anyagok eltávolítása, valamint, de ezt ritkábban, az elektrolizáló készülék kitisztítása. Egyik se komplikált vagy időigényes. Annyi tartalék elektródát készítettem, hogy ez a munka nem tart fel engem, miközben éppen úton vagyok, nem úgy, mint amikor 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 egy gombnyomás, és máris mehetek tovább, amíg nem érek olyan helyre, ahol viszonylag kényelmesen 17

18 megtisztíthatom az elektródákat. És ez nem Los Angeles és San Francisco között lesz valahol félúton, ahol az első lerobbanásom történt. Az acélból készült benzintank helyére tehetjük az elektromos szintérzékelővel ellátott műanyag víztartályt. A szintérzékelő kijelzőjét a jelenlegi üzemanyagszint-jelző helyére tehetjük a műszerfalon. Ha nem végzel el semmilyen más változtatást, csak a porlasztót teszed alkalmassá a hidrogén fogadására, attól még a rendszer nagyszerűen fog működni, de a kipufogórendszer semmi perc alatt el fog rozsdásodni, és ha a motort "hosszabb ideig" nem kapcsolod be, akkor a gyárilag beépített szelepek és érzékelők elrozsdásodnak és beszorulnak! A rozsdamentes acélszelepek nem drágák és ugyanolyan problémamentesek, mint a rozsdamentes acélból készült kipufogórendszer. Ne légy bolond és ne akarjál ezen spórolni, mivel ezzel csak plusz kiadást és fejfájást okozol magadnak és engem fogsz okolni a saját butaságodért. Az öntöttvas hengereket és a szelepek bemeneteit magas hőmérsékletet elviselő, úgynevezett "heanium" kerámiával burkold be, mely ezeket megvédi attól a korróziótól, mely a szelepeknél, érzékelőknél és a kipufogórendszernél is fellép. Aztán ott van a kipufogó csonk: A nedvesség ott is rozsdásodást idéz elő. A petróleumalapú üzemanyagnak megvan a saját mosóhatása, mely véd a korróziótól, ahogy az olaj is védi az olajban áztatott alkatrészeket. Amikor hidrogént használunk a belsőégésű motorok üzemanyagaként, további elővigyázatossági intézkedéseket kell tennünk azért, hogy a rendszer élettartamát meghosszabbíthassuk, nem pedig csak letekerünk pár ezer mérföldet aztán a motor besül, mint egy lósz...r. Ne használj tengervizet! Annak minden gallonja háromnegyed font sót tartalmaz (1 gallon = 3.78 liter, 1 font = 0.45 kg), vagyis olyan anyagot, amely hamar befedi az elektródákat, amikből csak egy nagy koszhalom lesz. Az elektrolízis mégis létre fog jönni, mivel a csapvíz nem 100%-osan tiszta, hanem különböző ásványi anyagokat tartalmaz, melyek az elektrolizáló cella elektródáin az elektromosan aktivált lebontási folyamat során a víz hidrogénatomjainak segítenek elválni az oxigénatomoktól. Ez olyan üzemanyagot eredményez, ami meg tud hajtani egy belsőégésű motort. A világ két eleme, mely a legnagyobb bőségben található, a hidrogén és a butaság. A hidrogént könnyen előállíthatjuk a vízből, a butaság pedig vagy rosszul használja fel azt a technológiai eszközökben, vagy egyszerűen a személyes érdekek miatt elhallgatja a nyilvánosság elől, így az emberek kénytelenek a környezetszennyező, de nagyon jó profitot biztosító káros üzemanyagot használni. Ezek a pénzéhes paraziták fosztogatják az egész bolygó tudatlan és gyanútlan lakóit, akik ha tudnák, milyen egyszerű a hidrogént előállítani, nem vennének benzint! A föld két legjobban jövedelmező üzlete az elektromosság és az olaj. Az elektromosságot motorok segítségével is előállíthatjuk, a motorokat pedig meg lehet hajtani hidrogénnel. Ha tehát az elektromosság az autó generátorából jönne, amit egy hidrogén-meghajtású motor forgatna, és a vízellátást állandósítani 18

19 tudnánk, például a kipufogóból a vizet lecsapatnánk, akkor egy majdnem örökmozgó készüléket tudnánk csinálni. Ez nem tökéletes örökmozgó, mivel az energia egy része hő formájában elszökik, bár a hatásfoka még így is nagyon jó lenne. S mivel a folyamat beindításához szükséges üzemanyag ingyen 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 egy kipufogórendszerbe beépített radiátor lenne, mely vízgyűjtő vájatokat és levegőcsatornákat tartalmazna, melybe az autó haladása során keletkező hideg levegőt vezetnénk be. Én csak egy ötletet mondtam, kész tervvel nem szolgálhatok, mivel én azt akarom, hogy minél kevesebb legyen a légellenállás. De például egy álló elektromos generátornál, ahol ez nem szempont, ez kivitelezhető lenne. De térjünk vissza az én vízzel működő autómhoz. A hengerfal öntöttvasból van, mely hajlamos a rozsdásodásra, de a szelepeknek köszönhetően állandóan tisztán vannak tartva (feltéve, hogy a motor nem áll hosszabb ideig). A teljes motorblokkot rozsdamentes acélból elkészíteni kicsit drága mulatság lenne. Ne várd lélegzetvisszafojtva, míg a nagyfiúk hidrogén-meghajtású autókat fognak gyártani. Ők a benzinen pénzt keresnek. Nem bízhatsz meg bennünk, ezt vésd az eszedbe! Érted, miről 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 a szemedből és kezdj el dolgozni! Mennyit költesz benzinre egy évben? Nem tudom, Te hogy vagy ezzel, de én inkább ennivalót veszek ezen a pénzen. Egy autó könnyen átalakítható lenne már a gyárban úgy, hogy a hengerfej és a szelepek rozsdamentes acélból készüljenek. Megérne 25 ezer dollárt vagy még többet kiadni egy autóért, ha figyelembe vesszük, hogy az üzemanyag ingyen lenne, és ezek a kis változtatások nem lennének "változtatások". De gyári átalakítás ide vagy oda, amíg eső van és élek, hogy ezt lássam, addig én ingyen autózok! Sok kritika éri a hidrogént, mint autó-üzemanyagot. Ezek legtöbbje propagandával teli hazugság, mely azoktól származik, akik a legtöbbet veszítenének akkor, ha a hidrogén-meghajtású autók széles körben elterjednének, vagyis az olajtársaságoktól. Aztán persze ott van az a néhány idióta is, aki a józan észt figyelmen kívül hagyja, gondolván, hogy ő kivétel és nem cseréli le a hagyományos acélszelepeket rozsdamentes acélból készültre. Ezek a kib...t légfejűek azt érik el, hogy a motorjuk tönkremegy a teljes tudatlanságuk miatt. Olcsók akarnak lenni, aztán meg a hidrogénmeghajtás elvét okolják, ezáltal is továbbterjesztve a hazugságokat erről a nagyszerű és egyszerű technológiáról. Te nem költenél 1 és 3 ezer dollár közötti összeget az autód üzemanyag-ellátásának teljes átalakítására, ha ez egy egyszeri 19

20 "befektetés" lenne, mely azt eredményezné, hogy soha többé nem kéne benzint venned ehhez az autóhoz? Van néhány gyári, jó hatásfokú autó a piacon, mely már eleve rozsdamentes acélszelepekkel készült, de ezekből 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 alkatrészekből álljon, mint a propán-bután meghajtású motorok üzemanyag-ellátó rendszere. Ilyen porlasztó csomagot árul az "IMPCO" például. Mivel a motor nem bocsát ki szennyező anyagot, a motort "hivatalosan" is át lehet alakítani jobb hatásfokú alkatrészeket használva, mint például a vezérműtengelyt, mely benzinüzemnél növelné a környezetszennyezést s így használata "illegális" az autópályákon. Természetesen ez "szabálysértésnek" fog számítani, ha "elkapnak" az utakon, de összehasonlítva azokkal a "fizess megint, mert a mérgező gázkibocsátásod megint túl magas" számlákkal ez nem olyan sok. Érted a lényeget? Pénz, egy csomó pénz! A hidrogén-meghajtású autókkal kik veszítenének? Ezek a kib...tt nagyfiúk, senki más. Nem lenne több benzinadó, zöldkártya díj, bírságok a rosszul csatlakozó füstszűrőkért, ezeknek a gázszűrő alkatrészeknek az autókba való beépítési költsége, üzemanyagtöltő állomások minden sarkon, füstjelzők, ózonszint csökkenés vagy "megfeneklés" az utakon egy nagy vihar közepette, mivel elfogyott az üzemanyagod! Azokhoz a fényszórókhoz hasonlóan, melyeket vissza lehet húzni egy tokba, szerkeszthetünk egy ütődésérzékelő rendszert, mely egy, a motorháztetőbe épített tartályt nyitna meg, melyből a víz egy hajlékony csövön keresztül a főtartályba jutna. Ez akár álló helyzetben, akár menet közben is működhetne. Csak figyelned kell a tartály szintjelzőjét és el kell zárnod a bemenetet, mikor a víztartály megtelt. Bár még sokáig kell várnunk, míg megjelennek a teljesen korrózióálló, egzotikus fémötvözetekből készült motorok (gyári készítésűek, melyeket aztán át lehet alakítani vízmeghajtású belsőégésű motorokká), addig is közzéteszek egy teljesen komplett tervet arról, hogyan lehet olyan hidrogéngenerátort készítened, mely meg tud hajtani egy autót. De az összes motorváltoztatást csak mint ötletet mondom. Ez tőled függ, hogy milyen változtatásokat végzel el a motorodon. Használd a saját ötleteidet. Ne csak arra támaszkodj, amit itt leírok vagy éppen nem írok le. Ha feltalálsz egy folyamatot, 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 függ az autójuk meghajtása. Ha egy városi autóbusz hidrogén-meghajtású lenne, nem volna alapjuk egykét dollárt elkérni a viteldíjért, mondván, hogy az "olajárak emelkedése miatt" kénytelenek ezt tenni. Arra az esetre, ha csodálkoznál: "Miért nem használja ezt egy csomó ember, ha ez működik?" Azért, te bolond, mert abból nem lenne haszna az olajtársaságoknak, mint már mondtam neked. A 20

21 nagy pénz megrontja a kis agyakat. A társadalmunk tele van olyan seggly...akkal, akik csak azért vannak, hogy megrémüljenek más kreativitásától. Ezek ilyeneket mondanak, hogy: "Hát én nem hiszek ebben" vagy "Ez valójában nem működik, 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 erről, ha ez tényleg működik?" Mindegyik egy kib...tt idióta, akinek az agyát teljesen átmosták, így szentül hiszik, hogy amit a TV-ben látnak, az a megkérdőjelezhetetlen igazság! Elmentem az autómmal a "Charnel Seven Eyewitness News" (Halálbiztos Hét Szemtanú Hírek) Los Angelesi stúdiójába, hogy bemutassak nekik egy autót, mely ténylegesen működik. Azt mondtam nekik, hogy ha mindenféle negatív példákat bemutatnak, melyet az emberek elkövettek, miközben hidrogénmeghajtású autót akartak készíteni, akkor miért nem mutatnak be egy olyan autót is, amely ténylegesen, minden kétséget kizáróan működik? Azt válaszolták, hogy "az embereket nem érdekli az ilyen dolog". A televízió a nagy hazugság fő forrása, mellyel tömegméretű agymosást lehet véghezvinni. A kormány azt akarja, hogy az emberek elhiggyék, minden pénzbe kerül. Nem csak a hidrogénmeghajtású közlekedési eszközök elterjedésével fellépő bevételi veszteségek miatt nyugtalankodnak, hanem főként a hidrogén-meghajtású elektromos generátorok miatt, melyet mindenki tudna használni az otthoni energiaellátása érdekében. A vízszolgáltató lenne az egyetlen közszolgáltatási vállalat (meg persze a telefontársaságok), amire tömeges igény lenne. Az udvaron egy 55 gallonos olajos hordóba összegyűjtve az esővizet és azt az autó üzemanyagaként használva a tömeges igények még jobban csökkennének! Én annyit segíthetek "legálisan" az emberek felébresztésében, hogy annyi készüléket gyártok - személyes célokra - amennyit csak tudok és hogy megírom ezt a cikket. A hidrogéngenerátorban rejlő energia 100%-os hatásfokú. Igen, jól olvastad: ingyenenergia! A motort az autó akkumulátora indítja be, de miután a motor már forog, a generátor újratölti az akkumulátort és táplálja a gyújtórendszert. Egy egyszerű hidrogéngenerátor, melynél a víz lebontásához szükséges energiát egy generátor adná és ez a keletkezett üzemanyag meghajtaná a motort, mely hajtaná a generátort...nos, nem volna szükség külső tápforrásra, míg a vízutánpótlás megoldott lenne, s így a teljes rendszer önmagában zárt lehetne. A motorházba beépített plusz akkumulátor több áramot biztosítana - ha erre egyáltalán szükség van - mely lehetővé tenné az összes elektromos berendezés egyidejű meghajtását: a gyújtórendszert, a hidrogéngenerátort, a lámpákat, a légkondicionálót és a megawattos, ultraerős mini sztereó berendezést, mely egész úton a "Rampage" zenéjét játszaná! Készíts fénymásolatot erről a cikkről és add oda annyi embernek, ahánynak csak tudod. A világ azért ilyen kib...tt hely, mert "mi, az emberek" ilyen hellyé tettük vagy legalábbis nem próbáltuk meg jobbá tenni. A víz az egyetlen "újrafelhasználható" energiaforrás és ez sohasem fog elfogyni! 21

22 A KÖVETKEZŐ LÉPÉS A rendszer működtetése: Indításkor nem csak az elektrolizáló cellát helyezzük áram alá, hanem a vízpumpát is. Ha az autó lerobban, ez annak a jele, hogy az elektródákat teljesen befedte a nem teljesen tiszta vízben lévő szennyezőanyag. Ez azt jelenti, hogy az elektromosan aktivált szétválasztási folyamat (elektrolízis) leállt. Ezeket a kapcsolókat visszajelző lámpával is lásd el, hogy mindig lásd, melyik van bekapcsolva és hogy ne kapcsoljad be véletlenül azt, amit nem akarsz. Amikor a tartalék elektródákat kell üzembe helyezned, a "halott" elektródákról kapcsold le az áramot, akárcsak az elektrolizálót elzáró elektromos vezérlésű szelepet is. Ezek a gázszelepek azért kellenek, hogy a nyomás alatt lévő oxigén kiszivárgását megakadályozzuk, így az nem tud a keletkezett hidrogénnal egyesülve "Országúti Tűzhányó"-vá válni. A hidrogén és az oxigén közötti molekuláris kötés azáltal bomlik fel, hogy a vízbe egyenáramot vezetünk. A hidrogén a negatív töltésű elektródához, az oxigén pedig a pozitívhoz vonzódik. Ez a folyamat hőt termel az elektrolizálóban, ezért előnyös, ha az elektrolizálót a motorházban egy alumínium- vagy furnérlemezfallal választjuk el a motor többi részétől. A kisebb autók kevesebb benzint fogyasztanak, ezért olcsóbb az üzemeltetésük, bár amikor az üzemanyag hirtelen ingyenessé válik, az autó mérete és súlya nem lesz fontos, kivéve a Porsche-t és hasonló sportautókat. Ki a fene akar egy gördülő szardíniásdobozban nyomorogni. A gyorsaságot feláldozhatjuk a kényelemért, bár egy Cadillac könnyen elérik a 130 mérföldes óránkénti sebességet, s azt huzamos ideig tartani is képes. A vizet az elektrolizálóba pumpáljuk. Maga az elektrolizáló pozitív töltésű, mely az oxigénmolekulákat magához vonzza. Ez az oxigén a vízvisszavezető csövön és a víztartály kupakjában lévő nyíláson ("T" csatlakozó) keresztül távozik. A műszerfalra ki van vezetve egy nyomásmérő, mely a szabályozó és a keverő előtti nyomást méri. A hidrogéngenerálás megkezdéséhez fordítsd el a műszerfalon lévő kapcsolót és figyeld az üzemanyag nyomásmérőjét. Mikor a nyomás megjelenik, indítsd el a motort. Amikor beszereled az elektrolizálót, figyelj arra, hogy az elektrolizáló fala pozitív töltésű, míg a legtöbb autónál a váz a negatív töltésű földelés, így a pozitív töltésű elektrolizálót el kell szigetelned a negatív töltésű váztól. Utolsó megjegyzés: Ez a készülék nem egy elv vagy elmélet. Ez ki lett próbálva és működőképesnek bizonyult. Ezt a rendszert 18 éves koromban, 1983-ban terveztem és többet is építettem a "Rampage" bevételeit használva kutatásra és fejlesztésre. Nem tudok eladni működő egységeket, de csak a halál tud megakadályozni abban, hogy ezt a cikket terjesszem abban a 22

23 reményben, hogy az emberek felébrednek az olajfüggőség nagy hazugságából és megtöltik az utakat hidrogén-meghajtású autókkal. Ha elég ember rájön, milyen egyszerű mindez, a közvélemény nyomást gyakorolhat a kormányra, ami azt eredményezi, hogy vége lesz a régóta alkalmazott média ellenkampánynak. A Los Angelesi "Szemtanúk"-nál nem akarták, hogy megtudják az emberek, hogy egy 18 éves metálfejű is képes volt megépíteni egy működő 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 a szénszármazékok lerakódását, ami nagyobb sebességet és kisebb kopást eredményez. Azonnal észre fogod 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 elegendő ahhoz, hogy reprodukáljuk Carl Cella elektrolizálóját. Azt is írja, hogy a benzin ólomtartalma biztosítja a kenést. Ezzel kapcsolatban az egyik Olvasó - Otako - a következőket írta: "...nagy tudományossággal előadják, 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 tűrésének fokozására ólom-tetra-etilt kevernek bele, az üzemanyag rendszer tisztítására pedig toluol-t. Az ólom-tetra-etil egy igen nagyméretű 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 kenőanyagként szóba jöhetne." 23

24 Vízzel működtetett benzinmotoros generátor Drunvalo Melchizedek A The Spirit of Ma'at 2002 februári számában egy olyan leírást tettünk közzé, melynek segítségével egy közönséges autót vízmeghajtásúvá alakíthatunk át. Ez a leírás névtelenül lett elküldve nekünk, de mi ezt szakemberekkel leellenőriztettük és mint kiderült, ők is hasonló technológiával dolgoznak... Mivel úgy hisszük, hogy a "hitetlenség" jelentős visszahúzó erő a víz üzemanyagként való hasznosításában, ezért folytattuk a kutatásokat további technológiai megoldások irányában. Ezek közül kettőt - mindkettő ugyanannak a cégnek a találmánya - ebben a cikkben ismertetünk. Az egyik találmányt Drunvalo személyesen is megtekintette, s az erről készült videofilmet Te is megnézheted a számítógépeden. Bush amerikai elnök felhívást intézett az amerikaiakhoz, melyben arra kérte őket, hogy az autójukat hidrogénnel 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. ténylegesen kidolgozott nem is egy, hanem két életképes módszert arra, hogyan lehet a vizet hidrogénra és oxigénra bontani. Egyik módszer kidolgozása sem igényelt egy milliárd dollárt. Ezek egyszerű válaszok. Az autóinkban jelenleg meglévő motorok nagyon kis változtatásokkal működtethetők ezekkel a módszerekkel és nem szükséges egy külső infrastruktúra kiépítése, mint például a jelenlegi üzemanyagtöltő állomások és szükségtelenné válnak az olajfinomítók is. Ezen vízüzemanyagú rendszerek működési elvének megértésében segítséget nyújthat, ha megértjük, hogy a közönséges víz tulajdonképpen egy "akkumulátor", mely hatalmas mennyiségű energiát tárol. A víz, H2O - két hidrogén- és egy oxigénatom egyesülése. És, mint ahogy azt Bush amerikai elnök is mondta, a hidrogén kitűnő üzemanyag. A vízmolekulákban rengeteg energia van és ennek egyáltalán semmi köze sincs ahhoz az energiamennyiséghez, mely a víz lebontásához kell. Ez egy különösen fontos momentum, de az emberek többsége - köztük sok tudós - nincs ezzel tisztában. Ha tudunk egy ökológiailag tiszta 24

25 módszert találni a vízmolekulák lebontására, akkor az összes energiával kapcsolatos problémánk egy csapásra megszűnik. Azonnali hidrogéngáz Az első reakció - melyet a Rothman Technologies bemutatott nekünk - vizet, sót és egy rendkívül olcsó fémötvözetet használ. Ezen reakció eredménye tiszta hidrogéngáz, egy olyan üzemanyag, melynek elégetése nem igényel külső oxigént - és semmiféle szennyező anyagot nem bocsát ki. A Rothman Technologies tulajdonosa körülbelül ötven találmányt dolgozott ki a különböző mechanikai eszközök, kémiai vegyületek és üzemanyagok terén. Ez a találmány, mely egy különleges fémötvözetet használ a vízmolekulák lebontására, s mely minket most különösen érdekel, szintén az ő találmánya. A The Spirit of Ma'at nevében 2003 februárjában meglátogattam a Rothman Technologies céget azzal a céllal, hogy saját szememmel meggyőződhessek arról, amiről már sok ember mesélt nekünk. A cég egy 12 lóerős benzinüzemű elektromos generátort hajtott meg "vízüzemanyaggal". Ez a generátor egy benzinüzemű belsőégésű motor volt, pontosan olyan, mint amilyen a Te autódban is van. Beismerték, hogy a rendszer még eléggé nyers és további finomításokat igényel. Mindennek ellenére be tudták nekünk mutatni, hogy egy benzinüzemű motor vízzel is tud működni. A motor egy garázs szerelőpadján volt elhelyezve, melynek ajtaja a szellőzés érdekében nyitva lett hagyva. A padlón tizenhárom félgallonos edényt kapcsoltak össze csövekkel úgy, hogy mindegyik cső egy vastag központi csőre csatlakozott, ez a központi cső pedig közvetlenül a motor porlasztójába vezetett. Az edényekben közönséges víz és elektrolit volt (vagyis valamilyen só). Mikor ennek a különleges fémötvözetnek egy kis darabkáját beledobták az elektrolit keverékbe, a hidrogén bámulatos ütemben azonnal elkezdett fejlődni. A hidrogéngáz a fővezetéken keresztül közvetlenül áramlott be a porlasztóba. (Olvasd el a megjegyzést) A cég képviselője megrántotta az indítózsinórt és egy pár próbálkozás után a motor beindult és folyamatosan dolgozott. A motor folyamatos működését körülbelül húsz percig figyeltük. (A 25

26 januári torontói levegő és a nyitott garázsajtó miatt valóban hideg volt, ezért ezt a húsz percet elegendőnek találtuk arra, hogy a "működési elv bizonyosságot nyerjen".) A vizet és sót, valamint a fémötvözetet használó motor egyértelműen működött. A cég képviselője szerint ez a fémötvözet olyan olcsó, hogy egy fél kanadai cent értékű ötvözet a motort körülbelül négy óráig tudja üzemeltetni. Szintén érdemes megjegyezni, hogy a beszélgetőpartnerünk szerint a tengervizet közvetlenül felhasználhatjuk elsődleges 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 televíziós csatorna régiségekkel, horgászattal, autóversenyekkel, valamint művészien kidolgozott autókkal foglalkozik az adásaiban. A cikk végén látható videofilmet tehát Michael a cégének vette fel. Egy másik bámulatos áttörés A Rothman Technologies cégnek egy másik módszere is van arra, hogyan lehet a vizet üzemanyaggá alakítani. A módszert elektrolízisnek hívják. Az elektrolízis során a vizet Brown gázzá alakítják, mely szintén tökéletes üzemanyag benzinüzemű motorokhoz. Egy dolog kivételével ugyanolyan a módszer, mint amit már ismertettünk korábban ezen a weboldalon (itt). Miért jobb üzemanyag a Brown gáz, mint a tiszta hidrogén? A véleményünk a következő: A minket körülvevő környezet napjainkban hatalmas problémákkal küszködik, melyek közül az egyik legsúlyosabb, hogy a Föld oxigénkészlete folyamatosan apad. A levegő oxigéntartalma olyan alacsony, hogy az néhány területen már a létezésünket veszélyezteti. A levegő normál oxigéntartalma 21%, de néhol ez ennek csak a töredéke. Tokióban például az oxigéntartalom lesüllyedt 6-7%-ra. Mikor ez eléri az 5%-ot, az emberek elkezdenek kihalni. Tokióban már oxigénellátó központokat hoztak létre az utcasarkokon azért, hogy vészhelyzet esetén oxigénhez juthassanak az emberek. Végül - ha nem teszünk semmit - ez az "alacsony-oxigénszint" probléma mindannyiunkra ki fog terjedni. Az elektrolízis folyamán keletkezett Brown gáz nem csak fenntartja az oxigén-egyensúlyt (mint az üzemanyagcellák és a tiszta hidrogén) vagy fogyasztja az oxigént (mint a kőolajszármazékok), 26

27 hanem még plusz oxigént is ad a környezetének. Ezért gondoljuk úgy, hogy ez lenne a jövő autóinak a legjobb üzemanyaga. A technológiák összehasonlítása Mielőtt elmagyaráznánk a Rothman Technologies cég újító technikáját, mely Brown gázt állít elő a vízből, nézzük meg mindhárom hidrogénalapú üzemanyag-megoldást (üzemanyagcellás, Vízből hidrogén és Brown gáz) az oxigéntermelés és oxigénfogyasztás szempontjából. Üzemanyagcellák: Ez a módszer oxigént vesz fel a környezetéből a hidrogén elégetése során. A kipufogócsőből oxigén és vízgőz jön ki, de az oxigén eredetileg a környező atmoszférából lett felvéve, nem pedig az üzemanyagból származik. Ezért az üzemanyagcellák se nem növelik, se nem csökkentik a környezet oxigénkészletét. Vízből Hidrogén: Ez az üzemanyag önmagában teljes. A hidrogén elégetéséhez csak kevés oxigént vesz fel a külső atmoszférából, mely előrelépést jelent a kőolajszármazékokból készült üzemanyaggal szemben. Ha a hidrogén tökéletesen elég, akkor semmilyen káros anyag nem jön ki a kipufogócsövön, ha viszont sót és ezt a fémötvözetet használjuk a hidrogén előállítására, akkor ezek visszamaradhatnak a kipufogás során. Brown gáz: Ez a legtökéletesebb üzemanyag az autóink számára. Mint a tiszta hidrogén esetében, ezt is vízből állítjuk elő, de ez úgy ég el a belsőégésű motorban, hogy - a beállítástól függően - még oxigént is tud termelni. Ebben az esetben a kipufogócsőből oxigén és vízpára jön ki, akárcsak az üzemanyagcellák esetében, de az oxigén a vízből származik, miközben a Brown gázt előállítjuk. Tehát a Brown gázt elégetve plusz oxigén kerül a levegőbe, ezáltal növelve az atmoszféránk oxigénkészletét. Az autónkban a Brown gáz elégetése során tehát a jelenlegi nagyon súlyos környezeti problémát orvosolhatjuk. Ebből a nézőpontból a Brown gáz lenne a jövő autóinak a legjobb üzemanyaga. Egy új Brown gáz technológia 27

28 Az eddig látott Brown gázt előállító rendszerek legfőbb problémája az, hogy bár működnek, nem tudnak elegendő hidrogént előállítani a dugattyúk meghajtására normál útviszonyok mellett. A Rothman Technologies cég egy különleges elektrolízist használ. A hagyományos elektrolízis során az elektrolizáló egység csak "bent ül" a vízben és egy bizonyos mennyiségű Brown gázt termel. A Rothman Technologies cég találmánya azonban egy olyan elektrolizáló egységet fejlesztett ki, amely megnöveli a fejlődő Brown gáz mennyiséget egy teljes nagyságrenddel. (Ha Te, kedves olvasó, tudós vagy, akkor neked mondom, hogy jól olvastad: a Rothman Technologies rendszere szó szerint tízszer több Brown gázt termel, mint a hagyományos elektrolízis.) A fejlesztő cég úgy találta, hogy az általuk kifejlesztett módszernél a Brown gáz és a víz elkeverednek egymással. Egy tejfehér anyag jön ki a Rothman elektrolizáló készülékből és egy olyan készülékbe áramlik, ahol a vizet leválasztják a keverékről. Innét a Brown gáz a motorba jut, a víz pedig visszakerül az elektrolizáló rendszerbe, ahol újra felhasználásra kerül. Ez a találmány, melyet a Rothman Technologies cég szbadalmaztatott, valószínűleg az eddigi legfontosabb találmány az elektrolízis terén. Az elektrolízis során fejlesztett Brown gáz mennyiségének tízszeresére növelése lehetővé teszi, hogy egy normál autó motorját meghajtsuk és azt sugallja, hogy az elektrolizáló rendszer lesz a jövő választott technológiája. Ha Te, Kedves Olvasó, feltaláló vagy: Most már Te is tudod, hogy a vízzel hajtott autó teljesen reális dolog, nem pedig egy őrült fantázia. Saját szemeddel láthattad, hogy a "működési elv bizonyosságot nyert". És most, kedves Barátom, sok sikert kívánok neked a világ útjain való autózáshoz, melynek során magunkat mentjük meg magunktól. Bárki is építi meg az első látható vízautót, ezzel megoldja az energiaproblémánkat mindörökké és hősként vonul be a történelembe. Lehet, hogy éppen Te leszel az! 28

29 Megjegyzés: A folyamat sebességének növelésére a bemutató során nem szódium-kloridot használtunk, hanem más sót, de a gyakorlatban a közönséges asztali só is megfelel, akár csak a tengervíz, s ez valószínűleg a legolcsóbb megoldás. De akárhogy is van, az alkalmazott elektrolit típusa nem lényeges az elv "bizonyítása szempontjából", vagyis hogy a vizet felhasználhatjuk a belsőégésű motorok meghajtására. 29

30 Tervek ahhoz, hogy az autód csapvízzel működjön Az eredeti cikket angol nyelven itt olvashatod el. Megjegyzés: Az itt közölt információk az eddig elvégzett kísérleteink szerint nem mindenhol helytállóak. Például az elektrolizálóként használt csöves megoldás nem biztosít elegendő hidrogéngázt egy autó meghajtásához, valamint az angol nyelvű kapcsolási rajz is hibás volt (bár az itt látható kapcsolás már javított, működőképes verzió). Az ajánlott elektrolizáló és a kísérleti tapasztalataink a későbbiekben következnek majd. Ezt a cikket csak ötletadónak szántam, nem pedig egy vakon követendő utasítássornak. Ez alkalmazható teherautónál, motorkerékpárnál, repülőnél stb. is Működik ez? A terveket olyan személy küldte a The Spirit of Ma'at újsághoz, aki szeretné a kilétét titokban tartani. Mi leellenőriztettük egy szakemberrel, aki úgy gondolja, hogy a terv működőképes. Ezen kívül beszéltünk egy másik személlyel is, aki egy ehhez hasonló eszközt szabadalmaztatott, valamint mi is tudjuk a saját tapasztalatunkból, hogy ez a technológia működőképes. Tehát, bár garantálni nem tudjuk, de hiszünk abban, hogy ez a terv elégséges ahhoz, hogy te is tudjál építeni egy autót, mely vízi meghajtású. Ha ezt ki akarod próbálni, azt javasoljuk, amit a beküldő tervező is, vagyis hogy egy olyan régi autón 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 működni fog, akkor szeretnénk megkérni arra, hogy küld el a tapasztalataidat az olvasóinknak. Akár nemzeti hőssé is válhatsz és segíthetsz a világunk megmentésében. 30

31 Mi biztosan tudjuk, hogy megvalósítható az autók vízzel történő meghajtása. Ez egy érdekes projekt lehet minden, a technikát kedvelő ember számára, azzal az ajándékkal jutalmazva, hogy életed végéig ingyen autózhatsz - egyúttal pedig segítesz az emberiségnek is. A szöveget enyhén szerkesztettük csak az olvashatóság javítása érdekében. Mind a rajzok, mind a szöveg így került az Internetre, ahogy te is látod most. BEVEZETÉS Azt 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 lehetővé teszi minden személy részére ( ez te meg én vagyunk, srácok ), hogy valami mást csinálhassunk. Ez a legegyszerűbb és legolcsóbb módja annak, hogyan üzemeltetheted az autódat ( majdnem ) ingyen energiával. A jelenleg létező technika segítségével bárki felállhat és valami különlegeset csinálhat, amivel csökkentheti a levegő szennyezettségét, megszűntetheti az üzemanyagra fordított kiadásait, segíthet visszaállítani a normális atmoszférát és könnyebben lélegezhet. Ezt a tervet felhasználva a teljes létező rendszert meghagyhatod, csak az üzemanyagtankot és a katalizáló rendszert kell kicserélned. A TERV Építsél meg és kössél be a rendszerbe egy olyan eszközt, melynek segítségével közönséges csapvízzel hajthatod meg az autódat, és mindezt a polcon porosodó alkatrészekből! Ez egyszerűen csak egy hatékony módszer arra, hogy a közönséges csapvizet gázállapotú hidrogénné és oxigénné alakítsuk, amit aztán elégetünk a cilinderben a benzin helyett. Ez a "mini rendszer" a meglévő akkumulátor és elektromos rendszer segítségével működtethető és egyszerűen ráköthető a meglévő porlasztóra. 31

32 Egy műanyag víztartályt, egy vezérlő áramkört, egy ionizáló hengert, egy nagynyomású porlasztó illesztőt és három mérőműszert kell beszerelnünk és hozzákötnünk a meglévő porlasztóhoz. A rendszer egyszerűsége abból fakad, hogy egy már meglévő rendszert használunk és nem kell különleges tárolást vagy nagynyomású tömítéseket alkalmaznunk. Egyszerűen csak elfordítod a gázkart, ezáltal hozol létre elektromos úton több vagy kevesebb gázt, szükség szerinti mennyiségben, mely azonnal fel is használódik. Az egyetlen valódi változtatás az, hogy a hagyományos petróleumalapú üzemanyag helyett közönséges vizet használunk. Ha választhatsz, melyiket választanád? GYAKORI KÉRDÉSEK: K: Ez tényleg működik? V: Igen. Ez egy biztos alapokon működő technológia, melynek eredete a rozsdamentes acél feltalálásáig 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 alternatíva az, hogy drága benzint veszel és a levegőt szennyezed. K: Ez biztonságos? V: Technikailag ez biztonságosabb, mint a kőolaj származékokból származó gázok, már csak azért is, mivel többé nem kell fuldokolnod a kipufogógázoktól. Gyakorlatilag ez ugyanolyan biztonságos, mint a jelenlegi benzin üzemmód. Egy pár egyszerű biztonsági rendszert építesz be a jelenlegi autószabványoknak megfelelően. K: Milyen teljesítményt várhatok? V: A helyesen beállított rendszer kevésbé fog melegedni, mint benzin-üzemmódban és mindez egy kicsit nagyobb teljesítmény mellett. A mérföldenkénti fogyasztása a beállítástól függően 50 és 300 milligrammnyi víz. 32

33 K: Én magam is elvégezhetem a módosításokat a rendszerben? V: Miért ne. Ha viszont te nem értesz hozzá, de ismersz valakit, akinek technikai és/vagy elektronikai ismeretei vannak, akkor őt is megkérheted, hogy segítsen. Ha üzemanyag befecskendező rendszerrel van ellátva az autód, akkor kérd ki egy hozzáértő autószerelő véleményét is. [ Üzemanyag befecskendező rendszer esetén egy adapterre lesz szükséged, ugyanúgy, mint a propánt, hidrogént vagy természetes gázokat használó motorok esetén. ] K: Milyen hatással lesz az autóm a környezetre? V: H20 gőzt ( vízpárát ) és el nem égett O2-t ( oxigént ) termel. Tehát tisztítani fogja a környezetét, ahelyett, hogy mérgező gázokkal töltené azt meg. Ezen kívül segítesz azzal is, hogy az atmoszféra apadó oxigénkészletét kiegészíted. A kémiai reakciókból származó összes felesleges anyag vízgőzzé vagy oxigénné alakul. Még arra is számíthatsz, hogy több, mint csak felszínes érdeklődést fogsz kiváltani a környezetedből. K: Ez nem csak egy közönséges gőzgép? V: Nem, de tényleg. Különösen magas hőmérsékletet és nagy nyomást nem alkalmazunk. Ez szigorúan egy belsőégésű motor, mely hidrogént éget el és amelynek csak a mellékterméke a vízgőz. OLVASD EL EZT Van pár dolog, amit tudnod kell a benzinről: A benzin, mint üzemanyag nem kötelező, ez csak választható. A BENZIN ÉS A VÍZ Rengeteg termokémiai energia van a benzinben, de a vízben még több. Az energia-felügyeleti bizottság 40 %-kal több energiát számol a vízre, tehát akkor valószínűleg még ennél is sokkal több van a valóságban. Az emberek többsége nem tudja, hogy a "belsőégés" egy "termo-gáz folyamat"- tehát "nincs folyadék a reakcióban". A szabványos belsőégésű motornál a benzint csak a katalikus átalakítóban 33

34 használjuk fel, miután az üzemanyag nem-nagyon-égett-el. Sajnos ez azt jelenti, hogy az üzemanyag nagy része csak az égési folyamat lehűtésére szolgál, ami a levegő szennyezését és az üzemanyag nem hatékony kihasználását jelenti. HOGYAN MŰKÖDIK? Végtelenül egyszerűen. A megfelelő mennyiségű vizet belepumpáljuk az ionizáló tartályba és ott szinten tartjuk. Az elektródák 0.5-5A áramerősségű impulzusokkal vibrálnak, ami lebontja a vizet: 2(H2O) => 2H2 + O2. Amikor a nyomás eléri mondjuk a psi (2-4 bar) értéket, elfordítjuk a gázkart és indulhatunk. Rálépve a pedálra több energiát küldünk az elektródákra, ezáltal pedig több gázt a hengerekbe. Beállítod az üresjárati és a maximális áramlás értékeit, hogy a maximális teljesítményt kapjad és már mehetsz is az utakra. Nagyvonalakban, az ingyen energia a csapvízből jön egy nyílt rendszerben, mivel a vízben lévő látens energia elegendő a motor meghajtásához, ami pedig meghajtja a generátort vagy bármilyen szíjhajtású gépet. A generátor hatásfoka elég jó ahhoz, hogy meghajtson különböző elektromos berendezéseket (10-20 amper ), beleértve azt a kis áramot, ami a vízben lejátszódó reakcióhoz kell. Nincs szükség külön akkumulátorra. MEGÉPÍTÉS LÉPÉSRŐL LÉPÉSRE ÁLTALÁNOS LÉPÉSEK: 1. Kössél be a hengerfejbe egy hőmérőt és mérd meg a jelenlegi (benzines) üzemmód normális hőmérsékletét (csak későbbi összehasonlításra). 2. Építsd meg és teszteld le a vezérlő elektronikát. 3. Építsd meg és teszteld le az ionizáló tartályt (pl. mérd meg a kimenő gáz nyomását). 4. Építsd be a víztartályt, a vezérlő elektronikát, az ionizáló tartályt és a pumpákat. 5. Indítsd el a motort és állítsd be a vezérlő elektronikát a legjobb teljesítmény elérésére. 34

35 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 a kipufogórendszer teljesen elrohadjon és azután cseréld ki rozsdamentes acélból készültre. SZÜKSÉGED LESZ: Műanyag víztartályra, mely pumpát és szintjelzőt tartalmaz Vezérlő áramkörre, vezetékekre, csatlakozókra és epoxy ragasztóra Ionizáló tartályra elektródákkal és távtartókkal 3/8"-os rozsdamentes acélból készült hajlékony csőre, rögzítőkre és szorító bilincsekre porlasztó illesztő berendezésre - nyomást, hengerfej hőmérsékletét és szintet mérő műszerekre rozsdamentes acélból készült szelepekre réz elágaztatókra a cilinder és szelepek kerámiás felületkezelésére rozsdamentes acélból készült vagy kerámiás felületkezelt kipufogórendszerre ALAPVETŐ SZERSZÁMOK: fúró, csavarhúzó és fogó lyukvágó vezeték blankoló fogó, forrasztópáka és lemezvágó Multiméter és oszcilloszkóp 35

36 IONIZÁLÓ TARTÁLY Építsd meg az ábrán látható módon. Vegyél egy 4"-os PVC cső darabot, melynek egyik végét lecsavarható menetes zárókupakkal zárjuk le, míg a másikat fixen zárjuk. Úgy állítsad be a vízszintjelzőt, hogy a víz mindig jól ellepje az elektródákat, de maradjon elég hely az ionizáló felső részén a fejlődő hidrogén/oxigén gázok számára is. Használj rozsdamentes acélból készült vezetékeket vagy olyant, amin védő szigetelés van. Kívül szigetelt vezetékeket használj. Győződj meg arról, hogy az epoxy jól szigetel mindenhol. Ha nem, akkor még használj egy réteg nyomásálló vízhatlan szilikont. A lecsavarható kupaknál is alkalmazhatsz szilikon szigetelést. Azért kell lecsavarhatónak lennie, hogy időnként ellenőrizhesd az elektródákat. A két rozsdamentes acélból készült elektróda között hagyjál 1-5 mm-es rést. A lentebb utalt irodalom szerint minél közelebb van a két elektródacső távolsága az egy milliméterhez, annál jobb. Az ionizáló cső szintjelzőjét ellenőrizd még azelőtt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot. A vezetékeket szépen, erősen és biztonságosan forraszd az elektródákhoz, majd szigeteld le vízhatlan szigetelővel, például ugyanazzal az epoxyval, amivel a csöveket a lecsavarható kupakhoz erősítetted. Ennek az epoxynak vízállónak kell lennie és jól össze kell tudnia tartani a műanyagot a fémmel nyomás alatt is. Az ionizáló cső szintjelzőjét ellenőrizd még azelőtt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot. VEZÉRLŐ ÁRAMKÖR Az alábbi ábrákon a vezérlő áramkör működési elvét és a kapcsolási rajzot láthatod, mely ennek a mini rendszernek az irányítását végzi. Az áramkör négyszöghullámokat állít elő, melyek úgy rezegtetik az elektródákat, mint egy hangoló villát. Ezt egy oszcilloszkópon is megláthatod. A szakirodalom a következőket mondja: minél gyorsabban akarsz menni az utakon, annál "kövérebb" impulzusokat kell az ionizáló elektródáira vezetned. Az impulzus szélessége 90% (max. sebesség) és 10% (min. sebesség) között ingadozhat. Nincs semmi titokzatos abban, hogyan lehet az impulzusokat előállítani. Sokféle módja van, a bemutatott kapcsolási rajz egyike ezen módszereknek. A kapcsolás NE555-ös IC-t használ erre, az 36

37 impulzus erősítését pedig olyan tranzisztornak kell végeznie, mely biztonságosan működik 12V egyenfeszültségen 1-5 A áramerősség mellet (telített állapotban). Használhatsz más kapcsolást is, ha azt te, vagy a barátod, elektronikai ismeretekkel rendelkező ismerősöd szívesebben használ. Az alkatrészeket, valamint a NYÁK lemezt, IC foglalatot és dobozt is könnyen beszerezheted a hozzád legközelebbi elektronikai szaküzletben. Használj mindenképpen NYÁK (nyomtatott áramkör) lapot és hagyjál helyet a 2-3 mérőműszer csatlakoztatására is. Mivel az ionizálót a motortérben szereled fel, egy csövet kell kivezetned belőle a műszerfalra, hogy a nyomást is figyelni tudjad. Az áramköri kártya kialakítása nem okozhat nehézséget. A vezetékek, diszkrét alkatrészek és IC lábak helyének a felrajzolására speciális öntapadó matricákat ajánlunk. Amint több prototípus is elkészül, további kapcsolási rajzokat is ajánlunk majd. Az ionizáló cső szintjelzőjét ellenőrizd még azelőtt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot. GÁZADAGOLÓ Ha a gázpedál pozícióérzékelővel van felszerelve, keresd meg a kivezetését vagy a számítógépre menő csatlakozóját. Ez az impulzus lehet a bemeneti jel a mi vezérlő áramkörünkre. ( tehát: gázpedál állapot = impulzus szélesség = gáz mennyisége ) Ha nem rendelkezel ilyen bemenő jellel, akkor magadnak kell felszerelned egy forgó potmétert (változtatható ellenállást) a gázpedálra. Ha a porlasztóra szereled a potmétert, akkor győződj meg arról, hogy a potméter rendesen működik a motor üzemi hőmérséklete mellett is. Ne használj valami olcsó potmétert! Olyant vegyél, ami hosszú élettartamú és mechanikai célokra lett kifejlesztve. Biztonságosan erősítsd valami olyan dologhoz, ami nem fog szétesni, mikor rálépsz a pedálra. Szabályozási tartomány. A teljes gázkar TARTOMÁNYÁNAK (üresjárat/max) tudnia kell vezérelni a gáz mennyiségét (vagyis az impulzusok szélességét). Az ellenállás értéke olyan kell legyen, hogy a bemeneten a feszültséget kb. 1-4 V között tudja szabályozni. Ezt a feszültségtartományt fogjuk felhasználni arra, hogy létrehozzuk a 10%-os telítettségű négyszög impulzusokat. Ez a szabadalom a KHz közötti frekvenciatartományt használja, de ez nem kötelező. 37

38 Az itt bemutatott áramkört hangold arra a frekvenciára, amelyen a maximális teljesítményt tudod kihozni a motorból. Használj IC atlaszt annak érdekében, hogy biztosan a helyes lábakat kösd a megfelelő vezetékekhez. Használhatsz foglalatokat a különböző diszkrét alkatrészeknek is, hogy különböző értékű elemeket is kipróbálhassál. Használhatsz a javasolt alkatrészekkel kompatibilis elemeket is. A gázkart elfordítva több energiát ( szélesebb impulzusokat ) juttatsz az elektródákra. Üresjáratban 10%-os az impulzus telítettsége ( msec a vízszintes időtengelyen). A kimeneti tranzisztoron a voltmérővel átlagfeszültséget mérhetsz ( A kimenet és föld pontok között). Állítsd be és mérd meg a kimenő áramot, mely 0.5-5A között változhat anélkül, hogy a biztosíték kiégne. Ellenőrizd le a csatlakozó vezetékeket az ellenállásmérővel. A legjobb módszer az, ha a szabályozó potmétereket is a NYÁK lapra tesszük, majd az optimális értéket jelöljük meg rajta valamilyen festékkel. A LED-ek arra valók, hogy egy gyors ellenőrzést hajthassál végre a "teremtményeden". Az ionizáló cső szintjelzőjét ellenőrizd még azelőtt, hogy epoxyval töltöd fel a zárókupakot. PORLASZTÓ/BEFECSKENDEZŐ CSATLAKOZTATÁSA Az ábra azt is mutatja, hogy bizonyos illesztések kellenek a porlasztóhoz /befecskendezőhöz. Készen kapható eszközöket is használhatunk erre a célra. Szükségszerűen szigetelni kell a csatlakozó nyílásokat és az egyirányú levegő bevezetést is meg kell oldani. A rézháló megakadályozza az esetleges begyulladást az ionizáló tartályban. Győződj meg arról, hogy minden cső és csatlakozás jól szigetelve van és az üzemi nyomáson se eresztenek. Az új "rendszered" akkor működik helyesen, amikor a maximális teljesítmény mellett a hőmérséklet és a gázáramlás minimális, miközben a biztonsági szelep még nem lép működésbe. HFH ( vagy KGH ) Ellenőrizd a motor hőmérsékletét a HFH ( hengerfej hőmérséklet ) vagy a KGH ( kipufogógáz hőmérséklet ) mérésével. Használj saját hőmérőt, ne a beépítettet (ha van egyáltalán ilyen). A meglévő hőmérők túl lassan reagálnak és nem figyelmeztetnek a túlmelegedésre, még mielőtt meggyulladna valami. Győződj meg arról, hogy a motor hőmérséklete nem haladja meg a benzinüzemi hőmérsékletet. A platinából készített érzékelőt a gyújtógyertya és a dugattyú közé 38

39 helyezd el. Győződj meg arról, hogy az érzékelő felülete valóban tiszta (mivel ez is egy elektromos felület). MOTOR/KIPUFOGÓ KEZELÉSE A szelepeket cseréljed le rozsdamentes acélból készültekre és a hengereket / dugattyúkat amilyen gyorsan csak lehet vonjad be kerámiával, miután sikeresen átalakítottad és letesztelted az autódat. Ezzel ne késlekedj, mivel ezek az alkatrészek rozsdásodni fognak. A meglévő kipufogórendszert nem muszáj rögtön kicserélned, ha nem akarod, hanem hagyd elrozsdálódni és csak azután kérd meg valamelyik autószerelő ismerősödet, hogy cserélje ki azt rozsdamentes acélból készültre (ekkor a katalizátorra már nem lesz szükséged). De könnyebb és egyszerűbb, ha a meglévő kipufogórendszert bevonatod kerámiával majd visszaszereled. ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK 1. Ne dobjál vagy szereljél ki semmilyen alkatrészt a jelenlegi benzinüzemű rendszerből (tehát a benzintankot, porlasztót, befecskendezőt, katalizátort stb.) A legjobb, ha meghagyod a lehetőséget a visszavonulásra. Néhány ember érintetlenül hagyja a benzines rendszert és egy csappal tud váltani a két rendszer között. 2. Állítsd be a gázadagoló áramkört úgy, hogy üresjáratban minimum, maximális teljesítménynél pedig maximum gáz fejlődjön anélkül, hogy a biztonsági szelep működésbe lépne. Így tudod szabályozni azt, hogy milyen sűrűségű keverék áramoljon a hengerekbe ( tehát a "legdúsabb" az optimális impulzusfrekvenciánál). 3. Ha nem tudsz elegendő teljesítményt elérni semmilyen beállítással sem, akkor a következőket teheted Változtasd meg az impulzusok frekvenciáját Változtasd meg az elektródák közti rés nagyságát Változtasd meg (növeld) az elektródák méretét 39

40 Növeld meg az elektródákra jutó feszültséget (legutolsó sorban) Mindig olyan kimeneti MOSFET tranzisztort használj, ami bőven elviseli a neked szükséges üzemi feszültséget és áramerősséget. Nos, igen. Egy kicsit játszadoznod kell a beállítással. De nem ez az érdekes az egészben? 4. Ha a motorban az égést hangos kopogás kíséri (és nem lehet az időzítéssel ezt megszűntetni), akkor egy tekercset kell az ionizálóba beépítened, melyet egy kiegészítő áramkör hajt meg ( kb. 19 Hz-es). Ezt mutatja a következő ábra Ez lelassítja az égés sebességét annyira, hogy a gáz a hengerben ég csak el, nem korábban. A NYÁK lapra szerelt potméterrel tudod beállítani ennek a második impulzusnak az erősségét. Ez egy rozsdamentes acél tekercs, melyen 1500 menet van (vékony drótból). Ezt úgy helyezd el, mint egy fánkot a központi elektródacső 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 motor kopogjon. A célunk az egyenletes teljesítmény, melynek során a teljes beadagolt hidrogén elég a hengerekben. 5. Az ionizáló legyen elég magas, de ne annyira, hogy nehéz legyen beépíteni a műszerfal közelébe vagy a motortérbe. Ebben az esetben gond nélkül meg tudod növelni az elektródák méretét, ha erre szükség lenne. Figyelj arra, hogy a motortérben mindennek vibráció és hőállónak kell lennie! 6. Ha fémen keresztül kell lyukat fúrnod a vezetékek vagy mérőműszerek számára, ügyelj arra, hogy ne karcold meg a felületet. Mindig figyeld az ionizálóban lévő nyomást, mely psi (1-1,7 bar) alapjáraton és psi (2-4 bar) teljes gáznál. Állítsad be a biztonsági szelepet 75 psi-re (5 bar) és győződj meg arról, hogy az ennél jóval nagyobb nyomásra van méretezve. 7. Azonnal kapcsold KI a tápfeszültséget, ha bármilyen rendellenességet észlelsz. A motor akkor lesz hosszú élettartamú, ha a maximális teljesítmény mellett minimum hőt termel. Ezt a fő gázáram csökkentésével és/vagy a vízgőzzel való hűtéssel érhetjük el. Ezt mutatja be a következő ábra. Mérjed a fogyasztást és tartsd karban a rendszert. Legyen mindig tiszta a motor. Takarítsál meg pénzt, tisztítsd a levegőt, gyógyítsd a bolygónkat, élvezd az autózást, mond el a barátodnak, örülj a szabadságodnak és az önkifejezésednek. 8. Nincs dokumentált leírása annak, hogyan lehetne az adagolórendszert üzemanyagbefecskendezővel tökéletesíteni. Talán Te fogod ezt megtenni, miközben a működő prototípusodon kísérletezgetsz. Például szigoríthatod a hidrogén/oxigén befecskendezést úgy, hogy az nem 40

41 tartalmaz vízgőzt, mivel az elősegíti a befecskendező rozsdásodását. Ha a motor és hengerfej hőmérséklete a probléma, akkor a befecskendezőt is bevonhatod kerámiával. De mindig ott a lehetőség, hogy az üzemanyag-befecskendező rendszert lecseréld közönséges porlasztóra. 9. Ha beszereled a vízgőz rendszert (az alacsonyabb üzemi hőmérséklet / nyomás elérésére ), akkor hígítanod kell a gáz/víz keveréket a minimális gázáramlás érdekében a gázpedál bármely állapotában (üres/max). Győződj meg arról, hogy üresjáratban a gázáramlás minimális, de ez még elegendő kell legyen a maximális teljesítménynél is. Ez elvégzi a hűtési munkát anélkül, hogy az égés folyamata megszűnne. 10. Ha nem találsz 1-5 mm-es rozsdamentes acélcső kombinációt az elektródáknak, akkor még mindig 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 megfelelően az impulzusok frekvenciáját Szerelj be elektromos fűtőberendezést 12. Ne hagyd, hogy bárki is lebeszéljen az álmaidról, a szabadságodról, a függetlenségedről vagy az igazadról! FELHASZNÁLT IRODALOM Stephen Chambers 'Apparatus for Producing Orthohydrogen and/or Parahydrogen' US Patent , uspto.gov Stanley Meyer 'Method for the Production of a Fuel Gas' US Patent , uspto.gov Creative Science & Research, 'Fuel From Water', fuelless.com Carl Cella "A Water-Fuelled Car" Nexus Magazine Oct-Nov 1996 Peter Lindemann "Where in the World is All the Free Energy", free-energy.cc 41

42 George Wiseman "The Gas-Saver and HyCO Series" eagle-research.com C. Michael Holler "The Dromedary Newsletter" and "SuperCarb Techniques" Stephen Chambers "Prototype Vapor Fuel System" xogen.com 42

43 Villanyautók Bevezető A benzines vagy dízel autónkat átalakíthatjuk elektromos meghajtásúvá, azaz villanyautóvá. Ehhez sokkal több mindent kell tennünk, mintha azt "csak" vízmeghajtásúvá alakítanánk át, viszont az egyik legnagyobb problémát, azaz a rozsdásodást ezzel egy csapásra megoldottuk, továbbá számos nagyszerű előnyhöz is jutunk: nem kell többé a fagyállóval vesződni, nincs hűtőfolyadék, nincs olajcsere, a motortér állandóan tiszta marad, szinte zajtalanul jár az autónk és egyáltalán nem szennyezi a környezetét. A következő oldalakon először a villanyautók történetével ismerkedhetsz meg, majd az autód átalakításához kapsz sok hasznos tanácsot. Ezután az egyenáramú villanymotorok működési elvével és a motor kiválasztásának a kritériumaival ismerkedhetsz meg, majd pedig a motorok vezérléséről olvashatsz. A sort az akkumulátorok típusának és mennyiségének a meghatározása zárja. Kezdjük hát egy kis történelemmel! A villanyautók története Talán kevésbé ismert, hogy az 1900-as években az autók túlnyomó többsége elektromos meghajtású volt. A meghajtást egy egyenáramú villanymotor végezte, az energia forrásául pedig akkumulátor szolgált, melyet éjszakánként fel lehetett tölteni, s másnap ismét üzemképes volt az autó. 43

44 1. ábra ös Detroit Electric Abban az időben a doktorok pl. villanyautóba pattantak, mikor beteghez hívták őket, de a nagyvárosok különböző szolgáltatói is villamos meghajtású járműveken közlekedtek, pl. villamos járgánnyal hordták ki a tejet, a kenyeret. 2. ábra. Walt Disney kedvenc villanyautója A villanyautók kb ig járták a városok utcáit, utána viszont teljesen feledésbe merültek ezek a csendes és nagyon környezetbarát jószágok. Ez két okra vezethető vissza: Az egyik ok az, hogy a villanyautók egy töltéssel maximálisan km-t tudtak megtenni. 44

45 A villanyautók lehanyatlásának másik oka a viszonylag alacsony sebesség volt. A km/h-s sebesség azonnal tönkre tette volna az akkumulátorokat, és az 50 km/h-s sebességet is csak pár pillanatra tudták elérni és 1910 között az átlagos utazó sebesség 30 km/h körül mozgott. Az egyenáramú motorok használata azért volt általános abban az időben, mert a táplálást akkumulátorokról biztosították, amik egyenáramot szolgáltatnak. Természetesen már akkor is ismertek voltak a DC/AC átalakítók, de a méreteik túl nagyok voltak ahhoz, hogy elférjenek az automobilokban. Emlékezzünk, az 1900-as évek elejéről van szó! Ne feledkezzünk meg azonban a villanyautók előnyeiről se. A villanyautók karbantartása a minimumra csökkenthető, hiszen olaj illetve kenőzsír csak a csapágyak kenéséhez kell. Megszabadulunk az olajcseréktől, nem kell a hűtőventillátorokat tisztítani és a hűtőfolyadékot utántölteni, nincs üzemanyag pumpa, vízpumpa, nincsenek porlasztó gondok, nincs rozsdásodó kipufogó és hangtompító dob, szinte teljesen hangtalanul üzemel és a legfontosabb, hogy semmilyen káros anyagot nem bocsát ki az autó. Ezek olyan előnyök, amikért megéri az autónkat átalakítani villanyautóvá. Az a két hátrány, amiről a fenti sorokban szó volt, a mai technikai színvonal mellett viszonylag könnyen kiküszöbölhető. Sőt, egy megoldás már a múltban is létezett. Nikola Teslának is volt egy híres villanyautója, mely egy 1930-as gyártmányú Pierce Arrow típusú villanymotorossá átalakított luxusautó volt. 3. ábra. Tesla 1930-as gyártmányú Pierce Arrow típusú villamossá átalakított luxusautója 45

46 Az autóból a belsőégésű motort eltávolították, csak a sebességváltót, a fogaskerekeket és az erőátviteli rendszert hagyták meg. A benzinmotor helyére egy kerek, teljesen zárt, kb. 1 m hosszú és 0,65 m átmérőjű villanymotort szereltek, mely előtt egy hűtő ventillátor helyezkedett el. Természetesen a gyújtáselosztó sem kellett. Tesla nem árulta el, hogy ki gyártotta le a villanymotort, de nagy valószínűséggel a Westinghouse egyik részlegében készítették. Az autó szinte teljesen zajtalanul járt. A villanymotor tápforrását egy 12 elektroncsövet tartalmazó fekete doboz biztosította, mely elfért a kesztyűtartóban. Az "energiavevőt" Tesla maga készítette 60 cm * 25 cm * 15 cm méretben. A dobozhoz egy 1,8 m hosszú antenna csatlakozott, ezen kívül két darab, kb. 10 cm hosszú, vastag rúd állt ki belőle. Tesla behangolta a "dobozt" a megfelelő frekvenciára és a levegőből 240 V-ot vezetett az autóba. A 80 LE-s villanymotor maximális, 1800/perces fordulatszáma mellett az autó végsebessége 145 km/h volt, és minden paramétere jelentősen túlszárnyalta az akkori belsőégésű motorokkal hajtott járműveket. Az energiát egy villamos erőmű sugározta. Mint Tesla elmondta, ez az energia mindenki számára elérhető lenne. J. P. Morgannak, a mecénásnak azonban nem tetszett az ötlet, mivel nem volt hová tenni a fogyasztásmérőt, ezért abbahagyta a projekt finanszírozását és az energia forrásául szolgáló Erősítő átvivő tornyot lebontották. A villanyautók történetéről és a Tesla féle villanyautóról az információkat innét és innét ollóztam ki. A következő oldalon a villanyautók átalakításával kapcsolatban olvashatsz sok hasznos dolgot. Villanyautók átalakítása 46

47 Utolsó frissítés dátuma: 2006 március 28. A villanyautókban lehet egyenáramú és váltóáramú motorokat is használni, mivel a jelenlegi elektronikus vezérlők segítségével már szinte azonos szintre lehet hozni a különböző villanymotor típusok hatásfokait. Ugyanakkor a váltóáramú motorok vezérlése jóval összetettebb, mint az egyenáramúaké, ezért a továbbiakban csak az egyenáramú motorokról lesz szó. Ha azonban érdekelnek a váltóáramú motorok is, akkor ezekről itt olvashatsz. (A generátorok motorokként is üzemelhetnek és viszont.) A motorok a legkülönbözőbb méretekben kaphatók, de mind egy célt szolgálnak: az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják. A DC motorok olyan motorok, melyek táplálásához egyenáramra van szükség. Az elektromos motorok a legkényelmesebb forrásai a mozgatóerőnek. Csöndesek és tiszták, azonnal beindulnak és lehetnek olyan kicsik, hogy egy órát működtessenek, vagy olyan nagyok, hogy a világ leggyorsabb villanyvasútjait is hajthatják. Az egyenáramú motor felépítése és működési elve Különböző fajta egyenáramú villanymotorok léteznek, de a működési elvük ugyanaz. Ennek megértését segíti a következő ábra. 47

48 1. ábra. Az egyenáramú motor működési elve Az egyenáramú motor állandó mágnesekből áll, melyek között egy vezeték (tekercs) található. Ahhoz, hogy a vezeték alkotta hurok elforduljon, a két végét egyenáramú áramforrásra kell kapcsolni, de úgy, hogy közben a vezeték elfordulhasson a saját tengelye körül. Ahhoz, hogy ez megoldható legyen, a vezető hurkot un. kommutátorra csatlakoztatjuk, melyhez érintkező kefék kapcsolódnak. A kefék biztosítják az elektromos csatlakozást a kommutátorral, miközben az forog, így folyamatos a kapcsolat a vezető hurok és az áramforrás között. A hurokban folyó elektromos áram mágneses mezőt hoz létre, mely kapcsolatba lépve az állandó mágnes mezejével a hurkot elforgatja. Egy szemléletes, Java-ban írt demonstrációt láthatsz itt. Az egyenáramú villanymotorok tulajdonságait leíró paraméterek a nyomaték, a teljesítmény és a sebesség. Ezeket vizsgáljuk meg egy kicsit közelebbről a következő sorokban. A nyomaték 48

49 A nyomaték fogalmát olyan erők esetében használjuk, mikor azok forgató hatást fejtenek ki. Nyomatékot fejtünk ki pl. a régebbi telefonok tárcsázásakor, lyukak fúrásakor vagy pl. egy csavar becsavarásakor. 2. ábra. A nyomaték Mint a 2. ábrán látjuk, a nyomaték a szerszám végére kifejtett függőleges irányú erő hatására jön létre. Ez az F erő a szerszámot az O pont körül fordítja el. A lefelé irányuló erőt felbonthatjuk sugárirányú (F rad ) erőre, mely párhuzamos a szerszám erőkarjával, és érintő irányú erőre (F tan ), mely merőleges a szerszám erőkarjára. A sugárirányú erő nem vesz részt a nyomatékban, ellentétben az érintő irányú erővel. Az O pont és az F hatóerő közötti távolságot irányvektornak (r) nevezzük. Az erőkar nyomatéka (l) az O pont és az F erő közötti "derékszögű" távolság. Ha lecsökkentjük az erőkar nyomatékát azáltal, hogy az erőt az O ponthoz közelebb fejtjük ki, akkor a szükséges nyomaték növekszik. 49

50 3. ábra. A kerékre kifejtett nyomaték A nyomaték meghatározásának képlete: N = F * r * sin( ) A sebesség Az egyenáramú motorok olyan eszközök, melyek az elektromos energiát forgató mozgássá alakítják át. Mikor adott feszültséget kapcsolunk a motorra, akkor az adott sebességgel forog. A forgási sebességnek vagy más néven szögsebességnek ( ) a mértékegysége fordulat/másodperc vagy fordulat/perc. A szögsebességből ( ) meghatározhatjuk az érintő irányú sebességet a forgó test bármelyik pontján a következő képlettel: v = r * ahol: v - az adott ponton mért érintő irányú sebesség r - a forgás középpontjától mért távolság - a szögsebesség 4. ábra. A szögsebesség 50

51 Ez az egyenlet csak állandó sebesség esetén használható. A teljesítmény A forgó mozgás teljesítményét a következő képlettel határozhatjuk meg: P = N * ahol: P - a forgómozgás teljesítménye N - a nyomaték - a szögsebesség Az egyenáramú motor karakterisztikái Az egyenáramú motorok tervezésekor tisztában kell lennünk a motor karakterisztikáival. Minden motor rendelkezik egy Nyomaték/Sebesség görbével és egy Teljesítmény görbével. Nyomaték/Sebesség görbe A következő ábra az egyenáramú motor Nyomaték/Sebesség görbéjét ábrázolja. 51

52 5. ábra. Az egyenáramú motor Nyomaték/Sebesség görbéje Vegyük észre, hogy a nyomaték fordítottan arányos a motor tengelyének sebességével. Más szavakkal egyfajta egyezségre kell jutnunk, hogy mekkora nyomatékot szeretnénk levenni a motorról és hogy mekkora sebességgel kell forognia a motornak. Az egyenáramú motorok két legjellemzőbb tulajdonsága az 5. ábrán látható görbe két szélsőértéke: Az indító nyomaték ( s ) az a nyomatékérték, ahol a nyomaték maximális, de a tengely még nem forog Az üresjárati sebesség ( n ) a motor maximális sebessége, ahol a motor már nem fejt ki nyomatékot A görbe ennek a két szélsőértéknek az összekötésével rajzolható fel, melyek egyenlete felírható a nyomaték és a szögsebesség nézőpontjából: = s - * s / n =( s - )* n / s Feljebb meghatároztuk, hogy a teljesítmény a nyomaték és a szögsebesség szorzata, ami megfelel a Nyomaték/sebesség görbe alatti négyzetnek. Ezt mutatja a következő három ábra. 52

53 6. ábra. Kis teljesítmény 7. ábra. Maximális teljesítmény 53

54 8. ábra. Kis teljesítmény A nyomaték és a sebesség közötti fordított arányosság miatt a maximális teljesítményt akkor kapjuk meg, mikor = 1/2 * n és = 1/2 * s. Teljesítmény/Nyomaték és Teljesítmény/Sebesség görbék A nyomaték és szögsebesség számításait a teljesítmény meghatározásának képletébe behelyettesítve láthatjuk, hogy az egyenáramú motor teljesítménye egy másodfokú egyenletet ad. P( )= -(N s / n )* 2 +T s * P(N)= -( n *N s )*N 2 + n *N Ezek a kifejezések megint csak azt mutatják, hogy a maximális kimeneti teljesítményt akkor kapjuk meg, mikor = 1/2 * n és = 1/2 * s. 54

55 9. ábra. Teljesítmény/Sebesség és Nyomaték/Sebesség görbék Az anyagot angol nyelven itt találod. Külső gerjesztésű villanymotorok A nagyobb teljesítményű egyenáramú motorok már nem állandó mágneseket használnak, mivel a nagy teljesítményfelvételek mellett az állandó mágnesek lemágneseződnének. Ezért célszerű az állórész mágneses mezejét is inkább tekercsekkel létrehozni. Háromféle kapcsolás létezik: Mellékáramkörű (párhuzamos) kapcsolás - Ez a motor egyenletes sebességgel forog, függetlenül a terheléstől. Olyan ipari alkalmazásokban használjuk ezt a kapcsolást, ahol az indításkor nem szükséges nagy nyomaték. 55

56 10. ábra. Mellékáramkörű kapcsolás 11. ábra. A mellékáramkörű kapcsolás Nyomaték/Sebesség görbéje Főáramkörű (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. Főáramkörű kapcsolás 56

57 13. ábra. A főáramkörű kapcsolás Nyomaték/Sebesség görbéje Vegyes áramkörű kapcsolás - Ez a mellék- és főáramkörű 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 kiválasztása A villanyautóban a legcélszerűbb a soros kapcsolású egyenáramú motorok használata. Egy tipikus, villanyautókban használt villanymotor képét a következő ábrán láthatod. 14. ábra. Az FB1-4001A típusú motor metszete Az egyenáramú motorok teljesítménye egyenes arányban van a rákapcsolt feszültséggel és a tekercsekben folyó árammal. Ezt a következő képlettel tudjuk meghatározni: P LE = U * I * / 746 A következő táblázatban néhány villanyautóban használt villanymotor teljesítményét láthatjuk lóerőben kifejezve. 57

58 Típus Feszültség 24 V 36 V 48 V 60 V 72 V 96 V 108 V 120 V 144 V A LE 4 LE 6 LE 10 LE K LE 6 LE 8 LE 10 LE L LE 14 LE X LE 12 LE 14 LE 16 LE 20 LE A 16 LE 19 LE 22 LE 26 LE FB1-4001A 18 LE 21 LE 23 LE 26 LE 30 LE 1. táblázat. A különböző típusú DC motorok teljesítménye a feszültség függvényében A belsőégésű motorok esetében a maximális teljesítményt szokták megadni LE-ben, a villanymotoroknál pedig a folyamatosan leadni képes teljesítményt. Ebből kiindulva nagyon jó közelítéssel meghatározhatjuk a szükséges villanymotor típusát, egyszerűen csak osszuk el 1,6-del a robbanómotor teljesítményét. Tehát: P vill = P rob / 1,6 Ha például az átalakítandó autó robbanómotorjának a (csúcs)teljesítménye 45 LE, akkor az átalakításhoz szükséges villanymotor teljesítménye: P vill = 45 LE / 1,6 = 28,1 LE Ezek szerint erre a célra megfelel a A, de még jobb az FB1-4001A típusú motor. (lásd az 1. táblázatot) Az áramerősséget növelve nem túl hosszú ideig, azaz kb. 3-5 percig a villanymotorok a névleges teljesítményüknek le tudják adni akár a másfélszeresét, nagyon rövid ideig pedig akár több mint a háromszorosát is. Ezek szerint az FB1-4001A típusú motor pár percig 45 LE-t is tud produkálni, pl. emelkedők esetén vagy gyorsításkor, de kb másodpercig akár 100 LE-t is le tud adni. Mivel ekkor megnöveltük a motoron keresztülfolyó áram erősségét, azon kívül, hogy ezzel csökkentettük az egy töltéssel megtehető km-ek számát, még a motor is nagyon melegszik. Ha hosszú ideig terheljük túl a motort, akkor az tönkre is mehet (megfelelő hűtés hiányában). A következő táblázatban a motorok fordulatszámait tekinthetjük meg. 58

59 Típus Fordulatszám A / perc K / perc L / perc X / perc A / perc FB1-4001A / perc 2. táblázat. A motorok fordulatszáma Mint látjuk, ezek a fordulatszámok közel megegyeznek a belsőégésű motorok fordulatszámaival, tehát meghagyva a sebességváltót az autónk sebessége is a megszokott marad, bár a gyorsulási képessége jobb lesz. Az itt látható adatokat egy amerikai cég honlapjáról vettem (lásd itt), akik kizárólag villanyautók és villanyhajók átalakításához árulnak alkatrészeket és segítenek a számítások, tervezések elvégzésében is. Az itt következő táblázatba írd be, hogy hány LE-s belsőégésű motor van az átalakítandó autódba s megkapod a javasolt villanymotor teljesítményét. Jelenlegi teljesítménye LE motor Javasolt teljesítménye 0 LE = 0 kw villanymotor 3. táblázat. Az ajánlott villanymotor teljesítménye A következő táblázatban add meg a kiválasztott villanymotor jellemzőit. Ezekre az adatokra a következő oldalaknál lesz szükségünk. A villanymotorok száma lehet egynél több is, ekkor úgy számoljuk, hogy azok párhuzamosan vannak kötve, vagyis a feszültség állandó marad, de a teljesítmény annyiszorosára növekszik, ahány motort szeretnél használni. Több motor esetén az egy motorra jellemző teljesítményt kell beírni a második sorba. 59

60 A villanymotor típusa: A villanymotor teljesítménye: A villanymotor max. feszültsége: A villanymotor max. fordulatszáma: A villanymotorok száma: LE V 1/perc db Írd be az általad kiválasztott villanymotor típusát! 4. táblázat. A kiválasztott villanymotor(ok) jellemzői Az egyenáramú motorok szabályozása A következő oldalon a DC villanymotorok vezérlésével ismerkedhetsz meg. Az egyenáramú villanymotorok sebességét egy erre a célra szerkesztett elektronika szabályozza. Készen is kaphatsz az igényeidnek megfelelő teljesítményben és kivitelben vezérlőt, de ha az áraik elkedvetlenítettek, akkor ezen az oldalon megtudhatod, hogyan építhetsz magad is egy motorvezérlő áramkört. Egy kereskedelemben kapható átlagos villanymotor vezérlő a következő 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 vezérlő teljesítmény fokozatát az esetlegesen túl nagy áramoktól. Visszatápláló üzemmód - Mikor a villanyautó lejtőn gurul, vagy mikor fékezünk, a villanymotor áramgenerátorként működik. Az így termelt áramot visszavezethetjük az akkumulátorokra, hogy a felhasznált energia egy részét pótolhassuk. Hőkapcsoló - Ha a vezérlő teljesítmény fokozatának hőmérséklete vagy a villanymotor hőmérséklete elér egy kritikus értéket, akkor a vezérlő kikapcsol. 60

61 Túlfeszültség védelem - Ha az akkumulátorok feszültsége meghaladja a megengedett felső határt, akkor azt a feszültséget leszabályozza a megengedett értékre. Mélykisülés védelem - Ha az akkumulátorok feszültsége túl alacsony értékre esik le, akkor lekapcsolja a vezérlő a motort az akkumulátorokról. Ellentétes polaritás védelem - Ha az akkumulátorokat ellentétes polaritással kapcsoljuk a vezérlőre, akkor az nem kapcsol be. Bekötés védelem - A különböző csatlakozók és dugaszaljak eltérő formájúak, ezáltal nem lehetséges azok felcserélése. Számítógépes csatlakozás - A vezérlőt egy számítógéphez csatlakoztatva a különböző funkciókat tetszés szerint programozhatjuk. A következőkben ezeket a funkciókat vizsgáljuk meg részletesebben. PWM feszültségszabályozás Mikor az egyenáramú motor közvetlenül (azaz vezérlő nélkül) kapcsolódik az akkumulátorhoz, akkor a csatlakozás pillanatában hatalmas áramokat vesz fel. Ez az áramtüske azért jön létre, mert a motor, ha azt forgatjuk, generátorként működik, s a generált feszültség egyenes arányban áll a motor sebességével. A motoron átfolyó áram erősségét az akkumulátor feszültsége és a generált feszültség közötti különbséggel szabályozhatjuk. A generált feszültséget visszaható elektromotoros erőnek (EME) nevezzük. Mikor a motor rákapcsolódik az akkumulátorra (még mindig vezérlő nélküli kapcsolatról van szó), akkor nincs visszaható EME, azaz az áramot csak az akkumulátor feszültsége, a motor ellenállása és induktivitása, valamint az akkumulátor belső ellenállása határozza meg. A motor sebességét szabályozó vezérlő használata esetén a motort tápláló feszültséget szabályozni tudjuk. Az indításkor, azaz mikor a motor sebessége nulla, a vezérlő nem fog feszültséget kapcsolni a motorra, így az áramerősség is nulla lesz. Miközben a motor sebességszabályozója növeli a feszültséget, a motor elkezd forogni. Először kicsi a motorra kapcsolt feszültség, így az áram erőssége is alacsony lesz, de ahogy a vezérlő egyre nagyobb feszültséget kapcsol a motorra, úgy növekszik az áramerősség és a motor visszaható EME-je is. Ennek eredményeként az induláskor fellépő áramtüskét megszűntettük és a gyorsítás is egyenletes lesz. A legegyszerűbb módszer az egyenáramú motorok fordulatszámának a szabályozására a vezérlő feszültségének a szabályozása: minél magasabb a feszültség értéke, annál nagyobb fordulatszámot 61

62 igyekszik elérni a motor is. Az esetek többségében azonban az egyszerű feszültségszabályozás nagyon veszteséges módszer, ezért inkább az impulzusszélesség moduláció (Pulse Width Modulation = PWM) használata a jellemző. Az alap PWM módszernél a tápforrás feszültségét kapcsolgatjuk ki/be folyamatosan, ezáltal szabályozva a motorra kapcsolt feszültséget és áramot. A motor sebességét a kikapcsolt és bekapcsolt állapotok aránya határozza meg. 1. ábra. A PWM magyarázata A PWM vezérlőknél figyelembe kell vennünk, hogy a villanymotor alacsony frekvenciás eszköz. Ennek az az oka, hogy a motor tulajdonképpen egy nagy induktivitás, ezért nem képes felvenni a nagyfrekvenciás energiát. Az alacsony frekvenciák értéke szintén egy ésszerű érték felett kell legyen. Az alacsonyabb frekvenciák ugyan jobban megfelelnek, mint a magasabbak, de a PWM módszer elveszíti a hatékonyságát a nagyon alacsony frekvenciákon. Az alacsonyabb frekvenciákon az impulzus bekapcsolási ideje hosszabb, mint a magas frekvenciákon, így a motoron elég áram tud keresztül haladni minden egyes bekapcsolt impulzusnál. A magasabb frekvenciák akkor használhatók jól, ha egy megfelelően nagy kondenzátort kötünk a motor pólusaira. Enélkül csak nagyon kis áram tudna a motor tekercsén átfolyni, ami nem lenne elegendő a munkavégzésre, ráadásul ez az áram a kikapcsolt állapotban egy ellentétes irányú áramtüskeként disszipálódik a meghajtó diódáin. A kondenzátor integrálja az impulzusokat és egy hosszabb idejű, bár alacsonyabb értékű áramimpulzust hoz létre. Ekkor visszarúgó áramtüske sincs, mert az áram nem szűnt meg. 62

63 A motor induktivitásának ismeretében meghatározhatjuk az optimális PWM frekvenciát. Próbáld meg tesztelni a motorodat egy 50 %-os kitöltési tényezőjű négyszög impulzussal és figyeld meg, hogyan csökken a nyomaték a frekvencia növekedésével. Ez a módszer segít meghatározni az optimális 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 különböző megközelítést használunk és mindkettő helyes. Az alacsony frekvenciáknál mechanikai átlagolást végzünk. Mikor a vezérlő kikapcsolja az impulzust, egy rövid idejű feszültségtüske jelenik meg, melyet a diódák kapnak el, de ezután az átmeneti idő után a motort szabadon forgatja a lendülete és tipikusan egy búgást hallhatunk. Ez a módszer rendszerint kis méretű, alacsony feszültségű motoroknál használható. A nagyfrekvenciás módszernél a motor induktivitása átlagolja az áramot. Ez hasonlít a kapcsoló üzemű tápegységekhez. A diódák sokkal kritikusabbak ebben az esetben, mivel azokon a teljes motoráram átfolyik viszonylag hosszú ideig, hacsak nem használunk ellenfázisú zárást. A nagyfrekvenciás PWM elég érzékeny a motor tulajdonságaira, azaz az induktivitására. A közepes méretű motorok khz-es vagy annál valamivel nagyobb frekvencián működnek. Az információkat innét fordítottam. A PWM feszültségszabályozásra nagyon sokféle kapcsolás létezik az analóg megoldásoktól kezdve a digitális kialakításig. Mivel a sebességszabályozást manuálisan végezzük a gázpedálra csatlakoztatott potméter segítségével, és mivel nem tervezzük a számítógépes csatlakoztatást - hiszen nem igazán van rá szükség a villanyautóban - ezért az analóg megoldást választjuk. Az egyszerűségre törekedve a PWM kapcsolást egy 555-ös időzítő IC-vel oldhatjuk meg. Ezt mutatja a következő kapcsolás. 63

64 2. ábra. Az impulzusszélesség szabályozó A kapcsolás ötletét innét vettem. A P1 potméter a gázpedálhoz kapcsolódik, ezzel szabályozzuk az impulzusok kitöltési tényezőjét és ezáltal a motor fordulatszámát. A kapcsolásban szereplő két dióda biztosítja azt, hogy az impulzusok kitöltési tényezője szinte 0 és 100 % között változtatható. Mivel az autóban lévő villanymotor közepes teljesítményű, ezért a frekvencia jelen alkatrészekkel kb és Hz közötti értékre van beállítva, A kitöltés változtatása csak kis mértékben hat vissza a frekvenciára. Ha az adott motorhoz tartózó ideális frekvencia ettől eltérne, akkor a C1 kondenzátor kapacitását kell megváltoztatni. (A C1 értékének növelésével a frekvencia csökken.) Az 555-ös IC 7. lábáról vesszük le a PWM jelet egy 1 k -os ellenálláson keresztül. Mivel ez még kis áramot ad le és a feszültség értéke se elég nagy - bár ez motorfüggő - ezért ezt a jelet fel kell erősíteni. Erre a célra MOSFET-eket és FET driver IC-ket használunk. Erről lesz szó a következő sorokban. Túláram védelem / Rövidzár védelem A nagy áramokra való tekintettel a teljesítmény erősítést MOSFET tranzisztorokkal oldjuk meg, a FET-ek meghajtására pedig olyan meghajtókat választunk, melyek rendelkeznek túláram védelemmel. Ilyen meghajtó IC pl. az IR2121. A MOSFET típusa attól függ, hogy mekkora a motor maximális feszültsége és hogy mekkora áramot kell vezérelni. Egy FET-tel nem lehet megoldani a vezérlést, mivel a szükséges áramerősség jóval meghaladja az egy tranzisztoron átengedhető áramerősség értékét. 64

65 A következő ábrán a teljesítményerősítő fokozatot láthatod. 3. ábra. A teljesítményerősítő fokozat A H k bemenetre a jel a hőkapcsolóról jön, az A be bementre pedig az akkumulátor mélykisülés elleni védelmét biztosító áramkörről. Ezekről lejjebb még szó lesz. A három darab LED diódának kettős szerepe van: Vizuálisan mutatja, hogy miért áll a motor, és Egy hárombemenetű logikai ÉS kaput alkot úgy, hogy az egyes bemenetek ne hathassanak vissza a másik két bemenetre A K pedál szerepe az, hogy mikor teljesen levesszük a lábunkat a gázpedálról, akkor a motorra jutó feszültség értéke biztosan 0 V legyen. Erre azért van szükség, mert a PWM áramkör kimenetén a P1 potméter legszélső állásában sem lesz 0 % a kitöltési tényező, hanem valamilyen nagyon kis értéket vesz fel, azaz a motorra állandóan jutna egy nagyon alacsony értékű feszültség, ami a motort lehet, hogy már nem hajtaná meg, de az akkumulátorokat egy kis értékű állandó áramfelvétellel viszonylag hamar lemerítené. A K pedál kapcsoló kikapcsolt állapotban van, mikor nyomjuk a pedált, csak akkor kapcsol be, mikor levesszük a lábunkat a pedálról. A K pedál -nak biztonsági szerepe is van, mivel ha a PWM áramkörnél ismertetett P1 potméter meghibásodik, akkor is elég csak felengednünk a lábunkat a pedálról és a motor már nem is kap táplálást. Az U m értékét a villanymotor típusa határozza meg. A T1 N-csatornás MOSFET kiválasztásakor szintén ezt az U m feszültségértéket vesszük figyelembe, annál legalább 20 %-kal nagyobb értéket kell vennünk. A következő táblázatba írd be a kiválasztott FET paramétereit. 65

66 FET típusa (neve): Max. megengedett nyitóirányú feszültség (U dss ): Max. megengedett nyitóirányú áram 45 C-on (I d ): V A 1. táblázat. A kiválasztott FET adatai A FET-ek számának meghatározásához töltsd ki az 1. táblázat adatmezőit! Az R 1 ellenállás szerepe az IR2121 vezérlő IC számára biztosítani a túláram elérésekor megjelenő jelet. A vezérlő akkor kapcsolja le a MOSFET-ről az impulzusokat, ha a CS lábon a feszültség eléri az U cs = 0,23 V-ot. Ha pl. azt szeretnénk, hogy a FET-en keresztülfolyó maximális áramerősség 45 A legyen, akkor: R 1 = U cs / I d = 0,23 V / 45 A = 0,005 = 5 m Mivel ezen az ellenálláson már nagy áramok folynak keresztül, ezért megfelelően nagy teljesítményűnek kell lennie: P R2 = U cs * I d = 0,23 V * 45 A = 10,35 W Az IR2121 IC 3. lábára kötött 1 pf-os kondenzátor határozza meg az IC kikapcsolásának sebességét túláram vagy rövidzár esetén. A D1 dióda szerepe a PWM impulzusok kikapcsolásakor keletkező feszültségtűk levágása. Nézzük meg, mitől alakulnak ki ezek a feszültségtűk. A 4. ábrán egy tekercs és egy kapcsoló van sorba kötve az akkumulátorral. 66

67 4. ábra. A villanymotor induktivitásának hatása az áram ki/be kapcsolgatásakor Mikor a kapcsolót bekapcsoljuk, az áram elkezd folyni, ami a tekercset energiával tölti fel. Mikor a kapcsolót kikapcsoljuk, akkor áram nem folyik a körben, a tekercs pedig leadja az energiáját. De ez nem ennyire egyszerű! A következő ábra azt mutatja, hogyan változik az áram és a feszültség az áramkörben. Az első függőleges piros vonalnál kapcsoljuk be a kapcsolót, aminek hatására a tekercs elkezdi felhalmozni az energiát. A második függőleges piros vonalnál kikapcsoltuk a kapcsolót. 67

68 5. ábra. Az induktivitás hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskor Mikor a kapcsoló be van kapcsolva, a tekercsen azonnal megjelenik a feszültség, de mivel a tekercsnek 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 még tovább hajtaná az áramot. Mivel azonban az elektronok nem tudnak tovább áramolni, ezért a "feltorlódott" energia feszültség formájában jelentkezik. Ez a feszültségtű egy ívet húz a kapcsoló között, így valósítva meg az elektronok áramát. Ez az ív, amellett, hogy rádiófrekvenciás zavarokat is kelt, még el is égetheti a kapcsoló érintkezőit, mivel a tekercsben felhalmozott energia hővé alakul. Ha kapcsolónak MOSFET-et használunk, akkor ív ugyan nem keletkezik, de ez a feszültségtüske meghaladhatja a FET maximálisan megengedett feszültségét és azt azonnal tönkreteheti. Ennek a hatásnak a kiküszöbölésére használjuk a tekercsel párhuzamosan kötött diódát. 6. ábra. A tekercsel párhuzamosan kötött dióda Ennek a diódának a hatására a feszültségtű nem jelenik meg, mivel a dióda kinyit és az áram a diódán keresztül visszaáramlik a tekercsbe. Ekkor tehát van egy energiával feltöltött tekercsünk és egy vele sorba kapcsolt diódánk, és ennek a két alkatrésznek adott ellenállása van. Az áram az L/R állandó által meghatározott konstans idő alatt fog lecsengeni, ahol L a tekercs induktivitása, R pedig a tekercs és a dióda ellenállása. A következő ábra az ekkor kialakuló hullámformákat szemlélteti. 68

69 7. ábra. Az induktivitás és dióda hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskor Figyeljük meg, hogy a feszültségtüske már nem jelentkezik, viszont az áramerősség sokkal lassabban csökken le nullára. Eközben viszont egy nagyon kis értékű, kb. 0,6 V-os "dudor" látható a feszültség értékénél. A 0,6 V a dióda nyitóirányú küszöbfeszültsége, mely ebben az esetben természetesen nyitva van. Érdemes észrevenni azt is, hogy ha a PWM impulzus kitöltési tényezője pl. 50 %, akkor a motoron átfolyó áram felét vesszük csak fel az akkumulátorból, mikor a FET be van kapcsolva, vagyis a motor 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 PWM impulzusok elektronikus integrálását végzi. 69

70 Mikor a MOSFET kikapcsol, akkor nem csak a motor áramát szakítja meg, hanem az akkumulátor áramát is. Az akkumulátorból jövő vezetékeknek van bizonyos induktanciája (akár csak magának az akkumulátornak is), ezért mikor az áramot megszakítjuk, akkor a vezetékek induktanciája egy feszültségtüskét eredményez. Ezeket a tűimpulzusokat hivatott elnyelni a C2 kondenzátor. Mikor a MOSFET ismét bekapcsol, akkor az akkumulátor áramának gyorsan kellene folynia, viszont az nem tud, ezért ez a kondenzátor biztosítja az áramot addig, míg az akkumulátor árama el nem éri a szükséges értéket. Azokban a vezérlőkben, amik több száz ampert is vezérelnek, a C2 kondenzátornak kemény munkát kell végeznie és ha túl hosszú ideig adja le az áramot - ez az akkumulátor vezetékének a hosszától függ - akkor ez a kondenzátor akár fel is robbanhat! Ebből egyenesen következik, hogy az akkumulátor vezetékeit a lehető legrövidebbre kell venni. Ha az akkumulátor áramát is mérni akarjuk, és erre a célra egy söntöt illesztünk a kapcsolásba, akkor azt is tudnunk kell, hogy ez a sönt és maga az árammérő műszer nagy induktivitással rendelkezik. A kondenzátorról az infókat innét vettem. Visszatápláló üzemmód A Túláram védelem témakörnél tárgyaltuk a villanymotorral párhuzamosan kötött D1 dióda szerepét (lásd itt). Ehelyett a dióda helyett azonban MOSFET-et is használhatunk. 70

71 8. ábra. Mikor a vezérlő MOSFET be van kapcsolva, az ára az akkumulátor pozitív sarkától a motoron és a FET-en keresztül folyik az akkumulátor negatív sarka felé. Ezt mutatja az "A" jelű nyíl. Mikor a vezérlő MOSFET kikapcsol, a motor árama tovább akar folyni a tekercs induktivitásának hatására. A motorral párhuzamosan kapcsolt második MOSFET szerepe megegyezik a korábban említett D1 diódáéval, azaz a motor árama ezen a MOSFET-en keresztül folyhat tovább. Nem annyira ismert tény a MOSFET-ekkel kapcsolatban, hogy mikor azok be vannak kapcsolva, akkor az áramot mind a két irányba vezetik. A vezető MOSFET valamekkora ellenállást kifejt az árammal szemben mindkét irányban, viszont a MOSFET-eken kevesebb feszültség esik, mint a közönséges diódákon, ezért a MOSFET kisebb hűtőbordát igényel és kevesebb az akkumulátor teljesítmény vesztesége. Van viszont egy másik hatása is a "kerék" MOSFET-ek használatának. Azáltal, hogy a motor árama folyamatos, egy visszaható EME jön létre a motorban, melynek nagysága arányos a fordulatszámmal. Nulla terhelésnél ez az EME egyenlő értékű lesz a vezérlő kimeneti teljesítményével. Pár sorral feljebb írtuk, hogy a MOSFET nyitott állapotban mind a két irányba vezeti az áramot. Mikor az áramerősség nulla és a vezérlő kimenetét lekapcsoltuk, akkor a motor visszaható EME-je 71

72 nagyobb, mint a vezérlő kimeneti feszültsége, így a motor az áramot a vezérlő felé visszatáplálja. Ebben az esetben a motor fékező üzemmódba vált. Ez a fajta kapcsolás - azaz mikor a felső oldal kikapcsol, az alsó oldal pedig bekapcsol és viszont - alkalmas az áram visszatöltésére. Ekkor az ellentétes irányú motoráram nyitóirányú áramként szerepel a "kerék" MOSFET szemszögéből, azaz mikor ez a MOSFET be van kapcsolva, akkor ez rövidre zárja a motor áramát, mely áram eközben növekszik. Ezt mutatja a "B" jelű nyíl. Ezután a "kerék" MOSFET bezár, így a motor árama a kinyíló meghajtó FET-en keresztül folyik, ezáltal visszatölt az akkumulátorba. Ez a plusz feszültség a motor induktivitásában tárolt energia hatására jön létre. Ez a hajtás/fékezés átkapcsolás teljesen automatikusan jön létre, anélkül, hogy ezzel külön foglalkoznunk kellene. Ez a visszatöltő fékezés - ha úgy tetszik - a vezérlő megfelelő kialakításának a mellékterméke és majdhogynem teljesen véletlen jelenség. Ezt az ismertetőt innét fordítottam. Azok szerint, akik már átalakították az autójukat villanyautóvá, a visszatáplálás hatása szinte nem is érzékelhető az egy töltéssel megtehető út hosszának növekedésében, ezért a későbbiekben nem foglalkozunk a visszatápláló üzemmóddal. A cél a minél egyszerűbb és minél olcsóbb kialakítás! Hőkapcsoló A MOSFET-eken nagy áramok folynak, ezért azokat megfelelő méretű hűtőbordákkal is el kell látni. Javasolt azonban a hűtőbordák mellett hűtőventillátor alkalmazása is, ezáltal a bordák mérete csökkenhet és jobban biztosítható a megfelelő hűtés. A ventillátort egy feszültségcsökkentő ellenálláson keresztül kapcsolhatjuk az U m tápfeszültségre, nincs szükség se fordulatszám szabályozásra, se pedig ki/be kapcsolgatásra, az állandóan járhat. Az is fontos, hogy a ventillátor a hűtőbordák felé fújja a hideg levegőt! A számítógépek tápjánál ez pont fordítva van, elszívják a meleg levegőt, ezért ott a hűtés csak zajos, de nem túl hatékony. Az is előfordulhat azonban, hogy nagy melegben vagy túlzott igénybevétel esetén így is túlmelegednek a FET tranzisztorok, ami végül is a tönkremenetelükhöz vezetne. Ezért célszerű hőkapcsolóval is ellátni a vezérlőnket. 72

73 A hőmérséklet érzékélésére használhatunk hagyományos félvezetőket - diódákat, tranzisztorokat is - de kapható direkt erre a célra kifejlesztett "hőellenállás", azaz termisztor is, amelynek az ellenállása a hőmérséklet emelkedésével csökken. Az elmélettel itt ismerkedhetsz meg. Mivel a termisztorok jelleggörbéje nem teljesen lineáris, ezért különböző ellenállású termisztorok kaphatók a különböző hőmérséklettartományokra: 10 k -os termisztor: -40 C és 25 C között 50 k -os termisztor: -3 C és 65 C között 100 k -os termisztor: 7 C és 77 C között Mivel mi azt szeretnénk, hogy kb. 45 C-nál kapcsolja le a hőkapcsoló a tápot a vezérlőről, ezért nekünk megfelel az 50 k -os és a 100 k -os termisztor is. A termisztort a hűtőbordára szerelhetjük vagy olyan más alkatrészekre, melyeknek a hőmérsékletét szeretnénk figyelni. Az is jó ötletnek tűnik, ha a villanymotorra is felszerelünk egy termisztort, így nem csak a vezérlő áramkört védjük a túlmelegedés ellen, hanem a villanymotort is. Egy egyszerű kapcsolást mutat be a következő ábra: 9. ábra. A hőkapcsoló Az R t a termisztor, aminek vegyünk 50 k -osat, ehhez a P2 potméter értéke legyen 47 k. A potmétert úgy kell beállítani, hogy a kívánt hőmérsékleten a P2-n eső feszültség megnövekedjen annyira, hogy a logikai NEM kapu bemenetén a feszültség 7 V fölé kerüljön. Ezt az értéket kísérlettel lehet meghatározni. 73

74 Túlfeszültség védelem Ez a védelem valójában szükségtelen a villanyautónál, mert pontosan meghatározott lesz az akkumulátorok száma és feszültsége, így még a teljesen új és teljesen feltöltött akkumulátoroknak se haladja meg az összesített feszültsége a vezérlő elektronika felső feszültséghatárát. Mélykisülés védelem Ez a védelem viszont már fontos, mivel ha az akkumulátorokat túlságosan lemerítjük, akkor azok nagyon hamar tönkremennek. A 12 V-os akkumulátorok megengedett legalacsonyabb feszültsége 10,5 V. Ha a feszültségük ez alá esik, akkor már nem szabad tovább használni, hanem újra kell tölteni. A teljesítményerősítő 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-eket már nem nyitja ki. Ennek ellenére nem árt egy külön erre a célra kialakított "figyelő" áramkört is beszerelnünk a vezérlőbe. Ezt legegyszerűbben egy műveleti erősítővel valósíthatjuk meg, amit komparátorként (összehasonlítóként) használunk. A következő ábra ezt a kapcsolást mutatja. 10. ábra. A mélykisülés védelem kapcsolása A kapcsolás működési elve, hogy az U m feszültséget összehasonlítjuk egy fix feszültséggel, melyet a Zener dióda biztosít. Az R2 ellenállás szerepe a Zener diódán átfolyó áram korlátozása. Mivel azt szeretnénk, hogy kb. 1 ma folyjon keresztül a diódán, ezért az R2 értéke a következő lesz: 74

75 R2 = U m / I z = 144 V / 0,001 A = = 144 k Azt, hogy pontosan hány voltnál jelenjen meg az A ki kimeneten a vezérlő jel, az R3-P3 ellenállásokkal állíthatjuk be. Az R3 szerepe az, hogy védje a műveleti erősítőt a túl magas feszültségektől, a P3 potméterrel pedig pontosan beszabályozhatjuk azt az értéket, ami alatt bekapcsol a védelem. Itt is vehetünk 1 ma-t az ellenállásokon átfolyó áramnak, s számoljunk úgy, hogy a P3 legfelső állásában max. 15 V jut az erősítő "-" bemenetére. Ekkor: P3 = U be_max / I max = 15 V / 0,001 A = = 15 k R3 = (U m -U be_max )/I max = (144 V - 15 V )/ 0,001 A R3 = = 129 k Ellentétes polaritás védelem Az akkumulátor polaritását megcserélve tönkretehetjük a vezérlőt, sőt akár az akkumulátorokat is. Ennek elkerülésére a legegyszerűbb módszer egyenirányító diódák használata. A diódák kiválasztásánál a maximális megengedett nyitóirányú feszültség és áram értékeit kell figyelembe venni. 11. ábra. Ellentétes polaritás védelem A LED dióda úgy van bekötve, hogy csak akkor világít, mikor ellentétes polaritással kötöttük be az akkumulátort. Az R4 ellenállás szerepe a LED-re jutó áram és feszültség korlátozása. Ha 1 ma-es áramerősséget akarunk átengedni a LED-en, akkor R4 értékét a következőképpen határozhatjuk meg: R4 = U mbe / I LED = 144 V / 0,001 A = = 144 k 75

76 Itt ejtünk szót a 12 V-os tápfeszültségről is. Mivel a villanyautóban használatos motorok mindegyike 12 V feletti feszültséget igényel, így az adott feszültséget le kell osztanunk a megfelelő értékre. Erre látunk egy példát a következő ábrán. 12. ábra. A 12 V-ot előállító kapcsolás Az R5 szerepe az Um feszültség lecsökkentése kb. 15 V-ra, s ezt a 15 V-ot stabilizálja 12 V-on a 7812-es stabilizátor IC. Az IC szerepe az, hogy jobban leválassza a kisfeszültségű áramköröket a villanymotor okozta feszültség ingadozásoktól. Mivel a 12 V-os áramköri elemek maximum kb. 0,1 A-t vesznek fel, ezért az R5 ellenállás értéke a következők szerint határozható meg: R5 = (U m - 15 V)/0,1 A = (144 V - 15 V)/0,1 A = 1290 P R5 = (U m - 15 V)*0,1 A = (144 V - 15 V)*0,1 A = 12,9 W Bekötés védelem A különböző csatlakozók és dugaszaljak legyenek eltérő formájúak, ezáltal nem lehetséges azok felcserélése. Számítógépes csatlakozás Mivel a vezérlőt a villanyautó motorjának a sebességszabályozására használjuk, és ezt a sebességszabályozást manuálisan, a gázpedálra erősített potméterrel végezzük, ezért ez a funkció számunkra felesleges. 76

77 A teljes kapcsolási rajz A fenti ismertető után nézzük meg, hogy néz ki a teljes kapcsolási rajz. 13. ábra. A vezérlő kapcsolási rajza A kapcsolási rajzon van néhány alkatrész, aminek a pontos értéke nincs meghatározva, hiszen ez a kiválasztott motor paramétereitől függ. A következő oldalon az akkumulátorok kiválasztásáról és méretezéséről lesz szó. 77

78 78

79 Az akkumulátorok kiválasztása és méretezése Az akkumulátorok típusa fontos szempont számunkra, hiszen ez dönti el, hogy egy töltéssel hány km-t tudunk megtenni a villanyautónkkal. A hagyományos autóakkumulátorokat olyan céllal tervezték, hogy indításkor nagyon nagy áramokat lehessen levenni róluk, utána pedig az autó generátora tölti vissza menet közben az indításkor elhasznált energiát. Ezek az akkumulátorok nem hosszabb távú használatra lettek kitalálva. Ha viszont a töltést csak a feléig vesszük le az akkumulátorról, akkor esetleg ezek az akkumulátorok is használhatók a villanyautóban. Az igazán megfelelő akkumulátorok a mélykisülésű akkumulátorok, melyek ugyan nem teszik lehetővé még rövid ideig sem a nagyon nagy áramfelvételeket, viszont le tudják adni gyorsításkor vagy emelkedőn a kivehető áramerősség másfélszeresét és hosszútávon biztosítják a megfelelő áramerősséget. Ez a fajta akkumulátor nem károsodik akkor sem, ha szinte teljesen kisütjük, innét az elnevezés: "mélykisülésű". Azt is érdemes figyelembe venni, hogy az egy töltéssel megtehető idő meghatározásakor azt az időt vesszük figyelembe, mikor a villanymotor forog. Viszont a belsőégésű motoroktól eltérően nincs alapjárati fordulatszám, tehát a megtehető időbe nem kell beleszámolni pl. a lámpáknál való várakozás idejét. Ezért elegendő általában egy teljes napra egy töltés energiája, hiszen a ténylegesen felhasznált időnél csak a haladást kell számításba venni. Ha a bevásárló központ mondjuk 10 percre van autóval a lakhelyedtől, de ebből a 10 percből 6 perc a lámpáknál való várakozással telik, akkor valójában csak 4 percet kell számolnod a motoridőre. 79

80 Ingyenenergia a házunkban Bevezető Álmodoztál már arról, hogy milyen jó lenne, ha nem kellene fizetned a lakásod vagy házad rezsijéért egy fillért se? Biztos vagyok benne, hogy igen! A most következő oldalakon azt tudhatod meg, hogyan lehet ezt megvalósítanod a jelenlegi technikai eszközöket felhasználva. A megoldás az Ingyenenergia használata. Először megvizsgáljuk, hogy milyen fogyasztók vannak egy hétköznapi házban, mennyi energia szükséges azok táplálására, majd kielemezzük az Ingyenenergia különböző formáinak (pl. a napenergiának, a szélenergiának, a Föld hőjének és elektromosságának stb.) az alkalmazási lehetőségeit. Konkrét számításokat és terveket fogsz olvasni, amiket felhasználva Te is élvezheted az Ingyenenergia nyújtotta szabadságot. Pénzt csak egyszer kell költened - a berendezések megépítésére - utána azonban nyugodtan elfelejtheted a számlákat. Ha azt gondolod, hogy ez lehetetlen, akkor csak olvasd végig a következő oldalakat és meglátod, hogy így is lehet élni! Jelenleg a következő energiahordozókért fizetünk minden hónapban: az elektromosságért, a gázért, vízért és fűtésért. Fizetünk csatornadíjat is, de bemutatok majd olyan víztisztító eljárásokat is, melyek amellett, hogy mentesítenek a csatornadíjtól még a környezetünk szennyezését is kiküszöböli. A gázzal a gáztűzhelyet működtetik és sok helyen ezzel oldották meg a vízmelegítést és a fűtést is. Mi villanytűzhelyet fogunk alkalmazni, fűtésre és vízmelegítésre pedig a különböző egyébb módszereket használunk. Ezzel a gázt ki is kapcsolhatjuk és mivel a fűtést se gázzal vagy elektromos árammal oldjuk meg, így jelentősen lecsökkenthetjük az elektromos fogyasztók által felvett teljesítményt is. Elsőként az elektromos fogyasztókkal és azok lehetséges táplálásával foglalkozunk, elmondjuk, hogyan lehet kihasználni a Föld elektromosságát, a napenergiát és a szélenergiát. Utána a fűtés és melegvízellátást tárgyaljuk, bemutatva, hogy hogyan használhatjuk ki a Föld melegét és a napfényt 80

81 de eddig kevésbé ismert módszerekről is szó fog esni. Végül a víz kérdésével fogunk foglalkozni, annak ingyenes beszerzésével és tisztításával, ismét csak a Földet használva. A házunk elektromos energiaellátása Bevezető Első látásra talán úgy tűnik, hogy egy teljes háztartás energiaellátását nem lehet házi körülmények között megoldani, mivel azok rengeteg energiát igényelnek. Az elkövetkező oldalakon ezt a tévhitet szeretném eloszlatni. Az itt javasolt energiaellátó rendszert (legalábbis annak bizonyos formáit) bárhol alkalmazhatod: lakásban, házban, nyaralóban, sőt akár hajón is. A következő ábrán ennek a rendszernek a felépítését láthatod. 1.ábra. A háztartásunk energiaellátó rendszere 81

82 Mint az ábrán is látható, a különböző 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 egyenfeszültségű energiát 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 a nap, nem fúj mindig a szél, így az energiát valahol tárulnunk kell ezekben a szünetekben is. De van egy másik oka is: a fogyasztók koránt sem egyenletesen veszik fel a működésükhöz szükséges energiát és nagy részük csak időlegesen működik, amit aztán kikapcsolt állapot követ. Ha az akkumulátor töltésére felhasznált energiaforrásunkat úgy kéne tervezni, hogy az a csúcsidőkben felvett energiát biztosítsa állandóan, akkor az feleslegesen nagy helyet foglalna el, nem is beszélve a horribilis belekerülési költségekről. A következő oldalakon egyenként kielemezzük az egyes részegységeket. Elsőként a háztartásunkban használt fogyasztóinkat vizsgáljuk meg, kiszámoljuk, mennyi energiát fogyasztanak, kielemezzük a csúcsidőkben felvett energia mennyiségét és a lehetséges takarékossági módszereket. Ezt követően az inverterekkel ismerkedünk meg és arra is láthatsz javaslatot, hogyan tudod Te magad is azt megépíteni, majd a napenergia, szélenergia és a Föld energiáinak a kiaknázásáról olvashatsz és azok lehetséges egyéni vagy kombinált felhasználásáról. Mindenhol konkrét számításokat végezhetsz az egyedi igényeidnek megfelelően, mely számításokat a számítógéped meg is jegyzi, így azokhoz mindig visszatérhetsz és bármikor meg is változtathatod azokat. A lehetséges energiaforrások sora nem merül ki a napenergia, szélenergia és a Föld elektromos energiájának a kiaknázásával. Számos olyan készülék van, mely közvetlenül a nullpontenergiát vagy a mágnesekben tárolt energiát hasznosítja. Hogy csak egyet említsek, ott van a M.E.G (Mozdulatlan Elektromágneses Generátor), de ezek a készülékek külön témaként vannak feldolgozva a weblapomon, mivel egyetlen oldalon nem lehet kitárgyalni a működési elvüket és a megépítésük leírását. NullPontEnergia, avagy az éter Az ingyenenergia-eszközök mindegyike ugyanazt teszi. Valamilyen módon kinyeri a bennünket körülvevő nullpontenergia [NPE] vagy más néven éter egy részét, méghozzá úgy, hogy a kinyerésre használt energia kisebb, mint a kinyert energia. Az energiakülönbözet adja az "ingyenenergiát". Ezen az oldalon arról olvashatsz, hogy mi is az a nullpontenergia. 82

83 "Olyan bámulatosak ezek a tények, hogy úgy tűnik, maga a Teremtő elektromosnak tervezte meg ezt a bolygót." Nikola Tesla, Electrical World and Engineer, 1905 január 7 A fizikusok már régen felismerték, hogy egy energiaóceánban létezünk. Az elektromágneses nullpontenergia jelenlétét egy dán fizikus, M. J. Sparnaay fedezte fel elsőként, miközben Hendrick B. G. Casimir 1948-ban megkezdett kísérleteit folytatta. Ezek a kísérletek egy erő jelenlétét mutatták ki, mely két elektrosztatikusan nem feltöltött lemez között volt megfigyelhető. Ez az erő a vákuumban lévő lemezek körül folyó elektromágneses energia formájában jelent meg. Sparnaay felfedezte, hogy a lemezekre ható erő nem csak termálenergia (hő) formájában jelenik meg, 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 hőmérsékleten (mínusz 273 C) is. Ezért nevezzük ezt az energiát nullpontenergiának, mivel az abszolút nullfokra lehűtött anyag esetén is megmarad ez az energia. Az NPE jelen van a vákuumban, homogén (egységes) és izotróp (minden irányban egyenlő) valamint mindenütt megtalálható. Egy adott frekvenciájú energia intenzitása a frekvencia köbével arányos. Következésképpen a frekvencia növekedésével az energia a végtelenségig növekedhet. Az NPE bevezetésével az abszolút nullafokos hőmérsékletű vákuum már nem jelenti az elektromágneses energia megszűnését. 83

84 Az NPE azon tulajdonságai, hogy látszólag végtelen az energiasűrűsége és a tér minden pontjában jelen van, nagyon vonzó energiaforrássá teszi azt számunkra. Ugyanakkor mivel ezek a nagy energiasűrűségek csak nagyon magas frekvenciákon léteznek és mivel a jelenleg létező technológiai eszközök csak alacsonyabb frekvenciákon működnek hatékonyan, ezért ennek az energiának a megcsapolása lehetetlen a hagyományos technikai eszközökkel. Ez az oka annak, hogy még nem látjuk ezt az energiát a mai társadalmainkban. Legalábbis mostanáig nem láttuk... Ennek az energiának a megcsapolására egy olyan antennát vagy vevőt kell konstruálnunk, mely ezeken a különösen magas frekvenciákon is működik. Ez az energia igencsak intenzív. A Nóbeldíjas Richard Feynman és Einstein egyik pártfogoltja, John Wheeler kiszámolták, hogy egy kávéscsésze térfogatú energia több mint elegendő a világ összes óceánjának az elpárologtatására! Andre Sakharov orosz fizikus véleménye szerint minden anyag energiatengerben úszik. A modern fizikusok szerint a csillagok és az anyagot alkotó részecskék közötti űr fluktuáló energiával van feltöltve. A világ számos pontján végzett kutatások sok anomáliát tártak fel, melyek okát az NPE jelenlétével magyarázzák. Azt is gyakran hallhatjuk, hogy az NPE megcsapolási módjának a 84

85 felfedezése az Univerzum egyesített mező elméletének a kulcsa. Más szavakkal mondva, a tudomány jelenlegi értelmezése egy nagy kirakójáték, melyből egy hatalmas darab hiányzik. Talán az NPE ez a hiányzó darab, amely egy "Új Tudomány" eljövetelének a hírnöke. Ezt a szöveget innét fordítottam le. A következőkben Dr. Jay Garrett írását olvashatod el, melyben az NPE veszélyeiről van szó. Mit csinál az NPE? Az univerzális NPE mező olyan, mint egy teljesen nyugodt tó felszíne. Nincs rajta mozgás. Az egész csak egy felület. Ha viszont valami keresztülhatol a víz felszínén, akkor az megtöri azt és hullámokat hoz létre. A hullám felső része vízből van, akárcsak az alsó. Hasonló módon, az anyag NPE-ból áll, csak ez egy jóval összetettebb forma. Az NPE olyan energia, amely abszolút nem vibrál. Az energia bizonyos vibrációját fotonnak hívjuk. A még több vibrációval rendelkező energiát quarkoknak nevezzük. A még több vibrációval rendelkező energiát elektronnak, protonnak és neutronnak hívjuk. A még több vibrációval rendelkező energiát pedig atomnak, molekulának és szilárd anyagnak hívjuk. A magas vibrációs szinten működő lokalizált energiának, mint például az anyagnak ugyanakkor egy bizonyosfajta energia-bemenetre vagy "nyomásra" van szüksége ahhoz, hogy ne folyjon szét. A tudósok ezt a "gravitációs", "kovalens" és "ionos" kötésekkel, "erős" és "gyenge" nukleáris erőkkel és elektronpályákkal magyarázzák. Ugyanakkor ez mind csak az eredménye az univerzális NPE mező teljes "folyadéknyomásának". Az univerzális NPE mező teljes energiáinak összege pont annyi, ami ahhoz kell, hogy összetartsa a fotonokat, elektronokat, atomokat, bolygókat és naprendszereket. Ez a mező hozza létre a gravitációt, a centripetális és centrifugális erőket, a tehetetlenséget, a súrlódást és azokat a kedves kis molekuláris kötéseket, amik annyi örömet okoznak a kémikusoknak. A teljes univerzum energiából áll. Hogy pontosabbak legyünk: nullpontenergiából. Hogyan hozza létre az NPE mindezt? Mindenek előtt a "szilárd anyag" nem szilárd. Az elektronfelhők és az atommag közötti távolság olyan nagy, mint a Nap és a Plútó közötti távolság, csak jóval kisebb léptékben. Tehát a "szilárd 85

86 anyag" főként űr. Az pedig, ami "szilárd anyag", csak az NPE összetett vibrációja, melyet az univerzális NPE mező tart össze. Ez azt is jelenti, hogy az anyagnak tartott NPE legnagyobb része keresztülhatolva az "anyagon" nem is hat arra. Ugyanakkor az a rendkívül jelentéktelen mennyiségű NPE, ami kapcsolatba lép vele, elegendő ahhoz, hogy az atomokat és molekulákat összetartsa, hogy az embereket a Föld felszínén tartsa és a bolygókat összetartsa, így hozva létre Kepler bolygótörvényeit. Képzelnéd el azt, hogy az óceán alján vagy. Elképzelhetetlenül nagy nyomás nehezedik rád minden irányból, kivéve alólad. Most pedig azt képzeld el, hogy az egész univerzum egy nagy óceán, amely téged a Földhöz nyom. Gigantikus nyomás nehezedik rád minden irányból, ugyanakkor kisebb a nyomás a Földből a talpadon keresztüláramló irányból. Ez alkotja azt a negatív össz nyomást, ami téged a Földön tart. A nullpontenergia ehhez hasonlítható. Az NPE sugárzás nagyon kis százaléka ütődik az egyes részecskékhez, 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 mező tartja össze az anyagot, igaz? Természetesen igaz! Az is igaz, hogy sok NPE kísérlet a bennünket körülvevő NPE mező manipulálásával foglalkozik. Részecske turbulencia, Plazma turbulencia, magas szintű részecske rezegtetés... Az NPE az, ami összetartja az anyagot annak bármely szintjén. Ha egy részecskének nincs 100%-os NPE kisugárzása, akkor az nem 100%-osan integrált, más szóval dezintegrált. Pons és Fleishmann részecske rezegtetéssel kísérleteztek az elektrolizáló készülékükben. A paladiumból készült katód kristályszerkezete nagyszerű hely volt a részecskék rezegtetésére. Amint ezek a részecskék elkezdtek rezegni, tiszta energiává dezintegrálódtak és részeseivé váltak az NPE energiafolyamnak. Minél nagyobb a rezgés, minél nagyobbak a megrezegtetett részecskék, és minél nagyobb a rezgés sebessége, annál több részecskét alakítunk ismét az NPE folyam részéve, azaz tiszta energiává. Így jutunk hozzá az "Ingyenenergiához". 86

87 De akkor mi a probléma? A nullpontenergia határozza meg a fizika összes törvényét. A gravitációt, az elektromágneses és nukleáris erőket, sőt még az időt is. Semmilyen mértékű reakció során sem lehet úgy manipulálni az NPE mezőt az ingyenenergia kinyerésére anélkül, hogy ne torzítanánk el a gravitációs mezőt. Minél nagyobb az NPE torzulás, annál nagyobb a gravitációs torzulás is. James Redfield írt egy nagyszerű könyvet azon gépek pusztító hatásairól, melyek hatalmas mennyiségű NPE manipulációkat idéznek elő. A "The Tenth Insight" (A tizedik betekintés) című könyvben egy olyan gépről volt szó, melyet arra terveztek, hogy annyi energiát hozzon létre a "vákuumból", amennyi az ország teljes területét ellátná energiával, s mindezt egyetlen erőműben. Ugyanakkor a gravitációs és ideiglenes torzítások növekedtek, amint növelni próbálták az előállított energia mennyiségét. Akármivel is próbálkoztak, nem tudták kiküszöbölni a gravitációs és ideiglenes torzításokat. Pontosan ez a veszélye az ingyenenergia készülékeknek. Ha túl erőteljes a készülék, a gravitációs torzítások akkorák lesznek, hogy a Föld és a Hold között fennálló érzékeny gravitációs egyensúly felborul és a Holdat felénk fogja húzni. Vagy az óceánokat fogja a városaink felett áthúzni. Esetleg szétrombolhatja a kontinenseket. Sőt még az is lehetséges, hogy kihúz bennünket a jelenlegi pályánkról, ami más bolygókkal való összeütközéshez vezethet. A probléma az, hogy senki se tudja, mennyi az a túl sok. De addig, amíg néhány társaság monopolizálni próbálja a technológiákat és az NPE-t a jelenlegi "központi energiaellátó" módszerrel akarja felhasználni, addig a Föld, az emberiség és a Naprendszerünk állandó veszélyben van. Ugyanakkor az NPE tökéletesen biztonságos, ha nem akarsz egyetlen háznál többet ellátni energiával. Kis méretű személyes generátorral az összes szükséges energiát elő tudjuk állítani úgy, 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 a családtagjaidat, hogy olvassák el ezt az oldalt. Ha tudod, hogy valaki NPE projekteken dolgozik, 87

88 kérd meg, hogy olvassa el ezt az oldalt. Tartsd észben, hogy minden ingyenenergia készülék az NPE-t manipulálja. A "Nukleáris Korszak" csak séta volt a parkban ahhoz képest, amivel most nézünk szembe. Megjegyzés: Két magyarázatot olvashattál a nullpontenergiáról. Az egyikben azt látjuk, hogy az NPE igen magas frekvenciájú energia, a másik pedig azt teljesen mozdulatlan energiának írja le. Ez azt 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 biztonságosan használni, ezért a Fénykapu oldalain csak ilyen készülékekkel találkozhatsz. De ha belegondolunk, a jelenlegi vízierőművek is igen jelentős károkat okoztak a természetben, nem is beszélve az atomerőművekről. Ha valaki(k) valóban monopolizálni akarják az NPE technikákat, akkor a fentebb említett veszélyek mellett még a jelenlegi rabságunk sem változna meg. Ugyanúgy kéne továbbra is fizetnünk a villanyszámlát, gázszámlát, fűtési díjat, vízdíjat stb. A weblapomon javasolt eszközökkel pont ezt szeretném megszűntetni. Utolsó frissítés dátuma: 2004 június

89 A Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor Bevezető A Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor (M.E.G.) onnét kapta a nevét, hogy az energiát mozgó alkatrészek nélkül állítja elő. A készülék maga egy közönséges transzformátorra hasonlít, annyi különbséggel, hogy itt két primer és két szekunder tekercs van a vasmagon. A M.E.G. hatásfoka azonban messze meghaladja a hagyományos transzformátorok %-os hatásfokát. A következő oldalon ismertetésre kerülő szabadalomban a hatásfok % körül van, de a bemeneti feszültség további növelésével ez az érték még tovább növekszik. Mivel a készülék hatásfoka meghaladja a 100 %-ot, ezért csak az indításhoz kell külső tápforrást használni. Amint azonban az indukció folyamata beindult, a külső tápra már nincs többé szükség. Ezt a nagyszerű hatásfokot azáltal lehet elérni, hogy a primer tekercsekben folyó áram csak annyi ideig folyik, amennyi a mágneses fluxus megváltoztatásához kell, a fluxus változása viszont több áramot, így nagyobb teljesítményt indukál a kimeneti tekercsekben. Ezen kívül az állandó mágnes energiája is hozzájárul a 100 %-nál nagyobb hatásfok eléréséhez. A következő oldalakon először a szabadalommal ismerkedhetsz meg, majd Naudin készülékéről és a terhelő ellenállások "előkezeléséről" olvashatsz egy ismertetőt, végül pedig az eddig elvégzett kísérleteket tekintheted meg. M.E.G. szabadalom Ez a szabadalom Thomas E. Bearden, Stephen L. Patrick, James C. Hayes, Kenneth D. Moore és James L. Kenny készülékét ismerteti. A szabadalmat 2002 március 26.-án jegyezték be az Amerikai Szabadalmi hivatalban US 6,362,718 Bl számon. 89

90 Rövid ismertetés Ez az elektromágneses generátor, mely nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, egy állandó mágnesből és egy mágneses magból áll, mely mag az első és második mágneses áramot tartalmazza. Az első bemeneti és kimeneti tekercs az első mágneses áram körül, míg a második bemeneti és kimeneti tekercs a második mágneses áram körül található. A bemeneti tekercsek váltakozva pulzálnak, ezáltal biztosítva az indukált áramot a kimeneti tekercsekben. Az első tekercsekbe bevezetett áram csökkenti az állandó mágnes fluxusát. Az elektromágneses generátor egy másik megvalósításában a mágneses mag gyűrű alakú és a térben egymástól elválasztott lemezekből áll, ahol távtartók és állandó mágnesek egymást váltogatva helyezkednek el a lemezek között. Egy kimeneti tekercs található minden egyes távtartó körül. A bemeneti tekercsek a lemezek egy-egy része körül találhatóak és pulzáló áram folyik rajtuk keresztül, ezáltal biztosítva az indukciós áramot a kimeneti tekercsekben. 1. ábra. A M.E.G. első verziójának felépítése A találmány részletes ismertetése Az 1. ábrán látható a M.E.G. első verziójának felépítése. Az elektromágneses generátor (10) egy állandó mágnesből (12) áll, mely a mágneses fluxus bemeneti áramát biztosítja, mely a mágnes északi pólusából (14) indul ki és a mágneses magon (16) keresztül halad tovább. A mágneses magon (16) keresztülfolyó mágneses mező egy jobb irányú (18) és egy bal irányú mágneses mezőt (20) hoz létre. Mind a kettő a mágnes (12) északi (14) és déli pólusa (22) között áramlik. 90

91 Az elektromágneses generátort (10) egy kapcsoló és vezérlő áramkör (24) hajtja meg, mely váltakozva hol a jobboldali (26), hol pedig a baloldali (28) bemeneti tekercsbe vezet elektromos áramot. Ezek a bemeneti tekercsek (26 és 28) a mágneses mag (16) egy részé körül helyezkednek el. A jobboldali bemeneti tekercs (26) a jobboldali mágneses mező (18) egy részét, míg a baloldali bemeneti tekercs (28) a baloldali mágneses mező (20) egy részét veszi körül. A jobboldali kimeneti tekercs (29) szintén körülveszi a jobboldali mágneses mező (18) egy részét, míg a baloldali kimeneti tekercs (30) a baloldali mágneses mező (20) egy részét veszi körül. A kapcsoló és vezérlő áramkör (24), valamint a bemeneti tekercsek (26 és 28) úgy vannak elhelyezve, hogy amikor a jobboldali bemeneti tekercs (26) energizálva van, a tekercs északi mágneses 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 északi mágneses pólus a tekercs jobb oldalán (32) van jelen, mely szintén az állandó mágnes (12) északi pólusához (14) van legközelebb. Ennek köszönhetően, mikor a jobboldali bemeneti tekercs (26) van mágnesezve, az az állandó mágnes (12) mágneses fluxusát a jobboldali bemeneti tekercsen (26) löki keresztül. Ugyanígy, mikor a baloldali bemeneti tekercs (28) van mágnesezve, az az állandó mágnes (12) mágneses fluxusát 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 azt eredményezi, hogy ennek a fluxusnak legalább egy kis része a baloldali mágneses folyamba (20) transzformálódik át. Másrészt viszont, a baloldali bemeneti tekercsen (28) átfolyó elektromos áram az állandó mágnes (12) által létrehozott baloldali mágneses folyam (20) fluxusával ellentétes irányú, mely azt eredményezi, hogy ennek a fluxusnak legalább egy kis része a jobboldali mágneses folyamba (18) transzformálódik át. Míg az 1. ábrán bemutatott példában a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes (12) északi oldalán helyezkednek el, az is egyértelmű, hogy a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes (12) déli pólusán is elhelyezkedhetnek. Ekkor viszont a bemeneti tekercsek energizálása ellentétes pólusú kell legyen. Általánosságban szólva, a bemeneti tekercsek (26 és 28) az állandó mágnes (12) bármely oldalán elhelyezkedhetnek, csak az a lényeg, hogy a tekercsekben keletkező mágneses mező az állandó mágnes (12) fluxusának egy részét a másik bemeneti tekercs által körülvett mágneses mezőbe transzformálja át. 91

92 Jelen találmányban a bemeneti tekercseken (26 és 28) átfolyó áram soha nem ér el olyan magas értéket, hogy a mágneses mag (16) telítődjön. A mágneses mag (16) telítődése azt jelenti, hogy a bemeneti áram részleges növelése nem okoz az áramváltozásnak megfelelő mágneses fluxusváltozást. Ez a bemeneti teljesítmény veszteségéhez vezetne. Az elektromágneses generátornál (10) a bemeneti tekercsek (26 és 28) között kapcsolgatott áram nem kell, hogy megállítsa az egyik mágneses folyamot (18 vagy 20), míg a másik mágneses folyamot irányítjuk. Az elektromágneses generátor (10) a fluxus mintájának változtatásával működik, így nem szükséges a fluxust teljesen átkapcsolni az egyik oldalról a másikra. A kísérletek megmutatták, hogy ez a kialakítás előnyösebb a bemeneti tekercsek (26,28) által a kimeneti tekercsekben (29,30) generált elektromos teljesítmény hatásfokának szempontjából. A jobboldali kimeneti tekercs (29) elektromosan össze van kötve egy egyenirányítóval és szűrővel (33), mely egy potméterrel (35) megvalósított szabályozón (34) keresztül juttatja a kimeneti teljesítményt a terhelésre (126). A lineáris szabályozó (34) kimenete az érzékelő és kapcsoló áramkör (36) bemeneti jeleként is szolgál. Az érzékelő és kapcsoló áramkör (36) az induláskor összekapcsolja a kapcsoló és vezérlő áramkört (24) egy külső tápforrással (38), pl. egy indító akkumulátorral. Miután az elektromágneses generátor megfelelő módon beindult, az érzékelő és kapcsoló áramkör (36) érzékeli, hogy a szabályozó (34) által beállított feszültség elérte a kellő szintet, így a kapcsoló és vezérlő áramkör (24) táplálását átkapcsolja a külső tápforrásról (38) a szabályozó (34) kimenetére. Miután az átkapcsolás megtörtént, az elektromágneses generátor (10) külső tápforrás nélkül folytatja a működését. A baloldali kimeneti tekercs (30) elektromosan össze van kötve egy egyenirányítóval és szűrővel (40), mely egy potméterrel (43) megvalósított szabályozón (42) keresztül juttatja a kimeneti teljesítményt a terhelésre (44). 92

93 2. ábra. A kapcsoló és vezérlő áramkör (24) első verziójának sematikus működési elve Az oszcillátor (50) biztosítja a flip-flop (54) órajelét (lásd a 2.ábrát). A flip-flop (54) Q és Q' kimenetei 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 jelen találmánynál a tekercseken (26 és 28) alkalmazott feszültséget (V), mely a FET-eken (60 és 62) keresztül jut rájuk, az érzékelő és kapcsoló áramkör (36) vezérli. 3. ábra. A 2. ábrán ismertetett meghajtók bemenetére érkező impulzusok A 3. ábrán a 2. ábrán ismertetett meghajtók és FET-ek (60 és 62) bemenetére érkező impulzusok láthatók. Míg az egyik FET (60) bemenetére érkező vezérlőjel a 64-es számmal van jelölve, addig a másik FET (62) bemenetére érkező vezérlőjel a 66-ossal. Mind a két bemeneti tekercs (26 és 28) pozitív feszültséggel van meghajtva. 93

94 4. ábra. a kapcsoló és vezérlő áramkör (24) második verziójának sematikus működési elve A 4. ábra a kapcsoló és vezérlő áramkör (24) második verziójának sematikus működési elvét mutatja be. Ebben a verzióban egy oszcillátor (70) hajtja meg a flip-flopot (72). A flip-flop (72) Q és Q' kimenetei egy-egy időzítőre (74 és 76) kapcsolódnak. Az időzítők (74 és 76) kimenetei egyegy meghajtón (78 és 80) keresztül a FET-ekre (82 és 84) jutnak, így a bemeneti tekercsekre (26 és 28) felváltva jutnak azok az impulzusok, melyek ideje rövidebb, mint a flip-flop (72) Q és Q' kimenetein megjelenő impulzusok szélessége. 5. ábra. A 4. ábrán ismertetett meghajtók bemenetére érkező impulzusok Az 5. ábrán a 4. ábrán ismertetett meghajtók és FET-ek (82 és 84) bemenetére érkező impulzusok láthatók. Míg az egyik FET (82) bemenetére érkező vezérlőjel a 86-es számmal van jelölve, addig a másik FET (84) bemenetére érkező vezérlőjel a 88-assal. Az 1. ábrán bemutatott példában, a jobboldali kimeneti tekercsben (29) csak akkor generálódik a teljesítmény, mikor a jobboldali mágneses folyam (18) fluxusa változik. Ehhez hasonlóan, a 94

95 baloldali kimeneti tekercsben (30) is csak akkor generálódik a teljesítmény, mikor a baloldali mágneses folyam (20) fluxusa változik. Ezért kívánatos meghatározni, hogy egy adott elektromágneses generátor esetén milyen impulzusszélesség biztosítja a gyakorlatilag leggyorsabb mágneses fluxusváltozást. Ezt az impulzusszélességet a 2. ábrán bemutatott oszcillátor (50) frekvenciájának változtatásával érhetjük el, amikor is a 3. ábrán bemutatott impulzusformákat kapjuk. Másik megoldásként az 5. ábrán bemutatott kapcsolás időzítőinek (74 és 76) a beállítását módosíthatjuk alacsonyabb oszcillációs frekvencián. Ebben az esetben a bemeneti tekercsek nincsenek megterhelve a szükségesnél hosszabb ideig. Mikor akármelyik bemeneti tekercsen több ideig folyik áram, mint amennyi ideig az szükséges a mágneses fluxusváltozás előidézéséhez, akkor az teljesítményveszteséget idéz elő, mely teljesítmény a bemeneti tekercsek melegítésére fordítódik, nem pedig a kimeneti tekercsekben indukált teljesítmény növelésére. Számos kísérlet lett levezetve az 1. ábrán bemutatott elektromágneses generátor működőképességének meghatározására, azaz hogy elegendő teljesítmény generálódik-e a kapcsoló és vezérlőáramkör által vezérelt bemeneti tekercsek (26 és 28) és egy külső terhelés (44) meghajtására. Az ezekben a kísérletekben alkalmazott kialakítás a következő volt: A bemeneti tekercsek (26 és 28) menetszáma 40 volt 18 gauge-os (1,22 mm átmérőjű) rézvezetékkel. A kimeneti tekercsek (29 és 30) menetszáma 450 volt 18 gauge-os (1,22 mm átmérőjű) 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 félből ált, melyek a 92. jelű 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

96 A bemeneti tekercsek (26 és 28) 87,5 khz-es oszcillátor-frekvenciával lettek meghajtva. Méréseink szerint 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 idejű, 11,45 mikrosekundumos impulzusok jutottak. A kikapcsolási idő szintén 11,45 mikrosekundum volt. A 6a.-6h ábrák az impulzusok grafikus ábrázolásai, melyek egyidejűleg jelentek meg az 1. ábrán és 2. ábrán bemutatott elektromágneses generátornál, mikor a bemeneti feszültség 75 V. A 6a. ábra a FET (60) vezérlőjeleit (100) mutatja, mely a jobboldali bemeneti tekercset (26) hajtja meg. 6a. ábra. A jobboldali FET (60) vezérlőjelei A 6b. ábra a másik FET (62) vezérlőjeleit (102) mutatja, mely a baloldali bemeneti tekercset (28) hajtja meg. 6b. ábra. A baloldali FET (62) vezérlőjelei A 6c és 6d ábrák a FET-eken (60 és 62) külső tápforrásról történő táplálásakor mérhető feszültség és áramimpulzusokat mutatják be. 96

97 A 6c. ábrán a feszültségszintet (104) láthatjuk. Míg az akkumulátor névleges feszültsége 75 V volt, addig egy süllyedő átmeneti jel (106) képződik ezen a feszültségen minden alkalommal, mikor valamelyik FET (60 vagy 62) bekapcsolódik. Ennek az átmeneti jelnek a mintája az akkumulátor belső ellenállásától és a mágneses generátor jellemzőitől függ. 6c. ábra. A bemeneti tekercsek feszültségszintje akkumulátoros tápforrás esetén A 6d. ábrán a FET-eken (60 és 62) folyó áramokat (106) láthatjuk, mikor a tápforrás az akkumulátor. 6d. ábra. A FET-eken folyó áramok akkumulátoros tápforrás esetén Mivel a 104 és 106 jelek a FET-eken (60 és 62) folyó áramok hatását mutatják, ezért az átmeneti jelek csúcsai közötti időintervallum 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 baloldali kimeneti tekercs (30) kimeneti feszültségét (110) mutatja. 97

98 6e. ábra. A jobboldali kimeneti tekercs kimeneti feszültsége 6f. ábra. A baloldali kimeneti tekercs kimeneti feszültsége A 6g. ábra a jobboldali kimeneti tekercs (29) kimeneti áramát (116), míg a 6h ábra a baloldali kimeneti tekercs (30) kimeneti áramát (118) mutatja. 6g. ábra. A jobboldali kimeneti tekercs kimeneti árama 6h. ábra. A baloldali kimeneti tekercs kimeneti árama Vegyünk egy példát: a jobboldali kimeneti tekercs (29) kimeneti áramának jele (116) egy első átmeneti csúcsot (112) tartalmaz, melyet a baloldali bemeneti tekercsben (28) folyó áramimpulzus okoz azáltal, hogy a mágneses fluxust a jobboldali mágneses folyamba (18) irányítja. A második átmeneti csúcsot (114) a baloldali bemeneti tekercsben (28) folyó áram kikapcsolása és a jobboldali bemeneti tekercs (26) áramának bekapcsolása okozza. 98

99 7. ábra. A kimeneti teljesítmény a bemeneti feszültség függvényében A 7. ábra az elektromágneses generátornak (10) a bemeneti feszültség nyolc különböző, 10 V és 75 V közötti értékeinél mért kimeneti teljesítményét mutatja. Az oszcillátor frekvenciája 87,5 khz-re volt beállítva. A mérőpontokat a 120-szal jelölt pontok mutatják, míg a 122 jelű görbe a többtagú regressziós elemzés alapján lett megrajzolva. 8. ábra. A hatásfok a bemeneti feszültség függvényében A 8. ábra a kimeneti és bemeneti teljesítmények alapján számolt hatásfokot mutatja a 7. ábrán jelzett mérőpontokban. Minden egyes mérőpontnál a kimeneti teljesítmény jelentősen meghaladta a bemeneti teljesítményt. A teljesítményértékek a feszültségek és áramok alapján lettek kiszámolva 99

100 minden egyes mérőpontnál, több mérési eredményt átlagolva. A mérések egy Textronic THS730 digitális oszcilloszkóp segítségével lettek elvégezve. Amíg az elektromágneses generátor (10) sokkal magasabb feszültség és áram mellett is működött telítődés nélkül, a bemeneti feszültség le lett korlátozva 75 V-ra a kapcsolóáramkör feszültséghatára miatt. Akik a jelen "művészeti ágban" jártasak, azok tudják, hogy vannak olyan alkatrészek, melyek jóval magasabb kapcsolófeszültséggel is tudnak dolgozni. A kísérletek során mért adatok alapján lett kikövetkeztetve, hogy 100 V bemeneti feszültség és 140 ma bemeneti áram mellett a bemeneti teljesítmény 14 W, ami mind a két kimeneti tekercsben (29 és 30) 48 W kimeneti teljesítményt produkál 12 ma-es átlagos kimeneti áram és 4000 V-os átlagos kimeneti feszültség mellett. Ez azt jelenti, hogy mindegyik kimeneti tekercsnél (29 és 30) a hatásfok 3,44. Bár a 4000 V-os kimeneti feszültség szükséges lehet néhány alkalmazásban, a kimeneti feszültség könnyen szabályozható az elektromágneses generátor (10) felépítésének egyszerű megváltoztatásával. A kimeneti feszültség automatikusan lecsökken a kimeneti tekercsek menetszámának csökkentésével. Ha a kimeneti tekercsek menetszámát 450-ről lecsökkentjük 12-re, akkor a kimeneti feszültség leesik 106,7 V-ra, miközben a kimeneti áram 0,5 A-ra növekszik mind a két kimeneti tekercsben (29 és 30). Ezzel a módszerrel az elektromágneses generátor (10) kimeneti áramerőssége és feszültsége a kimeneti tekercsek (29 és 30) menetszámának változtatásával szabályozható, miközben a kimeneti teljesítmény nem változik jelentősen. A kimeneti teljesítményt a bemeneti áram határozza meg a mágneses fluxus változtatásának segítségével. A hatásfok minden esetben jelentősen meghaladta az 1-et (lásd a 8. ábrát), ami azt jelenti, hogy a kimeneti tekercsek (29 és 30) mindegyikében a kimeneti teljesítmény jóval nagyobb a bemeneti tekercsekre (26 és 28) vezetett teljesítménynél. Ezért az nyilvánvaló, hogy az elektromágneses generátor (10) megépíthető öntápláló módon, ahogy ezt már megtárgyaltuk az 1.ábránál. Az 1.ábrán bemutatott példában a rövididejű külső tápforrás (38) használatát leszámítva a bemeneti tekercsekre (26 és 28) a teljesítményt teljes mértékben a jobboldali kimeneti tekercsről (29) vezettük. Ha bármelyik 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 a két kimeneti tekercs (29 és 30) használható a bemeneti tekercsek által igényelt teljesítmény biztosítására, 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

101 A termodinamikai megfontolásokkal kapcsolatban szeretnénk megjegyezni, hogy míg az elektromágneses generátor (10) működik, ez egy nyílt rendszer, nem pedig egy termodinamikai egyenlőség. A rendszer az állandó mágnes mágneses fluxusának statikus energiájából merít. Mivel az elektromágneses generátor (10) öntápláló, külső energia felvétele nélkül működik, ezért a rendszer termodinamikája egy nyílt disszipáló rendszer, mely környezetének az energiáját - ebben az esetben az állandó mágnesben tárolt mágneses fluxusenergiáját - átveszi, összegyűjti majd szétszórja (disszipálja). Az elektromágneses generátor (10) folyamatos használata az állandó mágnes mágnesességének elvesztését eredményezi. Az állandó mágnes anyaga ezért lehetőleg a Föld olyan ritka elemeiből tevődjön össze, mint vas, neodium és bór, mivel az ilyen mágnesnek viszonylag hosszú ideig megmarad a mágnesessége. Jelen elektromágneses generátor ezért nem egy örökmozgó, hanem egy olyan rendszer, melyben az állandó mágnes által kisugárzott fluxust elektromos árammá alakítjuk, mely egyrészt a készüléket, másrészt pedig a rákapcsolt terhelést táplálja. Ez a nukleáris reaktorokhoz hasonlítható, ahol a tápláló anyag sugároz ki energiát, mely a láncreakciót fenntartja, ezáltal fűtve az elektromosságot generáló vizet. 9. ábra. Az elektromágneses generátor második verziójának keresztmetszete 101

102 A 9. ábrán az elektromágneses generátor (130) második verziójának keresztmetszetét láthatjuk. Ez az elektromágneses generátor (130) nagyon hasonlít az első verziójú elektromágneses generátorhoz (10), annyi különbséggel, hogy az első verzióban a mágneses mag (132) a 134. jelű vonal mentén összekötött két félből állt, melynél mind a két kimeneti tekercs (135) egy műanyag orsóra (136) lett tekercselve, még mielőtt az orsó (136) a mag (132) lábaira (137) lett volna helyezve. A 9. ábrán azt is 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) a mágneses mag (16) felső részén volt elhelyezve, miközben a kialakult mágneses mezők északi pólusai a bemeneti tekercsek (26 és 28) belső felénél (31 és 32) jelentkeztek. Ezek az északi pólusok így az állandó mágnes (12) északi pólusához (14) estek a legközelebb. A 9. ábrán bemutatott példában az első bemeneti tekercs (26) elhelyezkedése megegyezik az 1. ábrán bemutatott példával, a második bemeneti tekercs (138) viszont az állandó mágnes (12) déli pólusa (140) mellé lett helyezve. A második bemeneti tekercs (138) déli mágneses pólusa a tekercs belső 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 megvalósítás első verziója alapján készült. A 10. ábra felülnézetben, míg a 11. ábra elölnézetben mutatja a generátort. 102

103 10. ábra. Elektromágneses generátor felülnézetben (a második megvalósítás első verziója) 11. ábra. Elektromágneses generátor elölnézetben (a második megvalósítás első verziója) Az ez elektromágneses generátor (150) minden sarkán tartalmaz egy-egy kimeneti tekercset (152 és 153), valamint egy állandó mágnest (154), mely a kimeneti tekercsek között húzódik minden irányban. A mágneses mag (156) egy felső lemezt (158), egy alsó lemezt (160) és egy négyzetes távtartót (162) tartalmaz, mely a kimeneti tekercsek (152 és 153) között húzódik minden irányban. Mind a felső (158), mind pedig az alsó lemez (160) tartalmaz központi rekeszeket (164). 103

104 Minden egyes állandó mágnes (154) azonos módon van elhelyezve, tehát az északi pólusuk a felső lemez (158) felől található. A nyolc bemeneti tekercs (166 és 168) a felső lemez (158) körül, a kimeneti tekercsek (152 és 153) és az állandó mágnesek (154) között vannak elhelyezve. Minden egyes bemeneti tekercs (166 és 168) úgy van elhelyezve, hogy a végeiken kialakuló mágneses pólus a szomszédos állandó mágnesek (154) pólusainak megfelelőek legyenek. Így a bemeneti tekercsek (166) bekapcsolásakor az állandó mágnesek (154) mágneses fluxusai a szomszédos kimeneti tekercsekből (152) a másik kimeneti tekercsekbe (153) irányítódnak, a bemeneti tekercsek (168) bekapcsolásakor pedig az állandó mágnesek (154) mágneses fluxusai a szomszédos kimeneti tekercsekből (153) a másik kimeneti tekercsekbe (152) irányítódnak. Az első csoport bemeneti tekercsei (166) és a második csoport bemeneti tekercsei (168) váltakozva energizálódnak, ahogy erről már az 1. ábra kapcsán beszéltünk. A kimeneti tekercsek első csoportjában (152) ennek megfelelően az impulzusok első csoportja által, míg a kimeneti tekercsek másik csoportjában (153) az impulzusok második csoportja által indukálódik áram. Tehát, a bemeneti tekercseken (166) keresztül folyó áram az állandó mágnesekből (154) áramló fluxus növekedését idézi elő a távtartókon keresztül (162) a kimeneti tekercsekben (153), míg a másik kimeneti tekercsekben (152) a fluxus csökkenését. Másrészt viszont, a másik bemeneti tekercseken (168) keresztül folyó áram az állandó mágnesekből (154) áramló fluxus növekedését idézik elő a távtartókon keresztül (162) a kimeneti tekercsekben (152), míg a másik kimeneti tekercsekben (153) a fluxus csökkenését. Míg a 10. ábrán és a 11. ábrán bemutatott példában a felső lemezen (158) elhelyezett összes bemeneti tekercs (166 és 168) fel van tüntetve, az is egyértelmű, hogy ezen bemeneti tekercsek (166 és 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 második megvalósítás második verziója alapján készült. 104

105 12. ábra. Elektromágneses generátor felülnézetben (a második megvalósítás második verziója) Ebben a verzióban az a különbség, hogy mind a felső (172), mind pedig az alsó lemez (nincs feltűntetve) 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 lehetőség szerint nanokristály ötvözetből vagy amorf ötvözetből készüljön, az anyaga pedig legyen lemezekből összerakva. Például a mágneses mag lehet kobalt-niobium-bór ötvözet vagy más vasalapú mágneses ötvözet. Az állandó mágnes anyaga lehetőleg a Föld ritka elemeit tartalmazza, például samarium kobalt vagy vas, neodium és bór kombinációja legyen. A találmány itt még tovább folytatódik, de az már csak az eddig elmondottak ismétlése, ezért azt nem fordítottam le. A M.E.G. működésének fizikai magyarázata A M.E.G. szabadalomban olvashattuk, hogyan is épül fel a Mozgás nélküli Elektromágneses Generátor és röviden a működési elvről is szó esett. Ezen az oldalon azonban röviden összefoglaljuk, hogyan lehetséges ez az egynél nagyobb hatásfok. 105

106 Az első oka ennek a nagyszerű hatásfoknak az, hogy nem vezetünk annyi áramot a bemeneti tekercsekbe, ami telítené a vasmagot. A telítődés során ugyanis a primer tekercsekben folyó áram változása nem okoz ugyanakkora energiájú változást az elektromágneses mezőben, aminek következtében a szekunder tekercsekben már ez a csökkentett energiájú elektromágneses mező indukálna - kevesebb - áramot. A második ok az, hogy az impulzusok szélessége (időtartama) optimális. Ez azt jelenti, hogy a felfutó és lefutó élek által generált elektromágneses mező változás se nem túl gyors, se nem túl lassú. Ha túl gyors lenne, akkor a felfutó él által előidézett fluxus-változást a lefutó él energiájának egy része lerontaná, ha pedig túl lassú lenne, akkor egy olyan holt idő alakulna ki, ami alatt a vezérlő 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 jelentős részét, de nem csak ez. Mint majd később 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 jelentősen 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 fellépő 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 terhelő-ellenállás kell legyen, aminek az ellenállása a feszültség növekedésével növekszik. A nemlineáris ellenállás előállításáról később lesz szó. Végezetül következzen egy animáció, ami a M.E.G. működési elvét mutatja be. 106

107 A bemeneti tekercsekre jutó impulzusokat a tekercs zöld színe mutatja. A vasmag színei a mágneses indukció nagyságát mutatják. A legkisebb indukciót a fehér szín, míg a legnagyobbat a piros jelzi. A következő oldalon Naudin M.E.G. készülékéről olvashatsz. Naudin M.E.G. készüléke J. L. Naudin is épített egy M.E.G. készüléket, s igen jó hatásfokot ért el. Mivel Naudin nem mellékelt sok szöveget a képekhez, ezért inkább én fűztem megjegyzéseket hozzájuk. Mint azt Naudin leszögezte, az itt látható képek a saját mérési eredményeit tükrözik, nem Thomas Bearden-ét. A most ismertetésre kerülő készülék már a harmadik verzió. Az előző két verzióban Naudin nem tudott 0,96-0,97-nél jobb hatásfokot elérni, s a bemeneti és kimeneti áram és 107

108 feszültséggörbék se voltak pontosan olyanok, mint a M.E.G. szabadalomban látható görbék. Ezért ezekkel a kísérletekkel itt nem is foglalkozunk. Először 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 átmérője 0,5 mm (AWG 24). A kimeneti tekercsek (L3 és L4) menetszáma 1500, a vezetékek átmérője 0,457 mm (AWG 26). Az áramkör lelke egy TL494CN impulzusszélesség modulátor IC. A kapcsolás azért ilyen egyszerű, mert ez az IC magában foglal egy állítható frekvenciájú oszcillátort és egy flip-flopot, valamint kimeneti jelerősítőket. Az IC kimeneti jeleit egy-egy BUZ11 jelű FET erősíti fel a bemeneti tekercsek számára. Az áramkör egy 25 V-os tápfeszültségről üzemel, ez határozza meg a bemeneti tekercsekre jutó maximális feszültség értékét is. A kapcsolási rajzból kitűnik, hogy itt Naudin a kimeneti teljesítmény egy részét nem vezette vissza a bemenetre, mivel ezzel kapcsolatban bizonyos nehézségek léptek fel. (Erről lejjebb még ejtünk pár szót!) 108

109 A vasmag és a tekercsek méretezése a 2. ábrán látható. 2. ábra. A vasmag és a tekercsek méretei A vasmag szalagos magból készült, melynek típusa MetGlas AMCC ábra. A szalagos vasmag két különböző nézetben 109

110 A MetGlas vasmagról további adatokat itt olvashatsz. A kész M.E.G. készüléket a 4. ábrán láthatod. 4. ábra. A kész M.E.G. készülék A baloldali dobozban a vezérlő elektronika található, jobboldalon pedig az összerakott és tekercsekkel ellátott vasmag látható. Az előtérben lévő két huzalellenállás biztosítja a kimeneti tekercsek terhelését. A következő ábrákon a bemeneti és kimeneti jelek alakját vizsgálta Naudin egy Tektronix THS720P típusú oszcilloszkóppal. Az áramot (CH2) mind a bemeneti, mind pedig a kimeneti jelek -os kerámia és nem induktív ellenálláson keresztül mérte. 110

111 5. ábra. A bemeneti tekercsekre jutó feszültség, áram és teljesítményadatok Az 5. ábra adatai a következők: 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. -ot jelent. 111

112 6. ábra. A kimeneti tekercsekre jutó feszültség, áram és teljesítményadatok A 6. ábra adatai a következők: 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. -ot jelent. Érdemes megfigyelni, hogy a kimeneti teljesítményt ábrázoló hullám periódusideje a fele a kimeneti áram és feszültség periódusidejének. Ennek okát az egyik Olvasó, Bence elmagyarázta: "Amikor először láttam a 6. ábrát, magam is csodálkoztam a teljesítmény frekvenciájának kétszereződésén. El is könyveltem magamban, hogy ott valami nincs rendben. Ez néhány hónapja volt. Ma jutott eszembe, hogy ha valamit két azonos frekvenciájú periodikus 112

113 jel szorzataként számíthatunk, annak periódusideje értelemszerűen fele lesz a kiindulási jelekének. ( Jelen esetben könnyen belátható, mert az áram és a fesz. fázisban vannak, de ez akkor is igaz, ha fáziseltérés van közöttük! ) Mellékeltem egy ábrát, (7. ábra) melyen zöld számokkal bejelöltem a nulla tengelyeket és időpontokat: 7. ábra. Bence magyarázata a teljesítmény periódusidejének megkétszereződésére 1. időpillanat: Fesz = 0 Áram = 0 Telj = 0 * 0 = 0 113

114 2. időpillanat: Fesz = +Umax Áram = +Imax Telj = (+Umax) * (+Imax) = Umax * Imax = Pmax 3. időpillanat: Fesz = 0 Áram = 0 Telj = 0 * 0 = 0 4. időpillanat: Fesz = -Umax Áram = -Imax Telj = (-Umax) * (-Imax) = Umax * Imax = Pmax Látható, hogy mialatt a feszültség illetve az áram 360 ot írt le, a teljesítmény már másodszor ismételte önmagát, vagyis 720 ot tett meg, ami két teljes periódus egy áram illetve feszültség periódus alatt! " Naudin a kimeneti tekercseken mért feszültség és áram közötti fáziseltérést is megvizsgálta. Erre a célra egy PM3215 2x50 Mhz Philips típusú analóg oszcilloszkópot használt. 114

115 8. ábra. A kimeneti tekercseken mért feszültség és áram fázisai A M.E.G. készülék hatásfokának a meghatározására Naudin egy 9 W-os fénycsövet kötött az egyik kimeneti tekercsre terhelésként. Azt láthatod a 9. ábrán. 9. ábra. A M.E.G. készülék egyik kimeneti tekercsének a terhelése egy 9 W-os fénycső A bemeneti teljesítmény a tápegységből felvett teljesítmény alapján lett meghatározva

116 10. ábra. A bemeneti teljesítmény meghatározása...a kimeneti teljesítmény pedig az oszcilloszkóp adatai alapján. 11. ábra. A kimeneti teljesítmény meghatározása Naudin a következőket 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 tápegységből. 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). Ebből következően 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. 116

117 A M.E.G. szabadalomban a 8. ábrán bemutatott bemeneti feszültség-hatásfok görbén is 2 körüli hatásfokot láthatunk a 25 és 50 V-os feszültségtartományban. A szabadalom azt is említi, hogy a hatásfok a bemeneti feszültség növekedésével javul, sőt, ha a hatásfok görbéjét alaposabban szemügyre vesszük, akkor jól látszik, hogy ez a hatásfok exponenciálisan növekszik a bemeneti feszültség növelésének hatására. Mindebből nyilvánvaló, hogy a nagyobb bemeneti feszültség alkalmazása a célszerűbb. Ezt mutatja a 11. ábra is. 11. ábra. Naudin kísérleteinél mért bemeneti és kimeneti teljesítménygörbék a bemeneti feszültség függvényében Mivel 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 hagyományos transzformátoroknál. Ezzel szemben itt csak 255,3 V-os átlagfeszültséget kaptunk. A kimeneti áramnak viszont 0,13 A / 15 = 0,0087 A = 8,7 ma-nak kellene lennie, Naudin viszont 27,23 ma-t kapott (lásd a 11. ábrát). A Naudin által alkalmazott frekvenciát az oszcilloszkópos képek alapján is kiszámolhatjuk, ahol a 117

118 0, = 23809,5 Hz, tehát az alkalmazott frekvencia valahol 23 és 24 khz körül volt. Az első két kísérletében Naudin jóval kisebb frekvenciákat használt, de azokkal nem járt eredménnyel. Ehhez a magasabb frekvenciához viszont már megfelelő anyagból készült vasmag szükséges. Mint feljebb már említettük, Naudin MetGlas AMCC-320 típusú vasmagot használt. A kísérletek leírását Naudin a következő megjegyzésekkel zárta: "A kimeneti jeleket oszcilloszkóppal mértem és különböző egyéb módszerrel is leellenőriztem (analóg és digitális szkópokkal és multiméterekkel), de ettől függetlenül még előfordulhatnak 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 terhelő ellenállás -os, nem induktív, 5 W-os szénellenállás) "előkezelt". 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 tényezővel. 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 jelentősen felerősödött. Az RLoad terhelő-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 Teslamérővel 16 khz-nél 2,8 militeslát mértem az RLoad közvetlen közelében. Egy elektromos térerősségmérővel 1250 V/m-t mértem 50 cm-re az RLoad-tól. -sugarakat. Légy óvatos, mikor a M.E.G. közelében dolgozol, mivel az erős elektromágneses sugárzással rendelkezik." Naudin készülékének angol nyelvű leírását itt találod. 118

119 Néhány jó tanács a M.E.G. építőknek Jon Flickinger-től: "Ez az információ mindazoknak szól, akik már foglalkoznak a M.E.G. építésével vagy tervezik, hogy megépítenek egy ilyen készüléket. Az itt következő tanácsok a sok-sok órai kísérlet során leszűrt eredményeimet tartalmazzák. Időpocsékolás akármilyen lineáris terhelő ellenállás segítségével mérni a M.E.G. teljesítményét, ha a többletenergiát akarod meghatározni. A kimeneti terhelésnek nem reaktív és nem lineáris terhelésnek kell lennie. Ennek az ellenállásnak növekednie kell a feszültség növekedésével, a teljesítményét pedig a kimeneti feszültség és áram alapján számolhatjuk ki. Ha közönséges ellenállással terheled le a M.E.G. készülékedet, azt fogod tapasztalni, hogy a hullámforma nem egyezik meg sem a Bearden, sem a Naudin által bemutatott hullámformákkal! Csak nem lineáris terhelés és helyesen "behangolt" M.E.G. esetén fogsz látni egy közel szinusz alakú félhullámot a bemeneti tekercseknél. (Erről a következő oldalon még szó lesz.) Nem lineáris terhelés és helyesen "behangolt" M.E.G. készülék, valamint megfelelő mérőműszerek esetén tudsz mérni 1-nél jobb hatásfokot. Úgy tűnik, hogy a kimeneti tekercsekben először kialakul a feszültség, s csak utána kezd átfolyni az áram a terhelésen. Ez megegyezik Tom Bearden ezen eszközzel kapcsolatos nyilvános kijelentésével. A probléma most már csak az, hogy ezt a plusz teljesítményt hogyan lehetne valamilyen hasznos munkára fordítani. Nekem úgy tűnik, hogy a M.E.G. alacsonyabb szekunder-feszültséggel is működhet, s ha a terhelés helyesen van megtervezve, még akkor is 1-nél jobb hatásfokot tudnánk elérni. Erre kell fókuszálnia mindenkinek, aki ezzel a projekttel foglalkozik. Javaslatok: 1. Amit meg kellene próbálni, az egy közönséges nem-lineáris, különböző feszültségekre kalibrált MOV (Metal Oxid Varistor) vagy "tranziens absorber"-ek (átmeneti elnyelők). 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 elviselő eszközben a primer tekercsek kikapcsoláskor keletkező 119

120 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 jelentkező magas feszültséggel kapcsolatos biztonsági szempontokat. Kezeld elővigyázatosan a nagyfeszültséget!! Győződj meg arról, hogy a kimeneti tekercsre kapcsolódó mérőeszközeid képesek elviselni a fellépő nagyfeszültséget. 5. SOHA NE KAPCSOLD BE A TÁPFESZÜLTSÉGET, HA A M.E.G. KIMENETÉHEZ NINCS TERHELÉS KAPCSOLVA, MIVEL A NYÍLT ÁRAMKÖR FESZÜLTSÉGEI AKÁR HALÁLOS KIMENETELŰ 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 MEG replication. I'm expressing opinions that I've come to from the results I've obtained after spending many lab hours with many variations in topology and circuitry. In no way am I de-potentializing the MEG (pun intended) but simply trying to share what I've learned about the device for the good of the 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 must be resistive (non-reactive) and nonlinear. The resistance must decrease with increasing voltage and the power must be calculated from the output voltage and current. Those of you powering up your MEG for the first time with pure resistive loads, will find the waveforms do not match Bearden's nor JLN's! Only with nonlinear loads and a properly "tuned" MEG will you see the near half sine current waveform in your primary coils. 120

121 With nonlinear loads and a properly setup MEG, you will measure COP's >1 with the proper measurement tools and techniques. In general, the MEG seems to like voltage build up in the secondary windings before supplying current to the load! If so, this would seem to align with Tom Bearden's public disclose of this device! The problem now lies in the utilization of this excess power to do some useful work. It would appear to me that the MEG can be run with lower secondary voltages and properly designed loads and still yield COP's >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 MOV's or transient absorbers. I used Panasonic ZNR10K621U's for COP's ranging from 1.75 to 5 depending on coil turns and supply voltage. Ask JLN how he "conditioned" his carbon load resistor as I don't know. ( JLN Answer, see at : ) 2) Use a higher spec'd device for Vds than the BUZ11. With only a 50 v rating for Vds, this device avalanches on the primary turn off flyback phase and results in abnormal heating. Use a device with a Vds >200 volts and an Id >4 amps. 3) The power supply can also be a constant current source and will actually provide some measure of safety if disaster strikes in the switching circuitry! 121

122 4) I can't stress strongly enough the safety issues regarding the high output voltages one will encounter on the secondaries! USE CAUTION! Be sure your measurement devices connected to any portion of the secondaries are capable of withstanding the voltages you will encounter. 5) NEVER POWER UP A MEG WITHOUT LOADS CONNECTED AS THE OPEN CIRCUIT VOLTAGES CAN BE LETHAL AND DESTRUCTIVE! I can now understand why the MEG presents certain problems in achieving a self-running state and it may not be necessary as Tom Bearden has recently tried to point out! If anyone should experience valid COP's >1 with standard linear loads, please speak out! Regards, Jon Flickinger A következő oldalon a terhelő ellenállás "előkezeléséről" olvashatsz. A terhelőellenállás "előkezelése" Szó esett arról, hogy Naudin egy bizonyos módon "előkezelte" a terhelő ellenállásokat. Itt megtudhatod, hogyan teheted ezt meg Te is. 122

123 J.L.Naudin a következőket írta: "A következőkben egy olyan módszerrel ismerkedhetsz meg, melynek segítségével saját magad készíthetsz egy nem lineáris ellenállást közönséges szénellenállásból. Ennek az alkatrésznek néhány érdekes tulajdonsága van, pl. magas az ellenállása egyenáram esetén, viszont váltakozó áram és nagyfeszültség (> 1000 V) esetén az ellenállása alacsony. A szükséges anyagok: legyen. 1. ábra. Az "előkezelendő" új szénellenállás 20 kv-os pulzáló, 80 KHz-es egyenáramot biztosító nagyfeszültségű tápegység. (Ezt később ismertetem.) 123

124 2. ábra. Nagyfeszültségű tápegység A folyamat leírása: A teljesen új szénellenállás egyik oldalát kapcsold a nagyfeszültségű 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 lehető legnagyobb szikraközt. Azt fogod észrevenni, hogy a sárga színkód folyamatosan narancssárgára változik. Ez az ellenállás felmelegedését jelzi. 124

125 3. ábra. A sárga színkód és a szikraköz Észre fogod venni, hogy a szikra kb. 1 perc múlva eltűnik. Kapcsold ki a tápfeszültséget és ellenőrizd le az ellenállás értékét. Körülbelül 300 k -osnak kell lennie. Ha nem annyi, akkor végezd el a nagyfeszültséggel történő előkezelést még egyszer. Az előkezelt ellenállás most már készen áll a M.E.G. készüléken történő tesztelésre. Az 1. ábrán ugyan 220 k -os és 0,5 W-os ellenállást használtam demonstrációs célokra, Te viszont használj 100 k -os és 5 W-os ellenállást." 4. ábra. Az ellenállás értéke az előkezelés előtt és után Naudin a következő kapcsolást használta nagyfeszültségű tápegységként: 125

126 5. ábra. A nagyfeszültségű tápegység kapcsolási rajza Az alkatrészek adatai a következők: L1-25 menet 0,4 mm átmérőjű rézvezetékből L2-6 menet 1 mm átmérőjű rézvezetékből L3 - A TV készülék sorkimenő transzformátorának szekunder tekercse A vasmag 10 mm átmérőjű és 115 mm hosszú ferritrúd A szikraköz 6 mm A vezérlő tranzisztor 2N3055A A tápfeszültség 12 V-os és legalább 4 A-t kell tudnia leadni (Ehhez pl. egy autóakkumulátor teljesen megfelelne.) Az "előkezelés"-ről szóló anyagot innét fordítottam le. Az előkezelt ellenállás karakterisztikáit a következő ábrák szemléltetik. 126

127 6. ábra. Az előkezelt ellenállás értéke a feszültség függvényében 7. ábra. Az előkezelt ellenálláson eső feszültség az áram függvényében 127

128 8. ábra. Az előkezelt ellenálláson eső feszültség a teljesítmény függvényében A fenti 3 ábrát innét töltöttem le. Metal Oxid Varistor (MOV) Az előző oldalon arról is szó volt, hogy un. Metal Oxid Varistor-t (MOV) is lehet használni terhelésként. Ezek olyan alkatrészek, melyek ellenállása a feszültség növekedésével szintén növekszik, ezért a MOV-okat feszültség-stabilizátorokban alkalmazzák. A következő ábrán egy MOV tipikus áram-feszültség diagramját láthatjuk. 128

129 9. ábra. egy MOV tipikus áram-feszültség diagramja A következő oldalon a ritka földfém mágnesekről olvashatsz. A ritka földfém alapú mágnesekről Mint a M.E.G. szabadalomban olvashattuk, a legkiválóbb mágnes a ritka földfémekből készült mágnes, mely Neodímium vas - bór vagy Szamárium-Kobalt ötvözet. Ezekről a mágnesekről olvashatsz ezen az oldalon. Neodímium vas - bór típusú mágnesek A Neodímium vas - bór típusú mágnesek azon ritka földfém alapú mágnesek egyike, amely minden eddigi mágnes koercitív erejét és energiaszorzatát meghaladja. Ennélfogva mint porkohászati termék, a ritka földfém alapú mágnesek újabb generációját képviseli. NdFeB típusú 129

130 mágnesek kifejezett előnye a kisebb méret és tömeg mellett a nagyobb megbízhatóság és a kiváló mágneses tulajdonságok. Az NdFeB típusú mágnesek felületvédelme lehet horgany (Zn), nikkel (Ni), festett. Ennek a mágnestípusnak felületvédelmet kell biztosítani, mert annak hiányában korrodálódik. 1. ábra. Neodímium vas - bór típusú mágnesek 130

131 2. ábra. NdFeB demágnesezési görbéi 7.5 g/cm3 Curie hőmérséklet (T) 310 C Rugalmassági együttható (E) Hajlítási ellenállás (Fe) Nyomás ellenállás (Fp) Keménység (Hv) Elektromos ellenállás (s) Speciális hőmérséklet (c) Hőmérsékleti vezetőképesség (I) 140 kn/mm2 250 N/mm2 750 N/mm2 570 Vickers 150 mwcm 440 J/Kg K 9 W/m K 1. táblázat. NdFeB néhány tulajdonsága 131

132 3. ábra. A Neodímium vas - bór típusú mágnes összetétele Szamárium-Kobalt Magasabb hőmérséklet tartományban elsősorban a stabilan működő Szamárium-Kobalt mágnesek használatát ajánljuk. A Szamárium-Kobalt mágnes anyagösszetétele miatt nem korrodálódik, ellenáll sav és lúg roncsoló hatásának. 8.4 g/cm3 Curie hőmérséklet (T) 720 C Rugalmassági együttható (E) Hajlítási ellenállás (Fe) Nyomás ellenállás (Fp) Keménység (Hv) Elektromos ellenállás (s) Speciális hőmérséklet (c) Hőmérsékleti vezetőképesség (I) 180 kn/mm2 120 N/mm N/mm2 550 Vickers 55 mwcm 360 J/Kg K 13 W/m K 2. táblázat. SmCo5 néhány tulajdonsága 8.3 g/cm3 Curie hőmérséklet (T) 800 C 132

133 Rugalmassági együttható (E) Hajlítási ellenállás (Fe) Nyomás ellenállás (Fp) Keménység (Hv) Elektromos ellenállás (s) Speciális hőmérséklet (c) Hőmérsékleti vezetőképesség (I) 120 kn/mm2 120 N/mm2 800 N/mm2 640 Vickers 85 mwcm 320 J/Kg K 12 W/m K 3. táblázat. SmCo17 néhány tulajdonsága 4. ábra. A Szamárium-Kobalt típusú mágnes összetétele A ritka földfém mágnesekről az információt innét vettem. Ha a mágnes beszerezhetőségén gondolkozol, akkor itt kaphatsz bővebb felvilágosítást. 133

134 Az üzemanyag cellák Bevezető Az üzemanyag cellákról, vagy a hivatalosabb, bár kevésbé elterjedt nevükön tüzelőanyag elemekről egyre több információt hallunk a médiában szerte a világon. Ezek az információk azonban inkább csak tájékoztató jellegűek, a talajt készítik elő az eljövendő új elektromos (és hő) energiaforrás számára, s csak kevés olyan információt tartalmaznak, melyek saját üzemanyag cellák készítésére buzdítanák az embereket. Az üzemanyag cellák elektrokémiai energia átalakító berendezések, melyek a hidrogént és az oxigént alakítják vízzé, miközben elektromos áramot termelnek. A hagyományos akkumulátorokhoz hasonlóan itt is elektrokémiai reakció játszódik le, viszont az akkumulátorok a reakcióhoz szükséges kémiai anyagokat teljes mértékben önmagukban tárolják, így a reakciók lejátszódását követően - utánpótlás hiányában - a villamos energia termelés leáll. Az üzemanyag celláknál ugyanakkor az elektrokémiai reakcióhoz szükséges elemek (hidrogén és oxigén) folyamatosan áramlanak a cellákba, így azok addig termelnek áramot, amíg ez a folyam tart. Az itt következő oldalakon megismerkedünk az üzemanyag cellák kialakulásának történetével, működési elvével és típusaival, majd a házilag elkészíthető módszereket vizsgáljuk meg azzal a céllal, hogy Te is kedvet kapjál egy ilyen készülék megépítéséhez. Az üzemanyag cella története Mielőtt az üzemanyag cellák működési elvével megismerkednénk, röviden nézzük át a történetét. Sir William Grove fejlesztette ki az első üzemanyag cellát 1839-ben Angliában. Az ezidőtájt végzett elektrolízises kísérletei vezettek ahhoz a készülékhez, amit később "üzemanyag cella"-ként ismert meg a világ. 134

135 Grove úgy gondolta, hogy ha az elektromos áram segítségével a vizet hidrogénra és oxigénra lehet bontani, akkor ennek a reakciónak a fordítottjával, azaz az oxigén és hidrogén egyesítésével valószínűleg áramot is lehet termelni. Ennek az elképzelésnek a letesztelésére két, egymástól hermetikusan lezárt üvegbe egy-egy platina csíkot helyezett. Az egyik üveg hidrogén, a másik pedig oxigén gázokat tartalmazott. Mikor ezeket a tartályokat híg sósavas oldatba merítette, áram kezdett folyni a két elektróda között, miközben víz képződött a gázokat tartalmazó üvegekben. A kapocsfeszültség 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 kapcsolása látható, 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 első gyakorlatban is jól alkalmazható készüléket. A kísérleteik során levegőt és ipari szén gázt használtak. A tudósok és mérnökök hamar megtanulták, hogy ennek az új technológiának a kereskedelmi hasznosítása sok akadályba ütközik. A XIX. század végére megjelentek a belsőégésű motorok és a fosszilis üzemanyagok széleskörű elterjedése az üzemanyag cellákat a tudományos kuriózum kategóriájába száműzte. Dr. Francis Thomas Bacon, az angliai Cambridge Egyetem mérnöke írta meg az üzemanyag cellák történetének következő fejezetét ben Bacon újraélesztette és jópár módosítást is végrehajtott az eredeti - Mond és Langer által kifejlesztett - készüléken. Ilyen módosítások voltak például, hogy a drága platina elektródákat jóval olcsóbb, nikkel réteggel bevont fémekkel helyettesítette, a kénsavas elektrolitot pedig az elektródákat kevésbé roncsoló KOH-val váltotta fel. Ez a készülék - mely a "Bacon cella" nevet kapta - volt az első alkáli üzemanyag cella (AFC). További 27 évnek 135

136 kellett eltelnie, mire Bacon egy ténylegesen is működő üzemanyag cellát tudott készíteni ben Bacon bemutatta a készülékét, mely 5 kw villamos energiát termelt. Ez elegendő volt egy hegesztő üzemeltetésére. 2. ábra. Dr. Francis Thomas Bacon az 5 kw-os üzemanyag cellájával Egy amerikai mezőgazdasági gépeket gyártó cég, az Allis-Chalmers egyik alkalmazottja, Harry Karl Ihrig szintén elkezdett érdeklődni az üzemanyag cella technológiája iránt. Az áttörés 1959 végén következett be, mikor bemutatta az első üzemanyag cellás járművet db. cellát kötött össze, mellyel 15 kw villamos energiát termelve egy 20 LE-s traktort hajtott meg. A jelenlegi technológia Az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején megújult az érdeklődés az üzemanyag cellák iránt. A NASA az akkoriban gyártandó ember vezette repülőgépek áramellátására keresett megoldásokat. A hagyomáyos akkumulátorok használatát már elvetették azok súlya miatt, a napenergia túl drága volt abban az időben, míg a nukleáris energiát túl kockázatosnak tartották. A NASA kutatói számára az üzemanyag cella tűnt a legjobb lehetőségnek, ezért szponzorálni kezdték a gyakorlatban is használható, jól működő üzemanyag cellák fejlesztését. Ezek az erőfeszítések vezettek az első protoncserélő membrános üzemanyag cellák (PEMFC) kifejlesztéséhez ben, miközben a NASA a kutatásait végezte, a General Electric (GE) egyik tudósa módosította az eredeti üzemanyag cella konstrukciót. Willard Thomas Grubb perfluorozott polimer gyantás ioncserélő membránt használt elektrolitként. Három évvel később a GE egy másik kémikusa, Leonard Niedrach kieszelt egy módszert, amellyel erre a membránra platinát lehet diffundáltatni. Ez a készülék végül "Grubb-Niedrach üzemanyag cella" néven vált ismertté. A GE 136

137 és a NASA együttesen fejlesztette ki ezt a technológiát a Gemini űrprogram keretén belül. Ez volt az üzemanyag cella első kereskedelmi alkalmazása. Az 1960-as évek elején a repülőgép motorokat gyártó Pratt & Whitney cég megvásárolta a Bacon féle AFC szabadalom liszenszét. Azzal a céllal, hogy lecsökkentsék a súlyt és megnöveljék az üzemanyag cella élettartamát Pratt & Whitney tökéletesítette az eredeti Bacon féle kialakítást. Ennek eredményeként a cég megnyerta a NASA versenytárgyalását és ők szállították le az Apollo űrhajó számára az üzemanyag cellát. Az AFC-t azóta a legtöbb ember vezette űrprogramban széleskörűen használják. Az 1970-es évek alatt az üzemanyag technológiát a földi rendszerekhez kezdték fejleszteni. Az 1973 és 1979 közötti olaj embargó elősegítette az üzemanyag cellák kutatását, mivel az amerikai kormány a petróleum importtól való függőség megszűntetését akarta elérni. Számos cég és kormányzati szerv kezdett komoly kutatásokba az üzemanyag cellák hátrányos tulajdonságainak leküzdésére, hogy így a piacra dobhassanak megbízhatóan működő üzemanyag cellákat. Az 1970-es és 80-as évek alatt hatalmas erőkkel folytak a kutatások a szükséges anyagok kifejlesztésére, az optimális üzemanyag források meghatározására és a technológia árának drasztikus csökkentésére. Az 1980-as évek alatt az üzemanyag cella technológiája különböző alkalmazási területeken, pl. az autógyártásban lett tesztelve. Az évtized technikai áttörését az jelentette, mikor 1993-ban egy kanadai cég, a Ballard üzemanyag celláját alkalmazták egy járműben. Az utóbbi pár évben kórházakban és iskolákban is telepítettek üzemanyag cellákat. Az Amerikai Védelmi Minisztérium 30 PAFC rendszer telepítését támogatta, mely rendszer minden eleme kw villamos energiát termel, ezzel demonstrálva a technológia működőképességét valós körülmények között. Ezen kívül a legtöbb autógyár bemutatta az üzemanyag cellával ellátott autóit. Az első üzemanyag cellával ellátott buszok Chicagóban és Vancouverben lettek forgalomba állítva, miközben a többi Észak Amerikai és Európai városban a közeljövőben tervezik hasonló járművek üzembe helyezését. Az üzemanyag cella működési elve 137

138 Ezen az oldalon az üzemanyag cellák működési elvéről olvashatsz. Azonban mielőtt elkezdenénk tárgyalni, hogyan is épülnek fel az üzemanyag cellák, ismételjük át a redoxi reakciókról tanultakat, hiszen az üzemanyag cellákban is redoxi reakciók játszódnak le. A redoxi reakciók elektronátmenettel járó reakciók, melyek során egyidejű elektron leadás és felvétel történik. Az elektron leadást oxidációnak, az elektronfelvételt pedig redukciónak nevezzük. Az oxidáció során az oxidációs szám nő, a redukció során pedig csökken. Nézzük meg a következő példákat: 2 H 2 => 4 H e - oxidáció O H e - => 2 H 2 O redukció Az oxidáció és redukció mindig egyidejűleg játszódik le és az elektronátmenet során megváltozik a részecskék töltése. Az oxidációs szám az adott anyagot felépítő atomok töltése. Gondolatban a nagyobb elektronegativitású atomhoz rendeljük a közös elektronpárt, s az így keletkezett ion töltésszámával egyezik meg az oxidációs szám. Az oxigén oxidációs száma az oxidokban (O 2- ): -2, a hidrogén oxidációs száma pedig (H + ): +1. A molekulát felépítő atomok oxidációs számának algebrai összege zérus. Ha az oxidációt és redukciót térben szétválasztjuk, akkor a kémiai reakció energiatermelésre használható! A galvánelem és az üzemanyag cella olyan berendezések, melyek a kémiai energiát elektromos energiává alakítják át. Bennük önként végbemenő redoxi reakciók termelik az elektromos energiát. A redoxi reakciókról az információkat innét vettem. Az üzemanyag cella a következő részekből áll: 138

139 Két elektródából (anódból és katódból) Katalizátorból, mely a két elektróda egymás felé néző oldalán található Elektrolitból (membránból), mely lehet szilárd vagy folyékony halmazállapotú A következő ábrán az egyik legelterjedtebb, úgynevezett protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza látható. 1. ábra. A protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza A működési elv a következő: Az anódra adott nyomáson vezetett hidrogén molekulákat a platinából készült katalizátor szétválasztja hidrogén atomokra, majd az atomok elektronjait az anódra vezetve a H+ ionok a membránon átjutnak a katódhoz. A hidrogén ion egy pozitív töltésű protonból áll. A membránt ezért nevezik protoncserélőnek, mivel csak a hidrogén iont, azaz a protont engedi át, míg a negatív töltésű elektront nem. Az elektronok egy külső fogyasztón tudnak csak átjutni a katódba, miközben hasznos munkát végeznek. A katódra vezetett oxigén molekulák a katalizátor segítségével szintén lebomlanak oxigén atomokra, melyek az anódból - valamilyen fogyasztón keresztül - átáramló elektronokkal és a membránon átjutott hidrogén ionokkal egyesülve vizet alkotnak. Ezt a folyamatot a következőképpen írhatjuk le: Anód: 2 H 2 => 4 H e - Katód: O H e - => 2 H 2 O 139

140 Egyesített reakció: 2 H 2 + O 2 => 2 H 2 O A reakció során az egy cellán keletkező feszültség értéke kb. 0,7 V, a DC áramerősség pedig a másodpercenként átáramlott hidrogén és oxigéngázok mennyiségének a függvénye. Ha nagyobb feszültséget szeretnénk elérni, akkor több cellát kell sorba kapcsolnunk. Az üzemanyag celláknak több típusa létezik, melyeket az elektrolit (membrán) anyaga szerint csoportosíthatunk. A különböző elektrolitok különböző tulajdonságokkal ruházzák fel az üzemanyagcellát és a reakciók is különböző hőmérsékleten játszódnak le. Ennek megfelelően a felhasználási területük is változik az elektrolit függvényében. A következő táblázat (melyet innét vettem) az egyes üzemanyag cellákat hasonlítja össze. Típusa Elektrolit Működési hőmérséklet AFC 30 % KOH oldat, 80 C gél (alkáli) PEMFC protonáteresztő (protonáteresztő) membrán 80 C DMFC (direkt protonáteresztő metanol) membrán C Elektromos hatásfok elméleti: 70% gyakorlati: 62% elméleti: 68% gyakorlati: 50% elméleti: 30% gyakorlati: 26% Üzemanyag - tiszta H 2 - O 2 - tiszta H 2 - O 2 - levegő - metanol, - O 2 - levegő PAFC (foszforsavas) tömény foszforsav 200 C elméleti: 65% gyakorlati: 60% - tiszta H 2 - O 2 - levegő - H 2 - földgáz MCFC (alkálikarbonátsó) lítium-karbonát, kálium-karbonát 650 C elméleti: 65% gyakorlati: 62% - széngáz - biogáz - levegő - O 2 140

141 - H 2 - földgáz SOFC (oxidkerámia) yttrium-cirkon oxidkerámia C elméleti: 65% gyakorlati: 62% - széngáz - biogáz - levegő - O 2 1. táblázat. Az üzemanyag cellák összehasonlítása Mint látjuk, az üzemanyag cellák katódjára oxigént vezetünk, mely nagy mennyiségben található a levegőben, így tulajdonképpen nem tiszta oxigént vezetnek a katódra, hanem levegőt (kivételt képez az AFC). Az anódra vezetett hidrogén már nem áll ilyen szabadon a rendelkezésünkre, azt elő kell állítani pl. a víz elektrolízise segítségével vagy valamilyen gázból, pl földgázból kell azt kinyerni speciális készülék, az un. reformer segítségével. Az elektródákon mérhető feszültségkülönbség nem nagy, 0,7 V körül van, ezért pl. 12 V-os feszültség eléréséhez 17 db cellát kell sorba kapcsolni. Ha a lakásunk, házunk villamos fogyasztóit szeretnénk táplálni az üzemanyag cellával, akkor még egy invertert is közbe kell iktatnunk, ami a - mondjuk - 12 V egyenfeszültséget átalakítja 220 V 50 Hz-es váltakozó feszültséggé. A cellákban lejátszódó redoxi reakciónak azonban van egy mellékterméke is, mégpedig a hő. Az 1. táblázat harmadik oszlopában van feltűntetve az egyes elektrolitoknál felszabaduló hő. Ebből az is következik, hogy ha a ház elektromos fogyasztóinak a táplálását üzemanyag cellákkal oldjuk meg, akkor a felszabaduló hőt pl. vízmelegítésre, esetleg fűtésre is hasznosíthatjuk. Az üzemanyag cella feszültsége 141

142 Az üzemanyag cellák feszültsége fontos paraméter számunkra. Hogy ez a feszültség milyen tényezőktől függ, azt ezen az oldalon vizsgáljuk meg közelebbről. A hidrogén üzemanyag cellák energiája és elektromotoros ereje (EME) Az villamos energia-generátorok többségénél egyértelmű, hogy milyen energiaformát alakítunk át villamossá. Jó példa erre a szélgenerátor, ahol az energia forrása egyértelműen a levegő molekulák kinetikus energiája. Az üzemanyag celláknál már nem ilyen könnyű szemléletesen ábrázolni az energiákat. 1. ábra. Az üzemanyag cella bemeneti és kimeneti energiái A villamos teljesítmény és a kimeneti villamos energia könnyen kiszámítható a következő jól ismert képletekkel: P = U * I és W = U * I * t A kémiai reakciókban résztvevő anyagok és a reakciótermék energiáit azonban már nem tudjuk ilyen egyszerűen kiszámolni, mivel a H 2, O 2 és H 2 O kémiai energiái kérdésesek, ezért olyan kifejezések használatosak, mint entalpia, Helmholtz függvény és Gibbs féle szabadenergia. Az üzemanyag cellák esetében a Gibbs féle szabadenergia fogalmát fogjuk használni, melynek meghatározása a következő: "A Gibbs féle szabadenergia az a - nyomás és/vagy hőmérséklet 142

143 változására fordított munkán kívül - fennmaradó energia, amit külső munkára lehet fordítani." Az üzemanyag cellában a "külső munka" az elektronok egy külső fogyasztón történő átmozgatását jelenti. Az entalpia a Gibbs féle szabadenergia plusz az entrópia energiája. A kémiai energiák ezen formája a mechanikában ismert potenciális energiához hasonlítható két fontos ok miatt. Az első ok az, hogy a nulla energiapont szinte bárhol meghatározható. Amikor kémiai reakciókkal dolgozunk, a nulla energiapontot a tiszta elemekre határozzuk meg annak normális halmazállapotában, szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson (25 C; 0,1 MPa). Ezen energiaszintek meghatározásakor a "Gibbs féle szabadenergia" kifejezés helyett inkább a "Gibbs féle szabadenergia kialakulás" (G f ) kifejezést használjuk. Egy közönséges hidrogén üzemanyag cellánál, mely szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson működik, a "Gibbs féle szabadenergia kialakulás" során a bemeneti értékeket nullának vesszük. A potenciális energiával való második párhuzam az, hogy számunkra az energia megváltozása a lényeges. Az üzemanyag cellában a Gibbs féle szabadenergia kialakulásának a változása a fontos, azaz a G f, mert ez határozza meg a kibocsátott energiát. Ez a változás a kémiai reakció termék Gibbs féle szabadenergiájának és a kiinduló anyagok Gibbs féle szabadenergiájának a különbsége. G f = G ftermék - G fkiinduló Hogy az összehasonlítás még könnyebb legyen, a mennyiségeket mólban számítjuk. Ezt kisbetűvel és felső vonallal jelöljük, pl. ( g f ) H2O a víz egy móljára jellemző Gibbs féle szabadenergia kialakulás értéke. Vizsgáljuk meg az üzemanyag cellában lejátszódó alapvető reakciót: 2 H 2 + O 2 -> 2 H 2 O ami megegyezik a következővel: 1 H O 2 -> H 2 O 2 143

144 A reakciótermék egy mól H 2 O, a kiinduló anyagok pedig egy mól H 2 és fél mól O 2. Ebből következik, hogy: g f = g ftermék - g fkiinduló azaz: 1 g f = ( g f ) H2O - ( g f ) H ( g f ) O2 2 Ez az egyenlet egyszerűnek tűnik, ugyanakkor a Gibbs féle szabadenergia kialakulás nem állandó, a hőmérséklettől és a halmazállapottól is függ. A következő táblázat a g f értékeit tükrözi a hidrogén üzemanyag cellák esetében. A reakciótermék (víz) Hőmérséklet halmazállapota g f Folyékony 25 C -237,2 kj/mól Folyékony 80 C -228,2 kj/mól Gáz 80 C -226,1 kj/mól Gáz 100 C -225,2 kj/mól Gáz 200 C -220,4 kj/mól Gáz 400 C -210,3 kj/mól Gáz 600 C -199,6 kj/mól Gáz 800 C -188,6 kj/mól Gáz 1000 C -177,4 kj/mól 1. táblázat. A g f értéke különböző hőmérsékleteken Az értékek előjele azért negatív, mert energia kibocsátásról van szó. Ha nem lennének veszteségek az üzemanyag cellában, pontosabban fogalmazva ha a folyamat reverzibilis lenne, akkor a teljes Gibbs féle szabadenergia villamos energiává alakulna. A gyakorlatban azonban ennek az energiának egy része hővé alakul. 144

145 Határozzuk meg a reverzibilis üzemanyag cella nyílt áramköri feszültségét (NyÁF). Tudjuk, hogy a külső áramkörben terjedő elektronok közül minden egyes vízmolekula kialakulásához két elektron szükséges, melyet két hidrogén atom ad le. Ebből következik, hogy egy mól hidrogén esetén 2N elektron halad a külső áramkörben, ahol N az Avogadro féle szám. Mivel egy elektronnak a töltése -e, ezért a külső áramkörben folyó töltés: Q = -2 * N * e = - 2 * F ahol: F - a Faraday féle szám: C/mól. Ha U az üzemanyag cella feszültsége, akkor a töltések külső áramkörben való átmozgatására fordított munka a következőképpen határozható meg: W e = töltés * feszültség = -2 * F * U Ha a rendszer reverzibilis, azaz nincsenek veszteségek, akkor ez a villamos munkavégzés megegyezik a felszabaduló Gibbs féle szabadenergiával: g f = - 2 * F * U tehát: - g f U = * F Ez az alapvető egyenlet határozza meg az elektromotoros erőt (EME), vagyis az üzemanyag cella nyílt áramköri feszültségét. Vegyünk egy példát, ahol a működési hőmérséklet 200 C. Ekkor g f = -220 kj/mól, így: J/mól U = = 1,14 V 2 * C/mól 145

146 Vegyük figyelembe, hogy ez az érték teljesen reverzibilis feltételek mellett, tiszta hidrogén és oxigén gáz esetén és normál légköri nyomáson (0,1 MPa) érvényes. A gyakorlatban ez a feszültség alacsonyabb értéket vesz fel. Reverzibilis, irreverzibilis folyamatok és veszteségek Egy egyszerű reverzibilis folyamatot mutat a következő ábra. 2. ábra. Egyszerű reverzibilis folyamat Az A állapotban a golyó nem rendelkezik kinetikus energiával, viszont a potenciális energiája: E p = m * g * h A B állapotban a potenciális energia teljesen átalakult kinetikus energiává. Ha nem lenne súrlódási és légellenállás, akkor a golyó a másik oldalon teljesen vissza tudná alakítani a kinetikus energiát potenciális energiává. A gyakorlatban azonban a potenciális energia egy része hővé alakul, tehát ez egy irreverzibils folyamattá válik, mivel a hőt nem tudjuk visszaalakítani potenciális vagy kinetikus energiává. Erre általában energia veszteségként utalunk, de ez nem teljesen pontos megfogalmazás. Valójában a potenciális energia nem elveszik, hanem átalakul hőenergiává, ugyanúgy, ahogy kinetikus energiává is. A különbség az, hogy a kinetikus energiát vissza tudjuk alakítani, míg a hőenergiát nem, ezért ez irreverzibilis folyamat. Tehát az "irreverzibilis energia veszteség" vagy az "irreverzibilitás" kifejezések jobban leírják a jelenséget, mint az egyszerű "veszteség" szó. 146

147 A hatásfok és annak korlátai Nem egyszerű meghatározni az üzemanyag cella hatásfokát. A szélgenerátornál a hatásfokot könnyen megkaphatjuk és az is egyértelmű, hogy ennek a hatásfoknak vannak korlátai. A szélgenerátor lapátjai által leírt körön áthaladó levegő molekulák nem veszítik el teljesen a kinetikus energiájukat, ellenkező esetben a lapátok mögött egy szívóhatás alakulna ki. Ezért a szélgenerátor maximális hatásfoka 58 % lehet, amint ez részletesen le van írva a szélgenerátorokat ismertető elméleteknél. Az üzemanyag cellák hatásfoka már nem ilyen egyértelmű. Általánosan úgy fogalmazhatunk, hogy ha nem lennének irreverzibilitások, akkor a hatásfok akár 100 % is lehetne. Az üzemanyag cella hatásfoka ezek szerint: termelt villamos energia = Gibbs féle szabadenergia változás Ez a képlet nem túl szerencsés, ezért ritkán használjuk. Mivel az üzemanyag cellák olyan anyagokat használnak, amiket az energiakinyerés céljából általában elégetünk, ezért érdemes összehasonlítani a termelt villamos energiát azzal a hőenergiával, amit az adott elem elégetésekor kapnánk. Ezt a hőenergiát kalória értéknek hívjuk, bár sokkal pontosabb úgy fogalmazni, hogy ez a kialakulás entalpiájának a változása, a jele h f. A Gibbs féle szabadenergiához hasonlóan a h f is negatív előjelű, ha energia kibocsátásról van szó. Ezek szerint az üzemanyag cella hatásfokát a következő módon határozhatjuk meg: egy mól anyagból keletkezett villamos energia = h f Ugyanakkor ez a képlet se mentes a nüánszoktól, mivel két különböző h f értéket használhatunk. A hidrogén elégetésekor használt érték: 147

148 1 H O 2 -> H 2 O (gőz) 2 h f = -241,83 kj/mól míg ha a reakciótermékként kapott vízgőzt ismét vízzé kondenzáljuk, akkor: 1 H O 2 -> H 2 O (folyadék) 2 h f = -285,84 kj/mól Ezen két érték között a 44,01 kj/mól különbség a víz párologtatásának moláris entalpiája. A magasabb értéket magasabb fűtőértéknek (HHV), míg az alacsonyabb értéket teljesen logikusan alacsonyabb fűtőértéknek (LHV) hívjuk. Ha a hatásfok meghatározásakor nincs megadva, hogy melyik érték lett használva, akkor általában az LHV érétkével számoltak, mivel ez magasabb hatásfokot eredményez. Láthatjuk, hogy van egy határa a hatásfoknak. A maximális villamos energia a Gibbs féle szabadenergia változással egyenlő, ezért: g f max = * 100 % h f Ezt a maximális hatásfokot "termodinamikai hatásfoknak" is nevezik. A következő táblázat a HHV esetén elérhető maximális hatásfokokat mutatja a hidrogén üzemanyag cella esetében. A reakciótermék (víz) Hőmérséklet g f Max. EME Max. hatásfok halmazállapota Folyékony 25 C -237,2 kj/mól 1,23 V 83 % 148

149 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 különböző hőmérsékleteken a hidrogén üzemanyag cellában A következő ábrán az üzemanyag cella és a Carnot körfolyamat hatásfokát hasonlíthatjuk össze különböző hőmérsékleten. 3. ábra. Az üzemanyag cella és a Carnot körfolyamat hatásfokának összehasonlítása különböző hőmérsékleteken Két fontos dolgot kell megjegyeznünk: 149

150 Annak ellenére, hogy a 2. táblázat és a 3. ábra alapján arra következtethetnénk, hogy az alacsonyabb hőmérsékletek előnyösebbek, a feszültség veszteségek magasabbak az alacsonyabb hőmérsékleteken, vagyis az üzemanyag cellák munkafeszültsége mindig magasabb a magasabb hőmérsékleteken. A magasabb hőmérsékleten jelentkező hőveszteségeket könnyebb hasznosítani, mint az alacsonyabb hőmérséklet veszteségeit. A hatásfok és az üzemanyag cella feszültsége A 2. táblázatból látszik, hogy a cella maximális elektromotoros ereje és maximális hatásfoka között összefüggés van. Ez az üzemanyag cella működési feszültségére is fennáll. Ha a hidrogén összes energiája villamos energiává alakul, akkor az EME értéke: - h f U = * F U = 1,48 V (HHV esetén és) U = 1,25 V (LHV esetén) Ezek azok a feszültségek, melyeket egy 100 %-os hatásfokú rendszernél kapnánk. Az üzemanyag cella valós hatásfoka: U c = * 100 % (HHV esetén) 1,48 V A gyakorlat azonban azt mutatja, hogy az üzemanyag cellába vezetett üzemanyag nem használódik fel teljesen, egy része reakciók nélkül jut a cella kimenetére. Az üzemanyag felhasználási állandó értékét a következő képlettel határozhatjuk meg: reakcióba lépett üzemanyag tömege 150

151 f = bevezetett üzemanyag tömege Ennek megfelelően az üzemanyag cella hatásfoka: U c = f * * 100 % (HHV esetén) 1,48 V A f értéke kb. 0,95, ami azt jelenti, hogy az üzemanyag cella hatásfokát jó közelítéssel meghatározhatjuk a feszültség egyszerű lemérésével. A gáz koncentrációjának és nyomásának a hatása Fentebb említettük, hogy a kémiai reakciók során a Gibbs féle szabadenergia változások a hőmérséklettől is függenek, viszont ugyanilyen fontos - bár összetettebb - a nyomásnak és a koncentrációnak a hatása. Általánosan kifejezve bármilyen kémiai reakció a következőképpen írható fel: j * J + k * K = m * M ahol j mól J anyag lép reakcióba k mól K anyaggal, ami m mól M anyagot eredményez és a reakciótermék adott aktivitással rendelkezik. Ezt az aktivitás "a" betűvel jelöljük, így a j, a k és a m aktivitással számolhatunk. Ideális gázoknál az aktivitás: P a = ---- P 0 151

152 ahol P a gáz aktuális nyomása, P 0 pedig a normál légköri nyomás (0,1 MPa). A reakciótermék és a kiinduló anyagok aktivitása módosítja a Gibbs féle szabadenergia változás értékét. Balmer határozta meg a következő egyenletet: a J j * a K k g f = g f 0 - R * T * ln( ) a M m ahol g 0 f a Gibbs féle szabadenergia változás normál légköri nyomáson. Annak ellenére, hogy ez a képlet nem néz ki nagyon barátságosan, valójában nagyon hasznos. A hidrogén és oxigén reakciójánál a következő képletet kapjuk: 1/2 a H2 * a O2 g f = g f 0 - R * T * ln( ) a H2O A g 0 f értékét az 1. táblázatban láthatjuk. Ha a kiinduló anyagok aktivitása növekszik, akkor a g f értéke negatívabbá válik, azaz több energia szabadul fel. Ha viszont a termék aktivitása növekszik meg, akkor a g f értéke kevésbé negatívabbá válik, azaz kevesebb energia szabadul fel. Ahhoz, hogy lássuk, hogyan hat ez a feszültségre, osszuk el mindkét oldalt -2F-el: g f 0 R * T a H2 * a O2 1/2 U = * ln( ) 2F 2F a H2O R * T a H2 * a O2 1/2 U = E * ln( ) 2F a H2O 152

153 ahol E 0 az EME szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson. Ennek értékét a 2. táblázat 4. oszlopában találjuk. Ez az egyenlet pontosan meghatározza, hogyan növekszik a feszültség a kiinduló anyagok aktivitásának növekedésével. Ezt az egyenletet Nernst egyenletének hívjuk. A nyomásra kivetítve Nernst egyenlete a következőképpen változik: R * T P H2 * P O2 1/2 U = E * ln( ) 2F P H2O Az egyenletből látszik, hogy az üzemanyag cella feszültsége a bemenő gázok nyomásának növekedésével nő. Ha a nyomás P1-ről P2-re változik, akkor a feszültség változása a következő képlettel írható fel: R * T P 2 U = * ln(---) 4F P 1 Saját készítésű üzemanyag cella Ezen az oldalon azt vizsgáljuk meg, hogyan lehet saját készítésű üzemanyag cellákat építeni. Különböző megoldások léteznek, ezeket tárgyaljuk a lenti sorokban. Megvan a lehetőségűnk, hogy igazán jól használható üzemanyag cellát építsünk. Egyre több olyan Internetes áruház alakul, ahol az üzemanyag cellák házi megépítéséhez kínálnak anyagokat és vegyszereket. Lehet készen vásárolni akár protoncserélő membránt is. Ilyen áruházak pl. a következők: The Fuel Cell Store 153

154 Ion Power E-Tek A protoncserélő membrán "lelke" a Nafion, mely perfluorozott polimer gyanta, szulfonsavcsoportokkal. Ionvezető tulajdonságokkal rendelkezik, azaz jól vezeti a hidrogén iont (protont), az elektronokkal szemben viszont szigetelőként viselkedik. A Nafion mindkét oldalán szénszövet található, melyek felületét nagyon vékony platina réteg borítja. Ezeket a protoncserélő membránokat felhasználva 2-0,5 V-os feszültségen 0,5-2 A áramerősséget állíthatunk elő a bevezetett hidrogén gázok mennyiségének és a terhelő ellenállás értékének függvényében. De figyeljük meg az árakat is! Egy wattos üzemanyag cella elkészítéséhez majdnem 100 dollárt kellene befektetnünk, nem is számolva még a postai költségeket. Amennyiben nagyobb teljesítményű üzemanyag cellát vásárolunk készen, úgy a wattonkénti fajlagos ár már "csak" 50 dollár körül mozog, de egy 1000 W-os üzemanyagcella ára így is eléri az egymillió forintot. Minél nagyobb a teljesítmény, annál alacsonyabb a kw-onkénti fajlagos ár, ezek az árak azonban még így is nagyon magasak! Vajon lehet ennél sokkal olcsóbban is építeni üzemanyag cellát házilag? Bizony lehet, mégpedig az alkáli üzemanyag cellát (AFC). Ráadásul ennek az üzemanyag cella típusnak a legjobb a hatásfoka, olyan 70 % körül mozog! Az alkáli üzemanyag cella az egyik legdinamikusabban fejlődő technológia, melyet a NASA az 1960-as évek közepe óta használ az Apolló és a Space Shuttle programokban. Az űrsiklókon üzemanyag cellák biztosítják az elektromos áramot a fedélzeti rendszerek számára. Az alkáli üzemanyag cella elektrolitként vízben oldott KOH-t használ, melyet egy porózus stabilizáló mátrix foglal magában. A KOH koncentrációja az üzemanyag cella működési hőmérsékletének függvényében változhat. Ez a hőmérséklet 65 és 220 C között változhat, bár az újabb fejlesztéseknél már 23 és 70 C közötti értékekre is leeshet az üzemi hőmérséklet. Az AFC felépítését a következő ábra mutatja. 154

155 8. ábra. Az AFC felépítése Az AFC-ben a töltéshordozó a hidroxid ion (OH-), mely a katódtól halad az anód felé, ahol a hidrogénnel reakcióba lépve vizet alkotnak és elektront szabadítanak fel. Az anódnál keletkezett vízmolekula a katód felé áramlik, hogy ott újból hidroxid ionná váljon. Az itt ismertetett reakció elektromos áramot és melléktermékként hőt termel. Anód: 2 H OH - => 4 H 2 O + 4 e - Katód: O H 2 O + 4 e - => 4 OH - Egyesített reakció: 2 H 2 + O 2 => 2 H 2 O Az AFC cellában az üzemi feszültség 300 ma/cm 2 áramsűrűségnél kb. 0,8 V. Az AFC egyik jellegzetessége, hogy nagyon érzékeny az üzemanyag vagy levegő CO 2 tartalmára. A CO 2 az elektrolittal reakcióba lépve azt gyors ütemben szennyezi, ennek hatására pedig jelentősen lecsökkenti az üzemanyag cella hatásfokát. Az AFC ezért csak zárt környezetben használható, mint pl. űrsiklókban vagy tenger alatt üzemelő eszközökben és csak tiszta hidrogén és tiszta oxigén lehet az üzemanyaga. A CO, H 2 O és CH 4 molekulák, melyek amúgy teljesen ártalmatlanok, sőt még üzemanyagként is szolgálhatnak más típusú üzemanyag cellákban, az AFC számára károsak. 155

156 Az AFC-k nagy előnye viszont, hogy a többi üzemanyag cella típushoz képest nagyon olcsó a gyártási költségük, mivel a katalizátor szerepét számos, a platinához képest jóval olcsóbb anyag is betöltheti. Az AFC-kről szóló információkat innét vettem. Mielőtt egy komolyabb AFC megépítésén gondolkoznánk, nézzük meg, hogyan is lehet egy nagyon egyszerű AFC-t készíteni. A konyhaasztalodon is elkészíthetsz egy egyszerű üzemanyag cellát 10 perc alatt, hogy láthasd, hogyan lehet tiszta elektromos energiához jutni a hidrogén és oxigén egyesítése által. 1. ábra. A szükséges anyagok és eszközök Az üzemanyag cella elkészítéséhez a következő dolgokra van szükségünk: Egy láb (305 mm) hosszú platinával bevont nikkel vezetékre, vagy tisztán platinából készült vezetékre. Mivel ez otthon nem egy gyakran előforduló anyag, ezért ezt egy katalógusból rendelhetjük meg. Egy kis méretű műanyag vagy fa pálcikára 9 V-os elem csatlakozójára 9 V-os elemre 156

157 Cellux ragasztószalagra Voltmérőre Első lépésként kettévágjuk a platinával bevont vezetéket, majd mindegyik darabot feltekerjük egy tekercs formájában. Ezek lesznek a mi üzemanyag cellánk elektródjai. Én a voltmérőm csatlakozó tüskéjére tekertem a vezetékeket, de használhatsz pl. egy szöget is erre a célra. 2. ábra. A voltmérő csatlakozó tüskéjére tekert vezeték Ezt követően félbe vágjuk a 9 V-os elem csatlakozó vezetékét és a szabad végeit leblankoljuk, majd a platinával bevont vezetékekhez forrasztjuk. Ugyanide forrasztjuk a levágott csatlakozó vezeték végeket is, amik majd a voltmérőhöz fognak csatlakozni. Ezt mutatja a következő ábra. 157

158 3. ábra. Az "elektródák" és a hozzá csatlakozó vezetékek Az elektródákat ezután egy fa pálcikához erősítjük, végül ezt a pálcikát biztonságosan egy vízzel teli pohár széléhez ragasztjuk. A pohár addig van vízzel töltve, hogy az elektródákat teljesen ellepje, 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 voltmérőn ekkor 0 V-ot lehet mérni, bár előfordulhat, hogy egy kis feszültség, kb. 0,01 V megjelenik. 4. ábra. A mérés kezdetekor a voltmérőn 0 V a feszültség 158

159 Az üzemanyag cellánk ezzel el is készült. Az üzemanyag cella működtetéséhez arra van szükség, hogy hidrogén buborékok áramoljanak az egyik elektróda mentén és oxigén buborékok a másik elektróda mentén. Ezt nagyon egyszerűen elérhetjük. Kapcsoljuk a 9 V-os elemet a csatlakozóra (tulajdonképpen elég, ha csak hozzáérintjük, mert csak pár másodpercig van erre szükségünk.) Amikor az elemet hozzáérintettük a csatlakozóhoz, akkor az elektromos áram a vizet elkezdi hidrogénra és oxigénra bontani. Ez az elektrolízis. Láthatod, hogy amíg az elemet csatlakoztatjuk az elektródákhoz, addig azok mentén buborékok alakulnak ki. 5. ábra. Az elektrolízis folyamata Most pedig vegyül el az elemet a csatlakozótól. Ha nem platinával bevont vezetéket használtunk volna, akkor a voltmérőn 0 V-ot kéne ismét látnunk, hiszen nincsen az elem csatlakoztatva. Viszont a platina katalizátorként játszik szerepet, azaz a hidrogén és oxigén gázok újra egyesülését megkönnyíti. 159

160 Megjegyzés: A fenti sorok nem teljesen helytállóak, mivel a kísérleteink tanúsága szerint a platina nélkül is megfigyelhető ez a jelenség. Az elektrolitikus reakció ekkor megfordul. Most ahelyett, hogy a cella elektródjaira áramot vezetnénk a víz szétbontásához, a hidrogén és oxigén gázok újból vízzé egyesülnek, miközben elektromos áram termelődik. 6. ábra. Az elektródákon mérhető feszültség az elem lekapcsolásának pillanatában Az elem lekapcsolásának első pillanataiban az elektródák kapcsain egy kicsit több mint 2 V-ot mérhetünk a voltmérővel. Amint a buborékok feljutnak a víz felszínére, vagy ismét vízzé alakulnak, a feszültség esni kezd, először meredeken, majd egyre lassabban. 160

161 7. ábra. Az elektródákon mérhető feszültség az elem lekapcsolása után kb. egy perccel Kb. egy perc múlva a feszültség sokkal lassabban csökken. Figyeljük meg, hogy a 9 V-os elem energiáját hidrogén és oxigén gázok formájában tároljuk. Természetesen a hidrogént és az oxigént másmilyen forrásból is az elektródákra juttathatnánk és így is elektromosságot tudnánk termelni. A fentebb bemutatott egyszerű kísérlet természetesen csak a jelenség megismerésére jó. A kísérletben platinával bevont vezetékek képezték az elektródákat. Az AFC nagy előnye viszont, hogy nem kell a nagyon drága platinát használnunk katalizátornak. Ha viszont nem használunk platinát, akkor az üzemanyag cellánk előállításának ára drasztikusan lecsökkenhet olyan szintre, ami egy nagyobb teljesítményű üzemanyag cellát is könnyen elérhetővé tesz. A platina történetéről érdekességképpen itt olvashatsz. A jelenleg használt AFC üzemanyag cellák elektrolitja nem folyékony, hanem géles vagy szilárd halmazállapotú - pl. azbesztet itatnak át KOH oldattal. Az elektródák külső felülete mentén áramoltatják a hidrogén és oxigén gázokat. Mivel az elektródák porózus szerkezetűek, ezért az oxigén és a hidrogén gázok átjuthatnak az elektródák falán, miközben elektronleadással H + ionná illetve elektronfelvétellel OH - ionná válnak. A mi célunk az, hogy a lehető legegyszerűbben és legolcsóbban tudjuk elkészíteni az üzemanyag cellánkat. Vegyünk két saválló lemezt, ezek lesznek az elektródák, melyeket KOH oldatba, mint 161

162 elektrolitba merítünk. Mivel ezek a lemezek nem porózus szerkezetűek, ezért a gázokat a lemezek egymás fele néző belső felülete mentén áramoltatjuk át. Ahhoz, hogy a hidrogén és oxigén gázok ne keveredjenek el egymással, az elektrolit oldatba a két elektróda közé egy elválasztó hálót helyezünk, melyben a lyukak nem lehetnek 0,1 mm-nél nagyobbak, így a gázok nem tudnak rajta átjutni, az ionok viszont igen. A gázokat alulról vezetjük az elektróda lemezekhez, s azok az oldat felhajtóerejének hatására felfelé áramolnak. Az anód mentén áramló hidrogén elektront ad le, a katód mentén áramló oxigén pedig elektront vesz fel, miközben a vízzel egyesülve hidroxid ionok keletkeznek. Ahhoz, hogy a gázbevezető csövekbe ne folyjon be az elektrolit oldat, használjunk egyutas szelepeket. Az elektródák tetején megjelenő gázokat felfogjuk és egy-egy csövön keresztül visszavezetjük az elektródák aljához. Ez a megoldás viszonylag egyszerűen megvalósítható, gyakorlatilag a meglévő elektrolizálónkat egy 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 alacsonyáramú vízbontót nagyobb áramokkal. A kérdés az volt, hogy ez a nagyon jó hatásfok megmarad-e akkor is, ha a víz már kevésbé olyan jó szigetelő, mint amilyen Kanarev professzor vízbontójában volt. Az elektrolizáló készüléket - melyet az 1. ábrán láthatsz - Zsolti az egyik ismerősével gyártatta le. 162

163 1. ábra. Az elektrolizáló tartály a cellákkal és a fedéllel Az elektrolizáló tartály fedelét 8 db csavarral lehet rögzíteni. A 2. ábrán az elektrolizáló felépítését láthatod. 4-4 elektródalemezt párhuzamosan kötöttünk, ezáltal növelve a felületet. A 100*150 mm-es elektródalemezek rozsdamentes acélból készültek, a távolság közöttük 1 mm volt. A 4 lemezből álló cellákat egy-egy műpadló darabbal szigeteltük el egymástól. 2. ábra. Az elektrolizáló felépítése Az impulzusok előállítására szolgáló elektronikát - melyet a 3. ábrán láthatsz - ugyan magam terveztem, de nem én építettem meg. Mikor az elektronika részleteiről beszélgettem az egyik 163

164 Olvasóval, Starek Robival, akkor Robi felajánlotta, hogy megépíti és leteszteli az elektronikát, amit ingyen meg is tett, sőt teljesen ingyen el is küldött nekünk! Egy másik Olvasó, István, lehozta hozzánk az oszcilloszkópját, mikor a miénk elromlott, másik alkalommal pedig egy 5 V / 120 A-es tápegységet. Ezen utóbbival végzett kísérleteinkről nem ezen az oldalon olvashatsz majd, hanem itt. Amikor pedig egy harmadik Olvasótól, Lacitól azt kérdeztem, hogy a múlt nyáron végzett kísérleteinkhez (lásd itt) milyen elektrolitot is adott és hogy hol lehetne beszerezni, akkor válaszként postán küldött fél kiló NaOH-t! Nagyon köszönjük mindannyiótoknak ezt az önzetlen segítséget! Ezek nagyszerű példái annak, hogyan lehet együttes erővel előrébb vinni az ingyenenergia gépek kifejlesztésének ügyét! Az elektronika ismertetése 3. ábra. Az elektronika kapcsolási rajza 164

165 Az órajelet a CD4069-es logikai NEM kapukból kialakított négyszögjel generátor biztosítja, melynek frekvenciáját a négy darab kondenzátorral és a P3-as potméterrel lehet szabályozni. Az órajel pontossága érdekében a 12 V-os tápfeszültséget egy 7809-as IC-vel stabilizáltuk, bár az órajel pontosságának igazából nem volt jelentősége az elvégzett kísérleteknél. Az órajel a két darab 4029-es szinkron fel/le számoló IC bemenetére kerül és a megfelelően leosztott jel a CD4011-es logikai ÉS-NEM kapukból kialakított áramkörre kerül. A kimeneten megjelenő jel már a K0-K7 kapcsolók által beállított szélességű, amit az IR2121-es előerősítő IC-kre kapcsolunk. Az előerősítő IC-k kimenetéről a jel egy-egy 18 -os áramkorlátozó ellenálláson keresztül a "K" jelű kétállású nyomógombra jut. Ez a nyomógomb arra szolgál, hogy szükség esetén az elektrolizáló bemenetére ne csak négyszögjelet tudjunk vezetni, hanem egyenáramot is. Ezzel a mérések sokkal gyorsabbá és rugalmasabbá válnak, mikor össze akarjuk hasonlítani a gáztermelést egyenáram illetve impulzusok esetén. Erről bővebben az 5. kísérletnél lesz szó. A jel végül az IRFP064N-es FET-ekre kerül, ahol a tényleges áramerősítés történik. Az elektrolizáló készülékkel párhuzamosan be van kötve egy Dcs dióda. Ennek a funkciójáról később lesz szó. Ezzel az elektronikával akár 0,39 %-os kitöltési tényezőjű impulzusokat is előállíthatunk, a legszélesebb impulzus pedig 25 %-os. A kitöltési tényezőt a K0-K7 kapcsolók segítségével tudjuk diszkréten (lépésekben) beállítani. Mind a két osztó IC-nél legalább egy kapcsolónak be kell lennie kapcsolva. Ha egy sincsen bekapcsolva, akkor az ugyanazt eredményezi, mintha mindegyik be lenne kapcsolva. Minél több kapcsoló van bekapcsolva, annál kisebb lesz az impulzus szélessége. A kitöltési tényező kiválasztása a kettes számrendszer alapján történik. Ha pl. a K0 és a K4 kapcsolók vannak bekapcsolva, akkor az osztási arány ( ) * (2 (4-4) + 1) = 4, ami 25 %-os kitöltésnek felel meg (1/4 = 0,25 => 25 %). A következő táblázat abban segít, hogy a különböző kapcsolóállások és órajel frekvenciák mellett megkapd a kitöltési tényezőt és a jel illetve a szünet idejét. Órajel: Hz K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 Imp. frekvenciája Periódus idő Kitöltés Szünet Jel 165

166 650 Hz s 0.39 % s 6.00 s 1. táblázat. A kapcsolóállások és az órajel hatása a kitöltési tényezőre és a jel hosszára Ha az 1. táblázatban a módosítható paraméterekkel játszol egy kicsit, akkor észre fogod venni, hogy a kitöltési tényező szintén hatással van a kimeneti impulzus frekvenciájára, bár ez számunkra nem jelentett problémát. A megépített elektronikát a 4. ábrán láthatod. 4. ábra. A megépített elektronika és a mérőműszerek Robi a könnyebb forraszthatóság érdekében több próbalemezen rakta össze a kapcsolást. 166

167 Kísérletek az elektrolízissel Az itt ismertetésre kerülő kísérletek nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy itt olvashatod őket. A kísérletek első részében a csapvízbe Trisót öntöttünk elektrolitként, de később Trisó helyett NaOH-val dolgoztunk. A feszültséget és az áramot voltmérővel és oszcilloszkóppal egyaránt mértük. Az áramok oszcilloszkópos méréséhez egy hegesztőpálcából összerakott söntöt használtunk az itt bemutatott módon, a termelt gáz mennyiségét pedig az itt leírtak szerint mértük. 1. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy leellenőrizzük Kanarev azon állítását, hogy az elektrolizálót feltöltve és 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 2-3 másodpercig tartó "feltöltés" után lekapcsoltuk a tápfeszültséget és adott időközönként mértük az elektrolizáló kapcsain mérhető belső feszültséget. A következő táblázatban a mérési eredményeket láthatod. Idő Feszültség 0 s 11,6 V 1 s 3,2 V 2 s 2,3 V 3 s 1,9 V 4 s 1,55 V 5 s 1,3 V 7 s 1,1 V 12 s 0,9 V 20 s 0,86 V 60 s 0,84 V 2. táblázat. Az egyenfeszültséggel feltöltött elektrolizáló szabad kisülése 167

168 5. ábra. A 2. táblázat grafikus ábrázolása Mint az a 2. táblázatból is látszik, a feszültség a tápforrás lekapcsolása után rohamosan csökken, majd kb másodperc múlva a feszültség beáll 0,84-0,86 V-ra. Ez a feszültségszint még kb. 2-3 perc múlva is jelen volt, mindössze néhány század voltot csökkent. Kiértékelés: A mérési eredmények valamelyest eltértek a Kanarev féle eredményektől, azaz gyorsabb volt a kisülési folyamat. Ez azzal magyarázható, hogy a mi kísérletünkben jóval nagyobb volt a víz vezetőképessége, vagy ami ugyanazt jelenti, az elektródalemezek közötti ellenállás jóval kisebb volt, ezért a lemezeken felhalmozott töltés könnyebben kisülhetett. A kisülés ideje annak függvényében is változott, hogy mekkora volt az adott mérőműszer belső ellenállása. Mivel az oszcilloszkóp belső ellenállása nagyobb volt a multiméterénél, ezért ott a feszültségesés folyamata lassabban ment végbe. 2. kísérlet 168

169 Ez a kísérlet az 1. kísérlet folytatása. A kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev által említett másik nagyon érdekes jelenséget is leellenőrizzük. Kanarev azt állította, hogy a kisütött elektrolizáló pár másodperc 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 lekapcsoltuk róla a tápfeszültséget. Ezt követően 2-3 másodperc múlva, mikor az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség leesett kb. 1,1 V-ra, rövidre zártuk az elektrolizálót s így tartottuk pár másodpercig. A rövidzár alatt az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség természetesen 0 V volt. Mikor a rövidzárat megszűntettük, az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség a 0 V-ról fokozatosan emelkedni kezdett, majd kb. 15 másodperc múlva elérte a maximumát, 0,78 V-ot. Innét pár percig mérve a kapocsfeszültséget az fokozatosan (bár igaz, hogy nagyon lassan) el kezdett csökkenni. Tíz perccel a rövidzár megszűntetése után a feszültség még mindig 0,41 V volt. Kiértékelés: Ez a kísérlet is igazolta Kanarev professzor állítását, azaz a rövidzár után az elektrolizáló feszültsége önmagától növekszik egy bizonyos értékig. Ebből azonban még nem tudtunk egyértelműen arra következtetni, hogy az elektrolizáló az energiának a forrása is lenne. Inkább afelé hajlunk, hogy az elektrokémiai folyamatok során létrejövő ionok nem tudnak a rövidzár egy-két másodperce alatt semlegessé válni, s mikor a rövidzár megszűnt, akkor továbbra is elektromosan feltöltöttek maradtak az ionok (legalábbis nagy részük). Ez okozhatja ezt a jelenséget. A kisütést többször megismételve azt tapasztaltuk, hogy minden egyes kisütés után egyre alacsonyabb volt az elektrolizálónak az a maximális feszültsége, ameddig az a rövidzár után felemelkedett. Ez is a pár sorral feljebb említett elképzelésünket támasztja alá. 3. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy megállapítsuk a különböző cellakombinációk hatását a kisülés sebességére. 2, 3, 4 és 5 lemezt tettünk egymástól 1 mm távolságra, majd mindegyik kombinációban elvégeztük a feltöltést és a feszültség lekapcsolása után mértük a feszültség esését. Az 1. és 2. kísérlettel ellentétben az elektrolit vezetőképessége jóval kisebb volt, így a kisülés is lassabban történt. Ezt mutatja a következő táblázat, ahol a feszültség lekapcsolása utáni 10.-ik másodpercben mérhető kapocsfeszültségek vannak feltűntetve: Lemezek Feszültség 169

170 2 db 1,7 V 3 db 1,65 V 4 db 1,62 V 5 db 1,59 V 3. táblázat. Az elektródák számának hatása a kisülési feszültségre Kiértékelés: A mért eredmények azt mutatták, hogy a cellakombinációktól függetlenül, nagyjából azonos sebességgel sült ki az elektrolizáló készülék. 4. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy a Kanarev féle kísérletekhez hasonlóan impulzusokat használva megnézzük, lehet-e 100 %-nál jobb hatásfokon bontani a vizet. Az impulzusok kitöltése 25 % volt. Egyenlőre azért nem kevesebb, mert a gázfejlődést könnyebb volt mérni szélesebb impulzusok esetén (szélesebb impulzus => több gáz). A FET "g" lábán mérhető impulzusokat a következő ábra mutatja. 6. ábra. A FET "g" lábán mérhető 25%-os kitöltésű impulzus 170

171 Ugyanez a jel az elektrolizáló két kapcsán a következőképpen néz ki. 7. ábra. Az elektrolizáló két kapcsán mérhető feszültség Megjegyzés: Ha figyelmesebben megnézed a két ábrát, láthatod, hogy nem azonosak a periódusidők, sőt, még az oszcilloszkópok is különböznek. Ennek az a magyarázata, hogy mérés közben elromlott az oszcilloszkópunk, s az egyik olvasó, István felajánlotta a sajátját, ezzel végeztük a további méréseket. A két mérés között azonban eltelt pár nap s közben az elektronika órajelét is változtatgattuk. 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, melynek értéke most 7 V, de ez már pár órai tesztelés után volt mérhető. A kísérletek elején ez az érték 3 V volt. Ez azt is jelenti, hogy az elektrolizáló a használat közben töltődik, így idővel egyre kevesebb energiát kell közölnünk vele, hogy ugyanannyi gáz termelődjön. Ebben a kísérletben töltőimpulzusokkal bombáztuk az elektrolizálót, aminek hatására ez a korábbi kísérletekben megfigyelt belső energia egy állandó értéken maradt, sőt növekedett is, így az elektrolízis során nem csak az általunk egy adott pillanatban befektetett energia bontja a vizet, hanem az elektrolizáló által felhalmozott (és a megcsapolt?) energia is közreműködik. 171

172 Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön a következőképpen néz ki. 8. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön Az alkalmazott sönt ellenállása 0,01, 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 és áramértékeket fogjuk felhasználni. Mind a feszültségnél, mind pedig az áramnál négy részre oszthatjuk a periódusidőt: Az első maga az impulzus, amely áll a felfutó és a lefutó élből és az impulzus időtartama alatti részből A második az impulzus kikapcsolásakor keletkező negatív irányú tűimpulzus A harmadik ezen tűimpulzus által keltett rezgések lecsengési fázisa A negyedik pedig a szünet fázisa A befektetett energia kiszámításánál csak az első fázisnál - azaz az impulzus bekapcsolt állapotában - felhasznált teljesítményt kell figyelembe vennünk, bár a 6. kísérletnél szó lesz a második és a harmadik fázisban kialakuló jelekről is. Az effektív teljesítményt úgy tudjuk meghatározni, hogy a jel feszültség és áram értékeiből adott időközönként mintát veszünk s azokat átlagoljuk. Hat mérőpontot veszünk, azaz 1 s-onkét olvassuk le a feszültség és áramértékeket. A kapott értékeket összeadjuk és elosztjuk a vételezett minták számával, jelen esetben hattal. 172

173 Az elvet a 9. ábrán láthatod, a vételezett minták értékeit pedig a 4. táblázatban tűntettük fel: 9. ábra. A mintavételezés menete Idő Feszültség Áram 0 s 0,0 V 12,0 A 1 s 1,8 V 6,1 A 2 s 2,7 V 4,5 A 3 s 3,5 V 2,9 A 4 s 3,9 V 1,3 A 5 s 4,2 V 0,0 A Átlag: U á = 2,68 V I á = 4,46 A 4. táblázat. A mintavételezés eredménye (a 7. és a 8. ábra alapján) Ahhoz, hogy ne kelljen minden egyes mérésnél ilyen fárasztó módon meghatároznunk az átlagos értékeket, a kondenzátoroknál szokásos konstansokkal számolhatunk, azaz a kondenzátor átlagfeszültsége a csúcsérték 63 %-a, a kondenzátor átlagárama pedig a csúcsáram 37 %-a lesz. Ez a mi példánkban azt jelenti, hogy: 173

174 U á = U cs * 0,63 = 4,2 V * 0,63 = 2,65 V, I á = I cs * 0,37 = 12 A * 0,37 = 4,44 A Hasonlítsuk össze az eredményeket a 4. táblázatban kapott átlagos értékekkel. Látjuk, hogy ezzel az egyszerűsített módszerrel is pontos eredményt kapunk, sőt, pontosabbat, mivel ezek a konstansok matematikailag lettek meghatározva. Megjegyzés: A feljebb említett 63 % és 37 % csak akkor igaz, ha a töltőimpulzusok ideje = R * C, ahol C a vízbontó kapacitása, R pedig a vízbontóval sorba kapcsolt ellenállások eredő értéke. Ez az eredő érték az áramforrás belső ellenállásából, a FET nyitóirányú ellenállásából, a FET "s" lábával sorba kötött ellenállásból és a vezetékek fajlagos ellenállásából tevődik össze. Neked azonban ezeket nem kell kiszámolnod, elég, ha a P3-as potméterrel úgy állítod be a jel frekvenciáját, hogy az szemmel jól láthatóan kialakítsa az elektrolizáló kapcsain látható exponenciálisan felfutó jelalakot. Amennyiben a jel ennél rövidebb, úgy a 9. ábrán bemutatott mintavétele-zéssel számíthatod ki a jel effektív teljesítményét. A következőkben leírjuk részletesen az átlagos teljesítmény meghatározását, mivel ennek nagyon fontos 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

175 Mint a 7.ábrán láthatjuk, U e = 7 V, U i = 11,2 V, T = 24 s, t i = 6 s. Ezt szemléltettük a 10.a ábrán. Mivel az impulzus feszültsége hozzáadódik az elektrolizáló által szolgáltatott kb. 7 V-os feszültséghez, de ennek az egyenfeszültségnek a létrehozásához nem fektettünk be energiát, ezért ezt nem kell figyelembe vennünk a számításoknál. (Erről bővebben az 5. kísérletben lesz szó.) Ha ezt a 7 V-os egyenfeszültséget kivonjuk a mért jelből, akkor a 10.b. ábrán látható eredményt kapjuk, ahol U i1 = U i - U e = 11,2 V - 7 V = 4,2 V. Ezek az impulzusok azonban nem négyszög alakúak, ezért meg kell határoznunk, hogy négyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója. Ezt úgy kapjuk meg, ha az U i1 értékének a 63 %-át vesszük. U e1 = U i1 * 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 mekkora egyenfeszültséggel egyenlő a befektetett impulzus feszültsége. Ehhez ismernünk kell a periódusidőt (T) és az impulzus idejét (t i ). Ezek ismeretében U e = U i * t i / T = 2,65 V * 6 s/24 s = 0,66 V. Ezt a 10.d. ábra szemlélteti. A feszültségmérő ezzel szemben 8,41 V-ot mutatott! Az effektív áram meghatározását a 11. ábrán mutatjuk be. 11. ábra. Az effektív áram meghatározásának menete Mint a 8.ábrán láthatjuk, a söntön mért feszültségimpulzus amplitúdója 0,12 V. A sönt ellenállásértékének az ismeretében könnyen meghatározhatjuk az áramimpulzus amplitúdóját is: I i1 = 0,12 V / 0,01 = 12 A. Ezt mutatja a 11.a ábra. 175

176 Ezek az impulzusok azonban - a feszültségimpulzusokhoz hasonlóan - nem négyszög alakúak, ezért meg kell határoznunk, hogy négyszögimpulzusok esetén mekkora lenne az impulzus amplitúdója. Ezt úgy kapjuk meg, ha az I i1 értékének a 37 %-át vesszük. I e1 = I i1 * 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 egyenárammal egyenlő a befektetett impulzus árama. Ehhez már ismerjük a periódusidőt (T) és az impulzus idejét (t i ) is: I e = I i * t i / T = 4,44 A * 6 s/24 s = 1,11 A. Ezt a 11.c. ábra szemlélteti. Az árammérő ehhez közeli értéket, azaz 1,13 A-t mutatott! Miután meghatároztuk, hogy az effektív feszültségesés az elektrolizálón U e = 0,66 V, az elektrolizálón átfolyó effektív áram pedig 1,11 A, könnyen kiszámítható a befektetett effektív teljesítmény: P e = U e * I e = 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 való tekintettel 4 percig folyamatosan mértük a gáztermelést, majd a kapott eredményt elosztottuk néggyel. Ebből 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 10,45375 ml gáz termelődik percenként, azaz 10,45375 / (1,47 V * 1 A) = 7,11 ml/perc/w. Az elektrolízis hatásfoka ezek szerint tehát: oszc = 25,59 / 7,11 = 3,6 => 360 %. Vessük össze ezt a voltmérő és árammérő által mutatott értékekkel! U V = 8,41 V, I A = 1,13 A, az állítólagosan felhasznált teljesítmény tehát P AV = 8,41 V * 1,13 A = 9,5033 W. Az egy wattra jutó gáztermelés 18,75 / 9,5033 = 1,97 ml/perc/w, ami alapján a hatásfok: multim = 1,97 / 7,11 = 0,277 => 27,7 %. Hatalmas a különbség! Ezért nagyon fontos, hogy az elektrolizáló hatásfokának meghatározásához az oszcilloszkóp adatait használjuk fel, ne a multiméter értékeit! 176

177 A gyakorlatban használatos elektrolizálók, mint tudjuk, nem 100 %-os hatásfokkal dolgoznak, az általunk alkalmazott elektróda elrendezésben egyenáramok esetén 29 és 31 % közötti értékeket mértünk. Ha ehhez viszonyítjuk a hatásfok növekedést, akkor 360/27,7 = 12,99 13-szor jobb az elektrolizálónk hatásfoka, mint gondolhattuk volna a multiméterek adatai alapján! Van azonban ennek a számításnak egy sarkalatos pontja, mégpedig az elektrolizáló egyenfeszültsége! Vajon nyugodt szívvel megtehetjük azt, hogy egyszerűen csak kivonjuk ezt az egyenfeszültség értéket az akkumulátor által szolgáltatott 11,2 V-os impulzusok értékéből? Vajon tényleg az elektrolizáló adja ezt a plusz energiát? Erre kerestük a választ a következő kísérletben. 5. kísérlet A kísérlet célja annak meghatározása, hogy az elektrolizáló által eltárolt feszültség ténylegesen hatással van-e az elektrolízisre. Ehhez a 3. ábrán látható "K" jelű nyomógombot használtuk fel. Az elektronika ismertetésekor már említettük, hogy a nyomógomb alaphelyzetben az impulzusokat juttatja a FET-ekre, benyomott állapotban azonban egyenáram kerül az elektrolizálóra. Két mérést végeztünk, az egyikben 25 %-os impulzusokat kapcsoltunk az elektrolizálóra, a másikban pedig egyenáramot. A mérési eredményeket az 5. táblázat mutatja. Impulzus Gáz 25 % 45 ml/perc Egyenáram 55 ml/perc 5. táblázat. A gáztermelés változása 25 %-os kitöltöttségű impulzusok és egyenáram esetén Az 5. táblázat egyszerűsége ellenére nagyon meglepő eredményt mutat! Az impulzusok alkalmazásakor az egyenfeszültséghez képest csak negyed annyi feszültség esett, az egyenáramhoz 177

178 képest pedig negyed annyi áram folyt az elektrolizálóban, ennek ellenére a gáztermelés nem csökkent jelentősen! P i = U i * I i = (U = /4) * (I = /4) = U = *I = / 16 = P = / 16 P i = P = / 16 ahol: P i - az impulzus teljesítménye P = - Az egyenáram esetén felhasznált teljesítmény A gáztermelés csökkenése pedig: Gázcsökkenés = V i * 100 / V = = 45 ml/p * 100 / 55 ml/p Gázcsökkenés = 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: = i / = = (V i /P i )/(V = /P = ) = [V i /(P = /16)]/(V = /P = ) = 16*(V i /V = ) = 16 * 45/55 = 13, Ezt a 13,09-szoros hatásfok növekedést vessük össze az előző kísérlet végén kapott 12,99-szoros hatásfok növekedéssel! Nagyon közeli ez a két érték! Kiértékelés: Az 5. kísérlet megerősítette a 4. kísérletbeni feltevésünket, miszerint az elektrolizáló által szolgáltatott feszültség növeli az elektrolízis hatásfokát, tehát a számításaink helyesnek bizonyultak! 178

179 De miért okoz ez az eltárolt feszültség hatásfok-növekedést? Erre az lehet a magyarázat, hogy az elektrolízis beindításához a vízmolekulákat polarizálni kell. Ehhez energiát kell befektetnünk, s a vízbontáshoz szükséges energia még ezen felül szükségeltetik. Mikor azonban az elektrolizáló feltöltődött egy bizonyos szintre, akkor a molekulák már állandóan beálltak a megfelelő módon, állandó a polarizációjuk, így erre már nem kell energiát fordítanunk. Ez ugyanakkor azt is feltételezi, hogy egyenáramú vízbontáskor is sokkal jobb a hatásfok, mint ahogy azt eddig hittük, hiszen akkor is jelen van ez a feltöltődési folyamat, csak akkor ezt nem látjuk még oszcilloszkóppal sem! 6. kísérlet A 4. kísérletben ismertettük az elektrolizálóra kapcsolt jelalak négy fázisát, de részletesen csak az első fázist elemeztük ki. Ebben a kísérletben az impulzus lefutó élét követő negatív irányú tűimpulzussal és az általa gerjesztett lecsengő hullámmal foglalkozunk behatóbban. Az impulzus kikapcsolásakor egy nagyon rövid időre a feszültség leesik -0,4 V-ra, (lásd a 7. ábrán) de az áram iránya is megváltozik és egy nagy értékű, ellentétes polaritású tűimpulzus jelentkezik az elektrolizáló kapcsain. (lásd a 13. ábrát) Határozzuk meg ennek a tűimpulzusnak a teljesítményét! A feszültség az impulzus kikapcsolásakor közönséges kondenzátor esetén először hirtelen csökkenni kezd, majd ez a csökkenés mérséklődik és lassabban kezd közelíteni a 0 V-hoz. Ezt mutatja a 12.a. ábra. 179

180 12. ábra. A közönséges kondenzátoron mérhető feszültség alakja Ha ehhez egy állandó értékű egyenfeszültséget (U e ) is kapcsolunk, akkor a 12.b. ábrán látható jelalakot kellene kapnunk. Ezzel szemben a vízbontónál egy tűimpulzus jelenik meg az enyhe lefutó él helyett, mely az egyenfeszültség ellen hat. Ha ez az egyenfeszültség nem lenne jelen, akkor negatív irányú feszültségimpulzust látnánk, így azonban csak egy -0,4 V-os kis csúcsot láthatunk a 0 V-os szint alatt. Az impulzus amplitúdója ezek szerint U i_ki = -U e - 0,4 = -7-0,4 = -7,4 V. Mivel azonban ezt nem tudjuk teljes mértékben hasznosítani, így csak a -0,4 V-os értékkel számolhatunk, de annak is csak a 80 %-ával, lévén ez nem egy tiszta négyszög alakú impulzus. Tudjuk, hogy az impulzus ideje 0,4 s, így az effektív feszültségérték: Ue = Ui*0,8*t i /T = -0,4V * 0,8 * 0,4 s/24 s = -0,0053 V Érdekességképpen határozzuk meg, mekkora ennek a tűimpulzusnak a tényleges effektív feszültsége: Ue = Ui_ki*0,8*t i /T = -7,4V*0,8*0,4 s/24 s = -0,098 V A következő ábrán a söntön mért áramimpulzust láthatjuk. 180

181 13. ábra. Az áram görbéje az elektrolizálóval sorba kapcsolt söntön, kiemelve a negatív irányú tűimpulzust Az áram esetében teljesen egyértelmű volt a negatív irányú tűimpulzus értéke. Az áramimpulzus amplitúdója I i = -1,2 V / 0,01 = -120 A, a hossza pedig 0,4 s. Mivel ez szintén nem négyszög alakú, így csak a jel 80 %-át vesszük figyelembe. Az impulzus effektív értéke ezek szerint: I e = I i *0,8*t i /T = -120 A * 0,8 * 0,4 s/24 s = -1,6 A A tűimpulzus effektív, általunk is hasznosítható teljesítménye ezek alapján: P e = U e * I e = -0,0053 V * -1,6 A = 0,00848 W Az impulzus teljes teljesítménye pedig: P e = U e * I e = -0,098 V * -1,6 A = 0,1568 W Mivel a P e értéke nagyon kicsi, azt is mondhatnánk, hogy nem érdemes ezzel foglalkozni. Azonban az I i nagyon nagy, sőt ez még növekszik is a víz vezetőképességének a növekedésével, s ez akár tönkre is teheti a FET-eket. Ezért próbáltuk meg valahogy megszűntetni ezt a tűimpulzust. 181

182 Első próbálkozásként sorba kötöttünk az elektrolizálóval egy diódát, ami képes volt elviselni ezeket a nagy áramokat is. Ez azonban nem vezetett eredményhez, mivel ennek az impulzusnak a forrása nem az akkumulátor volt, hanem az elektrolizáló, s így a dióda átengedte mind az akkumulátor pozitív irányú, mind pedig az elektrolizáló negatív irányú áramát. Második próbálkozásként fojtótekercset kötöttünk sorba az elektrolizálóval. Ekkor az történt, hogy az elektrolizálóra jutó áram radikálisan lecsökkent, a feszültség pedig megnőtt, vagyis egy áramfeszültség átalakítót kaptunk. Ezen kívül a lecsengő hullámok periódusideje is megnőtt. Tehát minden változott, csak az a negatív irányú áramimpulzus maradt a régi. Végül az egyik Olvasó, Vferi javasolta, hogy kössünk párhuzamosan az elektrolizálóval egy diódát úgy, hogy az a normál impulzus idején zárjon, a negatív irányú tűimpulzus idején viszont nyisson ki, ezáltal rövidre zárva a számunkra káros tűimpulzust. A 3. ábrán ezt a Dcs diódát kék színnel rajzoltuk be. Ez működőképes ötletnek látszik, de ezt már nem tudtuk kipróbálni, mert közben a második, István által 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 a matuzsálemi koruk miatti végelgyengülés következtében romolhattak el. Ha megszűnik ez a negatív tűimpulzus, akkor nem fog kialakulni a harmadik fázisként jellemzett lecsengő hullám se és a FET-ek se lesznek életveszélyben. Megjegyzés: Ezek a negatív irányú tűimpulzusok nem jelennek meg, ha csak tiszta vizet használunk elektrolit (Trisó vagy más anyag, pl. NaOH) nélkül. Ezt mutatja be a 14. ábra. 182

183 14. ábra. Az elektrolizáló kapcsain mérhető feszültség tiszta víznél Tiszta vizet azonban azért nem használhatunk, mert annak a vezetőképessége elenyésző, így mindenképpen megoldandó feladat a negatív irányú tűimpulzus megszüntetése. A kísérletek összefoglalása Az itt bemutatott kísérletek alapján bizonyítottnak tekinthető a Kanarev professzor által ismertetett jelenség, 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 tényezőjű impulzus esetén alacsonyabb volt a hatásfok, mint a 44,4 %-os kitöltöttségű impulzusnál. Az ottani méréseinknél csak multimétert használtunk, de már így is észlelhető volt a hatásfok növekedése. Az is tény, hogy Kanarev kísérleteiben a hatásfok jóval meghaladta az általunk elért 360 %-ot, de ennek oka az impulzusok kitöltési tényezőjében keresendő. Míg Kanarev 3 %-os tűimpulzusokkal kísérletezett, addig mi 25 %-osakkal. Ebből viszont már egyenesen következik az, hogy az impulzus szélességének a csökkentésével tovább tudjuk növelni a hatásfokot. Itt csak azt a tényt kell 183

184 figyelembe vennünk, hogy a keskenyebb impulzusok kevesebb gázt termelnek egységnyi idő alatt, igaz ugyan, hogy jobb hatásfokkal. Ezért az impulzusok áram és/vagy feszültség amplitúdóját meg kell növelnünk a keskenyebb impulzusoknál ahhoz, hogy elérjük a kívánt gázmennyiséget. Ezt ismételten csak kísérletekkel tudjuk majd eldönteni. Van azonban már három szkópos adatunk, melyek különböző kitöltési tényezőjű impulzusok alapján kerültek meghatározásra. Az első kettő mérést mi végeztük el, a harmadikat pedig Kanarev professzor. A mérések eredményét a 6. táblázatban foglaltuk össze: Kitöltés Hatásfok 100 % 27,7 % 25 % 360,0 % 3 % ,6 % 6. táblázat a kitöltési tényező és a hatásfok viszonya 15. ábra. A 6. táblázat grafikus ábrázolása 184

185 Egyértelműen látszik, hogy a kitöltési tényező csökkentésével drasztikusan növelhető a hatásfok. Csak emlékeztetőül, Horváth István a vízautójában 0,6 %-os kitöltési tényezőjű impulzusokat használt (lásd itt) és könnyűszerrel termelt kis energia-befektetéssel annyi gázt, hogy a 4000 cm 3 -es autóját bármilyen útviszonyok között használhatta. Ha Kanarev 3 %-os kitöltési tényezőjű impulzussal el tudott érni több mint %-os hatásfokot, akkor 0,6 %-os kitöltési tényezővel ennél csak sokkal jobb lehet a hatásfok. De honnét ez a bámulatosan jó hatásfok a tűimpulzusok esetén? Ha jobban belegondolunk, a jelenlegi elektrotechnikai és elektronikai berendezések túlnyomórészt szinuszos jelalakkal dolgoznak (erőművek 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 a lehető legkisebb legyen, ezáltal a veszteségeket is a minimumra lehet csökkenteni. Képzeljünk el egy labdát, amit a tenyerünkkel nyomunk lefelé. Minél nagyobb erővel nyomjuk a labdát, az annál nagyobb erővel hat vissza. Ha elengedjük a labdát, akkor az a befektetett energiát adja vissza (mínusz a veszteségek). Most ugyanezt a labdát nyomjuk egy hegyes tűvel. Mi történik? Kis erő hatására is már kilyukad a labda, s onnét nagy erővel, jóval nagyobbal, mint amekkorával nyomtuk a tűt, kiáramlik a levegő. Ez tehát egy korlátos idejű ingyenenergia gép. Ha ezt a hasonlatot átvisszük a nullpontenergiára, akkor azt tapasztaljuk, hogy ennek az energiának a megcsapolására egy tűimpulzust kell használnunk. Ez a tűimpulzus megnyitja egy helyen ezt a nullpontenergiát elválasztó "réteget", s onnét több energia áramlik kifelé, mint amennyi a tűimpulzusban rejlik. A folyamat azonban egyensúlyra törekszik, ezért egy bizonyos (nagyon rövid) idő elteltével ez a "lyuk" "beheged", így több energia onnét nem áramlik. Ha azonban ezt a folyamatot állandósítjuk, akkor egy állandó ingyenenergia forráshoz jutunk. Természetesen nincs szó semmiféle anyagi rétegről, inkább erőterekről beszélhetünk. Minden atom és az őket alkotó részecskék saját erőtérrel rendelkeznek. Mivel azonban ezek a részecskék nem anyagok, hanem energiasűrűsödések, energiahullámok, ezért ezen energiasűrűsödések "logikai" szélét és ezáltal a formáját változtatjuk meg. Egy tű átmérője 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

186 kevesebb gáz termelődik egységnyi idő alatt. A keskenyebb impulzus keskenyebb lyukat fúr az éterbe, ezért onnét is csak kisebb átmérőjű lyukon tud beáramolni az energia. Ezt kompenzálandó növelni kell a lyukak számát (nem az átmérőjét). Ezt a "lyukszám" növelést az áramerősség és/vagy a feszültség növelésével tehetjük meg. Ehhez még adjuk hozzá azt a fontos tényt, hogy ha ezek a tűimpulzusok egy bizonyos frekvencián bombázzák a vizet, akkor a vízbontás hatásfoka még jobban növekszik! További lehetséges kísérletek Csak ötletadónak a továbblépéshez, pár elképzelés a későbbi lehetséges kísérletekre vonatkozóan: Kipróbálni Vferi javaslatát a vízbontóval párhuzamosan kapcsolt diódával Különböző kitöltési tényezők mellett mérni a hatásfokot Növelni az áram és feszültség amplitúdók értékét és így mérni a hatásfokot A fogyasztók energiaszükségletének kiszámítása Mielőtt azon kezdenénk el gondolkodni, hogy hogyan állíthatjuk elő az ingyenenergiát, tisztában kell lennünk a házunkban lévő fogyasztók energiaszükségletével. Minden átlagos háztartásban van hűtőszekrény, mosógép, sajnos van TV is, néhol nem is egy, használunk vasalót, hajszárítót, elektromos tűzhelyet, mikrohullámú sütőt, vannak izzólámpák, sőt már szinte minden háztarásban van számítógép is. Nagyon fontos, hogy gondosan számoljuk ki a szükséges energiafogyasztást. Arra is ügyeljünk, hogy a fogyasztást a minimálisra csökkentsük. Tájékoztató adatok A következő táblázat abban segít, hogy ki tudd számolni a háztartásodban lévő elektromos fogyasztók teljesítményszükségletét. Ehhez tudnod kell, hogy az egyes fogyasztóknak mekkora a teljesítményfelvétele, melyet wattokban mérünk. Ezeket az adatokat a készülék hátoldalán 186

187 megtalálhatod, vagy ha ott nem, akkor a gépkönyvben, esetleg a gyártó vagy forgalmazó tud erről felvilágosítást adni. Pár nappal ezelőtt elmentem egy nagy áruházba, ahol végignéztem az összes elektromos berendezés teljesítményszükségletét és az ott szerzett adatok alapján összeállítottam egy táblázatot, melyben az adott berendezések minimális, maximális és átlagos fogyasztását láthatod. Ezek nem egy adott készülék értékei, hanem a forgalomban lévő egyes készülékek értékei. Például a vasalónál megadott 250 Watt minimális fogyasztás egy adott vasaló névleges fogyasztása (pl. HD1301 típusú hordozható vasaló), míg a maximálisan megadott 2400 Wattos fogyasztásnak egy másik vasalótípus (pl. GC 4238 ) felel meg. Az átlagérték sem ezeknek a matematikai középértéke, hanem a legtöbb vasalónak ennyi a fogyasztása. Ezek csak tájékoztató jellegű adatok, ezért mindenképpen ajánlom, hogy Te a saját háztartásodban lévő fogyasztók adataival dolgozzál. A villanytűzhelynél azt a teljesítményt szokták a gyártók feltűntetni, amit az az összes főzőlap és a sütő bekapcsolásakor vesz fel. Mint látod, ennek a berendezésnek a legnagyobb a fogyasztása. A mindennapi életben azonban ritkán szokott előfordulni, hogy mind a négy főzőlap és a sütő egyszerre üzemel (ha csak nem lakodalom van), ezért számold úgy, hogy mondjuk egy főzőlap 1000 Wattot, a sütő pedig 2000 Wattot fogyaszt. A villanytűzhely után egyenként fel van tűntetve a főzőlap és a sütő is, úgyhogy inkább ezek használatát javaslom a számításoknál. Amikor a saját táblázataidat szerkeszted, akkor javaslom, hogy minden egyes főzőlapot külön tűntessél fel, például Főzőlap1 és Főzőlap2 néven és mindegyikhez adjál egy adott üzemidőt. Elvileg az egyik főzőlapot többet használod, mint a másikat, ezért ezek az idők különbözőek lehetnek. A lámpák tervezésekor érdemes kis fogyasztású izzókat használni, melyek 80%-kal kevesebb energiafelhasználás mellett 70%-kal több fényt adnak. Ezért látod a táblázatban a 20 Wattot átlagos értéknek feltűntetve. Javaslom, hogy a főzőlapokhoz hasonlóan minden helyiség izzóit külön sorold fel, például Kisszoba_csillár, Kisszoba_asztali, Konyhai_lámpa, Fürdőszoba_lápmpa stb. és mindegyikhez írd oda a rájuk jellemző teljesítmény és üzemidő értékeket. Ezáltal jóval pontosabb értékeket kapsz. A számítógépnél a monitor és a gép összesített teljesítményfelvételével számoljál, mivel azok egy időben működnek. A nyomtatót, szkennert stb. viszont külön tűntesd fel. A hordozható számítógépek teljesítményigénye Watt körül van, az asztali számítógépek pedig átlagosan 125 wattot fogyasztanak. Berendezés Fogyasztás Üzemóra/hét 187

188 Minimális Átlagos Maximális Hűtőszekrény 40 Watt 80 Watt 125 Watt 168 óra/hét Fagyasztóláda 40 Watt 80 Watt 125 Watt 168 óra/hét Villanytűzhely 1000 Watt 6500 Watt 7100 Watt 21 óra/hét Főzőlap 1000 Watt 1000 Watt 1500 Watt 28 óra/hét Sütő 2000 Watt 2000 Watt 2500 Watt 7 óra/hét Mikrosütő 700 Watt 800 Watt 900 Watt 3 óra/hét Teafőző 900 Watt 2200 Watt 2400 Watt 1 óra/hét Kenyérpirító 1400 Watt 800 Watt 600 Watt 1 óra/hét Turmixgép 190 Watt 300 Watt 400 Watt 1 óra/hét Mosógép 690 Watt 900 Watt 1200 Watt 2 óra/hét Mosogatógép 800 Watt 1000 Watt 1240 Watt 7 óra/hét Vasaló 250 Watt 1900 Watt 2400 Watt 2 óra/hét Hajszárító 1100 Watt 1800 Watt 2000 Watt 1 óra/hét Porszívó 1400 Watt 1800 Watt 2000 Watt 1 óra/hét Számítógép 40 Watt 125 Watt 200 Watt 28 óra/hét TV készülék 50 Watt 80 Watt 100 Watt 28 óra/hét Izzólámpa 20 Watt 20 Watt 100 Watt 35 óra/hét 1.Táblázat. Tájékoztató adatok néhány fogyasztóról A háztartásod fogyasztóinak teljesítményszükséglete A következő listát Te magad szerkesztheted meg. Nézz körül a háztartásodban és írd össze, milyen elektromos fogyasztókkal rendelkezel, mennyi a névleges teljesítményszükségletük és azt is írd le, hogy hetente hány órát üzemelnek. Új berendezést a táblázat alatt lévő "Új fogyasztót adok a listához" nevű nyomógombra kattintva adhatsz a listához (mely egyetlen sort se tartalmaz még, ha most először látogattál el erre az oldalra). Arra is lehetőséged van, hogy a berendezés neve mellett lévő kérdőjelre menve a megjelenő listából kiválasszál egy fogyasztót, aminek az adatai automatikusan beíródnak az adott sorba, de később ezeket az adatokat is bármikor megváltoztathatod. Ha pedig az adott fogyasztót ki akarod törölni a listából, akkor a sor végén lévő "Törlés"-re kattintva ezt is megteheted. A táblázatba beírt adatokat a számítógéped eltárolja, így a következő látogatásodkor nem kell azokat újból beírnod. 188

189 Fontos, hogy gondosan elemezd a háztartásod energiaszükségletét, mivel a következő oldalakon az itt kapott számítási eredményekkel fogunk tovább számolni. Ha az adott berendezés teljesítményfelvétele wattokban van megadva, akkor nincs más teendőd, mint beírni az értékét a táblázatba. Ha viszont például kwh/24 órában adták meg (mint ahogy a hűtőszekrényeknél és fagyasztóládáknál szokták), esetleg kwh/mosásban (mint ahogy a mosógépeknél és a mosogatógépeknél szokás), akkor ezt át kell számolnod wattokba. A kwh/24 órát 24-gyel elosztva és ezerrel beszorozva alakíthatjuk át wattokba. Ha például 0,94 kwh/24 óra van feltűntetve a hűtőszekrényen, akkor a névleges fogyasztása ( 0,94 / 24 ) * 1000 = 39,16 Watt. Ezt kerekítsük 40 wattra. A mosógépek programjai általában félóra és 2 óra között változnak, ezért ott a teljesítményfelvételt csak szorozzuk be ezerrel. Ha tehát egy mosogatógépen a feltűntetett teljesítmény 1,05 kwh/mosás és mondjuk naponta egyszer használod a mosogatógépet, akkor a Fogyasztás mezőbe 1,05 * 1000 = 1050 Wattot, az Üzemóra/hét mezőbe pedig 7 óra/hetet írjál. Berendezés Fogyasztás Üzemóra/hét Heti fogyasztás Törlés Összesítés: 0 Watt 0 Wh/hét 2.Táblázat. A háztartásod fogyasztói és azok energiaszükséglete Amennyiben az általad bevitt adatok nem egyeznek meg nagyjából a tényleges fogyasztásoddal, vagyis azzal, amit a villanyórád, esetleg a villanyszámlád mutat, akkor változtasd meg az adatokat, próbáld megtalálni a valóságos fogyasztást. Javaslom, hogy elsősorban ne a fogyasztók teljesítményeit változtasd meg, hiszen azokat a berendezésekről olvastad le, hanem a heti üzemórákat nézd át és azokkal játsszál. Figyelj arra, hogy mi Wh-ban számoltunk, a számládon vagy villanyórádon viszont kwh van írva, tehát az ott kapott értékeket még ezerrel be kell szoroznod ahhoz, hogy a 2.Táblázatban használt Wh értékeket kapjad. Arra is figyelj, hogy Te a heti fogyasztást számoltad ki, a számládon viszont havi vagy esetleg háromhavi értékek vannak feltüntetve, így a számlád értékeit annyival kell elosztanod, ahány hétre szól a számlád (tehát havi számlánál például néggyel kell osztanod). A 2.Táblázatban kapott fogyasztás összesített értéke egy átlagos háztartásban elérheti a Wattot is. A házak elektromos ellátását védő biztosítékok viszont csak A-esek, azaz az egyidejűleg felhasználható energia teljesítménye maximum 25 A * 220 V = 5500 Watt. Hogy ez a biztosíték mégsem kapcsolja le a fogyasztókat normál használat esetén, annak az az oka, hogy nem 189

190 használjuk egyszerre az összes fogyasztónkat. A következő részben azt vizsgáljuk meg, hogy mennyi energiát kell tudnia a rendszerünknek biztosítania a csúcsidőkben. Energiafogyasztás a csúcsidőkben A valóságban úgy kell megtervezni a háztartásod energiaellátását, hogy a csúcsidőben felhasznált teljesítményt le tudja adni. Három különböző csúcsidő van egy átlagos háztartásban: reggeli, esti és hétvégi. Mind a három esetre számold ki az energiafogyasztásodat, majd a legnagyobbat vesszük alapul a későbbiekben. Gondolj arra is, hogy az egyszerűbb és olcsóbb kialakítás érdekében különböző fogyasztókat egymás után is használhatsz, például először felmelegíted a teavizet, utána a mikrosütőben az ételt, majd a hajszárítót, mosogatógépet használod. Ha azonban úgy gondolod, hogy egyszerre akarsz használni minden fogyasztót, azt is megteheted, de akkor a rendszered feleslegesen túl lesz méretezve. Gondolj bele: az energiaellátó rendszerednek olyannak kell lennie, hogy a csúcsidőben is el tudja látni energiával a fogyasztóidat. De ez a csúcs mondjuk naponta egykét óráig tart, a fennmaradó időben azonban ennek a töredékére van csak szükséged. A berendezés neve mellett látható kis négyszögre kattintva kijelölheted azokat a fogyasztókat, amiket nem akarsz egy időben használni. Ezáltal az inverter és az akkumulátorok kisebb teljesítményűek lehetnek, ami jelentősen olcsóbbá teszi ( Ft-okban értsd) az energiaellátó rendszeredet, bár az összesített energiafogyasztás, amit Wh-ban mérünk nem változik. Az összesítésnél így kétféle fogyasztást kapsz: az egyik érték azt mutatja, mekkora az a maximális fogyasztás, amit a fogyasztók nem egyidejű használatával érsz el, a másik (zárójelben lévő) pedig a teljes fogyasztást mutatja, amikor minden felsorolt berendezést egy időben használsz. Játsszál el a lehetőségekkel, mindent kipróbálhatsz és válaszd ki az igényeidnek legjobban megfelelő megoldást. Az itt következő táblázatokban az üzemidőt percekben add meg, ellentétben a 2.Táblázattal, ahol órákban számoltunk. Ha a csúcsidőben is működik a hűtőszekrény és/vagy a fagyasztóláda (és ez nagyon valószínű), akkor ott a csúcsidő teljes tartományában számolj. Ha például a reggeli csúcsidő egy óra, akkor 60 percet írjál a hűtőszekrénynek, de a teafőzőnek csak 2-3 percet, attól függően, mennyi ideig használod azt ténylegesen. Reggeli csúcsfogyasztás 190

191 Gondold át, hogy reggel milyen elektromos berendezéseket használsz: mikrosütőt, teafőzőt, kávéfőzőt, hajszárítót, főzőlapot, esetleg sütőt, a téli napokon világítást is stb. Berendezés Fogyasztás Üzemidő Csúcsfogyasztás Törlés Összesítés: 0 Watt 0 Wh 3.Táblázat. A háztartásod reggeli csúcsfogyasztása Esti csúcsfogyasztás Most pedig gondold át, hogy este milyen elektromos berendezéseket használsz: mikrosütőt, teafőzőt, kávéfőzőt, hajszárítót, főzőlapot, esetleg sütőt, számítógépet, TV-t, a téli napokon világítást is stb. Berendezés Fogyasztás Üzemidő Csúcsfogyasztás Törlés Összesítés: 0 Watt 0 Wh 4.Táblázat. A háztartásod esti csúcsfogyasztása Hétvégi csúcsfogyasztás Végül gondold át, hogy a hétvégén, főleg szombaton milyen elektromos berendezéseket használsz: mikrosütőt, teafőzőt, kávéfőzőt, hajszárítót, főzőlapot, sütőt, porszívót, számítógépet, TV-t, a téli napokon világítást is, esetleg fűnyírót, villanyfúrót stb. Berendezés Fogyasztás Üzemidő Csúcsfogyasztás Törlés Összesítés: 0 Watt 0 Wh 5.Táblázat. A háztartásod hétvégi csúcsfogyasztása Indítási teljesítményszükséglet 191

192 A hűtőszekrények energiafogyasztásánál a következő dologra kell figyelnünk: a régebbi hűtőszekrények a motor indításakor jóval nagyobb áramot vesznek fel, mint a névleges értékük, legrosszabb esetben ez akár a névleges értéknek a tízszerese is lehet. A motorok esetében is számolnunk kell nagy indító áramokkal, ezért ha az inverter tervezésébe fogunk és annak a teljesítménye nem tudja biztosítani az indításhoz szükséges áramot, akkor a hűtőszekrény vagy motor akár be se fog indulni. Ha azonban modern hűtőszekrényed van, akkor az indítási plusz teljesítményszükséglettel nem kell számolnod. Az inverterekről a következő oldalon olvashatsz bővebben, itt azonban egy újabb táblázatot találsz, ahová beviheted azokat a készülékeket, melyek indítóárama jelentősen meghaladja a névleges áramfelvételt. Ha nincs ilyen készüléked, akkor ezt a táblázatot nyugodtan üresen is hagyhatod. Berendezés Összesítés: Indítási Teljesítményfelvétel Törlés 0 Watt 6.Táblázat. A nagy áramfelvétellel induló berendezéseid listája A fogyasztók teljesítményszükségletének kiszámítási módját innét vettem. A következő oldalon az inverterekkel ismerkedhetsz meg részletesebben. Az inverterek és azok méretezése Mielőtt az inverterek témakörét elkezdenénk tárgyalni, javaslom, hogy menjél vissza a "Fogyasztók" oldalra és ott végezd el a háztartásodban lévő elektromos berendezések fogyasztásának kiszámítását! Teljesítmény Ár 200 W Ft 400 W Ft 1000 W Ft 192

193 2000 W Ft 5500 W Ft 1.Táblázat. A kereskedelemben kapható inverterek teljesítményei és árai Mint látod, az árak exponenciálisan növekednek a teljesítmény függvényében. Azt sajnos nem lehet megoldani, hogy mondjuk két vagy több 1000W-os invertert párhuzamosan kötünk, ezzel növelve az össz teljesítmény, mivel a kimeneten már váltakozó feszültségek vannak, melyek összesítéséhez nagyon 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 értő barátunkat, hogy segítsen benne. Látni fogod, hogy az itt feltűntetett áraknak csak töredékébe fog kerülni a saját készítésű inverter. Az itt következő átalakító ugyan 100 wattos, de ezt könnyen átalakíthatod 1000 vagy akár 5000 wattossá is. Hogy hogyan, azt majd ennek a viszonylag kisteljesítményű inverternek az ismertetése után tudhatod meg. Hogy miért nem mutatok be egyből egy nagyteljesítményű invertert? Azért, mert az itt ismertetett kapcsolást a szerzője, Seiichi Inoue japán villamosmérnök nagyon részletesen ismertette, sőt sok apró kis részletre is kitért, melyek a megépítést nagyon megkönnyítik. Építsél saját invertert Az általam készített inverter kapcsolóként MOS FET-eket használ. Abból indultam ki, hogy ezt a készüléket autóakkumulátor táplálja, tehát a bemeneti feszültség 12 volt. A kimeneti feszültség 100 volt, de a bemeneti és a kimeneti feszültségek szabadon változhatnak, hiszen mindez a transzformátortól függ. Ha 220 voltra van szükséged, akkor használj olyan transzformátort, amelynek a primertekercse 220 voltra lett tervezve, a szekundertekercse pedig 12 voltra. Én közönséges transzformátort használtam, de ebben a kapcsolásban a primer és a szekunder oldalak fel vannak cserélve, azaz a primer oldal most a 12 voltos bemenet lesz (mely eredetileg a trafó kimenete volt), a szekunderoldal pedig a 220 voltos kimenet (mely eredetileg a trafó bemenete volt). Egy 12V-10A-es transzformátort használtam, így az inverter maximális teljesítménye 120VA (kb. 100 W). 193

194 Az inverter A kimeneti hullámforma négyszög alakú. Tapasztalatom szerint ez szinte minden elektromos berendezéshez megfelel, nincs szükség tiszta szinuszos hullámformára. Kapcsolási rajz A 100 wattos inverter kapcsolási rajza 194

195 A viszonylag nagy áramok miatt a vastag vonallal jelölt részeket nagyobb átmérőjű vezetékekből kell készíteni. A biztosíték használata elengedhetetlen, mivel az oszcillátor leállásakor nagy bemeneti áramok keletkeznek. Huzalozási rajz A vezérlő áramkör huzalozási rajza (vezeték felőli oldal) Az elkészített vezérlő áramkör Az áramkör működésének leírása Négyszöghullám oszcillátor 195

196 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 logikai kapukat a nemkívánatos negatív hatások elkerülése érdekében földeld le. Az oszcillátor frekvenciáját a következőképpen 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 következőképpen határoztam meg. Az volt a célom, hogy az oszcillátor frekvenciáját 50 Hz-re vagy 60 Hz-re lehessen beállítani a potenciométerrel (P1). Mivel a tényleges áramkör elemei bizonyos tűréshatárok között változnak, ezért az itt kiszámított értékek 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/( * 10-3 ) = 1/( * 10-3 ) = 49.2 Hz = 93.9 Hz A tényleges áramkörön végzett mérések alapján a minimális frekvencia 43.6 Hz, a maximális frekvencia pedig 76.6 Hz volt. A FET-es meghajtó áramkör Mivel a TTL áramkörből álló oszcillátor kimeneti feszültsége csak 0V és 5V között váltakozik, ezért ezt 0V 196

197 és 12V közötti váltakozó feszültséggé kell alakítani, amit például egy FET-tel tudunk elvégezni. Ez nem egy különleges áramkör. A teljesítmény kapcsoló MOS FET áramkör A kapcsoló áramkör a DC/AC inverter legfontosabb áramköre. Én teljesítménykapcsolónak C-MOS FET áramköröket használtam. A C-MOS FET elnevezés a Complementary (kiegészítő, komlemens) MOS FET rövidítése. A C-MOS FET áramkör egy P-csatornás és egy N-csatornás MOS FET kombinációja. Amikor a bemeneti jel L szintű, akkor a P-MOS FET kerül bekapcsolt állapotba, amikor pedig a bemenet H szintű, akkor az N-MOS FET. A C-MOS FET áramkörben az N-MOS FET és a P-MOS FET mindig egymással ellentétes műveletet hajt végre. Ennek az áramkörnek egy nagyon fontos jellemzője, hogy viszonylag nagy áram vezérlésére alkalmas. Amikor a bemenet L szinten van, akkor a kimenet a P-MOS FET-en keresztül kapcsolódik a tápra és H szintűvé válik, amikor pedig a bemenet H szinten van, akkor a kimenet az N-MOS FET-en keresztül kapcsolódik a földre. A kimenet és bemenet fázisai ellentétesek. A MOS FET árama már akkor megszűnik, mikor a "gate" feszültsége még nem érte el a 0 V-ot. Ez a küszöbfeszültség a FET típusától függően változhat, de az áram már akkor kikapcsol, mikor a "gate" feszültsége 1-2 V alá esik. Ennek köszönhetően a C-MOS áramkörben a P-MOS FET és az N-MOS FET sohase kerül egyszerre bekapcsolt állapotba. A két C-MOS FET áramkört ellenfázisú jelek vezérlik. 197

198 Amikor a TR3 és TR4 bemenete L szinten van, a TR5 és TR6 bemenete pedig H szinten van, akkor a TR3 és a TR6 bekapcsolt állapotba, a TR4 és TR5 pedig kikapcsolt állapotba kerül. Így az elektromos 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 és TR5 pedig bekapcsolt állapotba kerül. Így az elektromos áram a "B" ponttól az "A" pont felé folyik a transzformátor 12V-os bemenetén. Az itt említett feltételek bármelyike folytatódhat, mikor az oszcillátor leáll, aminek következtében nagy áram kezd el folyni a transzformátor bemenetén. Ezért egy biztosítékot kell alkalmaznunk a transzformátor 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

199 Logikai "NEM" kapuáramkör IC az oszcillátorhoz ( 4069UB ) Ezt a logikai "NEM" kapuáramkört a 40-70Hz körüli négyszögjel előállítására használjuk. A 4069UB IC adatlapja +5V-os feszültségszabályozó IC ( 78L05 ) Ezt az IC-t arra használjuk, hogy a +12V-ból stabil +5V-ot állítsunk elő. A 78L05 IC adatlapja 2SC1815 ) A teljesítmény tranzisztorokat meghajtó FET ( Ez a tranzisztor hajtja meg a C-MOS FET-eket az oszcillátor négyszögjeleivel. Az oszcillátor kimeneti 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

200 Amikor a FET bekapcsolt állapotban van, a drain és a source közötti ellenállás 25 milliohm. Ebből következően 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 ellenállás 7 milliohm. Ebből következően 10A-es áram esetén a teljesítményveszteség 0.7 W. A 2SK2956 teljesítménytranzisztor adatlapja Transzformátor A következő jellemzői vannak az általam használt transzformátornak: Primer feszültség: 100V és 110V Szekunder feszültség: 12V Szekunder áram : 10A Méret : 100mm(Sz), 90mm(M) és 100mm(Átm.) Súly : kb. 2.5Kg (A többi alkatrész rajzát itt nézheted meg) 200

201 Az inverter összeszerelése A teljesítménytranzisztorok elhelyezése a hűtőbordán A teljesítménytranzisztorok hűtőbordán történő elhelyezésekor a hőelvonás szempontjait vettem figyelembe. A 2SJ471 bekapcsolt állapotban mért ellenállása 25 milliohm, a 2SK2956-é pedig 7 milliohm. Tehát amikor ugyanakkora áram folyik keresztül mindkét MOS FET-en, akkor a 2SJ471- en négyszer több hő keletkezik, mint a 2SK2956-on. Ezért helyeztem el a 2SJ471-es tranzisztorokat a hűtőborda felső részére úgy, hogy több helyet biztosítottam a hőelvonásra, mint a 2SK2956 esetében. Mivel a hő felfelé emelkedik, ezért a tranzisztorokat a borda alsó részén helyeztem el. Befestettem a szilikon alapú FET-eket a hő jobb szétszórása érdekében. 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 levegőben. Lyuk a tartóvason Egy négyszög alakú lyukat alakítottam ki a tartóvason, hogy a hűtőbordát és rajta a FET-eket könnyen rögzíthessem. A FETeket 3 mm-es anyás csavarokkal erősítettem a hűtőbordához, a bordát pedig csapokkal a tartóvashoz. 201

202 A bemeneti kábelek rögzítése A 12 V-os bemeneti kábeleket vezetékrögzítővel kötöm össze, mikor az invertert nem használom. Ehhez 0.5 mm vastagságú alumíniumlemezeket használtam, melyekhez oda lehet kötni a használaton kívül lévő kábeleket. A vezérlő áramkör beszerelése Mivel a tartóvasat szinte teljesen betölti a transzformátor, ezért a vezérlő 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 teljesítményű páka nem tudna elegendő hőt előállítani a vastag vezetékek forrasztásához. 202

203 A kimeneti oldal vezetékezése A FET "drain" lábát közvetlenül a transzformátor csatlakozójára forrasztottam. Az egyes FET-ek "drain" lábait összeköthettem volna egymással a hűtőbordán is, de a szűk hely miatt ezt úgy oldottam meg, hogy minden egyes "drain"-re külön vezetéket forrasztottam és azokat kötöttem össze a transzformátor csatlakozójával. Az inverter teljesítményének kiértékelése A tesztelés során áramforrásnak autóakkumulátort használtam, terhelésként pedig villanykörtéket. A tesztelő áramkör rajza Az akkumulátor nagyon alacsony belső ellenállása miatt nagy áramok (több mint 100A) folyhatnak keresztül a csatlakozókon rövidzár esetén, ezért a rövidzár lehetőségét teljesen ki kell zárni! A kimeneti teljesítmény mérése Megmértem a bemeneti feszültséget, a bemeneti áramot és a kimeneti feszültséget különböző fogyasztású izzólámpák esetén. Nagy terhelés esetén a kimeneti feszültség leesett. Az izzók teljesítményfelvétele változik a feszültség függvényében, így a tényleges fogyasztást a kimeneti feszültség alapján határoztam meg 203

204 feltételezve, hogy az izzó ellenállása nem változik. A valóságban azonban az izzó ellenállása az elektromos fogyasztástól függően változik, így a mért eredmény nem teljesen pontos. A feszültség és áram alakja nem szinuszos, ez további hibákat eredményez. Mindezek ellenére úgy vélem, hogy ezek 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 esetén a fogyasztott teljesítmény V * V / R = 98 * 98 / 167 = 57.5 W. Az inverter teljesítményét jellemző görbék 110W-os kimenő teljesítménynél 10A bemenő áramot vesz fel az inverter. Ez a maximálisan megengedett teljesítmény ennél a berendezésnél, melynél a kimeneti feszültség 90V-ra esik le. Tovább növelve a fogyasztók teljesítményfelvételét a kimeneti feszültség tovább esik, ezért úgy gondolom, hogy ennek az inverternek a maximális terhelhetősége 120W. A hőmérsékletnövekedés mérése Megmértem a FET-ek hőmérsékletnövekedését, mikor az inverter tartósan adta le a maximális teljesítményt. A mérés helyének a hűtőborda azon részét választottam, ahol a FET-ek voltak elhelyezve. 204

205 A hőmérsékletemelkedés görbéje A kimeneti feszültség hullámformája Az inverter kimenete négyszöghullám. A terhelés növekedésével a hullámforma a transzformátor tekercseinek természetéből adódóan valamelyest megváltozik. A változás a hullámforma felfutó és lefutó éleinél látható. Ugyanakkor úgy gondolom, hogy ezek a változások olyan csekélyek, hogy nem kell velük foglalkozni. Nincs terhelés 60W-os terhelés 110W-os terhelés Az itt bemutatott inverter leírását innét vettem. 205

206 Az inverter teljesítményének megnövelése Most pedig nézzük meg, hogyan lehet a fentebb ismertetett inverter teljesítményét megnövelni. Két dologtól függ az inverter teljesítménye: a transzformátor terhelhetőségétől és a T3, T4, T5 és T6 tranzisztorok teljesítményétől Nézzük meg először a transzformátorok teljesítménynövelésének lehetőségét. A transzformátor teljesítménye a vasmag méretétől valamint a primer és szekunder tekercsek vezetékeinek átmérőjétől függ. Nagyobb teljesítményű transzformátorokat már nem lehet készen venni, azokat úgy kell magunknak tekercselni vagy ezzel foglalkozó szakemberektől megrendelni. Kétféle típusú vasmag van. A hagyományos szögletes E-I vasmag és a torroid alakú vasmag. Az utóbbi használata előnyösebb, mivel ott a hatásfok eléri a 95 %-ot is, míg az E-I alakú vasmagok hatásfoka jóval 90 % alatt van. Ekkora teljesítményeknél ez már nagyon sokat jelent. A hatásfok a mágneses fluxus akadályoztatása miatt olyan alacsony az E-I alakú vasmagoknál. Ezt a következő ábrán is láthatod. A mágneses erővonalak haladása az E-I alakú és a torroid alakú vasmagoknál A tranzisztorok teljesítménye attól függ, hogy mekkora áramot tudnak tartósan átengedni magukon anélkül, hogy tönkremennének. Az is fontos paraméter, hogy mekkora a kimenetük nyitóirányú ellenállása, mivel ez határozza meg azt a teljesítmény-veszteséget, ami hő formájában távozik a tranzisztorok felületéről. Minél kisebb ez az ellenállás annál kevesebb teljesítményt veszítünk a tranzisztorokon és annál jobb lesz az inverterünk hatásfoka. 206

207 Ha például olyan tranzisztort választunk, amelynek az üzemi árama Id = 95 A és a kimeneti ellenállása Rds(on) = Ohm, akkor a tranzisztoron átfolyó áram teljesítményvesztesége Pveszt = U * I = R * I * I = * 95 * 95 = 72,2 W. Mivel a fentebb ismertetett kapcsolásban egyszerre mindig két tranzisztor van nyitva (TR3 és TR6 vagy TR4 és TR5), ezért ezt a teljesítményveszteséget még meg kell szoroznunk kettővel (azt feltételezve, hogy mindegyiknek egyforma a nyitóirányú ellenállása): Pveszt2 = 72,2 W + 72,2 W = 144,4 W. A maximális teljesítmény, amit folyamatosan le tudnak adni a tranzisztorok: Pmax = U * Imax = 12 V * 95 A = 1140 W. Ebből 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 további tranzisztorokat, ezáltal növelve az átereszthető áramok nagyságát. Azt is megtehetjük, hogy két vagy több kisebb teljesítményű transzformátort párhuzamosan kötünk, mivel ebben az esetben a bemeneti áramok teljesen megegyező fázisban vannak, így a kimeneten összegezve azok egymást erősítik. A hűtőborda méretezése Az inverter nagy bementi áramokkal dolgozik, ami még a tranzisztorok nagyon kis kimeneti ellenállása mellett is jelentős teljesítményveszteséget okoz, mely hő formájában távozik a tranzisztorok felületéről. Ahhoz, hogy károsodás nélkül tartósan üzemelhessenek a tranzisztorok, hűtőbordát kell alkalmaznunk, ami segít a keletkezett hő gyorsabb és hatékonyabb elvezetésében. Elméletileg minél nagyobb a hűtő felülete, annál jobb, viszont a túl nagy felület túl drága és feleslegesen nagy helyet foglal el. Ezért fontos, hogy pontosan kiszámítsuk a szükséges felületet. Mielőtt a megfelelő hűtőborda kiválasztásáról szó esne, jöjjön egy kis elmélet. Azt a maximális hőt, amit a félvezető hűtés nélkül is el tud vezetni, Q-val jelöljük (esetleg Pch-val) és wattban adjuk meg. Ezt az értéket a félvezető adatlapjáról olvashatjuk le. A hőelvezetés különböző hőellenállású anyagokon keresztül történik. Ezt egy áramkörként lehet elképzelni, ahol az áram a vezető egyik végéből a másikba folyik különböző ellenállásokon keresztül. A hőellenállás áramkörét a következő ábra szemlélteti. 207

208 A hőellenállás áramköre ahol: Tj - a félvezető maximálisan megengedett hőmérséklete C-ban. Ezt az adatlapról olvashatjuk le, de általában 115 C és 180 C között változik. Néha Tch-val is jelölik. Tc - a félvezető tokjánál maximálisan megengedett hőmérséklete C-ban. Ts - a hűtőborda maximálisan megengedett hőmérséklete C-ban. Ez, akárcsak a Tc esetében a tokhoz legközelebbi helyen mért maximális megengedett hőmérséklet. Ta - környezeti hőmérséklet C-ban. Ha tudjuk az adott hővezető közeg két végén a hőmérsékleteket, akkor meg tudjuk határozni a közeg hőellenállását: R = T/Q Rjc - a félvezető és a tok közötti hőellenállás = ( Tjc)/Q = (Tj - Tc)/Q Rcs - a tok és a hűtőborda közötti hőellenállás = ( Tcs)/Q = (Tc - Ts)/Q Rsa - a hűtő és a környezet közötti hőellenállás = ( Tsa)/Q = (Ts - Ta)/Q Az Rjc értéke adott, azt nem tudjuk megváltoztatni. A pontos értékét a félvezető adatlapja tartalmazza. Az Rcs értékét gyakran felületi hőellenállásnak is nevezik. Ennek értéke attól függ, hogy hogyan érintkezik a tok a hűtőborda felületével. Bizonyos illesztő anyagok vagy kenőanyagok használatával ezt az értéket jelentősen lecsökkenthetjük, mivel akkor nagyobb felületen érintkezik a tok a hűtőbordával. Az Rsa a hűtőborda hőellenállása. Ez az az érték, amit egyértelműen mi határozunk meg. 208

209 A hűtőborda kiválasztásánál első lépésként a kívánt Rsa értékét határozzuk meg a következő képlettel: Rsa = ( ( Tj - Ta ) / Q ) - Rjc - Rcs Ebben az egyenletben a Tj, a Q és az Rjc a gyártó által megadott paraméterek, a Ta-t és az Rcs-t viszont mi határozzuk meg. A Ta értéke tipikusan 35 és 45 C között van, ha a hűtőfelület a szabad levegővel érintkezik és C közötti, ha valamilyen más, hőt termelő készülék van a közelében. A felületi ellenállás ( Rcs ) értéke az érintkező felületek simaságától, laposságától, az alkalmazott szerelési nyomástól (amit a rögzítő csavar feszítése határoz meg), a csatlakozó felületek nagyságától és természetesen az illesztő anyag típusától és vastagságától függ. A pontos értékét nagyon nehéz meghatározni, de a hűtőborda adatlapján levő értékekkel számolhatunk. A következő táblázat néhány tipikus anyag felületi hőtulajdonságait mutatja be. Anyag Vezetőképesség Vastagság Rcs There-O-Link Thermal Compound W/ C inch 0.19 C/W High Performance Thermal Compound W/ C inch 0.07 C/W Kon-Dux W/ C inch 0.17 C/W A-Dux W/ C inch 0.48 C/W 1070 Ther-A-Grip W/ C inch 0.43 C/W 1050 Ther-A-Grip W/ C inch 0.57 C/W 1080 Ther-A-Grip W/ C inch 0.21 C/W 1081 Ther-A-Grip W/ C inch 0.26 C/W A-Phi 20psi W/ C inch 0.27 C/W 1897 in Sil W/ C inch 0.81 C/W 1898 in Sil W/ C inch 0.78 C/W 2.Táblázat. Néhány tipikus hűtőborda hőtulajdonságai Amikor minden adat a rendelkezésünkre áll, akkor meghatározhatjuk azt a maximális Rsa értéket, amellyel egyenlő vagy annál kisebb lehet a hűtőborda hőellenállása. 209

210 Példaként vegyük a 2SK2956 MOS FET-et, melynek adatlapját itt láthatod. A Q (Pch) értéke 35 W, a Tj (Tch) értéke 150 C. Környezeti hőmérsékletnek (Ta) vegyünk 35 C-ot. Az Rjc nincs megadva, de vehetünk egy tipikus értéket, mely 1.5 C/W. A hűtőbordák közül az "1897 in Sil-8"- ból készültnek a legnagyobb a hőellenállása (0.81 C/W). Ezek szerint a hűtőborda maximálisan megengedett hőellenállása: Rsa1 = ((Tj - Ta)/Q)-Rjc-Rcs = ((150-35)/35) = 0.97 C/W. Ha viszont az érintkező felületeket valamilyen felületi illesztővel töltjük ki, akkor a hőellenállás lecsökkenhet akár 0.07 C/W-ra is. Ez a felületi illesztő általában valamilyen termál zsír, de használhatsz gépzsírt is. A lényeg az hogy az egyenetlen felületek között keletkező légréseket valamilyen, a hőt jól vezető anyaggal töltsük ki. A hűtőborda maximálisan megengedett hőellenállása 0.07 C/W esetén: Rsa2 = ((Tj - Ta)/Q)-Rjc-Rcs = ((150-35)/35) = 1.71 C/W. És akkor most nézzük meg, hogyan választhatjuk ki a szükséges méretű hűtőbordát. A hűtőbordát általában a hűtőfelületének a nagyságával jellemezzük, és ezt az adatlapról olvashatjuk le. Azonban van egy másik elterjedt mód is, méghozzá a térfogat meghatározása. A következő ábra azt mutatja be, hogy hogyan aránylik a hőellenállás (Rsa) a hűtőborda térfogatához. Mivel ez az ábra a különböző típusú és formájú hűtőbordák átlagával számol, ezért az eredmény csak megközelítőleg pontos, de a céljainknak megfelel. 210

211 A térfogat az adott test magasságának, szélességének és hosszúságának a szorzata. Tehát ha tudjuk a borda szélességét és magasságát, akkor meghatározhatjuk a hosszúságát is. Az ábrából láthatjuk, hogy az általunk meghatározott Rsa1 = 0.97 C/W maximális hőellenállást kb. 900 cm3-es hűtőborda térfogattal érhetjük el. Ha a hűtőbordánk szélessége 10 cm, a magassága pedig 3 cm, akkor a hosszúságának 900 /( 10 * 3 ) = 30 cm-nek kell lennie. Ha azonban az érintkező felületeket vékonyan bekenjük gépzsírral és nagyon jól megszorítjuk a MOS FET-et a hűtőbordához erősítő csavart, akkor elérhetjük, hogy a felületi ellenállás Rcs lecsökken 0.07-re, ami Rsa2 = 1.71 C/W-os maximális hőellenállást eredményez. A fenti ábrából láthatjuk, hogy ezt kb. 450 cm3-es hűtőborda térfogattal érhetjük el. Ha a hűtőbordánk szélessége 10 cm, a magassága pedig 3 cm (akár csak az előbbi példában), akkor a hosszúságának 450 /( 10 * 3 ) = 15 cm-nek kell lennie. Mint látjuk, a hűtőborda mérete a felére csökkent. A MOS FET-ek adatlapján olvasható Q (Pch) érték azonban arra értendő, mikor maximális a tranzisztoron folyó áram. Ha azonban 2 vagy több tranzisztort párhuzamosan kötünk, akkor az egy tranzisztorra jutó áram már kisebb lesz, ezáltal a disszipálandó hő mennyisége is lecsökken, ami a hűtőfelület további csökkenését is lehetővé teszi. Ha a fenti példánál maradunk és 2SK2956 MOS FET-et vesszük alapul, akkor láthatjuk, hogy a tranzisztor maximálisan üzemi árama Id = 50 A. Ha nekünk azonban mondjuk 60 A-ra van szükségünk, akkor 2 db 2SK2956-ot kell párhuzamosan kötnünk. Ebben az esetben az egy tranzisztorra jutó áram csak 30 A lesz, ami a keletkezett hő 211

212 mennyiségét 30/50 = 0.6-szeresére csökkenti, azaz Qtényleges = 0.6 * Pch = 0.6 * 35 W = 21 W. Ebben az esetben a maximális hőellenállás: Rsa3 = ((Tj - Ta)/Q)-Rjc-Rcs = ((150-35)/21) = 3.9 C/W. A fenti ábrából láthatjuk, hogy ezt kb. 90 cm3-es hűtőborda térfogattal érhetjük el. Ha a hűtőbordánk szélessége 10 cm, a magassága pedig 3 cm (akár csak az előbbi példákban), akkor a hosszúságának 90 /( 10 * 3 ) = 3 cm-nek kell lennie. Mint látjuk, a hűtőborda mérete a harmadára csökkent. Ezeket a méreteket még legalább az ötödére csökkenthetjük, ha ventillátorokat is használunk. Megjegyzés: Mind a három példában úgy számoltunk, hogy a hűtőborda hőmérséklete 50 C-kal haladja meg a környezeti hőmérsékletet, így a borda hőmérséklete Thb = 35 C + 50 C = 85 C. Ez egy kicsit soknak tűnhet, de ne felejtsük el, hogy az adott példánál a MOS FET-ben a félvezetőn átfolyó maximális áram 150 C-os hőmérsékletet hoz létre, ezt kell lehűtenünk. A hűtőbordák méretezését innét vettem. (A ventillátorok méretezéséről is ugyanitt olvashatsz angolul.) Az inverter méretezése A következő táblázatban megadhatod a kiválasztott tranzisztorok néhány paraméterét, a szükséges kimeneti teljesítményt (az előző oldalon kiszámolt fogyasztók teljesítményszükségletének 500 W- os felkerekített értéket a "Fogyasztás" nevű szövegre kattintva írhatod be), valamint megadhatod a transzformátor hatásfokát és teljesítményét. Eredményként a szükséges tranzisztorok számát, a szükséges bemeneti áramot és a veszteségeket, valamint a teljes szükséges hűtőborda térfogatot kapod meg. A hűtőbordák méreteinél az első érték a katalógusban megadott Q értéke alapján számolt méret, a zárójelben lévő érték pedig a több párhuzamosan kapcsolt tranzisztor esetén lecsökkentett Q értéke alapján számolt méret. Bemeneti feszültség = V Környezeti hőmérséklet = C P MOS FET (TR3,TR5) N MOS FET (TR4,TR6) Transzformátor 212

213 Id = A Id = A P = VA Rds(on) = Ohm Rds(on) = Ohm Hatásfok = % Q (Pch) = W Q (Pch) = W Tj (Tch) = C Tj (Tch) = C Rjc = C/W Rcs = C/W Szükséges kimeneti teljesítmény (Fogyasztás) = W A szükséges alkatrészek mennyisége: 2 * 1 = 2 db 2 * 1 = 2 db NaN db Teljesítményveszteségek: NaN W NaN W NaN W Összesített teljesítményveszteség: NaN W A szükséges bemeneti áram: NaN A A szükséges hűtőborda térfogata: undefined (undefined) cm3 / undefined (undefined) cm3 / Össz: NaN (NaN) cm3 FET FET Ha a magassága cm, a szélessége pedig cm, akkor a hossza: NaN (NaN) cm / FET NaN (NaN) cm / FET Össz: NaN (NaN) cm 3.Táblázat. Inverter adatainak kiszámolása Figyeld meg, hogy mi történik, ha a hatásfokot és a bemeneti feszültséget, valamint a tranzisztorok különböző paramétereit megváltoztatod. Próbáld megtalálni azt az optimális megoldást, ahol a legkisebbek a veszteségek, legkevesebb alkatrész kell és a szükséges bemenő áram is a legkisebb. Ezt úgy érheted el, ha megnöveled a bemeneti feszültséget (12-48 V) és kisellenállású tranzisztorokat használsz. A tranzisztorok üzemi árama lehet kisebb is, mivel ekkor ugyan megnő a szükséges tranzisztorok száma, viszont az eredő kimeneti ellenállásuk és a disszipálandó hő mennyisége lecsökken, ami kisebb veszteségeket és kisebb hűtőborda felületet igényel. Ha a bemeneti feszültség nagyobb mint 12V, akkor a TR1 és TR2 FET meghajtókat is úgy kell kiválasztani, hogy azok a magasabb üzemi feszültségen is biztonsággal működjenek. 213

214 Szinuszhullám előállítása Az itt tárgyalt inverter kimenetén négyszögjeleket kapunk. Ez teljesen megfelel szinte minden hálózati fogyasztónak, beleértve a számítógépet és a TV készüléket is. Azonban egy kis módosítással ebből a négyszögjelből szinuszhullámot is előállíthatunk. A működési elv megértéséhez tudnunk kell, hogy a négyszögjel tulajdonképpen tiszta szinuszhullámok összessége. A négyszögjel frekvenciája megegyezik a legnagyobb amplitúdójú szinuszhullám frekvenciájával, a többi szinuszhullám pedig ennek az alapharmonikusnak a felharmonikusa, különböző fáziseltolásokkal. Ha tehát a négyszögjel helyett tiszta szinuszhullámra van szükségünk, akkor egy LC szűrőt kell alkalmaznunk, mely kiszűri az összes felharmonikust és csak az alap szinuszhullámot hagyja meg. A szűrőt a transzformátor 220 V-os kimeneti tekercse és a fogyasztók közé kell tennünk. A szűrő rezonanciafrekvenciája az induktivitás és a kapacitás értékeitől függ: f = 1 / ( 2 * Pi * (L * C ) ) Ebből 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 / ( * L ) A tekercset nekünk kell elkészíteni, mivel az elektronikai boltokban kapható induktivitások csak kis áramokra lettek tervezve, ezért ha a 220 V-os kimenetre ilyen tekercset tennénk, az pillanatok alatt elégne. A tekercset kb. 1 mm átmérőjű vezetékből készítsük. Ilyen vezeték a hagyományos 220 V-os kábel, melynek az egyik erét használjuk csak. Az induktivitást a következő képlet alapján tudjuk kiszámolni: L = ( µ * N * N * A ) / l 214

215 ahol: µ: a tekercs magjának mágneses permeabilitása. Mivel mi csak vasmag nélküli tekercset használunk, ezért a levegő permeabilitását vesszük alapul, melynek értéke 1. N: a tekercs menetszáma A: a tekercs keresztmetszete. Ezt az átmérőből számíthatjuk ki, azaz A = ( Pi * D * D ) / 4 l: a tekercs hossza. Ezt a tekercs menetszáma és átmérője határozza meg, tehát l = N * Pi * D Ezek szerint: L = ( N * N * 3,14 * D * D ) / ( 4 * N * 3,14 * D ) L = ( N * D ) / 4 Legyen a tekercs átmérője 20 mm (0.02 m), a menetszáma pedig 20. Ekkor: L = ( 10 * 0,02 ) / 4 = 0,05 H = 50 mh Ezek szerint a szükséges kapacitás értéke: C = 1 / ( * L ) = 1 / ( * 0,05 ) C = 0, F = 202,6 µf A kondenzátor kiválasztásakor figyelj arra, hogy a megengedett feszültsége meghaladja a 230 V-ot. A következő táblázatba beírhatod a tekercsed menetszámát és átmérőjét (mm-ben!), eredményül pedig a tekercs vezetékének hosszát, induktivitását és kondenzátor kapacitását kapod meg. Menetszám Átmérő Hossz Induktivitás Kapacitás menet mm NaN mm 0 H 0 F 4.Táblázat. Az LC szűrő adatainak kiszámítása Amennyiben tovább szeretnéd szűrni a kimenő jelet, akkor még egy vagy két további LC szűrőfokozatot is hozzácsatlakoztathatsz a kimenethez. 215

216 Árkalkuláció Most pedig nézzük meg, hogy mennyibe kerülne ez a saját készítésű inverter. Kezdjük a legdrágább alkatrésszel, vagyis a transzformátorral. Ennek ára a teljesítmény függvényében változik. Az itt lévő árlistából kitűnik, hogy egy 200 VA-es trafó 20 euróba kerül (kb Ft), egy 2000 VA-es trafó pedig 130 euróba (kb Ft). Az árak növekedését figyelve egy 5500 VA-es trafó olyan 400 euróba (96000 Ft-ba) kerülhet. A négyszögjel generátorra Ft-ot számolhatunk, a meghajtó fokozatra megint 400 Ft-ot, a kimeneti fokozatra pedig a teljesítmény függvényében Ft-ot. A hűtőbordára ismételten a teljesítmény függvényében Ft-ot vehetünk. Az LC szűrőre számoljunk 400 Ft-ot (a nagyfeszültségű kondenzátor miatt). Ehhez még hozzávehetjük a doboz anyagának költségét, a biztosítékot, csatlakozókat, melyekre számoljunk 4000 Ft-ot. A következő táblázatban összehasonlíthatod, hogy a készen vett inverterek árai és a saját készítésű inverterek milyen arányban vannak egymáshoz. Teljesítmény Ár (kész) Ár (saját) 200 W Ft Ft 400 W Ft Ft 1000 W Ft Ft 2000 W Ft Ft 5500 W Ft Ft 5.Táblázat. A kereskedelemben kapható és a saját készítésű inverterek árainak összehasonlítása Ugye hatalmas a különbség? Az 5500 W-os inverternél már több, mint 20-szoros az árdifferencia. Az is egyértelmű, hogy a legdrágább alkatrész a transzformátor, ráadásul azt nem lehet csak úgy megvenni egy elektronikai szaküzletben, hanem meg kell rendelni, ami már egy kicsit körülményes és időigényes, arról már nem is beszélve, hogy egy 5.5 kva-es torroid transzformátor súlya elérheti a kg-ot is. Ezért logikusan merül fel a kérdés, hogy meg lehetne-e építeni egy olyan invertert, 216

217 amely nem tartalmaz transzformátort. A válasz: igen, meglehet. Erről olvashatsz az itt következő részben. Transzformátor nélküli inverter Mielőtt elkezdenénk tárgyalni a transzformátor nélküli invertert, szeretném elmondani, hogy ez csak akkor használható, ha a terhelés állandó. Amennyiben a különböző fogyasztókat ki-be kapcsolgatod, akkor ez a megoldás nem használható! A transzformátor arra kell, hogy az alacsony, 12-48V-os bemenő feszültséget 220 V-os hálózati feszültséggé alakíthassuk. De feszültséget növelni nem csak transzformátorral lehet, hanem úgynevezett feszültségkétszerező kaszkádokkal is, melyek diódákból és kondenzátorokból állnak. elve A feszültségkétszerező működési Ez 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 feltölti a C kondenzátort, melynek következtében a kondenzátor lemezein Vc feszültséget mérhetünk. Mikor a bementen pozitív feszültség jelenik meg, a bemeneti Vi feszültség és a feltöltött kondenzátor Vc feszültsége összegződnek és a D2 diódán keresztül jelennek meg a kimeneten. A Vi és Vc feszültségek értéke a bementi váltakozó feszültség frekvenciájának függvényében változik. Vki = Vi + Vc 217

218 Ha nagy frekvenciákon működik az áramkör, akkor úgynevezett shottky diódákat kell alkalmazni, melyeknek nagyon gyors a kapcsolási ideje. A működési elv ismertetését innét fordítottam le. Nekünk azonban nem elegendő kétszeres feszültségnövekedés, ezért a fentebb bemutatott feszültségkétszerezőt még ki kell bővítenünk. Az egyenirányított impulzusból, mely 0V és +Vki Volt között változik -Vki és +Vki között váltakozó feszültséget kell előállítanunk. Ezt egy újabb kondenzátor beiktatásával tehetjük meg, mely a D2 diódán keresztül a pozitív bemeneti feszültséggel töltődik fel. Ezt mutatja be a következő 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, hogy azok kiadják a szükséges kimeneti feszültséget. A következő kaszkád negatív bemenetét a "Köv."- vel jelzett kimenetre kell kapcsolnunk, a pozitív bemenetet pedig az előző kaszkád pozitív kimenetére. Ezt a következő ábrán is láthatod. Annyi kaszkádot rakhatsz össze, amennyi csak kell. A kimeneten kapott feszültség az Ube bemeneti feszültség n-szerese, ahol "n" a kaszkádok száma. A valóságban azonban a diódák nyitóirányú ellenállása 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 megfelelően: Uki = Ube + ( Ube * 0.9 * n ) Ebből 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

219 Ez a kimeneti feszültség azonban frekvenciafüggő. A fenti egyenlet akkor igaz, mikor a frekvencia a kondenzátor és a dióda ellenállása által meghatározott rezonanciafrekvenciával egyenlő. A kondenzátorok kapacitását a terhelő ellenállás függvényében határozhatjuk meg. f = 1 / 2 * Pi * R * C ebből kifejezhetjük a C-t: C = 1/2*Pi*f*R = 1/2*3,14*50*R = 1/314*R Az R a fogyasztó ellenállása, melynek értékét a teljesítmény és a feszültség ismeretében meghatározhatjuk: R = U * U / Pki így: C = 1 / 314*R = 1 / 314 * (U*U/Pki) = Pki / 314*U*U = Pki / 314*220*220 = Pki / Ha tehát a terhelés 1000 W, akkor a kondenzátorok kapacitása 65,7 µf, 5000 W-os terhelésnél viszont már 329 µf kell legyen. Amennyiben a terhelés megváltozik, a kondenzátorok nem tudnak teljesen feltöltődni, így a kimeneti feszültség a terhelés változásával csökkenni kezd. Amennyiben a terhelés mondjuk csak 1000 W-os határok között változik, úgy meg lehetne határozni egy átlagos terhelést és a hozzávaló kondenzátor kapacitását. Egy háztartásban azonban jóval nagyobbak a terhelésingadozások. Neked kell eldöntened, hogy az adott célra megfelel-e a transzformátor nélküli inverter. Mivel a diódák maximálisan megengedett árama általában kisebb, mint amekkora nekünk kell, ezért megtehetjük azt, hogy két vagy több diódát sorba kötünk, míg el nem érjük a kívánt áramerősséget. Ha például a bemeneten 70 A áramot kell átengedniük a diódáknak, és mondjuk 10 A-es diódáink vannak, 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 áramerősséget úgy határozhatjuk meg, hogy minden fokozatnál a bemenő áramot el kell osztani a kaszkádok számával. A következő táblázatban egy 48 V bemeneti feszültséggel rendelkező négykaszkádos feszültségnövelő áramkör kaszkádjainak az áramait és feszültségeit láthatod. 219

220 Az első kaszkád bemeneti áramát a 3. Táblázatban megadott szükséges kimeneti teljesítmény alapján számoljuk ki, ezért ha ott nem töltötted ki ezt a mezőt, akkor itt nem kapsz helyes eredményt. Az inverter hatásfokát 95 %-osnak vettem, az áramokat pedig a következő képlet alapján számoltam ki: Iki_n = Ibe1 / (( n + 1 ) - ( 0.1 * n ) ) ahol: Ibe1 = Pki/(Ube * hatásfok) = Pki/(48*0.95) = Pki/45,6 n = a kaszkád indexe (1, 2, 3, 4) Az egyik legjobb megoldás, ha olyan diódákat használunk, aminek nem túl nagy az árama, mivel azok nem igényelnek hűtőbordát és az áruk is nagyon alacsony. Egy ilyen dióda például az 1N5404, melynek a maximálisan megengedett árama 3A, a feszültsége pedig 300V. A következő táblázatban megadjuk 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 db 6.Táblázat. 48 V-os inverter kaszkádjainak feszültség- és áramadatai Amennyiben a kimeneti feszültség túl nagy vagy túl kicsi (pl. 240V vagy 210 V), akkor a frekvencia változtatásával azt kis mértékben korrigálhatod. A diódák kiválasztásánál az adott kaszkád bemeneti áramát, a kondenzátorok kiválasztásánál pedig az adott kaszkád kimeneti feszültségét kell figyelembe venni. A teljes inverter áramköre szinte teljesen megegyezik az itt bemutatott áramkörrel, azzal a kivétellel, hogy a transzformátor helyett kaszkádokat alkalmazunk. Ha olyan diódákat használsz, melyeket hűtőbordára kell szerelned, akkor azt a fentebb ismertetett módon méretezheted. 220

221 A transzformátor-nélküli inverter árkalkulációja Az egyes kaszkádok ára különböző lehet, ha különböző áramú diódákat használuk. Ha a bemeneti feszültséget 48 V-ra vesszük, akkor négy kaszkád szükséges. Mi ezzel fogunk számolni és úgy vesszük, 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 ára NaN Ft. Ezt kerekítsük fel NaN Ft-ra. A kaszkádok kondenzátorainak a megengedett feszültsége meg kell haladja az egyes kaszkádok kimeneti feszültségét. A 100V-os 220 µf-os kondenzátorok ára 80 Ft, a 160V-os 130 Ft, a 200V-os 150 Ft, a 250V-os pedig 300 Ft. Ezek összege tehát 2*80 + 2* * *300 = 1320 Ft. Ezt kerekítsük fel 1400 Ft-ra. Mivel nem kell külön hűtőborda, ezért ez nem növeli a költségeket. A következő táblázatban összehasonlíthatod, hogy a készen vett inverterek árai és a saját készítésű transzformátoros és kaszkádos inverterek milyen arányban vannak egymáshoz. Teljesítmény Ár (kész) Ár (trafó) Ár (kaszk.) 200 W Ft Ft Ft 400 W Ft Ft Ft 1000 W Ft Ft Ft 2000 W Ft Ft Ft 5500 W Ft Ft Ft 7.Táblázat. A kereskedelemben kapható és a saját készítésű transzformátoros és kaszkádos inverterek árainak összehasonlítása Az ezen az oldalon megadott árakat a RET katalógusból, a nagyfeszültségű kondenzátorok árait pedig 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 következő oldalon a napelemekről olvashatsz és azok méretezéséről. 221

222 Kapcsolódó kísérletek: 300 W-os inverter 1 Az akkumulátorok és vezetékek méretezése A következő oldalakon bemutatásra kerülő áramforrások legtöbbje nem üzemel állandóan, ezért az energiát akkumulátorokban kell tárolnunk, így az a nap bármely szakaszában hozzáférhető. Ezen az oldalon azt számoljuk ki, hogy mennyi és milyen akkumulátorokra lesz szükséged a fogyasztóid táplálásához. Az akkumulátorok méretezésekor el kell döntenünk, hogy mennyi időn keresztül kell az akkumulátornak táplálnia a fogyasztókat feltöltés nélkül. Ezt az áthidalási időt napokban mérjük. Erre azért van szükség, mert ha borús, esős napok követik egymást, akkor a napi napfénymennyiség jelentősen lecsökken, így a napelemek nem tudják utántölteni az akkumulátorokat. Ha pedig mondjuk szélgenerátort használunk, akkor a szélcsendes napokra is fel kell készülnünk. A következő táblázatba írd be, hogy hány napig kell az akkumulátoroknak utántöltés nélkül folyamatosan üzemelniük. Áthidalási idő: 1 nap 1.táblázat. Az áthidalási idő megadása Az 1.táblázatban megadott érték alapján 1 nap az áthidalási idő, így a már kiszámolt 0 Ah értékkel számolunk a továbbiakban. Az akkumulátorok kisüthetőségét is figyelembe kell vennünk, mely 20-80% között változhat. Az ólomakkumulátoroknak nem tesz jót, ha azokat teljesen kisütjük. Az általánosan elfogadott kisüthetőség 50 %, ezzel számolunk mi is, így az akkumulátorok szükséges kapacitása 0 * 2 = 0 Ah-ra módosul. 222

223 A hőmérséklet függvényében az akkumulátor kisülési ideje is változik: minél hidegebb van, annál hamarabb sül ki. A következő táblázatban azokat a szokásos szorzószámokat láthatod, amiket a különböző hőmérsékleteken szoktak használni a szakemberek. Válaszd ki, hogy a Te esetedben milyen szorzószámot kell használnunk. V Hőmérséklet Szorzó 26,7 C 1,00 21,2 C 1,04 15,6 C 1,11 10,0 C 1,19 4,4 C 1,30-1,1 C 1,40-6,7 C 1,59 2.táblázat. A hőmérséklettől függő kisülési tényező A 2.táblázatban megadott szorzó szám 1, ezért az akkumulátorok szükséges kapacitása marad 0 Ah. Kapható külön a napelemekhez kifejlesztett un. "Solar" akkumulátor is, mégis a legolcsóbb megoldás a hagyományos savas vagy lúgos ólomakkumulátorok használata. A következő táblázatban megadtam néhány ólomakkumulátor teljesítményét és árát. Amperóra Max. Áram Feszültség Ár 45 Ah 440 A 12 V 8000 Ft 55 Ah 480 A 12 V 9500 Ft 62 Ah 580 A 12 V Ft 74 Ah 640 A 12 V Ft 88 Ah 800 A 12 V Ft 3.táblázat Néhány akkumulátor teljesítménye és ára 223

224 A 3.táblázatból láthatjuk, hogy az ár nagyjából arányosan változik az akkumulátor teljesítményével. A könnyebb kezelhetőség és a kisebb helyigény miatt inkább kevesebb számú de nagyobb teljesítményű akkumulátorok használata az ajánlott. A vezetékek méretezése Az akkumulátorok és az inverter általában ugyanabban a helyiségben találhatók, így azok összekapcsolásához nem szükséges túl hosszú vezeték. Az akkumulátorok feltöltéséhez használt egyéb áramforrások, pl. a napelemek vagy a szélgenerátor azonban már jóval távolabb kerülnek elhelyezésre. Ezért nagyon fontos, hogy a vezetékekben a nagy áramok okozta feszültségesést a minimálisra csökkentsük. Ezt a vezetékek átmérőjének helyes megválasztásával tehetjük meg. A vezeték átmérőjének a kiválasztásánál a vezeték ellenállása a mérvadó, melyet a következő képlettel számolhatjuk ki: R = * ( l / A ) ahol: R - a vezeték ellenállása ( ) - az anyagi minőségre jellemző, un. fajlagos ellenállás. Ez rézvezetéknél 1,78E-8 m l - a vezeték hossza (m) A - a vezeték keresztmetszete (m2) Fejezzük ki ebből a keresztmetszetet: A = * ( l / R )= * ( l / (U/I) ) ahol: U - a vezetéken megengedett maximális feszültségesés I - a vezetékben folyó maximális áram 224

225 Ha a maximális áram mondjuk 10 A, a maximálisan megengedett feszültségesés 0,15 V, a vezeték hossza pedig 15 m, akkor a szükséges minimális keresztmetszet: A = 1,78E-8*15/(0,15/10) = 0, m2 = 0,178 cm2 A vezeték keresztmetszete kör alakú, ezért könnyen meghatározhatjuk a vezeték átmérőjét is: A = ( Pi / 4 ) * D^2 ebből az átmérőt kifejezhetjük: D = ( 4 * A / Pi ) A fenti példánál maradva a vezeték minimálisan szükséges átmérője: D = ( 4 * 0,178 / 3,14 ) = 0,47 cm = 4,7 mm Az áramerősség meghatározásakor azt kell figyelembe venni, hogy milyen utántöltési módszert alkalmazol. 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. A napelemek használatánál folyik a legnagyobb áram a vezetékekben, mivel ott csak a napi 5,2 órás napsütéses órákkal számolhatunk. A Te esetedben tehát 0 / 5,2 = 0 A folyik a vezetékekben. A következő táblázatba írd be az akkumulátorok és az azokat töltő áramforrás közötti távolságot és azt, hogy hány volt feszültségesést engedsz meg. Eredményként a rézvezeték minimálisan szükséges átmérőjét kapod meg. Távolság Megengedett feszültségesés Átmérő m V 0 mm 4. táblázat. A vezeték keresztmetszetének meghatározása Amennyiben csökkenteni szeretnéd a vezetékek költségeit, növelned kell a megengedett feszültségesést vagy több vékonyabb vezetéket köthetsz párhuzamosan, mivel azok fajlagosan olcsóbbak, mint a nagy átmérőjű vezetékek. 225

226 A következő oldalon a napenergia hasznosításának lehetőségét tárgyaljuk meg. 226

227 A Nap energiájának hasznosítása Ahhoz, hogy a Nap fényenergiáját elektromos árammá tudjuk alakítani, speciális átalakítókra - napelemekre van szükségünk. Az utóbbi években több cég alakult Magyarországon is, akik a napenergia otthonunkban történő elektromos áramkénti hasznosításával foglalkoznak. Sajnos még egy "kicsit" drágák a szolgáltatásaik. Ezen az oldalon arról olvashatsz, hogyan tudod saját magad megtervezni és akár ki is vitelezni a háztartásod villamos gépeinek napelemekkel történő meghajtását. A napelemek A napfényt elektromos energiává alakító napelemek első, és ma is nyolcvan-kilencven százalékban használt nemzedéke a csipek készítéséhez használt kristályos szilíciumból áll. Ennek hátránya, hogy más félvezetőknél rosszabbul abszorbeálja a fényt, és ezért a jó, százalékos hatásfok eléréséhez néhány tizedmilliméter vastagságú lemezkét kell használni, tehát viszonylag sok kell belőle. Ez a kristályos szilícium ára miatt drágává teszi a napelemet, s ezen keresztül a vele előállított áramot. Húsz éve foglalkoznak már a vékonyréteges napelemek kifejlesztésével, amelyekben a félvezetőréteg csak néhány mikrométer vastagságú. A jelenleg gyártott vékonyréteg-napelemek amorf szilíciummal készülnek, de ezek hatásfoka 10 százalék alatti. Újabban más félvezetőkkel is próbálkoztak. Közülük különösen kedvezőnek látszik a réz-indium-gallium-diszelenid, amelyből egy mikrométeres réteg is elég a napfény energiája százalékának elektromos energiává alakításához. A következő táblázatban néhány napelem teljesítményét és az árát tekintheted meg. Az áramokat úgy kaphatjuk meg, hogy a teljesítményt elosztjuk a maximális kapocsfeszültséggel, ami általában 17-17,5 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

228 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 Ft Ft Ft Ft Ft 4.táblázat. Néhány napelem teljesítménye és ára Akkor tudjuk a leghatékonyabban hasznosítani a napelemeket, ha azokra merőleges szögben érkezik a napsugár. Az általánosan alkalmazott módszer viszont az, hogy a napelemeket a házak tetejére helyezik, arra az oldalra, ahol több ideig éri a napfény. Erről és a napsugárzásról itt olvashatsz bővebben. Próbálj meg játszani a különböző feszültségekkel. Azt fogod látni, hogy akár 12, 24, 36 vagy 48 voltot választasz (itt), a szükséges akkumulátorok és napelemek száma ugyan változni fog, de az áruk nagyjából megegyezik. Hogyan lehetne ezt csökkenteni? A gyári akkumulátorok és napelemek árának csökkenését is kivárhatjuk, de ez talán túl sokáig tarthat, mivel az ezzel foglalkozó vállalkozások a lehető legtöbb hasznot akarják húzni a lehető legrövidebb idő alatt. Az egyik lehetséges árcsökkentés, ha magunk készítünk napelemeket. Az itt következő leírásra az egyik Olvasó - SirLeslie - hívta fel a figyelmemet, majd le is fordította. Készíts napelemet a konyhádban A napelem elkészítéséhez a következő anyagok kellenek: Egy fényes, körülbelül 75 mm oldalhosszúságú, négyzet alakú rézlemez. Két krokodil csipesz. Egy érzékeny mikroamper mérő, amivel A közötti értéket lehet mérni. 228

229 Egy elektromos tűzhely. A kis 700 wattos alighanem nem lesz jó, a kísérletben 1100 wattos szerepel. Egy nagy, tiszta műanyag üveg, pl. 2 literes pet palack, levágott felső résszel. Egy nagy szájú üvegedény Pár evőkanálnyi asztali só Csapvíz Dörzspapír vagy fúrógép drótkefével Lemezolló a rézlap vágásához. Hogyan építsük meg a napelemet A tűzhely így néz ki: Az első lépés a tűzhely méretéhez leszabni a réz lapot. Mosd meg a kezeidet, hogy zsír és/vagy olaj ne kerüljön a lemezre. Ezután tisztítsd meg a réz lemezt is az olajtól, zsírtól és az egyéb szennyeződésektől. (Cif-et vagy hasonló szert javaslok erre (SL).) Használj dörzspapírt vagy a drótkefét a réz lemez alapos tisztításhoz, ha azon korróziós szennyeződés található. Következő: tedd a tiszta és megszárított lemezt a tűzhelyre és kapcsold 229

230 maximumra. Ahogyan kezd a rézlemez melegedni, csodálatos oxidációs mintákat fogsz látni: narancsos, lilás és vöröses lesz a rézlemez felülete. Ahogy melegszik a réz, a színek kicserélődnek szénfekete réz oxidra. Ez nem az az oxid réteg, amit mi szeretnénk, de kis idővel vékony réteg keletkezik, mutatva a vöröses, narancsos, rózsaszínes és lilás rézszerű oxid réteget. 230

231 Az utolsó színváltozás a tűzhely vörös izzásánál történik meg. Amikor a tűzhely izzó piros, a réz lemez fekete rézszerű oxiddal lesz bevonva. Melegítsük tovább egy fél óráig, amíg a fekete réteg megvastagszik. Ez fontos, mivel a vastag réteg könnyen lejön, amíg a vékony bevonat "megtapad" a rézen. 231

232 Fél óra melegítés után kapcsold ki a tűzhelyet. Hagyd a forró lemezt lassan kihűlni a tűzhelyen. Ha gyorsan hűl ki, akkor a fekete oxid meg fog tapadni a rézlemezen. Amint kihűl a lemez, az összehúzódik, ugyanúgy, mint a fekete oxidréteg is, de mivel ez különböző sebességgel történik, ezért a fekete réz-oxid réteg különválik, feljön. 232

233 A kis fekete pikkelyek megfelelő erő hatására lerepülnek a lemezről néhány cm-re. Ez egy kis takarítást is jelent a tűzhely körül, de ez is kellemes időtöltés. Mire a rézlemez lehűl szobahőmérsékletre (ez kb. 20 percet vesz igénybe), a fekete oxidréteg nagyja már lepattogzik róla. A kezeddel csapvíz alatt egy kicsit megdörzsölve az összes kis pernyét letisztíthatod. Állj ellen a kísértésnek, hogy az összes fekete foltot a rézlemezről erős dörzsöléssel vagy hajlítgatással távolítsd el, mivel ez megsértheti a kényes vörös réz-oxid réteget, amiből a napelemet akarjuk készíteni. Az építés további része nagyon egyszerű és gyorsan elvégezhető. Vágjál ki egy másik rézlemezt, melynek mérete az elsővel megegyezik. Enyhén hajlítsd meg mind a két darabot úgy, hogy 233

234 beleilleszkedjenek egy műanyag üvegbe, de ne érjenek egymáshoz. A réz-oxid réteg, ami az első lemez felületén található, a Nap felé néz, mivel ennek van a legsimább, legtisztább felülete. Csatlakoztasd a két krokodil csipeszt, egyiket az első lemezre, a másikat pedig a másodikra. A tiszta rézlemez vezetékét a műszer pozitív kapcsára kössük, a réz-oxiddal bevont rézlemez csatlakozóját pedig a negatív kapocsra. Öntsél egy evőkanálnyi sót forró vízbe. Addig kevergesd, míg az összes só el nem olvad. Ezt követően óvatosan öntsed be a sós vizet az edénybe, ügyelve arra, hogy a csipeszek ne legyenek vizesek. A sós víz ne fedje be teljesen a lemezeket, kb. 2,5 cm-rel emelkedjenek ki a lemezek a vízből, így a "napelemet" anélkül forgathatod, hogy a csipeszek nedvesek lennének. A fenti ábra árnyékban lett készítve. Figyeld meg, hogy a műszer 6 A-t mutat. A napelem olyan, mint egy elem, még a sötétben is mindig fog néhány A-es áramot mutatni. A fenti ábra a napelemet mutatja napsütésnek kitéve. Figyeld meg, hogy a műszer mutatója kb. 33 A-re ugrott. Néha eléri az 50 A-t is, miközben a mutató állandóan rezeg. 234

235 Hogyan működik a napelem? A réz-oxid félvezető anyag. A félvezető anyag az elektromos áramot vezető- és szigetelő anyagok közötti átmenet, ahol az elektronok erősen kötődnek az atomjaikhoz és nem "repülnek el" olyan könnyen. A félvezetőben egy réteg van azon elektronok között, melyek erősen kötődnek az atomjaikhoz, és azon elektronok között, melyek messzebb vannak az atomjaiktól. Ez utóbbiak könnyen elszakadhatnak és így szabadon vezethetik az áramot. Az elektronok nem tudnak a rétegben maradni. Az elektron nem kaphat csak egy kis energiát, amitől kiszakadna az atommag vonzásából és a rétegbe jutna. Az elektronnal annyi energiát kell közölni, hogy az az atommagtól elég messze kerülhessen, a rétegen túlra. Ehhez hasonlóan, egy, a rétegen kívül eső elektron nem tud kis energiát veszítve egy atommag vonzásába kerülni. Annak sok energiát kell veszítenie, hogy a rétegen átjutva olyan helyre kerüljön, ahol az elektronok tartózkodhatnak. Amikor a napfény a réz-oxid elektronjaival elegendő energiát közöl, azok közül néhány át tud ugorni a rétegen és szabad elektronként vezetheti az áramot. A szabad elektronok a sós vízbe jutnak, onnét a tiszta rézlemezre, majd a vezetékeken és a műszeren keresztül visszatérnek a rézoxidos lemezre. Amint az elektronok a műszeren keresztül áramolnak, munkát végeznek, amit a mutató kilengése jelez. Mikor árnyék vetül a napelemre, kevesebb elektron tud átáramolni a műszeren, így a mutató visszamegy majdnem alapállásba. Azok számára, akik a gyakorlatban is használható napelemet akarnak építeni, az itt következő információ hasznos lehet. 235

236 Otthon gyártott 100 W-os napelemek Ez egy nagy áttörés a napelemek gyártásában, mely jelentősen lecsökkenti a napenergia árát, kb. 90 dollárra (18000 Ft-ra) kilowattonként. Ez a technológia meglepően egyszerű. Ahelyett, hogy a szilíciumot finomítanánk majd a cellát építenénk meg, mi először a cellát építjük meg, s csak azután finomítjuk a szilíciumot. A folyamat egy cellát állít elő közönséges parti homokból (szilícium-dioxidból). A cella elkészítése után a homokot kémiai kezelésnek vetjük alá: a reakció elvonja az oxigént, s csak a majdnem teljesen tiszta félkristályos szilícium marad. A maradék nem teljesen tiszta anyag átrendeződik egységes sorba, melyek p-n kapcsolatot alkotnak. A cella vastagságának minden egyes centiméterében sok száz p-n átmenetet kapunk, mely körülbelül 120 V egyenfeszültséget ad normál napsütés mellett. A panel vastagsága határozza meg a feszültséget, a területe pedig az áramot. Az áramsűrűség tipikusan 4 A/m2. Könnyen építhetünk egy 100 W-os cellát. Ehhez egy közönséges fémlap szükséges, amit befedünk kb. 1 cm vastag parti homokkal, ezt befedjük egy lemezzel - ez lesz az elülső kollektor, ezt ismételten befedjük egy védő üvegréteggel és mindezt összeszorítjuk nagy gumiszalagokkal, kötöző zsinórral vagy valami ehhez hasonlóval. A végső kémiai finomítás érdekében óvatosan el kell távolítanunk az üvegtakarót majd permetezzük be a homokot 2 liter 3,7 Dimethylpentadecon-2-ol Propionate-tal. (lásd a 2. és 3. megjegyzést) Egy közönséges ablaktisztító palack megteszi spriccelőnek. A reakcióidő 4 óra. Mivel a reakció fényérzékeny, ezért a fényképek előhívásánál szokásos fény mellett végezzük a kémiai tisztítást. A paneleket természetesen sorba és párhuzamosan is köthetjük, ezáltal növelve a feszültséget és az áramot. Az eredeti angol nyelvű szöveget itt találhatod meg. Megjegyzések: 236

237 1. Ha a réz-oxidos kísérletnél a másik lemez nem rézből, hanem pl. cinkből lenne, akkor talán lehetne növelni a kimeneti feszültséget és talán az áramerősséget is. 2. Az a bizonyos "3,7 Dimethylpentadecon-2-ol Propionate" nevű szer valami kitaláció. Ilyen névvel nem rendelkeznek kémiai vegyületek, de azért szépen hangzik. Ha neked vannak kémiai ismereteid és tudsz olyan szerről, 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 árcsökkentő lehetőség az, hogy nem napelemeket használunk, hanem valami más módon állítjuk elő a szükséges áramot, mondjuk a szélenergia hasznosításával. Erről olvashatsz a következő oldalon. A szél energiájának hasznosítása A szél mechanikai energiáját szélgenerátorok segítségével tudjuk elektromos energiává alakítani. Természetesen a szél energiáját mechanikus energiává is át lehet alakítani, de ezen az oldalon arról olvashatsz, hogyan tudod saját magad megtervezni és akár ki is vitelezni a háztartásod villamos gépeinek szélenergiával történő meghajtását. A szélgenerátor Ahhoz, hogy tudjad, mennyi energiát nyerhetsz ki a szélből a lakóhelyeden, három dolgot kell megvizsgálnod: a szélsebességet, a szélirányt és a napi hasznosítható szeles órák számát. A szélsebesség Az Országos Meteorológiai Szolgálat szerint "az átlagos szélsebesség alapján hazánkat mérsékelten szeles területnek minősíthetjük. A szélsebesség évi átlagai 2-4 m/s között változnak. Jellegzetes a 237

238 szélsebesség évi járása, legszelesebb időszakunk a tavasz első fele (március, április hónapok), míg a legkisebb szélsebességek általában ősz elején tapasztalhatók." A következő térképen megnézheted, hogy Magyarország különböző területein mekkora a 70 m-es magasságban mért átlagos szélsebesség. 1.ábra. Magyarország különböző 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 más magasságokon mekkora a szélsebesség, akkor a következő képletet kell alkalmaznunk: ahol: v 1 - a talajközeli h 1 magasságban mért szélsebesség v 2 - a h 2 magasságban mért szélsebesség Ebből a képletből ki tudjuk fejezni, hogy: 238

239 Ha például a lakóhelyeden 70 m-es magasságban az átlagos szélsebesség 4.2 m/s, akkor 10 m magasan ez csak 2,8 m/s. A következő táblázatba beírhatod a 70 m-es magasságban mért szélsebességet és azt, hogy milyen magasságban tervezed a szélgenerátorod elhelyezését, eredményül pedig megkapod az adott magasságban várható szélsebességet. Szélsebesség 70 m- Szélgenerátor en magassága Szélsebesség az adott magasságban m/s m 0 m/s 1.táblázat. A 70 m magasságban mért szélsebesség átszámolása a szélgenerátor magasságában várható szélsebességre Amennyiben magad akarod kimérni az átlagos szélsebességet, úgy rendszeres méréseket kell végezned. A következő ábrához hasonló görbéket kell kapnod, melyek alapján meghatározható az átlagos szélsebesség. 239

240 2.ábra. Az átlagos szélsebesség meghatározása adott időközönként mintavételezett sebességek alapján. A 2.ábrából kitűnik, hogy "a szeles napokon az átlagos szélsebesség 8-14 m/s-ot is eléri, a maximális szelek 25 m/s közelében vannak. A két értékhatár közötti sávban lévő szélből nyerhető az energia jelentős része. A mintákból vett gyakorisági értékek alapján meghatározhatjuk, hogy a különféle sebességű szelek az év átlagnapján a 24 órából mekkora százalékkal részesednek. A 2.ábrából leolvasható, hogy energiatermelés szempontjából a szelek 56 %-a jó minősítésű." 3.ábra. Az év átlagnapján a 24 órából a különféle sebességű szelek részesedése. A 3.ábrán azt láthatjuk, hogy napközben erősebb szelek fújnak, mint éjszaka és hajnalban, de az átlagos szélsebesség valóban 5,54 m/s. Az átlagos szélsebesség (v á ) ismeretében jó közelítéssel megadható az adott helyre vonatkozó szélsebesség gyakoriság a Rayleigh-féle eloszlásfüggvény alkalmazásával. ahol: 240

241 f(v) - a 'v' sebességű szél relatív gyakorisága Ha az átlagos szélsebesség alapján grafikonon ábrázoljuk a szélsebesség gyakoriságot, akkor pl. a következő ábrán látható görbét kapjuk. 4.ábra. Szélsebesség gyakoriság 4,8 m/s átlagos szélsebesség esetén A 4.ábrából látszik, hogy a 6 m/s-os szélsebesség gyakorisága 12 %, az 1 m/s-os szélsebesség gyakorisága 4 %, a 8 m/s-os szélsebesség gyakorisága pedig 8 %. Más szavakkal megfogalmazva ez azt 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-szükségletének kiszámításakor, de jó tudni, hogy milyen szelek fújnak felénk. A szélsebesség meghatározásával kapcsolatos információkat innét és innét vettem. Szélirány A szélirány sok mindentől függ, például a földrajzi elhelyezkedéstől, a domborzattól stb. Vannak uralkodó szélirányok, melyek az adott területre jellemzőek, de természetesen a szélirány ettől sokszor el is térhet. A következő ábra a magyarországi jellemző szélirányokat mutatja be. 241

242 5.ábra. A magyarországi jellemző szélirányok Mivel a szélirány gyakran változik, ezért fontos az, hogy a szélgenerátor lapátkerekei ne legyenek fixen egy irányba rögzítve, hanem egy vízszintesen elhelyezett farklapáttal a széliránytól függően változtatható helyzetűek legyenek. Az általunk használt szélgenerátorok viszonylag kis teljesítményűek, ezért nem gond a szélirányba állítás. A szélirány mérési eredményeit poláris koordináta rendszerben szokás ábrázolni. Ezt mutatja be a következő ábra. 242

243 6.ábra. A szélirány mérésének alapelve A 6.ábrán lévő jelölések a következők: u i - a szél keleti irányú sebesség-összetevője v i - a szél északi irányú sebesség-összetevője v h - a szélsebesség Vect - a szél vektoriális ázimutja, azaz a szél haladási iránya Met - a szél meteorológiai ázimutja, vagyis az az irány, ahonnét a szél fúj Polar - a szél vektor poláris szöge A kapott eredményt a következőképpen jeleníthetjük meg. 7.ábra. A szélirány ábrázolása poláris koordináta-rendszerben A szélirány meghatározásával kapcsolatos információkat innét vettem. Napi hasznosítható szeles órák száma Mint az 1.ábrán látható, Magyarországon az átlagos szélerősség 4,2 m/s 70 m-es magasságban, amit az 1.táblázatban átválthatunk 2,8 m/s-ra (10 m-es magasságban). Mivel ez átlagos érték, így ennél nagyobb és kisebb szélsebességeket is mérhetünk. Vannak azonban olyan kis szélsebességek, 243

244 melyeknél a szélgenerátor be se indul. Ezek a generátor szempontjából "szélcsendes" óráknak számítanak. A 2.ábrán az is látható, hogy a nap 24 órájából átlagosan 56 %-nyi időben, azaz 13,5 órát fúj jó minősítésű szél. Ezek szerint a szélgenerátornak 0 / 13.5 = 0 A-t kell leadnia. A következő táblázatban néhány szélgenerátor teljesítményét és az árát tekintheted meg. A maximális áramokat úgy kaphatjuk meg, hogy a maximális teljesítményt elosztjuk a kapocsfeszültséggel. Az adott szélgenerátornál mindig a maximális értéket adják meg, mely egy adott szélsebességre vonatkozik. Ez általában 12 m/s, a magyarországi átlagos szélerősség viszont (10 m-es magasságban) 2,8 m/s. Ezért a maximális áramokat még el kell osztanunk néggyel. Típus AIR-X AIR-X WHI-3000 H-80 Whisper Land Land Whisper-175 Feszültség 12 V 24 V 24 V 48 V Teljesítmény 400 W 400 W 1000 W 3200 W Max. Áram 33,33 A 16,66 A 41,66 A 66,66 A Átlag Áram 8,33 A 4,16 A 10,16 A 16,66 A Ár Ft Ft Ft Ft 2.táblázat. Néhány szélgenerátor teljesítménye és ára Próbálj meg játszani a különböző feszültségekkel (itt). Azt fogod látni, hogy minél kisebb a feszültség, annál olcsóbban jön ki a szélgenerátor. Ennek oka az, hogy még egy kisteljesítményű szélgenerátor teljesítménye is jóval meghaladhatja a legnagyobb napelemek teljesítményét. Míg a napelemeknél sok kis elemet raktunk össze a kívánt áram elérésére, addig a szélgenerátoroknál csak 2-10 generátorra van szükségünk, tehát a teljesítmény-eloszlás már nem olyan homogén. Ha összehasonlítjuk a szélgenerátorok és a napelemek összesített árát, akkor azt tapasztaljuk, hogy a szélgenerátorok kb. fele annyiba kerülnek, mint a napelemek. Szélgenerátort viszont könnyebb házilag készítenünk, mint napelemeket, így az még sokkal olcsóbbá válik. Erről lesz szó a továbbiakban. Saját szélgenerátor készítése 244

245 Vegyünk egy vagy több, az autókban használt generátort, lapátkereket és megfelelő nyomatékáttételt, azokat rakjuk össze és már használhatjuk is a szélgenerátorunkat. A valóságban ez természetesen kicsit összetettebb, de ettől függetlenül kivitelezhető. A nyomaték-áttételre azért van szükségünk, hogy a lapátkerék fordulatszámát illeszteni tudjuk az autógenerátorok fordulatszámához. Először azonban meg kell határoznunk, hogy mennyi energiát tudunk a szélből kinyerni. A szél teljesítménye A szél teljesítményét a következő képlettel határozhatjuk meg: P = 0,5 * LS * ( D 2 * 0,7854 ) * v 3 ahol: P - a szél teljesítménye (W) LS - a levegő sűrűsége (általában 1,22-vel számolhatunk ) D - a lapátkerék átmérője (m) v - a szél sebessége (m/s) A konstansokat összeszorozva egy egyszerűbb képletet kapunk: P = 0,479 * D 2 * v 3 Tehát ha a lapátkerék átmérője mondjuk 1,5 m, a szél sebessége pedig 2,84 m/s, akkor a szél teljesítménye: P = 0,479 * 1,5 2 * 2,84 3 = 24,69 W Nem túl sok! Ráadásul itt a veszteségekkel még nem is számoltunk. Az első veszteség ott jelentkezik, hogy a lapátok nem tudják felfogni a szél teljes energiáját. A lapátkerekek hatásfoka 20 % és 40 % közötti lehet. Nagyobb szélsebességnél kevesebb lapát is elegendő - általában 3 db -, míg kisebb szélsebességnél több lapátot - általában 6-8 db-ot - kell használnunk a hatásfok növelésére. Tegyük fel, hogy sikerült megfelelő alakú, számú és méretű lapátkerekeket gyártanunk (erről majd lejjebb lesz szó), így a hatásfokot vehetjük 40 %-nak. 245

246 A következő jelentős veszteség magában a generátorban van, annak hatásfokát csak 60 %-ra vehetjük. További kisebb veszteségek is fellépnek, de azok elenyészők, ezért csak az imént említett két veszteséggel számolunk. A turbina eredő hatásfoka tehát: eredő = 0,4 * 0,6 = 0,24 Módosítsuk a képletet így: P = 0,479 * D 2 * v 3 * 0,24 P = 0,115 * D 2 * v 3 A fenti példánk szerinti 24,69 W szélenergiából tehát csak 24,69 * 0,24 = 5,93 W-ot tudunk kinyerni elektromos áram formájában. Vizsgáljuk meg, hogyan tudnánk ezt növelni. A szélből kinyert teljesítmény két tényezőtől függ: a lapátkerék átmérőjétől és a szélsebességtől. A következő táblázatban összehasonlíthatjuk, hogy ezek mennyire hatnak a rendszer teljesítményére. Sebesség Átmérő 2,8 m/s 5,4 m/s 10 m/s 14 m/s 1 m 2,5 W 18,1 W 115,0 W 315,6 W 1,5 m 5,7 W 40,7 W 258,8 W 710,0 W 2 m 10,1 W 72,4 W 460,0 W 1262,2 W 2,5 m 15,8 W 113,2 W 718,8 W 1972,3 W 3 m 22,7 W 163,0 W 1035,0 W 2840,0 W 3,5 m 30,9 W 221,8 W 1408,8 W 3865,6 W 3.táblázat. A szélturbina kimeneti teljesítménye a lapátkerék átmérője és a szélsebesség függvényében Mint a 3.táblázatból kitűnik, a lapátkerék átmérőjének a növelésével csak kis mértékben tudjuk növelni a kimeneti teljesítményt. A szélsebesség növelésével viszont már jóval jelentékenyebb a teljesítménynövekedés. Elsősorban tehát a szél sebessége a meghatározó. 246

247 Egy településen az átlagos szélsebesség adott. Ha azt növelni akarjuk, akkor a szélgenerátort magasabbra kell telepíteni. A magasságot azonban szintén nem növelhetjük a végtelenségig. Az 1.ábrán látható szélsebesség térképen egyértelműen kitűnik, hogy a hegyvidékes részeken nagyobb a szélsebesség, tehát inkább ott érdemes szélgenerátorokat telepíteni. Az áttétel kiszámítása Tegyük fel, hogy az adott magasságban az átlagos szélsebesség 5,4 m/s, a lapátkerék átmérője pedig 2,5 m. Ekkor az elektromos áram formájában levehető teljesítmény 113,2 W. Mivel autó-generátort használunk, tudjuk, hogy annak kimeneti feszültsége 12 V, így az áramerősség 113,2 / 12 = 9,43 A. Amennyiben ennél nagyobb áramokra van szükséged, több szélgenerátort kell párhuzamosan kötnöd. 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 generátor tekercsén keresztülfolyva nagyobb fékezőerővel hatnak a lapátkerékre és ha a szél energiája nem elegendő, akkor a rendszer leáll, illetve lelassul, ami szintén kisebb áramokat eredményez. Az áttétel növelése azért sem előnyös, mert akkor szeles, viharos időben, mikor a szél sebessége jóval meghaladja az átlagosat (pl. az 5 m/s-os átlagsebesség esetén akár 25 m/s-ot is elérheti). Ez a generátor tönkremeneteléhez vezethet. Egy átlagos autógenerátor A-t tud leadni a maximális 5000 / perces fordulatszámon. Ha tehát a szélturbinád átlagosan lead 10 A-t, akkor a viharos időben elérheti az 50 A-t is. Mivel ez még benne van a tűréshatárban, így a generátor ezt károsodás nélkül elviseli. Ebben az esetben nem is kell gondoskodnunk a lapátkerék fékezéséről, bár az mindenképpen előnyös, hiszen ha több szélturbinát kapcsolunk párhuzamosan, azok vihar esetén túl sok 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 már könnyen kiszámolhatjuk, hogy 9,43 A-t 943 / perces fordulatszámnál kapunk. A kérdés az, hogy mekkora a lapátkerék fordulatszáma. Mivel ez nagymértékben függ a lapátkerék alakjától, méretétől és a lapátok számától, így a szélsebesség egyedüli ismerete nem elegendő ahhoz, hogy a turbina fordulatszámát meghatározzuk. Ezt csak tapasztalati úton tudjuk pontosan meghatározni, de a következő képlet adhat bizonyos támpontot. n = 60 * v * / ( * D ) 247

248 ahol: n - a lapátkerék fordulatszáma v - a szél sebessége - a lapátkerék csúcsán mért kerületi sebesség és a szélsebesség aránya D - a lapátkerék átmérője A meghatározásáról pár sorral lejjebb még szó lesz, most vegyük 5-nek. Ekkor a lapátkerék fordulatszáma a fenti példánál maradva: n = 60 * 5,4 * 5 / ( 3,14 * 2,5 ) = 2063 / perc Ha 1:1 arányban csatlakoztatnánk a lapátkerékhez a generátort, akkor elméletileg 20,63 A-t kaphatnánk. De mint azt már pár sorral feljebb olvashattad, a szélnek a teljesítménye nem éri el a 20,63 * 12 = 247,56 W-ot. ( Csak 113,2 W teljesítményt tudunk a szélből kinyerni a példának vett konstrukcióból. ) Ezért nyomaték-áttételt kell alkalmaznunk. A mi esetünkben a magasabb fordulatszámú 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 átmérőjét kell beszoroznunk 2,18-al. Az így kapott átmérő a lapátkerék tengelyére felszerelt szíjtárcsa átmérője. A következő ábrán egy kész szélkerék áttételét láthatod. 8.ábra. Egy kész szélkerék áttétele 248

249 A 8.ábrát innét, a számításokhoz az ötleteket pedig innét vettem. A lapátok és a lapátkerék kialakítása Mint azt már korábban olvashattad, a lapátkerekek kialakítása nagymértékben befolyásolja a szélturbina hatásfokát. Ezért kell nagy gondot fordítani azok kialakítására. Kezdjük a lapátkerék formájával. Az elméleti számítások, számítógépes modellezések és a gyakorlati tapasztalatok egyöntetűen azt bizonyítják, hogy a legjobb hatásfokot olyan széllapátokkal érhetjük el, ahol a lapátkerék a tengelyhez kapcsolódó végétől kiindulva egyre jobban csavarodik kifelé. Ennél a kialakításnál tudjuk a levegőmolekulák mozgási energiáját a leghatékonyabban hasznosítani. A következő ábra egy lapát számítógépes modellezését mutatja be. 9.ábra. A széllapát alakjának számítógépes modellezése Sok bonyolult számítást lehet végezni a lapátkerék alakjának és szögének meghatározására, azonban ezek helyett most inkább gyakorlati ötleteket szeretnék adni. A lapátkereket legegyszerűbben fából lehet kialakítani. Erre láthatsz itt néhány tippet. 1.lépés. Oszd fel a deszkát (ebben az esetben) öt egyenlő részre (cellára) 249

250 2.lépés. Jelöld be azokat a részeket, amiket ki kell vágni, majd vágd is le azokat 3.lépés. Jelöld be minden egyes cellán a lejtést 4.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 pontokat egy egyenes vonallal, majd faragd le a felesleges részeket. Figyelj arra, hogy ne vágj bele a lapát legvastagabb részébe. 250

251 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 lesz szükségünk. Már említettük korábban, hogy a kis szélsebességnél több lapát kell a megfelelő nyomaték eléréséhez. Arról viszont még nem volt szó, hogy ezek a szélkerekek nagyobb szélsebességnél veszítenek a nyomatékukból. A szélkerekeket a sebességük szerint lassújárású és gyorsjárású csoportba sorolhatjuk. Hogy egy adott szélkerék melyik csoportba tartozik, az a kerületi sebesség és a szélsebesség arányától függ, melyet a tényezővel jelölünk. = v k / v sz Ha < 4 lassújárású, ha > 4 gyorsjárású szélgenerátorokról beszélünk. A lassújárásúaknál kis szélsebességnél nagy nyomaték jelentkezik a tengelyen. Azonban a jelleggörbe meredeken csökken mivel a szélsebesség növekedésével a lapát a következő örvényébe kerül. A gyorsjárásúaknál széles szélsebesség tartományban alakul ki megközelítőleg állandó nyomaték. A következő ábrák a lassú és gyorsjárású szélmotorok nyomaték- és hatásfoktényezőit mutatják be. 251

252 11.ábra. A nyomatéktényező (C m ) a gyorsjárási tényező ) függvényében 12.ábra. A hatásfok(c p ) a gyorsjárási tényező ) függvényében A torony elkészítése 252

253 Ahhoz, hogy megfelelő sebességű széllel rendelkezzünk, a szélturbinát magasabban kell elhelyeznünk: állványra, oszlopra, háztetőre vagy pl. egy magas fára. Ezekről itt láthatsz ötletadó képeket. A hozzá tartozó szöveget nem fordítottam le, mivel a képek magukért beszélnek. A széllapátok tervezése Miután már tisztában vagyunk az elmélettel, itt az ideje, hogy magunk is tervezzünk egy szélturbinát. A következő 4.táblázat abban nyújt segítséget, hogy Te magad is meg tudd tervezni és építeni a legoptimálisabb formájú szárnylapátodat. Néhány tényezőt állandó értéknek vettem: ezek az emelkedési konstans (CI = 0,8), a lapátszög (AT = 4 ) és a generátor feszültsége (V gen = 12 V). A táblázat első 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. C p - A hatásfok gyorsjárású szélkeréknél viszonylag állandó, értéke legyen 0,32, ha = 5. (Lásd a 11.ábrát.) - A sebességarány megválasztásánál gyorsjárású szélkereket javaslok, mivel akkor a teljesítmény- és nyomatéktényező a szélsebesség széles tartományban viszonylag állandó marad, mint ahogy azt a 11. és 12. ábrán láthatod is. Ezek szerint 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. v á - Az átlagos szélsebességet az 1.táblázatban már meghatároztad a számodra ideális magasságban. A táblázat második felében a szélkerék átmérőjét, a szélkerék adott szélsebességnél várható fordulatszámát, az áttételt, a generátor fordulatszámát és egy széllapát celláinak méreteit láthatod. 253

254 Kívánt teljesítmény(p) Teljesítmény tényező (C p ) Sebesség arány ( ) Lapátok száma (B) Cellák száma (n) W db db Átmérő: Szélkerék: Áttétel: Generátor: Infinity m 0 / perc 1 : Infinity 833 / perc Cella Sugár Béta Húrszélesség Faszélesség Lejtés Vastagság 1 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 2 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 3 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 4 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 5 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 6 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 7 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 8 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 9 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 10 Infinity NaN NaN cm NaN cm NaN cm NaN cm 4.táblázat. A széllapát számolt paraméterei Ahhoz, hogy a 4.táblázat adatairól tudd, hogy mit jelölnek, nézd meg a következő ábrát. 254

255 10.ábra. A széllapát főbb paraméterei A 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 közelítő adatok. Amennyiben több szélgenerátort szeretnél párhuzamosan kapcsolni, akkor először készíts egyet, azzal végezzél méréseket és csak ezután fogjál hozzá a többi megépítéséhez. Több helyen is láttam az Interneten, hogy a számolt teljesítménynek gyakran a kétszeresét, sőt, a két és félszeresét is elérte a szélkerék. Ez annak köszönhető, hogy a helyes kialakítás következtében a hatásfok (C p ) jobb lett, mint azt gondolták a tervezés során. A szél sebességének és irányának mérése Az eddigi számításainkat a magyarországi átlagos értékek alapján végeztük el. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a lakóhelyeden pontosan ilyen értékeket kapsz. Ezért azt javaslom, hogy mielőtt a szélgenerátor építésébe kezdenél, végezz pár hónapig méréseket. Ez a szélsebesség és szélirány meghatározását jelenti. Két lehetőséged van: vagy veszel egy készen kapható műszert (lásd itt), vagy magad készítesz egyet. Ha az utóbbi lehetőség mellett döntesz, akkor ehhez itt kaphatsz ötleteket. A generátor elkészítése saját kezűleg Eddig azt tételeztük fel, hogy a szélkerék egy autóba való generátort hajt meg. Azonban arra is lehetőség van, hogy magát a generátort is megépítsd saját kezűleg. Ehhez sok részletes leírás található az Interneten, például itt, de mivel jóval egyszerűbb és nem is drágább a kész generátor használata, ezért inkább annak a használatát javaslom. Árkalkuláció 255

256 Végezetül következzék egy gyors árkalkuláció. A generátor ára, ha bontóban vesszük, 5-6 ezer Ft, a szíjtárcsa és a szíj 2000 Ft, a lapátkerekek faanyaga 6-7 ezer Ft, az állványra pedig számoljunk mondjuk 7000 Ft-ot, így összesen olyan ezer Ft-ból meg lehet építeni egy szélgenerátort. Ha ezt összehasonlítjuk a 2.táblázatban látható legolcsóbb generátorral, akkor azt tapasztaljuk, hogy a saját szélgenerátor belekerülési költsége a tizede a készen kapható szélgenerátorokénak. Megéri tehát, ha saját szélgenerátort építünk. Ha szélgenerátor építésébe kezdesz, arra kérlek, hogy az eredményeidet mond el nekünk is. A következő oldalon azt tudhatod meg, hogyan tudjuk hasznosítani a Föld elektromos energiáit. Kapcsolódó kísérletek: Szélgenerátor és napelemes akkutöltő Bálint szél- és napenergiás kísérletei Bálint, aki 15 éves, megépített egy kis szélgenerátort és egy napelemes akkutöltőt. Az itt bemutatott kísérleteket azért tettem fel a Fénykapura, hogy ötletet adhasson a hasonló korú Olvasóknak is. A felnövekvő nemzedék számára ezek az ingyenenergiát előállító készülékek remélhetőleg már olyan természetesek lesznek, mint ma nekünk az atomerőművek. "Katona Bálint vagyok. Fél éve kísérletezek, s már létrehoztam két tiszta áramforrást: egy szélgenerátort és egy napelemes áramforrást. 256

257 Egy olyan szélgenerátort építettem, ami PVC + dinamó + fa + hosszú réz vezetékből áll, melynek ellenállása 12,6." 1. ábra. A szélgenerátor A három vékony, müanyag lap össze van fogatva, középen egy kerékpár dinamó található. A képen látható három keskeny hosszúkás műanyag lap kissé el van fordítva, hogy a levegő részecskéi "elcsússzanak" rajta és így mozgásba hozzák a lapátokat. Bálint a napelemes akkutöltőhöz a napelemeket számológépekből vette. 257

258 2. ábra. A 10 db sorba kötött számológépes napelem és a zselés akkumulátor A napelemek eredő feszültsége 20 V, az áramerőssége pedig 10 ma. Egy régi szélgenerátor Egy régi szélgenerátor Tamás küldte be a következő pár képet és a leírást egy olyan szélgenerátorról, amit az egyik ismerőse készített még sok évvel ezelőtt. "Ez a szélgenerátor egy gabona siló tetején van, 10 éven keresztül működött, ma már nem működik. Egy traktor generátort hajtott úgy, hogy a 2 méteres széllapátokkal ellátott tengely alján volt egy vagy 50 cm átmérőjű szíjas kerék és egy szíjon 258

259 keresztül hajtotta a generátor 10 cm átmérőjű kerekét. Ez ugye egy sima redukció, 12 V-ot termelt. A széllapátok elhelyezkedése egyedi megoldású, mint ahogy a képen is látszik, de nagyon jól működött, úgyhogy jónak bizonyult a megoldás. 1. ábra. A széllapátok Négy lapátja volt, a lapátok nem fékezték olyan mértékben egymást, hogy működésképtelenné tették volna a forgást a generátorral összekötve. Tehát a megoldás jó volt. Ezt meg lehet építeni nagyban is, tovább is fejlesztettük már nagyobb hatásfokúra a gépet, a tervek megvannak. A cél az, hogy 220 V-ot termeljünk. Mivel hogy a siló igen rossz állapotban van már, főleg a létra rajta, nem másztam fel. A képek lentről készültek, ezért nem látszik a nagy kerék a fotón. 259

260 2. ábra. A siló, rajta a széllapátokkal 260

261 A Föld elektromos energiájának hasznosítása Ez egy érdekes megoldás arra, hogyan hasznosíthatjuk a Föld elektromos energiáit. Megjegyzés: Már elöljáróban szeretném elmondani, hogy az itt leírt módszert kipróbálva sajnos sokkal kevesebb áramot kaptunk, mint azt a cikk szerint kapni kellett volna! Két módszerről lesz szó, bár alapjában mind a kettő ugyanazt az elvet használja. 1. Rézcső és cinkrúd használata 1. Szükséged lesz 12 db 10 cm magas és 2 cm átmérőjű rézcsőre. Ragaszd le mindegyik felső felét 2,5 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 védő ragasztó csíkokat. 3. Vidd ki a csöveket oda, ahol használni akarod őket. Verd le őket kalapáccsal úgy, hogy a felső 2,5 cm-es rész álljon csak ki a földből, viszont ez a 2,5 cm-es rész nem érintkezhet a földdel! A föld legyen nedves, de ne vizes! 4. Most húzd ki őket, majd mindegyik gödör aljába tegyél egy vastag nejlont. Ne rögzítsd őket a cső aljához, hagyd lazán, hogy az esővíz ki tudjon folyni a csövekből. 5. Tedd vissza a csöveket a helyükre, majd mindegyik közepébe tegyél egy 5 cm hosszú cinkrudat. 261

262 1. ábra. Egy darab réz-cink földelem kialakítása 6. Sorosan kösd őket össze. Használj csipeszes vezetékeket vagy forraszd össze őket a csövekkel. Ha a csöveket hosszabb ideig tervezed a szabadban hagyni, akkor mindenképpen a forrasztást válaszd és fesd be a forrasztásokat, így védve azokat a környezet viszontagságaitól. Az eső fogja újratölteni az "elemedet". Amennyiben több áramra van szükséged, úgy vegyél több rézcsövet és cink rudat, azokat szintén kösd sorba, majd az így kapott újabb 12 db-ból álló sort kösd össze párhuzamosan az előző sorral. Annyi sort köthetsz párhuzamosan, amennyit csak akarsz. Ez egy nagyon erőteljes rendszer, mivel a föld felszínének áramait és a föld alatti rádióhullámok energiáit gyűjtöd vele össze. 262

263 2. ábra. Az áramok és a feszültség növelésére az egyes elemeket sorosan és párhuzamosan is összeköthetjük 7. Ha mélyebbre teszed a rézcsöveket, akkor nagyobb feszültséget és áramot kaphatsz. Ennyi. Igen, ez nagyon egyszerű. De ez több, mint amit látsz. Ki lehet nyerni akár 220 V egyenfeszültséget is egy nagyon kicsi helyről, csak több csövet kell alkalmaznod, ha nagyobb áramerősséget akarsz. Ha kis helyen akarsz több áramot, akkor mélyebbre kell ásnod a földben. Ha mélyebbre mész, nagyobb feszültséget és több áramot kapsz. Hallottam egy fejlesztőről, aki 24 V feszültséget és 1-2 Amper közötti áramot állított elő egyetlen rézcsővel és cinkrúddal. Milyen mélyre mehetett? Nem tudom biztosan, de miközben ezeket a sorokat írom, azt tervezem, hogy mindenképpen ki fogom próbálni. Úgy képzelem, hogy a rézcső 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 is használsz. Ha viszont a városban laksz és a feleséged nem akarja, hogy még azt a kis földterületet is, amitek van, Te más célra használd, akkor neked olyan mélyre kell menned, amilyen mélyre csak tudsz. A csövek tetejét földdel be is fedheted. Egy példa: ássál ki egy 10 cm * 10 cm * 10 cm-es területet és helyezd oda a földelemedet. Forraszd össze a csöveket a megfelelő módon, majd fesd be 263

264 az összes vezetéket, rézcsövet és cink rudat. Ezt követően takard be az egész rendszert földdel és ültessél a tetejére füvet. Senki sem fogja tudni, mi is van ott a fű alatt. Minden egyes csövet töltsél meg földdel és azt jól döngöld bele. A csövek belsejében a föld a cső felső végétől 0,6 cm magasságig legyen. Ez a feltétel automatikusan teljesül, mikor a csöveket első alkalommal vered bele a földbe. A csövek optimális távolsága 1,25-2,5 cm. Ezt a távolságot alkalmazva több áramot és feszültséget nyerhetsz. 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 átmérőjű és 12,5 cm hosszú rézcsövet. Ekkor először elő kell készíteni a talajt. Legyen a föld nedves, de ne tocsogjon. Verd bele a földbe a rézcsövet, majd húzd ki. Ezt követően a rézcső belsejét valamilyen pálcával vagy slaggal tisztítsd ki. A tiszta csövet ismételten verd bele a földbe. Ez a folyamat párszor megismételhető. A maximálisan elérhető mélység ezzel a módszerrel kb. 3 méter. 2. Réz- és cinklemezek használata Ez a módszer nagyon hasonlít az előzőre, a különbség csak annyi, hogy nem csöveket és rudakat, hanem lemezeket használunk. Ez még több energia kinyerését teszi lehetővé. Réz és cinklemezek (vagy alufólia) használatával még nagyobb áramerősséget érhetünk el. Ez az áram három forrásból származik: 1. A föld víz és savtartalmából 2. A Föld által átalakított energiákból, és 3. Az égből és a külső térből átalakított energiákból Megjegyzés: A 3. pontban megadott információ nem tűnik túl valószínűnek, mivel itt egy "közönséges" galvánelemről van szó. 264

265 Minél több lemezt használsz, annál nagyobb lesz az elem teljesítménye. A rézlemez alkotja a pozitív pólust, ennek a föld felé kell néznie, az alumínium vagy cinklemez pedig a negatív pólust alkotja, ennek az ég felé kell néznie. Minden egyes lemez közé helyezz egy pamutszövetet, majd ennek a tetejére szórjál 0,6 cm-es magasságban nagyon tiszta (tehát nagy kövek, kavicsok és mindenféle gaz nélküli) földet. 3. ábra. A lemezek és a pamut méretei Ezt minden egyes lemez közé el kell helyezni. Először kisebb darab lemezeket használj, hogy magadnak bebizonyítsad az elv működőképességét, ezt követően növelheted a lemezek méretét és azok számát. 4. ábra. A földelem oldalnézetben 265

266 Ássál egy gödröt a földbe, majd készítsd elő a rétegeket a gödrön kívül vagy abban. Amennyiben megtanulod, hogyan lehet a rétegeket a gödrön kívül előkészíteni, úgy egy nagyon mély gödröt áshatsz, amibe több száz réteget is elhelyezhetsz. Ez 1 V-ot és kb 30 A-t eredményez. Amennyiben sokáig nem esik az eső, úgy 2-3 naponta locsold meg a földelemeket, de csak annyira, hogy a föld nedves legyen. Az angol nyelvű eredeti szöveget itt találhatod. Eddig tartott a cikk, egy fontos dologról azonban még említést kell tennünk. Az elektromos áram a lemezek oxidációját okozza, ezért azokat időközönkét, mondjuk úgy fél évente ki kell venni a földből és meg kell tisztítani. 266

267 A házunk fűtése Bevezető Az előző oldalakon megismerkedtünk pár olyan módszerrel, melyek kiválthatják a házunk hagyományos hálózati áramellátását, a most következő fejezetben pedig a házunk fűtésének és a víz melegítésének sokkal olcsóbb és gazdaságosabb módszereiről olvashatsz. Először két alternatív fűtési megoldással ismerkedhetsz meg: az üzemanyag nélküli fűtővel és a víz lebontásával keletkezett hidrogén elégetésével. Ezek csak inkább érdekességként szolgálnak. Ezt követően a hőszivattyúkról olvashatsz. Jelenleg hazánkban is kezd terjedni, bár még csak nagyon lassú ütemben a hőszivattyúk használata. Ez olyan készülék, amely a környezet alacsony hőmérsékletű hőforrásait magasabb hőmérsékletre emeli. Megismerkedhetsz a hőszivattyú működési elvével, végül pedig a hőt árammá alakító hőturbinák működését ismertetjük. Üzemanyag nélküli fűtő Az itt következő leírást egy ismeretlen szerző munkája alapján fordítottam. Az üzemanyag nélküli fűtő egy egyszerű és viszonylag könnyen megépíthető eszköz, mely bizonyítottan működik! Néhány kritizáló azt kifogásolja, hogy ezen fűtő működési elve a fizika alapvető törvényeivel ellenkezik, hiszen a hatásfoka eléri, sőt meg is haladja a 100 %-ot. Egyértelmű, hogy az atomok belső energiáját csapoljuk meg. Mikor csapdába ejtünk egy atomot és súrlódás vagy hőmérséklet formájában nyomást gyakorlunk rá, akkor érdekes dolgok kezdenek történni. Pauli kizáró elve kimondja, hogy két elektron nem teheti egyszerre ugyanazt, nem keringhet ugyanazon a pályán és legfőképpen nem kerülhetnek túl közel egymáshoz. Minden alkalommal, mikor egy elektront egy másik elektron közelébe erőltetünk, a másik eltávolodik, azaz nem kering ugyanazon a pályán tovább. Tehát minden alkalommal, mikor egy elektron arra kényszerül, hogy megváltoztassa a pályáját vagy az energiaszintjét, egy fotonnyi fényt, azaz hőenergiát bocsát ki! Minden elektron, mely megváltoztatja az energiaszintjét, elektronok egész 267

268 sorát kényszeríti arra, hogy azok is ugyan azt tegyék. Az egész olyan, mint egy kisebbfajta láncreakció. Minden otthoni kazán vagy távfűtés elektromos ventillátorral fuvatja a felforrósított levegőt a fűtendő helyiségbe (vagy elektromos pumpával hajtja a felforrósított vizet a radiátorokba). Mi ezt a motort egyszerűen más célra használjuk. A belső rotor dobja idézi elő a feljebb említett atomi szintű láncreakciót a rotor dobjának külső felén lévő folyadékban. Egy 5 A-es napelemet használhatunk arra, hogy meghajtsuk a ventillátor motorját, ez elegendő ahhoz, hogy az atomi szintű reakció beinduljon. Lehetséges az is, hogy egy kis elektromos ventillátor motorját használjuk, mely 12 V-on 3-5 A egyenárammal működik. Ezt egy napelemmel meg lehet hajtani, mely még az akkumulátorok utántöltését is biztosíthatná. Már sok éve igyekeznek a tudósok megoldást találni arra, hogy a házak fűtését napelemekkel oldják meg, de eddig még nem jártak sikerrel, mert a fűtéshez túl sok elektromos energia szükséges. A napelemek költsége eléri a 3 millió Ft-ot, s még így sem biztosít elegendő hőt. A problémára a megoldást az üzemanyag nélküli fűtő jelentheti. Az üzemanyag nélküli fűtő az atomok súrlódását használja fűtésre, nem pedig az üzemanyag elégetésekor keletkező hőt. Ezzel a megoldással egy átlagos ház fűtését havi 2-3 ezer Ft-ból megoldhatjuk, vagy akár ingyenesen is, ha napelemet vagy Ingyenenergiás motort használunk a ventillátor motorjának a meghajtásához! Működési elv Több módja is van annak, hogyan lehet megépíteni egy egyszerű, működő modellt. A rotor és az álló rész ugyanazzal a geometriai alakzattal rendelkezik: lehet kúpos vagy henger alakú. Ha úgy gondolod, kezdd egy kis méretű modellel két konzerves dobozt alkalmazva. A külső doboz belső fele és a belső doboz külső fele között legyen kb. 3 mm-es hézag, míg a belső és külső doboz alja között kb. 1,5 mm-es távolság. Használhatsz kézi fúrógépet, de jobb, ha állványra szerelt fúróval dolgozol. A fúróval megforgathatjuk a belső dobozt, mely beindítja az atomi reakciót a külső doboz alján lévő olajban. Én is építettem konzervdobozokból fűtőt, mely 12 perc múlva már 33 C-ot produkált. Ez nagyon jó, ha figyelembe vesszük a konzerves dobozok kis méretét. Minél simább a felület, annál jobb eredményeket érhetünk el. A legtöbb konzerves doboznak a szélein kiugró karima van. Én is ezt használtam először, ennek ellenére ezt nem javaslom. A belső dobozt 1700 / perces fordulatszámon pörgettem. Ez a kis bemutató arra jó, hogy bebizonyítsa, az olajban vagy vízben 268

269 valóban ingyenenergiás reakciók lépnek fel. Gondosan készítsd el a konzervdobozos fűtődet, használj magas hőmérsékletű automata szilikont az alkatrészek összefogásához. A külső dobozhoz használj valamilyen régi fedőt, amit szilikonnal ragasszál hozzá. Egy lyukat kell fúrnod a fedő közepébe a tengelynek. 1. ábra. A konzerves dobozokból készült fűtő felépítése A súrlódás okozza ezt a hatást, de nem az a fajta súrlódás, amire gondolsz. Ez atomi szintű súrlódás. Talán úgy gondolod, hogy a rotor tengelye és a tengelytartó közötti súrlódás okozza ezt a rengeteg hőt. Tévedés! Miután elkészült az első prototípusod, először próbáld ki olaj vagy víz nélkül, az eredmény nulla lesz. Nem fogsz kapni semmit! Ezután öntsél egy kis olajat az edény aljára és pörgesd meg ismét. Hoppá! Érted már, hogy mire gondolok? Ekkor atomi szintű reakció játszódik le, amiről én azt gondolom, hogy ez hideg fúzió és a kísérleteim alapján ez egy biztonságos reakció. Sok száz ember használja már ezt a fajta fűtőt és még semmilyen problémáról sem hallottam. Vannak olyan lehetőségek is, melyekkel ezt a készüléket még jobbá tehetjük. Úgy hiszem, hogy a folyadék molekulái jönnek mozgásba az álló és forgó hordók közötti súrlódó görgetés miatt. A legkülső átmérőnél a legnagyobb a molekulák sebessége, ami fokozatosan csökken az aljához közeledve. Az alumínium a legjobb anyag a külső, álló hordónak. Egyfajta mechanikai rezonancia is létrejöhet a folyadékban adott hőrezgésen, ami növelni fogja a hőtermelést. Másfajta konstrukciók, méretek és formák üregességet (kavitációt) okozhatnak. A tervezés és a forma nagy jelentőségű a hatásfok szempontjából. 269

270 A gyakorlatban is használható készülék A belső hordó tengelye nem megy keresztül teljesen a dobon, mivel ez elektromágneses rövidzárat okozna. Az atomok úgy mozognak, ahogy már korábban leírtuk. Úgy hiszem, hogy az atomok elektromos és mágneses fluxusa okozza, hogy a belső hordó úgy működik, mint egy rövidre zárt nagy áramú generátor, ez hozza létre a hőt. Ezért jelentkezik ilyen nagy mennyiségű ingyenenergia hő formájában. A folyadék lehet Cola (azaz valamilyen üdítő), kávé, olaj, víz stb. Úgy találtam, hogy a kenőolaj adta a legtöbb hőt, de ezzel még tovább fogok kísérletezni. Ha olajat használsz, akkor azt a fűtő 5-10 év alatt fogyasztja el. Ezt a készüléket arra is használhatod, hogy a vizet melegíted vele vagy elektromos áramot generálhatsz gőzturbinával. 2. ábra. A tényleges üzemanyag nélküli fűtő Megjegyzések a 2. ábrával kapcsolatban: A tengely mérete a rajzon 13 mm, de ez lehet bármilyen más méretű is A belső hordó lehet acélból, saválló lemezből vagy más fémből. Készülhet akár egy festékes dobozból is 270

271 Az alsó lemezt mi lézervágóval vágtuk egy 6 mm-es acéllemezből. Az alsó és felső lemez átmérője meg kell egyezzen. Mindegyik lemezen vannak fúrva lyukak, melyeket aztán kisorjáztunk A külső hordó tetőfedésre alkalmas alumíniumból van, melyet a színesfém boltokban lehet kapni A belső henger tengelytartóját két anya és két alátét alkotja 3. ábra. A fűtő felülnézetben A teljes rendszert a következő, 4. ábra mutatja. 271

272 4. ábra. Az üzemanyag nélküli fűtő és a vezérlő/energiaellátó rendszer A következő ábra a fűtő összeszerelését és méreteit ismerteti. 272

273 5. ábra. A fűtő méretei és összeszerelése A motor hűtése Többféle módszer van, hogyan lehet megtervezni a fűtőt. Itt következik egy másik lehetőség, mely csökkenti a motor terhelését azáltal, hogy a motort a ventillátorral hűtjük. Minél melegebb a motor, annál több áramot vesz fel. Ezzel a hűtéssel tehát csökkentjük a fogyasztást és egyúttal növeljük a motor hatásfokát is. Úgy kell elhelyezni a hűtőventillátor lapátjait, hogy azok lefelé fújják a levegőt, a motor felé. 273

274 6. ábra. A motor hűtése Az üzemanyag nélküli fűtő elkészítése Elsőként készítsük el a külső hordó felső zárólapját

275 7. ábra. A külső hordó felső zárólapja...ezt követően a külső hordó alsó zárólapját ábra. A külső hordó alsó zárólapja...majd a külső hordó oldallapját. 275

276 9. ábra. A külső hordó oldallapja Az alumínium lemez megmunkálása Jelöld meg az alulemez egyik végét filctollal és írd oda, hogy "Indulási oldal", majd a felső zárólapon is jelöld meg a három csap egyikét "A" betűvel. Ezt követően az alumínium lemez egyik hosszabb oldalán a széltől 6 mm-re húzzál egy egyenes vonalat. Ezen vonal mentén fogod görgetni a felső zárólapot, mikor bejelölöd a csapok helyét. Mindegyik lyukat a lemez felső felén kell megjelölnöd. Kezdd el NAGYON lassan görgetni a felső zárólemezt jobbról balra, s mikor a csapokat pontosan takarja a lemez, akkor a lemezen jelöld meg a helyét. Folytasd a görgetést és jelöld meg a többi csap helyét is. A megjelölt részeken kell kifúrnod a 3 mm átmérőjű lyukakat, összesen 4 db-ot. Igen, a felső zárólap valóban csak 3 db csapot tartalmaz, de a 4. lyuk az már az első lyuk felett lesz, mikor a lemez záró vége takarni fogja a lemez induló végét. Óvatosan görgesd a fedőlapot, nehogy elcsússzon! Hagyd, hogy a fedőlap súlya végezze a munkát. 276

277 10. ábra. A furatok helyének megjelölése az alumínium lemezen Végezd el ugyanezeket a műveleteket az alsó zárólappal is. Figyelj arra, hogy az alsó zárólapot a lemez alsó széléhez helyezd! Miután minden lyukat megjelöltél, fúrd ki a 3 mm-es lyukakat. Legyél nagyon pontos, ellenkező esetben a lemezen lévő lyuka nem fognak a zárólap csapjai felett lenni. A lyukak kifúrása után ragaszd ideiglenesen az alulemez egyik végét egy 40 mm X 300 mm-es fémcsőhöz és hajlítsad meg a lemezt a szükséges formába. Ezt mutatja be a 11. ábra. 11. ábra. Az alumínium lemez hajtogatása Tekerd az alulemezt a cső köré néhányszor addig, míg az nem fog íves formával rendelkezni. Amint ez meg van, ellenőrizd le, hogy a furatok a csapok felett vannak-e? Használj kis méretű csavarokat, először az alsó zárólapot, majd pedig a felsőt erősítsd ideiglenesen a lemezhez. Ha minden furat a csapok felett van, akkor vedd ki a csavarokat, és kezdd az alsó lappal, használj 700 C-os rezet és epoxit. Kezdd el visszacsavarni a csavarokat az alsó zárólapba. Mikor az utolsó furathoz érsz, ott két rétegű lesz a lemez. Az alulemez takaró részénél kívülről használj PC-7 epoxit, belülről pedig rézzel fedd be a teljes csatlakozó élt. Végül csavard be az utolsó csavart is. Ezt követően csavarozd a lemezhez a felső zárólapot. Ne használj egyenlőre epoxit, legalább is addig ne, amíg nem próbálod ki a fűtőt. Ragasztószalaggal fedd be a lemez takaró részét és hagyd így az egész hordót óráig. 277

278 Már rendelkezel a nagyon jól záródó külső hordóval. Vedd le a ragasztó szalagot és a rézzel és epoxival erősítsd a takarólemezt a hordóhoz. Ez erősebbé teszi a külső hordót és a szigetelése is jobb lesz. Ezt követően a hordó alsó zárólapja és az oldallemez közötti részt belülről rézzel majd pedig epoxival vékonyan vonjuk be s hagyjuk száradni 3 napig. (Tudom, hogy már égsz a vágytól, hogy beüzemelhesd a fűtőt, de ha türelmesen vársz három napot a száradással, akkor később még hálás 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 kisebb műhelyt, ahol kifúrják neked a lyukakat középen. Ha nem a közepén lesz a furat, akkor a forgórész excentrikus lesz, ami egy idő után a motort károsíthatja. Miután kifúrtad a lyukakat, a doboz tetejébe helyezd el a 6 mm X 10 mm-es tengelyt. Végül is a tengely lehet hosszabb is, ha akarod. Két alátéttel és két anyával erősítsd a tengelyt a doboz tetejéhez. Ezt követően a doboz aljához erősítsél egy gépcsavart, szintén két alátéttel és két anyával. A csavar menetéből kb. 9 mm nyúlik ki a doboz aljából. Emlékezz, hogy kb. 6 mm-es résnek kell lennie a festékes doboz alja és a külső hordó alja között. Én kb. 3 mm-es mélyedést számolok a külső doboz alján lévő központi furatnak. A festékes doboz alján és tetején levő anyákkal állítsd be a hordót úgy, hogy az ne mozogjon se felfelé, se lefelé. A felfelé és lefelé megengedhető maximális elmozdulás legyen 1,5 mm. Most már beöntheted az olajat a külső hordóba, ezután helyezd a festékes kannából kialakított belső hordót a helyére, végül pedig zárd le a külső hordót a tetejével. A 3 mm-es átmérőjű tengelynek át kell mennie a felső zárólapon levő lyukon. A festékes kannát nagyon könnyen lehet forgatni szabad kézzel, ha mindent jól csináltál. Ezt követően helyezd el a fűtődet a fúrógéped állványára és forgasd meg a fúróval 1500 / perces fordulatszámon. Erősíts egy hőmérőt a fűtő külső falára és figyeld, hogyan emelkedik a hőmérséklete. Írd le, mennyi a szobahőmérséklet. Ha mindent jól csináltál, a hőmérsékletnek nagyon gyorsan kell növekednie. Minél nagyobbra készíted a fűtőt, annál jobb. Mikor látod, hogy működik a fűtőd, akkor nekiállhatsz, hogy megtervezd a motor rögzítését stb

279 Az üzemanyag nélküli fűtő, "C" modell Az itt következő leírás segítségével még több hőenergiához juthatunk, miközben a korábbi modellnél említett módon a rotort itt is festékes edényből alakítjuk ki. Ezt az újítást a "Creative Science and Research"-nél Rick és Dave dolgozta ki. Talán nem tudtad, hogy ha egy acélhordót erős mágneses mezőben forgatunk, akkor az hőt generál a fémhordóban. Ez úgy működik, mint egy rövidre zárt generátor. Ha ezt egyesítjük az olajsúrlódási módszerrel, akkor ez még jobb hatásfokot fog biztosítani. 12. ábra. "C" modell Mint a 12. ábrán láthatod, 4 db magasfeszültségű pulzáló elektromágnest használok. A vasmag nem olyan, mint a transzformátorokban vagy más mágnesekben használatos vas. Mi azt akarjuk, hogy ez a fém állandó mágnessé váljon a köré tekert tekercsben folyó pulzáló áram hatására. Ezért egyszerű vasból készült magot használok. Más esetekben a mérnökök nem akarják, hogy a fémből állandó mágnes legyen, de ebben az esetben éppen ez a cél, méghozzá annyira, amennyire ez csak lehetséges. Ez energiát fog megtakarítani, ráadásul egy erősebb pulzáló elektromágnest fog eredményezni, ami még több hőt generál egy ilyen kis méretű készülék segítségével. A vasmagot lézerrel vagy valamilyen más módon kell ívesre vágni, minden egyes darabjának a vastagsága 3 és 6 mm között legyen. Az áramimpulzust Ed Grey elektromos szabadalmához hasonlóan állíthatjuk elő, 279

280 ahol a napelem 12 V-os egyenáramát kondenzátorokat használva tudjuk megnövelni 600 V-ra és 1 A-ra, a rendszerből nyert ingyenenergiát pedig összegyűjtve visszavezethetjük a 12 V-os akkumulátorba. Szükséged lesz még egy feszültségszabályozóra is, mely a napelemről jövő feszültség értékét 12 V-on tartja. Természetesen a rendszer a hagyományos hálózatról is üzemelhet, s még így is nagyon jó hatásfokot tudunk vele elérni. Az angol nyelvű forrást itt találhatod. Megjegyzések: 1. A szerző azt javasolja, hogy ezt az üzemanyag nélküli fűtőt áramtermelésre is felhasználhatjuk, mégpedig úgy, hogy a keletkezett hővel egy turbinát hajtunk meg. Ez érdekesnek látszik, bár ahhoz, hogy ez igazán hatékonyan működjön, a rendszer hatásfokának nagyon magasnak kell lennie. Ha a turbina hatásfoka 25 %-os, akkor még a fűtő 400 %-os hatásfoka mellett is az áramtermelés (csak) 100 %-os lenne. Tehát akkor nyerhetünk ki ingyenenergiát a rendszerből áram formájában, ha a fűtő hatásfoka meghaladja a 400 %-ot. 2. Az viszont már jobban hangzana, ha a keletkezett hő először meghajtaná a turbina lapátjait, s csak utána jutna ki a fűtendő helyiségbe vagy a hőcserélő rendszerbe. Ekkor a keletkezett áramot visszavezethetnénk a fűtő motorjába, ezáltal csökkentve annak tényleges áramfelvételét. Kapcsolódó kísérletek: Üzemanyag nélküli fűtő 1 Zoli üzemanyag nélküli fűtője 280

281 Zoli, elolvasva az üzemanyag nélküli fűtő leírását egyből nekiállt egy kisméretű, festékes dobozból álló fűtő megépítéséhez. A kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy mielőtt egy nagyobb méretű fűtőt építene, igazolja a működési elv helyességét és választ kapjon pár olyan kérdésre, melyek a leírásból hiányoztak. Zoli a következőket írta: "Csak összedobtam egy egyszerű gépet. 11 cm széles és kb. 18 cm magas festékes doboz köré 1,5 mm-es vaslemezből csináltam hordót, amit körbe lehegesztettem. Első próba 12 perc, itt abbahagytam, mert mennem kellett és kb. 45 C fokos lett. Az a baja, hogy a festékes doboz nem nagyon bírja, már kezd szétesni. Oszlopos fúrógéppel hajtottam meg, az ékszíjat beállítottam és 1880/perces fordulatszámon pörgettem. Kb. 1,5 dl olaj volt benne, ez kb. 2 cm magasan az alján. Amúgy nagyon finom műszerolajat használtam, de ki akarom próbálni autóból kiengedett fáradt olajjal is, mert az tele van nagyon finom fémszemcsékkel, hátha javít valamit." 281

282 1. ábra. Az összeszerelt fűtő a fúró állványon "Később a festékes doboz szétesett, csak egy-két próbára volt elég. Vettem újat 200 Ft-ért és újra összeraktam. Most már precíz Ganzos mérőműszerrel mértem, de 40 C-nál nem ment feljebb 30 perc után sem. 30 C-ig gyorsan, 8-10 perc alatt, utána lassabban melegszik. Kb. 18 perc alatt lett 40 C-os. Remélem a nagyobb jobb lesz. A kezdő hőmérséklet +6 C volt." Zoli a következő képen látható mérőműszerrel határozta meg a hőmérsékletet. 282

283 2. ábra. A hőmérő A fűtő melegedési görbéjét a következő ábrán láthatod. 3. ábra. A fűtő melegedési görbéje 283

284 A paraméterek Mikor Zolitól a pontos méreteket és paramétereket kérdeztem, a következőket válaszolta: "A belső forgó szabványos festékes doboz, ezt különböző méretekben lehet kapni a festékboltokban. Teljesen fényes acél Falvastagsága: kb. 0,3-0,5 mm Átmérője: 110 mm Magassága: 130 mm A külső hordó 1,5 mm-es acél test Belső átmérője: 116 mm Külső átmérője: 119 mm Magassága : 150 mm. 4. ábra. A fűtő külső és belső hordója 284

285 5. ábra. Az összeszerelt fűtő "Nagyon kevés olajat kell beletenni, mert ha sok van benne, akkor nagyon megfogja a hajtó motort, szinte el se indul. Ezen kívül a belső hordót a sok olaj megemeli. Annyi olaj kell, hogy éppen elérje a belső 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 hőmérő szondáját. Ez egy Ganz szonda, mely C-ig mér, de ezen a kis lyukon - a tetején - az a kevés olaj is kezdett feljönni. 285

286 6. ábra. A fűtő felülnézetben a hőmérő bevezetésére szolgáló furattal A fűtő maximális fordulatszámát az ékszíj állításával lehet szabályozni. Én az 1880/perces fordulatszámot 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

287 5. ábra. A fúró adattáblája További tervek Mint az elején már szó volt róla, ez csak egy kis fűtő volt, aminek a célja a működési elv tesztelése volt. Zoli azonban ennél többet szeretne: "Nekikezdünk csinálni egy nagy gépet, precízen esztergálva, csapágyazva stb. Ezt megpróbáljuk tele tenni olajjal és teszünk rá egy tágulási tartályt is, mert ahogy nő a hő, úgy nő a nyomás és az olaj térfogata, ami viszont nagyon terheli a motort. Ezzel viszont ezt kikerülhetjük. Van itthon négy darab alumíniumból készült PB gázpalack, amit már semmire sem használunk. A méhtelepen is csak kb. 2-3 ezer Ft-ot adnának érte, így hát egyet szétvágok és az kitűnő lesz a nagyobb gép megépítésére, mert nagy a falvastagsága és meg lehet esztergálni úgy, hogy egybe menjen. Csak a lezárásait kell megoldani. 287

288 Ezen kívül van apósomnak régi, nem használt, 120 literes vízmelegítő bojlere, ami nagyon jól tartja a hőt, jól van szigetelve, de rossz benne a fűtőszál. Ebbe építem bele a dobot. A bojler elektronikája megmarad és ha eléri a kellő hőfokot, akkor lekapcsolja a motort a fűtőszál helyett. Ehhez majd az kell, hogy az új gép legalább C-ot produkáljon, hogy át tudjon adni megfelelő hőmennyiséget." Kiértékelés Az eddig rendelkezésünkre álló adatok alapján a fúró teljesítményfelvétele a maximális 2620/perces fordulatszámon 250 W. A fúró tényleges teljesítményfelvétele azonban ennél valószínűleg kisebb volt, mivel a terhelés és a fordulatszám állandó volt. Ezért vegyük csak a maximális teljesítményfelvétel 70 %-át, azaz 250 * 0,7 = 175 W. Ez a teljesítmény hőenergiában 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 erősségét és a rajta eső feszültség nagyságát. Hogy ebből a befektetett villamos energiából mennyi hőenergiát kapunk, azt a Stefan-Boltzmann törvény segítségével tudjuk meghatározni. (Erről pl. itt olvashatsz bővebben.) E = * A * T^4 ahol: - a Stefan-Boltzmann féle állandó [ 5,75 * 10^-8 J/(m2*sec*K^4) ] A - A fűtő felülete [ m2 ] T - a fűtő hőmérséklete Kelvinben kifejezve [ Ez 40 C-nál 313 K ] Először számítsuk ki a fűtő külső palástjának a felületét. A = 2 * Pi * r * (m + r) 288

289 ahol: m - a fűtő külső hordójának a magassága [ 150 mm = 0,15 m ] r - a fűtő külső hordójának a sugara [ 59,5 mm = 0,0595 m ] Ebből kiszámolhatjuk, hogy a fűtő külső hordójának a felülete: A = 2 * 3,14 * 0,0595 * (0,15 + 0,0595) = 0,079 m2 A másodpercenként kisugárzott energia tehát: E = 5,75 * 10^-8 * 0,079 * 313^4 = 43,6 J Ez egy óra alatt: E_fűtő = 43,6 * 3600 = 0,157 MJ A hatásfokot ezek szerint a következőképpen határozhatjuk meg: = E_fűtő / E_fúró = 0,157 / 0,63 = 0,249 => 24,9 % A hatásfokot befolyásoló tényezők A motor típusa - A fűtő pörgetéséhez használt motor típusa erősen befolyásolja a hatásfokot. Ha olyan motort használunk, aminek nagyon kicsi a teljesítmény-felvétele, akkor a hatásfok radikálisan növelhető. A leírásban a szerző 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 növelhető a hatásfok. Ezt kísérletekkel határozhatjuk meg A külső hordó anyaga - A leírásban alumíniumot használnak, Zoli viszont acéllemezből alakította ki a külső hordót A fűtőben használt közeg - Ennek megváltoztatásával szintén módosíthatjuk a hatásfokot 289

290 A fűtő mérete - Ha a nagyobb méretű fűtő ugyanakkora hőmérsékletre történő melegítéséhez ugyanakkora teljesítményt vesz fel a rendszer, mint ennél a kisebb méretű fűtőnél, vagy legalább is nem egyenesen arányos a motorból felvett teljesítmény és a fűtő mérete (ami elképzelhető), akkor ez a hatásfok még tovább javítható. A felület megnövelésével a hőmérsékletet szeretnénk növelni. Mint látjuk, Zoli kísérletével még nem sikerült a leírásban említett 100 %-os hatásfok fölé jutnunk, de ez csak az első kísérlet volt. Fűtés vízbontással Ezen az oldalon olyan fűtési módszerről olvashatsz, amit az egyik olvasó, Péter javasolt, én csak egy kicsit eltöprengtem rajta és egy-két apróságot módosítottam. Az alapelv viszont tényleg érdekes. Péter javasolt egy lehetséges fűtési megoldást, mely a vízbontási eljárást hasznosítaná, csak egy kicsit másként. "A Fénykapun olvasottak szerint a durranógáz 2500 C-on ég igen gyorsan, a víz ezen a hőmérsékleten önmagától bomlik szét alkotóira, vagyis durranógázra. Ez rögtön be is gyullad, mert a hidrogén gyulladáspontja 575 C. Ha minden jól megy, akkor ez egy körfolyamat, és ha ezt kihasználjuk, akkor kapunk egy erőművet. Le is rajzoltam az elképzelésemet: 290

291 1. ábra. Péter Erőmű modellje A működési elv a következő: A képen látható két kalapformájú edényt megtöltjük, és közé elektródát szorítunk. Az összeerősített edényt felmelegítjük 100 C fölé, hogy a víz gőzzé alakuljon. Ezután egy szikra segítségével beindítjuk a folyamatot, amit szerintem csak az edény elhasználódása állíthat meg. A keletkező hőt már csak fel kell fogni valami arra alkalmas készülékkel. Vízbe mártva gőzgép is készülhet belőle. A problémám csak az, hogy nem vagyok fizikus, ennél fogva nem tudom kiszámítani az önfenntartó folyamathoz szükséges méreteketí és mennyiségeket." Péter javaslatán elgondolkozva a következő módosítást javasolnám: A vizet 100 C fölé melegítve az még nem gyullad be, mivel akkor is csak vízmolekulák lennének a tartályban - igaz, más halmazállapotban - ami még nem gyúlékony. Ha viszont a víz egy kis részét elektrolízis segítségével bontanánk le durranógázra, akkor az már begyújtható lenne. A kérdés csak az, hogy mennyi vizet kell lebontanunk ahhoz, hogy a keletkezett gázt meggyújtva az a maradék vizet is le tudja bontani. Ezzel kapcsolatban a vízautó témakörénél a "víz és hidrogénszükséglet" oldalon találhatsz számításokat. A lényeg az, hogy a lebontott hidrogén fűtőértéke érje el a maradék víz fűtőértékének az 1/6-át. Ebben az esetben a folyamat valóban önfenntartó lenne. A másik kérdés az, hogy mennyi hő keletkezik a folyamat során és azt hogyan tudjuk elvezetni? Mivel a folyamat többletenergiát termel, ezért azt el kell vonni a rendszerből, nehogy megolvadjon a tartály. Azt is el tudom képzelni, hogy biztonsági szeleppel ellátva a gáz egy részét - és ezáltal a felesleges hőt - el tudjuk vezetni. Felesleges hő alatt azt a hőt értem, ami a fűtőrendszerben lévő radiátorokon átfolyó víz melegítése után még megmarad. Ekkor azonban időről időre után kell töltenünk az edényt vízzel, hogy a gázveszteséget pótoljuk. A harmadik kérdés a tartájban uralkodó nyomás. Az egész "kazán"-t úgy kell méretezni, hogy a magas hőmérsékleten keletkező nagy nyomás hatására az ne robbanjon fel. Ehhez - a helyes méretezés mellett - egy biztonsági szelep alkalmazása is szükséges. A folyamat leállításához szintén egy szelepet használhatnánk, ahol a gázt fokozatosan kiengedve tudnánk leállítani az égést. 291

292 Megjegyzés: Az itt felvázolt javaslat kipróbálását csak gondos számítások és alapos szakismeret mellett javaslom! A durranógáz, mint a nevéből is következik, nagyot tud durranni, ha azt meggyújtjuk. A javaslatban szereplő kazán szintén könnyen felrobbanhat, ha nem megfelelően van méretezve és kivitelezve! Légy óvatos, ha ezekbe a kísérletekbe kezdesz! A hőszivattyú A hőszivattyú sok helyen szerepel az Interneten magyar nyelven is, bár azoknak az információknak a célja nem a működés ismertetése, hanem inkább csak reklámozás. Ezen az oldalon egy kicsit alaposabb betekintést kaphatsz a hőszivattyú működési elvébe. A hőszivattyú működési elve A hőszivattyú olyan berendezés, melynek segítségével a környezet hőjét elvonjuk s azt fűtésre, vízmelegítésre vagy akár hűtésre használjuk. A környezeti hőt a föld, a levegő, a napsütés, a szennyvíz vagy bármilyen más hőforrás szolgáltathatja. Ezeknek a hőforrásoknak a hőmérséklete azonban viszonylag alacsony - bár nem minden esetben - ahhoz, hogy azt közvetlenül tudjuk hasznosítani, ezért meg kell emelnünk. Erre való a hőszivattyú. De hogyan is működik egy hőszivattyú? Ugyanúgy, mint a hűtőgép a konyhánkban, bár a hűtő esetében hűtünk, tehát a folyamat meg van fordítva. Bizonyára már Te is jó párszor tapasztaltad, hogy mikor a szódás szifon fejébe becsavarod a gázpatront, akkor a patron nagyon hideg lesz. Ez a nagyon hideg azt jelenti, hogy odafagyhat az ujjad. Miért hűl le a patron? Mielőtt becsavarnánk a patront, az már feltehetően jó ideje a szobában volt, ezért a patronban és a környezetben lévő gázmolekulák hőmérséklete kiegyenlítődött. Amikor kiengedjük a gázmolekulákat a patronból, annak belsejében csak jóval kevesebb számú gázmolekula marad, melyek már sokkal ritkábban ütköznek, ezért a hőmérsékletük jelentősen lecsökken. Mivel azonban ez a patron nem csak "van" egy légüres térben, hanem kívülről a levegő molekulái veszik körül, ezért a rendszer - azaz a patron belseje és külseje - egyensúlyra törekedve hőt von el a külső felén lévő levegő molekuláktól (vagy éppen az ujjunktól, ha hozzáérünk). Ez a 292

293 kívülről elvont hő egy idő után megnöveli a patronban maradt gázok hőmérsékletét - ezáltal pedig az energiáját. Innét már egyenesen következik a hőszivattyú működési elve. Hozzunk létre egy tartályt, azt töltsük fel valamilyen gázzal majd gyorsan engedjük ki belőle a gáz egy részét. Ezáltal hőt tudunk elvonni a környezettől. Ez a környezeti hőenergia azonban még önmagában elég alacsony hőmérsékleten jelentkezik. Ha viszont ezt a környezeti hő által felmelegített kisnyomású gázt összenyomjuk, akkor a hőmérséklete megemelkedik. A gáz összenyomását egy egyszerű kompresszor segítségével megoldhatjuk. A következő táblázat a különböző halmazállapotú anyagok részecskéinek kinetikus (mozgási) és potenciális (helyzeti) energiáit mutatja. gáz folyékony szilárd E_potenciális kicsi közepes nagy E_kinetikus nagy közepes kicsi 1. táblázat. A különböző halmazállapotú részecskék potenciális és kinetikus energiája Az összenyomás során a gáz cseppfolyóssá válik, azaz a részecskék potenciális energiája megnövekszik a kinetikus energia rovására. Ennek a magas hőmérsékletű cseppfolyós gáznak a hőjét un. kondenzátoron keresztül leadjuk egy másik közegnek, pl. a fűtendő víznek. Az itt ismertetett módszert végteleníthetjük úgy, hogy a kondenzátor másik oldalán a cseppfolyósított gázt visszavezetjük abba a tartályba, ahol a környezet hőjét vonjuk el. Gondoskodni kell azonban arról is, hogy ezt a cseppfolyós gázt csak fokozatosan vezessük vissza, hogy ott az a kis nyomáson már alacsonyabb hőmérsékleten is elpárologhasson. Erre a célra egy expanziós szelepet alkalmazunk, mely a nagynyomású cseppfolyós gáznak mindig csak egy kis részét engedi át. A szelep másik oldalán megjelenő folyékony közeg alacsony nyomású és alacsony hőmérsékletű lesz. Mivel ez a hőmérséklet alacsonyabb a környezet hőmérsékleténél, ezért hőt fog elvonni onnét. A hőelvonás során viszont a folyadék elkezd párologni, azaz ismét gáz halmazállapotúvá válik. Ezt a tartályt, ahol a folyadék elpárolog, párologtatónak nevezzük. Az elpárologtatott gázt ismét összenyomjuk a kompresszorral, amitől az magasabb hőmérsékletűvé és cseppfolyóssá válik. 293

294 Ezt mutatja be a következő ábra: 1. ábra. A hőszivattyú működési elve Milyen gázt használjunk munkaközegnek? Olyan gázra van szükségünk a hőszivattyúban, aminek nagyon alacsony a forráspontja és csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. Miért fontos ez? Mert ha a gáz forráspontja nem elég alacsony, akkor már kis nyomáson is cseppfolyós marad, így nem kezd el párologni, azaz nem von el hőt a környezetétől. Sokféle gázt alkalmaznak a különböző hőpumpákban. A régebben használt gázok klórtartalmuk miatt az ózonréteget nagymértékben károsították, ezért manapság már olyan gázok használata terjed egyre jobban, melyek amellett, hogy hasonlóan jó hatásfokkal rendelkeznek, még környezetbarát anyagok is. Ezekről bővebben itt olvashatsz angolul. 294

295 Elméletileg a vizet is használhatjuk a hőpumpánál és ipari eszközöknél ez gyakori is, de itt alapfeltétel, hogy a működési hőmérséklet magas, C körüli legyen. A hűtőszekrényeknél használt R134a jelű gáz (C2H2F4) a hőpumpánál is ideálisnak tűnik, mivel azt viszonylag könnyen és olcsón be lehet szerezni és környezetbarát, mindemellett pedig jók a paraméterei, azaz nagyon alacsony a forráspontja és csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. A következő táblázat az R134a jelű gáz párolgási hőmérsékletét mutatja különböző nyomáson. A nyomás oszlopaiban megadott értékeket 100-zal elosztva azt bárban kapjuk meg (1 bar = Pa = 100 kpa), tehát pl. az első sorban megadott 129,0 kpa = 1,29 bár. Nyomás Párolgási Párolgási Nyomás hőmérséklet hőmérséklet 129,0 kpa -45,6 C 352,3 kpa 12,8 C 116,5 kpa -42,8 C 413,7 kpa 15,6 C 102,0 kpa -40,0 C 477,8 kpa 18,3 C 86,2 kpa -37,2 C 489,5 kpa 21,1 C 67,6 kpa -34,3 C 541,9 kpa 23,9 C 47,6 kpa -31,7 C 590,2 kpa 26,7 C 25,5 kpa -28,9 C 655,7 kpa 29,4 C 0,7 kpa -26,1 C 718,4 kpa 32,2 C 12,1 kpa -23,3 C 784,6 kpa 35,0 C 28,3 kpa -20,6 C 855,6 kpa 37,8 C 44,8 kpa -17,8 C 930,1 kpa 40,6 C 62,7 kpa -15,0 C 1008,7 kpa 43,3 C 82,0 kpa -12,2 C 1092,1 kpa 46,1 C 103,4 kpa -9,4 C 1179,7 kpa 48,9 C 126,9 kpa -6,7 C 1272,1 kpa 51,7 C 152,3 kpa -3,9 C 1370,0 kpa 54,4 C 179,2 kpa -1,1 C 1472,7 kpa 57,2 C 208,9 kpa 1,7 C 1581,0 kpa 60,0 C 241,3 kpa 4,4 C 1694,0 kpa 62,8 C 275,8 kpa 7,2 C 1813,3 kpa 65,6 C 313,0 kpa 10,0 C 295

296 2. táblázat. Az R134a jelű gáz párolgási hőmérséklete különböző nyomáson A 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 hőt igényel, mivel nagyobb nyomáson a levegőmolekulák által a folyadékra ható erő nagyobb, amit csak nagyobb ellentétes irányú erővel lehet legyőzni. Az azonban már nem ilyen nyilvánvaló, hogy miért van a 2. táblázatban egy anomáliának tűnő dolog, vagyis hogy a -45,6 C-os és a -28,9 C-os hőmérséklettartományban a csökkenő nyomás mellett nő a párolgási hőmérséklet!? Erre az a magyarázat, hogy az R134a gáz sem ideális gáz (akárcsak a többi, gyakorlatban használt gáz), így nagy nyomáson és alacsony hőmérsékleten sajátságosan viselkedik. A hőszivattyú hatásfoka 296

297 A hőszivattyú hatásfokát a kimeneten megjelenő energia és a befektetett energia hányadosaként kapjuk meg, akárcsak mint minden más rendszer esetében. Az érdekesség az, hogy ez a hatásfok meghaladja a 100 %-ot! A hatásfokot az határozza meg, hogy milyen hőmérsékletről milyen hőmérsékletre melegítjük fel a munkaközeget, milyen környezeti hőforrást használunk, a kompresszor elektromos vagy tisztán mechanikus, stb. A hőforrás függvényében a házak fűtésére használt hőszivattyúk hatásfoka 300 és 800 % között mozog éves viszonylatban: levegő % talajvíz % termálvíz C-os csurgaléka % Az ipari hőszivattyúk hatásfoka ennél valamivel magasabb, mivel ott kisebb a hőmérsékletkülönbség 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 energiamegmaradás törvényének, hiszen a plusz energiát a környezet hője adja. = [(E_vill* _kompr) + (E_hő* _hőcser)] / (E_vill) ahol: - a hőpumpa hatásfoka E_vill - a kompresszor meghajtására fordított villamos áram energiája _kompr - a kompresszor hatásfoka E_hő - a környezet hőjének energiája _hőcser - a két hőcserélő (párologtató és kondenzátor) össz. hatásfoka Mint az egyenletből látjuk, a kimeneten nem csak a kompresszorba fektetett energia bizonyos százaléka jelenik meg, hanem a hőenergia is. Ezt mutatja be a következő ábra: 297

298 3. ábra. A hőszivattyú energetikai egyensúlya Az ábrát innét vettem. Mindez azt jelenti, hogy a hőszivattyú is egy ingyenenergia gép, mivel az ingyenenergia készülékeknek is pontosan ez a működési elve, vagyis hogy egy kisebb energia segítségével megcsapolunk - azaz vezérlünk - egy másik, nagyobb energiaforrást. Senki nem beszél arról, hogy a semmiből állítunk elő energiát! Ezt figyelembe véve egyértelműen kijelenthetjük, hogy a hőszivattyú ingyenenergia gép! Amennyiben a kompresszor meghajtására felhasznált villamos energiát nem az áramszolgáltatótól vásárolt árammal oldjuk meg, hanem valamilyen más módon, pl. napelemek vagy más, ingyenenergiát előállító szerkezet segítségével állítjuk elő, akkor a rendszer valóban ingyen működtethető, csak a beszerelési költségekkel kell egyszer számolnunk! Megfelelően tervezve a hőszivattyút még az is megoldható, hogy az így termelt hő egy részét elektromos árammá alakítjuk, s azzal tápláljuk a kompresszort és a keringető szivattyúkat! Sőt, még akár az egész ház elektromos fogyasztóit is üzemeltethetnénk a hőszivattyú által termelt hő villamos energiává történő átalakításával! 298

299 Erről olvashatsz majd a következő oldalon. A környezeti hőforrások A környezet hőmérsékletét a párologtatón keresztül tudjuk "megcsapolni" a következőképpen: talajszonda talaj kollektor masszív hőelnyelő kútvíz (talajvíz) levegőhő termálvíz Ezekről a módszerekről egy kicsit részletesebben itt olvashatsz. A cikkből kitűnik, hogy a legegyszerűbb és legolcsóbb megoldás az lenne, ha a levegő hőjét hasznosítanánk, de télen, amikor igazán szükség volna a melegre, akkor a rendszer hatásfoka jelentősen csökken, s egy bizonyos hőmérséklet alatt (kb. -15 C) már nem is üzemelne a rendszer. Ami viszont minden lakóháznál megoldható, az a geotermikus, azaz a Föld hőenergiájának a felhasználása. Erre is van több módszer, bár a legvonzóbbnak a kútvízben rejlő hő megcsapolása tűnik, mivel így a kifúrt kutunk kis átalakításával illetve kibővítésével jóval olcsóbban meg tudjuk oldani a házunk vízellátását és a fűtést is - egyszerre. A talajvíz hőmérséklete attól függően, hogy milyen mélyről hozzuk fel +4 és +10 C között változhat. Kétféle megoldás kínálkozik: Nyílt rendszerű és Zárt rendszerű A nyílt rendszerű megoldásnál két, egymástól elkülönített kutat kell ásni. Az egyikből a kútban lévő búvárszivattyú keringetné a vizet a párologtatón keresztül, majd a lehűtött vizet a másik kútba engedjük vissza. Az is megoldható, hogy a lehűtött vizet nem egy másik kútba, hanem a közeli álló vagy folyó vízbe engedjük. Ekkor a második kút fúrási költségeit megspóroltuk. A nyílt rendszerű 299

300 talajvizes hőszivattyúnál külön oda kell figyelni a víz szűrésére és arra, hogy ne fagyjon be a rendszer. A zárt rendszerű megoldásnál a párologtató, azaz a hőcserélő csöveit egyből a kútban helyezzük el, s a hőpumpa munkaközege ott párolog el. A zárt rendszerű talajvizes hőpumpa tűnik a legegyszerűbben kivitelezhetőnek, különösen ha már rendelkezünk egy fúrt kúttal. A talajvizes hőpumpáról az információkat innét vettem. Van még egy hőforrás, ami nem kimondottan környezeti hő, bár mind a talaj, mind pedig a levegő ennek hatására melegszik fel. Ez a Nap hője. Ezt a hőt un. napkollektorokkal tudjuk megcsapolni, melyek nem azonosak a napelemekkel. A napelem villamos áramot állít elő, míg a napkollektor hőt. A napkollektorokról pár információt olvashatsz itt, ahol még egy saját készítésű napkollektor leírását is elolvashatod (lásd itt). A napkollektorok hőmérséklete jóval magasabb, mint a talaj és a levegő hőmérséklete, ezáltal a hőpumpa hatásfoka jelentősen megugrik, ráadásul ha Te magad barkácsolod össze a napkollektort, akkor sokkal olcsóbb lesz a hőpumpád, mint ha kutat kellene ásatnod. Viszont télen vagy borús időben a napkollektorok teljesítménye csak a töredéke a névleges értéknek. Az igazi megoldás az lenne, ha a napkollektor és a talajvíz egymást segítve végezné a hőszivattyú munkaközegének a párologtatását. Kapcsolódó kísérletek: Napfűtő Laci napenergiás kísérletei A nap hőjét próbálta hasznosítani Laci, ezért épített egy napfűtőt. Az eredményeit itt olvashatod. "Egy 90 cm-es parabola antenna tányérját bevontam tükörfóliával, második nekifutásra sikerült. 300

301 1. ábra. A fóliával bevont parabola antenna Először befújtam vízzel és egyben próbáltam beleragasztani a tányérba, de nem sikerült. Utána bevagdostam sugárirányban a fóliát, így sem lett jó. Végül az egészet kitéptem és hagytam megszáradni, majd 5-7 cm-es darabokra 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 lángra lobbant. 2. ábra. A füstölgő újságpapír 301

302 3. ábra. A lángra lobbant újságpapír 4. ábra. Az átégetett újságpapír A következő kísérletben vizet forraltam és hagymát pirítottam erősebb napsütésben, bogrács állványon, bográccsal." 5. ábra. Hagymapirítás (távoli kép) 302

303 ábra. Hagymapirítás (közeli kép) A Peltier hőelem Mi az a Peltier hőelem? Ez olyan félvezetőkből álló eszköz, mely elektromos egyenáram hatására hőt szállít az egyik oldaláról a másikra. Egyre elterjedtebben alkalmazzák különböző hűtési célokra, pl. a mikroprocesszorok felesleges hőjének az elvezetésére. 1. ábra. Különböző méretű Peltier hőelemek A nagyobb teljesítmény elérésére több N és P típusú félvezetőt kapcsolnak sorba. 303

304 2. ábra. Peltier elemek sorba kapcsolva Kicsit közelebbről az építőelemek így néznek ki: 3. ábra. A Peltier hőelem építőelemei (félvezető darabkák) Bővebben pl. itt találsz információkat a Peltier hőelemekről. Mi azonban pont ellenkező célra akarjuk használni ezeket a hőelemeket, azaz a két oldalán megjelenő hőmérsékletkülönbségből adódó elektromos áramot szeretnénk hasznosítani. A működési elve nagyon hasonlít a napelemekéhez, itt is egy külső energiaforrás, jelen esetben hő (nem pedig napfény) hozza mozgásba a félvezető elemek kristályszerkezetében a szabad elektronokat. Hogy ez tényleg működőképes, arról itt láthatsz egy kísérletet. A Peltier modulok hatásfoka Ha a modulokat az eredeti rendeltetés szerint használjuk, akkor a hatásfoka a hőmérsékletkülönbség függvényében %, de speciális módszerekkel akár 100 % fölé is vihetjük! (Erről itt olvashatsz.) Ez eddig nem is meglepő, hiszen itt hőszivattyúként üzemel. 304

305 Amikor viszont fordított módon, azaz termoelemes generátorként használjuk, akkor ez a hatásfok lezuhan 3-5 %-ra. Egy Peltier elemekből álló hőgenerátor tervezésénél elsőként azt kell kiszámítanunk, hogy hány elemes modulra van szükségünk adott feszültség előállításához. Az építőelemek (félvezetők) száma: N = (5000 * U) / T ahol: N - az építőelemek száma U - a modul kimeneti feszültsége T - a hőmérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal között Ebből kifejezhetjük U-t: U = (N * T) / 5000 Az is fontos paraméter, hogy mekkora áramot vehetünk le a modulról. Ez magának a modulnak a geometriai kialakításától függ, amit geometriai faktornak hívunk: G = (10 * I) / T ahol: G - a geometriai tényező I - a modulból levehető áram T - a hőmérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal között A geometriai faktor kiszámításához ismernünk kell a modulban lévő építőelemek, azaz félvezetők fizikai méreteit. Ezt, akárcsak az építőelemek számát (N) a hőelem elnevezéséből tudhatjuk meg. Az elnevezés dekódolásához a következő táblázat nyújt segítséget, ahol példának a PE jelű modult használtuk. P E építőelemek E: Standard építőelemek építőelemek szélessége (Sz) és magassága (M) F: magas hőmérsékletű száma (N) hosszúsága (H) 0,14 cm 0,11 cm 1. táblázat. A hőelemek jelölésének magyarázata A geometriai tényező másik képlettel kifejezve: G = (Sz * H) / M ahol: Sz -az építőelem szélessége (cm) H - az építőelem hosszúsága (cm) M - az építőelem magassága (cm) 305

306 Összevonva az előbbi két képletet a következő egyenlethez jutunk: (Sz * H) / M = 10 * I / T Ebből könnyen kifejezhetjük a modulról levehető áramot: I = (Sz * H * DT) / (10 * M ) A modul hatásfokát a következő képlettel számíthatjuk ki: = (U * I) / (0,03 * N * T * G) ahol: - a hatásfok U - a modul kimeneti feszültsége I - a modulból levehető áram N - az építőelemek száma T - a hőmérsékletkülönbség a hideg és meleg oldal között G - a geometriai tényező Van egy másik, kevésbé pontos képlet, de jó közelítéssel használható gyors számításokhoz. = T / 1500 Vegyünk egy példát, melyben a fentebb említett PE jelű modult használjuk. A hőmérsékletkülönbség előállítására ugyanazt a hőszivattyút vegyük, amit az előző oldalon már ismertettünk. A hőszivattyú kimenetén megjelenő 55 C-os vizet vezessük a hőelem egyik oldalára, a másikat pedig hűtsük a kútban lévő kb. +5 C-os vízzel. Ekkor a hőmérsékletkülönbség T = 55 C - 5 C = 50 C. A valóságban azonban nem tökéletes a hőátadás, ezért mind a két oldalon számolhatunk 5 C-os veszteséggel, emiatt a Peltier elemre jutó hőmérséklet különbség T = 50 C - 5 C - 5 C = 40 C. A modul kapcsain mérhető feszültség: U = (N * T) / 5000 U = (127 * 40) / 5000 = 1,016 V A modulból levehető áram: I = (Sz * H * DT) / (10 * M ) I = (0,14 * 0,14 * 40) / (10 * 0,11 ) = 0,71 A A modul geometriai tényezője: G = (Sz * H) / M G = (0,14 * 0,14) / 0,11 = 0,

307 A modul hatásfoka ezek szerint: = (U * I) / (0,03 * N * T * G) = (1,016 * 0,71) / (0,03 * 127 * 40 * 0,178) = 0,0265 = 2,65 % A közelítő képletet alkalmazva: = T / 1500 = 40 / 1500 = 0,0266 = 2,66 % Hogyan lehetne ezt a hatásfokot javítani? Az egyből kínálkozó lehetőség a T hőmérsékletkülönbség megnövelése. Ez azonban csak bizonyos hőmérsékleti határokig érhető el. A modulok meleg oldali maximális hőmérséklete a standard modulnál 65 C, míg a magas hőmérsékletű modulnál 120 C. Az azonos méretű standard és magas hőmérsékletű modulok között az árdifferencia csak 15 %, míg a kivehető teljesítmény a duplájára nőhet. Ha el tudjuk érni azt, hogy a hőmérsékletkülönbség a duplája lesz, azaz a mi esetünkben T = 2 * 40 C = 80 C, akkor a hatásfok = 80 / 1500 = 0,053 = 5,3 %-ra növekszik. A fenti számítási módszert innét vettem. A hőmérsékletkülönbség növelésére persze nem csak az a módszer áll a rendelkezésünkre, hogy növeljük a meleg oldali hőmérsékletet, hanem az is, hogy csökkentjük a hideg oldalit vagy akár kombináltan, azaz a hideg oldalon csökkentjük, a meleg oldalon pedig növeljük a hőmérsékletet. Az is fontos szempont, hogy hogyan csatlakozik a Peltier hőelem a környezethez. Megfelelően jó illesztés esetén a közeg és a hőelem közötti hőátadási tényező javítható, ami végső soron a hatásfok növekedését eredményezi. A maximálisan elérhető 225 C-os hőmérsékletkülönbség emeletes megoldásban is csak maximum 225 / 1500 = 0,15 = 15 %-os hatásfokot eredményez. Ehhez képest a hőszivattyúk átlagos hatásfoka 400 %. Ha tehát kombináljuk a hőszivattyút és a hőelemeket, akkor a rendszer teljes hatásfoka 0,15 * 4 = 0,6 = 60 %. Elméletileg ez azt jelentené, hogy a rendszer fenntartásához még 40 %-nyi energiát kellene kívülről befektetnünk. Ez a módszer tehát nem a legmegfelelőbb áramtermelésre. A gőzturbina A gőzturbinák olyan szerkezetek, melyek általában ipari méretekben állítanak elő villamos áramot - a hőből. Többféle módszer létezik a fűtéshez használt üzemanyag és a turbina meghajtási módja 307

308 szerint. Kombinált üzemben, vagyis mikor a gáz és gőzturbinákat kombináljuk, viszonylag magas, akár %-os hatásfokot is elérhetünk. A hagyományos gőzturbinák hatásfoka azonban ennél alacsonyabb, % közötti, amit még otthoni körülmények között is el tudunk érni. Számoljunk átlagosan 40 %-os hatásfokkal, azaz 1000 W hőből ki tudunk nyerni 400 W villamos energiát. Ha a hőszivattyúnk 400 %-os, akkor a teljes rendszer hatásfoka 4 * 0,4 = 1,6 = 160 %. Ez azt jelenti, hogy a hőszivattyú kompresszorába 1000 W villamos energiát befektetve a gőzturbinánk kimenetén 1600 W villamos energiát kapunk. Ebből a tisztán levehető energia 600 W. A gőzturbina kimenetén megjelenő gőzt pedig lecsapathatjuk és azt fűtésre használhatjuk. Ezzel most nem mondtam újat, mivel ilyen, a föld hőjét hasznosító villamos hőerőművek már legalább hatvan éve működnek ban MW villamos áramot állítottak elő geotermikus energiából szerte a világon. Itt az ideje, hogy kis hazánk is kövesse a jó példát. Ezt mi leginkább úgy tudjuk megvalósítani, hogy a saját házunk fűtését és akár villamos energia igényeinek kielégítését is a föld hőjéből fedezzük. A geotermikus erőművek rövid történetét itt olvashatod el. Ha kíváncsi vagy arra, hogyan is működik egy ipari gőzturbina, akkor látogass el ide, ahol egy nagyon szemléletes "mozit" láthatsz erről. A mi céljainknak az un. ellennyomásos turbina felel meg, ahol a turbináról távozó fáradt gőzt atmoszférikusnál nagyobb nyomáson a házunk hőszükségletének fedezésére hasznosítjuk. Ez a turbina típus tehát nemcsak elektromos áram, hanem fűtőgőz előállításra is alkalmas. Az ellennyomás értéke 3-9 bar. A gőzgépeknél az un. Carnot körfolyamatot használjuk, aminek a lényege a következő: A hőnek mechanikai munkává vagy villamos energiává történő átalakítását a hőközlés és hőelvonás hőmérsékletei befolyásolják. Adott hőmérséklethatárok között az átalakítás legnagyobb hatásfokát olyan körfolyamattal érhetjük el, amelyben mind a hőközlés (T1), mind a hőelvonás hőmérséklete (T2) állandó (izotermikus) és az energiaszállítás minden részfolyamata veszteségmentes (reverzibilis). Ez a Carnot-körfolyamat. 308

309 4. ábra. A Carnot körfolyamat Az energiatermeléshez közölt hőteljesítmény: Q1 = T1 * S ahol: T1 - a turbinára jutó gőz hőmérséklete S - az entrópia (állapot) változása Hasznosan kinyerhető mechanikai (villamos) teljesítmény: Pki = (T1 + T2) * S ahol: T1 - a turbinára jutó gőz hőmérséklete T2 - a turbinából kilépő gőz hőmérséklete S - az entrópia (állapot) változása Az elvonandó, mechanikai vagy villamos teljesítménnyé át nem alakult hőteljesítmény (veszteség): Q2 = T2 * S Hőmérleg: Q1 = Pki + Q2 Az ideális villamosenergia-termelésre jellemző Carnot-hatásfok: = Pki / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - (T2 / T1) A termodinamika III. főtétele értelmében T2 sosem lehet 0 K, ezért a Carnot-körfolyamat hatásfoka mindig kisebb mint egy. A Carnot-körfolyamat hatásfoka korlátozott, hiszen a környezeti hőmérséklet a T2 értékének alsó korlátja, a kritikus hőmérséklet pedig a széleskörűen alkalmazott víz, illetve vízgőz munkaközeg 309

310 esetén Tkr = 374 C = 647 K a T1 felső korlátja. Határesetben (T2=0 C = 273 K, T1= Tkr) a Carnot-körfolyamat hatásfoka: _max = 1 - (T2/T1) = 1 - (273/647) = 0,578 = 57,8 % Nézzük meg, hogy a házi körülmények között milyen hatásfokot tudunk elérni. A levegő hőmérséklete legyen T2 = 20 C = 293 K, a gőz hőmérséklete pedig T1 = 100 C = 373 K. Ekkor a hatásfok: = 1 - (293 / 373) = 0,214 = 21,4 % Ahhoz, hogy ezt megnöveljük, növelni kell a vízgőz hőmérsékletét. 150 C-nál (433 K) a hatásfok 1-(293/433) = 32,3 %. 40 %-os hatásfokot 215 C-nál érhetünk el. Stirling motor A Stirling motor egy külső égésű hőerőgép, melyet 1816-ban alkotott meg a skót származású lelkész, Robert Stirling. Az Ő tiszteletére nevezték el ezt a fajta motort Stirling motornak. A Stirling motor egy külsőégésű motor, melynek a kipufogó gáza nagyon tiszta és a motor szokatlanul csendesen dolgozik a belsőégésű motorokkal összehasonlítva. Mivel külsőégésű gépről van szó, ezért az üzemanyaga nem csak olajszármazék lehet, hanem bármilyen hőforrás is, például a Föld hője vagy a napfény. Ennek köszönhetően a Stirling motorokat az utóbbi időben kezdik újra felfedezni és fejleszteni és várakozásaink szerint ez lehet a motorok következő nemzedéke. A Stirling motorok termodinamikája A termodinamika fogalmai szerint a Stirling motor egy megújuló energiaforrású külsőégésű motor, mely a Stirling körfolyamat szerint működik. 310

311 1. ábra. A Stirling körfolyamat A Stirling körfolyamat állandó térfogatú melegítési folyamatból, izotermikus tágulási folyamatból, állandó térfogatú hűtési folyamatból és izotermikus összehúzódási folyamatból áll. Elméletileg a Carnot körfolyamatnak a legjobb a hatásfoka, s a Stirling körfolyamat hatásfoka ezzel vetekszik. A Stirling körfolyamat megfordítható, reverzibilis, azaz külső erővel hajtva hűtőként is viselkedhet. A Stirling motornál a gáz két, egymástól bizonyos távolságra lévő és különböző hőmérsékletű térben áramlik, s ez a hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséget hoz létre. Ez a két tér nagyon jól el van szigetelve a külső tértől, így nincs keveredés a külső tér levegőjével. A motor bárhol működhet, ahol hőmérsékletkülönbség van jelen, így a jövőben sok helyen lesz használható a Stirling motor. A Stirling motor jellemzői A Stirling motort a következők jellemzik: A hőforrások széles skálája A belsőégésű motorok, mint pl. a benzin vagy diesel motorok csak táguló üzemanyagot használhatnak. Ugyanakkor a Stirling motor nem csak ezeket az üzemanyagokat használhatja, hanem bármilyen éghető anyagot, mint pl. faszenet vagy fát is. Ezen kívül nem üzemanyag jellegű hőforrásokat is használhat, mint pl. a Föld hőjét, meleg légáramlatokat, vagy a napfényt. Jelenleg a világ számos pontján fejlesztenek napenergiával működő Stirling motorokat. Tiszta kipufogó gáz Mivel a Stirling motor külsőégésű, ezért az üzemanyag elégetése a motoron kívül történik. Ebből kifolyólag az égés könnyebben kontrolálható a belsőégésű motorokhoz képest. Ennek eredménye a nagyon tiszta kipufogó gáz. Nagyon halk üzem A belsőégésű motoroknál a nyomáskülönbség robbanás kíséretében alakul ki, ezért ott a zaj és a vibráció elkerülhetetlen velejárója a folyamatnak. A Stirling motoroknál ezzel szemben a nyomáskülönbség nagyon finoman alakul ki, mely csöndessé teszi a folyamatot, ezen kívül nincs szükség összetett szelep-mechanizmusra sem. Magas hőhatásfok A Stirling körfolyamat hőhatásfoka megegyezik a Carnot körfolyamat hatásfokával, mely elméletileg a legjobb. A Carnot körfolyamat hatásfoka: = 1 - (Tc/Th) ahol: Th - A körfolyamat legmagasabb hőmérséklete Tc - A körfolyamat legalacsonyabb hőmérséklete 311

312 Ez azt jelenti, hogy az elméleti hőhatásfok annál jobb, minél nagyobb a hőmérséklet különbség. A Stirling motoroknál a 40 %-os hatásfok is könnyen elérhető. A Stirling motorok szerkezeti felépítése A Stirling körfolyamat lejátszódhat egyetlen hengerben is, ezért egy általános Stirling motor úgy van kialakítva, hogy tartalmaz egy olyan teret, ahol hőmérsékletkülönbség van. 2. ábra. A Stirling motor általános modellje A 2. ábrán látható jelölések a következőt jelentik: V E - Magas hőmérsékletű, tágulási tér H - Melegítő R - Regenerátor C - Hűtő V C - Alacsony hőmérsékletű, sűrítési tér A következőkben a Stirling motorok típusait ismertetjük. Kiszorításos Stirling motor A kiszorításos Stirling motornál a munkagázt egy kiszorító dugattyú mozgatja a magas és alacsony hőmérsékletű terek között. Ennek a típusnak két fajtája létezik, a béta és a gamma típusú. Béta típusú kiszorításos Stirling motor A béta típusú kiszorításos Stirling motornál a kiszorító és munkavégző dugattyúk egy közös hengerben találhatók, ennek következtében mind a két dugattyú azonos átmérőjű kell legyen. 312

313 3. ábra. Béta típusú kiszorításos Stirling motor A két dugattyú minden egyes ütemben egymás terét metszi, ezért a nyomásarány növekszik, ami viszont nagyobb teljesítményt eredményez, mint amekkorát a gamma típusú Stirling motoroknál el tudunk érni. Mivel azonban a kiszorító és munka dugattyú tengelyei egyvonalban helyezkednek el, ezért a készülék elkészítése nehézkes. Gamma típusú kiszorításos Stirling motor A gamma típusú Stirling motornál a kiszorító és munkadugattyúk hengerei el vannak választva egymástól. 4. ábra. Gamma típusú kiszorításos Stirling motor A béta típusú motorral összehasonlítva a mechanizmus egyszerűbb, valamint a nyomásarány és a növekvő hő átadási területének szabályozása viszonylag egyszerű. Ez a motor típus az alacsony hőmérsékletkülönbségek esetén használható jól. 313

314 Kétdugattyús Stirling motor A kétdugattyús Stirling motort alfa típusú Stirling motornak is hívják. Ez a fajta motor két munkadugattyúval rendelkezik, melyek között a fáziskülönbség ábra. Alfa típusú Stirling motor Ebben az esetben a magas hőmérsékletű tágulási tér és az alacsony hőmérsékletű összehúzódási tér össze van kötve. Miközben a dugattyúk mozgatják a gázt, eközben ugyanez a két dugattyú munkát is végez. A kiszorításos Stirling motor működési elve A kiszorításos Stirling motornál a munkagáz mozgatását a magas és az alacsony hőmérsékletű tér között a kiszorító dugattyú végzi, míg a nyomáskülönbségből adódó energiát a munka dugattyún vehetjük le. 314

315 6. ábra. A kiszorításos Stirling motor működési elve Az egyes ütemek a következőképpen néznek ki: 1. Állandó térfogatú melegítési ütem Miközben a kiszorító dugattyú a sűrítési tér felé mozog, a munkagáz hőmérséklete megemelkedik és a tágulási tér felé áramlik, miközben elhalad a fűtő mellett. A motorban a gáz nyomása növekszik. 2. Izotermikus tágulási ütem A növekvő nyomás a motorban a munka dugattyút lefelé tolja. 3. Állandó térfogatú hűlési ütem A kiszorító dugattyú a tágulási tér felé mozog, a munkagáz hőmérséklete lecsökken és az beáramlik a sűrítő térbe, miközben elhalad a hűtő mellett. A motorban a gáznyomás leesik. 4. Izotermikus sűrítési ütem A munka dugattyú felfelé tolódik és a motor a hőjét leadja a környezetének. A motornál a két dugattyú nem felváltva mozog, hanem szinuszosan, mivel a két dugattyú mozgása között egy 90 -os fáziseltolódás van. A kétdugattyús Stirling motor működési elve 315

316 A kétdugattyús Stirling motornál a munkagáz mozgatása és a munkavégzés két munkadugattyú által valósul meg. A két dugattyú mozgása között egy 90 -os fáziseltolódás van. 7. ábra. A kétdugattyús Stirling motor működési elve Az egyes ütemek a következőképpen néznek ki: 1. Állandó térfogatú melegítési ütem A sűrítő oldali dugattyú felfelé, a tágulási oldali dugattyú pedig lefelé mozog. A munkagáz hőmérséklete magas és a gáz a tágulási tér felé áramlik, miközben a fűtő mellett elhalad. A motorban a gáznyomás emelkedik. 2. Izotermikus tágulási ütem Mind a kettő munka dugattyú lefelé mozog, a munkagáz pedig tágul. A motor munkát végez. 3. Állandó térfogatú hűlési ütem A sűrítő oldali dugattyú lefelé, a tágulási oldali dugattyú pedig felfelé mozog. A munkagáz alacsony hőmérsékletűvé válik és a sűrítési tér felé áramlik, miközben a hűtő mellet halad el. A gáz nyomása a motorban leesik. 4. Izotermikus sűrítési ütem Mind a kettő dugattyú felfelé tolódik, miközben a munkagázt sűrítik. A motor a hőjét leadja a környezetének. 316

317 A motornál a két dugattyú felváltva mozoghat és a két dugattyú mozgása között egy 90 -os fáziseltolódás van. Az angol nyelvű forrást itt nézheted meg. A Stirling motor működési elvének jobb megértéséhez három animációt is a figyelmedbe ajánlok, melyeket István küldött be. Az elsőn az alfa típusú motor, a másodikon a béta típusú motor, a harmadikon 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 motorokról Ez az elmélet az ideális gázok izotermikus tágulásán és összehúzódásán alapszik. A motor hatásfokát egy P-V diagramm segítségével lehet kiszámolni. A motor térfogatát könnyen meghatározhatjuk annak belső geometriája alapján. Mikor a térfogat, a munkagáz tömege és a hőmérséklet ismert, a nyomást az ideális gázok számolási metódusával már könnyen meghatározhatjuk. P * V = m * R * T (1) A motor nyomását a következő feltételezések alapján számíthatjuk ki: a - Nincs nyomásveszteség a hőcsere folyamán és nincsenek különbségek a belső nyomásban b - A tágulási folyamat és az összehúzódási folyamat izotermikusan változik c - A munkagáz ideális gázként viselkedik d - A regeneráció tökéletes e - A körfolyamat során a tágulás holtpontján a táguló gáz hőmérséklete TE, az összehúzódás holtpontján pedig T C. f - A regenerátorban lévő gáz hőmérséklete a T E és T C hőmérsékletek átlaga g - A tágulási tér (V E ) és az összehúzódási tér (V C ) változása szinusz hullám alakot vesz fel Az itt következő táblázatban a Schmidth féle elméletben használt jelek magyarázatát láthatod. Elnevezés Jele Mértékegysége Motor nyomása P Pa Táguló vagy kiszorító dugattyú lökettérfogata V SE m 3 Sűrítő vagy munka dugattyú lökettérfogata V SC m 3 Tágulási tér holt térfogata V DE m 3 317

318 Regenerátor térfogata V R m 3 Sűrítési tér holt térfogata V DC m 3 Tágulási tér pillanatnyi térfogata V E m 3 Sűrítési tér pillanatnyi térfogata V C m 3 Teljes pillanatnyi térfogat V m 3 Munkagáz teljes tömege m kg Gázállandó R J/(kg*K) Tágulási tér gázhőmérséklete T H K Sűrítési tér gázhőmérséklete T C K Regenerátor tér gázhőmérséklete T R K Fázisszög d x fok Hőmérséklet arány t Lökettérfogat arány v Holt térfogat arány X Motor sebessége n Hz Tágulási energia W E J Sűrítési energia W C J Energia W I J Tágulási teljesítmény L E W Sűrítési teljesítmény L C W Teljesítmény L I W Hatásfok e 1. táblázat. A Schmidth féle elméletben használt jelek magyarázata Az alfa típusú Stirling motor számításai 318

319 8. ábra. Alfa típusú Stirling motor A tágulási és sűrítési hengerek térfogatát kell először meghatározni egy adott "x" forgattyús ház szögnél. Ez a forgattyús ház szög 0, mikor a tágulási dugattyú a felső holtponton van. A pillanatnyi tágulási térfogat V E a tágulási henger lökettérfogatától V SE és a tágulási holt térfogattól V DE függ a (g) feltétel szerint. (2) A pillanatnyi sűrítési térfogat V C a sűrítő henger lökettérfogatától V SC és a sűrítési holt térfogattól V DC, valamint a "dx" fázisszögtől függ. A teljes pillanatnyi térfogat: (3) V = V E + V R + V C (4) Az (a), (b) és (c) feltételek szerint a motorban lévő teljes tömeget (m) a motor nyomását (P) felhasználva számíthatjuk ki minden egyes hőmérsékletnél (T), térfogatnál (V) és gázállandónál (R). (5) A hőmérséklet arány (t), lökettérfogat arány (v) és a holt térfogat arányok a következő egyenletekkel határozhatóak meg: t = T C / T E (6) v = V SC / V SE (7) X DE = V DE / V SE (8) X DC = V DC / V SE (9) X R = V R / V SE (10) A regenerátor hőmérsékletét (T R ) az (f) feltétel figyelembevételével számítható ki: T R = (T E + T C ) / 2 (11) A teljes gáz tömege a következő képlettel számolható: m = (P * V SE )*{S - B*cos(x-a)} / (2*R*T C ) (13) ahol: a = tan-1{(v*sin dx) / (t + cos dx)} (14) S = t + (2*t*X DE ) + (4*t*X R /(1+t)) + v + 2*X DC (15) B = (t 2 + 2*t*v*cos dx + v 2 ) (16) A motor nyomását a következő egyenlettel számolhatjuk: 319

320 P = (2*m*R*T C )/{V SE *(S-B*cos( -a))} (17) Az átlagos nyomást pedig a 18. képlettel számíthatjuk ki: c = B/S (19) (18) A nyomást az átlagos nyomás alapján a következő egyenlettel határozhatjuk meg: (20) Mikor cos(x-a) = -1, akkor a nyomás (P) minimális lesz. P min = (2*m*R*T C )/{V SE *(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 számításai 9. ábra. A béta típusú Stirling motor A pillanatnyi tágulási térfogatot (V E ) és a pillanatnyi sűrítési térfogatot (V C ) számolhatjuk ki az itt következő képletekkel. Fontos paraméterek a kiszorító dugattyú lökettérfogata (V SE ), a munkadugattyú lökettérfogata (V SC ) és a kiszorító és munkadugattyúk közötti fázisszög (dx). (24) 320

321 (25) A béta típusú Stirling motornál a kiszorító és a munkadugattyúk közös hengerben találhatók. A két dugattyú egy hatékony, egymást átfedő munkateret hoz létre. A (25) képletben használt átfedési térfogat (V B ) a következőképpen határozható meg: (26) A teljes pillanatnyi térfogat pedig: V = V E + V R + V C (27) A motor nyomását (P) az alfa típusú Stirling motorokhoz hasonlóan az átlagos nyomásból (P mean ), a maximális nyomásból (P max ) vagy a minimális nyomásból (P min ) számíthatjuk ki: (28) A következő sorokban néhány állandó és arány meghatározási képlete látható: t = T C / T E (29) v = V SC / V SE (30) X B = V B / V SE (31) X DE = V DE / V SE (32) X DC = V DC / V SE (33) X R = V R / V SE (34) (35) (36) c = B / S (38) (37) A gamma típusú Stirling motor számításai 321

322 10. ábra. A gamma típusú Stirling motor A számítások az alfa és béta típusú motorokéhoz hasonlóak. A pillanatnyi tágulási térfogatot (V E ) és a pillanatnyi sűrítési térfogatot (V C ) számolhatjuk ki az itt következő képletekkel. Fontos paraméterek a kiszorító dugattyú lökettérfogata (V SE ), a munkadugattyú lökettérfogata (V SC ) és a kiszorító és munkadugattyúk közötti fázisszög (dx). (39) (40) A teljes pillanatnyi térfogat pedig: V = V E + V R + V C (41) A motor nyomását (P) az alfa típusú Stirling motorokhoz hasonlóan az átlagos nyomásból (P mean ), a maximális nyomásból (P max ) vagy a minimális nyomásból (P min ) számíthatjuk ki: (42) A következő sorokban néhány állandó és arány meghatározási képlete látható: t = T C / T E (43) v = V SC / V SE (44) X DE = V DE / V SE (45) X DC = V DC / V SE (46) X R = V R / V SE (47) (48) (49) 322

323 c = B / S (51) (50) Energia, teljesítmény és hatásfok Az energia (vagyis a P-V diagram területe) a tágulási és sűrítési térben a következő egyenletekkel határozható meg. A tágulási tér energiája (W E ) függ az átlagos nyomástól (P mean ), a maximális nyomástól (P max ) és a minimális nyomástól (P min ): A sűrítési tér energiája (W C ) a következőképpen számolható: (51) (52) Egy ciklus energiája (W i ) a következőképpen számolható: A P mean, P max és P min közötti kapcsolat a következő: (53) (54) (55) A tágulási teljesítmény (L E ), a sűrítési teljesítmény (L C ) és a motor teljesítménye (L i ) a következő egyenletekkel határozható meg (a motor sebessége (n) Hz-ben van megadva): L E = W E * n (56) L C = W C * n (57) L i = W i * n (58) Az (51) képletben meghatározott tágulási energia (W E ) a hőforrás energiáját szimbolizálja, az (52) képletben meghatározott sűrítési energia (W C ) pedig a motorból a hűtővíznek vagy hűtő levegőnek átadott energiát. Ezek alapján a motor hőhatásfoka (e) a következőképpen számolható: (59) 323

324 Ez a hatásfok megegyezik a Carnot körfolyamat hatásfokával, mely a hőerőgépek közül a legmagasabb. A számításokat innét vettem. A Stirling motor teljesítményének kiszámítása A következőkben a Stirling motor teljesítményét és még néhány más paraméterét számolhatod ki. Hogyan használd a számológépet? Írd be az átlagos nyomást, lökettérfogatot, gázhőmérsékleteket és válaszd ki a munkagázt. Ha azt akarod kiszámolni, hogy a maximális nyomáson és hőmérsékleten milyen paraméterekkel rendelkezik a Stirling motor, akkor kattints az "Igen" gombra és töltsd ki a "Tervezett maximális nyomás" és a "Megengedett maximális hőmérséklet" mezőket. Ha a "Nem" gombot választod ki, akkor nem kell kitölteni a "Tervezett maximális nyomás" és a "Megengedett maximális hőmérséklet" mezőket. Nyomd le a "Számold ki a paramétereket" gombot A program kiszámolja a motor paramétereit Bemeneti adatok Átlagos nyomás, P m : MPa Tágulási tér lökettérfogata, V se : cm 3 Tágulási tér gázhőmérséklete, T e : C Sűrítési tér gázhőmérséklete, T c : C Munkagáz: He Levegő N 2 H 2 A P lim és T lim értékek használata Nem Igen Tervezett maximális nyomás, P lim : MPa Megengedett maximális hőmérséklet, T lim : C Számított paraméterek Súrlódási (viszkozitási) együttható, v lim : m 2 /s Gázállandó, R: J/kgK Nem méretezett motor állandó, S: 324

325 Nem méretezett kimeneti teljesítmény, L s : Nem méretezett motor sebesség, n: Maximális kimeneti teljesítmény, L s : Motor sebessége, n: W 1/perc W 1/perc Archie H. Blue elektrolizáló készülékének leírása Az Új-Zélandi Archie H. Blue itt következő elektrolizáló készülékének szabadalmát 1987 november 7.-én jegyezték be az Amerikai Szabadalmi Hivatalnál. A különböző regisztrációs számokat és utalásokat nem fordítottam le, azokat az eredeti dokumentumban is megnézheted. A kissé nyakatekert szöveget enyhén megszerkesztettem a jobb olvashatóság érdekében, de ez természetesen nem változtatja meg az eredeti tartalmat. Rövid ismertetés A hidrogén és oxigén elektrolízis útján történő előállításánál a cellán levegőt pumpálunk keresztül, ezáltal az elektrolízis terméke levegővel kevert hidrogén és oxigén lesz. 325

326 Az elektrolizáló cella A találmány háttere és rövid ismertetése A találmány olyan gázt fejleszt, melyet elsősorban, de nem feltétlenül, üzemanyagként lehet felhasználni. A víz elektromos úton történő lebontásához egyenáramot kell vezetni az elektrolitban elhelyezett elektródapárra. Az ilyen elektrolízis során normális dolognak számít, ha valamilyen gázfalat alakítunk ki a két elektróda között, ezáltal akadályozva meg azt, hogy az elektrolízis során keletkező gázokból robbanó keverék alakuljon ki. Ugyanakkor úgy találtuk, hogy ha a megfelelő óvintézkedések mellett a keletkező gázt egy tartályba vezetjük, akkor ott elkeveredve a későbbiekben azt felhasználhatjuk. Mivel a gázok összekeveredése egy robbanékony anyagot eredményez, ezt fel lehet használni például a belsőégésű motorok üzemanyagaként. Ebben az esetben kívánatos, hogy a gázokat egy bizonyos mennyiségű levegővel is vegyítsük, ezáltal irányítva a robbanás nagyságát, mely a gázok meggyújtásakor jön létre. Az elektrolízis során fellépő egyik probléma az, hogy a gázbuborékok hajlamosak az elektródákra tapadni, ezáltal jelentősen csökkentve az elektródáknak az elektrolittal érintkező felületét, ami viszont csökkenti az elektródák között folyó áram nagyságát. Mivel a jelen találmánynál kívánatos, hogy a keletkezett gáz elkeveredjen a levegővel, ezért lehetőség van arra, hogy az elektrolízis során levegőt juttassunk az elektrolizáló cellába. A cellába vezetett levegőt az elektródák mellett úgy vezethetjük, hogy az az elektrolízis során keletkező gázokat lesodorja az elektródákról. Ennek érdekében a találmány a következőket tartalmazza: egy légmentesen zárt elektrolizáló cellát egymástól adott távolságra elhelyezkedő és egymástól elektromosan szigetelt elektródák csoportját, melyek a cella közepén vannak elhelyezve és váltakozva vannak összekötve, azaz minden második az áramforrás pozitív illetve negatív sarkára csatlakozik az elektródák közepén egy csövet, melynek egyik vége a cellából ki van vezetve és egy nyomás alatt lévő légtartállyal van összekötve, míg a másik vége az elektródák alatt ér véget egy levegőkimenetet biztosító csövet, melyen az elektrolízis során keletkezett gáz és a befúvatott levegő keveréke távozhat A találmány részletes leírása A találmány részletes leírásához a következő ábrákat használjuk: 326

327 "A" ábra: a találmány vázlata "B" ábra: a találmány módosított változatának vázlata "C" ábra: A "B" ábrán látható III - III pontok közötti metszet Ahogy az "A" ábrán is látható, a cella egy légmentesen zárható tartály (10), mely valamilyen rozsdamentes anyagból, például műanyagból készülhet. A katódok (11) és anódok (12) csoportja a cellában van elhelyezve egy elektromosan szigetelt központi csövön (13). Az anódok és katódok közötti távolságot szigetelő távtartók (14) biztosítják. Az anódok (12) mindegyike párhuzamosan van összekötve a pozitív csatlakozó ponthoz (15), míg a párhuzamosan összekötött katódok (11) a negatív csatlakozó ponthoz (16) kapcsolódnak. Az ábrán ezek az összekötések szaggatott vonallal vannak jelölve. A katódok és anódok lehetőleg korong formájú lapokból álljanak, melyek anyaga jól ellenáll az elektrolit korrodáló hatásának, ezáltal megnövelve az elektrolizáló készülék élettartamát. Az elektródalemezek formáját az elektrolizáló cella falának alakjához lehet igazítani, mely tetszés szerinti lehet. Az adott ábrákon ez kör alakú. A központi légbevezető (13), mely a cellából kivezetéssel rendelkezik (26), lehetőleg cső alakú legyen. A cső alsó vége (18) nyitott, így a levegőt a cellába pumpálhatjuk a bevezető részen (13), mely a cső alsó részén (18) jut be az elektrolitba, ahonnét felfelé áramlik. Ez az elektrolitot állandó mozgásban tartja, amely segít az elektródákra tapadó gázok gyors eltávolításában. A "B" és "C" ábrákon látható módosításokban az összes elektróda lyukakkal (17) van ellátva. Ebben az esetben a légbevezető cső (13) alsó vége (18) közelébe fúrjunk legalább egy lyukat (19). Egy terelőlappal (20) is el van látva a légbevezető cső (13). Ez a terelőlap edényalakú, így biztosítva a lyukon (19) kiáramló levegő megvezetését az elektródák lyukain (17) keresztül, mely aztán segít az elektródákra lerakódó gázbuborékok eltávolításában. 327

328 A cella egy gázelvezető csövet (21) is tartalmaz, melyen keresztül a bevezetett levegő és az elektrolízis során fejlődő gázok keveréke távozik a cellából egy megfelelő tároló tartályba (az ábrán ez nincs feltüntetve). Kívánság szerint ezt a gáztartályt el lehet látni egy nyomásszabályozóval, mely megfelelő 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 jelentős hőt termel, mégis előnyös lenne egy melegítőt is beszerelni a cellába, lehetőség szerint a cella aljába, amely előmelegíti az elektrolitot, ezáltal a lehető legrövidebb idő alatt érheti el a cella az optimális működési feltételeket. Szintén előnyös lenne megoldani az elektromos áram erősségének szabályozását, ezáltal szabályozhatóvá válna az elektrolízis folyamata. A vízszintet állandó szinten tarthatjuk egy vízpumpa segítségével, mivel az elektrolízis során a vízszint állandóan csökken. Közismert tény, hogy a hidrogén- és oxigéngázok keveréke robbanékony, ezen találmány esetében azonban a robbanásveszély szintje minimális. A keletkezett gázokat például belsőégésű motorok üzemanyagaként használhatjuk. Ebben az esetben - mint azt korábban már említettük - kívánatos az elektrolízis során keletkező gázok levegővel való elkeverése, így szabályozva a belsőégésű motor hengerében vagy hengereiben a gáz meggyújtása során keletkezett robbanás erejét. Míg fentebb a gázkeverék üzemanyagként való alkalmazását említettük, az is nyilvánvaló, hogy a gázokat elkülönítve azokat más célokra is felhasználhatjuk. Megjegyzés: Az eredeti angol nyelvű szabadalom itt még egy fél oldalnyi összefoglalót tartalmaz, mely pontosan ugyanazt mondja el, amit a fentiekben is olvashattunk, ezért ezt nem fordítottam le még egyszer. A szabadalmat angol nyelven itt tekintheted meg. 328

329 Elektrolízis Az elektrolízis módja határozza meg a vízből kinyert hidrogén mennyiségét, mely számunkra nagyon fontos paraméter. Ahhoz, hogy elegendő hidrogént tudjunk kapni a vízből, tudnunk kell, hogyan állíthatunk elő maximális hidrogénmennyiséget minimális energia-befektetéssel. Ehhez viszont tisztában kell lennünk az elektrolízis alapfogalmaival. Ebben segít ez a fejezet. Polarizáció A víz erősen poláros anyag, amelyben a molekulán belül elhelyezkedő oxigén atommal a két hidrogén atom hozzávetőleg 123 -os szögben kapcsolódik, és a hidrogén atomok egy-egy elektronja az oxigén atom körül is keringve, akörül nagyobb utat megtéve az oxigén atom oldalán negatív töltéssúlypontot hoz létre, míg a hidrogén atomok oldalán pozitív töltéssúlypont alakul ki. 1. ábra. A vízmolekula, mint elemi dipólus Az egyes vízmolekulák, mint elemi dipólusok külső villamos tér jelenléte nélkül tetszőleges helyzetet vesznek fel az anyagon belül, így a víz, mint szigetelő anyagú test villamos szempontból semleges. Azonban villamos teret hozva létre a vízmolekulák körül, a dipólusok a villamos tér irányának megfelelően rendeződnek és egy makroszkopikus dipólust hoznak létre. 329

330 2. ábra. A vízmolekulák a külső villamos tér hatására egy makroszkopikus dipólust alkotnak Ez a rendeződés azért történik meg, mert a dipólust homogén villamos térbe helyezve arra a dipólusnyomaték vektor és a villamos térerősség vektor vektoriális szorzatával megegyező forgatónyomaték hat. 3. ábra. A a villamos erőtér vízmolekulákra, mint dipólusokra ható forgató nyomatéka A villamos teret pl. úgy hozhatjuk létre, hogy a vízbe két elektródalemezt helyezünk, melyekre adott villamos feszültséget kapcsolunk. Ha az elektródák között csak vákuum lenne, akkor a síkkondenzátor fegyverzeteit képező C 0 kapacitású elektródákra kapcsolt feszültség hatására az elektródákon Q = C 0 * U villamos töltés halmozódna fel. A mi esetünkben viszont, amikoris az elektródák közötti teret dipólusos vízmolekulák töltik ki, ugyanazon U feszültség hatására nagyobb mennyiségű töltés halmozódik fel az elektródákon. Ennek oka az, hogy a fentebb már ismertetett módon a vízben polarizáció megy végbe, amely során a víznek az elektródákkal szomszédos felületén megjelenő töltések az elektródákon levő töltések által létrehozott villamos térrel ellentétes irányba mutató teret hoznak létre. A polarizációs töltések tehát lerontják a "kondenzátor" belsejében a villamos teret. A feszültség azonban állandó értékű és a villamos térerősség vonal menti integráljával egyenlő. 330

331 4. ábra. Az elektródokon a vákuum ill. a poláros vízmolekulák hatására felhalmozott töltések Ekkor a villamos erőtér értéke: E = U / d ahol: E - a villamos térerősség az elektródák között, U - az elektródákra kapcsolt feszültség d - az elektródák távolsága. Az U feszültség és természetesen a d távolság változatlan maradt, tehát az E villamos térerősségnek szintén változatlannak kell maradnia. Ez csak úgy valósulhat meg, ha az elektródákon levő töltés mennyisége megnő. További töltések halmozódnak fel az elektródákon a vízmolekulák által létrehozott, ellentétes irányú villamos tér kompenzálása érdekében. Ezt a töltésmennyiséget Q k kötött töltésnek, az elektródákon eredetileg levő töltést pedig Q sz = Q 0 szabad töltésnek nevezzük. Az elektródalemezeken felhalmozódott összes - valódi - töltés tehát: Q = Q sz + Q k A vízzel kitöltött elektródalemezek C kapacitása az ugyanolyan méretű vákuumkondenzátor kapacitásának r -szerese, vagyis a relatív dielektromos állandó mértékével növekszik meg. A tiszta desztillált víz dielektromos állandója nagy ( rvíz = 81), ezért azt szigetelőként használják számos olyan nagyfeszültségű alkalmazásban, ahol még a porcelán se szigetel elég jól ( rporcelán = 6). A mi célunk viszont az, hogy a vízmolekulákat ne csak polarizáljuk, hanem szét is szakítsuk alkotórészeire. Ehhez az egyik megoldás az, hogy addig növeljük a térerőt, vagyis az elektródákra kapcsolt feszültséget, míg a molekulák szét nem szakadnak az alkotórészeikre, hidrogén és oxigén atomokra. Ezt a módszert használta Meyer is a vízbontójában (lásd itt). Mivel a hidrogén kötés a kémiai kötések közül a második legerősebb kötés, ezért igen nagy feszültségre van szükség annak szétszakításához. 331

332 Ha nem akarunk nagy feszültséget használni a hidrogénkötés szétszakítására, akkor olyan fémet kell a vízbe juttatnunk, amelynek a standard elektródpotenciálja negatív. A következő táblázatban a 25 C-on mérhető elektródpotenciálok láthatók. Elektródfolyamat (redukció) 0 Li + + e - => Li(s) -3,045 V K + + e - =>K(s) -2,925 V Ba e - => Ba(s) -2,906 V Ca e - => Ca(s) -2,866 V Na + + e - => Na(s) -2,714 V Mg e - => Mg(s) -2,363 V Cr e - =>Cr(s) -1,744 V Al e - => Al(s) -1,662 V Zn e - => ZN(s) -0,763 V Fe e - => Fe(s) -0,440 V Cr 3+ + e - => Cr(s) -0,408 V Ni e - => Ni(s) -0,250 V Pb e - => Pb(s) -0,126 V 2 H e - => H2(s) 0,000 V Cu 2+ + e - => Cu+ 0,153 V AgCl(s) + e - => Ag(s) + Cl - 0,222 V Cu e - => Cu(s) 0,337 V I 2 (s) + 2e - => 2 I- 0,536 V Fe 3+ + e - => Fe2+ 0,771 V Hg e - => 2 Hg(l) 0,788 V Ag + + e - => Ag(s) 0,799 V Pd e - => Pd(s) 0,987 V Br 2 (l) + 2 e - => 2 Br- 1,065 V Br 2 (aq) + 2 e - => 2 Br- 1,087 V 1/2 O 2 (g) + 2 H e - => H 2 O(l) 1,225 V Cr 2 O H e - => 2 Cr H 2 O(l) 1,330 V Cl 2 (l) + 2 e - => 2 Cl - 1,360 V Au e - => Au(s) 1,498 V 332

333 MnO H e - => Mn H 2 O(l) F 2 (g) + 2 e - =>2 F - 1. táblázat. A 25 C-on mérhető elektródpotenciálok 1,510 V 2,870 V Vízből a hidrogént csak azok a fémek képesek redukálni (elektronleadásra késztetni), amelyeknek a standardpotenciálja negatív, vagyis az alkáli- és az alkáliföldfémek, valamint az alumínium. Gyakorlatilag azonban sem az alumínium sem a magnézium nem reagál közönséges körülmények között a vízzel, mert a felületüket összefüggő, védő oxidréteg borítja, mely jelentős aktiválási gátat jelent. Az alkálifémek és az alkáliföldfémek többségének oxidjai, hidroxidjai vízoldékonyak, ezért a reakció végbemegy. A pozitív elektródpotenciálú fémek a hidrogénionokat nem képesek redukálni. Ezek vizes oldatból soha nem fejleszthetnek hidrogéngázt! A vízbontásnál az egyik leggyakrabban használt fém a kálium, melyet kálium-hidroxid (KOH) alakjában adunk a vízhez, ahol az feloldódik a következő reakció szerint: KOH + H 2 O => K + + OH - + H 2 O A pozitív töltésű kálium ion és a negatív töltésű hidroxid ion a nagyon jól szigetelő vizet vezetővé teszi. Az oldatba elektródákat vezetve és azokra feszültséget kapcsolva az elektródák között létrehozzuk a fentebb már leírt villamos erőteret, aminek hatására a vízmolekulák polarizálódnak. De mivel az oldat már ionokat is tartalmaz, ezért redoxi reakciók is lejátszódnak. Nézzük meg az egyes elektródákon lejátszódó folyamatokat. A katód reakciói A negatív elektródán, azaz a katódon megjelenő elektronok semlegesítik a pozitív töltésű kálium ionokat, amikből a redukció során semleges kálium atomok lesznek: K + + e - => K A kálium atom reakcióba lép a vízzel, aminek eredményeként a vízmolekula szétszakad hidrogén ionra és hidroxid ionra: K + H 2 O => K + H + + OH - Ezt követően a pozitív töltésű hidrogén ion egy elektront vesz fel a kálium atomtól - oxidálja azt - aminek eredményeként a kálium atom pozitív ionná válik, a hidrogén ion pedig semleges hidrogén atommá. K - e - + H + + OH - => K + + H + OH - 333

334 Mivel a hidrogén atom nagyon reagens, ezért nem marad meg atomi állapotában, hanem egy másik kiszakított hidrogén atommal egyesülve H 2 molekulát alkot. Az így kialakult H 2 gázok buborékokat formálva a víz felhajtóerejének hatására a víz felszíne felé haladnak, míg a negatív töltésű OH - ionok a pozitív töltésű anód felé "vándorolnak". Mint látjuk, a kálium az elektron vezetőjeként játszik csak szerepet, a katódról átvezeti az elektront a hidrogén ionhoz, ezáltal katalizálja a vízmolekula szétszakításának folyamatát. De vajon miért nem játszódik le ez a reakció a katalizátor nélkül? Az ok az elektródpotenciálban keresendő. Hasonlítsuk össze a kálium és az oxigén elektródpotenciálját a hidrogénhez képest. Ezt mutatja a következő ábra. 5. ábra. Az oxigén és a kálium elektródpotenciálja a hidrogénhez képest A 5. ábrán látható, hogy a hidrogénhez képest az oxigén elektródpotenciálja pozitív, a káliumé pedig negatív előjelű. Az elektródákra kapcsolt feszültség révén kialakult E villamos erőtér hatására a hidrogén atom pozitív töltésű protonja H + a villamos erőtérrel egyező irányban mozdul el - az elektromosan negatívabb potenciálú kálium felé, míg a hidrogén atom elektronja azzal ellentétes irányban, az oxigén felé halad, aminek hatására kialakul az OH - ion. Ugyanezen E villamos erőtér hatására a kálium atom legkülső elektronhéján lévő elektron e - onnét leszakad és a hidrogén felé mozdul el, miközben a kálium atomból pozitív töltésű K + ion lesz. A kálium felé haladó H + proton és a hidrogén felé gyorsuló e - elektron egyesülése révén hidrogén atomot kapunk. Amennyiben nincs a vízben katalizátor - jelen esetben kálium, úgy a vízmolekulák hidrogénatomjai a szomszédos vízmolekulák oxigén atomjai felé néznek, s mivel az oxigén standardpotenciálja pozitív, így az oxigén nem készteti elektronleadásra a szomszédos vízmolekula hidrogénjét. Ekkor nem jön létre a hidrogén szétkapcsolódása, azaz disszociációja. Ezért van szükségünk katalizátorra. 334

335 Az anód reakciói A pozitív elektródán, azaz az anódon a következő reakciók játszódnak le. A katód felől érkező negatív töltésű hidroxid ionok az anódot elérve leadják a felesleges elektronjukat és semleges molekulává válnak. OH - => OH + e - Két semleges OH molekula egymással egyesülve vizet hoz létre, miközben felszabadul egy oxigén atom. OH + OH => H 2 O + O Az oxigén atom a hidrogén atomhoz hasonlóan nagyon reagens, ezért két oxigénatom O 2 molekulát alkotva összekapcsolódik. Az így kialakult O 2 gázok buborékokat formálva a víz felhajtóerejének hatására a víz felszíne felé haladnak. Bomlási feszültség A következő ábrán a vízbontó árama látható a feszültség függvényében. 6. ábra. A vízbontó árama a feszültség függvényében A 6. ábrán látható görbe azt mutatja, hogy egy bizonyos feszültségszint eléréséig nem folyik áram a vízbontóban, így addig a bomlás nem kezdődik el. Ez a bomlási feszültség elméletileg 1,23 V, ezalatt nem indul be az elektrolízis folyamata. A gyakorlatban azonban ez a minimális feszültség magasabb. A gyakorlati és elméleti feszültségszintek közötti különbséget túlfeszültségnek nevezzük, melynek értéke az elektróda anyagától, az elektrolittól és a hőmérséklettől függ. 335

336 A fentebb ismertetett redoxi reakció beindulásához a gyakorlatban minimum 1,47 V szükséges 25 C-on. A hőmérséklet változásával azonban ez a feszültség arányosan változik. 60 C-on ez a feszültség leesik 1,23 V-ra. Ennek a két pontnak az ismeretében felírhatunk egy egyenletet, mely meghatározza a bomlási feszültség értékét a hőmérséklet függvényében. Az egyenes iránytényezője: m = (1,23-1,47) / (60-25) = -0, Ebből a bomlási feszültség: U b = m * ( T - 25 ) + 1,47 Példaként mondjuk 73 C-on a bomlási feszültség: U b = -0, * ( ) + 1,47 = 1,14 V A bomlási feszültség utáni görbe meredeksége az ionvezetés mértékétől függ. Ionvezetés A következő táblázatban a különböző ionok vizes oldatban mért relatív vezetőképességét láthatjuk. Kationok Relatív vezetőképesség Anionok Relatív vezetőképesség 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 - NO 3 1,4 Ca ++ 2,4 acetát 0,8 Zn ++ 2,1 - SO 4 3,2 2. táblázat. A különböző ionok vizes oldatban mért relatív vezetőképessége Az a gyakran használt kifejezés, hogy az ionok "vándorolnak", nem teljesen fedi a valóságot, mivel az ionok csak nagyon kis utat tesznek meg, egyfajta rezgőmozgást végeznek egyhelyben "állva". Valójában az történik, hogy a hidrogén ion a hozzá legközelebbi vízmolekulával összekapcsolódik és H 3 O + iont alkot, majd ez a H 3 O + ion a másik oldalán elenged egy hidrogén iont. H + + H 2 O => H 3 O + => H 2 O + H + Ez a hidrogén ion látszólagos mozgását okozza, miközben egyetlen ion sem mozdult el a helyéről, mindössze a kapcsolódások térbeli elhelyezkedése változott meg. Ez a folyamat végighullámzik az egész oldaton a villamos erőtér irányával párhuzamosan. 336

337 Hogy jobban el tudd képzelni ezt a folyamatot, nézd meg a következő ábrát. 7. ábra. A H +, azaz a H 3 O + ion látszólagos "vándorlása" a katód felé Az OH - ion hasonlóképpen "vándorol" az anód felé, azaz a hozzá legközelebbi vízmolekulával összekapcsolódik és H 3 O - 2 iont alkot, majd ez a H 3 O - 2 ion a másik oldalán elenged egy OH - iont. OH - + H 2 O => H 3 O - 2 => H 2 O + OH - Ez a "vándorlás" a villamos erőtér 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 a térben. Mivel a vízmolekulák között kell vándorolnia a többi ionnak, pl. a K + ionnak, ezért nagyobb ellenállást kell leküzdenie, ami végső soron az adott ion vezetőképességének a csökkenéséhez vezet. Ionkoncentráció Szó volt arról, hogy mikor a KOH-t beleszórjuk a vízbe, akkor az teljes mértékben feloldódik, azaz K + és OH - ionokra disszociál. Azt gondolhatnánk, hogy minél több KOH van a vízben - tehát minél töményebb az oldat - annál jobb lesz a víz vezetőképessége, hiszen a több ion jobban vezet. Ez azonban csak egy bizonyos koncentrációig igaz, afölött viszont már csökken az oldat vezetőképessége. Ennek oka a következő: A KOH molekulák feloldódva pozitív és negatív töltésű ionokra (K + és OH - ) esnek szét. Amikor még nem kapcsolunk feszültséget az elektródákra, azaz nem hozunk létre villamos erőteret az oldatban, akkor a következő ábrán látható helyzet alakul ki. 337

338 8. ábra. A vízben feloldódott ionok elhelyezkedése külső villamos erőtér nélkül A pozitív töltésű ion (K + ) körül gömbszerűen helyezkednek el mind a negatív (OH - ), mind pedig a pozitív ionok. Ezt ion atmoszférának hívjuk. Egyfajta egyensúlyi állapot jön létre, ahol az ionok megfelelő távolságra és viszonylag egyenletesen helyezkednek el egymástól. A helyzet azonban megváltozik, mikor létrehozzuk a villamos erőteret. 338

339 9. ábra. A vízben oldott ionok egymásra gyakorolt hatása a villamos erőtérben A pozitív töltésű ion (K + ) a külső villamos tér hatására balra mozdul el. Az ion atmoszféra az ion mögött "ellazul", míg az ion haladási irányában egy ellentétes irányú erő épül fel a negatív töltésű ionok révén. Ha híg az oldat, akkor egymástól viszonylag távol helyezkednek el a K + ionok, így azok egymásra és a negatív töltésű OH - ionokra gyakorolt hatása elhanyagolható. Az oldat koncentrációjának növekedésével viszont egyre több K + ion lesz az oldatban, ami az OH - vagyis H 3 O - 2 ionokat magához vonzva először segíti azok haladását, utána viszont visszahúzza, ezáltal csökkentve az E villamos tér erejét. A 10. ábrán az erős és a gyenge elektrolitok moláris vezetőképességének változását láthatjuk a koncentráció függvényében. 339

340 10. ábra. A moláris vezetőképesség változása a koncentráció függvényében erős és gyenge elektrolitoknál A gyenge elektrolit oldat azt jelenti, hogy az elektrolit csak részben disszociál az ionjaira, míg az erős elektrolit oldatban az elektrolitok teljesen disszociálnak. A KOH erős elektrolit oldatot eredményez, mivel minden KOH molekula szétbomlik K + és OH - ionokra. Mint látjuk, a moláris vezetőképesség a koncentráció növekedésével a fent leírt hatás következtében mind az erős, mind pedig a gyenge elektrolit oldatokban csökken. Az oldat fajlagos vezetőképességének ( ) értékét a koncentráció (c) függvényében a következő ábra mutatja. 340

341 11. ábra. Az oldat fajlagos vezetőképességének ( ) értéke a koncentráció (c) függvényében Az elektrolit oldat fajtájától függ, hogy a vezetőképesség milyen koncentrációig növekszik. Ez a növekedés kb. 25 és 40 %-os koncentrációértékeknél fordul át csökkenésbe a különböző savaknál, míg a KOH oldat esetében kb. 4,2 %-os koncentrációnál. Maradék feszültség Mikor az elektródákról lekapcsoljuk a feszültséget, akkor az elektródákon mérhető feszültség először 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 pillanatában természetesen a feszültség meghaladta a minimális 1,47 V-ot, hiszen azt tételezzük fel, hogy előtte az elektrolízis folyamata zajlott.) Ez a 0,8 V-os feszültség azért van jelen, mert a vízmolekulák polarizálódtak és kialakult a fentebb már említett Q k kötött töltés (lásd a 4. ábrát). Az elektrolit oldatban lévő ionok ezeket a töltéseket viszont nem tudják kiegyenlíteni, mert a kritikus 1,23 V-os feszültség alatt az elektrolit ellenállása jelentősen megnövekszik. Azok a töltések, melyek nem tudtak eltávozni az elektródák felületéről, feszültséget hoznak létre. Ezt a feszültséget maradék feszültségnek nevezzük. Többlemezes elektrolizáló A villamos erőtér hatására a pozitív töltésű K + ionok a negatív töltésű katód felé vándorolnak, s ott egy, a katód felé egyre sűrűsödő réteget alkotnak. 341

342 12. ábra. A K + ionok koncentrációja a katód felé közeledve növekszik Az egyenletesebb ioneloszlás érdekében megtehetjük azt, hogy a két szélső elektródalemez közé további elektróda lemezeket kapcsolunk. Ekkor a K + ionok az elektrolit oldatban ugyan hasonló görbét mutatnak, de az eloszlásuk sokkal egyenletesebb lesz, azaz az egyes "katódok" mentén kevesebb ion gyülemlik fel. 13. ábra. A K + ionok koncentrációja több lemez esetén egyenletesebben oszlik el az elektrolit oldatban Ezzel a megoldással nő a felszabaduló gázok mennyisége ugyanakkora áramerősség mellett. Ez azzal magyarázható, hogy a katódtól az anód felé áramló OH - ionok a felesleges elektronjukat már az L2 lemezen leadják, s mivel az L2 lemez nincs összekötve a katóddal, ezért ezek az elektronok nem tudnak egyből a katódra jutni, hanem az L4 anód felé vándorolnak. Az L2 jobb oldala katódként viselkedik, azaz ott hidrogén szabadul fel, míg a baloldala anódként, azaz ott oxigén szabadul fel. Ez a folyamat addig ismétlődik, míg az elektron el nem éri az L4 anódot. 342

343 Nem lehet akármennyi lemezt a katód és az anód közé tenni, mivel a d távolság növekedésével - ugyanakkora feszültség mellett - a villamos erőtér csökken, ami egy bizonyos szint alatt már a hatásfok rovására megy. Ezen kívül a vízmolekulák polarizálódása miatt a köztes lemezeken is kialakulnak a Q k kötött töltések, amik a folyamat ellen hatnak, lévén hogy ezek a Q k töltések szintén rendelkeznek saját, a fő erőtérrel ellentétesen ható erőterekkel. Egy bizonyos lemezszám után ezek a kis erőterek egyre jobban rontják az elektrolízis hatásfokát. Oldatok vezetőképességének meghatározása Az elektródák között található oldat ellenállását a következő, elektrotechnikában jól ismert képlettel számolhatjuk ki: R = * d / A ahol: R - az oldat ellenállása a két elektróda között ( ) - az oldat fajlagos ellenállása ( * cm) d - az elektródák közötti távolság (cm) A - az elektróda felülete (cm 2 ) A fajlagos vezetés ( ) a fajlagos ellenállás reciproka: = 1 / ezért: R = d / (A * ) A értéke viszont nem egy konstans, mint pl. a fémeknél, hanem az oldat koncentrációjának függvényében változik. Ezért az elektrolit oldatok vezetését inkább az oldat molekulavezetésével szokás jellemezni. A molekulavezetés ( m ) az oldat fajlagos vezetéséből számítható: m = / c ahol: m - a molekulavezetés (S * cm 2 / mol) - a fajlagos vezetés (S/cm) c - az oldat koncentrációja (mol/cm 3 oldat) Az erős és a gyenge elektrolit oldatok esetében különböző módon kell számolni a moláris vezetőképességet. Mivel minket a KOH érdekel, ezért csak az erős elektrolitok molekulavezetésével fogunk foglalkozni. 343

344 A képletből látszik, hogy a koncentráció (c) növekedésével a molekulavezetés ( m ) arányosan csökken. Ha a 10. ábrát megnézzük, láthatjuk, hogy az erős elektrolit oldatoknál a nagyon híg oldat kivételével ez a csökkenés lineáris. Az oldat koncentrációja és a molekulavezetés közötti empirikus kapcsolatot a következő képlet fejezi ki: m = 0 - k * c ahol: m - a molekulavezetés (S * cm 2 /mol) 0 - a végtelen hígítású oldat molekulavezetése (S * cm 2 /mol) k - az adott oldatra jellemző tapasztalati érték (pl. k KOH = 13037) c - az oldat ionkoncentrációja (mol/cm 3 ) A végtelen hígítású elektrolit oldat molekulavezetése az elektrolitban lévő töltéshordozó ionok ionmozgékonyságának az összege: 0 = IK + IA A következő táblázat néhány ion ionmozgékonyságát mutatja. Kation IK Anion IA H + 349,7 S * cm 2 /mol OH - 200,0 S * cm 2 /mol Li + 38,68 S * cm 2 /mol F - 55,4 S * cm 2 /mol Na + 50,20 S * cm 2 /mol Cl - 76,32 S * cm 2 /mol K + 68,0 S * cm 2 /mol ClO3-64,0 S * cm 2 /mol Rb + 77,8 S * cm 2 /mol ClO4-68,0 S * cm 2 /mol Cs + 77,2 S * cm 2 /mol Br - 78,4 S * cm 2 /mol NH4 + 73,7 S * cm 2 /mol I - 76,9 S * cm 2 /mol 3. táblázat. Néhány ion ionmozgékonyságának értéke végtelen híg oldatok esetében 25 C-on A koncentrációt a következőképpen számítjuk ki: c = m KOH / ( mt KOH * V oldat ) ahol: c - az oldat koncentrációja (mol/cm 3 ) m KOH - a szilárd halmazállapotú KOH tömege (g) mt KOH - a KOH molekulatömege (= 56,1) V oldat - az oldat térfogata (ml) Az oldat térfogatát a következőképpen határozhatjuk meg: V oldat = ( m KOH + m víz ) / s oldat 344

345 ahol: m víz - a víz tömege (g). 1 liter víz tömege 1000 g s oldat - a KOH oldat sűrűsége (g/cm 3 ) A KOH oldat sűrűsége (s oldat ) a tömegszázalék függvénye, ezt az értéket pl. a Négyjegyű Függvénytáblázatból kaphatjuk meg. A KOH tömegszázalékát a következőképpen határozhatjuk meg: m % = ( m KOH * 100 ) / ( m KOH + m víz ) A jobb érthetőség kedvéért nézzünk egy konkrét példát. Tegyük fel, hogy 1 dl (100 g) vízben feloldunk 4,2 g KOH-t. Az oldatba vezetett elektróda magassága h = 2 cm, hosszúsága pedig l = 3 cm. Az elektródák közötti távolság legyen d = 1 mm (0,1 cm). Ekkor az oldat tömegszázaléka: m % = ( m KOH * 100 ) / ( m KOH + m víz ) m % = (4,2 g * 100 ) / ( 4,2 g g ) = 4,03 % A Függvénytábla alapján megállapítottuk, hogy a 4,03 %-os KOH oldat sűrűsége: s oldat = 1,035 g/cm 3. Az oldat térfogata: V oldat = ( m KOH + m víz ) / s oldat V oldat = ( 4,2 g g ) / 1,035 g/cm 3 = 100,67 cm 3 = 100,67 ml Az oldat KOH koncentrációja ezek szerint: c = m KOH / ( mt KOH * V oldat ) c = 4,2 g / ( 56,1* 100,67 cm 3 ) = 7,4368 * 10-4 mol/cm 3 A végtelen hígítású oldat molekulavezetése a 3. táblázat alapján: 0 = IK + IA = + - H + OH 0 = 349,7 S * cm 2 /mol + 200,0 S * cm 2 /mol = 549,7 S * cm 2 /mol A 4,03 %-os KOH oldat molekulavezetése pedig: m = 0 - k * c m = 549,7 S * cm 2 /mol - (13037 * 7,4368 * 10-4 mol/cm 3 ) m = 194,2 S * cm 2 /mol Az oldat fajlagos vezetése: = m * c = 194,2 S * cm 2 /mol * 7,4368 * 10-4 mol/cm 3 = 0,144 S/cm Az elektródalemez felülete: A = h * l = 2 cm * 3 cm = 6 cm 2 345

346 Az elektródák közötti ellenállás ekkor: R = d / (A * ) R = 0,1 cm / (6 cm 2 * 0,144 S/cm) R = 0,115 1/S = 0,115 Faraday törvénye Faraday az elektrolízises kísérletei során rájött arra, hogy az oldatból kiváló anyag tömege csak az oldatba vezetett áramerősségtől, az elektrolízis idejétől és az oldatra jellemző állandótól függ. m = k * I * t ahol: m - a felszabadult anyag tömege (g) k - elektrolízis állandó I - az alkalmazott áramerősség (A) t - az elektrolízis időtartama (s) Egy mól z töltésű ion semlegesítéséhez z * C töltés szükséges, vagyis az elektrolízishez szükséges töltés egyenesen arányos az elektrolizálandó anyag mennyiségével és töltésével: F = (I * t) / z * n ahol: F - Faraday féle szám (F = C/mól) n - az ionok száma z - egy molekula felszabadításához szükséges elektronok száma Ezt a két törvényt egyesítve a következő egyenletet kapjuk: m = (M * I * t) / (z * F) ahol: M - a móltömeg A vízbontás során a kivált anyag gáz halmazállapotú, ezért a fenti képletben a móltömeget behelyettesítve a következő egyenletet kapjuk: V = ( R * T * I * t * 10 3 ) / ( F * p * z ) ahol: V - a gáz térfogata (liter) R - Moláris gázállandó (= 8,31432 J/(mól*K)) T - az elektrolit oldat hőmérséklete (K) I - az elektrolit oldatba vezetett áram erőssége (A) t - az elektrolízis időtartama (s) 346

347 F - Faraday féle szám (F = C/mól) p - az elektrolit oldat feletti levegő nyomása (Pa) (A levegő nyomása 1,013 * 10 5 Pa) z - egy molekula felszabadításához szükséges elektronok száma z H2 =2, azaz 2 mól elektron szükséges egy mól hidrogén felszabadításához z O2 =4, azaz 4 mól elektron szükséges egy mól oxigén felszabadításához Légköri nyomáson és 25 C-on a képlet a következőképpen egyszerűsödik: V = ( 8,31432 J/(mól*K) * 298 K* I * t * 10 3 ) / ( C/mól * 1,013 * 10 5 * z ) V = 0, * I * t / z Vegyünk egy konkrét példát. Ha a feljebb meghatározott töménységű KOH elektrolit oldatban lévő elektródákra egy 12 V-os akkumulátort kapcsolunk, akkor az áramerősség Ohm törvénye szerint: I = U / R I = 12 V / 0,115 = 104,3 A Ezzel az áramerősséggel egy perc alatt a következő mennyiségű gáz fog termelődni: A katód mentén: V H2 = 0, * I * t / z V H2 = 0, * 104,3 A * 60 / 2 = 0,791 liter Az anód mentén: V O2 = 0, * I * t / z V O2 = 0, * 104,3 A * 60 / 4 = 0,395 liter Az össz gáztermelés tehát: V = V H2 + V O2 = 0,791 liter + 0,395 liter = 1,186 liter Az elektrolízis hatásfoka A hatásfokot általánosan a rendszer kimenetén megjelenő és a befektetett energia hányadosaként jellemezzük. Az elektrolízis hatásfokát kétféleképpen határozhatjuk meg, egyrészt energetikai szempontból, másrészt pedig a Faraday hatásfokként. energetikai = E ki / E be Az elektrolízisnél az energetikai hatásfokot a következő képlettel határozzuk meg: energetikai = ( V H2 * H 0 ) / ( U eff * I eff * t ) ahol: V H2 - az előállított hidrogén mennyisége (liter) H 0 - a hidrogén kalorimetrikus értéke (= 12,745 * 10 3 J/liter) U eff - az elektródákra kapcsolt effektív feszültség (V) 347

348 I eff - az elektrolizálón átfolyó effektív áramerősség (A) t - az elektrolízis időtartama (s) A Faraday hatásfok meghatározásához a ténylegesen előállított hidrogén mennyiségét el kell osztani a számított elméleti hidrogéngáz mennyiségével: Faraday = V H2 (termelt) / V H2 (számított) ahol: V H2 (termelt) - a termelődő hidrogéngáz lemért mennyisége V H2 (számított) - az elméletileg kiszámított hidrogén mennyisége Egy érdekes momentum, hogy mikor többlemezes elektrolizáló készüléket használunk, akkor a Faraday hatásfok meghaladhatja a 100 %-ot! Az elektrolízis hatásfoka sok tényezőtől függ, például az elektrolit anyagától és koncentrációjától, az alkalmazott elektródák anyagától, méretétől és formájától, az elektrolizáló tartály méretétől és formájától, az elektrolízishez használt áram nagyságától, hullámformájától és frekvenciájától (ha nem egyenáramot használunk), az elektrolízis hőmérsékletétől stb. Browngáz A Browngáz a di-atomi és mon-atomi hidrogén és oxigéngázok keveréke. A Browngáz legegyszerűbb előállítási módja az elektrolízis, mely az elektromos áram segítségével a vizet hidrogénra és oxigénra bontja. A lebontás pillanatában a hidrogén és oxigén úgynevezett mon-atomi állapotban van, azaz nem kapcsolódnak semmilyen más atomhoz, csak önmagukban vannak, 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 hidrogénatomok H2 molekulákat, az oxigénatomok pedig O2 molekulákat alkotnak. A di-atomi állapot egy alacsonyabb energiaszintű állapot, s az energiakülönbség hő formájában jelentkezik, mely az elektrolizálót melegíti, s amely így nem elérhető a további felhasználás során. De mi történik akkor, ha a H és O atomok jelentős része nem alakít ki di-atomi molekulakötéseket. A hagyományos elektrolízis endotermikus (hőelnyelő) folyamat. De ha csak kevés di-atomi molekula keletkezik, akkor az elektrolizáló nem melegszik fel, mivel nincs exotermikus (hőkibocsátó) folyamat, mely a buborékok vízre gyakorolt hatásakor jön létre. Ezen kívül az elektrolízis során keletkezett gáz mennyisége is jelentősen megnövekszik, mivel a mon-atomi móltömeg kétszerese a di-atomi móltömegnek ugyanakkora súlyú víztömeg elektrolizálása során. 348

349 Mi történik ezen mon-atomi gázok elégetése során? Mikor csak H és O ég el, akkor a láng sokkal hidegebb, mivel a lángnak nem kell energiát közölnie a H2 és O2 molekulák szétválasztására. Ha csak a H és O atomok vannak jelen az égés során, akkor csak annyi történik, hogy azok a gázállapotból az 1860-szor sűrűbb folyékony halmazállapotba alakulnak át, vagyis vízzé, s ez csak kevés hőtermeléssel jár. Ez a folyamat viszont vákuumot hoz létre robbanásszerű összeroppanást idézve elő. És ha a H és O atomok egyből vizet formálnak, akkor (4 mól hidrogén és 2 mól oxigén esetén) Kcal energiát kapunk, ellentétben a Kcal-val, amit 2H2:O2 esetén kapnánk. Ez az extra energia a Browngázoknál furcsa jelenségeket idéz elő, mint például a wolfram nemesítését, melyhez egyébként a nap felszínén található hőmérsékletre lenne szükség. A hagyományos 2H2:O2 lángok nem tudnának ekkora hőt biztosítani. Ez a különleges, magas energiaszintű reakció érdekes hatásokat eredményez, például a Browngáz lángja képes lézerszerű lyukat égetni a fába, fémbe és a porcelánba. Ezen kívül a láng hőmérséklete különböző anyagoknál eltérő. A mon-atomi hidrogénből (H) és mon-atomi oxigénből (O) álló Browngáz lángjával nem kell energiát közölnünk, mivel az atomok már eleve a legegyszerűbb és legmagasabb energiaszintű állapotukban vannak. Ez azt jelenti, hogy a "tökéletes" Browngáz 3.8-szer több hőenergiával rendelkezik, mint a "közönséges" H2 és O2 gázok (442.4 Kcal / Kcal). Így "plazma" típusú hőmérsékleteket és hatásokat érhetünk el, mivel a potenciális atomi energia jelen van, még ha nem is jelentkezik hő formájában. A Browngázokról szóló rövid ismertetőt angolul itt olvashatod el. (A teljes szöveget nem fordítottam le, csak a lényegesebb részeket.) Számítások A következő dinamikus táblázat segítségével meghatározhatod, hogy ha desztillált vízbe adott mennyiségű KOH-t oldasz fel, akkor mekkora lesz az oldat ellenállása, mennyi áram folyik rajta keresztül, mennyi lesz az elméleti gáztermelés stb. A bemeneti adatok a következők: V víz - a desztillált víz térfogata literben m KOH - a feloldott KOH mennyisége grammokban A - az elektródalemez elektrolittal érintkező felülete cm 2 -ben d - az anód és a katód közötti távolság mm-ben. Ha kettőnél több lemezt használsz, akkor a két szélső lemez közötti távolságot jelenti. n - az elektródalemezek száma (minimum kettőnek kell lennie) U - a két szélső elektródára kapcsolt feszültség értéke V-ban T - az elektrolit oldat hőmérséklete C-ban 349

350 p - az elektrolit oldat felett lévő levegő nyomása (normál körülmények között 0.1 MPa) t - az elektrolízis időtartama másodpercekben V víz = l m KOH = g A= cm 2 d= mm n= db U= V T= C p= MPa t= s Az elektrolit oldat tömegszázaléka (m % ) 0.09 % Az elektrolit oldat sűrűsége (S oldat ) 1 g/cm 3 Az elektrolit oldat térfogata (V oldat ) 1001 ml Az elektrolit oldat koncentrációja (c) mol/cm 3 Az elektrolit oldat molekulavezetése ( m ) Az elektrolit oldat fajlagos vezetése ( ) Az elektródák közötti ellenállás (R) Az elektroliton átfolyó áram erőssége (I) S*cm 2 /mol S/cm A Az elektroliton átfolyó áram sűrűsége (j) A/cm 2 A katódon elméletileg kiváló H 2 gáz (V H2 ) Az anódon elméletileg kiváló O 2 gáz (V O2 ) Az összesített gáztermelés (V H2 + V O2 ) Befektetett villamos teljesítmény (P be ) liter liter liter 0.19 W 4. táblázat. Az elektrolit oldat paraméterei és a fejlődő gázok elméleti mennyisége A cél az, hogy a lehető legkisebb feszültségen és a lehető legkisebb áram felhasználásával tudjuk előállítani a szükséges mennyiségű hidrogéngázt. A gyakorlatban használt elektrolizálók hatásfoka 50-71% között változik. A következő sorokban különböző, a hagyományos egyenáramú elektrolízistől eltérő elektrolizálási módszerekről olvashatsz. 350

351 Andrija Puharich a 70-es évek végén az autójával - melynek üzemanyaga víz volt - beutazta Amerikát és Mexikót. Puharich alaposan tanulmányozta a vízbontás lehetőségeit, mivel a legenergiatakarékosabb 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 köbméter hidrogént mindössze 0.4 kwh energia segítségével állíthatunk elő. Ez 1000%-os hatásfoknövekedést eredményez. Sanley A. Meyer nagyfeszültséget használva bontotta le a vizet hidrogénra és oxigénra. Az általa alkalmazott módszer nagyon jó hatásfokot biztosított, a víz lebontására használt energiának a több százszorosát tudta kinyerni a hidrogén elégetésekor. Horváth István magyar származású feltaláló is kidolgozott egy vízbontási elvet, mely olyan jó hatásfokú volt, hogy a 4000 cm3-es autóját könnyűszerrel, kis energia-befektetéssel tudta vele üzemeltetni. Horváth István előző oldalon ismertetett szabadalmát két évvel később egy újabb szabadalom követte, mely látszólag az előző tökéletesítése volt, bár itt már nem csak az elektrolízist alkalmazta, hanem a radiolízist is. Andrija Puharich elektrolizáló készüléke Andrija Puharich a 70-es évek végén az autójával - melynek üzemanyaga víz volt - beutazta Amerikát és Mexikót. Puharich alaposan tanulmányozta a vízbontás lehetőségeit, mivel a legenergiatakarékosabb módszert akarta kifejleszteni - és végül is siker koronázta a fáradozásait. Elgondolkoztál már azon, hogy mit is kezdhetnél egy régi Hifi készülékkel? Nos, a válasz a következő: használd a víz lebontására. Mint más kutatók, így Puharich is rájött arra, hogy a víz lebontása egy rezonanciafrekvencián rezegtetett összetett hullámforma segítségével megoldható. Egyszerűen csak frekvenciák és azok harmonikusainak sokaságát kell alkalmaznod különböző hullámformákat állítva elő, melyek a vízmolekulát alkotó atomok magjait és elektronjait megrezegtetik. Mindehhez polarizált elektromágneses mezőre van szükség. A hagyományos elektrolízisnél egyenáramot használunk, mely már eleve polarizált, így az anód és katód között kialakult erős elektromágneses mező a vízmolekulákat észak-dél (vagy '+' - '-') irányba állítja és addig húzza a molekulákat alkotó H-O atomokat egymással ellentétes irányba, míg a köztük lévő kötés meg nem szűnik. Ennek a hatásfoka azonban nem túl jó, mindössze %. 351

352 Ezt a hatásfokot próbálják meg javítani azok a módszerek, melyeknél az áram "ki-be" kapcsolásával az atomok közötti kötést először széthúzzuk majd pedig ezt a húzást megszüntetjük. Ez molekuláris szinten 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 jelentősen az elektrolízis 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 nem egy adott frekvencia vagy hullámforma segítségével végezzük el. A H-O kötés jóval képlékenyebb, mint ahogy néhány ember azt gondolja. Ez olyan, mint amikor széthúzunk egy gumiszalagot, így próbálva meg azt elszakítani. Maga a széthúzás önmagában csak akkor működik, ha van elegendő brutális erőnk (mint például a plazma ív esetében), de ez energiapocsékolás. Ha viszont van egy ollónk, amivel a széthúzott gumit elvághatjuk, akkor az jóval kevesebb energiát igényel. Tulajdonképpen ez történik a rezonanciafrekvencián. A kémiai kötéseket először "széthúzzuk" majd "csavarunk" egyet rajtuk, ami azt eredményezi, hogy az atomok polaritása már nem lesz fázisban, ezért az atomok taszítani kezdik egymást. Az atommagok pozitív töltésűek, így azok taszítják egymást, viszont a "viszonylagos pörgési kapcsolataik" és a negatív elektronjaik révén mégis össze tudnak kapcsolódni. Ha megváltoztatjuk ezt a "pörgési kapcsolatot" egy adott frekvenciájú elektromágneses mező segítségével, akkor ezek az atomi kötések megcsavarodnak, és ha még húzzuk is őket, akkor azok nagyon könnyen elszakadnak. Hogyan oldotta ezt meg Andrija Puharich? Ezt tudjuk meg az itt következő szabadalmából (melynek tartalmát a fordítás során kissé megnyirbáltam). A találmány rövid ismertetése A klasszikus kvantumfizika szerint a vízmolekulának két különböző szögű kötése van, 104 és '. A jelen találmány olyan módszert ismertet, mely a vízmolekulákat energizálja oly módon, hogy a 104 -os szöget bezáró kötést '-os tetraéder alakú geometria formává változtatja. Egy elektromos függvénygenerátor (1. részegység) összetett elektromos hullámformát állít elő, mely megfelel a tetraéder alakú vízmolekulák összetett rezonanciafrekvenciáinak. Ez az összetett elektromos hullámforma a vízmolekulákat szétszakítja az azokat alkotó hidrogénra és oxigénra. A találmány részletes ismertetése 1. rész - A készülék 352

353 A készülék három részegységből áll: az elektromos függvénygenerátorból, a termodinamikai készülékből és a víztartályból. 1. részegység - Elektromos függvénygenerátor Az eszköz kimeneti jele egy hangfrekvenciás 20 és 200 Hz közötti tartományú jel által modulált 200 és Hz közötti vivőhullámból áll. Ennek a kimenő jelnek az impedanciáját (ellenállását) folyamatosan összehasonlítjuk a terheléssel, mely ebben az esetben a 2.részegység, azaz a termodinamikai készülék. Tekintsd meg az 1.ábrát. 1.ábra. Az elektromos függvénygenerátor sematikus rajza (1. részegység) 2. részegység - termodinamikai készülék A termodinamikai készülék fémből és kerámiából készült, mely hengerformájú. A központi üreges elektródát egy nagyobb, cső alakú hengerformájú acélelektróda veszi körül. Ez a két elektróda koaxiális elektródapárt hoz létre, mely az 1. részegység terheléseként szolgál. A központi cső alakú elektróda tartalmazza a vizet és egy porózus, üvegszerű kerámiaszigetelés választja el a külső elektródától. A szigetelő kerámia külső része és a külső elektróda közötti rész az elektrolizálandó vizet tartalmazza. Ez a vízcella a találmány 3. részegysége, mely két hosszú, cső alakú tűzálló üveget tartalmaz, ahogy az a 2. ábrán és a 3. ábrán is látható. A két fémelektróda vízzel érintkező része nikkelötvözettel van bevonva. 353

354 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 vízmolekulákat energizálhassa az elektrolízis érdekében. A központi elektróda üreges és azt a célt is szolgálja, hogy 3. részegység vízcellájához vezesse a vizet. A központi cső alakú elektróda nikkelötvözettel, porózus kerámiával és üvegcsővel van bevonva a teteje kivételével, mely a második elektródára néz. A külső henger alakú elektróda hővezető acélötvözetből készült és a külső részén bordákkal van ellátva. A külső elektróda belső fele nikkelötvözettel van bevonva. A központi és a külső elektróda elektromosan össze vannak kötve a külső 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 - Vízcella A vízcella a 2. részegység felső felében található. Ezt már leírtuk a 2. részegység tárgyalásakor. A felnagyított rajzát a 3. ábrán láthatjuk. A 3. részegység vízből és üvegcsőből áll, mely a 2. részegységben található. 354

355 3. ábra. A 3. részegység metszete A gyakorlatban elkészített készülék a következőket tartalmazza: A - Víztartályt, sótartályt és/vagy sót B - Mikroprocesszoros vagy más vezérlővel ellátott vízbefecskendező rendszert, melyet a következő paraméterek irányítanak: Vivőhullám frekvenciája Áram Feszültség A cella vizének RC relaxációs időállandója A víz atomi mágneses relaxációs állandója A hidrogén égési hőmérséklete A vivőhullám formája A belsőégésű motor percenkénti fordulatszáma A gyújtást vezérlő rendszer A hűtendő terület hőmérséklete C - Elektromos gyújtórendszert a keletkezett hidrogén begyújtására A 3. részegység fontos részeit képezik a cső alakú üvegszerű anyag, a cella falának geometriája és a cellában lévő vízmolekulák geometriai formája. A találmány fontos részét képezik még a vízmolekulák tetraéder formájának a manipulálása, melyről a továbbiakban fogunk beszélni. A molekula különböző részei az elektronok segítségével kapcsolódnak össze. Az egyik lehetséges kötés a kovalens kötés, mely az elektronok megosztott birtoklásával jön létre. A hidrogénmolekula (H 2 ) alkotja a lehető legkisebb kovalens kötést. (lásd a 4. ábrát) 355

356 4. ábra. A hidrogén kovalens kötése A 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 az atommagok 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 kötés van jelen, a molekuláris geometriát a központi atom körüli kötések szögei határozzák meg. A legkülső elektronpályán lévő szabad elektron(ok) alapvető hatással vannak a molekula geometriai formájára. A vízmolekula jól demonstrálja ezt az elvet. Az oxigén egymagában a következő elektronpálya szerkezettel rendelkezik: 1s 2 2s 2 2p 2 x 2p 1 y 2p 1 z A vízben a hidrogénok 1s elektronjai az oxigén 2p y és 2p z elektronjaival kapcsolódnak össze. Mivel a p elektronpályák derékszöget zárnak be egymással (lásd a 4a. ábrát), így 90 -os kötési szöget feltételezhetnénk. Ugyanakkor a kísérletek azt bizonyították, hogy a kötés szöge 104. Elméletileg ezt a hibrid pályákon lévő szabad elektronokkal magyarázzák. 4a. ábra. A hidrogénkötés szöge A kombinált vagy más néven hibrid elektronpályák akkor alakulnak ki, mikor a 2s pályán lévő elektronokat gerjesztjük s azok az alaphelyzetből a 2p elektronpálya energetikai szintjére jutnak. Az új hibrideket sp 3 -nak nevezzük, mivel azok egy s és három p pályából állnak. (lásd a 4b. ábrát) 356

357 4b. ábra. A hibrid és nem hibrid pályák A hibrid sp 3 pályák a térben a központi atomtól kiindulva a négy csúcs felé tetraéder formát vesznek fel. Ha a pályák egyenlők, akkor a kötések szögei a tetraéder geometriájára jellemző '-os szöget vesznek fel. A víz esetében két pályát szabad elektronok foglalnak el. (lásd a 4c. ábrát) 4c. ábra. A metán-, ammónia- és vízmolekula geometriája Ez a két szabad elektron, mely egy atommag körül kering, nagyobb taszító hatással rendelkezik, mintha két különböző atommag körül keringenének. Ez 109 -nál nagyobbra növeli a szabadelektronok pályája közötti szöget, mely viszont összébb nyomja a kötött elektronok pályáját 104 -ra. Az ammónia (NH 3 ) esetében, ahol csak egy szabadelektron van, a taszítás nem olyan nagy és a kötések szöge 107. A szén a hidrogénnal rendszerint tetraéder alakzatot formál, így alakítva ki 357

358 a legegyszerűbb gázt, a metánt (CH 4 ) (lásd a 4c. ábrát és a 8.ábrát). A szabadelektronok taszítása hatással van a töltéseloszlásra és meghatározza a kovalens kötés polaritását is. Ennek a szabadalomnak az az újítása, hogy a vízmolekulák energiaszintjét manipuláljuk elektronikus eszközökkel úgy, hogy a vízmolekulákat átalakítjuk tetraéder alakúra. A következőkben ezt mutatjuk be. 2. rész - Elektrodinamika (tiszta víz) A tiszta vízben történő reakciók arányát és idejét, az 1., 2. és 3. részegység elektrodinamikáját és azok együttműködését fogjuk itt ismertetni. A sósvízben lejátszódó reakciókat a 3. részben fogjuk tárgyalni. Az 1. részegység kimenete automatikusan követi az itt felsorolásra kerülő hét reakcióállapotot ("A" - "F") azáltal, hogy változtatjuk a rezonanciafrekvenciát, hullámformát, áramerősséget, feszültséget és impedanciát. Nem szükséges mind a hét reakcióállapot a rendszer gyakorlati alkalmazása során, de itt megemlítjük őket a teljesség kedvéért. Ez a hét reakcióállapot csak a tiszta víz elektrolízise esetén van jelen. "A" ÁLLAPOT A 2. részegység 1. részegységgel való száraz töltése Ahhoz, hogy az új rendszer beinduljon, az 1. részegység kimenetét rákötjük a 2. részegység elektródáira úgy, hogy még nincs víz a 3. részegységben. Ekkor a következő elektromos paramétereket figyelhetjük meg: A kimeneti áram (I) értéke (száraz) terhelésnél: 0-25 ma A kimeneti feszültség (E) értéke (száraz) terhelésnél: V (váltófeszültség) Nincs torzulás az amplitúdó modulált (AM) jelben vagy a szinuszos vivőhullámban, melynek ' frekvenciája f c Hz és Hz közötti tartományban mozog. Ennek átlagértéke f cátl = Hz. A vivőhullám f c frekvenciája a kimeneti teljesítmény függvényében változik oly módon, hogy az áram növekedésével a frekvencia csökken. Az AM hullámformát az 5. ábrán láthatjuk. 358

359 5. ábra. Amplitúdó modulált vivőhullám Itt jegyezzük meg, hogy az elektromos függvénygenerátor automatikus erősítésszabályozással van ellátva, mely az AM értékét 0 %-ról 100 %-ra, majd 100 %-ról 0 %-ra változtatja egyenlő arányban minden 3 másodpercben. Ez a 3 másodperces ciklus megegyezik a 3. részegységben lévő víz atomi szintű pörgés relaxációs idejével (tau/sec). Ennek a hatását a későbbiekben még részletesebben megtárgyaljuk. Összefoglalva, a következő dolgokat figyelhetjük meg száraztöltésnél: Az 1. részegység integritását A 2. és 3. részegység koaxiális elektródáinak és az üvegszerű kerámiának az integritását Az elektródák és a kerámiafelületek elektrosztatikus tisztítását "B" ÁLLAPOT Az és 3. részegység kezdő műveletei, miután a készüléket tiszta vízzel feltöltöttük. Nincs jelentős elektrolízis a "B" állapotban. - Az 1. részegység kimeneti szinusz hulláma fodrozódó négyszöghullám formáját veszi fel a víz RC állandójának a változásakor. - Ezen kívül, a 3. részegységben a víz polarizációjának hatására egy "nyílt áramkörös" reverzálható (visszafordítható) küszöbhatás jelentkezik, mely félhullámos egyenirányításhoz és pozitív unipoláris (egysarkú, egypólusú) impulzusok megjelenéséhez vezet. - A 2. részegységben elkezdődik az elektródák polarizálódása, mely az igazi elektrolízis "előjátéka". Ennek bizonyítéka a hidrogén és oxigéngázok buborék formájában történő megjelenése. A fodrozódó négyszöghullámok megjelenése. 1. fázis. Az "A" állapotú száraztöltés végén az 1. részegység kimenete a következő értéket veszi fel: I = 1 ma, E = 24 V (VF), f c = Hz. 359

360 2. fázis. Ezt követően vizet csepegtetünk a 3. részegység vízcellájába, míg a vízszint el nem éri a központi elektróda "1" tetejét (lásd a 3. ábrát), elfedi azt, majd a felső külső elektróda "2" belső felületével érintkezik. Amint a két elektródát összekötöttük a vízzel, a következő eseménysor játszódik le: 3. fázis. f c leesik Hz-ről 1272 Hz és 1848 Hz közötti értékre. Az áram és a feszültség szintén leesik és elkezd pulzálni a víz atomi szintű pörgés relaxációs idejével = 3.0 sec. Az atomi szintű pörgésrelaxáció jelenlétét az oszcilloszkóp X-Y tengelyén mért hiszterézises görbe bizonyítja. I = 0 és 0,2 ma értékek között hullámzó ciklus E = 4,3 és 4,8 V (VF) értékek között hullámzó ciklus A szinuszos vivőhullám átalakul fodrozódó négyszöghullámmá, melynek periódusa a víz RC állandójával egyezik meg. Az is megfigyelhető, hogy a négyszöghullám magasabb harmonikusai is jelen vannak (lásd a 6. ábrát). 6. ábra. Fodrozódó négyszöghullám A fodrozódó négyszöghullám megjelenésével a 3. részegységet borító üveglapon lecsapódó páraként a hidrolízis küszöbe észlelhető (de csak gyengén), melyet kis nagyítású mikroszkópban meg is láthatunk. 4. fázis. A víz RC állandójának megváltozását egy másik hatás is követi, vagyis a vivőhullám félhullámmá történő egyenirányítása. Ez a külső elektródánál a vízmolekulák tetraéder formájú magas szintű polarizációjára utal. A már említett fodrozódó négyszöghullámok és a kis mennyiségű pára megjelenésén kívül a reverzibilis hidrolízis küszöb jelenléte is megfigyelhető. Ezt egy, az 1. és 2. részegységek közötti nyílt áramkörrel tesztelhetjük, vagyis amikor nem folyik áram az elektródákon keresztül. Ezt úgy érhetjük el, hogy a két elektróda között a vízszintet lecsökkentjük vagy megszakítjuk az áramkört az 1. és 2. részegységek között, miközben az 1. részegység be van kapcsolva és oszcillál. A nyílt áramkör létrehozását követően azonnal megfigyelhetjük a következő hatásokat: (a) Az f c vivőhullám frekvenciája a 4. fázisból 1272 Hz-re ugrik, majd 1848 Hz-re, végül pedig 6128 Hz-re változik. (b) A multiméterrel mért áram és a feszültség nullára esik, de az oszcilloszkóp továbbra is mutatja a csúcstól csúcsig (p-p) mért feszültség jelenlétét, a hullámforma pedig egy érdekes dolgot mutat. A fodrozódó négyszöghullámok eltűnnek és a helyükre unipoláris impulzusok lépnek (lásd a 6a. ábrát). 360

361 6a. ábra. Unipoláris impulzusok Az unipoláris impulzus frekvenciája körülbelül 5000 Hz-en stabilizálódik. Az unipoláris impulzusok feszültsége 0 és 1.3 volt között változik 3.0 másodperces -val. Tehát a vízmolekulák feltöltődnek és kisülnek a rájuk jellemző 0,0002 másodperces RC időállandó frekvenciáján. Itt meg kell említenünk, hogy a tiszta víznek nagy a dielektromos állandója, ez teszi lehetővé az imént leírt jelenséget. A feszültség pulzáló amplitúdómodulációját a hidrogén nukleáris pörgés relaxációs ideje határozza meg, ahol = 3.0 sec. A pozitív impulzuscsúcsokat negatív utófeszültség követi. Ezek az impulzusformák megegyeznek minden idegrendszerrel rendelkező élőlény klasszikus idegi impulzusaival. 5. fázis. Az elektrolízis reverzibilis küszöbhatását csak mellékesen említettük meg, mivel ez a 2. részegység elektródáin megjelenő hatásokat tükrözi. A "B" állapotban megjelenő legfontosabb hatás az, hogy az elektródák polarizálódnak. Ezt kiterjedt kísérletekkel ellenőriztük különböző folyadékok esetében és azt kaptuk, hogy a külső elektróda belső felülete (lásd a 3. ábrán a "3" jelet) negatív töltésű lesz. (lásd még a 7. ábrát) 361

362 7. ábra. Ioneloszlás a negatív elektródánál. Az elektródák polarizációs hatásai a 2. és 3. részegységek közötti illesztésnél. Az 1. részegység ciklusidejű meghajtó impulzusaival - melyek az elektródák polarizációját okozzák - egyidőben a 3. részegységnél is van egy olyan tevékenység, mely energizálja és belépteti a vízmolekulákat egy magasabb energetikai szintre. Ez a 104 -os kötési szöget '-os tetraéder alakú kötéssé alakítja (lásd a 8. ábrát). 8.ábra. A víz tetraéder alakú kötéspályái Ez az elektromos pumpáló hatás a legfontosabb dolog és ennek a találmánynak az újdonságát tükrözi számos okból kifolyólag. Először is, a vízmolekulák tetraéder formába történő átalakítása lecsökkenti azok stabilitását, ezáltal fogékonnyá téve azokat a rezonanciafrekvencián vagy frekvenciákon történő lebontásra. Másodszor, a vízmolekulák polarizációjának növelésével az oxigénnel összekapcsolódó S- szabadelektronokat elektromosan még negatívabbá tesszük, a gyenge S+ hidrogénatomokat pedig pozitívabbá. (lásd a 9. ábrát) 362

363 9.ábra. A vízmolekulák illusztrációja Mint majd bemutatjuk, a külső elektróda negatívabbá válása a belső elektróda pozitívabbá válását eredményezi. Amint a tetraéder alakú vízmolekula polaritása növekszik, a tetraéder két S+ csúcsa és a negatívan töltött elektróda felületén lévő Helmholtz réteg között taszítóerő jelentkezik (lásd a 7. ábrát). Ez a hatás a vízmolekulákat "beállítja" a mezőben, mely a vízbontásnál katalizáló szerepet tölt be, így növelve az oxigénatomok kiválását a vízmolekulákból, s mindezt a lehető legalacsonyabb energiaszinten. A 10. ábrán megtekinthetjük, hogyan működik a "beállítási tényező". 10. ábra. A hidrogén jóddal történő összeütközésének termékeny és terméketlen összeütközése A "B" állapot végén a feltételek megértek a víz nagyon jó hatásfokú elektrolízisére. "C" ÁLLAPOT A '-os tetraéderalakú vízmolekulák létrehozása a "C" állapotban történik azáltal, hogy a vizet energizáljuk 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 helyére fodrozódó fűrészfogjel lép. A vivőhullám alapfrekvenciája f c = 3980 Hz lesz. Ez a hullámforma most automatikusan átalakul a víz optimális hatásfokú elektrolíziséhez szükséges formájúvá, amint azt a 11. ábrán láthatjuk. 363

364 11. ábra. Az optimális hatásfokot biztosító hullámforma A 11. ábrán az alap vivőfrekvencia f c = 3980 Hz, annak modulációs harmonikusai pedig a következők: 1. harmonikus: Hz 2. harmonikus: Hz 3. harmonikus: Hz 4. harmonikus: Hz Azt gondoljuk, hogy a 4. harmonikus hatására a vízmolekulák tetraédereinek mind a négy csúcsa a megfigyelt négy harmonikus frekvencia egyikével rezonál. Azt is gondoljuk, hogy a külső elektróda kombinált negatív taszító ereje a most ismertetett rezonanciafrekvenciákkal együttműködve bontja le a vizet hidrogén- és oxigéngázokra. Ezt a következtetést a kisnagyítású mikroszkóppal végzett megfigyelésekből vontuk le. A hidrogénbuborékok az elektróda szélén "4" (lásd a 3. ábrán) kezdtek megjelenni. Ezt követően a buborékok egy nagyon rendezett módon, gyöngylánc szerűen és centripetálisan (mint a kerék küllői) kezdtek a központi elektróda "1" (lásd a 3. ábrán) felé áramolni. A 12. ábrán ezt a jelenséget láthatjuk felülnézetből. 12. ábra. A hidrogéngázok láncszemformációja Az 1.részegység kimeneti jelének csökkentésével a víz elektrolízisének küszöbértéke - amit a 3. részegység tetejére helyezett üveglapon megjelenő kis páracseppek megjelenése jelez - a következő: I = 10 ma, E = 10 V, P = 100 mw Alkalmanként ez a küszöbérték lecsökkenhet a következő értékre: I = 1 ma, E = 2.6 V, P = 2.6 mw 364

365 Ez a "C" állapotú hidrolízis küszöb nem figyelhető meg közvetlenül a vízben, mivel még nincs buborékképződés. Ezért kell üveglapot helyezni a vízcella tetejére, amin lecsapódnak a keletkezett gázok. "D" ÁLLAPOT A hatékony elektrolízis folyamata a "D" állapotban lelassul, mivel egyfajta akadálypotenciál alakul ki, mely leblokkolja az elektrolízist - az alkalmazott teljesítménytől függetlenül. Egy tipikus kísérlettel mutatjuk be az akadályhatás kialakulásának problémáját. Az 1., 2. és 3.részegység a következő paraméterekkel rendelkezik: I = 1 ma, E = 11,2 V, P = 11,2 mw Ezzel a teljesítménnyel körülbelül 0,1 cm 3 /perc hidrogéngázt termelhetünk 1 atmoszféra nyomásnál és 289 K (16 C) hőmérsékleten. Az is megfigyelhető, hogy az f c 2978 Hz-ről 6474 Hz-re növekedik 27 perc alatt. Az áram és a feszültség szintén növekedett az idő múlásával. A 27. percben az akadályhatás leállította az elektrolízist. Ezt mutatja be a 13. ábra. 365

366 13. ábra. Az akadályhatás kialakulása és annak megszüntetése a 2. és 3. részegységek mechanikai megcsapolásával "E" ÁLLAPOT Az akadályhatás anatómiája. Terület "A": A hidrolízis aktív és hatékony Terület "B": Az akadályhatást előidézhetjük azzal, hogy az ujjunkkal hozzáérünk az elektrolizálóhoz, de spontán módon is előidéződik egy bizonyos idő elteltével. - (a) fázis. Az áram 1 ma-ről 30 ma-ra nő, a feszültség pedig 22 V-ról 2,5 V-ra esik. - (b) fázis. Ha a 2. részegységhez hozzáérünk, akkor a folyamat megfordulhat a következő módon: Az áram 30 ma-ről 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 külső elektróda belső felülete vastagon be van vonva hidrogénbuborékokkal. Ennek az az oka, hogy a hidrogéngáz buborékok csapdába estek az elektromosan szigorított rétegnél, mivel a vízmolekulák tetraéderei úgy fordultak el, hogy az S+ hidrogéncsúcsok beléptek a Helmholtz rétegbe és az elektróda elektromosan negatív töltése elnyelte őket. Ez az S- szabadelektron csúcsokat az elektromosan 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 - => H 2 (gáz) "F" ÁLLAPOT Terület "C": Úgy találtuk, hogy az akadályhatást viszonylag egyszerűen feloldhatjuk. (a) Az 1. részegységből a 2. részegységbe menő 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 következő módon módosította az akadály potenciálját: E = 250 V-ról leesik 4 V-ra, az áram 10 ma-ről leesik 1 ma-ra, a teljesítmény pedig 4 mw (a végső stádiumban). Az akadályhatás feloldásával az elektrolízis újraindul, amit az újból kialakuló buborékok jeleznek. Az akadályhatás problémáját a gyakorlatban a tiszta víz nagy dielektromos állandójának csökkentésével lehet megoldani, azaz só vagy lúg (NaCl, KOH stb.) hozzáadásával. Ez megnöveli a víz vezetőképességét. Az optimális hatásfok elérése érdekében azonban a sótartalom ne haladja meg a tengervíz sótartalmát, azaz 0,9%-ot. A 3. részből 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

367 Az 1., 2. és 3. részegység gyakorlati alkalmazását ebben a részben tárgyaljuk. A kémiai reakciókban a résztvevő atomok új kötéseket hoznak létre, melyek eltérő elektromos konfigurációkkal rendelkeznek. Az energia-kibocsátó reakciókat exergonikusnak nevezzük, mivel az eredményül kapott kémiai kötéseknek kevesebb az energiatartalmuk, mint a reakcióban résztvevő elemeknek. Az energia-kibocsátás leggyakrabban hő formájában történik. Az energiamegmaradás törvényének értelmében energiát, akárcsak anyagot nem lehet se létrehozni, se megsemmisíteni. A kémiai reakció során kibocsátott hő plusz a termék alacsonyabb energiaszintje egyenlő a reakcióban résztvevő elemek energiatartalmával. A hidrogén elégetése, melynek során kialakul a víz, nagyon gyors folyamat. 2H 2 + O 2 => 2H 2 O - H 68,315 Kcal/mól (ez enthalpia, vagyis az állandó nyomáson megjelenő égéshő) A vízmolekulák kémiai kötésének alacsonyabb az energiaszintje, mint a hidrogén- és oxigéngázoknak. A magas energiaszintű molekulák öröklötten instabilak. A 14a. ábrán a hidrogén- és oxigéngázok egyesülését láthatjuk, miközben hőt bocsátanak ki és újból vizet alkotnak. 14a. ábra. Exergonikus reakció. A reakció termékének alacsonyabb a potenciális energiája, mint a reakcióban résztvevő elemeknek, ezért energia szabadul fel A 14b. ábra a víz elektrolízis során történő hidrogénra és oxigénra bontásakor keletkező endergonikus reakciót mutatja. Figyeljük meg, hogy a két reakció energiaszintje között potenciálkülönbség van. 367

368 14b. ábra. Endergonikus reakció. A reakció termékének magasabb a potenciális energiája, mint a reakcióban résztvevő elemeknek, ezért energiafogyasztás lép fel A 14c. ábra bemutatja, hogy ez a potenciális energia két komponensből áll. A nettó felszabaduló energiát Gibbs függvénynek, azaz G-nek nevezzük, a reakció (égés) beindításához szükséges energiát pedig aktiválási energiának nevezzük. A kettő összege a teljes felszabadult energia. 14c. ábra. Exergonikus reakció. Az aktiválási energia olyan akadály, amin túl kell haladni a reakció folytatása 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 hőmérséklet) Az elektrokémiai cella állandó hőmérsékleten és nyomáson reverzibilis módon működik, az elektromos vagy nettó munka így: G = -W e Ahhoz, hogy ez a folyamat reverzibilis lehessen, egy nyitott áramkörre van szükségünk, amelyben nem folyik áram és az elektródák közötti E potenciálkülönbség: G = -z * F * E ahol: F - a Faraday állandó, mely az Avogadro féle szám (N A = 6, * / mól) és az elektron töltésének e = 1, * C szorzata z - az átvitt elektronok száma. Az elektrolízis hatásfoka elérheti a 100 %-ot is, mivel optimális működési feltételek mellett, az elektrolízis során elméletileg elérhető maximális hatásfok az energia-bemenet 120 %-a lehet. Ennek a fizikai alapja a következő. Az elektrolízis energetikai hatásfokát a következőképpen határozhatjuk meg: Az energia hatásfoka az elektrolízis terméke során felszabadult energia és a hatékony elektrolízishez szükséges energia aránya. Vegyük a következő folyamatot: H 2 (gáz) + (1/2)O 2 (gáz) => H 2 O (folyadék) A folyamat által normál körülmények mellett (ahol: (1) az atmoszférikus nyomás 760 higanymilliméter és (2) a hőmérséklet = 298,16 K = 25 C = 77 F) felszabadított energia 68,

369 Kcal és számszerűleg egyenlő az entalpikus változással ( H). Ugyanakkor állandó hőmérsékleten és nyomáson a minimálisan szükséges energia egyenlő a Gibbs féle energiacserével ( G). A termodinamika első és második törvénye izotermikus változások esetén: G = H - T * S ahol: S - a reakció során fellépő entrópia változást jelöli. A Gibbs féle szabad energiaváltozás kapcsolatban áll az elektrolízishez szükséges feszültséggel (E). Faraday egyenlete szerint: E = ( G / 23,06 * n) Volt ahol: G - Kcal/mól-ban van megadva, n - az egy mól elektrolizálandó vízben lévő elektronok száma, számszerű értéke 2. Atmoszférikus nyomásnál és 300 K hőmérsékleten H = 68,315 Kcal/mól H 2 O és G = 56,62 Kcal/mól H 2 O. Ebből következik, hogy az elektrolízis hatásfoka 300 K hőmérsékleten körülbelül 120 %. H / G = 68,315 / 56,62 = 120 % Amikor H 2 és O 2 gázokat hozunk létre az elektrolízis során, az elektrolizáló tartálynak el kell nyelnie a környezet hőjét, csak így maradhat a folyamat állandó hőmérsékleten. Ez az elektrolízis során létrejövő környezeti hőelnyelés a végső válasz az energiaátalakulás hatásfokára, melynek értéke egynél nagyobb. A jelen találmány hatásfokát a következőkben tárgyaljuk. 4. rész - Termodinamikai hatásfok A tudományos számítások elveit használjuk fel, melyek a rendszer teljes energiafelhasználásának (bemenet) és a rendszerből kinyert teljes energia vagy munka (kimenet) pontos mérésein alapulnak. = E kimenet / E bemenet <= 1. Az 1. részegység energia kimenete váltakozó áram, mely egy nagyon nemlineáris terhelésre, azaz a vízoldatra csatlakozik. Ez a váltóáram generátor (1. részegység) úgy lett tervezve, hogy a csúcsterhelésnél van rezonanciában és a vektordiagramok azt mutatják, hogy a kapacitív reaktancia és az induktív reaktancia majdnem 180 -os fáziseltolásban van egymással. Ezek szerint a kimeneti teljesítmény reaktív, az energiaveszteség pedig nagyon kicsi. A most ismertetésre kerülő kísérletben a hangsúly azon volt, hogy minimális bemenő energia mellett maximális legyen a gáztermelés. A 2. és 3. részegységek által felhasznált energia legpontosabb mérését a P teljesítmény wattokban történő megmérésével érhetjük el. azaz a 2. részegységen megmért átlagfeszültség négyzetgyökének 369

370 és a rendszerben folyó átlagáram négyzetgyökének a mérésével. A nagy hatásfokú hidrolízis kísérletek során, melyeknél a vízben 0,9 % = 0,1540 mól koncentrációjú sóoldat volt, a következő eredményeket kaptuk: Az áram négyzetgyöke I = 25 ma - 38 ma (0,025A-0,038A) A feszültség négyzetgyöke E = 4 V-2,6 V Az áram és a feszültség arányai sok mindentől függnek, például a központi és a külső elektródák közötti távolságtól, a víz dielektromos tulajdonságaitól, a víz vezetőképességétől, az izotermikus feltételektől, a felhasznált anyagoktól stb. A fentebb látható áram- és feszültségértékek ezen különböző feltételek paramétereinek a kombinációi. Az áram négyzetgyökének és a feszültség négyzetgyökének 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 hullámforma harmonikustartalmát oszcilloszkóppal, az atomi mágneses relaxációs időt pedig egy X-Y oszcilloszkópon figyeltük meg. Az összes kísérlet során az 1., 2. és 3. részegységeknél alkalmazott teljesítmény 98,8 mw és 100 mw közötti tartományban volt. Az SI mértékegység rendszerben 1 wattmásodperc (Ws) pontosan egy Joule-lal (J) egyenlő. A rendszer energia kimenete a két gáz, hidrogén (H 2 ) és oxigén (1/2 O 2 ), melynek mennyiségét két különböző laboratóriumban is megmértük. A H 2 és 1/2 O 2 gázok térfogata normális nyomás és hőmérsékletviszonyok mellet lett megmérve cm 3 /perc-ben, akárcsak a többi előforduló gáz tartalma, mint például a levegő oxigén, nitrogén, argon, szén-monoxid, szén-dioxid, vízpára stb. tartalma. 5. rész - A folyékony halmazállapotú víz endergonikus lebontása A folyékony halmazállapotú (sós)víz endergonikus lebontásának termodinamikai hatásfoka higanymilliméteres nyomáson és 25 C = 77 F = K hőmérsékleten a következő reakció alapján lett meghatározva: H 2 O(folyadék) => H 2 (gáz) + 1/2 O 2 (gáz) + G 56,620 Kcal/mól Mint már korábban említettük, G a Gibbs függvény (lásd a 14b. ábrát). A Kcal átalakítása Joule-ba a következő egyenlet alapján történik: 1 Kcal = 4,1868 J. G = 56,620 Kcal * 4,1868 J = 236,954 J/mól H 2 O (folyadék) (ahol 1 mól = 18 gms). G az a szabadenergia, ami a H 2 O-ból történő H 2 és 1/2 O 2 előállításához szükséges. 370

371 A számítások egyszerűsítéséhez az 1 cm 3 H 2 O-ból előállított H 2 és 1/2 O 2 gázok termeléséhez szükséges energiát is meghatároztuk. V = 22,400 cm 3 gáz van 1 mól H 2 O-ban. Ezért: G / V = 236,954 J / 22,400 cm 3 = 10,5783 J/cm 3 1 cm 3 H2O gáz folyékony vízből történő felszabadításához, ahol H 2 = 0,666 térfogatrész és 1/2 O 2 = 0,333 térfogatrész, a szükséges elektromos energiát a következőképpen tudjuk meghatározni. Mivel P = 1 Ws = 1 Joule, és V = 1,0 cm 3 gáz = 10,5783 Joule, így: P * V = 1 J * 10,5783 J = 10,5783 J = 10,5783 Ws Mivel 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/cm 3 = 17,01 cm 3 H 2 O (gáz) A 17,01 cm 3 H 2 O gázban lévő hidrogén mennyisége: 17,01 cm 3 H 2 O(g)*0,666 H 2 (g) = 11,329 cm 3 H 2 (g) 17,01 cm 3 H 2 O(g)*0,333 1/2 O 2 (g) = 5,681 cm 3 1/2 O 2 (g) A mért tényleges gáztermelés a következő volt: Mért átlag = 10,80 cm 3 H 2 (g) Mért átlag = 5,40 cm 3 1/2 O 2 (g) Teljes átlag = 16,20 cm 3 H 2 O(g) Az elektrolízis hatásfoka tehát a következő: = H 2mért / H 2ideális = 10,80 / 11,329 = 95,5 % 6. rész - Energia kibocsátás A hő vagy elektromosság formájában történő teljes energia kibocsátás az exergonikus reakció során: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) => H 2 O(pára) - H = Kcal/mól ( H = 286,021 J/mól) 1 cm 3 H 2 O (folyadék) teljes energiája: 1 cm 3 H = 286,021 J/mól / 22,4 cm 3 /mól = 12,7687 J/cm 3 H 2 O (folyadék) Ebből következik, hogy: H 2 = 12,7687 * 0,666 = 8,509 J/0,66 cm 3 H 2 O 2 = 12,7687 * 0,333 = 4,259 J/0,33 cm 3 1/2 O 2 A gázokból nyert energia: 16,20 cm 3 H 2 O (g) * 12,7687 J/cm 3 H 2 O = 206,8544 J. 371

372 A teljes energiaátvitelt tehát a következőképpen írhatjuk le: Exergonikus / Endergonikus = = - H / + H = 206,8544 J / 180,000 J = 1,14919 = 114,92 % A bemeneti és kimeneti energiák egyenlege ezek szerint a következő: n = (- H) - (+ G) = 206,8544 J = + 26,8544 J Az adott találmánynál a gázt egyből felhasználjuk, így nincs szükség a folyadékosításra, tárolásra és szállításra, ezért az nagyon jó hatásfokon állít elő hidrogén és oxigéngázokat a mindenütt könnyen fellelhető vízből. A bevezetőt Thomas C. Kramer itt olvasható írásából, a szabadalmat pedig innét vettem. A csöves elektrolizáló megépítésével kapcsolatban itt találsz egy-két hasznos segítséget. Csöves elektrolizáló készülék Az elektródák, mint pl. Puharich szabadalmában is láttuk nem csak sík, hanem hengeres alakúak is lehetnek. Az itt következő leírás azt részletezi, milyennek is kell lennie egy jó hatásfokú csöves elektrolizálónak. Itt csak az elektródák elkészítését fordítottam le gondolatébresztőnek, de Te olyanra készítheted az egész elektrolizálót, amilyennek szeretnéd. Mivel az autó motorja határozza meg a hidrogén és oxigéngázok szükséges mennyiségét, mely változó, ezért azt javaslom, hogy olyan nagyra méretezd az elektrolizálót, amilyen nagyra csak gyakorlatilag teheted. A 4,5"-os (114 mm) maximális külső átmérőjű PVC cső már adott. Az általam javasolt minimális hossz 10" (254 mm). A maximális hossz a motortérben lévő helytől függ, de a strukturális integritás miatt korlátozzad max. 18"-ra (457 mm). Gondosan elemezd a motorteret, hogy biztosan legyen elegendő hely az elektrolizálónak. Ha nincs hely, akkor csökkentsd az elektrolizáló méretét - de ne legyen kisebb 10"-nál (254 mm) - esetleg helyezd el a csomagtartóban, vagy a műszerfal alatt, de attól olyan messze, amennyire csak lehetséges. Az elektródák Az elektrolizáló magasságának meghatározása után szerezzél be egy 3,5"-os (89 mm) külső átmérőjű 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 cső fogja alkotni a külső elektródát. 372

373 A következő lépés a belső elektróda méreteinek meghatározása, melyhez a külső elektróda külső átmérőjét vesszük alapul. Az elektródacsövek közti távolság 0,045" (1,1 mm). Ez a résméret biztosítja a legoptimálisabb gáztermelést. A külső elektróda vastagságát szorozd meg kettővel és a kapott eredményt jelöld 'A'-val. Ha például a falvastagság 0,05" (1,25 mm), akkor 'A' 0,100" (2,5 mm) lesz. Adjál 0,090"-t (2,2 mm) az 'A' értékhez (az elektródák közötti távolság kétszeresét) és az így kapott eredményt jelöld 'B'-vel. Ha tehát 'A' értéke 0,100" (2,5 mm), akkor 'B' értéke 0,190" (4,8 mm) lesz. A 'B' értékét vond ki 3,50"-ből (89 mm) és az eredményt jelöld 'C'-vel. Ha 'B' értéke 0,190" (4,8 mm) volt, akkor 'C' értéke 3,31" (84,2 mm) lesz. A belső cső átmérője tehát a 'C' értékeként kapott 3,31" (84,2 mm) kell legyen. Ha ilyen átmérőjű saválló csövet nem sikerül beszerezned, akkor a hozzá legközelebbi értéket válaszd. Az 1.táblázatba beírhatod a külső cső átmérőjét és annak falvastagságát valamint a csövek közötti távolságot és az kiszámolja a belső cső szükséges külső átmérőjét a következő egyenlet alapján: B_Cs_K = K_Cs_K - ( 2 * ( Vastagság + Rés ) ) ahol: B_Cs_K: Belső cső külső átmérője K_Cs_K: Külső cső külső átmérője Rés: Csövek közötti rés Vastagság: Külső cső falvastagsága Külső cső külső átmérője Külső cső falvastagsága Csövek közötti rés Belső cső külső átmérője mm mm mm NaN mm 1.táblázat. Az elektrolizáló belső csőátmérőjének kiszámítása A 2.táblázatba beírhatod a belső cső külső átmérőjét és a külső cső falvastagságát valamint a csövek közötti távolságot és az kiszámolja a külső cső szükséges külső átmérőjét a következő egyenlet alapján: K_Cs_K = B_Cs_K + ( 2 * ( Vastagság + Rés ) ) Belső cső külső átmérője Külső cső falvastagsága Csövek közötti rés Külső cső külső átmérője mm mm mm NaN mm 2.táblázat. Az elektrolizáló külső csőátmérőjének kiszámítása 373

374 A 3.táblázatba beírhatod a külső cső külső átmérőjét és annak falvastagságát valamint a belső cső külső átmérőjét és az kiszámolja a csövek közötti rés méretét a következő egyenlet alapján: Rés = ( K_Cs_K - ( 2 * Vastagság ) - B_Cs_K ) / 2 Külső cső külső átmérője Külső cső falvastagsága Belső cső külső átmérője Csövek közötti rés mm mm mm NaN mm 3.táblázat. Az elektrolizáló csövei közti rés kiszámítása Az 1.ábrán megadott módon fúrjál 8 db 1/4"-os (6 mm) átmérőjű lyukakat a külső és a belső elektróda alsó felébe, melyek egymástól 45 -ra vannak elhelyezve. A lyukak középpontját a cső szélétől 11/32"-ra (8,7 mm) helyezd. Dugjál a csövekbe egy megfelelő átmérőjű farúdat, hogy az ellen tartson fúrás közben. A lyukakat sorjázd le a fúrás végeztével. A rozsdamentes acél fúrásához a legjobb, ha szénacélból készült a fúró feje. Fúrás közben egy kis olajat is öntsél rá kenésnek. Inkább lassabban fúrjál, nehogy túlmelegedjen a fúró. 1.ábra. Az elektródák alján lyukakat kell fúrni Ismét csak az 1.ábrán látottak alapján fúrjál 1/8"-os (3 mm) átmérőjű lyukakat az 1/4"-osak mellé. Ezek középpontjai az elektróda szélétől 3/32"-ra (2,3 mm) legyenek, az egymástól mért távolságuk pedig 3/8"-os (9,5 mm). A fúrás befejeztével gondosan tisztítsd le az olajat az elektródákról. 374

375 A 3/32" (2,3 mm) átmérőjű hegesztő pálcából vágjál le két darab 3" (76 mm) hosszúságú darabot és reszelővel simítsd el a végeit. Az egyik pálcát hegeszd a belső elektróda belső falához, a másikat pedig a külső elektróda külső falához úgy, hogy azok párhuzamosak legyenek az elektródák hosszával. A hegesztés után reszeld le a varratokat és gondosan tisztítsd le az elektródákat, mosd le meleg vízzel majd töröld szárazra őket. Az elektrolizáló elkészítésének nagyon részletes leírását angol nyelven innét töltheted le. Kapcsolódó kísérletek: Csöves elektrolizáló Laci csöves elektrolizáló készüléke Laci csöves elektrolizálóval készített kísérleteit láthatod ezen az oldalon. A következő képeket küldte el: 1.ábra. Az elektrolizáló teteje a nyomásmérővel (alulnézet) 375

376 2.ábra. Az elektrolizáló teteje a nyomásmérővel (felülnézet) 3.ábra. Az elektróda csövek 376

377 4.ábra. Az elektrolizáló tetejéhez lettek erősítve az elektródacsövek 5.ábra. A belső elektróda cső fém mosogatóval lett kitömve 377

378 6.ábra. A kész elektrolizáló Laci három kísérletet végzett, ezekről videofilmeket is készített és az alattuk látható szövegeket mellékelte hozzájuk. Az első kísérlet eredményei: "304-es varratos rozsdamentes csövek 40cm hosszúak, átmérő: 28x1,5 és 21,3x1,5 (1,7mm a légrés a két cső között) 20"-os vízszűrőház rozsdamentes: csavarok acélhuzal csőbilincs mosogató 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 csőszakasz 15A 2,5 perc alatt fél liter durranógázt termelt, ezalatt a csatlakozók túlforrósodtak és kezdett megolvadni a vízszűrőház." A harmadik kísérletet eredményei: 378

379 "Kipróbáltam sima csapvizet impulzussal 1 imp. 3 impulzusnyi szünet (tehát a kitöltési tényező 25%-os) 2,4 A; 20kHz; 15 perc alatt kb. 2dl gáz. Nem győztem 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 készülék Erről az elektrolizáló készülékről már korábban szót ejtettünk, itt azonban részletesen is megismerkedhetsz a működésével és azzal, hogyan építhetsz Te is ilyen készüléket. Az itt olvasható anyagot Thomas C. Kramer és J.L. Naudin munkáinak az elegyítésével hoztam létre. Mindenekelőtt egy kis elmélet. Helyezzünk el egymáshoz közel két elektródát és vezessünk rájuk nagyfeszültséget 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 annyi energiát közöl a vízmolekulákkal, hogy azok lebomlanak az őket alkotó hidrogénra és oxigénra. Ez a folyamat azonban nem csak ionizálja a vízmolekulákat az ív közelében, hanem még nagyon magas, körülbelül 5000 C-os hőmérsékletet is létrehoz. Ez a hőmérséklet megközelíti a nap felszínén mérhető hőmérsékletet, így nem véletlen, hogy ebben a plazmamezőben a molekulák szétesnek és új formációkat vagy gázokat hoznak létre, sőt, még új elemeket is. Ezt a folyamatot nevezzük "hideg fúziónak", a plazmareaktort pedig "hideg fúziós reaktornak", ha azt arra a célra használjuk, hogy az elemeket átalakítsuk. Így lehet létrehozni például aranyat az ólomból, ehhez 379

380 csak az elektródák közé kell helyezni egy semleges ólomlapot. Ezt már kísérletekkel is igazolták, bár az így keletkezett arany radioaktív sugarakat bocsát ki. De térjünk vissza a vízautóhoz. Ez a magas hőmérsékletű plazma hidrogén- és oxigéngázokat termel, ha pedig szén is jelen van a reakciónál (például ha az elektródák szénből vannak), akkor szén-monoxid, szén-dioxid és más szénalapú gázok keletkeznek (metán, etán, etilén és acetilén). A következő táblázatban a keletkezett szintetikus gázok mennyiségi elemzése látható, melyet a NASA munkatársai végeztek el: Keletkezett gáz Mennyiség Hidrogén % Szén-dioxid % Etilén % Etán % Acetilén % Oxigén % Nitrogén % Metán % Szén-monoxid % Összesen % 1.Táblázat A szénalapú elektródák használatánál viszont olyan probléma merül fel, hogy azok fokozatosan elfogynak, mivel részt vesznek a reakciókban, így egy idő után az elektródák közötti távolság olyan nagyra nő, hogy az elektromos ív nem tud kialakulni. Ez viszont az elektrolizáló leállását eredményezi. A probléma egyik megoldása az lenne, ha az elektródák távolságát folyamatosan tudnánk szabályozni. Ezt a módszert választotta egy Taiwani feltaláló, aki szénelektródák egy kötegét adagolja folyamatosan, így biztosítva az állandó elektródatávolságot. Jelenleg néhány kutató azzal kísérletezik, hogy tiszta szenet tesz az elektrolizáló vizébe, ezáltal csökkentve az elektróda elhasználódását. Ha viszont nem szénelektródákat használunk, akkor olyan fémet kellene alkalmazni, ami nem olvadna meg ezen a nagyon magas hőmérsékleten, mely akár 5000 C is lehet. Ilyen fém viszont nincs. A volfrám olvadáspontja 3410 C, forráspontja pedig 5930 C (lásd a Négyjegyű függvénytáblázatokban). A másik dolog, amire oda kell figyelnünk, az a keletkezett gázok hőmérséklete, mivel a forró gázok a motor túlzott felmelegedéséhez vezethetnek. Ha plazmareaktorral akarjuk előállítani az autónk meghajtásához szükséges szintetikus gázokat, akkor gondoskodnunk kell a reaktorban lévő víz folyamatos keringetéséről is. 380

381 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 reaktora A BingoFuel reaktor közönséges csapvízzel van feltöltve és alacsony feszültségen üzemel. Magas hőmérsékletű ( C-os) plazma keletkezik a víz alatt a szénelektródák közötti elektromos ív következtében. A BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gáz oxigén vagy levegő hozzáadásával nagyon tisztán ég el. Az égéstermék széndioxid és vízpára, úgyhogy ez nagyon kevés szennyező anyagot termel, ha termel egyáltalán. (Erről a véleményemet lásd itt.) Ennek a bioanyagnak a gázosítási folyamata %-os többletenergiát termel. Amikor viszont a rendszer teljes energetikáját figyelembe vesszük, beleértve az ultraviola sugárzást, hőveszteséget stb., akkor a %-os többletenergia értéket is elérhetjük. Az itt következő készülék Hillary Eldridge 1898 április 26.-án bejegyzett szabadalma alapján készült, melynek szabadalmi száma: US603,058. A BingoFuel reaktort csapvízzel töltjük fel és alacsony feszültségen ( körülbelül 30 V-on ) üzemeltetjük A BingoFuel reaktor gyújtási állapotai 381

382 Az itt látható filmben a BingoFuel reaktort láthatjuk működés közben. A videó megtekintéséhez kattints ide A következő részben Naudin elmagyarázza, hogyan készíthetünk mi is ilyen reaktort. A BingoFuel reaktor megépítése 382

383 A BingoFuel reaktor v1.1 olyan alkatrészekből áll, melyeket könnyen be lehet szerezni bármilyen víz- és gázszerelvényeket árusító szaküzletben. Semmilyen illesztésre vagy speciális szerszámra sincs szükség. A fő elem egy egyszerű vízszűrő a hozzá tartozó vízkőoldó betéttel. (Lásd a következő ábrán.) A vízszűrő méreteit a következő ábra mutatja. 1.lépés. Szereld ki a fúvókát (a piros gombot) a vízszűrő tetejéből. 383

384 2. lépés. Helyezd a 20x27-es rézkupakot (anyasapkát) a bemenetre és a 20x27-es anya-anya illesztőt a kimenetre, ahogy azt a következő ábra mutatja. 3. lépés. Fúrjál egy kis lyukat a 20x27-es anyasapkába és egy csatlakozó segítségével erősíts rá egy szilikon csövet, majd az anyakupakot csavard rá a készülék tetején lévő kimenetre. 4. lépés. A vízkőoldó tartályból távolítsd el a műanyag rácsot és a kristályokat. 384

385 A következő ábrán a plazmareaktor-tartály megépítéséhez szükséges alkatrészeket láthatod. Megjegyzés: Több eres, 1,5 mm2 átmérőjű szilikon szigetelésű vezetékeket használj a bennük folyó nagy áramerősség okozta túlmelegedés elkerülésére! A szükséges szénrudakat bármilyen 4.5 V-os zsebtelepből megkaphatod. 385

386 5. lépés. Szereld össze az alkatrészeket a következő ábra szerint. 6. lépés. Fúrjál egy 6 mm átmérőjű lyukat a műanyag tartály aljától 25 mm-re, majd erősítsd oda a plazmagyújtót egy 6x25 mm-es csavarral és anyával, ahogy a következő ábrán is láthatod. 386

387 7. lépés. Helyezd az Ionizáló tartályt az átlátszó víztartályba majd töltsd fel az ionizálót közönséges csapvízzel. 387

388 8. lépés. Gyurmával tömd be a vezetékek melletti rést. A BingoFuel reaktor készen áll a tesztelésre. (A tesztelés módját itt már ismertettük.) A következő lépés a BingoFuel reaktor gyakorlati hasznosítása. Naudin egy 5 LE-s benzinmotoros generátor táplálására használta a reaktorban keletkezett szintetikus gázt. Egy 5 LE-s benzinmotoros generátor táplálása a BingoFuel reaktorral 2003 április 15.-én egy 5 LE-s (160 cm3-es) négyütemű belsőégésű motor (Honda GC160) által meghajtott elektromos generátorral sikeresen letesztelte J.L. Naudin a BingoFuel reaktorát. Az 5 LE-s belsőégésű motort teljes egészében a BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gáz hajtotta meg. 388

389 Az üzemanyagtartály le lett szerelve......akárcsak a légszűrő. A szintetikus gáz kimeneti csöve közvetlenül a porlasztó bemenetére lett vezetve. 389

390 Az itt következő videofilm az 5 LE-s belsőégésű motor BingoFuel reaktorral történő meghajtását mutatja be. A videó megtekintéséhez kattints ide Naudin a következő számításokat végezte el. Mivel a BingoFuel reaktor által termelt szintetikus gáz önmagában nem képes elégni, ezért azt levegővel kell elkevernünk. Naudin 5:1 arányban adagolta a levegőt (tehát 1 egység gázhoz 5 egység levegőt adott), így a kapott keverék mennyisége a reaktor által termelt gáz 6-szorosa lett. Ezt mutatja a következő táblázat. Szintetikus gáz Keverék 180 liter / óra 1080 liter / óra Egy érdekes összehasonlítás: A BingoFuel reaktor 80 A áramot vesz fel. Ugyanekkora áram mellett egy hagyományos elektrolizáló készülék 20 C-on 36 liter / óra hidrogént generál. A BingoFuel reaktor által generált szintetikus gáznak 46 %-a hidrogén, tehát az óránként előállított hidrogén mennyisége 83 liter. Ez 2.5-szer több, mint a hagyományos elektrolízis esetében. Az angol nyelvű leírást J. L. Naudin kísérleteiről itt nézheted meg, Thomas C. Kramer írását pedig itt. A következőkben azt nézzük meg, hogy vajon lehet-e a BingoFuel reaktor által felvett teljesítményt valamilyen módon csökkenteni. A reaktorban felhasznált teljesítmény csökkentésének lehetősége Naudin BingoFuel reaktorának meghajtására egy hegesztő transzformátort használt, melyről 30 V váltakozó feszültség mellett 80 A áramot vett fel. Ez 2400 Watt, ami túl sok ahhoz, hogy egy autóban hosszútávon használhassuk. A kérdés az, hogy lehet-e valamilyen módon csökkenteni ezt a bemeneti teljesítményt úgy, hogy közben a fejlődő gázok mennyisége ne csökkenjen? A választ Kanarev professzor kísérleteiben találjuk meg. Kanarev a plazmareaktorában nem egyenfeszültséget használt és nem is szinuszos váltakozófeszültséget, hanem impulzusokat, s emellett is nagy mennyiségű szintetikus gázt tudott előállítani. Ennek az a magyarázata, hogy mikor a két elektróda között az elektromos ív hatására kialakul egy plazmamező, akkor egy bizonyos ideig várni kell, míg a keletkezett gázok eltávoznak onnét és helyükre ismét vízmolekulák kerülhetnek. Ha ezalatt az idő alatt is energiát juttatunk az elektródákra, akkor az csak felesleges energiapocsékolás, hiszen még nincsenek ott vízmolekulák, amiket alkotórészeire lehetne bontani. 390

391 A teljes kísérletet (lásd itt) nem fordítom le, mivel annak menete teljesen megegyezik a következő oldalon olvasható kísérlet menetével, itt csak egy-két lényegesebb momentumot említek meg. A kísérletben Kanarev professzor a hőelőállítás szempontjából vizsgálta a folyamatot, de ez lényegében nem változtatja meg a számunkra lényeges teljesítményviszonyokat. A kísérlet során Kanarev V-ot és A-t használt. Az alkalmazott impulzusok formáját, melyet a következő ábrán szemlélhetünk meg, háromszög alakúra átlagolta, így számítva ki az impulzus teljesítményét. Az impulzusok ideje t = 0.14 ms Az impulzusok periódusideje T = 7.25 ms Az impulzusok frekvenciája f = 1000 / 7.25 = Hz Az impulzusok közötti rés S = 7.25 / 0.14 = Az impulzusok kitöltése Z = 0.5 / = 0.01 = 1 % Az impulzusok átlagfeszültsége Uátl = * 0.01 = 3.04 V Az impulzusok átlagárama Iátl = 0.01 * = 0,34 A Mint 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 Wattal (304.3 V-ot * A = W). Érdemes lenne kipróbálni ugyanezt J.L.Naudin BingoFuel reaktorával is. Ha az impulzusok kitöltési tényezője Z = 0.01 lenne, vagyis 1 %, akkor az átlagfeszültség Uátl = 30 * 0.01 = 0.3 V lenne, az átlagáram pedig Iátl = 0.01 * 80 = 0,8 A. Ebből következően a reaktor ténylegesen felvett teljesítménye Pátl = Uátl * Iátl = 0.3 * 0,8 = 0,24 W lenne. Ezt hasonlítsuk össze az eredeti 2400 Wattal (30 V * 80 A). A különbség hatalmas, szer kevesebb energiát kellene csak befektetni, s ugyanannyi szintetikus gázt kapnánk! Jól hangzik, igaz? 391

392 De ha 10 %-os kitöltési tényezőt veszünk, akkor is csak 24 W lenne az elektrolizáló által felvett teljesítmény. Még ez is nagyon jó hatásfokot biztosítana és az autó generátorát egyáltalán nem terhelné le. Az itt javasolt módszer Naudin BingoFuel reaktorával kapcsolatban csak elméleti, de Kanarev professzor kísérleteiből indultam ki, úgyhogy szerintem érdemes lenne mindezt a gyakorlatban is kipróbálni! De... Megjegyzés: De mint az az 1.táblázatból is kitűnik, a szintetikus gáz nagyon kevés szabad oxigént tartalmaz (1.164 %), ezért nem hajlamos az öngyulladásra. A víz lebontásakor azonban nagy mennyiségű oxigénnek is fel kell szabadulnia. De akkor az hová tűnik? Nos, a legnagyobb része a szénnel lép reakcióba szén-monoxidot alkotva. A szén-monoxid viszont mérgező, mivel belélegezve az megköti a vérben lévő oxigént, így alkotva széndioxidot. A hidrogén elégetése során, akárcsak a szén-monoxid szén-dioxiddá alakulásakor további oxigént veszünk fel a környezetünkből, 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 segítsünk a Földnek az ökológiai egyensúly visszaállításában. Ezért nem javaslom a plazmareaktor által előállított szintetikus gáz használatát üzemanyagként. Az egyik Olvasó, Norbert a következő gondolatokat fűzte a témához: "Tibor, írod, hogy a folyamatos nagy áram helyett nagyáramú impulzusokat kellene használni, ami nagyban lecsökkentené a teljesítményt, szerintem ez eddig rendben van és megvalósítható. De mi lenne, ha a szén helyett mégis valami nagy olvadáspontú fémet használnánk? Persze tudom, hogy az megolvadna, de ha ezeket az impulzusokat "elosztanánk" mondjuk 5-6 elektródára, és így mindegyiken csak egy kis ideig menne át nagy áram felváltva, így lehet, hogy nem tudna megolvadni. Ez akkor jutott eszembe, amikor megnéztem Gróf Spanyol Zoltán filmjét, amelyikben a hidrogénes pisztolyt működteti, és ott egy 6-7 eres kábelt dug bele a "dobozba". Esetleg elképzelhető, hogy valami hasonló a működési elv. Egyébként láttam már dokumentumfilmet is, amiben villámokhoz hasonló jelenséget állítanak elő nagy árammal (laboratóriumban), és érdekes, hogy ott is csak rövid ideig tart, és mégsem olvad meg az elektróda." A víz alacsonyáramú elektrolízise 392

393 Kanarev professzor (ejtsd kánárjov) Krasznodárból egy olyan elektrolizálót dolgozott ki, melynek segítségével egy köbméter hidrogént mindössze 0.4 kwh energia segítségével állíthatunk elő. Ez 1000%-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 összekötő kapocs szerepét töltik be a szerves molekulákban, miközben az oxigén a levegőbe távozik. Felmerül a kérdés: Lehetséges-e a fotoszintézis során létrejövő vízbontást modellezni? A válasz erre a kérdésre egy egyszerű sejtszerkezetet modellező készülék, melyben az elektrolízis V közötti feszültségen és 0.02 A áram mellett játszódik le. A cella elektródái acélból készültek, ez segít elkerülni azt a jelenséget, ami a galvanikus cellák esetében lép fel. A cella elektródái közötti potenciál közel 0.1 V az elektrolízis kezdetén. Miközben az oldat elektromosan töltődik, a potenciálkülönbség növekszik. A töltés pozitív pólusa mindig a felső elektródán, a negatív pólusa pedig az alsó elektródán jelenik meg. Ha az egyenáram helyett impulzusokat használunk, a gázfejlődés megnövekszik. Mivel a kísérleti modell kis mennyiségű gázt termel, ezért a legjobb módszer a gázok mennyiségének a meghatározására az, ha az oldat tömegének az elektrolízis során fellépő változásait megmérjük majd abból kiszámítjuk a fejlődött hidrogén- és oxigéngázok mennyiségét. Ismert tény, hogy egy gramm atom egyenlő az anyag atomtömegével, egy gramm molekula pedig az anyag molekulatömegével. Például az egy gramm vízmolekulában lévő hidrogénmolekula molekulatömege egyenlő 2 grammal, az oxigénatom atomtömege pedig 16 grammal. Tehát a vízmolekula molekulatömege 18 gramm. Mivel a vízmolekulában lévő hidrogén tömege 2 * 100 / 18 = 11,11%, az oxigén tömege pedig 16 * 100 / 18 = 88,89%, így ez a hidrogén - oxigén arány van jelen 1 liter vízben is. Ez azt jelenti, hogy 1000 gramm vízben 111,11 gramm hidrogén és 888,89 gramm oxigén van. 1 liter hidrogén súlya 0,09 gramm, 1 liter oxigéné pedig 1,47 gramm. Ez azt jelenti, hogy egy liter vízből 111,11 / 0,09 = 1234,44 liter hidrogént és 888,89 / 1,47 = 604,69 liter oxigént kaphatunk. Ebből következik, hogy 1 gramm víz 1,23 liter hidrogént tartalmaz. Jelenleg 1000 liter hidrogén előállításához 4 kwh, 1 literhez pedig 4 Wh energia szükséges. Mivel egy gramm vízből 1,234 liter hidrogént kapunk, így a hidrogén egy gramm vízből történő előállításához 1,234 * 4 = 4,94 Wh energia szükséges. A kísérlet eredményei A kísérlet eredményeit a következő ábrákon szemlélhetjük meg. 393

394 2. ábra. A 2. ábrán a 200 Hz-es feszültség oszcillográfja látható. Az impulzusok nem láthatók, mivel az amplitúdójuk nagyon kicsi. A mérések azt mutatják, hogy az oszcilloszkópon látható feszültség 11,5 V, a voltmérőn pedig 11,4 V-ot mértünk. 3. ábra. A 3. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 1 másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékről lekapcsoltuk a tápfeszültséget. 4. ábra. A 4. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 3 másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékről lekapcsoltuk a tápfeszültséget. A 3. és 4. ábrán látható oszcillográfok azt mutatják, hogy az elektrolizáló készülékről a tápfeszültséget lekapcsolva annak kisülése figyelhető meg. Azonban azt is megfigyelhetjük, hogy a feszültség fokozatosan csökken ugyan, de nem lesz egyenlő nullával. Ez arra utal, hogy: az elektrolizáló készülék az energiának nem csak felhalmozója, hanem forrása is. 5. ábra. Az 5. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható az elektródák rövidre zárásakor. 6. ábra. A 6. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 1 másodperccel azután, hogy az elektródáknál megszüntettük a rövidzárat. 7. ábra. A 7. ábrán az elektrolizáló készülék elektródáin látható feszültség oszcillográfja látható 3 másodperccel azután, hogy az elektródáknál megszüntettük a rövidzárat. 394

395 Mint látjuk, lekapcsolva a tápfeszültséget az elektrolizáló készülékről annak potenciálja kezdetben a tápfeszültség potenciáljához közeli értéken maradt. (3.ábra.) Szeretnénk különösen kihangsúlyozni, hogy az elektromos feltöltődés folyamata alatt az áram néhányszorosa volt a 0,02 A-es normál üzemi értéknek. 3 másodperccel azután, hogy az elektrolizáló készülékről lekapcsoltuk a tápfeszültséget (4.ábra.) az elektródákon mérhető feszültség 11,4 V-ról körülbelül 8 V-ra csökkent. Az elektródák rövidre zárásának pillanatában (5.ábra.) az elektrolizáló készülék bemenetén mérhető feszültség egyenlő nullával. Egy másodperccel a rövidzár megszűntetése után (6.ábra.) az elektrolizáló készülék bemenetén mérhető potenciál visszaállt körülbelül 5 V-ra, majd 3 másodperc múlva 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, melyek így néznek ki: (8. és 9. ábra) 8. ábra. 9. ábra. A feszültség oszcillográfjainak elemzése A statisztikai számításokat felhasználva (11 adatot használtunk) megtaláljuk az impulzusok feszültségének átlag amplitúdóját. U'átl = [(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 V Az impulzusok periódusideje T = (24 * 2) / 10 = 4,8 msec Az impulzusok hosszúsága t = (2 * 1,45 ) / 10 = 0,29 msec Az impulzusok frekvenciája f = ( 1 / 0,001 * 4,8 ) = 208,3 Hz Az impulzusok közötti rés S = 4,8 / 0,29 = 16,55 Az impulzusok kitöltése Z = 0,5 / 16,55 = 0,0302 Az oszcilloszkóp alapján az impulzusok átlagfeszültsége U = 2,05 * 0,0302 = 0,062 V. Eközben a voltmérő 11,4 V-ot mutatott. Ezért van alapunk feltételezni azt, hogy az alacsonyáramú elektrolizáló készülék egyidejűleg az elektromosság gyűjtője és forrása is. Először feltöltődik, majd elkezd kisülni az elektrolitban 395

396 lejátszódó folyamatok következtében. A generált elektromos energia mennyisége nem elegendő ahhoz, hogy az elektrolízis folyamatát fenntartsa, így az fokozatosan kisül. Ha viszont az energiaveszteséget kompenzáló feszültségimpulzusokkal újratöltjük az elektrolizáló készüléket, akkor annak - mint kondenzátornak - a töltése állandó marad, az elektrolízis folyamata pedig stabilan folytatódik. Az elektrolizáló készülék potenciálvesztésének kompenzálásához szükséges feszültség értékét a 8. és 9. ábrán láthatjuk. Az ott látható értékeket kell felhasználni annak kiszámítására, hogy mennyi energia szükséges a víz hidrogénra és oxigénra történő bontásához az alacsonyáramú elektrolizáló készülékben. A voltmérő és az oszcilloszkóp adatai alapján az alacsonyáramú elektrolizáló készülék laboratóriumi modelljénél a tápegység teljesítménye P = I * U = 0.02 * 11,4 = W. Az oszcilloszkópos elemzés azonban azt mutatta, hogy ez a teljesítmény csak az elektrolízis elindításához szükséges. Az elindítás után, mikor már fel van töltődve az elektrolizáló, az utántöltéshez szükséges teljesítmény P = I * U = 0.02 * 0,062 = W, vagyis 190-szer kevesebb az elektrolízis elindításához szükséges teljesítménynél (tekintsd meg az 1.táblázatot). Az elektrolizáló készülék bemenetén mérhető állandó feszültség arra utal, hogy az elektrolízishez szükséges energia kiszámításához nem a voltmérő értékeit kell figyelembe venni, hanem az oszcilloszkópét, 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 200 Hz-es impulzusokat generált. Az áram oszcillográfjainak elemzése A statisztikai számításokat felhasználva (10 adat és 0,1 Ohmos belsőellenállás esetén) megtaláljuk az impulzusok áramának átlag amplitúdóját. I'átl = { [ (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

397 Az elektrolizáló áramkörében folyó átlagos áramerősség az oszcilloszkóp alapján Iátl = 0,655 * 0,0302 = 0,01978 A = 0,02 A. Az ampermérő szintén 0,02 A-t mutatott. Az alacsonyáramú elektrolízis folyamatának mérési eredményei Leírás Érték 1 - A tápfeszültségre kapcsolt elektrolizáló munkájának ideje 6 ciklus alatt (t) 6x10=60,0 min 2 - A voltmérő értéke (V) 11,4 V 2' - Az oszcilloszkóp értéke (V') 0,062 V 3 - Az ampermérő értéke (A) 0,020 A 3' - Az oszcilloszkóp értéke (A') 0,01978 A 4 - Energiafelhasználás a voltmérő és ampermérő alapján (P = V * I * t / 60) 0,228 Wh 4' - Energiafelhasználás az oszcilloszkóp alapján (P' = V * I * t / 60) 0,00124 Wh 5 - A tápfeszültségről lekapcsolt elektrolizáló munkájának ideje 6 ciklus alatt 6x50=300,0 min (t) 6 - Az oldat tömegének változása (m) 0,60 g 7 - Az elpárolgott víz tömege (m') 0,06 g 8 - A gázállapotba átalakult víz tömege (m'' = m - m') 0,54 g 9 - Az egy gramm gázzá alakult víz energiafelhasználása a voltmérő és ampermérő alapján (E = P / m'') 0,420 Wh / g 9' - Az egy gramm gázzá alakult víz energiafelhasználása az oszcilloszkóp alapján (E' = P' / m'') 0,0023 Wh / g 10 - A jelenleg létező elektrolízis során az egy gramm gázzá alakult víz energiafelhasználása (E'') 4,94 Wh / g 11 - Az energiafelhasználás csökkenése a voltmérő és ampermérő alapján ( K = E'' / P ) 11,76-szoros 1'1 - Az energiafelhasználás csökkenése az oszcilloszkóp alapján ( K' = E'' / P' ) 2147,8-szoros 12 - A képződött hidrogén mennyisége (M = 0,54 * 1,23 * 0,09) 0,06 g 13 - A képződött hidrogén energiatartalma (W = 0,06 * 142 / 3,6) 2,36 Wh 14 - A víz elektrolízisének hatásfoka a voltmérő és ampermérő alapján (W * 100 / P) 1035,1 % 14' - A víz elektrolízisének hatásfoka a voltmérő és ampermérő alapján ,6 % 397

398 (W * 100 / P') 1. Táblázat Az eredmény kiértékelése Mint látjuk, a voltmérő a feltöltött elektrolizáló készülék - mint kondenzátor - feszültségét mutatja, mely fokozatosan kisül, az oszcilloszkóp által mutatott feszültségimpulzusok pedig az utántöltés energiáját, ami az elektrolizáló tulajdonképpeni energiafelhasználása a tápegységről. Ebből az következik, hogy az alacsonyáramú elektrolizáló készülék által felhasznált energia kiszámításánál nem a voltmérő által mutatott feszültséget kell felhasználni, hanem az oszcilloszkóp adatait. Ennek eredményeként az alacsonyáramú elektrolizálás során a hidrogén vízből történő előállításához felhasznált 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 alacsonyáramú elektrolizáló készülékben végbemenő folyamat megegyezik a fotoszintézis során tapasztalható jelenséggel. Ezt erősíti meg az elektrolizáló készülék vízében az elektromos tápfeszültség lekapcsolását követő néhány órában megfigyelhető intenzív gázbuborék fejlődés is. Az orosznyelvű eredeti szöveget itt, az angolnyelvű fordítást pedig itt olvashatod el. Ezt a magyar fordítást az orosznyelvű eredeti dokumentum alapján végeztem el, mivel ott több információ volt leírva, mint az angolnyelvű fordításban. Kíváncsi voltam arra, hogy mennyi hidrogént termel Kanarev professzor elektrolizálója. Az 1.táblázatból kitűnik, hogy 300 perc alatt 0,54 g víz alakult át gázzá. Mivel 1 gramm víz 1,23 liter hidrogént tartalmaz, így 0,54 g vízből 0,54 * 1,23 = 0,6642 liter hidrogént kapunk. Ez 0,6642/300 = 0, 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 felhasznált energiaszükségletet jelentős mértékben le lehet csökkenteni, ezáltal több energiát nyerhetünk ki a hidrogéngáz elégetésekor, mint amennyit a hidrogén előállítására felhasználtunk. Ez viszont látszólag ellentmond az energia-megmaradás törvényének, valójában azonban ezt az elvet nem sértjük meg. Erről kicsit bővebben itt írtam. De hogyan tudnánk Kanarev módszerét a vízautónkban felhasználni? Mint a cikkből kiderült, két fázisban működik ez az alacsonyáramú elektrolizáló készülék. Első fázis: Az elektrolizáló elektromos feltöltése Második fázis: Alacsonyáramú folyamatos elektrolízis 398

399 Nézzük meg mind a két fázist részletesebben. Első fázis: Az elektrolizáló elektromos feltöltése A feltöltés pár másodpercnyi ideig tart A feltöltést egyenárammal végezzük A 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 elektrolízis Az elektrolízis folyamatosan működik Az elektrolízis árama impulzusszerű, az impulzusok kitöltési tényezője 0,0302 (3%), frekvenciája pedig 208,3 Hz Az impulzusok áram amplitúdója 655 ma, az átlagáram pedig 19,78 ma Az impulzusok feszültség amplitúdója 2,05 V, az átlagfeszültség pedig 0,062 V A percenkénti hidrogéntermelés 2,214 ml/perc H2 gáz. A Kanarev féle elektrolizáló készüléknél 17-szer kisebb átlagáramot használunk, mint azt Faraday törvénye alapján elvárhatnánk. Ezt a következő számítás bizonyítja. Faraday törvénye szerint 1 A/perc árammal 6,2728 cm3/perc hidrogéngázt tudunk előállítani (lásd itt), tehát 0,01978 A áram mellett a fejlődő hidrogéngáz mennyisége maximum (100%-os hatásfokú elektrolizálóval) 6,2728 * 0,01978 = 0,124 cm3/perc lehetne. Ennek ellenére Kanarov elektrolizálója 2,214 ml/perc hidrogéngázt termelt. Ez 2,214 / 0,124 = 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 kitöltési tényezőjű tűimpulzusok használatában rejlik. Gondoljunk csak bele, mi történik, mikor beverünk egy szeget a falba: rövid idejű, de nagyon intenzív energiaimpulzusokat használunk. Ha ugyanezt az energiát elosztjuk az időben egyenlő mértékben, vagyis egyenletesen nyomjuk a szeget a kalapáccsal, 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-es áramforrásunk. Ha ezzel az 1 A-ral próbáljuk meg lebontani a vizet, akkor 6,2728 ml hidrogéngáz termelődik egy perc alatt. Most sűrítsük össze ezt az energiát az időben: az eddigi 100 %-os kitöltés helyett vegyünk 1 %-os kitöltést. Ahhoz, hogy ugyanakkora legyen az energia, ezalatt az 1%-nyi idő alatt 100 A-t kell keresztül vezetni az elektrolizálón, a fennmaradó 99 %-nyi időben pedig nem 399

400 vezetünk rá áramot. Az áram átlagértéke ekkor is 1 A marad, de az időben összesűrített energia egészen más hatást vált ki a vízmolekulákra: hirtelen széttépi azokat. A brutális erő hatására sokkal több 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 a hatása 100-szorosára növekszik. Az ehhez szükséges kapcsolást a következőképpen képzelem el: Van egy kondenzátorunk, amit a 99 %-nyi üresjárati időben töltenénk fel 1 A-ral - ez 1 időállandó használatát tételezi fel - a kondenzátor kisütését pedig a fennmaradó 1 %-nyi időben 2 időállandóval sütnénk ki. Ekkor 100 A-es tűimpulzust juttatnánk az elektrolizáló elektródáira, az áramforrás terhelése viszont továbbra is 1 A maradna. 12. ábra. A nagyáramú tűimpulzus generátor működési elve 1 = R1 * C 2 = R2 * C A K kapcsoló a C kondenzátor I1 árammal történő töltése alatt nyitva van, az elektrolizálóra így ekkor nem jut áram. Mikor a kapcsolót bekapcsoljuk, akkor az I2 áram a feltöltött kondenzátorból és az I1 áram az áramforrásból az elektrolizáló elektródáira jut. I1 = U / R1 I2 = U / R2 Az U feszültség mindig állandó, mivel a töltés az U feszültséggel történik, s mikor a kondenzátort elkezdjük kisütni, akkor már a kondenzátor feszültsége is eléri az U értéket. U az áramforrás (akkumulátor) feszültségével egyenlő. A számítások megkezdéséhez ki kell választanunk a kapcsolási frekvenciát. A példánkban ez legyen f = 200 Hz, amiből a periódusidőt kiszámolhatjuk: T = 1 / f = 1 / 200 = 0,005 sec = 5 milisec. 1 %-os kitöltési tényezőt véve alapul: 1 = T * 0,99 = 0,005 * 0,01 = 0,00495 sec. 2 = 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 =

401 R2 = U / I2 = 12 / 99 = 0,1212 C = 1 / R1 = 0,00495 / 12 = 0, F = 412,5 F Ellenőrzésként számoljuk még ki a 2 és R2 értékekkel is a kapacitás értékét: C = 2 / R2 = 0,00005 / 0,1212 = 0, F = 412,5 F Ha az még kérdéses számodra, hogy lesz-e elegendő töltés a kondenzátor lemezein, mely 99 A áramot tud biztosítani a számunkra szükséges 0,00005 sec ideig, akkor vizsgáld meg a következő számításokat: C = Q / U Ebből Q-t kifejezve: Q = C * U Az áramot tehát a következőképpen határozhatjuk meg: I = Q / t = C * U / t = 0, * 12 / 0,00005 = 99 A Az I2 áramot azért vettük 99 A-nak, mivel ehhez még hozzá kell adni az áramforrás 1 A-ját is. Ez nem lesz több 1 A-nál, mivel az R1 ellenállás nem engedi, hogy több áram folyjon, a D dióda pedig megakadályozza, hogy a kondenzátor árama kisülés közben az R1 ellenálláson is keresztülfolyjon. Az R2 ellenállás természetesen nem egy közönséges ellenállás, hanem az elektrolizáló készülék belső ellenállása. Ezt az ellenállást az elektrolizáló vizébe kevert megfelelő mennyiségű elektrolittal, pl. asztali sóval vagy KOH-val tudjuk beállítani. A kapcsoló szerepét valamilyen nagyáramú kapcsolótranzisztor látja el. Az is valószínű, hogy Kanarev elektrolizálójához hasonlóan először nekünk is fel kell töltenünk az elektrolizálót pár másodpercnyi nagy értékű egyenárammal, s csak utána kezdhetjük az impulzusokkal bombázni a vizet. Az elv egyszerű, próbáld megépíteni Te is és mondd el nekünk az eredményeidet. Az itt olvasott témához kapcsolódó kísérletek: Lemezes elektrolizáló Elektrolízis Impulzusokkal 1 Elektrolízis Impulzusokkal 2 Kísérletek az elektrolízissel Az előző oldalakon leírt elméleti ismeretek annyit érnek, amennyit meg tudunk valósítani belőlük. Ezért kezdtem bele néhány barátommal egy kísérletsorozatba. Az itt olvasható leírás elég részletes és aprólékos ahhoz, hogy szükség esetén Te is meg tudd ismételni és hogy tanulhass a mi 401

402 tapasztalatainkból. A kísérletsorozat célja az volt, hogy megtaláljuk azt az optimális kialakítást, amelynél a lehető legkisebb áram és legkevesebb elektródaszám esetén a maximális gáztermelést érhetjük el. Az elektronikát Starek Robi készítette el teljesen ingyen, amiért nagyon hálás vagyok neki. Szerintem Neked is tudna segíteni, ha az elektronikával gondban lennél. A dolog érdekessége az, hogy Robival személyesen nem is találkoztam, csak levélben és telefonon. Megbeszéltük a részleteket s Ő elkészítette az elektronikát. Mikor meg arra került volna a sor, hogy elküldje a készüléket, mondta, hogy teljesen ingyen gondolta, még a postaköltséget is fizette. Ezen nagyon kellemesen meglepődtem és ez is egy újabb bizonyítéka volt annak, hogy nem csak pénzért lehet dolgokat megkapni. Már sokan vagyunk, akik egy olyan világban szeretnénk élni, ahol az emberek nem azért adnak valamit, hogy valamilyen ellenszolgáltatást kapjanak cserébe, hanem csak az adás öröméért. Amióta belefogtam a Fénykapu szerkesztésébe, ezt egyre többször tapasztalom. Sok segítséget és támogatást kapok Tőletek, Kedves Olvasók, amit ezúton is szeretnék megköszönni. Hogy a Robi példája mellett egy másikat is említsek, a Fénykapu tárolásához szükséges tárhelyet és a domain nevet egy másik Olvasó, Taki adta, szintén teljesen ingyen, saját felajánlásból. Sok levél érkezik, amiben csak annyit mondanak, hogy tetszik nekik a Fénykapu, mások elmesélik az élményeiket, álmaikat, segítenek az egyes helyesírási hibák kijavításában. Minden levélnek nagyon örülök. De térjünk vissza a kísérletekhez. Az elektrolizálót két barátommal együtt raktuk össze, sőt, az egyikőjük felajánlotta a garázsát is, tehát a kísérletekhez szükséges helyiség is megoldott volt. Ezután már csak annyi volt a dolgunk, hogy elvégezzük az összes szükséges mérést és levonjuk a konzekvenciákat. Ebben a kísérletsorozatban a hagyományos elektrolízissel kapcsolatban szerettünk volna gyakorlati ismereteket szerezni. Semmi különlegességet nem tartalmaz ez az elektrolizáló rendszer, csak magát az elektrolizáló készüléket és egy vezérlő elektronikát, ami változtatható szélességű 12 V-os négyszögimpulzusokat állított elő max. 80 A-es áramerősséggel. A mérések elvégzéséhez egy gázmennyiség mérőt és nyomásmérőt, valamint oszcilloszkópot, multimétert, frekvenciamérőt és egy stoppert használtunk. Az elektronika. 402

403 1.ábra. A vezérlő elektronika kapcsolási rajza 2.ábra. A kész kapcsolás fényképe. Mint a kapcsolási rajzból kitűnik, az impulzusok előállításához ugyanazt a kapcsolást használtuk, mint amit itt már láthattál. Annyi kis eltérés van, hogy az LM741-es IC kimenete és a nem invertáló bemente közötti 20 k -os trimer potmétert kihagytuk, azaz egyszerűen összekötöttük a 6.-ik és 2.- ik lábát, mivel ennek nem volt hatása a kimeneti impulzus kitöltésére. A teljesítményerősítő fokozat 403

404 azonban meg lett változtatva úgy, hogy ez a kapcsolás meg tudjon hajtani akár egy 80 amperes elektrolizálót is. Az áramkör frekvenciatartományát a négy darab kondenzátorral és a 2 k -os potméterrel szabályozhatjuk. A frekvencia stabilitását a 7812-es feszültségstabilizátor segítségével értük el. A frekvenciák értékeit a következő egyenlet szerint számolhatjuk ki: f = 1 / ( 2.2 * C * R ) ahol: f : Az oszcillátor frekvenciája (Hz) C : Kapacitás (F) R : Ellenállás ( ) Az ellenállás minimális értéke 1000, maximális értéke pedig A frekvencia ezzel fordítottan arányos, tehát az adott sávban a minimális frekvenciát a maximális ellenállás esetén érhetjük el és viszont. A következő táblázatban a számolt és mért értéktartományokat láthatod. Bekapcsolva Fmin Fmax Fmin mért Fmax mért 100,0 nf 1515 Hz 4545 Hz 1290 Hz 2480 Hz 33,0 nf 4591 Hz Hz 3800 Hz 7310 Hz 10,0 nf Hz Hz Hz Hz 3,3 nf Hz Hz Hz Hz 1.táblázat. A jelgenerátor számolt és mért frekvenciatartományai Az 1.táblázatból egyértelműen kitűnik, hogy az alkatrészek szórása miatt a mért frekvenciahatárok jelentősen eltértek a számolt értékektől. Ez azonban nem befolyásolta jelentősen a méréseket, mivel például a víz rezonanciafrekvenciája (42,5 khz) bent volt abban a sávban, amit a jelgenerátor elő tudott állítani. (De erről majd később szólok részletesebben.) A következő ábrán a CD4069-es IC 6. lábán megjelenő négyszögimpulzust láthatod. Az itt következő ábrán és a többi felvételen is a képek kicsit elmosódottak, mivel a fényképezőgép zoomolójával nem tudtuk teljesen élesre fókuszálni ezeket a közeli felvételeket. Ennek ellenére még viszonylag jól láthatóak a nekünk szükséges részletek. 404

405 3.ábra. A jelgenerátor négyszögimpulzusai (a CD4069-es IC 6. lábán) Az LM741-es műveleti erősítő 6. lábán megjelenő feszültség értékét a 100 k -os potméterrel 0,1V és 8,7V között lehet szabályozni, ami az impulzusok szélességét 44,4% és 83,3% között szabályozza. A legkeskenyebb impulzusok 4a.ábra. (az NE555-ös IC 3. lábán) 4b.ábra. (az IRFP064N FET 'g' lábán) A legkeskenyebb impulzusok szélessége 8 µs volt, az impulzusok periódusideje pedig 18 µs (55,5 khz). Ebből kiszámolhatjuk, hogy a minimális kitöltési tényező: Kitöltés_Min = ( 8 * 100 ) / 18 = 44,4 %. A legszélesebb impulzusok 405

406 5a.ábra. (az NE555-ös IC 3. lábán) 5b.ábra. (az IRFP064N FET 'g' lábán) A legszélesebb impulzusok szélessége 15 µs volt, az impulzusok periódusideje pedig 18 µs (55,5 khz). Ebből kiszámolhatjuk, hogy a maximális kitöltési tényező: Kitöltés_Max = ( 15 * 100 ) / 18 = 83,3 %. A maximális kitöltési tényező értékét finoman tudjuk hangolni az NE555-ös IC 7. lábához csatlakozó 2 k -os potméterrel. Ha túl nagyra állítjuk az ellenállást, akkor viszont a bemeneti frekvenciát elosztjuk kettővel vagy akár néggyel is. Erre figyelj az áramkör beállításánál. A minimális kitöltési tényezőt sajnos nem lehetett kisebbre venni, pedig erre mindenképpen szükség van a gyakorlatban, hogy az 1000-res és 5000-res fordulatszámok között tudjuk szabályozni a motort. Ezt az NE555-ös IC-hez kapcsolt kondenzátor értékének beállításával tudjuk elérni. Mint majd a későbbiekben látni fogjuk, a termelt gáz mennyisége arányosan változott az impulzusok szélességével. Az időzítő 3. lábán megjelenő impulzusok jelalakjait a 4a. és 5a.ábrákon láthatod. Ezeket a jeleket felerősítjük a két darab IR2121-es FET meghajtó IC-kkel. Ezeknek az IC-knek az a különlegességük, hogy rövidzár védelmet biztosítanak, vagyis ha a kimenő FET-eken túl nagy áram folyik (kb. 100A), akkor a 20 db párhuzamosan kötött 0,1 -os ellenálláson akkora feszültség esik, hogy az bekapcsolja a védelmet. A 0,1 -os ellenállások legalább 1 W-osak legyenek, mivel nagy áramok folynak keresztül rajtuk. A 4b és 5b.ábrákon láthatod azt a jelalakot, ami a meghajtó FET-ek bemenetére érkezik. Az elektrolizáló készülék bementére kapcsolt jelalakot nem tudtuk az oszcilloszkóppal megállítani, állandóan futott, ami arra utalt, hogy a víz rezonanciafrekvenciája folyton változott. Ezt egyébként a frekvenciamérőn is láthatjuk. Amikor viszont egy pillanatra be tudtuk fogni a jelet, akkor láthattuk, hogy az impulzusok felfutó élei lekerekedtek úgy, mint amikor egy kondenzátort töltünk fel. A lefutó élek nem változtak jelentősen. 406

407 Az alkalmazott hűtőbordák mérete 7 cm * 6,5 cm * 1 cm = 45,5 cm3. Ez a méret A-ig megfelelő hűtést biztosít. Nagyobb áramok esetén arányosan kell növelni a hűtőbordák térfogatát, tehát például 80 A esetén a bordák 243 cm3-esek kell legyenek (mindegyik külön-külön, bár közösíteni is lehet őket, persze akkor meg kell duplázni a méretét, azaz 486 cm3-esnek kell lennie). Az alkatrészek adatlapjai: 7812 adatlapja CD4069 adatlapja LM741 adatlapja NE555 adatlapja IR2121 adatlapja IRFP064N adatlapja Elektrolizáló készülék Az elektrolizáló készülék alkatrészeit a következő ábrán szemlélheted meg. 6.ábra. Az elektrolizáló készülék alkatrészei A tároló edény szerepét egy mélyhűtőbe való műanyag tároló edény látta el. Ez -30 és +90 C között használható. A fejlődő gázok egy egyutas szelepen keresztül távoznak a tartályból egy gumicsövön keresztül. 407

408 7.ábra. Az egyutas szelepek (csak egyet használtunk fel) és annak rögzítő anyái A gázkivezető csövet egy bilinccsel erősítettük a szelephez. Az elektródákhoz a vezetékeket gyorskapoccsal rögzítettük és egy csokihoz vezettük ki, ahol aztán már tetszőleges módon kapcsolhattuk össze a lemezeket sorosan és párhuzamosan. 8.ábra. Az elektródalemezek (8 db összesen) 9.ábra. A szorító bilincsek (csak egyet használtunk) és a csoki Az elektródákat egy központi tengelyre erősítettük, amit egy vastag tipliből készült szigetelő műanyag csővel vontunk be. 408

409 10.ábra. az elektródák tartócsavarja (csak egy) és szigetelő csöve Az elektródák vezetékeit egy menetes csövön keresztül vezettük ki a tetőn keresztül. Minden csatlakozó alkatrész xiloplaszt-tal lett bekenve, hogy a gáz sehol se szökhessen meg. 11.ábra. A kész elektrolizáló (a tartály nélkül) Az elektródákat először horganyzott vaslemezből készítettük el, gondolván, hogy ez alatt a kísérletsor alatt nem fog velük semmi sem történni. Nos, ha csak a vízben álltak volna a lemezek, akkor biztosan nem is, de az elektrolízis során már az első pár másodperc után valamilyen sárgás- 409

410 barnás anyag kezdett megjelenni a vízben. Először azt gondoltuk, hogy a víz nem tiszta vagy hogy a lemezek felülete lehet olajos, ezért alaposan letisztítottuk a lemezeket. Sajnos nem csak ez volt a gond. Az elektródalemezek léptek reakcióba a vízzel az elektromos áram hatására, s a reakció által kivált anyagok belekerültek a vízbe. Ez azt eredményezte, hogy már pár perces elektrolízis után is valamilyen barnás-zöldes habos anyag alakult ki a víz felszínén, de legalább két-három centiméter vastagságban, ami aztán az elektródalemezek közé kerülve megváltoztatta a víz ellenállását. Ezt a változást az árammérő egyértelműen mutatta. De a változás nem lineáris volt, hanem először lecsökkent 3 amperről 2 amperra, majd ismét elkezdett emelkedni egészen 5,5 amperig, mindezt folyamatos elektrolizálás mellett körülbelül 15 perces időintervallumban. Ezt azzal lehet magyarázni, hogy az elektródák felületéről kiváló anyag először akadályozta az elektronok áramlását, majd kicsivel később valamilyen más anyag vált ki, ami viszont megnövelte a víz vezetőképességét. De mivel a gáztermelés nem növekedett, ez a feleslegesen nagy áram jelentősen lerontotta az elektrolízis hatásfokát. A következő ábrán jól látszik, hogy már egy-két perces elektrolízis hatására is az anódon megjelenő oxigén nagyon gyorsan elkezdte korrodálni a lemezek széleit és a csatlakozókat. Minden második réz csatlakozó (vagyis az anód, ahol az oxigén vált ki) kékes színű lett a rézoxidtól. Ezért nagyon fontos, hogy a csatlakozásokat is befedjük valamivel, például festékkel vagy lakkal. 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

411 12b.ábra. Saválló lemezek ugyanannyi használat után A helyes megoldás tehát saválló lemezek használata. Ezt tettük mi is. A kísérletekhez szükséges saválló lemezeket egyik ismerősöm adta, így erre se kellett költeni. A saválló lemezek használata esetén azonban ismét megjelent az a sárgás-barnás massza, ami aztán eltömte az elektródák közötti réseket. Végül rájöttünk, hogy a problémát a vízben feloldott asztali só jódtartalma okozhatta. A só megnövelte a víz vezetőképességét, tehát ugyanannyi cella esetén több áram folyhatott át a cellákon, így több gáz is keletkezett, de nem annyiszor több, mint amennyit az áramnövekedéstől elvárhattunk volna. Ezt valószínűleg az okozhatta (részben), hogy a nagyobb elektromos áramot a sóból kiváló jód ionok okozták, amik viszont nem növelték a víz lebontását. Végül is a só elhagyása mellett döntöttünk, helyette NaOH-t használtunk, amit a Fénykapu egyik olvasója, Laci adott, aki az egyik nap meglátogatott és megmutatta saját eredményeit. Erről azonban majd még később bővebben írok. A NaOH használata azt eredményezte, hogy a víz tiszta maradt az elektrolízis során és a saválló lemezek is tiszták, rozsdamentesek maradtak. Az igazi mérések tulajdonképpen csak ezután kezdődhettek, mivel így már a teljes elektrolízis során viszonylag állandó volt az áram és a különböző kísérletek előtt nem kellett szétszedni a lemezeket, hogy megtisztítsuk őket és vizet se kellett cserélni minden alkalommal. Tehát az elektrolízis folyamata stabilizálódott. Ekkorra azonban már csak 3 napom maradt a szabadságomból arra, hogy elvégezzem a betervezett kísérleteket, de ez a három nap is sok hasznos és érdekes információt nyújtott, ami további kísérletek forrása lehet számodra. Mérések A kísérletek során a következő mérőeszközöket használtuk: oszcilloszkópot multimétert frekvenciamérőt gázmennyiség-mérőt nyomásmérőt stopperórát A gázmennyiség mérését a Naudin féle módszerrel oldottuk meg: egy félliteres üdítős palackot és egy fagylaltos edényt alkalmaztunk. 411

412 A gázmennyiség mérése 13a.ábra. A mérés kezdete 13b.ábra. A mérés vége Mint a 13a. és 13b.ábrákból láthatod, 100 ml-nyi gáz kiszorításakor a vízszint láthatóan lecsökkent. A nyomásmérő egy viszonylag "érzékeny" példány volt, de még így is túl kicsi volt a nyomás ahhoz, hogy 100 ml-nyi gáztermelést hatékonyan kimutasson. Akkor láttunk nyomást rajta, mikor elszorítottuk a gázkivezető csövet. Az áramot digitális multiméterrel mértük. Erről itt olvashatsz bővebben. Árammérési célra nem alkalmas az itt bemutatott elektronikánál a kimenő FET-ek 's' lábára kötött 20 db ellenállás, mivel azok párhuzamosan vannak kötve a FET driver IC-vel, s az ott folyó áramok eltorzítják a mérés eredményét. Ezt a gyakorlatban is tapasztaltuk, mivel a próbamérés során az árammérő 1,3 A-t mutatott, míg az ellenállásokon mért feszültség alapján számolt áram 74 A volt. Ez hatalmas eltérés. Tehát mindenképpen olyan ellenállást használj, ami nincs párhuzamosan kötve semmivel. Kísérletek A kísérleteket nem mindig abban a sorrendben lettek elvégezve, ahogy itt olvashatod őket, de mivel így logikusak, ezért itt ebben a sorrendben szerepelnek. Ahol nincs külön jelölve, ott a cellák elektródáinak a távolsága 1 mm, az elektródák függőlegesek, az impulzusok kitöltési tényezője 83,3%, a frekvenciája 43,2 khz, az elektrolit hőmérséklete pedig 25 C. 412

413 1.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy a csapvíz és az esővíz hogyan vezetik az áramot, és ez a tulajdonságuk hogyan változik, ha sót rakunk a vízbe. 8 sorbakötött cellát (azaz kilenc elektródalemezt) használtunk minden esetben. A sózott víz esetében egy liter vízbe egy kiskanálnyi só lett öntve. Mint azt már korábban említettük (lásd itt), Faraday törvénye szerint 1 A/perc egyenárammal 10,45375 ml/perc gázt tudunk előállítani. Ennek alapján számoltam ki az elektrolízis hatásfokát. Az itt feltüntetett áramok azt a stabilizált értéket mutatják, amit az elektrolízis elindítása után 3-5 másodperccel kaptunk. Az induláskor azonban a táblázatban feltűntetett áramoknál ma-ral nagyobb áramot mérhetünk. Ez annak tudható be, hogy a cellák olyanok, mint a kondenzátorok. A kondenzátorok a bekapcsolás pillanatában rövidzárként működnek, majd a töltődés során egyre növekszik az ellenállásuk, végül eléri a végtelent. Mivel az elektrolizáló cellákban víz a "szigetelő", annak a magas vezetőképessége miatt a bekapcsolás pillanatában nem nulla az ellenállása, a feltöltődés után pedig nem végtelen. Ennek ellenére ez a töltődési effektus megfigyelhető. Víz Sózott Áram Mért gáz Egységnyi gáz Hatásfok Csapvíz Nem 0,08 A 10 ml/6 perc 20,83 ml/perc/amper 31,1 % Csapvíz Igen 1,35 A 100 ml/6 perc 12,34 ml/perc/amper 18,4 % Esővíz Nem 0,03 A 10 ml/4 perc 83,33 ml/perc/amper 124,6 % Esővíz Igen 1,05 A 100 ml/9 perc 10,58 ml/perc/amper 15,8 % 2.táblázat. A víz minőségének hatása az elektrolízisre Mint a táblázatból is kitűnik, a legjobb hatásfokot a tiszta esővízzel értük el. Ennek az a magyarázata, hogy az esővízben jóval kevesebb az ásványi anyag, mint a közönséges csapvízben, így az áram szinte összes elektronja csak a vízmolekulákkal lép kapcsolatba. Ez ugyan kisebb vezetőképességet eredményez a vízben, ami azt jelenti, hogy több cellát kell alkalmaznunk, hogy elérjük a szükséges gázmennyiséget, de az elektrolizáló hatásfoka jelentősen javul. Az esővíz tisztasága megközelíti a desztillált vízét, ez nagyon jól látszik a hatásfokból is. A további kísérleteknél a sót és a csapvizet elhagytuk és csak esővíz és NaOH keverékét használtuk. 2.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek közötti távolság hogyan befolyásolja az áramerősséget és a keletkezett gázok mennyiségét. A 2 mm-es elektródák közötti távolságot egy tömítő gyűrűvel oldottuk meg, melyet az elektródákat tartó csavarra húztunk. Az 1 mm-es távolság esetében azonban ez már nem volt járható út, mivel 413

414 nem voltak a lemezek tökéletesen síkok, így valamelyik sarkuk vagy a szélük hozzáért a másik lemezhez. Ezért az 1 mm-es távot úgy biztosítottuk, hogy 4 db 2mm*2mm-es méretű és 1 mm szélességű műanyag lemezkéket ragasztottunk az egyik lemez négy sarkához. Ahol erre szükség volt, ott az élekhez közel is ragasztottunk egy-egy kis távtartót. Mivel az is cél volt, hogy bármikor szétszedhessük a lemezeket, ezért csak az egyik lemezre ragasztottuk fel a távtartókat. Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. Távolság Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 2 mm 4,00 A 2:40 perc 37,5 ml/perc 9,37 ml/perc/amper 14,0 % 1 mm 4,75 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 10,52 ml/perc/amper 15,7 % 3.táblázat. Az elektródák távolságának hatása az elektrolízisre Mint a 3.táblázat mutatja, a kisebb elektródatávolság nagyobb áramot, több gázt és jobb hatásfokot eredményezett. A továbbiakban minden kísérletet 1 mm-es elektródatávolságokkal végeztünk. 3.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen hatása van a polaritás megváltoztatásának az elektrolízis hatásfokára. Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. Polaritás Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok + - 4,80 A 2:05 perc 48,0 ml/perc 10,00 ml/perc/amper 14,9 % - + 4,75 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 10,52 ml/perc/amper 15,7 % 4.táblázat. A polaritás hatása az elektrolízisre Mint a 4.táblázat mutatja, a polaritásnak szintén van hatása az elektrolízis hatásfokára. Itt csak egy elektródapár esetében vizsgáltuk a polaritás hatását és 0,8 %-os hatásfokkülönbséget tapasztaltunk. A 9.kísérletben azonban látni fogjuk, hogy nagyon fontos, hogyan kapcsolunk össze több elektródát és hogy milyen a polaritás. Mikor ellenállásmérővel próbáltam meghatározni a víz ellenállását, azt tapasztaltam, hogy az állandóan változik, méghozzá a mérőtüskék egyik irányba történő kapcsolása esetén fokozatosan növekedett, a tüskék megcserélésével pedig fokozatosan csökkent az ellenállás. Ez is azt mutatta, hogy a víz az elektródalemezekkel együtt a kondenzátorra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik. 4.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek helyzete hogyan befolyásolja az áramerősséget és a keletkezett gázok mennyiségét. 414

415 Ennél a kísérletnél 2*4 db cellát használtunk a következő kapcsolásban: 14.ábra. 2 db 4-es cellasor párhuzamosan összekapcsolva Egy liter esővízhez 100 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. Helyzet Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok Vízsz. 2,46 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 10,52 ml/perc/amper 15,7 % Függől. 1,98 A 1:30 perc 66,6 ml/perc 25,25 ml/perc/amper 37,7 % 5.táblázat. Az elektródák helyzetének hatása az elektrolízisre Mint az 5.táblázat mutatja, a függőleges helyzetben a gázok könnyebben elhagyják az elektródák felületét, ami viszont 2,4-szer jobb hatásfokot biztosít. Nagyon jelentős a különbség. Ebben a kísérletben már több mint egy cellát használtunk. Az optimális cellaszámot azonban a következő 5.kísérletben állapítjuk majd meg, az optimális cellakapcsolásokat pedig a 9.kísérletben. 5.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy melyik az az optimális cellaszám, amit sorbakapcsolva a maximális gáztermelést érhetjük el minimális áramerősség mellett. Egy liter esővízhez 180 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. Sor Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1 cella 4,75 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 10,52 ml/perc/amper 15,7 % 2 cella 3,36 A 1:35 perc 63,1 ml/perc 18,79 ml/perc/amper 28,1 % 3 cella 2,10 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 23,81 ml/perc/amper 35,6 % 4 cella 1,74 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 28,73 ml/perc/amper 42,9 % 5 cella 1,30 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 27,97 ml/perc/amper 41,8 % 6 cella 0,92 A 4:00 perc 25,0 ml/perc 27,17 ml/perc/amper 40,6 % 8 cella 0,66 A 8:00 perc 12,5 ml/perc 18,93 ml/perc/amper 28,3 % 6.táblázat. A sorbakapcsolt elektródák hatása az elektrolízisre 415

416 15.ábra. A 6.táblázat grafikus ábrázolása Mint a 6.táblázat mutatja, a cellák sorbakapcsolása javítja az elektrolízis hatásfokát, de csak egy darabig. Az optimális sorbakötött cellák száma tehát 4. A későbbiekben már ezt a kombinációt használjuk mindenütt. Azt is megfigyelhettük, hogy a cellaszám növekedésével a fejlődő gázbuborékok mérete egyre csökkent. Egy cella esetén a buborékok átmérője 2-4 mm volt, míg 4 sorbakapcsolt cellánál csak 0,5-1 mm. A buborékok mérete viszont egyenes arányban állt a víz szennyeződésével. Minél nagyobbak voltak a buborékok, az elektrolit annál sárgább, annál habosabb lett. Négy cella esetén azonban ezt a szennyeződést már szinte észre se lehetett venni. Az áram ingadozása is csökkent a sorbakapcsolt cellák számának növekedésével. Míg egy cella esetén az áramingadozás 300 ma (6,3%) volt, addig négy cellánál már csak 20 ma (1,0 %). 6.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen töménységű elektrolitban fejlődik maximális gázmennyiség minimális áramerősség mellett. Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Az elektrolit töménységét úgy változtattuk, hogy egy liter esővízhez adott mennyiségű 15%-os NaOH oldatot adtunk. Az adagolást 5 ml-es injekciós tűvel végeztük a pontos mérések érdekében. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. NaOH Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 416

417 0 ml 0,02 A 120 perc 0,8 ml/perc 41,66 ml/perc/amper 62,3 % 80 ml 0,63 A 4:15 perc 23,5 ml/perc 37,34 ml/perc/amper 55,8 % 90 ml 0,75 A 4:00 perc 25,0 ml/perc 33,33 ml/perc/amper 49,8 % 100 ml 0,87 A 3:25 perc 29,3 ml/perc 33,64 ml/perc/amper 50,3 % 110 ml 1,04 A 2:55 perc 34,3 ml/perc 32,96 ml/perc/amper 49,3 % 120 ml 1,18 A 3:00 perc 33,3 ml/perc 28,24 ml/perc/amper 42,2 % 130 ml 1,34 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 27,13 ml/perc/amper 40,6 % 180 ml 1,73 A 2:00 perc 50,0 ml/perc 28,73 ml/perc/amper 42,9 % 7.táblázat. Az elektrolit töménységének hatása az elektrolízisre Megjegyzés: A tiszta esővíznél nem vártuk ki a 120 percet, hanem csak addig vártunk, amíg 10 ml gáz fejlődött. Ez 12 percet vett igénybe, amit aztán megszoroztunk még 10-zel, így jött ki a 120 perc. Mint a 7.táblázat mutatja, az elektrolit töménységének növekedésével egyre romlott az elektrolízis hatásfoka, de a gáz egyre gyorsabban fejlődött. Az optimális érték ml NaOH oldat esetében látható, amikor már viszonylag gyorsan termelődnek a gázok, de az áramfelhasználás még nem annyira jelentős. Mivel azonban 110 ml NaOH esetében a percenkénti gáztermelés nagyobb, így ezt a koncentrációt alkalmaztuk a további kísérleteknél is. Érdemes egy kicsit elidőzni ennél a kísérletnél. Azt láthatjuk, hogy a NaOH adagolásával nem mindig arányosan változik a víz vezetőképessége. Azt is megfigyelhetjük, hogy a vezetőképességgel sem arányosan változik a gáztermelés és az is látszik, hogy az elektrolízis hatásfoka csökken a vezetőképesség növekedésével, de ez a folyamat sem lineáris. Azt az első látásra meglepő tényt, hogy a víz vezetőképességével az elektrolízis hatásfoka romlik, azzal lehet magyarázni, hogy nagyobb vezetőképesség esetén nő a gáztermelés, ezek a gázbuborékok viszont szigetelőként szerepelnek a két elektróda között, míg nem sikerül felemelkedniük a víz fölé. Ez viszont rontja a hatásfokot. Az ideális vezetőképességet aszerint választhatjuk meg, hogy még ne legyen alacsony az elektrolízis hatásfoka, még ne tartson túl sokáig egységnyi gáz előállítása, még ne legyen túl sok az elektródalemezek száma és még ne legyen túl sok a NaOH, amit a boltban kell megvenni. Ezen feltételek szemelőt tartásával lett kiválasztva a 110 ml 15 %-os NaOH egy liter vízben. 7.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen frekvencián fejlődik maximális gázmennyiség minimális áramerősség mellett. 417

418 Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. Frekv. Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1,2 khz 1,64 A 3:45 perc 26,6 ml/perc 16,26 ml/perc/amper 24,3 % 2,4 khz 1,58 A 4:00 perc 25,0 ml/perc 15,82 ml/perc/amper 23,6 % 3,7 khz 1,62 A 3:30 perc 28,6 ml/perc 17,63 ml/perc/amper 26,4 % 7,1 khz 1,62 A 3:20 perc 30,0 ml/perc 18,51 ml/perc/amper 27,7 % 12,3 khz 1,50 A 3:15 perc 30,8 ml/perc 20,51 ml/perc/amper 30,7 % 18,0 khz 1,42 A 3:05 perc 32,4 ml/perc 22,83 ml/perc/amper 34,1 % 23,5 khz 1,35 A 3:05 perc 32,4 ml/perc 24,02 ml/perc/amper 35,9 % 38,5 khz 1,15 A 2:55 perc 34,3 ml/perc 29,81 ml/perc/amper 44,6 % 42,5 khz 1,12 A 2:40 perc 37,5 ml/perc 33,48 ml/perc/amper 50,0 % 46,3 khz 1,12 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 32,46 ml/perc/amper 48,5 % 55,5 khz 1,10 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 33,05 ml/perc/amper 49,4 % 65,5 khz 1,06 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 34,31 ml/perc/amper 51,3 % 73,6 khz 1,07 A 2:35 perc 38,7 ml/perc 36,17 ml/perc/amper 54,1 % 8.táblázat. Az impulzusok frekvenciájának hatása az elektrolízisre 16.ábra. A 8.táblázat grafikus ábrázolása 418

419 Mint a 8.táblázat mutatja, az elektrolízis hatásfoka a frekvencia növekedésével folyamatosan javult. 42,5 khz-en, vagyis a tiszta víz rezonanciafrekvenciáján láthatunk egy kis csúcsot, de az ideiglenes hanyatlást újabb emelkedés követtette, sőt 73,6 khz-en már meg is haladta a hatásfok a 42,5 khz-en mért 50 %-os értéket. Az a tény, hogy a hatásfok a víz rezonanciafrekvenciájától eltérő frekvenciákon magasabb volt, mint magán a rezonanciafrekvencián azzal magyarázható, hogy itt egy elektrolitról van szó, nem pedig tiszta vízről. Sajnos a jelgenerátor csak 73,6 khz-ig tudott impulzusokat előállítani, de mint a 16.ábrán is látszik, valószínűleg még növelhetjük a hatásfokot a frekvencia további növelésével. Amennyiben van rá lehetőséged, úgy végezd el Te is ezt a kísérletet magasabb frekvenciákon és oszd meg a Fénykapu olvasóival az eredményeidet. Egy másik érdekesség, amit itt meg kell említenünk, az az, hogy a 8.táblázatban feltüntetett frekvenciaértékek az NE555-ös IC 3.lábán lettek mérve. De megmértük a frekvenciát az IRFP064N FET 'g' lábán (vagyis a bemenetén) is és az elektrolizáló készülék bemenetén is, azaz a FET 'd' lábán és azt tapasztaltuk, hogy ezek a frekvenciák eltérnek egymástól. Az elektrolizáló bemenetén már csak átlagfrekvenciát tudtunk mérni, mivel ott állandóan változott a frekvencia, hol kisebb, hol nagyobb lett, attól függően, hogy a vízmolekulák éppen milyen frekvenciára hangolódtak rá. A frekvenciamérő másodpercenként vett mintát és minden egyes alkalommal hol kisebb, hol nagyobb értéket mutatott, de ez az ingadozás viszonylag "stabil" volt. Mérőpontok: Frekv.1 : NE555-ös IC 3.lábán Frekv.2 : IRFP064N FET 'g' lábán (a FET bemenetén) Frekv.3 : IRFP064N FET 'd' lábán (a FET kimenetén) Frekv.1 Frekv.2 Frekv.3 Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1,2 khz 1,1 khz 1,4 khz 26,6 ml/perc 16,26 ml/perc/amper 24,3 % 2,4 khz 2,1 khz 2,7 khz 25,0 ml/perc 15,82 ml/perc/amper 23,6 % 3,7 khz 3,2 khz 3,9 khz 28,6 ml/perc 17,63 ml/perc/amper 26,4 % 7,1 khz 6,1 khz 6,7 khz 30,0 ml/perc 18,51 ml/perc/amper 27,7 % 12,3 khz 10,3 khz 11,5 khz 30,8 ml/perc 20,51 ml/perc/amper 30,7 % 18,0 khz 15,1 khz 17,0 khz 32,4 ml/perc 22,83 ml/perc/amper 34,1 % 23,5 khz 19,7 khz 22,6 khz 32,4 ml/perc 24,02 ml/perc/amper 35,9 % 38,5 khz 31,3 khz 37,2 khz 34,3 ml/perc 29,81 ml/perc/amper 44,6 % 42,5 khz 35,6 khz 35,5 khz 37,5 ml/perc 33,48 ml/perc/amper 50,0 % 46,3 khz 38,3 khz 39,3 khz 36,4 ml/perc 32,46 ml/perc/amper 48,5 % 55,5 khz 31,4 khz 49,6 khz 36,4 ml/perc 33,05 ml/perc/amper 49,4 % 65,5 khz 28,3 khz 56,2 khz 36,4 ml/perc 34,31 ml/perc/amper 51,3 % 419

420 73,6 khz 34,8 khz 64,3 khz 38,7 ml/perc 36,17 ml/perc/amper 54,1 % 9.táblázat. Az impulzusok frekvenciája különböző mérőpontokon Mint a 9.táblázat mutatja, az elektrolizáló bemenetén mért frekvencia, akárcsak a meghajtó FET-ek bemenetén mért érték néhány esetben jelentősen eltér a jelgenerátor frekvenciájától. Ennek az az oka, hogy az elektrolit nem közönséges ohmos ellenállás, hanem reaktív elem, mely a feltételektől függően (töménység, hőmérséklet, frekvencia stb.) nagyon is egyedien reagál az egyes frekvenciaértékekre. 8.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy adott frekvencián az impulzusok kitöltési tényezője arányosan változtatja-e a fejlődő gázok mennyiségét. Négy sorbakapcsolt cellát (azaz 5 db elektródalemezt) használtunk. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 khz. Kitöltés Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 44,4 % 0,52 A 5:05 perc 19,7 ml/perc 37,83 ml/perc/amper 56,6 % 83,3 % 1,10 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 33,05 ml/perc/amper 49,4 % 10.táblázat. Az impulzusok kitöltési tényezőjének hatása az elektrolízisre Ha a 36,4 ml/perc gázmennyiség 83,3 %-os kitöltési tényező mellett volt tapasztalható, akkor 44,4 %-nál az elméletileg elvárt fejlődő gázmennyiség: elméleti_gáz = ( 44,4 * 36,4 ) / 83,3 = 19,42 ml/perc. Ez az elméleti 19,42 ml/perc érték viszonylag közel van a mért 19,7 ml/perc-hez. Ebből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy az impulzus-kitöltési tényező és a fejlődő gázok között szoros és egyenesen arányos kapcsolat van. Egy másik megfigyelés, hogy a gázfejlődés mennyisége azonnal változott, ahogy a kitöltési tényezőt változtattuk és az elektrolízis indulásakor azonnal beindult a gáztermelés, az áram lekapcsolásakor pedig az azonnal megszűnt. Mindez azt is jelenti, hogy az autónk sebességét gyorsan tudjuk majd szabályozni. Az is igaz viszont, hogy a fejlődő gázmennyiség változása nem vonja maga után a gáztérben uralkodó nyomás azonnali változását, ha viszont figyelembe vesszük, hogy mindig csak annyi gázt állítunk elő, amit azonnal fel is használunk, akkor viszont meg van rá az esély, hogy az impulzusszélesség megváltoztatását 1-2 tized másodperc alatt követi a motor fordulatszámának a változása is. Ezt biztosan azonban csak akkor tudhatjuk meg, ha már hozzákapcsoltuk az elektrolizálót az autóhoz. Még egy érdekes dolog. Mint láttuk, a hatásfok jobb volt a kisebb impulzusszélességnél, mint a nagyobbnál. Ezt valószínűleg az elméleti áramfelvételtől kisebb áramnak köszönhetjük: 420

421 elméleti_áram = ( 44,4 * 1,10 ) / 83,3 = 0,58 A. szemben a mért 0,52A-ral. A 0,58A és a 0,52A között a különbség 10,5 %, ami elég jelentős. Ahhoz, hogy ezt pontosabban meg tudjuk határozni, nagyobb áramok és következésképpen több cella kellene, de ez igencsak arra emlékeztet, amit Kanarev professzor állít, vagyis hogy ha feltöltjük az elektrolizálót, akkor már csak kis impulzusok szükségesek ennek a töltésnek a fenntartására (lásd itt). Lehet, hogy azért kellett 60 ma-ral, azaz 10,5 %-kal kevesebb áram, mert az energiakülönbözetet maga az elektrolizáló adta ingyenenergia formájában? Sajnos az adott kapcsolás csak minimum 44,4%-os kitöltési tényezőt tudott előállítani. Érdekes volna viszont elvégezni egy méréssorozatot, melyben 1%-tól 99%-ig változtatnánk a kitöltési tényezőt és a hatásfokot kiszámolnánk minden mérés után. Lehet, hogy azt kapnánk, hogy mondjuk 10 és 50%-os kitöltési tényező mellett akár 15-20%-kal is le tudnánk csökkenteni az áramfogyasztást, vagy talán még ennél is jobban. Ha van kedved és lehetőséged hozzá, akkor arra kérnélek, hogy végezd el ezt a méréssorozatot és közöld a Fénykapu olvasóival az eredményeket. 9.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen módon kapcsolhatunk össze két vagy több cellasort a maximális gáztermelés és minimális áramfogyasztás érdekében. 17.ábra. A 11. táblázat kísérleteinek kapcsolásai Egyszer négy, kétszer négy majd pedig négyszer négy közvetlenül sorbakapcsolt cellát használtunk. Egy liter esővízhez 130 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 khz. Kapcs. Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1*4 cella 1,34 A 2:45 perc 36,4 ml/perc 27,13 ml/perc/amper 40,6 % 2*4 cella 2,92 A 1:16 perc 78,9 ml/perc 27,04 ml/perc/amper 40,4 % 4*4 cella 3,77 A 3:25 perc 29,3 ml/perc 7,76 ml/perc/amper 11,6 % 11.táblázat. A cellák különböző számú összekapcsolásának hatása az elektrolízisre A 11.táblázat eredményei nem túl vigasztalóak. Az 1*4 cellás és 2*4 cellás kapcsolás még nagyjából azt tükrözi, amit vártunk, tehát az áramfogyasztás és vele együtt a gáztermelés megduplázódott, bár nem pontosan, mivel a 2 db négycellás sor nem volt teljesen egyforma, a 421

422 lemezek közti távolságban bizonyos kis eltérések voltak. A 4*4 cellasornál azonban az eredmény egyáltalán nem az volt, amit vártunk. Ahelyett, hogy megnégyszereződött volna a gáztermelés, még kisebb is lett, mint az 1*4 cella esetén, az áramfelhasználás viszont megnőtt, ami rendkívül lerontotta a hatásfokot. Először arra gondoltunk, hogy talán több cellasor összekapcsolása esetén növelni kell az elektrolit NaOH tartalmát. Ezt mutatja be a 12. táblázat. Négyszer négy közvetlenül sorbakapcsolt cellát (azaz 17 db elektródalemezt) használtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 khz. NaOH Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 130 ml 3,77 A 3:25 perc 29,3 ml/perc 7,76 ml/perc/amper 11,6 % 140 ml 3,92 A 1:45 perc 57,1 ml/perc 14,57 ml/perc/amper 21,8 % 150 ml 3,98 A 1:10 perc 85,7 ml/perc 21,53 ml/perc/amper 32,2 % 160 ml 4,11 A 1:20 perc 75,0 ml/perc 18,25 ml/perc/amper 27,3 % 170 ml 4,20 A 1:10 perc 85,7 ml/perc 20,41 ml/perc/amper 30,5 % 180 ml 4,31 A 1:10 perc 85,7 ml/perc 19,88 ml/perc/amper 29,7 % 12.táblázat. Az elektrolit NaOH tartalmának növelése az elektrolízis hatásfokára Mint a 12.táblázat mutatja, az elektrolit NaOH tartalma csak részleges segítséget hozott, de a legjobb gáztermelés is, melyet 150 ml NaOH esetén tapasztaltunk, csak a fele volt a vártnak. Utána hiába növeltük a koncentrációt, az csak a hatásfokot rontotta. De akkor mi lehetett a baj? Szerintünk az egyes cellasorok között folyó áramok - lévén, hogy az elektrolit különböző szakaszain egymással ellentétes irányba folytak - egymás ellen dolgoztak. A megoldásnak tehát az látszott, hogy minden cellasort külön edénybe kell tenni, így azok elektromosan elszigetelve lesznek egymástól. Ez viszont nagyon megnehezítette volna az autó meghajtásához szükséges gázmennyiség előállítását. Aztán este jött az Isteni szikra. Mi lenne, ha csak az elektródasorokat szigetelnénk el egymástól? Így is tettünk. Levágtunk egy akkora műanyag lemezt, ami a két szomszédos elektródát jól eltakarta egymástól, de alul a víz, felül pedig a gáz közösített volt. Ezt mutatja be a következő ábra. 18.ábra. A cellasorok elválasztása szigetelő lemezzel A V1, V2, V3 és V4 a vezetékeket jelölik. Ami az egészben érdekes, az az, hogy ezeknek a vezetékeknek a különböző kombinációkban történő összekapcsolása és a polaritás megváltoztatása jelentős különbségeket produkál a gáztermelésben és az áramfelvételben. 422

423 A következő táblázatban ezeket a kombinációkat láthatod. A V13+ például azt jelenti, hogy a V1 és V3 lábakat a pozitív kapocsra, a V2 és V4 lábakat pedig a negatívra kapcsoltuk. Kétszer négy sorbakapcsolt cellát (azaz 2 * 5 db elektródalemezt) használtunk, köztük egy darab szigetelő műanyag lemezt. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 khz. Kombin. Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok V13-1,65 A 2:30 perc 40,0 ml/perc 24,24 ml/perc/amper 36,2 % V23-2,03 A 1:25 perc 70,6 ml/perc 34,77 ml/perc/amper 52,0 % V23+ 1,71 A 1:40 perc 60,0 ml/perc 35,08 ml/perc/amper 52,4 % V13+ 2,20 A 1:15 perc 80,0 ml/perc 36,36 ml/perc/amper 54,4 % 13.táblázat. A szigetelőlemezzel elválasztott cellasorok különböző kombinációi és azok hatása az elektrolízis hatásfokára Mint a 13.táblázat mutatja, a legjobb hatásfokot akkor értük el, mikor a V1 és V3 lábakat a pozitív kapocsra, a V2 és V4 lábakat pedig a negatívra kapcsoltuk. A V13+ kombináció egyébként pontosan azt az eredményt adta, amit elvártunk, tehát az áram is és a percenkénti gáztermelés is pontosan megduplázódott. Ha összehasonlítjuk a 10.táblázat második sorával, akkor ez a duplázódás pontosan látszik, a hatásfok pedig még javult is. Azt is érdemes megfigyelni, hogy a legrosszabb eredményt viszont akkor értük el, mikor ebben a kombinációban felcseréltük a pólusokat (V13-). Ez azt jelenti, hogy amikor összekapcsoljuk párhuzamosan a megfelelő számú cellasort, akkor próbáljuk ki mind a kétféle polaritással is a gáztermelést, és a jobb eredményként kapott polaritást használjuk. 10.kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy milyen hatása van az elektrolit hőmérsékletének a gáztermelésre és az áramfogyasztásra. Ezt a kísérletet már csak nagyon "kutyafuttában" tudtuk elvégezni, mivel már késő délután volt és még a bőröndömet össze se pakoltam. Annyira volt idő, hogy felmelegítettünk egy liter 110 ml NaOH-t tartalmazó elektrolitot olyan 70 C-ra és megmértük a gáztermelést. Kétszer négy sorbakapcsolt cellát (azaz 2 * 5 db elektródalemezt) használtunk, köztük egy darab szigetelő műanyag lemezt. Egy liter esővízhez 110 ml 15%-os NaOH oldatot adtunk. A mért gáz minden esetben 100 ml volt. A frekvencia 56,2 khz, a kapcsolás V13+ kombinációjú. Hőmérs. Áram 100 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 25 C 2,20 A 1:15 perc 80,0 ml/perc 36,36 ml/perc/amper 54,4 % 70 C 2,56 A 1:20 perc 75,0 ml/perc 29,29 ml/perc/amper 43,8 % 423

424 14.táblázat. A hőmérséklet hatása az elektrolízis hatásfokára A 14.táblázat eredménye meglepő. A hőmérséklet növekedésével az áram ugyan megnőtt, ami várható is volt a vízmolekulák magasabb energiaszintre történő ugrásának a következtében, a gáztermelés viszont csökkent és több időre volt szükség 100 ml-nyi gázfejlődéshez. Ez ahhoz hasonlít, amit a 6.kísérletnél is tapasztaltunk, vagyis az elektrolit NaOH tartalmának növekedésével a vezetőképesség ugyan megnőtt, de az elektrolízis hatásfoka lecsökkent. Azonban ahhoz, hogy egyértelmű következtetéseket vonhassunk le a hőmérséklet elektrolízisre gyakorolt hatásáról, arra van szükség, hogy mondjuk 10 C-onként megnöveljük az elektrolit hőmérsékletét és mindegyik esetben megmérjük az áramfelvételt és a gáztermelést. Ha van kedved és lehetőséged hozzá, akkor arra kérnélek, hogy végezd el ezt a méréssorozatot és közöld a Fénykapu olvasóival az eredményeket. Még egy megjegyzés: Az elektrolízis megkezdésekor az elektrolit hőmérséklete 20 C körül volt méréssor, azaz ml gázfejlesztés után viszont már felmelegedett olyan C-ra. Az elektrolit áramoltatásával viszont a hőmérsékletet valószínűleg állandó értéken tarthatjuk. De ezt is a gyakorlat mutatja majd meg. Összegzés A fenti 10 kísérletből a következő következtetéseket vonhatjuk le: az elektródákat mindenképpen saválló lemezből kell készíteni az ideális elektródatávolság 1 mm (vagy még kisebb, bár ezt már nehéz a gyakorlatban kivitelezni) az elektrolit, mint dipólus különbözőképpen reagál, ha megcseréljük az elektródák polaritását az elektródák függőleges elhelyezése sokkal jobb hatásfokot biztosít, mint a vízszintes elhelyezés az ideális áram/gáztermelés arányt négy sorbakötött cella esetén érhetjük el az elektrolit ideális töménységét úgy érjük el, hogy 1 liter esővízhez 110 ml 15 %-os NaOH oldatot adunk az impulzusok ideális frekvenciája 73 khz felett található, de a víz 42,5 khz-es rezonanciafrekvenciáján is találtunk egy csúcsot az elektrolit rezonanciafrekvenciája állandóan változott bizonyos határértékek között az impulzus kitöltési tényezőjével egyenesen arányos a gázfejlődés az impulzus kitöltési tényezőjének csökkenésével nő az elektrolízis hatásfoka több 4-es cellasor összekapcsolásánál az ideális kapcsolás V13+ a hőmérséklet növekedése rontja a hatásfokot az elektrolit ha gyengén is, de szennyeződik az elektrolízis során, ezért mindenképpen meg kell oldani az elektrolit folyamatos áramoltatását és közben a szűrését 424

425 19.ábra. Az elektrolizáló műküdés közben A 19.ábrán a buborékképződést szerettük volna bemutatni, de a felvétel nem igazán sikerült. Mindenesetre látható a vízszint, halványan az 5-5 elektródalemez valamint a köztük lévő szigetelő lemez. Áramgenerátor A kísérletekből kitűnik, hogy a szükséges gázmennyiség előállításához viszonylag nagy áramerősségre van szükségünk. De honnét "szerezzük" ezt be? A legegyszerűbb megoldás, ha az autóba beszerelünk még egy generátort. Ennek a gyakorlati megvalósításáról megkérdeztem egy autószerelő ismerősömet, aki elmondta, hogy ez teljességgel kivitelezhető, olyannyira, hogy ő már régebben csinált is ilyent. Azt mondta, csak arra kell ügyelnünk, hogy a generátor tartóvasait a motorházra hegesszük, ne a vázra, mivel együtt kell mozognia a motorral. Azt is elmondta, hogy valamilyen oknál fogva a CO hegesztővel jobb a motorblokkot hegeszteni, mint a villamoshegesztővel. Arra a kérdésemre, hogy hogyan jobb felrakni a kiegészítő generátort, a már meglévő generátor szíjához vagy külön szíjmeghajtással, azt felelte, hogy tulajdonképpen mindegy, mind a kettő megoldható, akár külön szíjjal, amihez lehet kapni kettős szíjtárcsát, akár a meglévő szíjra, de mégiscsak jobb, ha külön szíjat használunk, mert akkor szabadabban lehet állítani például a szíjfeszességet. De elsősorban azt kell megnézni, hogy az adott autónál mekkora szabad hely van és aszerint melyik kialakítás az előnyösebb. 425

426 Mint elmondta, a generátorok ára autótípusoktól és teljesítménytől függően Ft és Ft körül van, de az autóbontókban kaphatunk már Ft-ért is. Szerintem ez nem is olyan vészes! Mekkora maximális áramot ad le egy generátor? Ez típustól függően változik, 40 és 90 A körüli áramot tudnak leadni, de ezt csak a maximális, általában 5000/perces fordulatszámon. Ha kiválasztunk egy 90 amperes generátort (pl. a Seat Ibizának van ilyen), akkor 4000/perces fordulatszámon a generátor árama ( 90 / 5000 ) * 4000 = 72 A. Ezt a kiegészítő áramgenerátort azonban ne kössük párhuzamosan az autónk beépített generátorával. Az egyik Olvasó, Gyula a következőket írta erről: "Két generátort ne kössetek párhuzamosan, hacsak nem teljesen egyformák, ugyanis a bennük lévő feszszabályozó más értékre szabályoz. Sokszor két típus teljesen egyforma kívülről, de a beépített feszszabályozó csak külsőleg azonos. Ezt onnan tudom, hogy generátor felújítással foglalkozom, jól ismerem ezeket a szerkezeteket. Vannak helyzetek, hogy 14,6 V-ra szabályoz a feszszabályozó és előfordul, hogy a másik generátor, ami ikertestvére lehetne az előzőnek, csak 14,2-re. A feszszabályozó "part number"-e is eltérő. így előfordulhat, hogy olyan fölösleges kiegyenlítő áramok indulnak meg, ami a rendszer hatásfokát csökkenti, esetleg egyéb baj is lehet belőle. Szerintem az elektrolizálóhoz használjunk egy függetlenül működő generátort." Elektródalemezek Az elektródalemezeket - mint már korábban említettük - saválló lemezből kell készíteni. Elmentem egy színesfém szaküzletbe, ahol elmondták, hogy a lemezek ára a súlyuktól függ. Mindenféle lemezt 2 m *1 m-es lapokban árulnak, így egy 0,5 mm vastagságú 2 m *1 m-es lemez kb Ftba kerül. Csak maximum félbevágják a lemezeket, ennél kisebb darabokat nem árulnak. Azt javasolták, hogy ha kisebb lemezre van szükségem, akkor érdeklődjek a MÉH-nél. A lemez feldarabolása természetesen nem kézi lemezvágó ollóval történik, mert azzal egyrészt nem tudnánk egyenletesen vágni, másrészt pedig nagyon gyűrné a levágott darabokat. Ezt tapasztalatból mondom. A karos olló már jobb megoldás, de a nagyméretű darabokat még ott is nehéz, ha nem lehetetlen gyűrődés nélkül feldarabolni. A legjobb megoldás, ha hidraulikus ollót használunk. Ha van olyan ismerősöd, aki ilyen géppel dolgozik, akkor azt kérd meg, hogy segítsen, mert ha hivatalosan próbálkozol, akkor az nagyon drága dolog. Az elektródalemezek mérete az általunk használt 7 cm * 7 cm-es mérettől eltérhet, de akkor arányosan számold ki a méreteket. A mi esetünkben egy cellasoron 1,1 A áram folyt keresztül, tehát az egy négyzetcentiméterre jutó áramerősség 1,1 / 49 = 0,0224 A = 22,4 ma. Ha feltételezzük, hogy az áramerősség az elektródafelülettel egyenesen arányos, és a hivatalos adatok alapján így van, akkor már könnyen kiszámolhatod a lemezek szükséges méretét. 426

427 A NaOH oldat elkészítése Mint azt a 6.kísérletnél megállapítottuk, az elektrolit ideális koncentrációja 110 ml 15%-os NaOH oldat 1 liter esővízhez. De hogyan lehet ezt előállítani? A 15%-os NaOH oldat azt jelenti, hogy egy liter vízbe 150 g NaOH-t öntöttünk. Ezek szerint 110 ml 15%-os NaOH oldatban ( 110 * 150 ) / 1000 = 16,5 g NaOH van. Mi ezt a 110 ml-es oldatot hozzáöntöttük még 1 liter vízhez, így 1110 ml lett az elektrolit mennyisége, melyben 16,5 g NaOH volt. Ebből már könnyen megkaphatjuk, hogy egy liter elektrolithoz ( 1000 * 16,5 ) / 1110 = 14,86 g NaOH-t kell adnunk, ami 1,486 %-os töménységet jelent. A legolcsóbban 25 kg-os kiszerelésben vehetünk nátrium-hidroxidot a Kisgazda boltokban, melynek ára 4500 Ft körül van (Kisebb kiszerelésben is vehetsz például vegyszerboltokban, de ott 1-2 kg kb Ft-ért kapható). Az a legegyszerűbb, ha bekészítjük az autónk víztartályába az elektrolitot. Esővíz Az első kísérletet kivéve mindenhol csak esővizet használtunk. Természetesen használhatsz csapvizet is, de annak a vezetőképessége a helytől függően változik, így nem tudnánk pontosan megismételni a kísérleteket. Az esővíz tisztaságban a desztillált vízhez közelít, ezért a paraméterei viszonylag állandóak az ország különböző helyein. Amennyiben csapvizet akarsz használni, akkor kísérletezd ki, hogy mennyi NaOH-t kell adnod az esővíznél mért áramok elérésére. (Kevesebb NaOH-ra lesz szükséged!) A csapvíznél még arra is figyelned kell, hogy az országban néhány helyen igen magas a vízkőtartalma, ami egy idő után lerakódik a csövekre, az elektrolizálóra, az elektródákra és a hengerben, a szelepeknél és a kipufogó rendszernél. Ezért inkább az esővizet ajánlom, de ha gondolod, készíthetsz desztillált vizet is a csapvízből oly módon, hogy a vizet felforralod, a keletkezett vízpárát pedig lecsapatod egy hideg üveglapon, ahonnét belecsepegteted egy másik edénybe. Elektrolízis impulzusokkal 2 Az itt ismertetett impulzusos elektrolízissel végzett kísérleteinket tovább folytattuk és még jobb eredmé-nyeket értünk el. Ezekről a kísérletekről olvashatsz ezen az oldalon. A kísérleteket Zsolti és én, Tibor ketten végeztük. Az elektrolizáló tartály megegyezett az előző kísérleteknél használttal, a mérésekhez használt kétcsatornás oszcilloszkópot pedig az egyik Olvasótól, Lacitól kaptuk kölcsön. 427

428 1. ábra. Az elektrolizáló tartály és a műszerek Mivel az előző kísérletek befejeztével nem öntöttük ki a tartályból az elektrolit oldatot, ezért az oldatból kivált a benne lévő NaOH fehér kristály formájában. Az érdekesség az volt, hogy a kristályok az elektródákra kapcsolt rézvezetékek és az őket szigetelő piros-kék színű műanyag szigetelő közötti nagyon kicsi "résen" keresztül távozott a szabadba, ahol kristálykupac formájában gyűlt össze. Ez az elektrolit viszont oxidálta a rézvezetékeket is, így nem tudtuk őket már használni. Az egyszerűség kedvéért csak egy vezetékpárt cseréltünk le, így a kísérletek nagy részén csak négy darab párhuzamosan kapcsolt elektróda lemezzel dolgoztunk. A 100*150 mm-es elektródalemezek rozsdamentes acélból készültek, a távolság közöttük 1 mm volt. Ezt mutatja a következő ábra. 2. ábra. Az elektrolizáló felépítése Az elektronika ismertetése 428

429 3. ábra. Az elektronika kapcsolási rajza Az impulzusok előállítására szolgáló elektronikát az előző kísérlethez képest egy kissé átalakítottuk: Az első különbség az volt, hogy két számláló helyett csak egyet tartalmazott a kapcsolás. Ezáltal ugyan nem lehetett olyan keskeny impulzusokat előállítani, mint az előző megoldásnál, viszont egyszerűsödött az áramkör. A másik különbség az volt, hogy csak egy darab végfokozatot használtunk. A harmadik különbség az, hogy az elektrolizálóval párhuzamosan kötöttünk öt darab nagyáramú diódát (B10010) a negatív irányú tűimpulzusok levágására. A negyedik különbség az, hogy a CD4011-es IC kimenete nem közvetlenül kapcsolódik az IR2121 meghajtó IC bemenetére, hanem három darab NEM kapun keresztül. Erre azért volt szükség, mert az elektronika átépítése során többször is tönkrement a CD4011-es NAND kapukat tartalmazó IC, míg végül rájöttünk, hogy a kimenetéről túl nagy áramot akar levenni az IR2121, így növelni kellett a kimeneti áramot. A három darab NEM kapu az órajeleket előállító CD4069-es IC három szabad kapuja, így nem kellett egy újabb IC-t felhasználnunk. 429

430 Az ötödik eltérés volt a leglényegesebb, azaz az elektrolizálót nem közvetlenül a +12 V-ra kapcsoltuk, hanem egy ellenálláson (R1) és egy diódán (D1) keresztül jutott a tápfesz az elektrolizáló készülékre. A dióda utáni résznél az elektrolizálóval egy kondenzátort (C1) kötöttünk párhuzamosan. Ennek az átalakításnak az volt a célja, hogy az impulzusokhoz szükséges nagy áramokat ne közvetlenül a tápforrásból vegye az elektrolizáló, hanem a jóval kisebb áramokkal előre feltöltött kondenzátorból. Erről bővebben itt olvashatsz. Az R1 ellenállás, a D1 dióda és a C1 kondenzátor értékei a következő tényezőktől függnek: a töltési/kisütési áramtól a kitöltési tényezőtől és az órajel frekvenciájától Jelen kísérleteknél az órajel frekvenciája Hz volt. A kitöltési tényező függvényében azonban ez leosztódott kettővel, néggyel stb. Átlagos kitöltési tényezőnek 12,5 %-ot vettünk. = R1 * C1 Az R1 ellenállás értékét a töltőáram határozza meg, ami viszont a kitöltési tényező függvénye. Az első kísérleteknél kisebb áramokkal szerettük volna vizsgálni a kitöltési tényező függvényében változó vízbontási hatásfokot, ezért kb. 2 A-re korlátoztuk a töltőáramot úgy, hogy 6 db 33 / 5 W-os ellenállást kötöttünk párhuzamosan. Ekkor a maximálisan megengedett töltőáram: I tölt = U táp / R 1 = 12 V / 5,5 = 2,2 A Hz-nél a periódusidő t 0 = 1 / f g = 1 / = 8,33 s. Átlagos kitöltési tényezőnek 12,5 %-ot vettünk, ezért a töltési idő 7/8-a a periódusidőnek, azaz a C1 kondenzátor feltöltési ideje: tölt = t 0 * 7 / 8 = 8,33 s * 7 / 8 = 7,29 s Ennek alapján meghatározhatjuk a C1 kondenzátor értékét is: C1 = tölt / R1 = 7,29 * 10-6 s / 5,5 = 1,32 F. Mivel 4,7 F-os kondenzátor volt kéznél, ezért ezt használtuk a C1-nek. A D1 diódánál az volt a lényeg, hogy az R1 ellenálláson átfolyó áramokat (jelen esetben 2,2 A-t) nyitóirányban gondtalanul átengedje, ezért egy 10 A-es diódát használtunk. (B10010) Ezzel az elektronikával 3,33 %-os kitöltési tényezőjű impulzusokat is előállíthatunk, a legszélesebb impulzus pedig 50 %-os. A kitöltési tényezőt a K0-K3 kapcsolók segítségével tudjuk diszkréten (lépésekben) beállítani. Az osztó IC-nél legalább egy kapcsolónak be kell lennie kapcsolva. Ha egy sincsen bekapcsolva, akkor nem számol az osztó és csak egy állandó magas szintű jel jelenik meg a kimenetén. A következő táblázat abban segít, hogy a különböző kapcsolóállások és órajel frekvenciák mellett megkapd a kitöltési tényezőt és a jel illetve a szünet idejét. 430

431 Órajel: Hz K0 K1 K2 K3 Imp. frekvenciája Periódus idő Kitöltés Szünet Jel Infinity Hz 0 s Infinity % NaN s NaN s 1. táblázat. A kapcsolóállások és az órajel hatása a kitöltési tényezőre és a jel hosszára A megépített elektronikát a 4. ábrán láthatod. 4. ábra. A megépített elektronika A 4. ábrát figyelve több IC-t látunk, mint amennyi a kapcsolási rajzon szerepel. Ennek oka az, hogy a kísérlet során tönkrement IC-ket nem forrasztottuk ki, részben pedig nem használtuk a működő áramkörök egy részét. Az 1-es panelon a fehér négyszög alakú alkatrészek a 33 / 5 W-os ellenállások. Azért nem csak hat darabot látsz, mert előre beforrasztottunk többet is, hogy ha esetleg az áramokat növelni kellene, akkor csak összeforrasztjuk a csatlakozási pontoknál és már folytathatjuk is a kísérleteket. Még egy érdekesség. Az itt bemutatott kísérleteinknél is használt, István által kölcsönadott 5 V / 120 A-es tápegységgel terveztük a kísérletek elvégzését, azonban két napig egy érthetetlen problémával álltunk szemben: A jelek eljutottak az IR2121 meghajtó IC bemenetére, de onnét már nem ment tovább a jel a FET meghajtására. Kipróbáltuk másik IC-vel és másik FET-tel is, de az eredmény ugyanaz volt. Végül az IR2121 adatlapját átnézve kiderült, hogy a legalacsonyabb tápfeszültségnek is el kell érnie a 12 V körüli értéket. Ezzel az információval felvértezve és magasabb tápfeszültséget használva már működött a FET driver és végre nekiláthattunk a kísérleteknek. 431

432 Kísérletek az elektrolízissel Az ismertetésre kerülő kísérletekben tiszta csapvizet illetve Trisót használtunk elektrolitként. A feszültséget és az áramot voltmérővel és oszcilloszkóppal egyaránt mértük. Az áramok oszcilloszkópos méréséhez 20 db párhuzamosan kötött 0,1 -os ellenállást használtunk, melynek eredő értéke 0,005 volt. Viszont a mérőműszerhez csatlakozó vezetékek ellenállását is figyelembe kellett venni, így a feszültség és árammérés alapján meghatározott tényleges sönt ellenállás 0,011, azaz 11 m volt. A termelt gáz mennyiségét az itt leírtak szerint mértük. A kísérletek mindegyikénél 12 V-os autóakkumulátort használtunk a táplálásra. A pontos kitöltési tényező meghatározása Mivel a kitöltési tényezők nem pontosan a számított értékek voltak, ezért a következő sorokban bemutatjuk a tényleges kitöltési tényezők meghatározásának módját. Az órajel impulzusait a következő ábrán láthatod. 5. ábra. Az órajel impulzusai Mint az 5. ábrán jól láthatjuk, az órajel kitöltési tényezője nem pontosan 50 %, mivel a jel ideje valamivel kevesebb, mint a teljes periódus idejének a fele. Az órajel frekvenciája f g = Hz, ebből a periódusidő T = 1 / f g = 1 / = 8,33 s. Az 5. ábrán is valamelyest látható - bár a szkóp jobb beállításával még pontosabban lemérhettük - hogy az impulzus ideje t imp = 3,6 s, a periódusidő fele viszont 4,16 s. A kitöltési tényező ezek szerint: k = t imp * 100 / T = 3,6 s * 100 / 8,33 s = 43,21 % Ezt kerekítsük 43 %-ra. A következő ábrákon a CD4011-es IC 3. lábán megjelenő különböző kitöltési tényezőjű impulzusok láthatók. ~50 %-os kitöltés ~25 %-os kitöltés ~12 %-os kitöltés ~6 %-os kitöltés ~3 %-os kitöltés 432

433 6. ábra. A CD4011-es IC 3. lábán megjelenő különböző kitöltési tényezőjű impulzusok Mivel mindegyik kitöltésnél ugyanaz az órajel impulzusideje, azaz 3,6 sec, a frekvencia pedig az órajel frekvenciájának egész számú leosztása, ezért könnyen meghatározhatjuk a tényleges kitöltési tényezőket. Ezt mutatja a következő táblázat. Osztó Frekvencia Periódus idő Elméleti Gyakorlati kitöltés kitöltés (k) Hz 8,33 s 50,00 % 43,00 % Hz 16,66 s 25,00 % 21,50 % Hz 33,33 s 12,50 % 10,75 % Hz 66,66 s 6,25 % 5,37 % Hz 125,00 s 3,33 % 2,88 % 2. táblázat A tényleges kitöltési tényezők a K0-K3 kapcsolók különböző állapotaiban A kísérleteket ezekkel a pontosan meghatározott kitöltési tényezőjű impulzusokkal végeztük el és a számításoknál is a gyakorlati kitöltéssel (k) számoltunk. 1. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy összehasonlítsuk a vízbontón mért feszültség és áram alakját a Dcs dióda nélkül és azzal együtt. Mint feljebb már említettük, a Dcs dióda öt darab párhuzamosan kapcsolt 10 A-es diódából állt. A következő ábrán a feszültségek alakjának a változásait figyelhetjük meg a Dcs rákapcsolásakor. 433

434 Dcs dióda nélkül 7. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja Dcs diódával A 7. ábrán a kitöltési tényező 21,5 %. Jól látszik hogy a Dcs dióda nélkül az impulzus ideje hosszabb és egy -9 V-hoz közeli negatív irányú tűimpulzus is megjelenik, ami egy lecsengő rezgést generál. A Dcs dióda bekötésekor ez a negatív tűimpulzus megszűnik, csak 0 V körüli lefelé mutató tüske marad, amit egy rövid idejű egyenfeszültség követ, majd a Dcs dióda nélkül megjelenő lecsengő rezgés vége jelenik meg. A rezgések lecsengésekor az impulzus megszűnésekor kialakuló rövid idejű egyenfeszültségnél nagyobb értékű feszültségszint mérhető. Azt is érdemes megfigyelni, hogy a Dcs dióda jelenlétekor kb. 20 %-kal csökken az impulzus szélessége. Az áram alakja a Dcs dióda jelenlétével úgy változott, hogy a negatív irányú tűimpulzusok amplitúdója kb. 30 %-kal csökkent, de nem szűnt meg. Ez azzal magyarázható, hogy az általunk használt dióda nem volt elég gyors. 8. ábra. Az áram alakja a Dcs diódával Ha jobban megnézzük a 8. ábrát, akkor látjuk, hogy az áram alakja tulajdonképpen két lecsengő rezgést mutat. Az első rezgés az impulzus bekapcsolásakor keletkezik, a második pedig a kikapcsolásakor. A bekapcsolási rezgés első impulzusának amplitúdója jóval kisebb, mint a kikapcsoláskor keletkezett első impulzusé. Mi a számításaink során csak az első lecsengéssel foglalkozunk, hiszen abba fektettünk energiát. A kérdés az, hogy miért lecsengő rezgést látunk az impulzus bekapcsolásakor, miért nem olyan szabályos alakzatot, mint ahogy azt az itt bemutatott méréseknél láttuk? Igazán ezen a kísérlet 434

435 végzésekor nem gondolkoztunk el, csak később. A 3. és 4. kísérletnél még szólunk majd arról, hogy a víz vezetőképességének növelésével nem nött a FET-en átfolyó áram, csak egy bizonyos értékig. Csak később jöttünk rá, hogy valószínűleg valami gond van a FET-tel. A Dcs dióda nélkül is a 8. ábrán látható alakzathoz hasonló hullámformát láttunk. Megjegyzés: Annak ellenére, hogy a FET nem működött hibátlanul, az itt közölt mérések és számítások helyesek, mivel a mért áramok folytak keresztül a vízbontón, a mért feszültségek estek a vízbontón és a mért gázmennyiség keletkezett a vízbontóban. A számításaink ezekre a mért eredményekre alapulnak! 2. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy kevés Trisót szórva a csapvízbe, lemérjük a vízbontás hatásfokát különböző kitöltési tényezők mellett. Az elmélet azt sugallta, hogy a kitöltési tényező csökkentésével növekednie kell a hatásfoknak. Ezt szerettük volna kísérletekkel is igazolni. A következő ábrán a vízbontón mért feszültségértékeket láthatjuk különböző kitöltési tényezők mellett. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 8. ábra. A vízbontón mért feszültségek értékei különböző kitöltési tényezőknél Az effektív feszültség értékét az itt ismertetett módon határozzuk meg a következő képlettel: U eff = 0,63 * (U imp - U = ) * k / 100 Impulzus kitöltése (k) U imp U = U mért U eff 43,00 % 8,0 V 6,5 V 6,64 V 0,406 V 21,50 % 6,5 V 4,5 V 5,40 V 0,271 V 10,75 % 6,0 V 4,0 V 4,34 V 0,135 V 435

436 5,37 % 5,5 V 3,0 V 3,55 V 0,085 V 2,88 % 5,0 V 2,5 V 3,02 V 0,045 V 3. táblázat. Az elektrolizáló kapcsain mért feszültségértékek A 3. táblázatból látható, hogy a kitöltési tényező arányában változott az U eff feszültség értéke. Azt is megfigyelhetjük, hogy az U mért értéke is változik, bár nem arányosan. Ez a változás azzal magyarázható, hogy a kisebb kitöltésű impulzusok esetében a vízbontó kapcsain mérhető egyenfeszültség - azaz a bontó saját feszültsége - is csökken. Az áram értékének a meghatározására a fent említett vízbontóval sorba kapcsolt 0,011 -os söntön mért feszültség szolgált. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 9. ábra. A 0,011 -os söntön mért áramok értékei különböző kitöltési tényezőknél Az áram alakjának meghatározása eltér valamelyest az itt bemutatottól. Az 1. kísérletnél már szóltunk arról, hogy a FET nem működött hibátlanul, így az impulzus bekapcsolásakor az impulzus idejénél rövidebb ideig tartó áramtüske jelent meg, ami az elektrolit oldatban egy lecsengő rezgést generált. Az oszcilloszkóp megfelelő beállításával azt láthattuk, hogy ennek az áramimpulzusnak az ideje az impulzus idejének a hatod részét tette ki. Ez a szám állandó volt a kitöltési tényezőtől függetlenül, mivel minden egyes impulzus ideje 3,6 s volt. Az effektív áram meghatározására használt képletben ezt úgy vettük figyelembe, hogy 6-tal elosztottuk az eredményt. Ieff = [0,37 * Ics * k / 100] / 6 Impulzus kitöltése (k) I cs I mért I eff 43,00 % 20 A 1,08 A 0,530 A 21,50 % 20 A 0,54 A 0,265 A 10,75 % 20 A 0,33 A 0,132 A 5,37 % 20 A 0,19 A 0,066 A 2,88 % 20 A 0,11 A 0,035 A 436

437 4. táblázat. A söntön mért áramok A digitális multiméterrel mért áram (I mért ) értéke nem arányosan változik a kitöltési tényező alapján, mivel a kisebb kitöltésnél nagyobb áram jelenik meg a vártnál. Ez a torzítás a műszer mintavételezési elvéből adódik. Itt ki kell hangsúlyoznunk, hogy a multiméterrel mért feszültség és áramértékek elég messze voltak a valódi értékektől. Az igazán pontos értékeket az oszcilloszkópos adatok kiértékelése során kaptuk meg. A 4. táblázatban jól látható, hogy a kitöltési tényező csökkenésével az impulzus bekapcsolásakor megjelenő áramcsúcsok állandó értéken maradtak, bár a 9. ábrából ez nem tűnik ki. A szkóp paramétereinek a változtatásával azonban ez jól nyomon követhető volt. A teljesítményt az áram és a feszültség szorzataként kapjuk meg. Mivel a multiméteren és a szkópon kapott értékek különböztek, ezért mind a két mérési módszernél kiszámoltuk a felvett teljesítményt. Ezt mutatja a következő táblázat. Impulzus kitöltése U mért I mért U eff I eff P mért P eff 43,00 % 6,64 V 1,08 A 0,406 V 0,530 A 7,1712 W 0,2152 W 21,50 % 5,40 V 0,54 A 0,271 V 0,265 A 2,9160 W 0,0718 W 10,75 % 4,34 V 0,33 A 0,135 V 0,132 A 1,4322 W 0,0178 W 5,37 % 3,55 V 0,19 A 0,085 V 0,066 A 0,6745 W 0,0056 W 2,88 % 3,02 V 0,11 A 0,045 V 0,035 A 0,3322 W 0,0016 W 5. táblázat. A számított teljesítmény felvételek A hatásfok meghatározásához ismernünk kell a percenkénti gáztermelést is, amit úgy határoztunk meg, hogy lemértük, mennyi idő alatt termelődik 20 ml gáz, majd a mérési eredmények alapján kiszámoltuk a percenkénti gáztermelést. Az így kapott értéket elosztottuk a felhasznált teljesítménnyel (a multiméterrel mért és a szkóp alapján számított effektív teljesítményekkel.) Mivel tudjuk, hogy 1 W villamos energiával Faraday törvénye alapján 7,11 ml/perc gáz termelődik, ezért a hatásfokot úgy kaptuk meg, hogy a Gáz/W/p értéket elosztottuk 7,11-al. Erről bővebben itt olvashatsz. A következő táblázatokban a multiméterrel mért és a szkópról leolvasott értékek alapján kiszámított hatásfokokat láthatod. Impulzus Gáz/perc P mért Gáz/W/perc mért kitöltése 437

438 43,00 % 17,91 ml/p 7,1712 W 2,49 ml/w/p 35,02 % 21,50 % 9,23 ml/p 2,9160 W 3,17 ml/w/p 44,58 % 10,75 % 6,15 ml/p 1,4322 W 4,29 ml/w/p 60,33 % 5,37 % 3,71 ml/p 0,6745 W 5,50 ml/w/p 77,35 % 2,88 % 2,01 ml/p 0,3322 W 6,05 ml/w/p 85,09 % 6. táblázat. A multiméter alapján számított hatásfokok Impulzus kitöltése Gáz/perc P eff Gáz/W/perc eff 43,00 % 17,91 ml/p 0,2152 W 83,22 ml/w/p 1170,5 % 21,50 % 9,23 ml/p 0,0718 W 128,55 ml/w/p 1808,0 % 10,75 % 6,15 ml/p 0,0178 W 345,50 ml/w/p 4859,3 % 5,37 % 3,71 ml/p 0,0056 W 662,50 ml/w/p 9317,8 % 2,88 % 2,01 ml/p 0,0016 W 1256,25 ml/w/p 17668,7 % 7. táblázat. Az oszcilloszkóp alapján számított hatásfokok Összehasonlítva a 6. és 7. táblázatot jól látszik, hogy a hatásfokok között óriási a különbség. A következő ábrán a vízbontás hatásfokát láthatjuk a kitöltési tényező függvényében. 438

439 10. ábra. A vízbontás hatásfoka a kitöltési tényező függvényében Kiértékelés: A 10. ábra alapján egyértelműen kitűnik, hogy az itt feltételezett elképzelésünk - miszerint a kitöltési tényező csökkentésével exponenciálisan növekszik a vízbontás hatásfoka - helyesnek bizonyult! Érdemes megfigyelni, hogy a multiméterrel mért értékek szerint is növekszik a vízbontás hatásfoka a kitöltési tényező csökkentésével. Azonban azt is észre kell vennünk, hogy Kanarev kísérleteiben a 3 % körüli kitöltésnél jóval nagyobb hatásfok volt mérhető. Ez vajon annak tudható be, hogy ott a víz vezetőképessége jóval kisebb volt a mi kísérleteinknél meglévőhöz képest? Ezek szerint a hatásfok rohamosan romlik, ha a víz vezetőképességét növeljük? Erre kerestük a választ a következő kísérletekben. 3. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy a víz vezetőképességét növelve megvizsgáljuk, hogy az milyen módon befolyásolja a hatásfokot. A vízbe először egy kevés trisót öntöttünk, de az nem okozott jelentős áramnövekedést. Utána folyamatosan növeltük a trisó mennyiségét, de még a teljes fél kilós csomag tartalmát beleöntve se tudtuk egy adott szintnél - azaz kb. 1,6 A-nál - feljebb vinni a FET-eken keresztülfolyó, multiméterrel mért áramerősséget. Az sem segített, hogy kihagytuk az R1 áramkorlátozó ellenállást és a +12 V-ot a vízbontó egyik sarkára kapcsoltuk közvetlenül. (A másikhoz a FET csatlakozott.) Ekkor közvetlenül rákapcsoltuk az akkumulátort a vízbontó elektródáira és kb. 70 A-t mértünk. Csak úgy pezsgett a víz a nagy mennyiségben termelődött gáztól. Ekkor győződtünk meg arról, hogy a FET nem működik hibátlanul. Ennek ellenére elvégeztük a méréseket. A következő ábrán a vízbontón mért feszültségértékeket láthatjuk különböző kitöltési tényezők mellett. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 439

440 11. ábra. A vízbontón mért feszültségek értékei különböző kitöltési tényezőknél Az effektív feszültség értékét az itt ismertetett módon határozzuk meg a következő képlettel: U eff = 0,63 * (U imp - U = ) * k / 100 Impulzus kitöltése (k) U imp U = U mért U eff 43,00 % 6,5 V 5,0 V 5,18 V 0,406 V 21,50 % 6,0 V 4,5 V 4,65 V 0,203 V 10,75 % 5,0 V 3,5 V 3,74 V 0,102 V 5,37 % 5,0 V 3,0 V 3,10 V 0,067 V 2,88 % 5,0 V 2,5 V 2,68 V 0,045 V 8. táblázat. Az elektrolizáló kapcsain mért feszültségértékek A 11. ábrából és a 8. táblázatból látható, hogy a 2. kísérletnél kapott eredményekhez képest az egyenáramú szint (U = ) valamelyest csökkent. Ez azzal magyarázható, hogy a jobb vezetőképesség miatt a vízbontó saját töltése gyorsabban tudott kisülni. Ennek ellenére az effektív feszültségértékek (U eff ) szinte azonosak voltak a 2. kísérletnél kapott eredményekkel. (lásd a 3. táblázatot) Az áram értékének a meghatározására a vízbontóval sorba kapcsolt 0,011 -os söntön mért feszültség szolgált. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 12. ábra. A 0,011 -os söntön mért áramok értékei különböző kitöltési tényezőknél Az áram értékét a 2. kísérletben leírt módon határoztuk meg. Ieff = [0,37 * Ics * k / 100] / 6 Impulzus kitöltése (k) I cs I mért I eff 43,00 % 60 A 1,63 A 1,591 A 21,50 % 60 A 1,04 A 0,795 A 440

441 10,75 % 60 A 0,60 A 0,398 A 5,37 % 60 A 0,34 A 0,198 A 2,88 % 60 A 0,19 A 0,106 A 9. táblázat. A söntön mért áramok A felvett teljesítmények értékeit mutatja a következő táblázat. Impulzus kitöltése U mért I mért U eff I eff P mért P eff 43,00 % 5,18 V 1,63 A 0,406 V 1,591 A 8,4434 W 0,6459 W 21,50 % 4,65 V 1,04 A 0,203 V 0,795 A 4,8360 W 0,1614 W 10,75 % 3,74 V 0,60 A 0,102 V 0,398 A 2,2440 W 0,0406 W 5,37 % 3,10 V 0,34 A 0,067 V 0,198 A 1,0540 W 0,0132 W 2,88 % 2,68 V 0,19 A 0,045 V 0,106 A 0,5092 W 0,0048 W 10. táblázat. A számított teljesítmény felvételek A következő táblázatokban a multiméterrel mért és a szkópról leolvasott értékek alapján kiszámított hatásfokokat láthatod. Impulzus kitöltése Gáz/perc P mért Gáz/W/perc mért 43,00 % 24,49 ml/p 8,4434 W 2,90 ml/w/p 40,78 % 21,50 % 11,88 ml/p 4,8360 W 2,46 ml/w/p 34,59 % 10,75 % 7,69 ml/p 2,2440 W 3,43 ml/w/p 48,24 % 5,37 % 4,83 ml/p 1,0540 W 4,58 ml/w/p 64,41 % 2,88 % 2,83 ml/p 0,5092 W 5,56 ml/w/p 78,19 % 11. táblázat. A multiméter alapján számított hatásfokok Impulzus kitöltése Gáz/perc P eff Gáz/W/perc eff 43,00 % 24,49 ml/p 0,6459 W 37,91 ml/w/p 533,2 % 21,50 % 11,88 ml/p 0,1614 W 73,61 ml/w/p 1035,3 % 10,75 % 7,69 ml/p 0,0406 W 189,41 ml/w/p 2663,9 % 5,37 % 4,83 ml/p 0,0132 W 365,91 ml/w/p 5146,4 % 2,88 % 2,83 ml/p 0,0048 W 589,58 ml/w/p 8292,3 % 441

442 12. táblázat. Az oszcilloszkóp alapján számított hatásfokok A következő ábrán a vízbontás hatásfokát láthatjuk a kitöltési tényező függvényében. A kék vonal a 2. kísérlet adatait tartalmazza, a rózsaszín pedig a 3. kísérletét. 13. ábra. A vízbontás hatásfoka a kitöltési tényező függvényében Kiértékelés: Mint látjuk, a hatásfok körülbelül a felére esett, mikor az áramimpulzusok csúcsértéke háromszor nagyobb lett. Ez nem túl örömteli hír, mivel ez azt sugallja, hogy az áramerősség növelésével csökken a hatásfok. Következzék egy gyors számolás a 2. és 3. kísérletek eredményei alapján annak meghatározására, hogy elméletileg körülbelül milyen hatásfokot érhetünk el 2000 A-es áramcsúcsoknál 2,88 %-os kitöltési tényezőt feltételezve. Ha I cs = 20 A, akkor = % Ha I cs = 60 A, akkor = 8292 % Ha I cs = 2000 A, akkor = / (100 * 2/3) = 265 % Mint látjuk, elméletileg nagyon leesik a hatásfok az áramerősség erőteljes növekedése esetén. Ezt kompenzálandó viszont csökkenthetjük a kitöltési tényezőt. 442

443 A 2. és 3. kísérletek alapján azt is láthatjuk, hogy a kitöltési tényező felezésével a hatásfok megduplázódik. A Horváth féle szabadalomban használt 0,6 %-os kitöltéshez a 0,72 % áll a legközelebb, amit a 2,88 % néggyel való osztásával kapunk. Ekkor a hatásfok megnégyszereződik, azaz = 265 % * 4 = 1060 %. Ez az 1060 %-os hatásfok azt jelenti, hogy 1 W villamos energia felhasználásával kb. 75 ml/perc durranógázt tudunk előállítani. Az itt bemutatott kísérleteknél kapott eredményekre alapozva tudjuk, hogy egy 650 cm 3 -es motor körülbelül 12 liter gázt fogyaszt percenként, aminek az előállításához szükséges teljesítmény: P = ml/perc / 75ml/perc/W = 160 W. Egy 1300 cm 3 -es motor gázszükségletét ennek a duplájával, azaz 320 W villamos energia befektetésével tudjuk előállítani. Ez nagyon jól hangzik, bár ez az eredmény még jobb kell legyen a valóságban, mivel a Horváth féle vízbontó kb. 90 W-ot fogyasztott, de azt se folyamatosan, hanem időszakosan. Ez a tény azt sugallja, hogy az áramerősség növekedésével a hatásfokcsökkenés nem lineáris, hanem egy exponenciálisan lecsengő jelleget mutat, azaz a fentebb számolt 2000 A esetén is legalább 4000 %-os hatásfokot tudunk elérni. Természetesen ezek csak elméleti fejtegetések, a tényleges hatásfokot a nagy áramoknál csak kísérletekkel lehet pontosan meghatározni! 4. kísérlet A kísérlet célja az volt, hogy az eddigi kísérletekben használt 4 db sorba kötött elektródalemez számot lecsökkentsük kettőre, így vizsgálva a hatásfokot. Az elképzelésünk az volt, hogy ha az elektródalemezek között az impulzusok szüneteiben mérhető egyenfeszültség (U = ) csak egy elektróda páron esik, akkor a vízbontás hatásfoka növekszik, hiszen ekkor a vízbontáshoz szükséges minimális 1,47 V állandóan jelen van, még az impulzusok szüneteiben is. A vízben lévő trisó mennyisége megegyezett a 3. kísérletben használttal. A következő ábrán a vízbontón mért feszültségértékeket láthatjuk különböző kitöltési tényezők mellett. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 443

444 14. ábra. A vízbontón mért feszültségek értékei különböző kitöltési tényezőknél Az effektív feszültség értékét az itt ismertetett módon határozzuk meg a következő képlettel: U eff = 0,63 * (U imp - U = ) * k / 100 Impulzus kitöltése (k) U imp U = U mért U eff 43,00 % 7,0 V 3,5 V 3,65 V 0,948 V 21,50 % 7,0 V 3,0 V 3,07 V 0,474 V 10,75 % 7,0 V 3,0 V 2,66 V 0,237 V 5,37 % 7,0 V 2,5 V 2,40 V 0,152 V 2,88 % 7,0 V 2,5 V 2,26 V 0,081 V 13. táblázat. Az elektrolizáló kapcsain mért feszültségértékek Az áram értékének a meghatározására a fent említett vízbontóval sorba kapcsolt 0,011 -os söntön mért feszültség szolgált. 43 %-os 21,5 %-os 10,75 %-os 5,37 %-os 2,88 %-os kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés kitöltés 15. ábra. A 0,011 -os söntön mért áramok értékei különböző kitöltési tényezőknél Az áram értékét a 2. kísérletben leírt módon határoztuk meg. Ieff = [0,37 * Ics * k / 100] / 6 Impulzus kitöltése (k) I cs I mért I eff 43,00 % 70 A 2,80 A 1,86 A 21,50 % 70 A 1,48 A 0,93 A 10,75 % 70 A 0,80 A 0,46 A 444

445 5,37 % 70 A 0,41 A 0,23 A 2,88 % 70 A 0,22 A 0,12 A 14. táblázat. A söntön mért áramok A felvett teljesítmények értékeit mutatja a következő táblázat. Impulzus kitöltése U mért I mért U eff I eff P mért P eff 43,00 % 3,65 V 2,80 A 0,948 V 1,86 A 10,2200 W 1,7633 W 21,50 % 3,07 V 1,48 A 0,474 V 0,93 A 4,5436 W 0,4408 W 10,75 % 2,66 V 0,80 A 0,237 V 0,46 A 2,1280 W 0,1090 W 5,37 % 2,40 V 0,41 A 0,152 V 0,23 A 0,9840 W 0,0349 W 2,88 % 2,26 V 0,22 A 0,081 V 0,12 A 0,4972 W 0,0097 W 15. táblázat. A számított teljesítmény felvételek A következő táblázatokban a multiméterrel mért és a szkópról leolvasott értékek alapján kiszámított hatásfokokat láthatod. Impulzus kitöltése Gáz/perc P mért Gáz/W/perc mért 43,00 % 37,21 ml/p 10,2200 W 3,64 ml/w/p 51,19 % 21,50 % 18,18 ml/p 4,5436 W 4,00 ml/w/p 56,26 % 10,75 % 11,21 ml/p 2,1280 W 5,26 ml/w/p 73,98 % 5,37 % 5,94 ml/p 0,9840 W 6,03 ml/w/p 84,81 % 2,88 % 3,91 ml/p 0,4972 W 7,86 ml/w/p 110,54 % 16. táblázat. A multiméter alapján számított hatásfokok Impulzus kitöltése Gáz/perc P eff Gáz/W/perc eff 43,00 % 37,21 ml/p 1,7633 W 21,10 ml/w/p 296,8 % 21,50 % 18,18 ml/p 0,4408 W 41,24 ml/w/p 580,0 % 10,75 % 11,21 ml/p 0,1090 W 102,84 ml/w/p 1446,4 % 5,37 % 5,94 ml/p 0,0349 W 170,20 ml/w/p 2393,8 % 2,88 % 3,91 ml/p 0,0097 W 403,09 ml/w/p 5669,3 % 17. táblázat. Az oszcilloszkóp alapján számított hatásfokok 445

446 A következő ábrán a vízbontás hatásfokát láthatjuk a kitöltési tényező függvényében. A kék vonal a 2. kísérlet adatait tartalmazza, a rózsaszín a 3. kísérletét, a sárga pedig a 4. kísérletét. 16. ábra. A vízbontás hatásfoka a kitöltési tényező függvényében Kiértékelés: Az eredmény megegyezett az itt végzett kísérleteinkkel, azaz a sorba kapcsolt elektróda lemezek számának növelésével egy bizonyos pontig nő a hatásfok. A négy lemezes elektrolizáló hatásfoka majdnem a duplája a kétlemezes elektrolizáló hatásfokának. Ez azért meglepő, mert két lemez használatával az impulzusok közötti szünetekben még a legkisebb kitöltésnél (2,88 %) is meghaladja az egy cellára eső feszültség az 1,47 V-os feszültséget, ami az elektrolízis beindításához szükséges. Ha azonban közelebbről megvizsgáljuk a feszültségeket és az áramokat, azt tapasztaljuk, hogy az áram értéke nem nőtt jelentősen, mindössze: [(70 A * 100) / 60 A] = 16,6 %-ot. Az elektrolízis során termelt gáz viszont az áramerősség függvénye. Ha nő az áramerősség, akkor növekednie kell a gáztermelésnek is. 446

447 Vizsgáljuk meg a gáztermelés változását: [(3,91 * 100) / 2,83) = 38,2 %. Mint látjuk, a gáztermelés változása a duplája az áramerősség változásnak. Ez pontosan az, amit elvártunk ettől a kísérlettől! De akkor miért csökken mégis a hatásfok? A válasz a befektetett feszültségekben keresendő. Ha összehasonlítjuk a 8. és a 13. táblázatokat, akkor láthatjuk, hogy a befektetett feszültség a duplájára nőtt a 4. kísérletben, ugyanazon tápfeszültség mellett. Viszont ezt a feszültségnövekedést nem az egyenáramú összetevő növekedése okozta, mivel az közel állandó maradt, (ezt az állandóságot egyébként korábban már itt is megfigyeltük), hanem a feszültség impulzus amplitúdója és az egyenáramú összetevő közötti különbség (U imp - U = ) növekedése. Tudjuk azt, hogy az 1,47 V-os minimális feszültség feletti feszültségek csak hővé alakulnak, ezért az elektrolízis hatásfokát csökkentik. Ebből az következik, hogy a mindenkor rendelkezésünkre álló tápfeszültség dönti el, hogy hány sorba kötött elektródalemezt célszerű használnunk. Mivel mi az autókban található rendszerint 12 V-os akkumulátort használjuk, ezért célszerű öt lemezt sorba kapcsolni a lehető legjobb hatásfok elérésére, így a cellákon eső feszültség közel 3 V lesz. Végezzünk el még egy elemzést. Határozzuk meg, hogy az egyes kísérletekben a különböző kitöltési tényezőknél mekkora volt az amperenkénti gáztermelés. Ezt láthatjuk a következő táblázatban. Kís. 43 % 21,5 % 10,75 % 5,37 % 2,88 % 2 33,79 ml/p/a 34,83 ml/p/a 46,59 ml/p/a 56,21 ml/p/a 57,43 ml/p/a 3 15,39 ml/p/a 14,94 ml/p/a 19,32 ml/p/a 24,39 ml/p/a 26,70 ml/p/a 4 20,01 ml/p/a 19,55 ml/p/a 24,37 ml/p/a 25,83 ml/p/a 32,58 ml/p/a 18. táblázat. Az amperenkénti gáztermelés a kitöltési tényező függvényében a különböző kísérleteknél A következő ábrán a 18. táblázat grafikus ábrázolása látható. A kék vonal a 2. kísérlet adatait tartalmazza, a rózsaszín a 3. kísérletét, a sárga pedig a 4. kísérletét. 447

448 17. ábra. A 18. táblázat grafikus ábrázolása Érdekes, hogy ebben a számítási módozatban, mikor a feszültség értékét nem vettük figyelembe, a két lemezes elektrolizáló hatásfoka ugyanakkora vezetőképességű elektrolit oldatban jobb volt, mint a négylemezes megoldásnál! Ez alátámasztja a pár sorral feljebb ismertetett feltételezésünket, miszerint a hatásfok a kétlemezes vízbontónál látszólag azért romlott, mert a feszültség impulzus amplitúdója és az egyenáramú összetevő közötti különbség (U imp - U = ) növekedett. Azt is érdemes megfigyelni, hogy a 43 %-os és a 21,5 %-os kitöltési tényezők között a hatásfok közel állandó, utána viszont - a kitöltési tényező csökkentésével - az fokozatosan növekszik. További lehetséges kísérletek Az ezen az oldalon ismertetett négy kísérlet nagyon sok hasznos információt adott a továbblépéshez. Egyértelműen pozitívumnak számít az, hogy a kitöltési tényező csökkentésével a hatásfok exponenciálisan növekszik! Eddig ez csak elméleti fejtegetésként volt nagyon valószínű, azonban a kísérleteink ezt egyértelműen bizonyították is! 448

449 Az egyetlen fennmaradó kérdés most már csak az, hogy hogyan válltozik ez a kitűnő hatásfok az áramcsúcsok növekedésével? Nagyon fontos lenne, hogy minél többen megismételjétek a kísérleteinket, hogy láthassuk, az itt bemutatott kísérleti eredmények könnyen reprodukálhatóak. Ha van hozzá kedved, ismételd meg a kísérleteket, kiegészítve a további lehetséges kísérletekkel - és természetesen a saját ötleteiddel - és MINDENKÉPPEN küldd el nekünk az eredményeidet! Meyer elektrolizálója Sanley A. Meyer nagyfeszültséget használva bontotta le a vizet hidrogénra és oxigénra. Az általa alkalmazott módszer nagyon jó hatásfokot biztosított, a víz lebontására használt energiának a több százszorosát tudta kinyerni a hidrogén elégetésekor. A Meyer féle szabadalmat magyar nyelvre lefordítva itt megtalálhatod, ezért ezen az oldalon inkább Meyer kevésbé ismert írásaiból szemezgettem. "A fizika törvényei "adott" feltételeken alapuló bizonyított függvények... Változtassuk meg a feltételek egyikét és a törvényt nem lehet tovább alkalmazni... Egy "új" törvény születik a fizikai világ tudatában. Miért?...Mert az atomok intelligenciával rendelkeznek... Stanley A. Meyer" 1. ábra. Stanley A. Meyer a vízautójával 449

450 A történelem során az emberiség sokféle módon használta a vizet a Földön az életének megkönnyítésére. Miért ne lehetne most a vizet üzemanyagként használni, mely hajtaná az autónkat, fűtené a házunkat, repítené az embereket s lökné előre az űrhajóinkat a galaxisunk határain túlra. A Biblia próféciái megjövendölték ezt. Egy gallon (3,785 liter) víz atomi energiája 2,5 millió hordó (397,5 millió liter) olaj atomi energiájával egyezik meg. A víz nyilvánvalóan ingyen van, nagy bőségben lelhető fel és újrahasznosítható. Meyer vízautója a következőképpen néz ki: 2. ábra. Meyer vízautója Az itt következő film Meyer vízautóját mutatja be. 3. ábra. Az elektrolizáló készülék működés közben 450

451 Ezen a második filmen megnézheted magát az elektrolizálót működés közben. A filmben szerepel három adat: Az elektrolízis által felhasznált áram nem több 0,5 A-nál Az elektrolízis során előállított hidrogéngáz pár százszor több energiával rendelkezik, mint amennyi energia a víz lebontására lett felhasználva Az alkalmazott rezonanciafrekvencia 20 khz A filmeket innét töltöttem le. Az elektromos feszültség használata a vízmolekulák stimulálására Működési paraméterek Pulzáló transzformátor A pulzáló transzformátor (A/G) megnöveli a feszültség amplitúdóját vagy potenciálját a pulzálás közben. A primertekercs elektromosan szigetelve van a szekunder tekercstől. Ez alkotja a feszültségnövelő áramkört (AA). 451

452 4. ábra. A feszültségnövelő áramkör (AA) A feszültség amplitúdója vagy potenciálja azáltal növekedik, hogy a szekunder tekercs (A) menetszáma meghaladja a primer tekercs (G) menetszámát. Az elektromosan szigetelt test (J) meggátolja az elektronok áramlását a bemeneti áramkör "föld"-jére. Blokkoló dióda A blokkoló dióda (B) megakadályozza a szekunder tekercs (A) elektromos rövidzárát az impulzusok szüneteiben, mivel a dióda csak egy irányba vezeti az áramot. LC kör A gerjesztő területtel (E1/E2) sorbakötött fojtótekercs (C) egy induktivitásból és kapacitásból álló LC kört alkot, mivel a gerjesztő terület (E1/E2) kondenzátorként viselkedik a pulzáló impulzusok hatására, mint azt a 4. ábrán és az 5. ábrán is láthatjuk. 452

453 5. ábra. Az LC kör A közönséges víz a dielektromos tulajdonsága miatt (mely 25 C-on kb. 80) az elektromos lemezek (E1/E2) között kondenzátort (ER) formál. Ezáltal a víz a feszültségnövelő áramkör részévé válik, mintegy "ellenállás"-t alkotva az elektromos "test" és a pulzáló frekvencia pozitív potenciálja között. Ez az ellenállás akadályozza az elektronok áramlását a pulzáló áramkörben. (lásd az 4. ábrán.) A fojtótekercs (C) moduláló tekerccsé válik, ami az adott töltő frekvencián a kapacitást (E1/E2) egy magasabb feszültségszintre emeli az alkalmazott bemeneti feszültség határain belül. A fojtótekercs (C) és a kapacitás (ER) tulajdonságai határozzák meg, hogy milyen frekvencián lép fel a rezonancia jelensége. A rezonancia frekvencia értékét növelhetjük vagy csökkenthetjük az induktivitás és/vagy a kapacitás értékeinek megváltoztatásával. A kialakult rezonanciafrekvencia értéke természetesen nem függ a feszültség amplitúdójától, mint azt a 6. ábra és a 7. ábra is mutatja. 6. ábra. A lépéses töltés 453

454 7. ábra. Az impulzusok "csomagokat" alkotnak Az LC kör impedanciáját az induktivitás (C) értéke, a kapacitás értéke (ER) és a feszültség impulzusainak frekvenciája határozza meg. A sorba kapcsolt tekercs és kondenzátor impedanciája Z a következő egyenlettel határozható meg: Z = X c - X l ahol: 1 X c = * * f * C és X l = 2 * * f * L A sorba kapcsolt LC kör rezonancia frekvenciája (f 0 ) a következőképpen határozható meg: 1 f 0 =

455 2 * * ( L * C ) A soros LC kör feszültsége Ohm törvénye szerint: U t = I * Z LC feszültség A rezonanciához közeli frekvencián az alkatrészeken mérhető feszültség magasabb, mint alkalmazott feszültség (H), a rezonancia frekvencián pedig a tekercsen és a kondenzátoron mérhető Ut feszültség értéke elméletileg végtelen. A tekercsen (C) mérhető feszültség: U t * X l U l = X l - X c A kondenzátoron (ER) mérhető feszültség: U t * X c U c = X l - X c A rezonancia során a bejövő egypólusú impulzus-sorozat (H) (lásd a 4. ábrán és a 8. ábrán) egy lépéses töltést hoz létre a gerjesztő területen (ER). (lásd a 6. ábrát és a 7. ábrát.) A feszültség intenzitása nulláról indul és magas pozitív feszültséget ér el egy fokozatosan növekvő függvény szerint. Amikor a feszültség impulzusok megszűnnek, a potenciál nullához közeli értékre esik, majd az újabb impulzusok hatására a feszültségnövekedés folyamata újból elkezdődik. 455

456 8. ábra. A kapuzott egypólusú impulzusok feszültség-amplitúdója dinamikusan szabályozza a termelődő hidrogéngáz mennyiségét A feszültség értéke a gerjesztő területen (ER) meghaladhatja a V-ot is az (AA) áramkörben. Ezt az értéket a bemeneti impulzus-sorozat (H) értéke befolyásolja. RLC kör A tekercs (C) vezetéke bizonyos ellenállással (Rl) rendelkezik, mely akadályozza az egyenáram folyását. Z = [ R l 2 + (X l - X c ) 2 ] Kettős RLC hálózat Az ellentétes polaritású feszültségzónához (E2) kapcsolódó, a fojtótekercshez (C) hasonló változtatható induktivitású tekercs (D) tovább akadályozza az elektronok áramlását a feszültségnövelő áramkörben. A változtatható érintkező kefe segítségével tovább lehet finomítani a rezonanciát. A (D) tekercs a (C) fojtótekerccsel egyetemben elektromosan kiegyenlíti az ellentétes feszültség elektromos potenciálját az (E1/E2) feszültségzónában. 456

457 VLC ellenállás Mivel a szekunder tekercs (A) szintén ellenállással rendelkező vezetékből (R1) van tekercselve, ezért az áramkör teljes ellenállása: Z = R l + Z 2 + Z 3 + R e ahol: R e - a közönséges víz dielektromos állandója (Szerintem Meyer itt a víz ellenállását akarta mondani) Ohm törvényét alkalmazva: U = I * R vagyis: P = U * I Ebből következik, hogy a teljesítmény (P) egyenes arányban áll a feszültséggel (U) és az árammal (I). A feszültség dinamikája Potenciális energia A feszültség "elektromos nyomás" vagyis "elektromos erő", melyet potenciálnak is nevezünk. Minél nagyobb a potenciál, annál nagyobb az "elektromos vonzóerő" vagy "elektromos taszítóerő" az adott áramkörben. A feszültség potenciálja "nem változó" energetikai állapot, míg az elektronok áramlása szabályozható. Megjegyzés: Itt Meyer egyértelműen feszültséggenerátorra gondolt, mivel csak akkor kapjuk meg az iménti feltételt, vagyis bármilyen 457

458 kis ellenállású fogyasztó használatakor is állandó marad a feszültségforrás feszültsége. A feszültség által végzett munka Egy elektromos áramkörben a töltéssel rendelkező részecskék elektromos vonzást vagy taszítást fejtenek ki egymásra. Ennek a vonzásnak vagy taszításnak a nagysága az alkalmazott feszültségtől függ. Ezt az elektromos erőt "feszültség mező"-nek is nevezik és pozitív vagy negatív elektromos töltéssel rendelkezik. Az ionok vagy részecskék az elektromos áramkörben töltéssel rendelkeznek Azok az ionok vagy részecskék, melyeknek azonos a töltésük, taszítják, míg az ellentétes töltésűek vonzzák egymást. (lásd a 9. ábrát.) 9. ábra. Az elektromos mező hatása egy elektromosan töltött részecskére Továbbá, az elektromos töltéssel rendelkező ionok vagy részecskék az ellentétes töltésű elektromos mező irányába gyorsuló mozgást végezve jutnak el. Newton második törvénye kimondja, hogy: F a =

459 m ahol: a - a töltött ion vagy részecske gyorsulása F - az eredő erő m - az ion vagy részecske tömege Az eredő erő az "elektromos vonzóerő" két ellentétes töltésű részecske között, melyet Culomb törvénye alapján meghatározhatunk: q * q' F = R * R Két töltés között a potenciálkülönbséget azzal a munkával jellemezzük, mely a két töltés egyesítéséhez szükséges. Ezt a következőképpen határozhatjuk meg: q F = ---- e R ahol: U - két töltés közötti potenciálkülönbség q - a töltés R - a töltések közötti távolság e - a közeg dielektromos állandója A feszültség stimuláció atomi szintű kapcsolatai Egy atomban kétféle elektromos töltéssel rendelkező tömeg van. Az atommag körül keringő elektronok negatív (-) töltésűek, míg az atommagban lévő protonok pozitív (+) töltésűek. 459

460 Elektromosan semleges állapotban a negatívan töltött elektronok száma megegyezik a pozitívan töltött protonok számával. Amikor egy vagy több elektron kiszakad az atomból, az atom össz elektromos töltése pozitív lesz, ezért ezt az atomot pozitív ionnak nevezzük. Amikor pedig egy vagy több elektron kapcsolódik egy semleges atomhoz, annak eredő töltése negatív lesz, ezért ezt az atomot negatív ionnak nevezzük. 10. ábra. A vízmolekula elektromos töltései Az elektromos áramkör (4. ábra) feszültség-potenciálja az ellentétes polaritás okozta vonzóerőnek köszönhetően egy vagy több elektron kiszakítását eredményezheti a semleges atomokból, amint ez a 11. ábrán és a 12. ábrán is látható. 460

461 11. ábra. A hidrogén "darabolása" Az elektromos vonzerő (qq') kovalens kötést hoz létre az ellentétes töltésű atomok között. Mikor az oxigénatom összekapcsolódik két hidrogénatommal, akkor átveszi tőlük az elektronokat és vízmolekula keletkezik. (lásd aa' a 10. ábrán.) Az oxigénatom elektromosan negatív töltésű lesz, mivel most már 10 negatívan töltött elektronja és csak 8 pozitívan töltött protonja van. A hidrogénatom az egyetlen pozitív töltésű protonjával pozitív töltésű lesz, hiszen a negatív töltésű elektront (aa') megosztja az oxigénatommal. A két pozitívan töltött hidrogénatom (++) töltése egyenlő a negatívan töltött oxigénatom (--) töltésével, ezáltal a vízmolekula elektromosan semleges töltésű. Tehát csak a vízmolekulát alkotó atomok rendelkeznek elektromos töltéssel. A vízmolekula bontása feszültséggel A gerjesztett területen (ER) pulzáló feszültség a vízmolekulákat alkotórészeire bontja, miközben a feszültségnövelő áramkör (AA) megakadályozza az elektronok áramlását. Az atomok körül keringő elektronok a szétválás pillanatát követően azonnal a pozitív töltésű lemezhez húzódnak. (lásd a 12.ábrát) 461

462 12. ábra. Az elektromos polarizáció A pozitív töltésű elektromos mező (E1) nem csak a negatív töltésű oxigénatomot vonzza, hanem a vízmolekula negatív töltésű elektronjait is. Ugyanakkor a negatív töltésű elektromos mező (E2) a pozitív töltésű hidrogénatomokat vonzza. Mivel a negatív töltésű elektronok kilépnek a vízmolekulából, ez egyúttal a kovalens kötés (qq') megszűnéséhez is vezet. Az elektronhiánnyal rendelkező szabad atomok elkapják a szabadon áramló elektronokat, mikor a pulzáló feszültségimpulzusokat kikapcsoljuk. A felszabadított és elektromosan semlegesített atomok elhagyják a vizet hidrogén- és oxigéngáz formájában. Ezért nevezzük a feszültségstimulált vízbontást "Elektromosan Polarizált Folyamat"-nak. Ha még tovább növeljük a feszültségszintet, akkor a felszabadított atomok ionizált állapotba kerülnek. Minden egyes atom elektromosan töltött lesz, melyek a negatívan töltött elektronokkal egyetemben eltérülnek, ezáltal egy másik fizikai törvény - a részecske ütközés - is érvénybe lép az elektromosan töltött vízfürdőben. Az elektromosan töltött részecskéknek a feszültség által eltérített oda-vissza történő rezgő mozgását "Rezonáló Tevékenység"-nek nevezzük. Ezt mutatja be a 13. ábra. 462

463 13. ábra. Az elektromos feszültségzónák a rezonáló üregben A pulzáló feszültség amplitúdójának változtatásával és a frekvencia behangolásával nagyon kis áramerősség mellett tudjuk előállítani a szükséges mennyiségű hidrogént. Lézeres Kölcsönhatás A fénykibocsátó diódák (Light-Emitting Diodes = LED) csoportja (lásd a 14. ábrán) a látható tartomány egy szűk sávjában bocsát ki fényenergiát a feszültségstimulált vízfürdőbe. 463

464 14. ábra. LED-ek csoportja 15. ábra. A foton energiája rezonanciát kelt 464

465 16. ábra. "Lézer-befecskendezéses" rezonáló üreg Megjegyzés: Meyer lézerről beszél, amit a LED diódák bocsátanak ki. Ez természetesen nem pontos fogalmazás, hiszen a lézer nem más, mint a természetes állapotban több irányba szétszóródó fénysugarak "párhuzamosítása", azaz pl. különböző szögben elhelyezett tükrök segítségével a fénysugarak egyező irányba vezetése. A LED-eknél ez nem áll fenn, mivel a LED-ek által kibocsátott fénysugarak ugyanúgy szétszóródnak, mint bármilyen más hagyományos fényforrás esetén. Mivel azonban Meyer a "lézer" szót használta, ezért a fordításban is ezt a szót látod. Ha viszont gondolatban a "lézer" szót felcseréled a "fény" szóra, akkor máris minden a helyére kerül. A lézerről bővebben itt és itt (2.rész) olvashatsz. Az elnyelt lézerenergia (elektromágneses energia) hatására sok atom veszíti el az elektronjait, miközben nagy energiával látja el a felszabadított, gyúlékony gázionokat. A lézer vagy fény intenzitása egyenesen arányos a LED-en átfolyó áram nagyságával: 465

466 U in - U led R s = I led ahol: R s - a LED-del sorbakapcsolt ellenállás értéke ( ) U in - bemeneti feszültség (általában 5V) I led - az egy LED-en átfolyó áram (általában 20 ma) U led - a Led-en eső feszültség (általában 1,7 V) A párhuzamosan kötött LED-ek teljesítményfelvétele Ohm törvénye szerint: P = U cc * I t ahol: P - a LED-ek eredő teljesítményfelvétele (W) U cc - az alkalmazott feszültség (általában 5V) I t - A LED-eken keresztülfolyó eredő áram (A) A lézer vagy fény intenzitása az impulzus frekvenciájának (1 Hz - 65 Hz) függvénye: I on 2 * T1 L e = [ ] T1 + T2 ahol: L e - a fény intenzitása (W) I on - a bekapcsolt állapotban folyó áram (A) T1 - a bekapcsolt állapot ideje (sec) T2 - a kikapcsolt állapot ideje (sec) 466

467 Az elektromosan polarizált folyamat során történő "lézer-befecskendezés" és a fényenergia intenzitásának vezérlése a gyúlékony gázokat egy magasabb energetikai szintre emeli, mely gyorsítja a gáztermelést és növeli a gázok égése során a hőmérsékletet. Elektron kinyerési folyamat Az elnyelt lézerenergia eltéríti az elektronokat a gázatomok atommagjától az impulzus kikapcsolt állapotában. A visszatérő pozitív feszültség-impulzus (k) a negatív töltésű (qq') szabad elektronokat a pozitív feszültségzónába (E3) vonzza. Ezalatt a pulzáló negatív elektromos feszültség (E4) a pozitívan töltött (qq') atommagot vonzza. A pozitív feszültségű mező (E3) és a negatív feszültségű mező (E4) egyidejűleg kapcsolódnak ki/be ugyanazokkal az impulzusokkal vezérelve. 17. ábra. Az elektron kinyerő áramkör (BB) Az elektron kinyerő áramkör (BB) a 17. ábrán elvonja, elkapja és felhasználja a gázatomokból felszabadított elektronokat, mely gázatomok ezáltal "Kritikus Állapot"-ba jutnak, azaz magas energiatartalmú, elektronhiánnyal rendelkező gyúlékony gázzá válnak. Az R4, R6 és R7 ellenállásértékek, az Rg gázállandó, valamint az elektromosan szigetelt "föld/test" (W) meggátolja az elektronok áramlását a rezonancia frekvencián működő impulzus bekapcsolt állapotában. A 467

468 gázok a kritikus állapotban vannak tartva azáltal, hogy a mozgó atomok között nem valósulhat meg az elektroncsere. A felszabadult negatív töltésű elektronok hő formájában használódnak el, mikor az áramelnyelő készülék (S) (például egy villanyégő) pozitívan van töltve a pulzálás során. A lézer által aktivált gázionok taszítják a szabad elektronokat. Az elektronkinyerőt "Hidrogéngáz pisztoly"-nak hívják és a rezonáló üreg tetején helyezkedik el. A teljes forrást angol nyelven itt nézheted meg. A vezérlő elektronika megtervezése Meyer konkrét kapcsolási rajzot nem hagyott hátra, de amiket leírt, abból mi is tudunk tervezni egyet. A következő adatokkal rendelkezünk: Az impulzusok frekvenciája 20 khz körül van. A Watercar levelező listán az egyik srác azonban azt mondta, hogy Ő reprodukálta Meyer elektrolizálóját és azt tapasztalta, hogy 42,5 khz-en volt a maximális a gáztermelés. Ugyanakkor Meyer a szabadalmában azt is írja, hogy a fojtótekercs következtében az impulzusok lecsengése után, vagyis amikor az 50 %-os kitöltés szünete kezdődik (ez nem az impulzuscsomag szünete) újabb impulzus alakul ki, ezért a frekvencia megduplázódik. Az impulzusok kitöltési tényezője 50 %-os (A primer oldalon). Az impulzusok csomagokban kell hogy érkezzenek, azaz vannak aktív és vannak passzív állapotok. Az aktív állapot során történik a vízmolekulák szétszakítása az őket alkotó atomokra, melyek felfelé emelkednek s elhagyják a vizet. Az impulzuscsomag kikapcsolt állapotában távoznak a szabad elektronok és a gázok a vízből. A 4. ábrán látható kapcsolásban az impulzustranszformátor egy közönséges torroid transzformátor. A primer oldalon a menetek száma 200, a szekunder oldalon pedig 600. Ez háromszoros feszültségnövekedést eredményez, a szabadalomban azonban több mint 468

469 ötszörös feszültségnövelésről van szó. Ez azért lehetséges, mert a fojtótekercs is indukál impulzusokat a primer oldali impulzusok kikapcsolt állapotában. A primer oldalon a feszültség amplitúdója 26 V, ebből következően a szekunder oldalon kb. 130 V feszültséget mérhetünk. A rezonancia során létrejövő feszültségnövelés következtében ebből kb V lesz, mint ahogy ezt a szabadalomból olvashatjuk. A fentebb lefordított szövegben ugyanakkor V feszültséget említ Meyer a rezonanciafrekvencián. Ez abból adódhat, hogy itt (lásd a 17. ábrán ) a primer oldali feszültség már nem 26 V, hanem 110 V. A primerkörben folyó áram erőssége max. 0,5 A. Arról azonban nem volt szó, hogy ez az impulzusok áram-amplitúdója, vagy az átlagáram. Szerintem ez az átlagáram. A fejlődő gáz mennyiségét az impulzusok amplitúdójának segítségével szabályozhatjuk. Mindezek alapján lett megszerkesztve a következő kapcsolási rajz. 469

470 18. ábra. A Meyer féle elektrolizálóhoz tervezett kapcsolás Az elektronika aktív alkatrészeinek az adatlapjai a következők: CD Schmitt-triggerek (vagy helyette a HCF logikai Inverter) CD Két-bemenetű logikai ÉS kapuk CD Két-bemenetű logikai NEM kapuk CD D típusú flip-flop CD Beállítható fel/le számláló CD bites komparátor BS170 - Kisteljesítményű térvezérlésű tranzisztor LM358 - műveleti erősítő BSS110 - Kisteljesítményű térvezérlésű tranzisztor BC547C - NPN Tranzisztor 2N Teljesítményerősítő tranzisztor 2N3055 ST - Teljesítményerősítő tranzisztor Az impulzuscsomagok előállítása Mivel a rezonanciafrekvencia az elektródalemezek alkotta kondenzátor kapacitásától is függ, s mivel ennek a kapacitásnak az értéke a víz változó dielektromos "állandó"-jának függvényében változik, ezért olyan áramkört kell használnunk, aminek a frekvenciáját folyamatosan utána tudjuk hangolni. Ehhez a legjobb megoldás mikrokontroller vagy mikroprocesszor használata. Először azonban az a célunk, hogy az elektrolízis jelenségét tanulmányozzuk, így az impulzuscsomagokat egy digitális IC-kből álló elektronika segítségével állítjuk elő. Az impulzuscsomag generátor eredeti kapcsolási rajzát innét vettem. A 18. ábrán látható kapcsolási rajz különböző hosszúságú és frekvenciájú impulzuscsomagokat állít elő. Az impulzusok frekvenciáját a P1 potméterrel állíthatjuk be 5-20 khz közötti értékekre. (Ha a CD4584-es Schmitt-trigger IC 1. lábához kapcsolódó 2,2 nf-os kondenzátor értékét csökkentjük, akkor ez a frekvenciasáv feljebb húzódik.) 470

471 Az impulzusok közötti szünet hosszúságát a P2 potméterrel állíthatjuk be 0,2-2 msec közötti értékekre. Az egy csomagon belüli impulzusok számát az S1 - S4 kapcsolókkal határozhatjuk meg 0 és 14 között a kettes számrendszer alapján. Az eredményből azonban egyet mindig ki kell vonni. Ha pl. az S4 és az S1 van bekapcsolva, akkor (S4+S1)-1=(1+8)-1=8 impulzust kapunk. Az impulzuscsomagok közötti szünet ideje az impulzusok idejének egész számú többszöröse. A CD4081 IC 3. lábán jelenik meg a formált és kapuzott impulzuscsomag, mely a következőképpen néz ki. 19. ábra. A CD4081 IC 3. lábán megjelenő impulzuscsomag alakja A 19. ábra azt az esetet mutatja, mikor egy impulzuscsomagban 5 impulzus jelenik meg, tehát az S2 és S3 kapcsolók vannak bekapcsolva: (S2+S3)-1 = (4+2)-1 = 5. Az impulzuscsomag előállításához használt IC-k táplálását nem a +12 V-os tápról, hanem a 7810-es feszültség-stabilizátor IC kimenetén megjelenő nagyon stabil +10 V-ról biztosítjuk. Ezzel azt érjük el, hogy a jelgenerátor frekvenciája állandó marad még akkor is, ha a tápfeszültség értéke ingadozik. A teljesítményerősítő fokozat táplálását viszont már a 12 V-os tápegységről oldjuk meg. Ez lehetővé teszi, hogy a stabilizátor IC-n csak viszonylag kis áramok folyjanak át, így azt nem kell hűteni. Az impulzusok alakjának fűrészfogúvá alakítása A jobb hatásfok érdekében a négyszög alakú impulzusokat át kell alakítanunk fűrészfog alakúvá. Ezt az LM358-as műveleti erősítővel, valamint a BSS110 és BS170 tranzisztorokkal tehetjük meg. A BSS110 FET kimenetén a 20. ábrán látható jelalakot kapjuk. 471

472 20. ábra. A BSS110 FET kimenetén megjelenő fűrészfog alakú impulzuscsomag A fűrészfog generátornál is található egy P3 jelű potméter. Ennek feladata a műveleti erősítőre jutó feszültség amplitúdójának beállítása. Mivel ez határozza meg a minimális bemeneti feszültséget és ezáltal a minimális gáztermelést, ezért ezzel az alapjárathoz szükséges gáztermelést tudjuk beállítani. A fűrészfog generátor eredeti kapcsolási rajzát itt láthatod. Az egyik Olvasó, István javaslatára azonban ezt kicsit módosítottuk úgy, hogy a kimeneten valóban fűrészfog alakú jelet kaphassunk. Az R? ellenállás értéke 500 k -tól 1 M -ig terjedhet. A fűrészfog alakú impulzuscsomag azért biztosít jobb hatásfokot, mivel az elektródalemezek alkotta kondenzátor feltöltődése így gazdaságosabb. Ha megnézzük a 7.ábrát, akkor láthatjuk, hogy bár az első impulzusok amplitúdója elég nagy, ennek ellenére a "kondenzátor" ennek csak egy kis részével töltődik fel. A következő impulzusnál már egy kicsit többel és így tovább. Ha viszont mi állandóan ugyanakkora amplitúdójú impulzusokat juttatunk az elektródalemezekre, akkor az a töltődés elején csak energiaveszteséget okoz. Ezért előnyös a fűrészfog alakú impulzusok alkalmazása, mivel így mindig csak annyi energiát közlünk a kondenzátorral, amennyit az fel is tud venni. Az impulzusok teljesítményének erősítése A BSS110 FET kimenetén megjelenő fűrészfog alakú impulzuscsomag teljesítménye még nem elegendő ahhoz, hogy az meghajtsa a Tr1 transzformátort, ezért közbe kell iktatni egy teljesítményerősítőt. A teljesítményerősítő első eleme egy műveleti erősítőből áll, amit az LM358-as IC-vel oldottunk meg. Mivel egy tokban két műveleti erősítő is van, ezért a fűrészfog generátornál használt LM358- as IC tokjában lévő második műveleti erősítőt használhatjuk. A negatív visszacsatolás ágában lévő 472

473 10 k -os P4 potméterrel szabályozhatjuk a kimeneti feszültséget, ezáltal pedig a fejlődő gáz mennyiségét. A teljesítményerősítő fokozat másodok eleme az áramerősítő. Erre a célra két tranzisztorból (2N3715 és 2N3055 ST) álló úgynevezett darlington-kapcsolást használhatunk. Ez nagy bemeneti ellenállást, nagy áramerősítést és kicsi kimeneti ellenállást ad, s mindezt a lehető legkevesebb alkatrész felhasználásával. A 2N3055 tranzisztor emitterére kapcsolt 4 db 15 -os ellenállás védi a tranzisztort a túl nagy áramoktól. Az eredő ellenállás 3,75 lesz, ami a tranzisztoron átfolyó áramot lekorlátozza Imax = Ut / Rt = 12 / 3,73 = 3,2 A-ra. Mivel a kimeneti tranzisztor folyamatosan át tud engedni 15 A-t, így az nem fog tönkremenni akkor sem, ha a transzformátor kapcsait véletlenül rövidre zárjuk. A 4 db 15 -os ellenállásnak legalább 11 W-osnak kell lennie, hogy ne égjen el a maximális áramok esetén se. (Pmax = Ut*Ut/R = 12*12/15 = 9,6 W). Amennyiben több áramra van szükségünk, akkor még egy-két 15 -os ellenállást párhuzamosan kapcsolhatunk az itt bemutatott 4 db ellenállással. Úgy számolhatunk, hogy minden egyes ellenállás Ir = Ut / R = 12 / 15 = 0,8 A-ral növeli a maximális kimeneti áramot. Arra azonban figyeljünk, hogy a maximális áram ne haladja meg a 10 A-t. A kimeneti tranzisztorokat hűtőbordával kell ellátni. Mivel a darlington-kapcsolás mindkét tranzisztorának (2N3715 és 2N3055 ST) a kollektora a tokkal galvanikusan érintkezik, s mivel azokat össze is lehet kötni, ezért a két tranzisztort közös hűtőbordára is tehetjük. A transzformátor méretezése A megfelelő teljesítményre felerősített impulzusok feszültségét a Tr1 transzformátor segítségével tudjuk megemelni a kívánt értékre. A 2N3055-ös teljesítményerősítő tranzisztor kimenetén, 12 V-os tápfeszültségnél maximum 8-10 V-ot kapunk. Ekkor a transzformátor primer tekercsén átfolyó áram maximális amplitúdója 3,2 A, tehát a maximális teljesítmény Pmax = 10 V * 3,2 A = 32 W. Ez a teljesítmény csak időnként lép fel, valamint mivel a transzformátorokat 50 Hz-es frekvenciára méretezik s mivel azt is tudjuk, hogy a frekvencia növekedésével az ugyanakkora teljesítményű trafók méretei csökkennek, ezért 473

474 biztosak lehetünk abban, hogy a transzformátorunk nem fog se melegedni, se telítődni, ha az 25 W- ra van méretezve. Határozzuk meg a transzformátor kimeneti feszültségét. Meyer a szabadalmában említi, hogy 26 V- os bemeneti feszültség mellett 130 V kimeneti feszültséget kapott. Ez 130 / 26 = 5-szörös feszültségnövelés. Mi használhatunk ennél nagyobb feszültséget, hiszen minél magasabb a feszültség, annál több gáz fejlődik és a gázokban rejlő energia szintje is növekszik, mint erről már fentebb olvashattunk. Olyan transzformátort válasszunk, melynek kimeneti feszültsége 5-8 V körül van. Minél kisebb, annál jobb. Ezt az eredetileg kimenetnek, azaz szekunder tekercsnek szánt oldalt fogjuk mi bemenetként használni, az eredeti 220 V-os bemenet pedig most a kimenet lesz. Ha tehát a trafó névleges kimeneti feszültsége 5 V, akkor a menetszám áttétel Ná = 220 V / 5 V = 44, a mi esetünkben tehát, mikor az impulzuscsomag maximális amplitúdója 10 V, a kimeneten 10 V * 44 = 440 V amplitúdójú jeleket kapunk. Ha pedig a trafó névleges kimeneti feszültsége 8 V, akkor az előbbi példához hasonlóan számolva már csak 10 V * 220 V / 8 V = 275 V amplitúdójú jeleket kapunk. Ezért jobb az, ha olyan gyári készítésű transzformátort veszünk, aminek lehetőleg kicsi a kimeneti feszültsége. A másik megoldás az, hogy Te magad tervezed meg és tekercseled a transzformátort. Ehhez itt találsz segítséget. A tekercsek és a kondenzátor méreteinek kiszámítása A számításokat az elektródalemezek alkotta kondenzátor kapacitásának meghatározásával kezdjük. Ha sík lemezekből állnak az elektródák, akkor a kapacitás értékét a következő egyenlettel kaphatjuk meg: C_sík = 0 * r * A / d ahol: C-sík - az sík elektródák és a víz alkotta "kondenzátor" kapacitása (F) 0 - a vákuum permittivitása (8, E-12 A*sec/V*m) r - a víz relatív permittivitása. Ez hőmérsékletfüggő (25 C-on kb. 80). A - a lemez felülete (m2) 474

475 d - a lemezek közötti távolság (m) Ha pl. a lemez felülete 100 cm2 (= 0,01 m2), a lemezek közötti távolság pedig 1,5 mm (0,0015 m), akkor a kapacitás értéke: C_sík = 8,854 E-12 * 80 * 0,01 / 0,0015 = 4,72 E-9 F C_sík = 4,72 nf Ha az elektródák henger alakúak (csöves elektródák), akkor a kapacitás értékét a következő egyenlettel kaphatjuk meg: C_henger = 2 * Pi * 0 * r * l / ln(r2 / R1) ahol: C-henger - a henger alakú elektródák és a víz alkotta "kondenzátor" kapacitása (F) 0 - a vákuum permittivitása (8, E-12 A*sec/V*m) r - a víz relatív permittivitása. (25 C-on kb. 80) R1 - a belső cső külső sugara (m) R2 - a külső cső belső sugara (m) l - a csövek magassága (m) (l >> R2) Ha pl. a belső cső külső sugara 3 cm (0,03 m), a külső cső belső sugara 4 cm (0,04 m), a csövek magassága pedig 20 cm (0,2 m), akkor a kapacitás értéke: C_henger = 6,28 * 8,854 E-12 * 80 * 0,2 / ln( 0,04/0,03) C_henger = 3,09 E-9 F = 3,09 nf A továbbiakban csak a síklemezes kondenzátorokkal foglalkozunk. Az elektródalemezek méretével arányos a termelt gáz mennyisége, ezért célszerű a lemezek felületét megnövelni. Ennek azonban gátat szab az, hogy az elektrolizálót el kell helyeznünk az autóban, s ott lehetőleg kis helyet kell elfoglalnia. Ezért több párhuzamos elektródapárt alkalmazhatunk. Ezeket az elektróda párokat sorba is és párhuzamosan is köthetjük, ugyanakkor a kapcsolás módjától függ a lemezek közötti feszültség értéke és az eredő kapacitás. Ha pl. azt szeretnénk, hogy a kapacitás ugyanakkora 475

476 maradjon, mint egy lemezpár esetén, de a felületet a négyszeresére kívánjuk növelni, akkor két-két elektródalemez párt sorba kötünk, majd ezeket párhuzamosan. Ezt mutatja be a 21. ábra. 21. ábra. Négy elektródapár kapcsolása A C1 és C2 eredő ellenállása: Ce12 = 1 / ( 1/C1 + 1/C2 ) A C3 és C4 eredő ellenállása: Ce34 = 1 / (1/C3 + 1/C4 ) A teljes eredő ellenállás pedig: Ce = Ce12 + Ce34 Ce = 1 / ( 1/C1 + 1/C2 ) + 1 / ( 1/C3 + 1/C4 ) Mivel a kondenzátorok kapacitásai egyenlők, ezért C1 = C2 = C3 = C4 = C. Az eredő ellenállás ezek szerint: Ce = 1 / ( 1/C + 1/C ) + 1 / ( 1/C + 1/C ) Ce = 1 / ( 2 / C ) + 1 / ( 2 / C ) Ce = C/2 + C/2 = C Tehát ebben a kapcsolásban az eredő kapacitás nem változott, a vízzel érintkező felületet viszont a négyszeresére növeltük. Azonban arról se szabad megfeledkeznünk, hogy ekkor a feszültséget is a duplájára kell növelnünk, így érve el azt, hogy ugyanakkora feszültség essen minden egyes elektróda páron, mint amekkora egy elektróda párnál esett. 476

477 Tovább is növelhetjük a felületet még több elektródapár alkalmazásával. Ha azt szeretnénk, hogy az eredő kapacitás (Ce) ne változzon, akkor arra van szükség, hogy ugyanannyi elektródapárt kössünk sorba, amennyi sort párhuzamosan. Pl. 2 * 2 sorba, 3 * 3 sorba és így tovább. Erre azonban nincs feltétlenül szükség, a cél inkább az, hogy az eredő kapacitást minél kisebb értéken tartsuk, miközben a feszültséget nem kell jelentősen megnövelnünk. Azért jó az eredő kapacitást kis értéken tartani, mert akkor a rezonanciafrekvencia értékének eléréséhez szükséges induktivitás értéke viszonylag nagy lehet. A következő lépés a tekercs induktivitásának meghatározása. Mivel tudjuk azt, hogy soros rezgőkör rezonanciafrekvenciája: f = 1 / ( 2 * Pi * ( L * C ) ) ezért ebből ki tudjuk fejezni L-et: L = 1 / ( 4 * Pi^2 * f^2 * C ) Ha azt szeretnénk, hogy a rezonanciafrekvencia 42,5 khz (42500 Hz) legyen, a kapacitás értéke pedig az előbbi példában kapott 4,72 nf (4,72 E-9 F), akkor L értéke: L = 1 / ( 4 * 3,14^2 * 42500^2 * 4,72 E-9 )= 0,00297 H L = 2,97 mh Ez az az eredő induktivitás, amire szükségünk van a rezonanciafrekvencia eléréséhez. Mivel azonban a soros rezgőkör két teljesen egyforma tekercset tartalmaz (L1 és L2), ezért egy-egy tekercs induktivitása a fentebb kiszámolt induktivitásnak csak a fele. (18. ábra) Tehát: L1 = L2 = L / 2 = 2,97 mh / 2 = 1,48 mh Az a legegyszerűbb megoldás, ha a fojtótekercseket nem magunk készítjük el, hanem készen vesszük valamelyik elektrotechnikai szaküzletben. A következő lépés a tekercs és a kondenzátor reaktív ellenállásainak a meghatározása. A tekercs ellenállását (induktív reaktanciáját) a következő képlettel határozhatjuk meg: 477

478 Xl = 2 * Pi * f * L = 6,28 * * 0,00297 Xl = 793,01934 A kondenzátor ellenállását (kapacitív reaktanciáját) pedig ezzel a képlettel határozhatjuk meg: Xc = 1 / ( 2 * Pi * f * C ) Xc = 1 / ( 6,28 * * 4,72 E-9 ) Xc = 793,01934 A rezonancia feltétele az, hogy Xc egyenlő legyen Xl-lel, ami a mi esetünkben pontosan fennáll: Z = Xc - Xl = 793, ,01934 = 0 Az alkatrészeket a gyakorlatban azonban nem lehet hajszálpontosan behangolni, ezért az áramkörben mindenképpen jelentkezik valamekkora impedancia (Z), s ez fogja meghatározni a tekercsen és a kondenzátoron eső feszültség értékét. A következő dinamikus táblázat a kapacitás és az induktivitás értékeinek meghatározásában segít. A rezonanciafrekvenciát és az elektródalemezek magasságát (M), szélességét (Sz), és az egymástól való távolságát (d) megadva megkapod az elektródapár kapacitását és az egyes tekercsek induktivitását. A víz dielektromos állandóját 80-nak vesszük. Ez a táblázat csak egy elektróda párra érvényes. Amennyiben több elektróda párt kötsz párhuzamosan és/vagy sorosan, akkor az eredő kapacitás értékét már magadnak kell kiszámolnod! Rez.Frekv. M Sz d Kapacitás Induktivitás Hz mm mm mm NaN nf NaN mh 478

479 Transzformátorok tervezése Néha szükség lehet arra is, hogy Te magad tervezzél meg egy transzformátort. Ehhez szeretnék ezen az oldalon segítséget nyújtani. Többféle céllal használhatunk transzformátorokat, pl. a hálózati feszültség csökken-tésére, invertereknél a feszültség növelésére, ellenállás illesztésre, mérőműszerek méréshatárának kiterjesztésére (áram- és feszültségváltók) stb. Ezen az oldalon mi főleg a hagyományos feszültség növelésre - csökkentésre fordítjuk a figyelmünket. Mielőtt elkezdenénk a számításokat, a következő kiinduló adatokat kell meghatároznunk: U p - a primer oldali (vagy bemenő) feszültség (V) U s - a szekunder oldali (vagy kimenő) feszültség. Itt a terhelt állapotban szükséges feszültség értendő. (V) P t - a transzformátor teljesítménye (VA) f - az üzemi frekvencia, vagy ha egy adott frekvenciasávban kell működnie a trafónak, akkor az alsó határfrekvencia (Hz) Ahhoz, hogy az itt bemutatott számítások egyértelművé váljanak, konkrét adatokkal is számolni fogunk: Ezek legyenek a következők: U p = 220 V U s = 15 V P t = 100 VA f = Hz A vasmag típusának kiválasztása A legelső lépés a vasmag kiválasztása. Itt a vasmag anyaga, mérete és alakja a fontos számunkra. Az anyag és a forma kiválasztásánál elsősorban a kívánt hatásfok a mérvadó. Amennyiben nagyobb teljesítményeket kell átvinni, úgy a toroid vasmag az előnyösebb, mivel annak hatásfoka 479

480 megközelíti a 95 %-ot. A hagyományos lemezes transzformátorok hatásfoka csak % között van. A hatásfok a mágneses fluxus akadályoztatása miatt olyan alacsony az E-I alakú vasmagoknál. Ezt a következő ábrán is láthatod. 1. ábra. A mágneses erővonalak haladása az EI alakú és a toroid alakú vasmagoknál A vasmag anyagának kiválasztásakor azt kell figyelembe vennünk, hogy milyen frekvencián fog üzemelni a transzformátorunk. Az alacsony frekvenciákon elegendő a lágyvas lemezekből készült mag, de a magasabb frekvenciákon már ferritből készült magra van szükségünk az átviteli karakterisztika linearitásának megtartása érdekében. A vasmag mérete az átviendő teljesítmény függvénye. Minél nagyobb a teljesítmény, annál nagyobb méretű vasmagra van szükségünk. Ennek az az oka, hogy a vasmag közvetíti a mágneses fluxust a két tekercs között, de a vasmag túl nagy fluxus esetén telítődik. A telítődés azt jelenti, hogy hiába növekszik tovább az áram a primer oldalon, az nem fog nagyobb mágneses mező változást előidézni a vasmagban, így a szekunder tekercs árama sem növekszik. Megfelelő vasmag esetén viszont ez a telítődés nem jelentkezik. Erről bővebben itt olvashatsz. Adott induktivitás esetén a lágyvas magok nagyobb menetszámot igényelnek az alacsony permeabilitásuk miatt, mint az azonos méretű ferrit magok, így a lágyvas mag nagyobb teljesítményt tud átereszteni, hiszen a fluxussűrűség az alkalmazott feszültség esetén alacsonyabb lesz. A ferrit magnál a fluxussűrűség növekedésének megakadályozására a feszültséget csökkenteni kell. Bármelyik típusú mag használható transzformátorként, de mind a kettőnél kompromisszumokat kell kötnünk. A ferrit magnál kevesebb menetszámra van szükség, nagyobb a menetenkénti impedancia és a primer és szekunder tekercsek közötti csatolási tényező (k) nagyobb lesz. A lágyvas magnál 480

481 nagyobb menetszámra van szükség, kisebb a menetenkénti impedancia és a primer és szekunder tekercsek közötti csatolási tényező (k) kisebb lesz, de ebben az esetben nagyobb teljesítményt tudunk átvinni. Az adott mag maximális, gaussban megadott fluxussűrűségének (B max ) meghatározásához a következő tényezőket kell figyelembe vennünk: Az alkalmazott effektív feszültséget (U) A mágneses mező útjának cm 2 -ben megadott keresztmetszetét (A e ) A menetszámot (N) A jel MHz-ben megadott frekvenciáját (f) Az amperben megadott egyenáram értéket (I dc ) [ha a jel tartalmaz egyenáramú összetevőt] A mag fajlagos induktivitását (A l ) A következő képletet mind az egyen, mind pedig a váltakozó áramokra használhatjuk: B max = (U*100)/(4,44*f*N*Ae) + (N*I dc *A l )/(10*A e ) Ha a jel szinusz alakú, akkor 4,44-et, ha pedig négyszög alakú, akkor 4,0-t használjunk az egyenletben. Ha a jel nem tartalmaz egyenáramú összetevőt, akkor a "+" jel után található kifejezést (N*I dc *A l )/(10*A e ) elhagyhatjuk. A fenti képlet segít meghatározni a mag maximálisan megengedett fluxus sűrűségét a különböző frekvenciákon. Az egyenletben az alkalmazott frekvenciasáv legalacsonyabb értékével és a legmagasabb effektív feszültséggel kell számolnunk. Néhány mérnök a csúcsfeszültséget veszi figyelembe az effektív érték helyett, így biztosítva azt, hogy még véletlenül se telítődjön a mag. A különböző magoknak különböző a maximálisan megengedett fluxussűrűsége. A fluxussűrűség vagy mágneses indukció (B) hivatalos SI mértékegysége a "Gauss", a gyakorlatban azonban elterjedtebb a Tesla használata: 1 Tesla = Gauss Ennek megfelelően az adott vasmagra jellemző maximális mágneses indukció értékét - amikor még nem lép fel a telítődés - Teslában adják meg. Példaképpen itt láthatod néhány vasmag anyagának max. megengedett fluxussűrűségét: 481

482 Sima, szilícium: 1,2 T Hiperszil: 1,6 T SMPS-ferrit: 0,3 T Mivel könnyebb nekünk is Teslában számolnunk, ezért osszuk el az eredményt még rel. Az is könnyítést jelent, ha a frekvenciát nem MHz-ben, hanem csak Hz-ben adjuk meg, ezért az eredményt szorozzuk meg még egymillióval. Ekkor a képlet így módosul: B max = (U*10000)/(4,44*f*N*Ae) A vasmag szükséges keresztmetszetének meghatározása A továbbiakban csak a toroid vasmagokkal fogunk foglalkozni azok előnyösebb tulajdonságai miatt, de ennek az oldalnak az alján található transzformátor tervező program természetesen más vasmagokra is használható. 2. ábra. Toroid vasmag a tekerccsel A vasmag keresztmetszetét a gyakorlatban a következő megközelítő képlettel határozhatjuk meg: 482

483 A e = (P/(4 * f)) ahol: A e - a vasmag keresztmetszete (cm 2 ) P - a transzformátor csúcsteljesítménye (mva) f - az üzemi frekvencia, vagy ha egy adott frekvenciasávban kell működnie a trafónak, akkor az alsó határfrekvencia (Hz) Tehát ha tudjuk, hogy mekkora az átvinni kívánt teljesítmény és az üzemi frekvencia, akkor meg tudjuk határozni a vasmag keresztmetszetét. Vegyük a példában megadott adatokat: A e = (P/(4 * f)) A e = ( mva / (4 * Hz)) A e = 1,12 cm 2 Ebből már meg tudjuk határozni a vasmag méreteit. A toroid mag megközelítőleg négyszög keresztmetszetű. Mivel az adatlapon a magasságot (h) valamint a belső (2a) és külső (2b) átmérőket adják meg, így a keresztmetszetet a következő képlettel számolhatjuk ki: A e = (b - a) * h A vasmag külső (b) és belső (a) sugarainak a meghatározásakor azt is figyelembe kell vennünk, hogy elférjenek a magon a vezetékek. Válasszuk ki egy vasmagot, például az FT-114A-77-et, aminek a terhelhetősége 140 W 20 khz-en. Ennek a méretei a következők: a = 19 mm, b = 29 mm, h = 13,8 mm. Ebből a vasmag keresztmetszete: A e = (2,9-1,9) * 1,38 = 1,38 cm 2 Ez nagyon közel van az általunk kiszámolt keresztmetszethez, azaz az 1,57 cm 2 -hez. 483

484 Ellenőrzésként határozzuk meg a fentebb ismertetett képletek szerint a maximális terhelhetőségét ennek a kiválasztott vasmagnak. A maximálisan megengedett teljesítmény: P max_cs = A e 2 * 4 * f = 1,38 2 * 4 * = mw = 152 W Az FT-114A-77 vasmag adatlapján azt olvashatjuk, hogy 140 W a maximálisan megengedett teljesítmény 20 khz-en. Ez is azt bizonyítja, hogy a képlet biztonságosan meghatározza a szükséges keresztmetszetet. A menetszám meghatározása A fentebb ismertetett képletet átalakítva kifejezhetjük a menetszámot: N p = (U p * 10000)/(4,44 * B max * A e * f) Mi azonban inkább egy másik módszerrel határozzuk meg a menetszámokat. Induljunk ki abból, hogy mekkora induktív reaktanciával kell rendelkeznie a tekercseknek, hogy az adott áramerősség folyjon rajtuk keresztül az üzemi (vagy alsó) frekvencián. Kezdjük a primer tekerccsel. X p = U p 2 / P t Azt is tudjuk, hogy az induktív reaktancia a tekercs induktivitásának függvényében a következő képlettel határozható meg: X p = 2 * * f * L p A tekercs induktivitása viszont a vasmag fajlagos induktivitásának és a menetszámnak a függvénye: L p = A l * N p 2 Ebből fejezzük ki a menetszámot: N p = (L p / A l ) 484

485 N p = (X p / (2 * * f * A l )) N p = (U p 2 / (P t * 2 * * f * A l )) Az általunk kiválasztott vasmag fajlagos induktivitása: Al = 2340 nh, így az értékeket behelyettesítve megkapjuk a primer tekercs menetszámát: N p = (220 2 / (100 * 2 * 3,14 * * 2340 * 10-9 )) N p = 40,58 menet Ezt kerekítsük 41 menetre. A szekunder tekercs menetszámát hasonló módon kapjuk meg: N s = (U s 2 / (P t * 2 * * f * A l )) N s = (15 2 / (100 * 2 * 3,14 * * 2340 * 10-9 )) N s = 2,76 menet Ezt kerekítsük 3 menetre. Ellenőrizzük le, hogy nem fog-e telítődni a vasmagunk az adott menetszám és effektív feszültség mellett: B = (U p *10000)/(4,44*f*N*A e ) B = (220*10000)/(4,44*20000*41*1,38) B = 0,437 Tesla Mivel a ferrit magok megengedett maximális fluxussűrűsége 0,2-0,4 T között van, ezért itt már fennáll a telítődés veszélye. Ha nem akarjuk lecserélni a vasmagot egy másikra, akkor pl. a frekvenciát növelhetjük, ez viszont maga után vonja a menetszám megváltozását is. Ha pl. a frekvenciát megnöveljük 50 khz-re, akkor a primer tekercs menetszáma lecsökken 26 menetre, a szekunder tekercs menetszáma pedig 2-re. Ekkor a maximálisan fellépő fluxussűrűség 0,276 Tesla. Ez már a megengedett tartományban van. 485

486 A huzalátmérők meghatározása A huzalátmérő meghatározásánál az a cél, hogy a lehető legkisebb veszteség lépjen fel a tekercsekben, amihez a lehető legkisebb ellenállással kell rendelkeznie a vezetékeknek. Viszont az is cél, hogy a méretek minimálisak maradjanak. Először a tekercsekben folyó maximális áramokat kell meghatároznunk. I = P / U A primer oldalon a feszültség 220 V, a transzformátor teljesítménye pedig 100 VA. Ebből meghatározhatjuk a primer tekercs maximális áramát: I p = P / U p = 100 / 220 = 0,45 A A szekunder tekercs maximális árama pedig: I s = P / U s = 100 / 15 = 6,7 A A valóságban a szekunder tekercs maximális árama ennél kisebb lesz a transzformátorok veszteségei miatt, de a vezetékek méretezésénél ezzel az értékkel számolhatunk. Itt ismét egy gyakorlati képletet fogunk használni. A primer tekercs vezetékének minimális átmérője: D p = 1,13 * (I p / 2,5) = 1,13 * (0,45/2,5) = 0,466 mm Ezt kerekítsük 0,5 mm-re. A szekunder tekercs vezetékének minimális átmérője pedig: D s = 1,13 * (I s / 2,5) = 1,13 * (6,7/2,5) = 1,79 mm Ezt kerekítsük 1,8 mm-re. 486

487 A tekercsek méretének ellenőrzése A számításokkal meg is vagyunk, de van még egy - a gyakorlatban fontos - tényező, ez pedig a tekercsek valódi méretei. Ha nem jól számoltunk, akkor a tekercsek nem fognak elférni a vasmagon. Kellemetlen volna, ha ez az utolsó meneteknél derülne ki. Ezért ki kell számolnunk a tekercsek által fizikailag elfoglalt tér méretét, majd azt össze kell vetni a vasmag méreteivel. A gyakorlatban nem képletekkel számolnak a szakemberek, hanem táblázatokat használnak. Ezért nem akadtam olyan képletekre, amikkel itt dolgozhatnánk, tehát magunknak kell a képleteket megszerkeszteni. Próbáljuk meg egy "egyszerű" képlet segítségével meghatározni a minimálisan szükséges sorok számát. Mint látjuk, itt egy számtani sorozattal van dolgunk. Megkíméllek a levezetéstől, csak a végeredményt írom fel. n p = {k-(2*n 1 ) + [(k-(2*n 1 )) 2 - (8*k*(-M))] } / 2*k ahol: n p - a primer tekercs sorainak száma k - az egyes sorok közötti menetek különbsége (N 2 -N 1 ). Ez negatív szám, s mindig -2* = - 6,28 N 1 - az első sor meneteinek száma (2* *(a - (D p /2)) / D p ) M - a tekercs teljes menetszáma (a mi példánkban 26 menet) Behelyettesítve a számokat a primer tekercs sorainak száma: n p = 0,12 Ezt felfelé kerekítve 1 sort kapunk. A szekunder tekercs sorainak számát ugyanezzel a képlettel számoljuk ki, annyi a különbség, hogy: 487

488 n s = {k-(2*n 2 ) + [(k-(2*n 1 )) 2 - (8*k*(-M2))] } / 2*k az első sor kerületénél nem a vasmag belső átmérőjével számolunk, hanem a primer tekercs legszélső sorának a külső szélével. a1 = ( a-(n p *D p ))-(D s /2) = 19-(1*0,6)-(1,9/2) = 17,45 mm. A szekunder tekercs vezetékének átmérője D s = 1,8 + 0,1 = 1,9 mm N 2 - az első sor meneteinek száma (2* *(a1 - (D s /2)) / D s ) M2 - a teljes menetszám (a mi példánkban 2 menet) Ezek alapján a szekunder tekercs sorainak száma: n s = 0,03 ezt kerekítsük 1-re. Ebből már látjuk, hogy a tekercsek vastagsága: h = (D p * n p ) + (D s * n s ) + (3 * h szig ) A h szig a tekercsek közötti szigetelő anyag vastagsága mm-ben. Azért kell beszoroznunk 3-mal, mert először a vasmagot szigeteljük le, majd a primer tekercset, végül pedig a szekunder tekercset. h = (0,6 * 1) + (1,9 * 1) + (3 * 1) = 5,5 mm Mivel a vasmag belső sugara 19 mm, ezért az 5,5 mm-es tekercs és szigetelő vastagság bőven elfér. A cél az, hogy legalább 10 mm átmérőjű lyuk maradjon. Ehhez képest a mi esetünkben 2*(19-5,5) = 27 mm átmérőjű lyuk marad, tehát fizikailag kivitelezhető a transzformátorunk. A vezetékek hosszának kiszámítása Végezetül számoljuk ki, hogy milyen hosszú vezetékekre van szükségünk a tekercsekhez. Kezdjük ismét a primer tekerccsel. Az első sorban egy menet hosszát a következő képlettel tudjuk kiszámolni: h menet1 = 2 *(h + (2*D p ) + (b-a) + (2*h szig )) ahol: 488

489 h - a vasmag magassága (a mi példánkban 13.8 mm) b - a vasmag külső átmérője (a mi példánkban 29 mm) a - a vasmag belső átmérője (a mi példánkban 19 mm) D p - a primer tekercs átmérője (a mi példánkban 0,6 mm) h szig - a vasmagon lévő szigetelő anyag vastagsága (1 mm) tehát: h menet1 = 2 *(13,8 + (2*0,6) + (29-19) + (2*1)) h menet1 = 54 mm Ha a tekercs több mint egy sorból áll, akkor a következő sorban az egy menetre jutó vezetékhossz megnövekszik az első sorhoz képest 4*Dp-vel. h menet2 = h menet1 + (4*D p ) tehát: h menet2 = 54 + (4*0,6) h menet2 = 56,4 mm Viszont a következő sorban már 7-tel (azaz 6,28-dal) kevesebb menet fér el, ezért a következő sortba feltekerhető vezeték hosszát már a h menet2 *N 2 képlettel számolhatjuk ki. Végül össze kell adni az egyes sorokban feltekert vezetékek hosszát, majd az eredményhez a biztonság kedvéért még egy-két métert hozzáteszünk. A szekunder tekercs hosszát a primer tekercshez hasonlóan tudjuk meghatározni. Egyéb vasmagok Eddig csak a toroid vasmaggal foglalkoztunk, de ezen kívül még vannak más típusú vasmagok is, mint pl. E mag, EI mag, I mag, Fazékmag stb. Ezekről láthatunk párat mutatóban a következő képeken: 489

490 4. ábra. E-magok 5. ábra. Fazék- és orsó-magok 490

491 6. ábra. Toroid magok Transzformátor számoló program Az itt következő dinamikus táblázat segítségével Te is könnyen megtervezheted a neked szükséges transzformátort. A következő bemeneti adatokat kell megadnod: f - az üzemi frekvencia, vagy ha egy adott frekvenciasávban kell működnie a trafónak, akkor az alsó határfrekvencia (Hz) U p - a primer oldali (vagy bemenő) feszültség (V) U s - a szekunder oldali (vagy kimenő) feszültség. Itt a terheletlen állapotban mérhető feszültség értendő. (V) P t - a transzformátor teljesítménye (VA) A l - a vasmag fajlagos induktivitása (nh) a, b, c, d - a kiválasztott vasmag méretei (mm) Megjegyzés: Az EI, E és I magoknál, ha a keresztmetszet nem négyszög alakú, hanem kör, akkor a "c" értékét 0-nak kell megadni. Ekkor a kör átmérőjét a "b" értéke határozza meg. f U p U s P t 491

492 Hz V V VA Vasmag alakja: a b c d mm mm mm mm Vasmag anayaga: Vasmag típusa: A l nh Adatlap: Nincs megadva Számold ki az értékeket 1. táblázat. A transzformátor adatainak kiszámítása A tekercselés A tekercselést a primer tekerccsel kezdjük, majd megfelelő szigetelés után arra jön rá a szekunder tekercs. A kivezetéseket Mipolán szigetelőcsőben hozd ki. Mérd meg a szigetelési ellenállást a primer és a szekunder tekercsek között. Ennek legalább 2 M -nak kell lennie. Utána mérd le a szekunder feszültségeket. Ha minden jónak tűnik, akkor Araldittal vagy más kétkomponensű műgyantával kend be jól az egészet, hogy ne zümmögjön a trafód. Fontos, hogy a tekercsek ne csak a vasmag egy részén legyenek elhelyezve, hanem körben, az egész vasmag mentén. Ez csökkenti a transzformátorban fellépő veszteségeket. A kézi tekercselés nagyon fárasztó munka, ezért a transzformátort gyártó üzemekben ezt tekercselő gépekkel végzik. 492

493 7. ábra. A toroid transzformátor gépi tekercselése Amennyiben úgy döntesz, hogy inkább megrendeled a számodra szükséges transzformátort, akkor erre pl. itt van lehetőséged. A számításokhoz az adatokat innét vettem. A Horváth féle vízbontó Horváth István magyar származású feltaláló is kidolgo-zott egy vízbontási elvet, mely olyan jó hatásfokú volt, hogy a 4000 cm 3 -es autóját könnyűszerrel, kis energia-befektetéssel tudta vele üzemeltetni. Ezen az oldalon a 3,980,053 számú Horváth féle szabada-lommal ismerkedhetsz meg. A szabadalomban akadtak kisebb-nagyobb elírások, pl. az egyik részen az anód helyett dióda volt írva, de ezeket a fordítás során értelemszerűen javítottam. A szándékos elírásokról a szabadalom végén, a "Megjegyzések" rész alatt találsz utalásokat. 493

494 Üzemanyag ellátó rendszer belsőégésű motorokhoz A találmány háttere Ez a találmány a belsőégésű motorokhoz, pontosabban azok üzemanyag-ellátó rendszeréhez kapcsolódik oly módon, hogy a belsőégésű motorokat hidrogén és oxigén gáz keverékkel látja el, mely gázokat a mindenkori szükségletnek megfelelő mennyiségben a víz elektrolízisével állítja elő. Az elektrolízis során az anód és a katód között feszültségkülönbséget hozunk létre és a vízbe, mint elektromos vezetőbe elektromos áramot vezetünk. Sokféle sóoldatot vagy hidroxidot használhatunk elektrolitként a vízben, melyek célja ionok létrehozása. A továbbiakban az "elektrolit " fogalma alatt azt az anyagot értjük, ami feloldódva a vízben ionokat hoz létre, a kapott oldatra pedig "elektrolit oldat"-ként fogunk hivatkozni. Faraday Elektrolízis Törvénye kimondja, hogy minden elektrolízis során bizonyos mennyiségű anyag szabadul fel az anód és a katód mentén. Ezt írja le a következő egyenlet: m = z * q ahol: m - a felszabadult anyag tömege (g) z - az anyag elektrokémiai ekvivalense q - az elektrolit oldaton átáramló töltés (C) Faraday törvényének fontos következménye, hogy az elektrolit lebomlása csak az áram függvénye, a feszültségtől viszont független. A hagyományos elektrolízis során, mikor I amper áramerősségű töltés t másodpercig folyik az elektrolit oldatban, akkor q = I * t és a lebontott anyag mennyisége csak az I áramerősségtől függ, a feszültségtől viszont nem, ha az a feszültség meghaladta az elektrolízis beindításához szükséges minimális értéket. Az elektrolízisek többségénél ez a minimális feszültség nagyon alacsony érték. Jelen találmány lehetővé teszi, hogy a hidrogénből és oxigénből álló üzemanyagot olyan mennyiségben állítsuk elő a víz elektrolízise során, hogy az közbülső tárolók nélkül közvetlenül betáplálható legyen a belsőégésű motorba. Ezt egy feljavított elektrolízis segítségével érjük el. 494

495 A találmány összegzése A találmányban leírt készülék pulzáló áramot használ az elektrolízis során, melyet az elektrolit oldatba vezetünk. Az áramimpulzusok amplitúdója igen nagy, míg a feszültségimpulzusok amplitúdója viszonylag alacsony. Ez olyan nagy mennyiségű anyagot választ ki az elektrolit oldatból, hogy azt közvetlenül a belsőégésű motorba vezethetjük. A jelen találmányban használt pulzáló áramot előállító készülék nem váltakozó áramot (AC) állít elő, hanem olyan pulzáló áramot, melynek kitöltési tényezője kisebb 50 %-nál. Jelen találmány az elektrolízis során előállított hidrogén és oxigén keverését és a belsőégésű motorba juttatását is tárgyalja. Az üzemanyag ellátó készülék a következő részekből áll: egy edényből, mely az elektrolit oldatot tartalmazza egy anódból és egy katódból, melyek az elektrolit oldattal érintkeznek egy elektromos ellátó rendszerből, mely előállítja és a fentebb említett anódra és katódra vezeti a pulzáló áramot, ezáltal állítva elő a hidrogéngázt a katódon és oxigéngázt az anódon egy gázgyűjtő és továbbító rendszerből, mely fogadja a keletkezett hidrogént és oxigént, majd továbbítja azt a motor szívócsonkjához egy víztartályból, mely az elektrolízis során lebontott vizet pótolja az elektrolizálóba A készülék felépítésének és működésének ismertetése Az 1. ábrán egy olyan együttes látható (31), mely áll a motorházból (32), melyben a belsőégésű motor (33) a radiátor (34) mögé van felerősítve. 495

496 1. ábra. A motorház A motor (33) teljesen hétköznapi, ez lehet akár egy V8-as motor is! Az 1. ábrán fel van tüntetve a hagyományos radiátor (34), hűtőventillátor (35), annak szíjhajtása (36) és a generátor (37). A találmánynak megfelelően a motor nem a szokásos kőolajszármazékokkal üzemel, hanem egy külön beszerelt hidrogén és oxigéngáz keveréket előállító elektrolizáló készülékből táplálkozik. Az üzemanyag-ellátó rendszer főbb egységei az elektrolizáló cella (41) és a gázkeverő és továbbító egység (38). A víz a vízellátó rendszeren (39) keresztül jut be az elektrolizáló cellába (41), mely tartalmaz egy - az elektrolit oldat által összekötött - anódot és katódot. Az elektronika által előállított nagyáramú impulzusok az anódon és a katódon keresztül jutnak be az elektrolit oldatba. Az elektronika (40) külön házba van szerelve, mely a motorház (42) egyik oldalára van erősítve. Az autó akkumulátora (30) a motorház másik oldalához van erősítve. Mielőtt az üzemanyag-ellátó rendszert leírnánk, ismerkedjünk meg az elektronikával! A kapcsolási rajz a 2. ábrán látható. 496

497 2. ábra. Az impulzus-előállító elektronika kapcsolási rajza A rajzon a (44), (45) és (46) jelű csatlakozók az autó akkumulátorának (30) a pozitív sarkához, míg a (47) jelű az akkumulátor negatív sarkához kapcsolódik. A kapcsoló (48) az autó beépített, saját gyújtáskapcsolója, melynek bekapcsolásával a relé (51) tekercse (49) áram alá kerül. A relé (51) érintkezője (52) a (45) jelű csatlakozón keresztül 12 V-ot juttat az áramkörre (53). Az (53) jelű ág az áramkör pozitív kapcsára, míg az (54) jelű ág a testre csatlakozik. A gyújtáskapcsoló (48) bekapcsolásával a másik relé (56) behúzó tekercsére (55) is áramot vezetünk, a tekercs (55) másik fele az autó testéhez csatlakozik. Majd később fogjuk tárgyalni, hogy a relé (56) egy olyan szelepet nyit meg, mely a hidrogén és oxigén gázokat vezeti a motorba. Az (51) relé szerepe az, hogy a kapcsolás (53) jelű ágát közvetlenül az autó akkumulátor pozitív kapcsához csatlakoztassa, kihagyva a gyújtáskapcsolót és a többi vezetéket. Az áramkör impulzus-előállító része a Q1 tranzisztorból és az R1, R2, R3 ellenállásokból, valamint a C2 és C3 kondenzátorokból áll. Ez az áramköri blokk állítja elő az impulzusokat, melyek a Q2 497

498 jelű NPN típusú szilícium teljesítmény tranzisztorra jutnak, ahonnét a C4 csatoló kondenzátoron keresztül a felerősített impulzusok a T1 tirisztorra kerülnek. Az R1 ellenállás és a C2 kondenzátor az (57) ágon sorba vannak kötve egy relével (58). A relé (58) behúzó tekercse (59) az (53) és a (61) ágakat kapcsolja az (54) testre egy alapállapotban bekapcsolt nyomásvezérelt kapcsolón keresztül. A nyomásvezérlő ágban (63) elhelyezkedő nyomáskapcsoló (62) az elektrolizáló cella (41) feletti gáztérben van elhelyezve. Ennek a kapcsolónak (62) az a feladata, hogy ha a gáztérben a nyomás elér egy bizonyos értéket, akkor az leállítja az impulzusokat. A relé (58) azt biztosítja, hogy mikor a gyújtáskapcsoló (48) le van kapcsolva, akkor a C2 kondenzátor ne kapcsolódjon a testre (54), még akkor se, ha a nyomáskapcsoló (62) be is van kapcsolva. Azonban az (58)-as relé fő feladata az, hogy egy nagyon rövid idejű késleltetéssel csatlakoztassa a C2 kondenzátort a testre (54) az áramkör bekapcsolásakor. Ez késleltetni fogja a T1-es tirisztorra jutó impulzusok kialakulását addig, amíg a később ismertetendő transzformátor-áramkörökben nem alakulnak ki a szükséges elektromos feltételek. Az (58)-as relé hermetikusan szigetelt és megfelelő dobozban helyezkedik el, így el tudja viselni a változó környezeti feltételeket és a rázkódást is. Mikor a C2 kondenzátor a testre (54) kapcsolódik, a Q1 tranzisztor, mint oszcillátor a (64)-es ágra pozitív impulzusokat fog adni. Az impulzusok frekvenciáját az R1:C1 értékei, míg az impulzusok amplitúdóját az R2:R3 ellenállások aránya határozza meg. Ezek az impulzusok feltöltik a C3 kondenzátort. A C1-es elektrolit kondenzátor közvetlenül a tápfeszültség pozitív pólusa és a test közé van helyezve, hogy kiszűrje a zajokat. Az R1 ellenállás és a C2 kondenzátor úgy lettek megadva, hogy fűrészfog alakú impulzusokat formáljanak, amit aztán a Q1 tranzisztor bemenetére vezetünk. Az impulzus alakja azért fűrészfog, mert az a tapasztalat, hogy ez biztosítja a legjobb hatást az áramkörben. Azonban azt is ki kell hangsúlyoznunk, hogy más impulzusformák, mint pl. négyszögjel is használhatók. A C3 kondenzátor az R4 ellenálláson keresztül sül ki, miközben a Q2 tranzisztort vezérli. A testre kötött R4 ellenállás lekorlátozza a Q2 tranzisztor bázisáramát. A Q2 tranzisztor, a C3 kondenzátor és az R4 ellenállás alkotta áramkör egy éles csúcsban végződő pozitív impulzussá alakítja a bemenő jelet. A Q2 tranzisztor kollektora az R6 ellenálláson keresztül kapcsolódik a pozitív tápfeszültségre, míg az emitter az R5 ellenálláson keresztül a testre. Az R5 és R6 ellenállások határozzák meg a C4 kondenzátorra vezetett áram erősségét. A C4 kondenzátor a testre kötött R7 ellenálláson keresztül sül ki, ez a kisülés biztosítja a T1 tirisztor vezérlő jelét. Az R7 ellenállás további szerepe az, hogy védje a T1 tirisztort a túl nagy áramlökések ellen. 498

499 A T1 tirisztor Gate-jére vezetett jel nagyon éles csúcsokban végződő impulzus, melynek frekvenciája megegyezik a Q1 tranzisztor által formált fűrészfog alakú vezérlőjelek frekvenciájával. Kívánatos, hogy ez a frekvencia impulzus/perc legyen (10 000/perc = 166,6/sec = 166,6 Hz). A Q2 tranzisztor az illesztő szerepét tölti be a Q1 tranzisztor és a T1 tirisztor között, megakadályozva azt, hogy a tirisztor Gate-jéről a Q1 tranzisztor működését gátló áramok szivárogjanak vissza. A T1 tirisztornál alkalmazott magas feszültségek és a Q2 tranzisztornál alkalmazott nagy áramok miatt ezeket hűtőbordára kell szerelni. A T1 tirisztor katódja a (65)-ös ágon keresztül kapcsolódik a testhez (54), míg az anód a (66)-os ágon keresztül a TR1 transzformátor szekunder tekercsének (67) a középleágazásához. A (67)-es szekunder tekercs két vége a D1 és D2 diódákon keresztül a testre csatlakozik. Ez biztosítja a TR1 transzformátor kimenetén megjelenő jel teljes hullámú egyenirányítását. A TR1 transzformátornak három primer tekercse (71), (72) és (73) és a szekunder tekercs (67) egyaránt a vasmag (74) köré vannak tekercselve. Ez a transzformátor közönséges EI ferrit vasmagból készülhet. A szekunder tekercset közvetlenül a vasmagra húzott szigetelő gyűrűre, míg a (71) és (73) primer tekercseket bifilárisan a szekunder tekercsre tekerhetjük. A (72) primer tekercset ezután tekercselhetjük a (71) és (73) tekercsek fölé. A (71) és (73) primer tekercsek egyik vége a (75)-ös ágon keresztül kapcsolódik a pozitív tápfeszültséghez, míg a másik végük a (79)-es és (81)- es ágakon a Q3 és Q4 tranzisztorok kollektoraira kapcsolódik. A Q3 és Q4 tranzisztorok emitterei állandóan a testre vannak kapcsolva a (82)-es ágon keresztül. A (79)-es és (81)-es ágak között elhelyezett C6 kondenzátor olyan szűrőként működik, amely megakadályozza a kollektorok közötti potenciálkülönbséget. A (72)-es primer tekercs két vége a (83)-as és (84)-es ágakon a Q3 és Q4 tranzisztorok bázisára csatlakozik. Ennek a tekercsnek a (85)-ös középleágazása az R9 ellenálláson keresztül a pozitív tápfeszültségre, míg az R10 ellenálláson keresztül a testre kapcsolódik. Mikor bekapcsoljuk a tápfeszültséget, a Q3 és Q4 tranzisztorok zárva vannak, így nem fog áram folyni a (71) és (73) primer tekercseken. Azonban a pozitív tápfeszültség az R9 ellenálláson keresztül egy indító jelet fog generálni a Q3 és Q4 tranzisztoroknak, aminek hatására gyors impulzusok alakulnak ki a (71) és (73) primer tekercsekben. Az R9 és R10 ellenállásokból álló feszültségosztón keresztül megjelenő impulzus amplitúdója akkora, hogy egyszerre csak az egyik tranzisztort tudja megnyitni. Következésképpen így csak vagy a (71), vagy a (73) primer tekercsben kezd el folyni az áram. A tranzisztor megnyitott állapotban tartásához szükséges jel amplitúdója 499

500 sokkal kisebb lehet, mint a megnyitáshoz szükséges jel amplitúdója, ezért mikor az egyik tranzisztor vezetővé válik, akkor a középen megcsapolt (72)-es tekercsben megjelenő impulzus elegendő energiával fog rendelkezni ahhoz, hogy megnyissa az eddig zárva lévő másik tranzisztort. Mikor ez a második tranzisztor vezetővé válik, akkor az áram a másik (71) vagy (73) primer tekercsben is el kezd folyni. Mivel mind a két tranzisztor emittere le van földelve, ezért a második tranzisztor pozitív kimeneti impulzusa lezárja az első tranzisztort. Mikor a második tranzisztor kollektor árama leesik, a középen megcsapolt (72)-es tekercsben megjelenő újabb impulzus megnyitja ismét az első tranzisztort. Ez a folyamat ciklikusan ismétlődik mindaddig, míg a tápfeszültséget le nem kapcsoljuk. A (71) és (73) primer tekercsekben folyó áramimpulzusok frekvenciája magas, ez a frekvencia konstans, nem függ a tápfeszültség értékétől. A (71) és (73) primer tekercsekben folyó áramimpulzusok a TR1 transzformátor (67)-es szekunder tekercsében ugyanilyen frekvenciájú, de jóval nagyobb feszültségű impulzusokat generálnak. A C5 áteresztő kondenzátor és a vele párhuzamosan kötött R8 áthidaló ellenállás a (86)-os ágon keresztül a TR1 transzformátor szekunder tekercsére csatlakozik, ez biztosítja a TR1 transzformátor kimenetének csatlakoztatását a TR2 transzformátor bemenetére. Amikor a T1 tirisztor vezetővé válik, akkor a teljesen feltöltött C5 kondenzátor töltése a TR2 transzformátoron keresztül sül ki. Ezzel egyidőben a TR1 transzformátor kimenete a rövidzár következtében felfüggeszti a működését mindaddig, míg a T1 tirisztor be nem zár. Ezután a C5 kondenzátor ismét elkezd töltődni, s ez a töltés a T1 tirisztor legközelebbi nyitásakor sül ki ismét. Tehát a T1 tirisztor zárt állapotában a (71) és (73) primer tekercsekben folyó gyors áramimpulzusok - melyeket a Q3 és Q4 tranzisztorok alkotta rezgőkör állít elő - a TR1 transzformátor kimenetén egy viszonylag magas feszültséget hoznak létre, ami feltölti a C5 kondenzátort és ez a töltés hirtelen sül ki a T1 tirisztor bekapcsolásakor. Egy 12 V-os autó akkumulátort használva a (87)-es ágban könnyedén biztosítható 22 A és 300 V. A korábban említett (58)-as relé biztosítja a C2 kondenzátor testre kötésének késleltetését. Ez a késleltetés - még ha nagyon rövid idejű is - elegendő ahhoz, hogy a Q3 és Q4 tranzisztorok alkotta rezgőkör elkezdjen rezegni. Ezáltal a TR1 transzformátoron keresztül a C5 kondenzátor fel tud töltődni még azelőtt, hogy a T1 tirisztor vezetővé válna. A TR2 egy lefelé léptető transzformátor, mely nagyon magas amplitúdójú áramimpulzusokat hoz létre alacsony feszültségen. Ez a transzformátor az elektrolizáló cella (41) anódjával van összeépítve és egy primer (88) valamint egy szekunder (89) tekercsből áll, melyek a (91)-es mag 500

501 köré vannak tekercselve. A (89)-es szekunder tekercs vastag vezetékből van tekercselve, hogy veszteségek és melegedés nélkül át tudja engedni az indukált nagyon magas áramot. A szekunder tekercs (89) végei közvetlenül kapcsolódnak az elektrolizáló cella (41) anódjához (42) és katódjához (43) a fentebb leírt módon. Ennél a kapcsolásnál a TR1 transzformátor kimenetén 22 A és 300 V amplitúdójú / perc (= 166,6 Hz) gyakoriságú impulzusok jelennek meg, melyek kitöltési tényezője 0,006 (= 0,6 %). Ezt könnyen el lehet érni egy 12 V 40 A-es egyenáramú tápegységgel és a 2. ábrán bemutatott áramkörrel, mely a következő alkatrészekből áll: Jel Érték Teljesítmény Tűrés R1 2,7 k 0,5 W 2 % R ,5 W 2 % R ,5 W 2 % R4 22 k 0,5 W 2 % R ,5 W 2 % R ,5 W 2 % R7 1 k 0,5 W 2 % R8 10 M 1 W 5 % R W 10 % R10 5,6 1 W 5 % 1. táblázat. A 2.ábrán látható kapcsolás ellenállásai Jel Érték Feszültség Típus Tűrés C F 16 V elektrolit - C2 2,2 F 100 V - 10 % C3 2,2 F 100 V - 10 % C4 1 F 100 V - 10 % C5 1 F 1000 V papír 5S10A 10 % C6 0,002 F 160 V

502 2. táblázat. A 2.ábrán látható kapcsolás kondenzátorai Jel Típus Megnevezés Q1 2N2647 PN unipoláris tranzisztor Q2 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor Q3 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor Q4 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor T1 BTW RM tirisztor D1 A14P Dióda D2 A14P Dióda 3. táblázat. A 2.ábrán látható kapcsolás félvezetői Jel Típus Megnevezés L1 Indikátor Indikátor lámpa SV1 Elektromágnes RL1 PW5LS PS1 P658A TR1 36/ Elektromágnes Hermetikusan szigetelt relé Nyomásvezérelt mikrokapcsoló EI ferrit vasmagos transzformátor 4. táblázat. A 2.ábrán látható kapcsolás egyéb elemei A típusú csévetestre tekert primer és szekunder tekercsek menetszámaránya 18:1, azaz: Tekercs Primer (71) Primer (73) Primer (72) Szekunder (69) Menetszám 9 menet 9 menet 4 menet 380 menet 502

503 5. táblázat. A TR1 tekercs adatai Az áramkör bekötését a ábrák mutatják. 3. ábra. Az elektronika "dobozolása" - oldalnézet 4. ábra. Az elektronika "dobozolása" - felülnézet 503

504 5. ábra. A 3.ábra metszete az 5-5 vonal mentén Az elektronika alkatrészei a dobozon belülre és a dobozra vannak szerelve, kivéve a C5 kondenzátort és a Q3 és Q4 tranzisztorokat. Az 5. ábrán látható, milyen a Q2 tranzisztor és a TR1 transzformátor tekercseinek (112) az elhelyezkedése. A Q2 tranzisztorról jelentős mennyiségű hőt kell elvezetni, ezért ezt egy direkt erre a célra tervezett hűtőbordán (113) kell elhelyezni, melyet az áramköri lapot (108) is rögzítő csavarral (114) és anyával (115) rögzítünk. 6. ábra. Az 5.ábra metszete a 6-6 vonal mentén 504

505 7. ábra. Az 5.ábra metszete a 7-7 vonal mentén 8. ábra. A tranzisztorok hűtőbordájának térbeli nézete. Ez az 5. és a 7. ábrán már fel volt tűntetve Egyértelműen látható a 7. és a 8. ábrán, hogy a hűtőborda (113) áll egy gyémánt alakú sima lapból (116) és belőle egyirányba kiálló rudacskákból (117). A lapon van egy pár mélyített furat (118) a rögzítő csavaroknak és egy másik pár a Q2 tranzisztor lábainak (119). Elektromos szigetelésként a (118) és (119) lyukak műanyag szigetelő csövecskékkel (122) vannak ellátva, a tranzisztor és a hűtőborda között pedig rétegelt hőálló műanyag lapocska (123) található. 505

506 9. ábra. A transzformátor tekercsei. Ez szintén a házon belül van felerősítve A TR1 transzformátor (112) (lásd a 9. ábrát) tekercsei és a vasmag egy műanyag védőburokban (124) helyezkednek el, a burok alján pedig egy műanyag lemez (125) található. A lemezt (125) egy szorító csavar (126) erősíti a házhoz. A lemezen lyukak vannak, amin keresztül a tekercsek vezetékeit (127) tudjuk kivezetni és egyszerűen hozzáforrasztani a másik oldalon található áramköri laphoz (108). A jobb érthetőség kedvéért az áramköri lapra (108) forrasztott alkatrészeket nem tűntettük fel a 9. ábrán. Ezek szabványos, kisméretű alkatrészek és tetszés szerint lehet elhelyezni őket az áramköri lapra. A C5 kondenzátor a dobozon (101) belülre van felerősítve, mint ahogy ez az 5. ábrán látható. 10. ábra. A 4.ábra metszete a vonal mentén A Q3 és a Q4 tranzisztorok a doboz (101) előlapjára vannak erősítve a 10. ábra alapján úgy, hogy a fémdoboz szolgál hűtőbordaként. 506

507 11. ábra. Az 5.ábra metszete a vonal mentén A nyomásvezérelt kapcsoló (52) a doboz (101) egyik sarkához belülről van rögzítve úgy, hogy a nyomásérzékelő részéhez a doboz tetején csatlakozik a gázcső (63). (lásd a 11. ábrát) 12. ábra. A ház aljára erősített csatlakozó blokk keresztmetszete A nyomtatott áramköri lapot (108) és rajta kívül elhelyezkedő alkatrészeket összekötő vezetékeket egy csatlakozó blokk (150) segítségével kötjük össze. (12. ábra) Az elektrolizáló cella (41) és a TR2 transzformátor fizikai felépítését a ábrák mutatják. 507

508 13. ábra. Az üzemanyag-ellátó készülék részét képező elektrolizáló cella oldalnézetből 14. ábra. A 13.ábra metszete a vonal mentén Az elektrolizáló cella (41) egy henger alakú külső házból (171), valamint egy felső (173) és egy alsó (174) zárólapból áll. Az alsó zárólap (174) egy domború fedőből (175) és egy elektromosan szigetelő tárcsából (176) áll, melyeket a házhoz (171) csavarok (177) rögzítenek. A felső zárólap 508

509 (173) két egymáson lévő lemezből (178, 179) áll, melyeket a házhoz (172) szintén csavarok (181) rögzítenek. 15. ábra. A 14.ábra metszete a vonal mentén Az anód (42) cső alakú. Ez függőlegesen helyezkedik el a külső házon belül, alul és felül egy-egy szigetelővel (182, 183) rögzítve a házhoz. Ezek a szigetelők (182, 183) egy zárt teret formálnak, amiben az anódon (42) kívül a TR2 transzformátor is el van helyezve. Az anód a transzformátor tárolója. Ez a "tároló" az imént említett módon alulról és felülről le van zárva a szigetelőkkel és belülről transzformátor olajjal van feltöltve. Az O-gyűrű tömítések (190) feladata ennek a tárolónak a vízhatlan elzárása, így a transzformátor olaj nem tud kiszivárogni az anód belsejéből. A transzformátor vasmagja (91) lemezes lágyvasból készült és négyszög keresztmetszetű rudat formál. A vasmag függőlegesen nyúlik el a szigetelők (184, 186) között. A primer tekercs (88) közvetlenül a vasmagra húzott henger alakú orsóra (401), míg a szekunder tekercs (89) a primer tekercs fölé húzott második henger alakú orsóra (402) van csévélve. Az anód belsejében maradt köztes részeket a transzformátor olaj tölti ki. A katód (43) hosszirányban résekkel ellátott cső, mely a periférikusan elhelyezkedő falba (183) van beültetve, ezáltal megoldottá válik a katód körüli rész szigetelése. A katód nyolc darab egymástól 509

510 egyenlő távolságra elhelyezkedő réssel (191) rendelkezik, úgyhogy tulajdonképpen ez nyolc darab egymással megegyező katód csíkból (192) áll, melyek csak a katód alsó és felső részén vannak összekapcsolva. A rések szigetelőanyaggal (183) vannak kitöltve. Mind az anód, mind pedig a katód nikkel lappal ellátott lágyvasból készült. Az anód külső felébe nyolc darab sugárirányú horony (193) van esztergálva, melyek alul szélesek, kifelé haladva pedig egy élben (194) csúcsosodnak. A nyolc anód él (194) sugárirányba van rendezve a katód csíkokkal (192) és az anód külső felületének a kerülete megegyezik a katód csíkok belső felületén mért össz. szélességgel. Ez azt jelenti, hogy a különböző kialakítások ellenére az anód és a katód egyenlő hasznos felülettel rendelkezik. Ez az egyenlő felület nem elérhető az általánosan használt henger alakú anód/katód kialakításnál. Jól látható a 27.ábrán, hogy az anód (42) felső végére egy gyűrűs gallér (200) van helyezve, melynek külső felülete az anód hornyolt külső felületével egyező módon van kialakítva. Ez a gallér elektromosan szigetelő anyagból pl. teflonból készülhet. Az alsó felén egy csapocska (205) található, mely az anódnál kialakított furatba (210) illeszkedik. Ez biztosítja azt, hogy az anód és a gallér hornyai egy vonalban lesznek. Az anód és a katód közötti gyűrű alakú tér (195) szolgál az elektrolit oldat tartályaként. Az első alkalommal ezt a teret 75 %-ig kell feltölteni 25 %-os töménységű - desztillált vízből és KOH-ból álló - elektrolit oldattal. Az elektrolízis folyamata közben az oxigén és hidrogén gázok a tér felső részén gyűlnek össze. Az elektrolit oldat szintjének állandó értéken tartásához időközönként vizet kell adni hozzá. A szigetelő gallér (200) a tartály felső részénél, ahol a hidrogén és oxigén gázok gyülemlenek össze, pajzsként védi a katódot az anód és a katód között kialakuló esetleges elektromos ívektől. 510

511 16. ábra. A 14.ábra metszete a vonal mentén 17. ábra. A 13.ábra metszete a vonal mentén 511

512 18. ábra. A 13.ábra metszete a vonal mentén 19. ábra. A gázszelep metszete a 13.ábrán látható a vonal mentén 20. ábra. Az elektrolizáló cella membránjának perspektivikus nézete 512

513 21. ábra. A membrán keresztmetszete Az elektrolit tartály (195) fel van osztva egy henger alakú, nejlonból szőtt hálós membránnal (196). Mint a 20. és 21. ábrán látható, a membrán kerete (197) alsó és felső gyűrűkből (198, 199) áll, melyeket kis acél csíkok (201) kötnek össze. A nejlon hálót (408) egyszerűen csak ráhajthatjuk az alsó és felső szigetelőkre (182, 183), ezáltal a membrán elektromosan szigetelve lesz a cella összes többi alkatrészétől. A háló (408) olyan kis méretű lyukakat tartalmaz, hogy azok nem engednek át 0,004 inch-nél (0,1 mm-nél) nagyobb átmérőjű buborékokat, így ez a membrán megakadályozza a hidrogén és oxigén gázok keveredését, de közben átengedi az elektromos áramot az elektródák között. 22. ábra. Az elektrolizáló cellában lévő gázok áramlásának perspektivikus nézete 513

514 23. ábra. A 14.ábra egy részének kinagyított metszete 24. ábra. A 16.ábra metszete a vonal mentén 25. ábra. A 24. ábrán látható vízbemeneti szelep perspektivikus nézete A friss vizet a tartály (195) külső részén, a felső zárólemezbe (178) szerelt fúvókán (211) adagoljuk. Az elektrolit oldat a tartály (195) külső feléből a hálós membránon (408) keresztül jut a belső részbe. (lásd a 24. és 25. ábrákat) 514

515 A fúvóka (211) bemeneti része (212) az elektrolit beömlő szelepéhez (213) csatlakozik, melyet a folyadékszint érzékelő (214) vezérel. A szelep (213) a felső zárólapba (179) szerelt perselyben (215) helyezkedik el. A szeleptű (216) a folyadékszint érzékelő (214) felső tányérján (217) nyugszik, így mikor az elektrolit oldat szintje lesüllyed, akkor a szeleptű mellett beáramolhat annyi víz, ami a folyadékszintet ismét a kívánt értékre emeli. A vízszint úgy van beállítva, hogy az elektrolit oldat tartálya (195) csak kb. 75 %-ig teljen meg folyadékkal, ezáltal a megmaradt 25 %-nyi térben helyet biztosítunk a fejlődő gázoknak is. Amint az elektrolízis folyamata beindul, a katódon hidrogéngáz, az anódon pedig oxigéngáz keletkezik. Ezek a gázok buborék formájában felfelé áramolnak a tartály (195) felső, szabadon hagyott részébe, ahol a membrán segítségével egymástól elválasztva maradnak. Itt meg kell jegyeznünk, hogy az elektrolizáló tartályba a víz a tartály külső feléről jut be, onnét, ahol az oxigén gázok találhatóak, így nincs esélye a hidrogéngázoknak arra, hogy elillanjanak. 26. ábra. A 16.ábra metszete a vonal mentén A felső zárólapok (178, 179) egymással érintkező felületeinél gyűrű alakú hornyok (221, 222) vannak kiképezve. (lásd a 26. ábrát) A külső járat (222) a tartály hidrogénes részével nyolc helyen csatlakozik (223) az alsó zárólapon (179) keresztül. A hidrogén a csatlakozókon (223) keresztül felfelé áramlik a külső járatba (222), majd innét még feljebb egy egyutas szelepen (224) keresztül a gázgyűjtőbe (225). (lásd a 19. ábrát) A műanyag házas gázgyűjtő (226) a felső zárólaphoz (178) van csavarozva és gondosan tömítve van (227). A ház alsó része (114) vízzel van feltöltve. A csap (229) üreges (lásd a 18. ábrát) és az alsó vége egy kapuval (228) rendelkezik, mely a beömlő víz szűrését végzi. 515

516 27. ábra. A katód és a katód felső részén található gallér "robbantott" és részlegesen törött nézete 28. ábra. A 15. ábrán látható alkatrészek egy részének kinagyított keresztmetszete 29. ábra. A szelepfedél perspektivikus nézete 516

517 A hidrogént a tartályból (225) rozsdamentes acélból készült kampós csövön (241) vezetjük el (lásd a 17. ábrát). A cső (241) egy járathoz (409) csatlakozik, mely egy átmeneten (250) keresztül a hidrogént bejuttatja egy függőleges csőbe (244). Ez a függőleges cső (244) háromszög keresztmetszetű, melyen keresztül a hidrogén bejut a keverő tartályba (38). Az oxigén az elektrolizáló tartályból (195) a belső gyűrűs vájaton (221) keresztül távozik. A vájatba (221) az oxigén nyolc nyíláson (245) keresztül jut be. A járatból (221) az oxigén egy egyutas szelepen (246) keresztül kerül a műanyag házas gyűjtőbe (260). Az elrendezése a hidrogénnél ismertetettekhez hasonló, ezért ezt itt nem részletezzük még egyszer. Az oxigént szintén a gázkeverő tartályba (38) vezetjük. A nyomásérzékelő kapcsoló (62) bevezető csöve (63) a felső zárólaphoz (178) a hidrogén kivezetésnél (222) csatlakozik. Amikor a nyomás a megengedett érték fölé emelkedik, akkor a kapcsoló (62) lekapcsolja a C2 kondenzátort a testről (54). Ez megszűnteti a jelgenerátor impulzusait, így a T1 tirisztor nem süti ki a C5 kondenzátort. A TR1 transzformátor ennek ellenére továbbra is működik és tölti a C5 kondenzátort, de mivel a T1 tirisztor azt nem süti ki, így C5 egy idő után csak feltöltve várakozik, míg a nyomás a járatban (222) nem csökken le egy adott szint alá. A nyomásvezérelt kapcsoló (62) ily módon szabályozza a gáztermelést. A gázelvezető szelepek rugóinak (224, 226) olyan erőseknek kell lenniük, hogy a hidrogén és oxigén gázokat az elektrolízis során fejlődő 2:1 arányban engedjék át. A gáztartályoknál (225, 260) biztonsági óvintézkedést kell tenni. Ha hirtelen egy ellentétes irányú nyomás alakulna ki a csövekben, akkor ez csak a tartályok műanyag házait (226, 247) roppantaná szét, de ez a nyomás nem jutna el az elektrolizáló celláig. A nyomáskapcsoló (62) ezt követően leállítaná a további gáztermelést. A transzformátor anódhoz és katódhoz kapcsolódó szekunder tekercsének (89) a csatlakozói a 14. ábrán kerültek bemutatásra. A vezeték (89) egyik vége (252) az anód belső felén lévő vak lyukban végződik, ahol egy fej nélküli csavarral (253) van rögzítve. Ezt a csavart (253) az anód gallárja alatt speciálisan kiképzett lyukba csavarjuk be. Az elkeskenyedő nejlon csatlakozó (254) a csavar (253) felett helyezkedik el, mely meggátolja az anód belsejében lévő transzformátorolaj kifolyását. A tekercs (89) másik vége (255) lefelé egy bronz bélésen (256) keresztül csatlakozik az alsó szigetelőhöz (183), ahonnét vízszintesen lép ki az alsó szigetelő tárcsa (176) és a szigetelő (183) között. 517

518 Jól látható a 23. ábrán, hogy a bronz bélés (256) egy karimával (257) rendelkezik, az alsó felén pedig egy anyával van rögzítve, így stabilan rögzíti a vezetéket. A tömítések (259, 261) a felső karima (257) felett és az anya (258) alatt találhatóak. A vezeték (255) vízszintes irányban történő kilépésénél a vezetéket biztonságosan el kell szigetelni az anódtól. A dobozon kívül a vezeték (255) a katód csatlakozó csavarjához (262) csatlakozik. Ez a csatlakozó csavar (262) fejjel van ellátva, mely úgy van kialakítva, hogy illeszkedjen a katód hengeres ívű falához és nikkellel van bevonva, hogy ellenálljon az elektrolit oldat kémiai reakcióinak. A csavar szára a katódon és a szigetelő (183) külső falán keresztül húzódik és egy légszigetelt béléssel van ellátva, ezen kívül egy O-gyűrű tömítés (269) akadályozza meg az elektrolit oldat szivárgását. A transzformátor primer tekercsének (88) két vége szalagos vezetőkhöz (273, 274) kapcsolódik, melyek a felső szigetelő (183) közepe felé hajlanak. A vezetők (273, 274) felső végei csatlakozó tüskéket formálva a felső szigetelőben (183) elhelyezett csatlakozó aljzatokhoz (275) kapcsolódnak. A csatlakozó aljzat (275) felső vége le van takarva egy fedővel (276), melyen keresztül az áramkörből jövő vezetékek (278, 279) csatlakoznak a primer tekercs két végéhez. A 14. ábrán bemutatott transzformátor csatlakozások megfelelnek a 2. ábrán ismertetett áramkör csatlakozásaival, azaz a szekunder tekercs (89) kivezetései közvetlenül az anódra és a katódra kapcsolódnak. A TR2 egy feszültségcsökkentő transzformátor, így 22 A-es és 300 V-os bemeneti impulzusokat és 10:1 menetszám arányt feltételezve a kimeneten - melyet az anódra és a katódra kötünk - az impulzusok árama 200 A, a feszültsége pedig 3 V lesz. Ez a 3 V-os feszültség jóval az elektrolízis beindulásához szükséges érték felett van, a nagyon magas áramérték pedig rengeteg gáz termelését eredményezi. A hatalmas áramok okozta gyors energia-kisülés hőkibocsájtással jár együtt. Ez az energia azonban nem veszik el véglegesen, mivel az elektrolit oldat melegítése növeli az ionok mozgékonyságát, mely végső soron az elektrolízis folyamatát segíti. Az elektrolizáló cella (41) anódjának és katódjának a kialakítása nagyon fontos szerepet játszik az elektrolízisnél. Az anód kifelé csúcsosodó külső felülete az áram koncentrációját idézi elő, ami több gáz termeléséhez vezet. Az itt ismertetett kialakításnál az anód felszíne megnyúlt, így az anód és katód egyenlő felülettel rendelkeznek, mely végső soron minimalizálja az elektromos veszteségeket. Az is kívánatos, hogy az anód és a katód gázzal érintkező felülete egyenetlen legyen. Ezt pl. homokkal történő csiszolással érhetjük el. Az egyenetlen felület elősegíti a gázbuborékok elszakadását az elektródák felületéről és megakadályozza a feszültségvesztés kialakulását. 518

519 A második transzformátor elhelyezkedése, valamint a központi anód és a körülötte elhelyezkedő katód kialakítása szintén nagyon fontos. Az anód, mely mágneses anyagból van kialakítva, a TR2 transzformátor mágneses terének a vezetőjeként is funkcionál. Ez egy erős mágneses teret hoz létre az anód és a katód között is. Azt tapasztaltuk, hogy ez a mágneses mező szintén növeli az oldat ionjainak a mozgékonyságát, mely így növeli az elektrolízis hatékonyságát. A TR2 transzformátor által generált hőt az anód átvezeti az elektrolit oldathoz, mely a fentebb már ismertetett módon növeli az ionok mozgékonyságát és ezáltal az elektrolízis hatékonyságát. Az elektrolizáló készülék falára (171) szerelt hűtőventillátor (180) a felesleges hő elvezetését segíti elő. A transzformátor anódban történő elhelyezése azért is előnyös, mert így a szekunder tekercsek (89) kivezetéseit a lehető legrövidebb és nagyon jól szigetelt vezetékkel köthetjük össze az anóddal és a katóddal. Mint feljebb említettük, az elektrolizáló cella (41) által generált hidrogén és oxigén gázok a gázkeverő tartályba (38) jutnak. A 28. és 29. ábrákon részletesen bemutatott szelepek (283, 284) egy belső szeleptestet (291) tartalmaznak, melynek van egy fedő része (292) és egy gyűrű alakú záró része (293). Ez utóbbi tartja a gyűrűs szelepülést (294). A szelepek (283, 284) normál üzemben egyszerű egyutas szelepekként funkcionálnak. Azonban mikor igen nagy gáznyomás alakul ki az elektrolizáló cellában, akkor ezek a szelepek a gázfelesleget a keverő és szállító egységen (38) keresztül a környező levegőbe engedik. Azt a nyomásértéket, ami felett a szelepek (283, 284) a gázfelesleget a szabadba engedik, egy pecekkel (288) lehet beállítani. A gázkeverő és továbbító egység (38) felépítését a ábrák szemléltetik. 519

520 30. ábra. A gázkeverő és továbbító egység a légszűrővel együtt A gázkeverő és továbbító egység (38) áll egy felső részből (301), mely a légszűrőt (302) fogatja fel, egy középső részből (303), mely az elektrolizáló cellához (41) hat db. csavarral (304) van odaerősítve, és az ezt követő alsó részekből (305, 300), melyek a motor szívócsonkjához vannak rögzítve 4 db. csavarral (306). 520

521 31. ábra. A gázkeverő és továbbító egység függőleges keresztmetszete a légszűrő nélkül 32. ábra. A 31.ábra metszete a vonal mentén 521

522 33. ábra. A gázkeverő és továbbító egység szelepének és fúvókájának perspektivikus nézete 34. ábra. A 31.ábra metszete a vonal mentén A középső rész (303) és az elektrolizáló cella edénye közötti felfogatás tömítéssel (307) van ellátva. Ez a felfogatás veszi közre a keverőtartályba (308) vezető hidrogén és oxigén szállító szelepeket (283, 284). (lásd a 34. ábrát). A gázok ebben a tartályban már elkeveredhetnek, majd az eredményül kapott hidrogén és oxigéngáz keverék a középső részen (303) belül egy kis átmérőjű vízszintes járaton (309) át egy körszelephez (311) jutnak. A körszelep (311) kúposan elkeskenyedő alakú és a hasonlóan elkeskenyedő szelepházban egy rúgóval (312) van kitámasztva. (lásd a 38. ábrát). A körszelep (311) az átmérője mentén rendelkezik egy furattal (315) és forgatható, ezáltal 522

523 szabályozható a következő járatba (309) jutó gáz mennyisége. Majd később kiderül, hogy a körszelep furatának a járathoz (309) képesti helyzete a motor sebességét határozza meg. Ez a járat (309) egy nagyobb átmérőjű függőleges járatba (316) torkollik, ahonnét a keverék egy mágnes szelepből (310) és befecskendezőből álló együttesbe (317) jut. (lásd a 32. ábrát) Ez az együttes (317) egy fő testből (321) áll, mely fedővel (322) van betakarva, ezáltal egy gáztartályt (324) képez, ahonnét a gáz a befecskendező fúvókákon (318) keresztül két függőleges torokba (319) jut. (lásd a 31. ábrát) 35. ábra. Az elektromágnes keresztmetszeti képe Az elektromágnesnek (56) van egy külső szigetelő háza (366), melyhez két karima (367) van erősítve. A házban található a rézvezetőből álló tekercs (55), mely a központi lágyvasból készült testre (371) húzott műanyag csévetestre (369) van feltekercselve. (lásd a 35. ábrát) 523

524 36. ábra. A 32.ábra metszete a vonal mentén A gázkeverő és továbbító egység (38) felső része (301) cső alakú, bár az egyik oldala úgy van kialakítva, hogy jól illeszkedhessen az elektromágnes házának (366) külső alakjához. (lásd a 36. ábrát) Az elektromágnes két kivezetése (377) az elektronikához szigetelt vezetékek segítségével csatlakozik (nincs feltűntetve), melyet a gázkeverő és továbbító egység (38) légszűrőjén keresztül vezethetünk el. Mikor az elektromágnesbe (56) áramot vezetünk, akkor a szelep (326) kinyílik. Az elektromágnes függőleges elhelyezésével tudjuk szabályozni a gázkeverő és továbbító egységen (38) keresztüláramló keverék maximális mennyiségét. Az elektrolizáló cella (41) 2:1 arányú hidrogén-oxigén keveréket állít elő, ami önmagában is biztosítja a tökéletes égést. Ezt a keveréket azonban a hagyományos belsőégésű motorokhoz adagoljuk, ahol a normál működéshez szükséges hidrogén és oxigén mennyisége kevesebb, mint a hagyományos benzin-levegő arány. Ez azt jelenti, hogy ha csak az ezeknél a motoroknál megszokott teljesítmény eléréséhez szükséges hidrogén-oxigén gáz keveréket adagolnánk az égéstérbe, akkor ott vákuum keletkezne. Ennek a vákuumnak az elkerülése érdekében a keveréket levegővel hígítjuk. Ezt a levegőt a gázkeverő és továbbító egység (38) felső részére (301) szerelt légszűrőn (302) keresztül juttatjuk a szívó torokba (319). 524

525 37. ábra. A gázkeverő és továbbító egység hátsó felső része 38. ábra. A 34.ábra metszete a vonal mentén 525

526 39. ábra. A gázkeverő és továbbító egység alsó részének oldalnézete a 30.ábra vonala mentén 40. ábra. A 32.ábra metszete a vonal mentén A felső rész (301) egy középső járattal (328) is rendelkezik, ezen keresztül áramlik be a levegő a kettős torokba (319). A levegő mennyiségét a járat (328) közé, egy forgatható tengelyre (333) szerelt csapószeleppel (332) szabályozzuk. A csapószelep úgy van kialakítva, hogy az elektromágnes háza (366) köré illeszkedjen. A tengely (333) végig nyúlik a (301)-es részen és annak a külső felén egy szabályozó csavar (336) és rézsútosan egy rugó (337) van hozzáerősítve. A rugó (337) a csappantyút (332) a csavar (336) által beállított pozícióban tartja. Ebben a pozícióban a 526

527 csappantyú szinte teljesen elzárja a járatot (328), így csak kis mennyiségű levegőt enged a keverékbe. Bár a csappantyú (332) normális körülmények között csak a (38)-as egységbe beáramló levegő mennyiségét szabályozza, emellett azonban túlnyomást kiengedő szelepként is funkcionál, legyen ez a túlnyomás akár az elektrolizáló készülék által generált túlzott mennyiségű gáz, akár a szívócsonknál a visszaégés miatt megjelenő nyomás miatti. Mind a két esetben a csappantyúra (332) kifejtett gáznyomás a csappantyút elfordítja, ezáltal megnyitja a járatot (328) és lehetővé teszi, hogy a felesleges gáz a légszűrőn keresztül távozzon. A 32. ábrán látható, hogy a csappantyú tengelye (333) el van tolva a járat (328) tengelyéhez képest úgy, hogy a belső nyomás elfordíthassa a csappantyút az egyik irányba. Ez pontosan az ellentéte a hagyományos benzines porlasztók levegő szelepének. A légszűrő egység (302) egy, a felső részhez (301) illeszkedő gyűrű alakú alsó lapból (341) és egy boltozatos szűrő elemből (342) áll. Ezt az egységet egy drótból, csapszegből (345) és rögzítő anyából álló együttes tartja az adott helyzetben. 41. ábra. A gázkeverő és továbbító egység alsó része A gázkeverő és továbbító egységhez (38) csavarokkal (347) felerősített (305)-ös rész (lásd a 31. ábrát) tartalmazza a motor sebességét szabályozó torokszelepet. Ez - a kettős torok folytatását képező - két függőleges furattal (348, 349) rendelkezik, melyek a (303)-as résznél kezdődnek és a közös tengelyre (353) szerelt csappantyúkkal (351, 352) folytatódnak. A tengely (353) mindkét vége kinyúlik a házból (305). A tengely egyik vége egy tartórész által (355) van rögzítve, amelyen 527

528 keresztül - a hagyományos porlasztókhoz hasonlóan - a gázkarhoz (356) és egy nyomaték csökkentő egységhez (357) csatlakozik. A rugó (358) tengelyre (353) gyakorolt hatása tartja zárva a csappantyúkat a beállító csavar (359) által meghatározott erővel. A tengely (353) másik végére egy kar (362) van erősítve, melynek külső széle egy rúddal (407) csatlakozik a (311)-es szelephez. Ez a rúd csatlakozás úgy van kialakítva, hogy a (311)-es szelep állandóan egy adott mennyiségű gázkeveréket enged a motorba, ezáltal szabályozva annak sebességét. A (311)-es szelep kezdő pozícióját a karon (406) lévő két csatlakozó furat (405) közötti választással és a rúd (407) meghajlításával állíthatjuk be. A gázkeverő és továbbító egység (38) alsó részén (300) két furat (364, 365) van, melyek a kettős torok meghosszabbításai. Ezeken keresztül jut el a hidrogén, oxigén és levegő keveréke a hengerek szívócsonkjához. Mivel ez száraz üzemanyag, egy kis mennyiségű porlasztott olajat is adunk hozzá a (403)-as nyíláson keresztül, ezáltal valósítva meg a hengerek felülről történő kenését. A (403)-as nyílás a porlasztott olajat a (404)-es csövön keresztül kapja, mely a motor felső feléhez van rögzítve. Ez lefelé üríti a porlasztott olajat a két furat (364, 365) között. A porlasztott olajcseppek kicsapódnak a felső részen, majd a két furatban jelentkező szívóhatás következtében a gázokkal együtt a motorba kerülnek. Az itt bemutatott gázkeverő és továbbító egységben (38) az elektromágneses szelep kétállású "ki/be" szelepként működik, így mikor a gyújtáskapcsoló ki van kapcsolva, akkor a motorba nem jut gáz. Ez megelőzi a hengerekben a gázok véletlenszerű begyulladását. Ez a szelep arra is szolgál, hogy megőrizze az elektrolizáló cellában maradt gázokat, így a motor legközelebbi indításakor azonnal rendelkezésre áll a szükséges gázmennyiség. A C5 kondenzátor értéke határozza meg a töltési és kisütési idők arányát. A Q1 tranzisztor frekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy a kisütési idő ne legyen túl hosszú, ezáltal védve a transzformátor tekercseket, különösen a TR2 transzformátor szekunder tekercsét, a túlmelegedéstől. A kísérleteink azt mutatták, hogy a túlmelegedés problémája kb impulzus / perc (= 83,3 Hz) alatti frekvenciákon kezd jelentkezni, mivel ekkor a rendszer már egyenáramú rendszerként viselkedik. A impulzus / perc (= 666,6 Hz) frekvencia felett viszont csökkenni kezd a hatásfok. A közel optimális frekvencia impulzus / perc (= 166,6 Hz). A fűrészfog alakú bemenő jeleknél és az élesen felfutó kimenő jeleknél impulzus / perc frekvencián 0,006 (= 0,6 %)-os kitöltési tényezőt kaptunk. Ez az impulzusforma megakadályozza a túlmelegedést. A 0,1-es (= 10 %)-os kitöltési tényező négyszöghullámot eredményez, mely szintén megfelelő lenne, 528

529 de az órajel generátornak feleslegesen nagy hőterhelést kellene elviselnie. A bemutatott kapcsolással elérhető legkisebb kitöltési tényező 0,005 (= 0,5 %). A szabadalmat angol nyelven itt találod. Megjegyzések: 1. A szabadalomból kitűnik, hogy a TR1 transzformátor kimenetén 300 V-os pulzáló feszültség jelenik meg, ezzel töltjük a C5 kondenzátort, amit aztán nagyon rövid idő alatt kisütünk. A kisütési áram amplitúdója 22 A. Azt is tudjuk, hogy a kitöltési tényező 0,6 % 166,6 Hz-es kisütési gyakoriság esetén. A 166,6 Hz-es jel periódusideje: T = 1 / f = 1 / 166,6 Hz = 0,006 s = 6 ms Az impulzus ideje a 6 ms-nak a 0,6 %-a: t imp = 0,6 * 6 / 100 = 0,036 ms Ebből kiszámolhatjuk a C5 kondenzátor töltésére fordított időt is: t tölt = T - t imp = 6-0,036 = 5,964 ms Ezekből az adatokból már meghatározhatjuk, hogy a TR1 transzformátor által biztosított töltőáram, mely egyben az impulzus áramának effektív értéke is, a következő: I töltő = I imp *t imp /T = 22 A * 0,036 ms/6 ms = 0,132 A Ha megnézzük a TR1 transzformátor szekunder tekercsére kapcsolt A14P diódák adatlapját, azt láthatjuk, hogy a nyitóirányú áramuk nem haladhatja meg a 2,5 A-t, a rövid idejű tűimpulzusok értéke pedig az 50 A-t. Ezen adatok szerint az általunk kiszámolt 0,132 A-es töltőáram és a 22 A-es tűimpulzusok értéke helyes, nem tesznek kárt a diódában. 529

530 18. A másik kérdés a TR1 transzformátor kimeneti feszültsége. A szabadalom 300 V-ot ír. Ez 19. természetesen effektív feszültségértéket jelent, aminek a csúcsértéke: 20. U sc = 300 * 2 = 424,3 V A TR1 transzformátor két primer tekercsére (71 és 73) jutó jel (lásd a 2. ábrát) a következőképpen néz ki: 42. ábra. A TR1 transzformátor két primer tekercsére (71 és 73) jutó jel alakja Mind az U p1c, mind pedig az U p2c értéke 12 V. Mivel azonban a tekercsek bifilárisan vannak tekercselve, ezért a szekunder tekercsen azok ellenkező polaritású feszültségeket generálnak. Ezt mutatja a következő ábra: 530

531 43. ábra. A TR1 transzformátor szekunder tekercsének (67) két szélső pontja között megjelenő feszültség alakja A primer oldalon betáplált négyszögjelek a transzformátor induktivitása miatt válnak közel szinusz alakúvá a szekunder oldalon. Az U sc értéke a szabadalomban megadott 18:1 menetszám arányok szerint: U sc = 18 * U p1c = 18 * 12 V = 216 V A -U sc értéke ezzel megegyező, de ellenkező polaritású, azaz -216 V. Mikor ezeket a feszültségeket egyenirányítjuk, akkor a következő jelalakot kapjuk a TR1 transzformátor középleágazásánál (66): 531

532 44. ábra. A TR1 transzformátor középleágazásánál (66) mérhető feszültség alakja Itt U sc értéke a feljebb kiszámolt 216 V, az effektív feszültség pedig: U eff = 216 V / 2 = 152,7 V Ez az a feszültség, melyet kék vonallal jelöltünk a 44. ábrán. Viszont ez pontosan a fele a szabadalomban megadott 300 V-os effektív feszültségnek. Ezek szerint a helyes menetszám arány 2*18:1 = 36:1. Ha megnézzük az 5. táblázatban megadott menetszámokat, akkor azt láthatjuk, hogy a primer tekercsek 9-9 menetből, míg a szekunder tekercs 380 menetből áll. Ezek szerint a tényleges menetszám arány: N TR1 = N s :N p = 380:9 = 42:1 Ez már közelebb van az általunk kiszámolt 36:1 menetszám arányhoz. Valószínűleg az esetleges 12 V-nál kisebb bemeneti feszültségek kompenzálása végett nagyobb a tényleges menetszám arány, hiszen ekkor még 10 V-os U pc feszültségnél is megkapjuk a 300 V-os átlagfeszültséget. Viszont azt is észre kell vennünk, hogy a szabadalomban említett 380 menet csak a szekunder tekercs középleágazásáig érvényes, tehát valójában a szekunder tekercs 2 * 380 menetet tartalmaz! Erről nincs szó a szabadalomban. 23. A harmadik kérdés az elektrolizáló berendezés tényleges teljesítmény felvétele. A primer oldalon a szükséges áram a tényleges menetszám arányok (42:1) szerint: I p1 = (I töltő /2)*42 = (0,132 A / 2) * 42 = 2,772 A A töltőáramot azért kell elosztani kettővel, mert azt a két primer tekercs fele-fele arányban biztosítja. Az I p2 áram megegyezik I p1 -gyel, szintén 2,772 A A két primer tekercsen átfolyó együttes áramerősség tehát: I p = I p1 + I p2 = 2,772 A + 2,772 A = 5,544 A 532

533 Vegyük azonban figyelembe a transzformátoron és a két tranzisztoron (Q3 és Q4) fellépő veszteségeket (kb. 25 %), így az autó akkumulátorából ténylegesen felvett áram: I fogyasztás = I p / 0,75 = 5,544 A / 0,75 = 7,4 A A bemeneti feszültség 12 V, így könnyen kiszámolhatjuk az akkumulátorból felvett teljesítményt: P fogyasztás = I fogyasztás * U be = 7,4 A * 12 V = 88,8 W Ezt kerekítsük 90 W-ra. Bámulatosan kevés! A szabadalomban azt írja Horváth István, hogy a rendszer táplálásához elegendő egy 40 A-t és 12 V-ot leadni képes tápegység. Ez kicsit félreérthető, mert úgy tűnik, hogy ennyi a rendszer teljesítményfelvétele. Ha azonban megnézzük az 1. ábrát, ott csak egyetlen generátor (37) és egyetlen akkumulátor (30) van feltűntetve! Nincs szó arról, hogy külön generátort kell beépíteni az elektrolizáló tápellátására! Magyarán a már meglévő generátorra és akkumulátorra támaszkodhatunk, amit a pár sorral feljebb kiszámolt 90 W-os teljesítményfelvétel is igazol. Ezen kívül, ha megnézzük a Q3 és Q4 tranzisztorok adatlapját (lásd itt: 2N3055), akkor ott is egyértelműen látjuk, hogy a maximálisan megengedett folyamatos kollektor áram nem haladhatja meg a 15 A-t. 40 A-es fogyasztásnál az egy tranzisztorra jutó áram már 20 A lenne, amitől egy idő után az tönkremenne Van azonban egy másik érdekes momentuma is ennek az elektrolizáló rendszernek, nevezetesen az, hogy a fejlődő gáz mennyiségét az órajel ki-be kapcsolgatásával szabályozza egy nyomásvezérelt kapcsolón keresztül. Az itt bemutatott készülékkel meg lehet hajtani akár egy 4000 cm 3 -es motort is, de még ott is időnként ki kell kapcsolni az elektrolizálót, nehogy túlnyomás keletkezzen a tartályban. Ha mi ugyanezzel a berendezéssel csak mondjuk egy 1300 cm 3 -es motort szeretnénk táplálni, akkor a feljebb említett 90 W-nak csak a harmadát fogyasztjuk el átlagosan, azaz kb. 30 W-ot! 46. A TR1 transzformátor vezetékeinek átmérője nincs megadva, bár ezt mi is könnyen ki tudjuk számolni. 533

534 Korábban már meghatároztuk, hogy a primer tekercsekben (71, 73) 2,775 A folyik, a veszteségek miatt azonban számoljunk 3,2 A-rel, így a primer tekercsek (71, 72, 73) vezetékeinek minimális átmérője: D p = 1,13* (I p /2,5) = 1,13 * (3,2/2,5) = 1,28 mm Ezt kerekítsük 1,3 mm-re. A szekunder tekercs vezetékének minimális átmérője pedig: D s = 1,13* (I s /2,5) = 1,13 * (0,132/2,5) = 0,26 mm Ezt kerekítsük 0,3 mm-re. 47. Az ötödik kérdés az, hogy mi a szerepe annak, hogy először feltranszformáljuk a feszültséget 12 V-ról 300 V-ra, majd az ezzel a feszültséggel feltöltött C5 kondenzátor kisütési feszültségét letranszformáljuk 3 V-ra. Két lehetséges válasz is van. Az elsőt az egyik Olvasó, Robi adta, mikor erről beszélgettünk. "A kondenzátorban tárolt energia a töltőfeszültség négyzetével arányos, míg a kapacitással csak egyenes arányban áll": W c = 0,5 * U 2 * C Nézzük meg, hogy elegendő energiát tudunk-e tárolni a kondenzátor lemezein! P c = U * I = U * Q / t = U 2 * C / t A kondenzátor kapacitása C5 = 1 F = 10-6 F (lásd a 2. táblázatot), a feszültség U = 300 V, a kisütési idő pedig t = 0,036 ms = 3,6 * 10-5 s. Ezeket az értékeket behelyettesítve azt kapjuk, hogy a kondenzátorban tárolt villamos energia kisütésekor kapott teljesítmény: P c = (300 2 * 10-6 ) / (3,6 * 10-5 ) = 2500 W Ha a 300 V helyett csak 12 V-ra töltenénk fel a kondenzátort, akkor a leadható teljesítmény mindössze 4 W lenne. Hatalmas a különbség! Az alacsonyabb feszültségeken tehát nagyobb kapacitású kondenzátorok kellenek. 534

535 Csak érdekességképpen számoljuk ki, mekkora kapacitásra lenne szükségünk 12 V-os feszültség mellett, ha ugyanezt a 2500 W-os teljesítményt szeretnénk elérni: C = P c * t / U 2 = 2500 * 3,6 * 10-5 / 12 2 C = 0, F = 625 F Ez a 625 F-os kapacitás még nem olyan nagy érték, bár lehet, hogy a 70-es évek vége felé, mikor Horváth István a vízbontóval kísérletezett, ez még igencsak nagy kapacitásnak számított és csak nagy méretekben volt kapható. Természetesen ma ez már nem jelent gondot. A másik lehetséges választ a feszültség fel- illetve letranszformálására egy másik Olvasó, Attila adta meg, aki elmondta, hogy: "Abban az időben még nem voltak olyan nagyteljesítményű FET tranzisztorok, amik használhatóak lettek volna. A kapcsolásban bemutatott T1 tirisztor veszteségei viszont a feszültség növekedésével csökkennek". Ehhez fűzött hozzá még egy gondolatot Otakó: "Szerintem van még egy rendkívül fontos oka a tirisztor használatának. A tirisztor az egyetlen olyan eszköz, ami önmagát lezárja, ha a katód árama egy bizonyos szint alá esik és nincs vezérlő jele. Ez ebben az esetben azért jó, mert ha kisült a C5 kondenzátorunk, akkor már nincs szükség arra, hogy a TR2 primerére kapcsolódjon, mert akkor egy rezgőkört képez és a TR2 vasmagjában leépülő mágneses tér által a primerben feszültséget indukál, ami lecsengő rezgést hoz létre. Emiatt az elektrolizáló cellában megfordul az áram irány és a cella polaritást vált. Ezért is kell minél kisebb ellenállású elektrolit a cellába, mert ez a polaritás váltás mindenképpen egy fél periódusra be is következik, csak az nem mindegy, hogy ez a félhullám aránytalanul kicsi lesz-e a valódi "munka ütemhez" képest vagy sem." Igen, mind a két elképzelésnek van alapja, persze az sincs kizárva, hogy esetleg valami más oka is van ennek a látszólag körülményes fel-le transzformálgatásnak. Ezt csak kísérletekkel lehet pontosan eldönteni! 535

536 52. A következő kérdés a TR2 transzformátor paraméterei. A szabadalomból hiányoznak a TR2 transzformátor adatai, de ez nyilván nem véletlen, mivel ez összefügg egy másik szándékos hibával is. A szabadalom vége felé azt olvashatjuk, hogy a TR2 transzformátor menetszám aránya 10:1-hez, így a bemeneten jelentkező 22 A-ből a kimeneten 200 A-t kapunk. (A veszteségek miatt nem 220 A-t.) Ez még nem is lenne gond, de azt is írja, hogy a bemeneti 300 V-ból 3 V lesz. Ez viszont már 100:1 menetszám arányt tételez fel. 53. Tudjuk azt, hogy az elektrolízis folyamatának beindításához 25 C-on 1,47 V feszültség elegendő és hogy az efeletti feszültségek már nem játszanak szerepet a termelődő gázok mennyiségében, mivel ez a plusz energia hővé alakul. Ezért nagyon valószínű, hogy a 100:1 menetszám arány a helyes és akkor a TR2 szekunder tekercsén már nem 200 A, hanem 2000 A jelenik meg. Hatalmas a különbség, igaz? Ez volt a legnagyobb rejtett hiba a szabadalomban. Határozzuk meg a TR2 transzformátor tekercseinek adatait. A primer tekercs vezetékének minimális átmérője: D p = 1,13* (I p /2,5) = 1,13* (22/2,5) = 3,35 mm Ezt kerekítsük 3,5 mm-re. A szekunder tekercs vezetékének minimális átmérője pedig: D s = 1,13* (I s /2,5) = 1,13* (2000/2,5) = 31,96 mm Ezt kerekítsük 32 mm-re. Mivel ez nagyon vastag vezeték, ezért használhatunk több kisebb átmérőjű vezetéket is, melyeket egymás mellett tekercselünk fel, majd a vezetékköteg két végét összeforrasztjuk, ill. együttesen erősítjük a katódhoz és az anódhoz. Következő lépésként határozzuk meg a vasmag méretét. Mint a szabadalomból tudjuk, a vasmag egy négyzet keresztmetszetű, lágyvas lemezekből összerakott rúd (lásd a 15.ábrát). Egyenlő oldalakat (l) feltételezve a keresztmetszet : A = l 2 = 10 * (P/f) 536

537 A TR2 transzformátoron átvezetett csúcsteljesítmény ugyan nagyon magas (Pc = 22 A * 300 V = 6600 W), de a vasmag méretezésénél az effektív teljesítményt kell figyelembe vennünk, amit ráhagyással vehetünk a feljebb már meghatározott 90 W-nak. Ezek szerint a vasmag keresztmetszete: A = 10 * (90/166,6)= 7,35 cm 2 Ebből a vasmag oldalainak hossza: l = A = 7,35 = 2,7 3 cm A szekunder tekercs menetszámát a következő képlettel számolhatjuk ki: N s = (U s * 10000)/(4,44 * B * A * f) N s = (3 * 10000)/(4,44 * 1,2 * 7,35 * 166,6) N s = 4,59 Ezt kerekítsük 5-re. Mivel azt is tudjuk, hogy a menetszám arány 100:1, így könnyen meghatározhatjuk a primer tekercs menetszámát is: N p = N s * 100 = 5 * 100 = 500 Határozzuk meg, hogy mekkora lesz a TR2 transzformátor külső átmérője, miután felcsévéltük a tekercseket és leszigeteltük. A szabadalomban a négyzet keresztmetszetű vasmagra egy henger alakú szigetelő cső van húzva. A 3 cm oldalhosszúság mellet a vasmag diagonális hossza, mely egyben a szigetelő cső belső átmérője is: D szb = 3 * 2 = 4,25 cm A feljebb már kiszámolt 3,5 mm-es primer tekercs vezetékátmérőt és 200 mm vasmag magasságot véve alapul egy sorban elfér: n p1 = 200 / 3,5 = 57 menet Összesen tehát 500 menet / 57 menet = 8,8 9 sorban fér el a primer tekercs. Erre húzunk ismét egy szigetelő csövet, amire a szekunder tekercset csévéljük. Az 5 menet egy sorban elfér. A szekunder tekercset ismét egy szigetelő csővel zárjuk. 537

538 A szigetelő csövek falvastagságának 1 mm-t véve a transzformátor legkülső átmérője a következő lesz: D TR2 = D szb + 2*(1 + (S s * D s ) (Sp * D p ) + 1) D TR2 = 4, * (1 + (9 * 3,5) (1 * 32) + 1) D TR2 = 137,25 mm 54. Az egyik Olvasó, Vferi hívta fel a figyelmet a TR2 transzformátor nyílt vasmagja és az autók gyújtó trafójának nyílt vasmagos kialakítása közötti párhuzamra. A gyújtó trafó vasmagja azért nem zárt, hogy a kialakuló impulzusok meredek felfutásúak legyenek. A mi esetünkben ez szintén cél, hiszen az áramimpulzusnak nagyon meredek felfutásúnak kell lennie, hogy a rövid impulzusidő alatt még elérhesse a maximális értékét. 55. A TR2 transzformátor kimenetén megjelenő 2000 A-es áramimpulzusok elérésére látszólag nagyon sok KOH-t kellene a vízbe önteni. De! Ha megnézed a kísérleteinket, pl. a 8. és a 13. ábrákat, akkor ott jól látszik, hogy mekkora áramok folytak az elektrolizálóban. Ez olyan töménység mellett volt tapasztalható, amikor egyenáramból csak kb. 5 A tudott átfolyni az elektroliton. Pár adat összehasonlításként: Egyenáram: 5 A 58. Az impulzus hatására: 12 A 59. A negatív tűimpulzusnál: 120 A Az elektrolizáló cella rossz hatásfokú kondenzátorként viselkedik. A kondenzátor ellenállása az impulzus megjelenésének pillanatában elméletileg 0. A gyakorlatban viszont az áramkörben lévő egyéb ellenállások miatt ez nem nulla, hanem valamilyen nagyon kis értéket vesz fel. A kísérleteinkben az a 0,4 s ideig tartó 120 A-es tűimpulzus azért jöhetett létre, mert az elektrolizálónak (ami ebben az esetben az áramforrás szerepét töltötte be), nagyon kicsi volt a belső ellenállása. Tehát egy dolog az egyenáram értéke, és megint más a rövid idejű tűimpulzusok áramának az értéke. 538

539 60. Pár szó az anód kialakításáról. Az anód külső felülete nyolc élt tartalmaz az áramsűrűség megnövelésére (lásd a 15. ábrát). A szabadalomban bemutatott kialakítás első ránézésre nehezen legyártható, ezért talán egyszerűbb volna, ha ehelyett az anód külső felületét nyolcszögletűre munkálnánk, mint azt a következő ábrán láthatjuk: 45. ábra. Az anód külső felületének javasolt egyszerűbb kialakítása Valójában azonban ha valamit maratni kell, akkor már olyan mindegy, hogy az sima nyolcszög vagy valamilyen más felület. Erről Tibi a következőket írta: "A nyolcszögű hasáb oldalait (hacsak nem a sufniban egy kézi vasfűrésszel akarjuk megcsinálni) legcélszerűbb marással elkészíteni. Akkor meg már teljesen mindegy, hogy egy sík felületet eredményező hengermaróval dolgozunk, vagy egy R sugarú profilmaróval. Tekintettel arra, hogy magam is gépész vagyok - elég sok tapasztalattal - meg kell mondjam, hogy Horváth megoldása az, amit sokkal könnyebb megcsinálni. " Azt is észre kell vennünk, hogy az anód jobboldali része nem zárt, a folytonossága megszakad. Csak egy kis falvastagságú csődarab köti össze a megszakadt folytonosságot. 539

540 Efelett két darab olyan anyag van (218), aminek a kialakítása látszólag folytonossá teszi az anód külső felületét. Erről a kialakításról azonban nincs szó a szabadalomban, de biztos, hogy fontos szerepe van. Esetleg ez összefüggésben állhat az alkalmazott frekvenciával, valamint az elektródák alkotta kondenzátor és a TR2 szekundere alkotta soros rezgőkör kialakításával? 61. Az anód külső felületének és a katód belső felületének a mérete a szabadalom szerint meg kell hogy egyezzen. A nyolcszög alakú anód belső felének sugarát és a cső magasságát ismerve meghatározhatjuk annak külső felületét a következő képlettel (a levezetéstől most megkíméllek): A a = 16 * h * (r ab + fv min ) * sin(22,5 )/sin(67,5 ) ahol: o A a - az anód külső felülete (mm 2 ) o o o h - az anód cső magassága (mm) r ab - az anód belső sugara (mm) fv min - az anód legkeskenyebb részén mérhető falvastagság Már kiszámoltuk a 6. pontnál, hogy a TR2 transzformátor tekercseinek legkülső átmérője 137,25 mm. Ezt kerekítsük 140 mm-re, amiből megkapjuk, hogy az anód belső sugara r ab = 70 mm. Az anód legkeskenyebb részén mérhető falvastagság legyen fv min = 1 mm. Azt is meghatároztuk, hogy a TR2 transzformátor vasmagjának a hossza 200 mm. Ugyanennyinek vehetjük az anód magasságát is: h = 200 mm. Ezen adatok alapján az anód külső felülete: A a = 16 * 200 * (70 + 1) * sin(22,5 ) / sin(67,5 ) A a = 94109,32 mm 2 = 941,09 cm 2 Az anód élénél mért sugár a következő képlettel számolható: r aé = (r ab + fv min ) / sin(67,5 ) r aé = (70 + 1) / sin(67,5 ) = 76,85 mm 540

541 Ezt kerekítsük 77 mm-re. A katód belső felületének meg kell egyeznie az anód külső felületével. Vegyük az elektródák közötti távolságot 2 mm-nek. Ekkor a katód felülete, ha folyamatos csőből lenne: A k1 = 2 * * r aé * h = 2 * * (r aé + e_t) * h A k1 = 2 * 3,14 * (77 + 2) * 200 = mm 2 Az így kapott felület természetesen nagyobb, mint az anód külső felülete. Ezért kell csíkokra vágnunk a katódot, a csíkok közötti részt pedig szigetelőanyaggal kitölteni. A két elektróda felülete közötti különbség: K e = A k1 - A a = mm mm 2 = 5115 mm 2 Ezt nyolc részre osztva megkapjuk, hogy egy szigetelő csíknak mekkora a felülete: A szig = K e / 8 = 5115 / 8 = 639,375 mm 2 Ha ezt még elosztjuk a magassággal, akkor megkapjuk egy szigetelő rész ívhosszát: i szig = A szig / h = 639,375 mm 2 / 200 mm = 3,2 mm A katód egy csíkjának az ívhossza ezek szerint: i k = A a / (8 * h) = mm 2 / (8 *200 mm) = 58,8 mm Mivel ez már elég nagy ívet jelent, ezért ezt célszerű úgy kialakítani, hogy veszünk egy 79 mm belső sugarú rozsdamentes acél csövet és azt feldaraboljuk 9 db-ra úgy, hogy 8 db-nak az ívhossza egyenként 59 mm lesz, a 9. darab pedig a maradék, azt el is dobhatjuk. A következő ábrán a feljebb kiszámolt adatok vannak feltűntetve: 541

542 46. ábra. A fentebb kiszámolt paraméterek 62. Amennyiben az anód ugyanolyan csillagalakú kialakítását választod, mint ahogy az a szabadalomban van, akkor segítségképpen a következő képletekkel számolhatsz (a levezetéstől most is megkíméllek): i = ( / 90) * R i * arctan(a / (R i - m)) A fenti képletben szereplő jeleket a következő ábra mutatja. 47. ábra. Az anód egy ívének kiszámításához felhasznált adatok magyarázata 542

543 Az "a" értékét a következő formula segítségével határozhatjuk meg: a = 2 * R aé * sin(22,5 ) Behelyettesítve tehát a következő egyenletet kapjuk: i = ( /90)*R i *arctan((2*r aé *sin(22,5 ))/(R i -m)) A jobb érthetőség kedvéért vegyünk egy példát, melyben a már kiszámolt TR2 transzformátor méreteiből indulunk ki. Tudjuk azt, hogy a TR2 transzformátor külső sugara 70 mm, az anód legkeskenyebb részén mért falvastagság legyen 2 mm, az ív magassága 3 mm, így: R aé = R tr2 + fv min + m = = 75 mm Az R i ív sugarát elsősorban a profilmaratáshoz használt kés sugara határozza meg. Vegyünk a profilkés sugarának 20 mm-t. Ekkor az ív hossza: i = (3,14/90)*20*arctan((2*75*sin(22,5 ))/(20-3)) i = 51,29 mm Az anód magassága megegyezik a TR2 vasmagjának a magasságával, azaz 200 mm, így az anód teljes felülete: A a = 8 * i * h = 8 * 51,29 * 200 = mm 2 A katód belső felülete ezzel megegyezik, tehát egy csík ívhossza szintén 51,29 mm, a magassága is 200 mm, viszont a sugara eltér valamelyest. Ha az anód éle és a katódcsík belső felülete között a távolságot 5 mm-nek vesszük, akkor a katódcsík sugara: R k = R aé + 5 = = 80 mm Az itt ismertetett elektrolizálóval kapcsolatos kísérletek: 543

544 Horváth féle elektrolizáló 1 Horváth féle elektrolizáló 2 Horváth féle elektrolizáló 3 Amennyiben kedvet kaptál a Horváth féle vízbontó megépítéséhez, arra szeretnélek kérni, hogy az eredményeidet oszd meg velünk is. Horváth István nyomában Bálint és Laci a Horváth féle elektrolizálóval kezdtek el kísérletezni. Az eddigi eredményeiket foglalta össze Bálint az alábbi sorokban. Már több mint négy éve foglalkozok intenzívebben a szabadenergia kérdésével. Valamikor még kissrác koromban eltökéltem hogy én megcsinálok egy örökmozgót. Aztán elkezdtem nőni és elhagytam a belső hangok figyelését, csajozás, bulik stb Valahogy mégis műszerész pályára kerültem (véletlen). Megint elkezdtek jönni a belső hangok érzések. Tanulmányaim során a tanáraimat fárasztgattam a kérdéseimmel. De hála Istennek nagyon fáradhatatlan tanárokról révén szó nem vették el a kedvemet. Gyakorlaton mindig igyekeztem az elsők között befejezni a napi feladataimat, hogy utána saját kis elektronikáimat összerakhassam és műszerparkkal mérhessem az eredményeket. Időközben találkoztam egy emberrel, aki gyökeresen megváltoztatta az elképzelésemet a világról. Nagyon sokat tanultam tőle és a mai napig is tanulok. Elmentem K. Györgyhöz a Horváth féle vízautó leírásáért. Nagyon belelkesedtem és számtalan kísérletet elvégeztem, láttam videón a Meyer Úr kísérletét is. Azt gyakorlaton meg is próbáltam leutánozni, kisebb sikerrel. Erre a tanárom azt mondta: "Eddig tudtam segíteni, ezután a saját utadon kell járjál!" Mert azt a dogmát tanítják az iskolákban, hogy váltó árammal nem tudsz vizet bontani! De nem iskolában élünk! (még szerencse!) 544

545 Több kísérletet végeztünk a Horváth vízbontóra is barátommal és a nagybátyámmal. Az elv az biztosan jó! Vegyél egy trafót I maggal, legyen nagy szórása, az jó! 1. ábra. Mágneses tér felerősítése vasmaggal (a tekercs árama mindkét esetben egyenlő) Mint láthatjuk, a mágneses terek a vasmagon kívül párhuzamosan futnak a vasmag hosszanti tengelyével. Itt meg is említeném a másik fontos dolgot: az Indukció törvényt: "Ha a mágneses fluxus megváltozik, a mágneses fluxus környezetében villamos tér keletkezik. Ezt a természeti törvényt nehéz pontosan megmagyarázni. A megváltozó mágneses tér körül villamos tér indukálódik (lásd a 2. ábrát). Az indukálás az ilyen tér létrehozásának szakkifelyezése. Ha az indukált villamos térben vezeték van, a két vége között feszültség mérhető. A villamos tér a vezetékben lévő töltéshordozókra erőt fejt ki. A szabad töltéshordozók követik az erő irányát, töltéshordozó-szétválasztás jön létre. (lásd a 3. ábrát). A vezetékben feszültség indukálódik." 545

546 2. ábra. A változó mágneses tér körüli térben villamos 3. ábra. Töltéshordozó-szétválasztás villamos mező indukálódik térben A szövegben elhangzik, hogy a vezetékben a szabad töltéshordozók követik az erő irányát! A vezeték két vége a mi esetünkben az anód és a katód. A szabad töltéshordozók pedig az oxigén és a hidrogén. Tehát a víz molekulákat rendezni tudjuk elektromágneses tér segítségével, pontosabban a villamos térrel, ami indukálódik! Ez azt jelenti, hogy a veszteséges I alakú vasmagunk nem is olyan veszteséges! Mert szerepet játszik a molekulák egy irányba állításánál. Azt is tudjuk, hogy a hagyományos vízbontásnál a hatásfokunk kb. 30%. Ez abból adódik, hogy az anódra és a katódra adott áram kb. 70%-a a vízmolekulák rendezésére használódik el. Mennyire egyszerű lenne a dolgunk, ha a molekulák már egy irányban állnának. Ezt csináljuk a Horváthnál a TR2-es trafóval! JAVÍTJUK A HATÁSFOKOT! Nem véletlenül csinálta Horváth Úr a sok feleslegesnek látszó dolgot a bontójában! Kutatásom során kiderült, hogy Horváth Úr villamos mérnök volt. Tovább egyenlőre nem jutottam, mert az egyetlen ember, akivel felvettem a kapcsolatot, megpróbált... hogy is mondjam? Finoman 546

547 megpróbált lebeszélni a kutatásaim folytatásáról. Csak elárulom nektek, hogy ez az ember látta személyesen Horváth Úr munkáját és beszélt vele személyesen is és mennyekig emelte Őt a cikkében! (Cs. Endréről van szó) Most már viszont így állunk! Cikkét eljuttatom Tibor barátomnak és Ti is elolvashatjátok! (érdemes!) Kísérleteink során nem adatott meg a jó minőségű anyagokkal való dolgozás lehetősége. Kedves barátom készítgette az elektronikát a TR2-es trafóhoz, Nagybátyám pedig az edényeket készítgette lelkesen, én meg noszogattam őket! (a legfontosabb része az enyém volt) Megcsinálta barátom az elektronikát a TR2-es trafónak ami szuperált is rendesen. 11 cm-es PVC csőbe fért bele a trafó és 10 cm hosszú volt. A vasmagja 50 mm * 50 mm * 100 mm. A primer menetszám 600, átmérő: 2 mm lakkozott rézhuzal. A szekunder menetszám: 2,5, átmérő: 2 mm * 3 mm fazondrót és ebből párhuzamosan két drót volt összefogva. Egészen jó kis mágneses teret lehet vele létrehozni. A gond csak ott volt, hogy nem volt soronként szigetelve a primer oldal. Kihangolta a barátom az elektronikával a trafót soros rezonanciára és a primer oldalon több KV-os impulzusokat nem bírta pár percnél tovább a lakkszigetelés. Nagy örömömet leltem benne, mikor a mágnessel a kezemben 1,5 m távolságból éreztem a TR2 mágneses erőterét. Mert az azt jelentette, hogy lesz itt graft! Na de áthúzott a trafó szigetelése. Elszállt az elektronika és új trafó is kellett. Közben elkészültek a bontó tartályok is. Az egyik a Horváth-éhoz hasonló, csak lemezekből lett összehegesztve, a másik pedig teljesen máshogy nézett ki. Csak köcsögnek nevezem a továbbiakban a nagyobb bontót. Kb. 50 cm magas és 30 cm átmérőjű a köcsög, bakelit teteje és az alja. A tetejében külön nyomásmérő van a hidrogénnek és az oxigénnek. És ott találhatóak meg a kivezető nyílások és a víz bevezető nyílás is. Az oldalán közlekedő edény elven a vízszintet tudjuk figyelni és az anód-katód bevezető menetes szárak kiszigetelve. Az alján pedig az előzőekben említett TR2-es trafó drótjainak a nyílása és gumilábak találhatóak. A trafó és elektronika híján hegesztő trafóról küldtük a graftot! A köcsögöt ki szerettük volna próbálni nyomás alatt is. Siker koronázta fáradozásunkat! Bekapcsolás után a nyomásmérők kb. 2-3 másodperc alatt elérték a 3 bart. Azt mondanom sem kell, hogy a kivezető nyílások egy túlnyomás csővel voltak összekötve a buborékoztatóval, amelyből a lánghegesztő keverőszárán pisztolyon 547

548 keresztül távozhatott a hidrogén és az oxigén. Meg is nyitottam a keverőnek a hidrogén oldalát az oxigént pedig a szabadba engedtük. Gyorsan elvégeztük a hidrogén tesztet. Pohárba kezdtem engedni a gázt és a pohárban mikor már nem durrant a gáz akkor csak tiszta hidrogén jött a csőből. Ezután bátorkodtam meggyújtani a gázt. Meglepetésemre teljesen színtelenül égett, addig nem láttam ilyet. Onnan tudtam, hogy ég, hogy a lángon keresztül nézve megváltoztak a mögötte lévő tárgyak formái. A láng kb. 50 cm hosszú lehetett, tűhegyes végződéssel. A nyomásmérő folyamatosan a 3 bart mutatta. Ki-be kapcsolgattuk a szerkentyűnket. A tapasztalatunk az volt, hogy a nyomás hihetetlen sebességgel leesett 0 bar közelébe, és a buborékoztatóba olyankor a hidrogén oldalon víz került. Azt a következtetést vontuk le, hogy a hidrogén hihetetlenül gyorsan átdiffundál a bakelit fedélen. A kis játszadozásunknak az lett a vége, hogy szétdurrantottuk a köcsögöt. Látványos emelkedésbe kezdett az asztalon lévő köcsög az aljától a többi része, nem kis ijedségünkre hárman négy fele szaladtunk és utána vissza a hegesztő trafót kikapcsolni. Az igen erős lúg beterítette a barátom pincéjét, úszott minden. Hát itt akkoriban le is álltunk a további vízbontós kísérletről, mert jobb lehetőségek kecsegtették magukat, amibe még víz sem kell. Tovább folytattuk a kísérletezést azon a téren kisebb sikerekkel. De sok herce-hurca volt körülötte. Majd esetleg máskor írok róla most nem szeretnék róla mesélni. A kísérleteimet idén tavasszal kezdtem tovább folytatni a vízbontás terén, mikor sok szabadidőm lett bent a vállaltnál. Különböző méréseket végeztem a víznek a viselkedésével kapcsolatban. Csináltam olyan méréseket mint amilyeneket a Tibor barátom nemrégiben kitett ide a weboldalára. Nekem nem egészen olyan jeleim lettek mint neki, de tapasztaltam a lecsengést én is, csak DC-ben eltolva, azaz nekem nem voltak negatív csúcsaim. A srác, aki mellettem ült, hülyét kapott tőlem, még azt is mondta, hogy okosabbnak hitt és tudom, hogy hol kell mérni a jelalakot. Aztán mondtam neki, csak nyugodtan mérjen Ő is! Mért is és kissé zavarban volt. Még a bontó lemezeimet is kicserélte egy kondira és akkor tapasztalta azt, amit tanult a fősuliban, hogy a kondi feltöltődik A víz kissé másképp működik! Igen, ezért kísérletezünk fáradhatatlanul, hogy megismerjük a természetét és a természettel összhangban vegyük ki a vízben rejlő energiát! A tapasztalatok szerzése során úgy döntöttünk, hogy nekiállunk az eredeti Horváth-nak kombinálva a saját tapasztalatainkkal, méréseinkkel a készüléket. 548

549 4. ábra. A Horváth féle vízbontó cellájának metszete A képen jól látható a csillag forma. Erre azért lehet szükség, mert a külső és a belső felületek nem egyeznek meg, illetve itt koncentrálódik élben az energia úgy, mint az alagút dióda esetében. A saját tapasztalatom az a készülékkel kapcsolatban, hogy mindenhol keletkezik buborék a bontás során de az éleknél hatványozottan megnő a buborékok mennyisége, ott fehéredik el a víz. Az elektronikával vagyok jelenleg megáldva, mint már említettem soros rezonanciánál hatalmas a mágneses tér. Megugrik a primer oldalon a feszültség a generátor feszültsége fölé, kb. 2 KV-ot mértem a bemeneti 100 V-hoz képest. Azért kb. mert freki és bemeneti fesz függő. Ez azzal is jár, hogy a trafó induktív ellenállásán megnő az áram. Ohm törvény! Ennek a vonzata pedig az, hogy a trafó körüli térerő is megugrik, mert ha adott ellenálláson adott menetszámon megnő az áram, akkor a térerő is megnő. Térerő függ a menetszámtól és az áramtól. Mértékegysége Tesla. Saját magamat dobtam át a palánkon, mikor egyoldalas jelekkel akartam soros rezonanciát csinálni! Ez ugyanis képtelenség, csak azért voltam dühös, mert erre egy hetem ment rá. Mikor beszélgettem róla műszerészekkel, villamosmérnökkel, akkor Ők sem értették, miért nincsen kívánt eredményem. Az elektronikám amit összeraktam jól működött minden pontján mértem és kényemre kedvemre állíthattam a kívánt jelet. Amiben különbözött az erősítőmtől az, hogy az erősítő váltó + - jelekkel látta el a trafót és a kondit. Azért írtam le ezt a kis történetet, hogy Ti, akik kísérleteztek, nehogy ugyan ebbe a hibába essetek! (Rossz kísérlet is jó kísérlet! ) Ja, és a Horváth elektronika alapból nem működik! De csak nézzétek át Ti is! 549

550 5. ábra. A Horváth féle elektronika egy részlete A C5 töltődik a TR1-en keresztül és a Tirisztoron keresztül sül ki. A TR2 pedig egy darab drót szerepét tölti be! Ha nem hiszitek mérjetek rá szkóppal! Pedig nagyon jó a rajz meg minden, magyarázás, stb Az én általam összehozott elektronika ilyen hibáktól már mentes volt, csak a soros rezonancia járhatatlan út abban a formában, ahogyan nekünk könnyű lenne tőle a helyzetünk. További megoldásokon gondolkodok, amelyek lehetnek: Kipróbálni rezonanciával és a váltót közvetlenül rákötni a bontóra, a csúcsok lehetséges, hogy alagútdiódaként viselkednének. Illetve mágnessel eltolom a DC szintet, ami még ennél a rendszernél számításba jöhet. Simán feltöltök kondit nagyfeszre és rásütöm a TR2-re. Itt a frekivel kellene játszadozni hátha sikerül a körjóságot megnövelni és így jobb hatásfokra szert tenni. Jelenleg más ötletem nincsen. Eddig jutottam a Horváth István féle vízbontóval, remélem hamarosan előre tudok lépni benne és tudok valami bíztatót mondani nektek! Ha valaki előbb megcsinálná mint én, akkor arra kérem avasson be a részletekbe! 550

551 Kísérletek a Horváth féle vízbontóval 2 A Horváth féle vízbontóval végzett kísérleteket Laci, aki az eddigi eredményeit osztja meg a következő sorokban. Az eddigi kísérletek eredményei: Az 1. ábrán látható a komplett kapcsolás. 1. ábra. A komplett kapcsolás (Tr2 a szekunder tekercs nélkül látható) Az inverter trafója (Tr1) úgy lett megtekercseltetve, hogy primer - 2 * 9 menet (71-73), 2 * 4 menet (72) és 2 * 2 menet (72). Úgy terveztem, hogy a kísérlet dönti majd el, hogy a (72)-es tekercs változatok közül melyik jobb. szekunder - 2 * 190 menet (67) és 2 * 380 menet (67) 551

552 Már a 2 * 190 menet is 1100 V-ot ad a C5 kondin, amikor csak a 10 M -os ellenállás a terhelés, ha pedig rá van kapcsolva a Tr2-es trafó, akkor 870 V-ot. 2. ábra. Az inverter és a Tr2 (a szekunder tekercs nélkül) Eddig 3 tirisztor lett zárlatos a bekapcsoláskor, most BTW van rajta (1200 V 50 A). 552

553 3. ábra. A tirisztor vezérlő elektronikája A tirisztor vezérlő elektronikája nem a Horváth féle szabadalom szerinti, hanem az itt bemutatott impulzusos elektrolizáló impulzuselőállító részét építettem én is meg. Eleinte az volt a gond, hogy mikor beindítottam az invertert, utána pedig a tirisztoros vezérlést, akkor a tirisztor kinyitott és úgy maradt. Nem zárt le, ezáltal leállt az inverter. A 4 db vezérlő IC is elszállt akkor, amikor még nem volt előtte a 7812-es stabilizátor IC. Az inverter frekvenciája 10 khz, ha a 2 * 4 menetes primer kört használom, ekkor az áramfelvétel 1,4 A. Ha pedig a 2 * 2-es primer kört használom, akkor a freki 4 khz és az áramfelvétel 3,2 A. Nagyon sok sikertelen kísérlet után végre egy mérföldkőhöz érkeztem, sikerült beindítani az elektronikát. Ahogy a fényképeken is látható, az oszcillátor órajelét Hz-re állítva és az első 3 kapcsolót bekapcsolva 0,69 %-os kitöltési tényezőjű 166 Hz frekvenciájú tűimpulzusokat kaptam. 553

554 4. ábra. A tirisztor gate-jén látható 166 Hz-es, 0,6 %-os kitöltési tényezőjű 6 V-os amplitúdójú jel Az inverternél a 2 * 2 menetes visszacsatolásra kötöttem a tranyókat és így működik. Most 910 V- ot mérek, mikor beindul az inverter, és 3,2 A -t vesz fel a 12 V-os aksiról. Mikor rákapcsolom a tirisztoros egységet, akkor 175 V-ra esik a feszültség és érdekes módon az áramfelvétel 1,6 A lesz. A Tr2 trafó primer tekercse 840 menet 1 mm-es CuZ huzalból, a szekunder tekercs egyenlőre 7 menet egy szigetelt villanyvezetékből. Itt 1,7 V körüli egyenfeszültséget mérek a digitális műszerrel, mutatós műszerrel csak a váltakozó állásban jelez 0,5 V körül. A Tr2 vasmagja trafó lemezekből készült, méretei: 255 mm * 45 mm * 50 mm. 554

555 5. ábra. Tr2 a primer és szekunder tekercsekkel Egyik alkatrész sem melegszik. Továbblépésként azt gondolom, hogy a Tr2 menetszámát csökkentem, hogy nagyobb legyen az áramfelvétel és ezáltal a teljesítmény. Várom az ötleteket. Kísérletek a Horváth féle vízbontóval 3 A Horváth féle vízbontóval végzett kísérleteket Farkas és Krisztián. Farkas készítette az elektronikát, míg Krisztián az elektródákat. A kísérleteik eredményeit olvashatjátok a következő sorokban. 555

556 Az áramkör kapcsolási rajza a következőképpen nézett ki: 1. ábra. Az elektronika kapcsolási rajza Egyszerű, de a célnak megfelel. Először is keríteni kellett egy tirisztort, ami bírja a strapát. Ez egy orosz tirisztor, és egy telefonközpont inverterében volt. T a típusa. Adatlapom nincs róla, de elég gyors, és 100 A-es áramot is kibír. 2. ábra. A tirisztor A tirisztor gyújtásához nem akartam bonyolult áramkört, így a választásom egy egyszerű relaxációs oszcillátorra esett. A 220 K -os ellenálláson keresztül töltődik a 10 nf-os kondenzátor. Ha eléri a kb. 200 V-ot, akkor a speciális glimm-cső begyújt, és a kondenzátor kisül a tirisztor gate-jén keresztül. Az áramkör kb. 200 Hz-en rezeg, az adott értékekkel. 556

557 Másodszor, ki kellett találni, hogy mekkora legyen a tároló kondenzátor. Próbálkoztam 10 és 50 Fal, ez jóval nagyobb amplitúdójú áramimpulzust eredményezett, de a trafó szekunderén egy laposabb, és csúcsában is kisebb amplitúdójú tüske keletkezett. Így végül is a kondenzátor értéke 1 F lett. 3. ábra. A kondenzátor és a tirisztor A trafó, mint a fotókon látható, egy U alakú igen nagy méretű ferritmag, nyitott mágneses körrel. 4. ábra. A Tr2 trafó az U alakú vasmaggal 557

558 Miután rezgett az áramkör, először egy kb. tenyérnyi szélességű rézszalaggal próbálkoztam szekundernek. 5. ábra. A Tr2 trafó a rézlemezből kialakított szekunder tekerccsel Az áramot nem tudtam mérni, de a rézszalag rövidzárban igen hamar megmelegedett, ami ilyen felület mellett több száz A-t is jelenthet. A cellára kötve még csak halvány jelét sem adta a buborékok jelentkezésének. Rámértem szkóppal, és kiderült, hogy az impulzusok nem unipolárisak, ahogy Horváth azt állítja, hanem egy kb. 1 periódusból álló gyorsan csillapodó rezgés. 6. ábra. A cellán mérhető feszültségek alakja 558

559 Ezt gyanítottam, hogy így lesz, mert egy transzformátor nem képes DC-t átvinni, maximum aszimmetrikus impulzusokat, de csak akkor, ha a transzformátor induktivitása a terheléshez képest végtelennek (igen nagynak) tekinthető. (Impulzustranszformátorok, pl. FET-meghajtók. Induktivitásuk tipikusan mh körül van.) A feszültség sem volt elég, így a szekunder le lett cserélve egy 4 menetes kb. 2,5 mm 2 keresztmetszetű tömör kábelre. Ezt a cellára kötve már nagyobb volt a feszültség (kb. 10 V) de vízbontás még mindig nem jött létre. Betettem egy 2x40 A-es schottky-diódát, hogy a negatív irányú impulzuscsúcs ne jusson a cellára. Így már tapasztalható volt némi pezsgés, de gyenge. A vízbe, hogy javítsam a vezetést, szódabikarbónát tettem. 7. ábra. Az elektrolizáló tartály a lemezekkel Az áramot a cellán egy 0,1 -os indukciómentes (fémréteg) ellenálláson mértem. 559

560 8. ábra. A 0,1 -os ellenálláson mért áram alakja Ha pontosnak tekintjük a szkóp ábrát, akkor ezen 10 V feszültség esett. Ez 100 A-es csúcsokat jelent. Ha kivettem a cellát és csak a 0,1 -mal terheltem, akkor V-ot is kaptam. 9. ábra. A trafó kimeneti feszültsége 0,1 -os ellenállással terhelve Az ellenállás szépen melegedett, de az átlagteljesítmény nem lehetett több 3-4 W-nál. A bemenő teljesítményt nem volt értelme mérni (kb. 50 W), mert az ellenálláson keresztüli kondi töltés meglehetősen rossz hatásfokot eredményez, és a tirisztor is rövidzárként viselkedik a kisülés pillanatában. Az áramot az szakítja meg, hogy a töltőellenálláson (azaz a 40 W-os izzón) nem folyik akkora áram, ami elegendő a tirisztor tartási áramához. Ez volt a második ok, ami miatt ilyen nagy tirisztort választottam. 10. ábra. a teljes elektronika és a vízbontó A 100 A-es impulzusokra (a töményített) víz alig bomlott, ahhoz képest mindenképpen, amit a csak 12 V DC hatására. 560

561 Szóval: A Horváth-féle kapcsolás (véleményem szerint) úgy abban a formában nem működik, mert váltakozó áramú kimenetet ad. Csak nagyáramú impulzusokkal még nem lehet elérni a jó hatásfokú bontást. (Hangsúlyozom, ez az én véleményem.) Valami még hiányos a know-how körül. A frekvenciafüggést még egyik esetben sem vizsgáltam, így lehet, hogy kihagytam a rezonáns pontot. Gyors mérést végeztem, hogy egy potenciométerrel változtattam a frekvenciát, de gyakorlatilag nem számított, így nem is tekintettem fő paraméternek. A következőkben újra próbálkozom a nagyfeszültségű bontással, bár az alapkapcsolás működésével kapcsolatban megint kételyeim vannak. Hirtelen ennyi jutott eszembe. 561

562 Vferi lemezes elektrolizáló készüléke Vferi is készített egy 5 lemezből álló elektrolizáló készüléket, hogy az általunk elvégzett kísérleteket megismételje. Az eredmények nem mindenhol egyeztek, de a cél éppen az, hogy minél többen ismételjük meg az egyes kísérleteket, ezáltal bizonyítva azok helyességét vagy éppen helytelenségét. A kísérletekhez használt elektrolizáló cella a következőképpen nézett ki. 1.ábra. Az elektrolizáló cella alkatrészei 2.ábra. Az összeszerelt lemezek 562

563 3.ábra. Az összeszerelt elektrolizáló cella 4.ábra. Az állványra helyezett és vízzel feltöltött elektrolizáló 1. kísérlet 563

564 A kísérlet célja: Megállapítani hogyan függ a cellára kapcsolt impulzusok frekvenciájától a gáztermelés mértéke. Az elektrolizáló: 4 cellás elektrolizáló, 5db 38x130x1 mm-es rozsdamentes acél lemez, 1,3 mm-es lemeztávolsággal. Elektrolit: 1 liter desztillált vízhez 80 ml 15 %-os KOH lett adva. Tápellátás: 1db SP300-7,5 és 1db SP150-5 Mean Well gyártmányú tápegységek sorosan kapcsolva. A cellára kapcsolt feszültség 12,0 Volt, a sorba kapcsolt tápegységek kimenete digitális ampermérőn keresztül csatlakozott egy F-os elektrolit kondenzátorhoz. Az elektrolit hőmérséklete: 23 C Frekvencia Kitöltés 10 ml gáz Áram Egységnyi gáz Hatásfok Egyenáram 100 % 2,20 sec 10,66 A 25,58 ml/perc/a 38,2 % 1,2 khz 50 % 6,00 sec 5,91 A 16,92 ml/perc/a 25,3 % 2,4 khz 50 % 6,03 sec 5,98 A 16,63 ml/perc/a 24,9 % 7,1 khz 50 % 6,56 sec 5,75 A 15,91 ml/perc/a 23,8 % 12 khz 50 % 6,78 sec 5,60 A 15,80 ml/perc/a 23,6 % 18 khz 50 % 7,41 sec 5,13 A 15,78 ml/perc/a 23,6 % 23 khz 50 % 8,09 sec 5,20 A 12,96 ml/perc/a 19,4 % 38,5 khz 50 % 8,85 sec 4,55 A 14,90 ml/perc/a 22,3 % 42,6 khz 50 % 9,66 sec 4,44 A 13,99 ml/perc/a 20,9 % 65,5 khz 50 % 10,88 sec 3,89 A 14,18 ml/perc/a 21,2 % 73,0 khz 50 % 11,72 sec 3,75 A 13,65 ml/perc/a 20,4 % 100 khz 50 % 13,00 sec 3,37 A 13,69 ml/perc/a 20,5 % 1.táblázat. A frekvencia és a gáztermelés hatásfoka közötti összefüggések Megjegyzés: Az első mérést a cellára kapcsolt folyamatos egyenfeszültséggel végeztem. Kiértékelés, következtetések: Az eredmények szerint a mért összeállításnál a gáztermelés hatásfoka a frekvencia növekedésével romlik. Ez természetesen nem feltétlenül jelenti azt, hogy maga a jelenség természete ilyen, ez lehet 564

565 például az áramot kapcsoló áramkör ideálistól eltérő volta miatt is. Bár a mérést már korábban, másik kapcsolóáramkörrel és tápegységgel is elvégeztem és hasonló eredményekre jutottam. Megjegyzések: 1. Az itt kapott eredmény pont az ellenkezője volt az általunk tapasztaltaknak (lásd itt). Nálunk a frekvencia növekedésével nőtt a hatásfok, mivel az ampermérő által mért áram csökkent. A vferi által elvégzett mérés alapján arra lehet következtetni, hogy az általunk használt mérőműszer a frekvencia növekedésével egyre több torzítást vitt be a mérésbe. Arra szeretnélek kérni, hogy Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet. 2. Több levélben is említettétek, Kedves Olvasók, hogy az ampermérő a négyszögjeleket rosszul átlagolta, a műszerek pontossága csak 20-50%-os stb. Ez így van, ezért tesztelte le vferi az eredményeket egyenárammal is, ahol szintén hasonló hatásfokot mért. Ezt már nem lehet a mérőműszer jelátlagolási hibájának venni! 3. Mikor vferi négyszögjeleket kezdett használni, a hatásfok drasztikusan csökkent az egyenárammal végzett elektrolízishez képest. Ez azzal magyarázható, hogy a négyszögjeleknél a kitöltési tényező 50%-os volt, így az elektrolízisre használt energia csak a fele volt az egyenáramú mérésnél bevitt energiának. Ha a négyszögjelekkel végzett mérések alapján kapott hatásfokokat beszorozzuk kettővel, akkor már az egyenáramú elektrolízis hatásfokához közeli értékeket kapunk. Ez megint csak azt bizonyítja, hogy a váltakozó áramú mérések is pontosnak vehetőek. 565

566 2.kísérlet A kísérlet célja: Kimérni, hogy különböző koncentrációjú KOH oldat elektrolizálásakor a cellán mekkora áram halad át, és ennek hatására egységnyi idő alatt mennyi gáz termelődik. A felhasznált eszközök: A korábbi elektrolizáló cella (5 db 38x130x1 mm-es saválló lemez 1,3 mm-es távtartókkal sorosan elrendezve) 12 Voltos egyenáramú tápegység digitális multiméterek az áram, feszültség és a hőmérséklet mérésére digitális stopper az idő mérésére. A mérés kezdetén a cellába 1,1 liter ioncserélt vizet töltöttem, ehhez adagoltam fecskendővel 5 mles adagokban a 15%-os KOH oldatot. Minden mérést 12 Volt egyenfeszültséggel végeztem. 15%-os KOH Áram Gáz / idő Egységnyi gáz Hatásfok 0 ml 0,06 A 7 ml / 10:00 11,60 ml/perc/a 17,3 % 5 ml 0,57 A 40 ml / 05:40 12,38 ml/perc/a 18,5 % 10 ml 1,32 A 100 ml / 04:00 18,90 ml/perc/a 28,3 % 15 ml 2,18 A 100 ml / 02:10 21,17 ml/perc/a 31,6 % 20 ml 3,00 A 100 ml / 01:30 22,20 ml/perc/a 33,2 % 25 ml 3,93 A 100 ml / 01:09 22,10 ml/perc/a 33,0 % 30 ml 4,75 A 100 ml / 00:58 21,77 ml/perc/a 32,5 % 35 ml 5,50 A 100 ml / 00:49 22,26 ml/perc/a 33,3 % 2.táblázat. A KOH koncentráció és az elektrolízis hatásfoka közötti összefüggések 566

567 5.ábra. A 2.táblázat eredményeinek grafikus ábrázolása Megjegyzés: Vferi mérései megint csak ellentmondanak az általunk végzett méréseknek (lásd itt). Mi azt tapasztaltuk, hogy a KOH koncentráció és ezzel együtt a víz vezetőképességének növekedésével a hatásfok fokozatosan romlik. Vferi mérései szerint viszont a hatásfok a KOH koncentráció növekedésével először el kezd növekedni, majd 15 ml után beáll kb. 32 %-ra. Ez azonban azt is jelenti, hogy elméletileg egy darab 5-lemezes cellával megoldható lenne a szükséges mennyiségű hidrogén-termelés, mindössze az elektrolit KOH koncentrációját kell a szükséges mértékig növelni. Ha lehetőséged van rá, Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet. 3.kísérlet A fenti méréseknél (az 1. és 2.kísérleteknél) a cella függőlegesen állt, ami azt jelenti hogy a lemezeknek a 38 mm széles oldaluk volt vízszintes és a 130 mm-es függőleges. 567

568 Másnap elvégeztem két mérést, egyik az alsó sorban szereplő (35 ml KOH-s) mérés megismétlése volt változatlan paraméterekkel. A 2.táblázatban szereplő méréssorozat óta a cella folyadékkal feltöltve állt. A mérés célja: hogy megállapítsam a cella vízszintes vagy függőleges helyzete mellett termelődik több gáz. Ezt azért tartottam érdekesnek, mert egy korábbi teória szerint, mivel a buborékok függőlegesen szállnak fel, hosszabb utat kell álló cella esetén a lemezek között felfelé haladniuk és ez esetleg akadályozza őket a felszállásban, és így rosszabb lehet a hatásfok. Ennek a logikus elképzelésnek azonban ellentmond a csöves vízbontó jó működése. Helyzet Áram Gáz / idő Egységnyi gáz Hatásfok Álló 5,50 A 100 ml / 00:49 22,26 ml/perc/a 33,3 % Fekvő 5,50 A 100 ml / 00:49 22,26 ml/perc/a 33,3 % 3.táblázat. Álló és fekvő helyzetű cellák hatásfokának összehasonlítása Az én méréseim is azt bizonyították, hogy mindegy, hogy a cella áll vagy fekszik. 4.kísérlet A mérés célja: Annak megállapítása hogy hagyományos elektrolízisnél milyen összefüggés van a cellában levő nyomás és a termelt gáz mennyisége között. A mérés eszközei: Az elektrolizáló cella a korábbi 5 lemezes (5 db 38x130x1 saválló lemez 1,3 mm távolságokban egymástól). Az elektrolitként 1 l desztillált vízhez 40 ml 15%-os KOH oldat lett adva. Az elektrolizáló cella 310 mm hosszú 63 mm átmérőjű PVC lefolyócsőből készült, teteje, alja plexi lemezzel lezárva. A saválló lemezekből készült elektródák az alsó zárólaphoz vannak erősítve. A PVC cső oldalába két furaton keresztül egy skálázott üvegcső csatlakozik, amelyen a cellában termelt gáz mennyisége leolvasható. A cella felső fedőlapjához a szokásos fecskendőből készült szelep, alsó fedőlapjához pedig 5 méteres műanyagcsövön keresztül egy levágott aljú PET-palackból készített tölcsér csatlakozik. 568

569 6.ábra. Az elektrolizáló cella a gázmennyiség-mérő csővel 7.ábra. Az elektrolizáló cella alulnézetben 569

570 8.ábra. Gázmennyiség mérése 0,65 bar nyomáson 9.ábra. Gázmennyiség mérése 1,35 bar nyomáson 570

571 Az áramforrás egy SP300-7,5 és egy SP150-5 nagy stabilitású DC tápegység sorosan kötve. Az áramot és a feszültséget digitális multiméterek mérik. Az időt digitális stopperrel, a hőmérsékletet pedig egy erre alkalmas szondás multiméterrel mértem. A mérés menete: A cella tetején a szelepet nyitottam, és a PET-palack tölcsérén keresztül a cellát színültig töltöttem elektrolittal, majd a szelepet lezártam. Három mérést végeztem, mindegyiket 12 Volt egyenfeszültséggel. 1. Az első esetben a tölcsérben levő folyadékszintet a cella aljával egy magasságba állítottam a tölcsér mozgatásával. Ezután 60 sec ideig bekapcsoltam az áramot. Az áram kikapcsolása után a tölcsér mozgatásával a tölcsér folyadékszintjét az üvegcsőben látható folyadékszint magasságába emeltem, hogy a nyomás a cellában normál légköri nyomás legyen és leolvastam a skáláról a termelt gáz mennyiségét. 2. A második mérésnél az elektrolizáló cellát 3,5 m-rel feljebb helyeztem el a tölcsérben levő folyadékszintnél, így a légköri nyomásmál 0,35 bárral kisebb lett a cella nyomása. 3. A harmadik mérésnél a tölcsér került a cella fölé 3,5 m-rel, így a cella nyomása 0,35 Bárral magasabb lett mint a légköri nyomás. A méréseket elvégezve a következő eredményeket kaptam: Nyomás Feszültség Áram Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 0,65 Bar 11,84 V 7,00 A 185 ml/perc 26,43 ml/perc/a 39,5 % 1,00 Bar 11,84 V 7,00 A 185 ml/perc 26,43 ml/perc/a 39,5 % 1,35 Bar 11,84 V 7,05 A 185 ml/perc 26,24 ml/perc/a 39,2 % 4.táblázat. A termelt gáz mennyiségének függése a cellában uralkodó nyomástól Kiértékelés: Logikusnak tűnik az az elképzelés, miszerint ha kisebb a cellában a nyomás, akkor sokkal könnyebben képződhetnek a folyadékban buborékok, és így több gáz termelésére számíthatunk. Azonban - mint látható - a mért tartományban a cella nyomásától a termelt gáz mennyisége nem függ! A fizikakönyvek ide vonatkozó fejezeteit áttanulmányozva ennek így is kell történnie, hiszen a Faraday által felírt egyenletben nem szerepel a nyomás, mindössze az átfolyó töltésmennyiség és az anyag töltésszáma található. Ha tehát hagyományos elektrolízist végzünk, nem növelhetjük a termelt gáz mennyiségét azzal, hogy a cellában vákuumot hozunk létre. 571

572 István lemezes elektrolizáló készüléke István készített egy lemezes elektrolizáló készüléket, de annyiban tovább ment, hogy nem csak 5 lemezt használt, hanem jóval többet, s az alkalmazott áramok is már A-es nagyságrendeket értek el. Az elektrolizáló és az elektronika Elsőként a négyszögjelek előállítására használt elektronikát láthatod. 1. ábra. A vezérlő elektronika 572

573 2. ábra. A megépített elektronika és a hűtőbordák Az elektronikánál használt alkatrészek adatlapjait itt nézheted meg: NE IRFP4710 Az elektródák saválló lemezből készültek, méretük 14 cm * 17 cm. Ezekből a lemezekből 30 db-ot összerakva kapunk egy cellát. 4 db ilyen 30 lemezből álló cellát tartalmaz István elektrolizálója. 573

574 3. ábra. Egy elektródalemez 4. ábra. 30 db lemezt összerakva kapunk egy elektrolizáló cellát Mint István elmondta, az első elektrolizáló készüléke felrobbant, mivel valószínűleg két elektródalemez összeért. Az 5. és 6. ábrákon már a második elektrolizálót láthatod. A kísérletekhez használt elektrolizáló készülék a következőképpen nézett ki. 574

575 5. ábra. Az elektrolizáló készülék oldalnézetben 6. ábra. Az elektrolizáló készülék felülnézetben 575

576 Ha az elektrolizáló készülék fedelét levesszük, a cellák felülről a következőképpen néznek ki. 7. ábra. A cellák felülnézetben A következő képen a gázfejlődést láthatod. Ebben az esetben egy cellasor (lásd a kép baloldalán) direkt ki volt kapcsolva. 576

577 8. ábra. A gázfejlődés A mérések elvégzéséhez István a következő műszereket használta: 9. ábra. Az akkumulátortöltő, oszcilloszkóp és analóg feszültségmérő 10. ábra. Az áramméréshez használt műszerek 577

578 Mivel István valóban nagy áramokkal dolgozott, ezért a közönséges árammérő műszerek méréshatárát ki kellett terjesztenie. Sönt ellenállásként egy 3 mm átmérőjű kór hegesztőpálcát darabolt fel és azokat kötötte párhuzamosan. Erről itt olvashatsz. 11. ábra. A sönt ellenállás szerepét hegesztőpálca darabok töltötték be A fejlődő gázok mérésére István a Naudin féle módszert használta. 12. ábra. Fejlődő gázok mérése Az idő mobiltelefonban lévő stopperral lett mérve. 578

579 13. ábra. A "stopper" Mérések István a legjobb hatásfok érdekében különböző módokon kapcsolta össze az elektródákat. Az itt következő táblázatokban 500 ml gáz fejlődési idejét és a hozzá szükséges áramokat, valamint a hatásfokokat láthatod. Az elektrolit vezetőképességét István Trisó-val változtatta. A Trisót kiskanállal adagolta. Az elektrolit 10 liter vizet és adott mennyiségű Trisót tartalmazott. A pontos koncentrációt az adott kísérletnél adjuk meg. 579

580 14. ábra. A Trisó és az adagoláshoz használt kiskanál Az árammérés pontosságának növelése érdekében az impulzusok kitöltési tényezője 50 %-os volt. Ahol ez eltért, ott külön jelezzük. 1. Kísérlet A kísérlet célja az ideális cellakombináció megtalálása. Itt István nem a fentebb említett 30 db-os cellákkal dolgozott még, hanem különböző egyéb kombinációkkal. A kombináció oszlopban az első szám a párhuzamosan kapcsolt lemezsorokat jelenti, a második pedig egy-egy sort alkotó lemezek számát. Kombin. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 2*10 db 35,0 A 0:37 perc 810,8 ml/perc 23,66 ml/perc/amper 35,4 % 1*30 db 17,0 A 0:34 perc 882,4 ml/perc 51,90 ml/perc/amper 77,6 % 5*4 db 22,0 A 1:10 perc 428,6 ml/perc 19,48 ml/perc/amper 29,1 % 10*4 db 11,0 A 1:12 perc 416,6 ml/perc 37,88 ml/perc/amper 56,6 % 3*8 db 50,0 A 0:19 perc 1679 ml/perc 31,58 ml/perc/amper 47,2 % 4*8 db 28,7 A 0:44 perc 681,8 ml/perc 23,76 ml/perc/amper 35,5 % 1. táblázat 580

581 Kiértékelés: A sorbakapcsolt cellák számának növelésével növekszik az elektrolízis hatásfoka. Ugyanannyi lemezből álló sorokból többet kötve párhuzamosan a hatásfok szintén növekszik. 2. Kísérlet A kísérlet célja annak meghatározása, hogy a párhuzamosan összekapcsolt cellák számának növelése milyen hatással van az elektrolízis hatásfokára. Egy-egy cella 30 db lemezből állt. Cella Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1 db 17,0 A 0:34 perc 882,4 ml/perc 51,90 ml/perc/amper 77,6 % 3 db 16,0 A 0:53 perc 566,1 ml/perc 35,38 ml/perc/amper 52,9 % 5 db 32,0 A 0:24 perc 1250 ml/perc 39,06 ml/perc/amper 58,4 % 2. táblázat Kiértékelés: A legjobb hatásfokot 1 db 30 lemezes cellasor esetén kapunk. 3. Kísérlet A kísérlet célja megállapítani a frekvenciák és a kitöltési tényező hatásait az elektrolízis hatásfokára. Mivel István nem rendelkezett frekvenciamérővel, ezért az oszcilloszkópján olvasta le a periódusidőt, a táblázatban azonban már a kiszámolt frekvencia értékei láthatóak. 5 cella párhuzamosan van összekötve, az impulzusok kitöltési tényezője 50%. Frekv. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 125 khz 22,0 A 0:37 perc 810,8 ml/perc 36,85 ml/perc/amper 55,1 % 100 khz 22,0 A 0:43 perc 697,7 ml/perc 31,71 ml/perc/amper 47,4 % 125 khz 10,0 A 2:15 perc 222,2 ml/perc 22,22 ml/perc/amper 33,2 % 581

582 3a. táblázat 5 cella párhuzamosan van összekötve, az impulzusok kitöltési tényezője 90%. Frekv. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 125 khz 15,0 A 1:25 perc 352,9 ml/perc 23,53 ml/perc/amper 35,2 % 125 Hz 13,0 A 2:03 perc 243,9 ml/perc 18,76 ml/perc/amper 28,0 % 143 Hz 12,1 A 2:02 perc 245,9 ml/perc 20,32 ml/perc/amper 30,4 % 3b. táblázat Kiértékelés: A hatásfok a frekvencia növekedésével nőtt. Az impulzus szélességének csökkenése növeli a hatásfokot. Mind a két eredmény megegyezik azzal, amit Mi is kaptunk a kísérleteink során. 4. Kísérlet A kísérlet célja megállapítani a polaritás hatásait az elektrolízis hatásfokára. 4 db 8 lemezből álló sor van összekötve, az impulzusok kitöltési tényezője 50%. Polar. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok ,0 A 0:48 perc 625,0 ml/perc 23,15 ml/perc/amper 34,6 % ,3 A 0:43 perc 697,7 ml/perc 22,23 ml/perc/amper 33,2 % 4. táblázat Kiértékelés: A hatásfokra hatással van a polaritás. 582

583 5. Kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektrolit Trisó tartalmának (és ezáltal a vezetőképességnek) növelése milyen hatással van az elektrolízis hatásfokára. 3 db 8 lemezből álló sor van összekötve, az impulzusok kitöltési tényezője 50%. Az elektrolit 10 liter vizet és a táblázat egyes sorainál meghatározott mennyiségű Trisót tartalmaz. Trisó Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 4 kanál 23,0 A 0:42 perc 714,3 ml/perc 31,06 ml/perc/amper 46,4 % 5 kanál 25,3 A 0:37 perc 810,8 ml/perc 32,05 ml/perc/amper 47,9 % 6 kanál 27,9 A 0:34 perc 882,4 ml/perc 31,63 ml/perc/amper 47,3 % 7 kanál 33,5 A 0:28 perc 1071 ml/perc 31,98 ml/perc/amper 47,8 % 8 kanál 33,6 A 0:28 perc 1071 ml/perc 31,88 ml/perc/amper 47,7 % 9 kanál 33,6 A 0:28 perc 1071 ml/perc 31,88 ml/perc/amper 47,7 % 10 kanál 34,7 A 0:27 perc 1111 ml/perc 32,02 ml/perc/amper 47,9 % 11 kanál 31,0 A 0:31 perc 967,7 ml/perc 31,21 ml/perc/amper 46,7 % 13 kanál 81,0 A 0:13 perc 2307 ml/perc 28,49 ml/perc/amper 42,6 % 15 kanál 84,0 A 0:12 perc 2500 ml/perc 29,76 ml/perc/amper 44,5 % 18 kanál 83,0 A 0:12 perc 2500 ml/perc 30,12 ml/perc/amper 45,0 % 18 kanál 88,0 A 0:11 perc 2727 ml/perc 30,99 ml/perc/amper 46,3 % 18 kanál 128,0 A 0:08 perc 3750 ml/perc 29,29 ml/perc/amper 43,8 % 5. táblázat Megjegyzés: Az 5. táblázat utolsó három sorában ugyanakkora volt a Trisó koncentráció, de az áramok különböztek. Ennek oka az volt, hogy István az első mérés után elkezdte tölteni az akkumulátort, majd egy idő múlva ismét kimérte a gázfejlődést. Ezt követően jóval több ideig töltötte az akkumulátort, s utána elvégezte a harmadik mérést is. Kiértékelés: Az elektrolit vezetőképességének növelése nagyon kis mértékben van hatással az elektrolízis hatásfokára. 583

584 6. Kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek közötti távolság csökkentése hogyan hat az elektrolízis hatásfokára. 1 db 10 lemezből álló sor van összekötve, az áram egyenáram. Az 1 mm-es lemeztávolságnál 5 liter vízhez 21 kanál, míg a 0,5 mm-es lemeztávolságnál 18 kanál Trisó lett adva. Távols. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok 1 mm 26,2 A 0:38 perc 789,5 ml/perc 30,13 ml/perc/amper 45,0 % 0,5 mm 26,8 A 0:38 perc 789,5 ml/perc 29,46 ml/perc/amper 44,0 % 4. táblázat Kiértékelés: A hatásfok nem változott jelentősen az elektródák közötti távolság csökkentésével, de mivel könnyebb 1 mm-es távolságot kialakítani, mint 0,5 mm, ezért inkább ezt használjuk. 7. Kísérlet A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az elektródalemezek alá helyezett állandó mágnes hogyan hat az elektrolízis hatásfokára. 1 db 10 lemezből álló sor van összekötve, az áram egyenáram. A lemeztávolság 1 mm. 5 liter vízhez 21 kanál Trisó lett adva. A polaritás az elektromos áram polaritását jelenti. Polar. Áram 500 ml Gáz/perc Egységnyi gáz Hatásfok ,3 A 0:36 perc 833,3 ml/perc 29,45 ml/perc/amper 44,0 % ,8 A 0:34 perc 882,3 ml/perc 26,90 ml/perc/amper 40,2 % 584

585 4. táblázat Kiértékelés: A mágnes ebben az elrendezésben nem gyakorolt hatást az elektrolízisre, viszont a polaritás megváltozása igen, mint ezt már láttuk a 4.kísérletnél is. Összegzés Mint a kísérletekből láthatjuk, a sorba kapcsolt elektródalemezek számának növelésével, a megfelelő polaritással, a frekvencia növelésével és az impulzusok kitöltési tényezőjének csökkentésével tudjuk növelni a hatásfokot. Csendesvíz Joe-cellás kísérletei Csendesvíz az egyik barátjával együtt jó pár kísérletet végzett a Joe-cellákkal kapcsolatban. "Észrevettem, hogy a Meyer féle vízbontó, a Joe-cella, Dingle vízbontója, Carl Cella találmánya mind közösek abban, hogy az elektródák egymásba helyezett csövek (bár Dingle-nél konkrétan nem csövek, csak a szerkezet hasonló). Egyik alkalommal, amikor vízbontással kísérletezgettem (12 V-os akkutöltővel), a két csőre ráhúztam egy harmadikat is, tehát a külső cső kapta az egyik pólust, a legbelső a másikat, a közöttük levő pedig csak semlegesen ott volt. Ennek hatására a gáztermelés kb. másfélszeresére emelkedett, miközben az áramerősség kb. a felére visszaesett. Ez volt az a pont, amikor elhatároztam, hogy megépítek egy Joe-cellát. 585

586 1. ábra. András Joe-cellája Az első cella 5 csőből állt, 1, 2, 3, 4 és 5 coll külső átmérőkkel. A magasságuk, ha jól emlékszem kb. 27 cm volt. Sajnos a csővastagsággal kapcsolatos előírást nem tudtam betartani, miszerint mindegyik cső térfogatának azonosnak kell lennie, vagyis a legbelső rendelkezik a legnagyobb falvastagsággal, a legkülső pedig a legvékonyabb falú. Azonkívül az anyagminőség is csak KO33 rozsdamentes acél volt KO35 helyett, ráadásul a legkülső csőre a feneket és a karimát ráhegesztették, aminek eredményeként a varratok mágnesezhetővé váltak, ami gyengíti a cellát. A csövek sem voltak tükörfényesre polírozva, mint ahogyan az a leírásban szerepelt. 586

587 2. ábra. A Joe-cella a "fedővel" Egy német barátom segített az anyagbeszerzésben és a legyártásban. A legkülső cső kapta a '+' pólust, a legbelső pedig a '-' pólust. Amikor beindítottuk, nagyot kellett csalódnunk, mert a 12 V-os akkumulátortöltőről üzemelve alig termelt gázt. (kb buborék percenként egy kb. 4 mm belső átmérőjű csőből, a vízbe tett só vagy ecet mennyiségétől függően.) Ez elkeserített. Viszont ahogy ott ültünk mellette, egyszer csak furcsa érzés fogott el minket, szédülés, fejfájás, émelygés. Egy kis pihenés után, mikor a helységet elhagyva megszűntek a tünetek, elővettük az ingát, és kiderült, hogy a cellában levő víz energiaszintje több mint Bovi. Sajnos nem igazán világos nekem, mi az a Bovi egység, lehetne akár fityfiritty is. Mindenesetre a csapvíz energiaszintje Bovi, Bovi alatti energiaszint megbetegít, az energetizált Pí-víz energiaszintje Bovi, Lourd forrásvize, melynek gyógyhatása közismert, Bovi körül van. Szóval a mi Bovink elég szép érték volt. 587

588 Idővel sikerült ezt az értéket több mint duplájára emelni, kicserélve néhány mágnesezhető csavart nem mágnesezhetőre, aztán kapott a cella egy műgyantaborítást, hogy az autóba építve ne legyen zárlat, ez a gyantaréteg is jelentősen emelt az energiaszinten. Tavaly nyáron aztán ellátogattam Brémába a barátomhoz, az autóban pedig benne üzemelt a vízbontó, de nem vettem észre hatását (20 éves, 1600 cm3-es Ford Orion, fogyasztása 120-as tempónál 7 l volt). 3. ábra. Az autóba beépített Joe-cella Ekkor a beleöntött ecet miatt 4 A volt az áramfelvétel. Mire megérkeztem, a cella vizének energiaszintje már Bovi felett volt (induláskor ez kb. csak volt). Barátom azt javasolta, tegyünk bele néhány EM-kerámiát, hátha az segít. 588

589 4. ábra. Az autóba épített cella közelebbről Ez a kerámia úgy készül, hogy egy célszerűen megválogatott baktériumokból álló tenyészetet - életet támogató, építő baktériumokról van szó - összekeverik az agyaggal (vagy amiből a kerámia készül) és kiégetik. Az információ ezután örökre bennmarad a kerámiában. Tehát néhány ilyen kerámiát beletettünk a cellába, és ott hagytuk bugyogni egy darabig. Közben még néhány helyen letömítettük a cella fedelét és a csővezetéket a karburátorig, elsősorban az energia számára. Aztán, amikor újra indítottam volna az autót egy jó óra múlva, akkor rögtön indításnál egy jó nagy durranás volt (mindez éjfél körül, másnap a szomszédok kérdezték is, mi történt). 589

590 5. ábra. A beépített cella egy másik nézetből Amikor felnyitottuk a motorháztetőt, lekapcsoltam az áramot a celláról. Szerencsére csak a légszűrő fedele és a cella fedele repült le, más baj nem történt, eltekintve két púptól a motorháztetőn. Tehát jóval több gáz fejlődhetett, mint előtte bármikor. Ami viszont megdöbbentett minket, az volt, hogy a cella szinte ugyanúgy tovább pezsgett, mintha áram lenne rajta. Kiingáztuk, hogy a robbanás pillanatában az energiaszint Bovi volt, ami persze időközben elkezdett csökkenni, és kb perc múlva, amikor az energiaszint lecsökkent re, akkor megállt a vízbontás is. A víz pezsgése biztos nem forrás miatt volt, mert kézzel bírni lehetett a hőmérsékletét. Emiatt úgy gondoltuk, jó úton járunk, és elkezdtünk kísérletezni az energiaszint emelésével. Ősszel addig jutottunk, hogy egy Caduceus tekerccsel beborított cella energiaszintje Bovi egység volt. Közben én nekiláttam 2 új cella megépítésének, az egyik 9, a másik 7 rétegű lesz. Ezúttal KO35-ös lemezt vásároltam, abból hajlíttattam a "csöveket", azért írom így, mert a meghajlított lemezek végei fémesen nem érintkeznek egymással. Az inga szerint ezzel a cellával sikerül Bovi fölé emelni az energia szintet. Sajnos a cellákat még nem sikerült összeszerelnem. Viszont időközben megtudtam még egynéhány dolgot: 590

591 Állítólag a víz egy bizonyos energiaszint felett tényleg magától lebomlik. Van, akinek már sikerült a víz energiaszintjét Bovi fölé emelni, hogy milyen szerkezettel, azt nem tudom. Az illető a neten elérhető. Olvastam egy szabadalmat a mikroclusteres víz előállításáról, és ebben ír a feltaláló arról, hogy az ilyen víz, amibe ráadásul bevitték valamilyen szénhidrogén információját is, kiváló üzemanyag adalék, ami többek között jelentősen csökkenti a káros anyag kibocsátást. Ez lenne talán a nyitja a víz-üzemanyag keveréknek, amiről már több helyen is írtak, de a titkát eddig még nem tudtam megfejteni. A szuperionizált víz egyik fajtája például állítólag kiváló oldószere a kőolajszármazékoknak. Én ismerek több vízenergetizáló, nagy vízmolekula clustereket szétbontó, vizet információval ellátó módszert. A kérdés csak az, melyik a legjobb? Mindenesetre tovább bizakodok, hogy sikerül egy jól működő vízbontót végre összehozni. Valahogy engem ez az irány izgat a legjobban." A Horváth féle vízbontó Horváth István előző oldalon ismertetett szabadalmát két évvel később egy újabb szabadalom követte, mely látszólag az előző tökéletesítése volt, bár itt már nem csak az elektrolízist alkalmazta, hanem a radiolízist is. Ezen az oldalon a 4,107,008 számú Horváth féle szabadalommal ismerkedhetsz meg. Fontos megjegyzés! Ez a szabadalom négy készüléket ismertet, mindegyik az előző egy tökéletesített változata. A negyedik készülék már egy miniatűr "atomreaktor", melynek sugárzása a leárnyékolás után nem haladja meg egy közönséges TV képernyő 591

592 sugárzását. Ennek ellenére az itt leírtakat inkább csak érdekességképpen olvasgasd! A találmány háttere Ez a találmány az elektrolízis témakörébe tartozik, ahol a víz elektrolízise útján kapott hidrogén és oxigén elsősorbani, de nem kizárólagos felhasználásáról is szó esik. Az elektrolízis során az anód és a katód között feszültségkülönbséget hozunk létre és a vízbe, mint elektromos vezetőbe elektromos áramot vezetünk. Sokféle sóoldatot vagy hidroxidot használhatunk elektrolitként a vízben, melyek célja ionok létrehozása. A továbbiakban az "elektrolit" fogalma alatt azt az anyagot értjük, ami feloldódva a vízben ionokat hoz létre, a kapott oldatra pedig "elektrolit oldat"-ként fogunk hivatkozni. Faraday Elektrolízis Törvényének megfelelően minden elektrolízis során bizonyos mennyiségű anyag szabadul fel az anód és a katód mentén. Ez a felszabadult anyagmennyiség szigorúan arányos az anód és a katód között átvezetett elektromos áram nagyságával. Az elektrolit lebontási aránya korlátozott, ezért általában nem gazdaságos a hidrogén és oxigén vízből történő előállítása. Ismert tény, hogy különböző vegyületek, beleértve olyan elektrolitot is, mint a víz, lebonthatók az őket alkotó elemekre, ha azt rövidhullámú elektromágneses hullámokkal sugározzuk be. Ezt a sugárzás hatására történő lebontást nevezzük "radiolízis"-nek. Dr. Akibumi Danno "Hidrogén előállítása nukleáris energiával" című cikke - melyet a "A kémia gazdasági és mérnöki figyelője" 1974 júniusi számában jelentetett meg - rámutat, hogy a víz és a különböző hidrokarbonok radiolízise során elemi reakciók játszódnak le. Röviden összefoglalva a cikket, felfe-dezték, hogy rövidhullámú x-sugarakkal vagy -sugarakkal, pl méternél rövidebb hullámhosszú elektromágneses sugarakkal besugárzott vegyületek lebomlottak az őket alkotó elemekre. Ha pl. a vizet -sugarakkal bombázzuk, az lebomlik hidrogénre és oxigénre. Danno az atomreaktorok sugárzásának tömeges felhasználását javasolja, de azt is kijelenti, hogy a víz radiolízissel történő lebontása nem túl gazdaságos. Ezért azt látja jobb megoldásnak, ha radiolízissel a széndioxidból szénmonoxidot és oxigént, majd pedig a szénmonoxidból hidrogént állítunk elő a hagyományos víz/gáz átalakító folyamatokkal. 592

593 A találmány összefoglalása Jelen találmány olyan elektrolizáló folyamatot javasol, amelyben a radiolízis is szerepet játszik. Úgy találtuk, hogy az elektrolízis és a radiolízis kombinációja nagyobb arányú vízbontást eredményez, mint ezek a módszerek külön-külön alkalmazva. A vízbontás hatásfoka jelentősen javul, ha az elektrolitot mágneses mezőbe helyezzük. Ez a mező biztosítja a rövidhullámú elektromágneses sugárzás nagysebességű fotonjainak és az ionoknak a szükséges "ösvényt" az elektrolitban, ahol ezáltal növekszik az elektronok és az ionok összeütközési valószínűsége. A találmányban az egyik módszerként nagyfeszültségű impulzusokat alkalmazunk az anód és a katód között, ezáltal biztosítva a radiolízishez szükséges rövidhullámú sugarakat. A másik módszernél a nagyfeszültségű impulzusokat nem az anód és a katód közé vezetjük, hanem a cellák közötti elektrolitot más elhelyezésben sugározzuk be. A nagyfeszültségű impulzusokat nagyon szerény mennyiségű egyenáramból tudjuk előállítani, ennek ellenére a vízbontás hatásfoka jelentősen javul, mivel sokkal több gáz keletkezik a radiolízisnél, mintha ezt a nagyfeszültséget előállító kis áramot közvetlenül az elektrolitba vezettük volna. A találmányban arról a készülékről is szó van, melyben hasznosítható ez a vízbontási módszer. Mint feljebb már említettük, a találmánynak nagy gyakorlati jelentősége is van a víz vagy más víztartalmú oldatok lebontásában, melynek eredményeként hidrogént és oxigént kapunk, ezért ezt a vízbontó módszert részletesen és ábrákkal is illusztrálva ismertetjük a következőkben. A találmány leírása A készüléket az ábrákon mutatjuk be. A készülék az anódot (12) és a katódot (13) tartalmazó elektrolizáló cellából (11) áll. Ezen kívül tartalmaz egy nagyfeszültségű impulzusokat generáló elektromos áramkört, mely impulzusokat az anód (12) és a katód (13) közé vezetjük. Az áramkör a szükséges nagyfeszültséget egyenáramú áramforrásból, pl. egy 12 V-os akkumulátorból állítja elő. Ezt az áramforrást a (14) és (15) pontokra csatlakoztatjuk. A (16)-os ág a (14) csatlakozón keresztül kapja meg a pozitív tápfeszültséget, a (17)-es ág pedig a (15) csatlakozón keresztül a testre csatlakozik. A (16)-os ág tartalmaz egy egyszerű KI/BE kapcsolót (18). 593

594 1. ábra. Az egyik készülék számára kifejlesztett kapcsolási rajz Mint az 1. ábrán láthatjuk, az elektromos áramkör tartalmaz egy órajel generátort, mely a Q1 tranzisztorból és a hozzá kapcsolódó R1, R2, R3 ellenállásokból és a C2 és C3 kondenzátorokból áll. Az így előállított impulzusok egy npn-típusú szilícium teljesítmény tranzisztort (Q2) vezérelnek, mely a C4 csatoló kondenzátoron keresztül juttatja a felerősített impulzusokat a T1 tirisztorra. Az R1 ellenállás és a C1 kondenzátor sorba vannak kötve a (21)-es ágban, mely az RL1 relé egyik lábára csatlakozik. Az RL1 relé tekercse (26) a (16)-os és (27)-es ágak közé van kapcsolva. A (27)- es ág a relé kapcsolójának egyik lábával össze van kötve, valamint egy alapállapotban bekapcsolt nyomásvezérelt kapcsolón (19) keresztül a testre csatlakozik. A nyomásvezérelt kapcsoló (19) nyomásvezérlő ága (20) a gáztartályhoz kapcsolódik a későbbiekben ismertetendő módon. Alapállapotban, mikor a nyomásvezérelt kapcsoló (19) be van kapcsolva, az RL1 relé a (18) kapcsoló bekapcsolásakor a (27) és (21) ágakon keresztül a C2 kondenzátort a testre (17) kapcsolja. Az RL1 relé fő célja az, hogy a C2 kondenzátort az áramkör bekapcsolásakor egy kis késleltetéssel kapcsolja a testre. Ez késleltetni fogja a T1 tirisztor megnyitását addig, amíg a később ismertetendő transzformátorok áramkörében a megfelelő elektromos feltételek létre nem jönnek. Kívánatos, hogy 594

595 az RL1 relé hermetikusan le legyen zárva és strapabíró dobozban legyen elhelyezve, ezáltal extrém körülmények között is üzembiztosan működhet. Mikor az RL1 relén keresztül megvalósul a C2 kondenzátor és a (17)-es ág összekapcsolása, akkor a Q1 tranzisztor, mint oszcillátor pozitív impulzusokat fog generálni a (24)-es ágon. Az impulzusok frekvenciáját az R1:C1 elemek, míg a jel erősségét az R2:R3 elemek határozzák meg. Ezek az impulzusok feltöltik a C3 kondenzátort. A C1 elektrolit kondenzátor közvetlenül a (16)-os pozitív és a (17)-es negatív ágra kapcsolódik, ezáltal szűrve a zajokat. Az R1 ellenállás és a C2 kondenzátor úgy lettek megadva, hogy fűrészfog alakú impulzusokat formáljanak, amit aztán a Q1 tranzisztor bemenetére vezetünk. Az impulzus alakja azért fűrészfog, mert az a tapasztalat, hogy ez biztosítja a legjobb hatást az áramkörben. Azonban azt is ki kell hangsúlyoznunk, hogy más impulzusformák, mint pl. négyszögjel is használhatók. A C3 kondenzátor az R4 ellenálláson keresztül sül ki, miközben a Q2 tranzisztort vezérli. A testre kötött R4 ellenállás lekorlátozza a Q2 tranzisztor bázisáramát. A Q2 tranzisztor, a C3 kondenzátor és az R4 ellenállás alkotta áramkör egy éles csúcsban végződő pozitív impulzussá alakítja a bemenő jelet. A Q2 tranzisztor kollektora az R6 ellenálláson keresztül kapcsolódik a pozitív tápfeszültségre, míg az emitter az R5 ellenálláson keresztül a testre. Az R5 és R6 ellenállások határozzák meg a C4 kondenzátorra vezetett áram erősségét. A C4 kondenzátor a testre kötött R7 ellenálláson keresztül sül ki, ez a kisülés biztosítja a T1 tirisztor vezérlő jelét. Az R7 ellenállás további szerepe az, hogy védje a T1 tirisztort a túl nagy áramlökések ellen. A T1 tirisztor Gate-jére vezetett jel nagyon éles csúcsokban végződő impulzus, melynek frekvenciája megegyezik a Q1 tranzisztor által formált fűrészfog alakú vezérlőjelek frekvenciájával. Kívánatos, hogy ez a frekvencia impulzus/perc legyen (10 000/perc = 166,6/sec = 166,6 Hz). A Q2 tranzisztor az illesztő szerepét tölti be a Q1 tranzisztor és a T1 tirisztor között, megakadályozva azt, hogy a tirisztor Gate-jéről a Q1 tranzisztor működését gátló áramok szivárogjanak vissza. A T1 tirisztornál alkalmazott magas feszültségek és a Q2 tranzisztornál alkalmazott nagy áramok miatt ezeket hűtőbordára kell szerelni. A T1 tirisztor katódja a (29)-es ágon keresztül kapcsolódik a testhez (17), míg az anód a (31)-es ágon keresztül a TR1 transzformátor szekunder tekercsének (32) a középleágazásához. A (32)-es szekunder tekercs két vége a D1 és D2 diódákon keresztül a testre csatlakozik. Ez biztosítja a TR1 transzformátor kimenetén megjelenő jel teljes hullámú egyenirányítását. 595

596 A TR1 transzformátornak három primer tekercse (34), (35) és (36) és a szekunder tekercs (32) egyaránt a vasmag (37) köré vannak tekercselve. Ez a transzformátor közönséges EI ferrit vasmagból készülhet. A szekunder tekercset közvetlenül a vasmagra húzott szigetelő gyűrűre, míg a (34) és (36) primer tekercseket bifilárisan a szekunder tekercsre tekerhetjük. A (35) primer tekercset ezután tekercselhetjük a (34) és (36) tekercsek fölé. A (34) és (36) primer tekercsek egyik vége a (38)-as ágon keresztül kapcsolódik a pozitív tápfeszültséghez, míg a másik végük a (39)-es és (40)- es ágakon a Q3 és Q4 tranzisztorok kollektoraira kapcsolódik. A Q3 és Q4 tranzisztorok emitterei állandóan a testre vannak kapcsolva a (41)-es ágon keresztül. A (39)-es és (40)-es ágak között elhelyezett C6 kondenzátor olyan szűrőként működik, amely megakadályozza a kollektorok közötti potenciálkülönbséget. A (35)-es primer tekercs két vége a (42)-es és (43)-as ágakon a Q3 és Q4 tranzisztorok bázisára csatlakozik. Ennek a tekercsnek a (44)-es középleágazása az R9 ellenálláson keresztül a pozitív tápfeszültségre, míg az R10 ellenálláson keresztül a testre kapcsolódik. Mikor bekapcsoljuk a tápfeszültséget, a Q3 és Q4 tranzisztorok zárva vannak, így nem fog áram folyni a (34) és (36) primer tekercseken. Azonban a pozitív tápfeszültség az R9 ellenálláson keresztül egy indító jelet fog generálni a Q3 és Q4 tranzisztoroknak, aminek hatására gyors impulzusok alakulnak ki a (34) és (36) primer tekercsekben. Az R9 és R10 ellenállásokból álló feszültségosztón keresztül megjelenő impulzus amplitúdója akkora, hogy egyszerre csak az egyik tranzisztort tudja megnyitni. Következésképpen így csak vagy a (34), vagy a (36) primer tekercsben kezd el folyni az áram. A tranzisztor megnyitott állapotban tartásához szükséges jel amplitúdója sokkal kisebb lehet, mint a megnyitáshoz szükséges jel amplitúdója, ezért mikor az egyik tranzisztor vezetővé válik, akkor a középen megcsapolt (33)-as tekercsben megjelenő impulzus elegendő energiával fog rendelkezni ahhoz, hogy megnyissa az eddig zárva lévő másik tranzisztort. Mikor ez a második tranzisztor vezetővé válik, akkor az áram a másik (34) vagy (36) primer tekercsben is el kezd folyni. Mivel mind a két tranzisztor emittere le van földelve, ezért a második tranzisztor pozitív kimeneti impulzusa lezárja az első tranzisztort. Mikor a második tranzisztor kollektor árama leesik, a középen megcsapolt (33)-as tekercsben megjelenő újabb impulzus megnyitja ismét az első tranzisztort. Ez a folyamat ciklikusan ismétlődik mindaddig, míg a tápfeszültséget le nem kapcsoljuk. A (34) és (36) primer tekercsekben folyó áramimpulzusok frekvenciája magas, ez a frekvencia konstans, nem függ a tápfeszültség értékétől. A (34) és (36) primer tekercsekben folyó áramimpulzusok a TR1 transzformátor (32)-es szekunder tekercsében ugyanilyen frekvenciájú, de jóval nagyobb feszültségű impulzusokat generálnak. 596

597 A C5 áteresztő kondenzátor és a vele párhuzamosan kötött R8 áthidaló ellenállás a (46)-os ágon keresztül a TR1 transzformátor szekunder tekercsére csatlakozik, ez biztosítja a TR1 transzformátor kimenetének csatlakoztatását a TR2 transzformátor bemenetére. Amikor a T1 tirisztor vezetővé válik, akkor a teljesen feltöltött C5 kondenzátor töltése a TR2 transzformátoron keresztül sül ki. Ezzel egy időben a TR1 transzformátor kimenete a rövidzár következtében felfüggeszti a működését mindaddig, míg a T1 tirisztor be nem zár. Ezután a C5 kondenzátor ismét elkezd töltődni, s ez a töltés a T1 tirisztor legközelebbi nyitásakor sül ki ismét. Tehát a T1 tirisztor zárt állapotában a (34) és (36) primer tekercsekben folyó gyors áramimpulzusok - melyeket a Q3 és Q4 tranzisztorok alkotta rezgőkör állít elő - a TR1 transzformátor kimenetén egy viszonylag magas feszültséget hoznak létre, ami feltölti a C5 kondenzátort és ez a töltés hirtelen sül ki a T1 tirisztor bekapcsolásakor. Egy 12 V-os autó akkumulátort használva a (47)-es ágban könnyedén biztosítható 22 A és 300 V. A korábban említett RL1 relé biztosítja a C2 kondenzátor testre kötésének késleltetését. Ez a késleltetés - még ha nagyon rövid idejű is - elegendő ahhoz, hogy a Q3 és Q4 tranzisztorok alkotta rezgőkör elkezdjen rezegni. Ezáltal a TR1 transzformátoron keresztül a C5 kondenzátor fel tud töltődni még azelőtt, hogy a T1 tirisztor vezetővé válna. A TR2 egy felfelé léptető transzformátor, mely alacsony amplitúdójú áramimpulzusokat hoz létre magas feszültségen. Ez a transzformátor az elektrolizáló cella anódjával van összeépítve és egy primer (48) valamint egy szekunder (49) tekercsből áll, melyek az (51)-es mag köré vannak tekercselve. A szekunder tekercs (49) végei közvetlenül kapcsolódnak az elektrolizáló cella anódjához (12) és katódjához (13) a fentebb leírt módon. Ennél a kapcsolásnál a TR1 transzformátor kimenetén 22 A és 300 V amplitúdójú / perc (= 166,6 Hz) gyakoriságú impulzusok jelennek meg, melyek kitöltési tényezője valamivel kevesebb 0,1-nél (= 10 %). Ezt könnyen el lehet érni egy 12 V 40 A-es egyenáramú tápegységgel és a 2. ábrán bemutatott áramkörrel, mely a következő alkatrészekből áll: Jel Érték Teljesítmény Tűrés R1 2,7 k 0,5 W 2 % R ,5 W 2 % R ,5 W 2 % R4 22 k 0,5 W 2 % 597

598 R ,5 W 2 % R ,5 W 2 % R7 1 k 0,5 W 2 % R8 10 M 1 W 5 % R W 10 % R10 5,6 1 W 5 % 1. táblázat. Az 1.ábrán látható kapcsolás ellenállásai Jel Érték Feszültség Típus Tűrés C F 16 V elektrolit - C2 0,1 F 100 V - 10 % C3 2,2 F 100 V - 10 % C4 1 F 100 V - 10 % C5 1 F 1000 V papír 5S10A 10 % C6 0,022 F 160 V táblázat. Az 1.ábrán látható kapcsolás kondenzátorai Jel Típus Megnevezés Q1 2N2647 PN unipoláris tranzisztor Q2 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor Q3 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor Q4 2N3055 NPN szilícium teljesítmény tranzisztor T1 BTW RM tirisztor D1 A14P Dióda D2 A14P Dióda 3. táblázat. Az 1.ábrán látható kapcsolás félvezetői 598

599 Jel Típus Megnevezés RL1 PW5LS PS1 P658A TR1 36/ Hermetikusan szigetelt relé Nyomásvezérelt mikrokapcsoló EI ferrit vasmagos transzformátor 4. táblázat. Az 1.ábrán látható kapcsolás egyéb elemei A típusú csévetestre tekert primer és szekunder tekercsek menetszámaránya 18:1, azaz: Tekercs Primer (34) Primer (36) Primer (35) Szekunder (32) Menetszám 9 menet 9 menet 4 menet 380 menet 5. táblázat. A TR1 tekercs adatai A Q2, Q3 és Q4 tranzisztorokat hűtőbordára kell szerelni. A megfelelő hűtőbordák típusa: 35D 3CB. Az elektronika többi alkatrésze egy dobozba rakható. Az elektrolizáló cella (11) és a TR2 transzformátor fizikai felépítését a 2-7. ábrák mutatják. 599

600 2. ábra. Az elektrolizáló cella felülnézete 3. ábra. A 2.ábra metszete a 3-3 vonal mentén 600

601 Az elektrolizáló cella (11) egy henger alakú külső házból (72), valamint egy felső (73) és egy alsó (74) zárólapból áll. Az alsó zárólap (74) egy domború fedőből (75) és egy elektromosan szigetelő tárcsából (76) áll, melyeket a házhoz (72) csavarok (77) rögzítenek. A felső zárólap (73) két egymáson lévő lemezből (78, 79) áll, melyeket a házhoz (72) szintén csavarok (81) rögzítenek. Az anód (12) cső alakú. Ez függőlegesen helyezkedik el a külső házon belül, alul és felül egy-egy szigetelővel (82, 83) rögzítve a házhoz. Ezek a szigetelők (82, 83) egy zárt teret formálnak, amiben az anódon (12) kívül a TR2 transzformátor is el van helyezve. Az anód a transzformátor tárolója. Ez a "tároló" az imént említett módon alulról és felülről le van zárva a szigetelőkkel és belülről transzformátor olajjal van feltöltve. Az O-gyűrű tömítések (90) feladata ennek a tárolónak a vízhatlan elzárása, így a transzformátor olaj nem tud kiszivárogni az anód belsejéből. 4. ábra. A 3.ábra metszete az 4-4 vonal mentén A transzformátor vasmagja (51) lemezes lágyvasból készült és négyszög keresztmetszetű rudat formál, melynek a felülete 3/4 inch 2 (484 mm 2 ). A vasmag függőlegesen nyúlik el a szigetelők (84, 86) között. A szekunder tekercs (48) közvetlenül a vasmagra húzott henger alakú orsóra (89), míg a primer tekercs (49) a szekunder tekercs fölé húzott második henger alakú orsóra (59) van csévélve. Az anód belsejében maradt köztes részeket a transzformátor olaj tölti ki. 601

602 A katód (13) hosszirányban résekkel ellátott cső, mely a periférikusan elhelyezkedő falba (83) van beültetve, ezáltal megoldottá válik a katód körüli rész szigetelése. A katód nyolc darab egymástól egyenlő távolságra elhelyezkedő réssel (91) rendelkezik, úgyhogy tulajdonképpen ez nyolc darab egymással megegyező katód csíkból (92) áll, melyek csak a katód alsó és felső részén vannak összekapcsolva. A rések szigetelőanyaggal (83) vannak kitöltve. Mind az anód, mind pedig a katód tömör nikkelből készült. Az anód külső felébe nyolc darab sugárirányú horony (93) van esztergálva, melyek alul szélesek, kifelé haladva pedig egy élben (94) csúcsosodnak. A nyolc anód él (94) sugárirányba van rendezve a katód csíkokkal (92) és az anód külső felületének a kerülete megegyezik a katód csíkok belső felületén mért össz. szélességgel. Ez azt jelenti, hogy a különböző kialakítások ellenére az anód és a katód egyenlő hasznos felülettel rendelkezik. Ez az egyenlő felület nem elérhető az általánosan használt henger alakú anód/katód kialakításnál. Az anód és a katód közötti gyűrű alakú tér (95) szolgál az elektrolit oldat tartályaként. Az elektrolit tartály (95) fel van osztva egy henger alakú, nikkel filmből szőtt hálós membránnal (96), melynek vastagsága nem több 0,015 inchnél (0,03 mm) és amelyen 1 négyzetinchen (645 mm 2 ) 5000 db 0,004 inch (0,0085 mm) átmérőjű lyuk van. Ez a háló megakadályozza a katód és anód mentén fejlődő hidrogén és oxigén gázok egymással történő elkeveredését, ugyanakkor lehetővé teszi az elektronok áramlását. A membrán kerete alsó és felső gyűrűkből áll, melyeket kis acél csíkok kötnek össze. A hálót egyszerűen csak ráhajthatjuk az alsó és felső szigetelőkre (82, 83), ezáltal a membrán elektromosan szigetelve lesz a cella összes többi alkatrészétől. Ez a háló készülhet nejlonból is. 602

603 5. ábra. Az elektrolizáló cella felülnézete néhány felső alkatrész nélkül Az első alkalommal a tartály elektródái közötti teret (95) 75 %-ig kell feltölteni 25 %-os töménységű - desztillált vízből és KOH-ból álló - elektrolit oldattal. Az elektrolízis folyamata közben az oxigén és hidrogén gázok a tér felső részén gyűlnek össze. Az elektrolit oldat szintjének állandó értéken tartásához időközönként vizet kell adni hozzá. A tartály felső részénél, ahol a hidrogén és oxigén gázok gyülemlenek össze, a membrán már lehet tömör anyagból is. 6. ábra. A 2.ábra metszete a 6-6 vonal mentén 603

604 A fúvóka (97) bemeneti része (98) az elektrolit beömlő szelepéhez (99) csatlakozik, melyet a folyadékszint érzékelő vezérel. Mikor az elektrolit oldat szintje lesüllyed, akkor a szeleptű mellett beáramolhat annyi víz, ami a folyadékszintet ismét a kívánt értékre emeli. A vízszint úgy van beállítva, hogy az elektrolit oldat tartálya (95) csak kb. 75 %-ig teljen meg folyadékkal, ezáltal a megmaradt 25 %-nyi térben helyet biztosítunk a fejlődő gázoknak is. 7. ábra. A 2.ábra metszete a 7-7 vonal mentén Amint az elektrolízis folyamata beindul, a katódon hidrogéngáz, az anódon pedig oxigéngáz keletkezik. Ezek a gázok buborék formájában felfelé áramolnak a tartály (95) felső, szabadon hagyott részébe, ahol a membrán segítségével egymástól elválasztva maradnak. Itt meg kell jegyeznünk, hogy az elektrolizáló tartályba a víz a tartály külső feléről jut be, onnét, ahol az oxigén gázok találhatóak, így nincs esélye a hidrogéngázoknak arra, hogy elillanjanak. A felső zárólapok (78, 79) egymással érintkező felületeinél gyűrű alakú hornyok (108, 109) vannak kiképezve. A külső járat (108) a tartály hidrogénes részével nyolc helyen csatlakozik (111) az alsó zárólapon keresztül. A hidrogén a csatlakozókon (111) keresztül felfelé áramlik a külső járatba, majd innét még feljebb egy egyutas szelepen (121) keresztül a gázgyűjtőbe. A nyomásérzékelő kapcsoló (19) bevezető csöve (20) a felső zárólaphoz (79) a hidrogén kivezetésnél (138) csatlakozik. Amikor a nyomás a megengedett érték fölé emelkedik, akkor a kapcsoló (19) lekapcsolja a C2 kondenzátort a testről (17). Ez megszűnteti a jelgenerátor impulzusait, így a T1 tirisztor nem süti ki a C5 kondenzátort. A TR1 transzformátor ennek ellenére továbbra is működik és tölti a C5 kondenzátort, de mivel a T1 tirisztor azt nem süti ki, így C5 egy 604

605 idő után csak feltöltve várakozik, míg a nyomás a járatban nem csökken le egy adott szint alá. A nyomásvezérelt kapcsoló (19) ily módon szabályozza a gáztermelést. A gáztartályoknál biztonsági óvintézkedést kell tenni. Ha hirtelen egy ellentétes irányú nyomás alakulna ki a csövekben, akkor ez csak a tartályok műanyag házait roppantaná szét, de ez a nyomás nem jutna el az elektrolizáló celláig. A nyomáskapcsoló (19) ezt követően leállítaná a további gáztermelést. A TR2 transzformátor tekercseinek a csatlakozói a 3. ábrán kerültek bemutatásra. A vezeték egyik vége az anód belső felén lévő vak lyukban végződik, ahol egy fej nélküli csavarral van rögzítve. Ezt a csavart az anód gallárja alatt speciálisan kiképzett lyukba csavarjuk be. Az elkeskenyedő nejlon csatlakozó a csavar felett helyezkedik el, mely meggátolja az anód belsejében lévő transzformátorolaj kifolyását. A tekercs másik vége lefelé egy bronz bélésen keresztül csatlakozik az alsó szigetelőhöz, ahonnét vízszintesen lép ki az alsó szigetelő tárcsa és a szigetelő között. A TR2 egy feszültségnövelő transzformátor, így 22 A-es és 300 V-os bemeneti impulzusokat és 100:1 menetszám arányt feltételezve a kimeneten - melyet az anódra és a katódra kötünk - az impulzusok árama 220 ma, a feszültsége pedig V lesz / perc (= 166,6 Hz) frekvencián. Ez az áram az anód és a katód között lévő elektrolitba jut, ahol rövidhullámú elektromágneses sugárzást, valamint pulzáló elektron-áramot eredményez. Az anód és a katód közötti térben a szekunder tekercs hatására egy pulzáló mágneses tér jön létre, mely elősegíti a rövidhullámú sugárzást. A leggyakoribb hullámhosszak a és m-es tartományba esnek és ezek a sugarak hozzák létre az elektrolit radiolízisét, miközben az elektronok árama biztosítja a lebomlott elemek távozását az elektrolitból. Az anód és a katód kialakítása, valamint a TR2 transzformátor elhelyezése az anód belsejében nagy jelentőséggel bír. A második transzformátor elhelyezkedése, valamint a központi anód és a körülötte elhelyezkedő katód kialakítása szintén nagyon fontos. Az anód és a katód, melyek mágneses anyagból vannak kialakítva, a TR2 transzformátor mágneses terének a vezetőjeként is funkcionálnak. Ez egy erős mágneses teret hoz létre az anód és a katód között is. Azt tapasztaltuk, hogy ez a mágneses mező szintén növeli az oldat ionjainak a mozgékonyságát, mely így növeli az elektrolízis hatékonyságát. Ezen kívül, az anód kifelé csúcsosodó külső felülete úgy formálja a mágneses mezőt, hogy az anód mágneses erővonalai metszik a katód mágneses erővonalait. Ezt mutatják a 4. ábrán az A és B pontok között lévő szaggatott vonalak. A rövidhullámú elektromágneses sugarak nagysebességű fotonjai ezeket az erővonalakat követik, akárcsak az 605

606 elektrolitban lévő hidrogén és oxigén ionok, melyek szintén ezek mentén az erővonalak mentén koncentrálódnak. Ezekből az következik, hogy a rövidhullámú elektromágneses sugarak nagysebességű fotonjai és az elektrolit ionjai közötti összeűtközések statisztikai valószínűsége jelentős mértékben megnövekszik a feljebb említett mágneses mező hatására, de ez nagyon megnöveli maguk az ionok közötti összeütközések valószínűségét is, ami megint csak növeli a hidrogén és oxigén gázok felszabadulását. Mindezekből az következik, hogy az anód és a katód kialakítása, mely egymást metsző mágneses erővonalakat eredményez, rendkívül fontos a radiolízis hatásfokának a megnövelésénél és a keletkező hidrogén és oxigén gázok felszabadításánál. Ez a kialakítás, melyben az anód külső felülete és a katódcsíkok belső felülete közel egyezik, nagyon kívánatos az elektromos veszteségek minimalizálása érdekében is. Az is kívánatos, hogy az anód és a katód gázzal érintkező felülete egyenetlen legyen. Ezt pl. homokkal történő csiszolással érhetjük el. Az egyenetlen felület elősegíti a gázbuborékok elszakadását az elektródák felületéről és megakadályozza a feszültségvesztés kialakulását. Mind az anód, mind pedig a katód nikkelből készülhet, de ez nem létfontosságú, lehetnek nikkellel bevont acélból is vagy akár platinából, esetleg platinabevonattal rendelkező acélból. A TR2 transzformátor által generált hőt az anód átvezeti az elektrolit oldathoz, mely a fentebb már ismertetett módon növeli az ionok mozgékonyságát és ezáltal az elektrolízis és radiolízis hatékonyságát. Az elektrolizáló készülék falára szerelt hűtőventillátor (150) a felesleges hő elvezetését segíti elő. A transzformátor anódban történő elhelyezése azért is előnyös, mert így a szekunder tekercsek (49) kivezetéseit a lehető legrövidebb és nagyon jól szigetelt vezetékkel köthetjük össze az anóddal és a katóddal. A C5 kondenzátor értéke határozza meg a töltési és kisütési idők arányát. A Q1 tranzisztor frekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy a kisütési idő ne legyen túl hosszú, ezáltal védve a transzformátor tekercseket, különösen a TR2 transzformátor szekunder tekercsét, a túlmelegedéstől. A fűrészfog alakú bemenő jeleknél és az élesen felfutó kimenő jeleknél impulzus / perc (= 166,6 Hz) frekvencián 0,006 (= 0,6 %)-os kitöltési tényezőt kaptunk. Ez az impulzusforma megakadályozza a túlmelegedést. A 0,1-es (= 10 %)-os kitöltési tényező négyszöghullámot eredményez, mely szintén megfelelő lenne, de az órajel generátornak feleslegesen nagy hőterhelést kellene elviselnie. A bemutatott kapcsolással elérhető legkisebb kitöltési tényező 0,005 (= 0,5 %). 606

607 Az itt bemutatott elektrolizáló cella (11) annyi hidrogént és oxigént termel, mely elegendő a belsőégésű motorok meghajtásához. A cella átmérője 8 inch (203 mm) lehet, akárcsak a a magassága, így az nagyon kis helyet foglal el. Egy módosított készüléket is megépítettünk, melyet a ábrákon mutatunk be. Ennek a készüléknek az alkatrészei nagyjából megegyeznek az ábrákon ismertetettekkel, ezért az azonos részeket azonos számmal is jelöltük. 8. ábra. A módosított készülék metszete 607

608 9. ábra. A 8.ábra metszete a 9-9 vonal mentén Ebben az esetben azonban a TR2 transzformátor szekunder tekercsét nem közvetlenül az anódra (12) és a katódra (13) kapcsoljuk, hanem létrehoztunk egy sugárzás generátort (201), mely az elektrolizáló cella alsó részén található. Ezen kívül 12 V-os egyenfeszültséget kapcsoltunk az anód és a katód közé, mint azt a 10. ábrán láthatjuk. Az elektrolizáló cella alsó részén az alsó szigetelő (83) központi részét le kell vékonyítani. A levékonyított részt (86A)-val jelöltük. Az előző készülék szigetelő korongját (76) kivettük, az alsó kúpus fedőlemezen végzett módosításokat pedig a 8. és 9. ábrákon (75A)-val jelöltük. A (75A) fedő módosításaként egy periférikus kiálló küszöböt (202) hoztunk létre és a fedőt a külső tartályhoz (71) egy hosszú, a periférikus küszöbön (202) áthaladó csavarral (77A) rögzítettük. A sugárzás generátorok (201) közvetlenül a gyűrű alakú elektrolizáló tartály alatt helyezkednek el. Egyforma a kialakításuk, mindegyik tartalmaz egy hengeres kerámia tartót (203), melynek van egy központi furata, ahol a wolframból készült elektróda rudak (204, 205) foglalnak helyet. Az elektródák között van egy kis rés és a tartóban van egy felfelé néző horony (210), mely láthatóvá teszi az elektróda rését. A külső vége domború (206), amit egy rugó (207) tol előre. A külső elektróda (205) belső vége ki van hegyezve és a szomszédos elektróda (204) végétől egy legalább 0,006 inch (0,15 mm), de inkább 0,016 inch (0,4 mm) nagyságú rés választja el. A belső elektróda (204) egy egyszerű, hengeres kialakítású wolfram rúd, melynek belső vége (209) a bronz rúdba (213) fúrt nyílásban (212) helyezkedik el. A bronz rúd (213) a levékonyított szigetelőbe (83) diametrikusan kialakítorr furatban található. A transzformátor szekunder tekercsének (49) kimenete a transzformátor vasmagján (51), a rugón (214) és a csavaron (215) keresztül csatlakozik a bronz rúdhoz (213). Mint a 8. ábrán látható, a vezeték (141) ebben az esetben be van vezetve a vasmagba (51), nem úgy, mint az előző 608

609 megoldásnál, ahol azt az anódhoz csatlakoztattuk. Az előző készüléknél használt másik vezeték (142) itt szükségtelenné válik, tehát itt nincs kapcsolat a szekunder tekercs és a katód között. Ehelyett állandó 12 V-os egyenfeszültséget kapcsolunk az anódra és a katódra szigetelt vezetékeken (216, 217) keresztül. A (216)-os vezetéket egy csavar (143) segítségével csatlakoztatjuk a (142)-es vezeték helyére, a (217)-es vezetéket pedig egy nejlon burokba (218) csomagolt küszöbön (202) keresztül vezetjük be és csatlakoztatjuk a katód alsó végéhez. 10. ábra. A 8. és 9.ábrákon bemutatott módosított készülékhez tartozó kapcsolási rajz A bronz rúdra (213) kapcsolt V-os impulzusok az egyik sugárzás generátorban (201) nagy intenzitású -sugarakat eredményeznak, melyek besugározzák az anód és a katód közötti elektrolitot. A nagyfeszültségű energia azon a sugárzás generátoron keresztül sül ki, amelyiknek kisebb az elektromos ellenállása, tehát egyidejűleg csak az egyik generátor fog működni. Ha azonban ez a generátor elromlik, akkor a másik kezd el üzemelni. Az elektródák (204, 205) közé vezetett nagyfeszültségű gyors impulzusok -sugarakat eredményeznek, mivel az elektródák között nem tud kialakulni a nagysebességű elektronok áramlása. A külső elektróda (205) belső, csúcsosra kialakított vége növeli az elektronokkal szembeni ellenállást, ezáltal javítva a m-es hullámhosszú -sugarak kialakulását. 609

610 A TR2 transzformátor szekunder tekercse által indukált erős mágneses mező is segíti a -sugarak generálását és gyakorlatilag lehetővé teszi, hogy viszonylag nagy intenzitású sugárzás alakuljon ki a nyílt levegőjű szikrakisüléskor. Még tovább javítható a hatásfok, ha az elektródákat (204, 205) vákuum csőbe tesszük. Akárcsak az előző kialakításnál, itt is az anód és a katód között kialakult mágneses erővonalak biztosítják a -sugarak nagysebességű fotonjainak a terjedési útvonalat és az elektrolit ionjai is ezen erővonalak mentén összpontosulnak, ezáltal növelve a rövidhullámú elektromágneses sugarak nagysebességű fotonjai és az elektrolit ionjai közötti összeűtközések statisztikai valószínűségét, akárcsak maguk az ionok közötti összeütközések valószínűségét is, ami megint csak növeli a hidrogén és oxigén gázok felszabadulását. A 11. ábrán a ábrákon megadott készülék újabb módosításának kapcsolási rajza látható. 11. ábra. A tovább módosított készülék kapcsolási rajza Ebben az esetben az elektrolizáló cella olyan marad, mint ahogy azt a ábrákon bemutattuk, de az anód és katód közé kapcsolt 12 V-os egyenfeszültség helyett az anód és az RL1 relé közé egy 610

611 vezérlő eszközt (300) telepítünk. Az RL1 relé külső fele adja a 12 V egyenfeszültséget, amit a vezérlő eszköz (300) megfelelő módon átalakít az anód számára. A víz bontásához szükséges minimális feszültség 1,8 V és elméletileg ennél alacsonyabb feszültségen nem indul be a vízben az elektrolízis folyamata. A gyakorlatban azonban ennél valamivel több feszültség szükséges az elektrolizáló cella fizikai kialakításától és az elektrolit mennyiségétől függően. Ha azonban túl sok ez a feszültség, akkor a felesleg hővé alakul. A vezérlő eszköz (300) célja a szükséges feszültség értékének beállítása, valamint az elektrolitból visszafolyó elektromágneses energia elektronikára jutásának a megakadályozása. Ez állhat pl. egy diódából vagy több sorba kapcsolt diódából, melyeken a feszültség leesik a szükséges értékre, miközben az áramerősség megnövekszik. Tartalmazhat ezen kívül olyan áramkört, ami az egyenfeszültséget pulzáló feszültséggé alakítja. Különböző szabványos kapcsoló áramkörök is alkalmazhatók vagy egy közönséges multivibrátor, viszont arra oda kell figyelni, hogy a pulzálás frekvenciája impulzus / perc (= 166,6 Hz) alatt maradjon. Ellenkező esetben a pulzáló áram helyett váltakozó áramot kapnánk. A fentebb ismertetetthez hasonló kisebb készüléken elvégzett kísérletek azt mutatták, hogy a szükséges rövidhullámú elektromágneses sugárzások előállításhoz a TR2 transzformátor kimenetén megjelenő feszültségnek legalább V-nak kell lennie, ellenkező esetben nem jön létre elfogadható mennyiségű -sugárzás. Bár a feszültség növelése növeli a sugárzás mértékét is, a feszültség és a sugárzás meg kell egyezzen az elektrolizáló cella és a benne lévő elektrolit fizikai paramétereivel. A fentebb már ismertetett elektronika kb V-ot állít elő és úgy találtuk, hogy ez az ismertetett készülékhez szükséges optimális feszültség. A kapcsolás elemeinek a túlmelegedése érdekében az impulzusok száma meg kell haladja az impulzus/percet (83,3 Hz), viszont a legelőnyösebb frekvencia a impulzus/perc (166,6 Hz). Úgy találtuk, hogy a rövidhullámú sugárzás intenzitása legalább 6 milliröntgen/óra kell legyen a víz megfelelő erősségű radiolíziséhez. A szükséges sugárzási intenzitás természetesen függ a készülék méreteitől és a besugárzandó elektrolit mennyiségétől, de úgy hisszük, hogy 6 milliröntgen/óra az abszolút minimum a kívánt eredmény elérése érdekében, még ha egy kis méretű készülékről is van szó. A ábrákon ismertetett készülék milliröntgen/óra -sugárzást biztosít, mely érték nagyon megfelel az elektrolit gyors radiolíziséhez. A ábrákon egy módosított és feljavított készülék látható, melyben az elektrolitot egy - az elektrolizáló cella közepén elhelyezett - sugárzó cső által generált rövidhullámú elektromos sugárzásnak tesszük ki. A sugárzó cső 360 -os szögben szórja szét a sugarakat, melyek az anódban 611

612 lévő lyukakon vagy ablakokon keresztül jutnak el az elektrolithoz. Az anód és a katód között lévő állandó mágnesek egy gondosan formált mágneses mezőt hoznak létre a cellában. Az anódon keresztül és a sugárzó csövet körülölelve olaj cirkulál, ezáltal vonjuk el a hőt és akadályozzuk meg a szikrákat a sugárzó cső és a cella többi alkatrésze között. 12. ábra. A tovább módosított készülék elölnézeti rajza A ábrákon bemutatott készüléknél az elektrolizáló cellát (301)-es számmal jelöltük. Ez egy külső házból (302) áll, melynek fala (303) alumíniumból készült, ezen kívül tartalmaz egy alsó és egy felső fedelet (304, 305) is. A külső falra (303) hűtőbordák (310) vannak szerelve. Az alsó fedél (305) egy nem mágneses rozsdamentes acélból készült lemezből (306) áll, melyet a külső falhoz (303) csavarok (307) rögzítenek. Az alsó lemez (306) és a külső fal (303) között gyűrű alakú tömítés (308) található. 612

613 13. ábra. A 12. ábra hátsó nézetből 14. ábra. A 12. ábra alulnézetből 613

614 A felső fedél (304) egy nem mágneses rozsdamentes acélból készült lemezből (309) és egy műanyag borításból (311) áll. A felső lemezt (309) a külső falhoz (303) a falban kialakított csapokba (314) csavart csavarok (313) rögzítik, a műanyag borítást (311) pedig a felső lemezhez (309) erősítjük csavarokkal (315) úgy, hogy az eltakarja a felső lemez központi nyílását. A felső lemez (309) és a külső fal (303) között gyűrű alakú tömítés (316) található. 15. ábra. A 12.ábra metszete a vonal mentén 614

615 16. ábra. A 12.ábra horizontális metszete A cső alakú katód (317) szorosan a külső falhoz (303) simul. A katód felső vége magába foglalja a tömítést (316), az alsó vége pedig alátámasztást nyújt az alsó lemezhez (306) erősített műanyag lemez (318) külső karimájának. A tömítés (319) a katód alsó fele és az alsó műanyag lemez (318) között helyezkedik el. Az alsó műanyag lemez (318) központi része (321) tartalmazza a rövidhullámú elektromágneses sugárzó cső (326) csatlakozóinak (324, 325) fenntartott nyílásokat (322, 323). A sugárzó cső (326) egy részlegesen kiürített vákuum üveg csőből áll, mely tartalmaz egy leárnyékolt fűtőszálat (327) és egy wolframbetéttel (330) ellátott sima felületű anódot (328). A leárnyékolt fűtőszál (327) végei elektromosan kapcsolódnak a csatlakozó tüskékhez (324, 325), az anód (328) pedig egy csavaron (329) keresztül csatlakozik a fém alkatrészhez (331), mely áll egy sima testből és egy - a műanyag fedélbe (311) illeszkedő - felső szárból (332). Mint később majd részletesen ismertetjük, a fém alkatrész (331) vezeti a nagyfeszültséget a sugárzó cső anódjára és ez biztosítja a sugárzó cső hűtését is. 615

616 A sugárzó csövet (326) az anód (333) veszi körül, mely az alsó műanyag lemez (318) és a felső műanyag lemez (334) közé van erősítve a csavarokkal (335, 336). Az anód egy nem mágneses cső alakú fém részből (337) áll, mely közé egy vastag műanyag gyűrű (338) van erősítve. Az egyik tömítés (344) a felső műanyag lemez (334) és az anód felső része (337) közé van szorítva, a másik, kisebb tömítés (345) pedig az alsó műanyag lemez (318) és az anód alsó vége közé. Egy pár O-gyűrű tömítés van (346) a köpeny (338) külső kerületén annak érdekében, hogy az anódot körülvevő elektrolit és az anód belső felületén folyó olaj ne keveredjen. 17. ábra. A 12.ábra metszete a vonal mentén 616

617 18. ábra. A 12.ábra metszete a vonal mentén 617

618 19. ábra. A 12.ábra metszete a vonal mentén 20. ábra. A 12.ábrán látható anód perspektivikus nézete A 20. ábrán látszik a legjobban, hogy az anód (337) külső fele úgy lett kialakítva, hogy nyolc hengeres felületű (347) élt (348) kapjunk. Az anód külső felülete érdesre lett kireszelve, ezáltal megnöveljük az anód effektív felületét és segítjük a gázok leválását. Az anód ne mágneses anyagból készüljön, hanem pl. nikkellel bevont bronzból. 618

619 Az anód cső alakú fala nyolc lyukat vagy ablakot (349) tartalmaz, melyek a hengeres külső falak közepén és az anód alsó és felső szélétől egyenlő távolságra helyezkednek el. 21. ábra. A 12.ábrán látható anód köpenyének perspektivikus nézete A 21. ábrán látszik, hogy az anód külső felületén lévő köpenyben (338) nyolc vakfurat (351) van, melyek helyileg megegyeznek az anódba fúrt ablakokkal (349). A köpeny így elválasztja az elektrolitot az anódban lévő olajtól, viszont a vastag köpeny el van vékonyítva az anód ablakainál, ezáltal minimalizáljuk a sugárzó csőben (326) gerjesztett rövidhullámú elektromágneses sugarakkal szembeni ellenállást. Az anód köpenyén (338), az anód ablakainak tetején található egy külső karima (352), mely a három gyűrű alakú állandó mágnes (354) műanyag házát rögzíti (353). A mágneseket fixen rögzítjük hat gumipárnával (355), melyek a legfelső mágnes és a felső műanyag lemez (334) között helyezkednek el. Mint lejjebb majd ismertetjük, a mágnesek (354) egy erős mágneses mezőt hoznak létre a cellán belül. A maximálisan elérhető erővonal sűrűség érdekében kívánatos, hogy azok szamárium-kobalt típusúak legyenek. 22. ábra. A 12.ábrán látható katód perspektivikus nézete 619

620 A katód (317) egy katód csőből (356) áll, melynek külső felületén egy ólomból készült védőburok (357) található, mely a sugárzás leárnyékolására szolgál. Az anóddal ellentétben a katód mágneses anyagból készült. A legjobb anyag erre a nikkellel bevont lágyvas. A katód belső felületén nyolc függőleges, egymástól egyenlő távolságra lévő marás van (358), melyek közül hétben egy-egy kisméretű mágnest (361) rögzítő műanyag csík (359) található. A hét darab állandó mágnes (360) az erre kiképzett házban (361) helyezkedik el, melyeket epoxi ragasztóval tömítünk a csíkok (359) katód csőbe helyezése előtt. A nyolcadik marásba egy sima, mágnes nélküli műanyag csíkot helyezünk. A katód pontosan illeszkedik az elektrolizáló cella (302) külső falába (303) és úgy kell beszerelni, hogy a katód hét mágnese (360) sugárirányba legyen rendezve az anód hornyaival (347). Akárcsak az előző kialakításnál, itt is egyenlő a katód csíkjainak a felülete az anód külső felületével. Az anód és katód közötti elektrolizáló tartályt (361) a legelső alkalommal a felső lemez (309) töltőnyílásán keresztül töltjük fel elektrolittal, mely nyílást csavaros kupakkal (370) fedjük be. Ebbe a tartályba a vízpótlást egy csövön (362) és egy tűszelepen (364) keresztül oldjuk meg. 23. ábra. A 22.ábrán látható katód egy részének perspektivikus nézete 24. ábra. A cellába szerelt elektromos csatlakozó egy részének a keresztmetszete 620

621 Megjegyzés: Itt a szabadalomban a hidrogén és oxigén gázok keverésének, tárolásának és adagolásának részletes leírása következik. Mivel azonban ez megegyezik az előző oldalon található szabadalmában leírtakkal, ezért ezt nem fordítottam le még egyszer. 25. ábra. A cella függőleges metszete, melyen az elektromágneses sugarak és a mágneses mező erővonalai is fel vannak tűntetve Mielőtt ismertetnénk a ábrákon bemutatott készülék elektronikáját, ismerkedjünk meg a készülék működési elvével. Az elektrolizáló tartályt (361) az üzembe helyezés előtt 25 %-os KOH oldattal töltjük fel. 621

622 Az anód (337) és a katód (356) közé 4,2 V-os egyenfeszültséget vezetünk. A fűtőszálra (327) 2,65 V-os pozitív feszültséget, a sugárzó cső fűtőszála és katódja közé pedig egy nagyon gyors impulzusokból álló pulzáló feszültséget kapcsolunk. A feszültség a fűtőszál és az anód között kb. 40 kv, melyet 2-4 kv-os lüktető feszültséggel modulálunk. Az anód elektronokkal történő bombázásának hatására az 360 -os szögben szórja szét a sugarakat a szaggatott vonalakkal (421) jelölt módon (lásd a 25. ábrát). Mint ezek a szaggatott vonalak is mutatják, a sugárzás lefelé mutató legyező formájú, melynek szöge kb. 15. A nagyenergiájú foton sugárzás hullámhossza m-nél rövidebb. Kísérletekkel kimutattuk, hogy a cső sugárzásának intenzitása kb Röntgen/óra volt. A sugárzó cső wolframos felületéről nagy mennyiségű neutront szabadít fel ez az erős foton sugárzás, ezért a cső a pulzáló neutronok forrása is, nem csak a nagy energiájú fotonoké. A sugárnyaláb az anód (337) nyílásain (349) keresztül kifelé halad az elektrolizáló tartály irányába, így a katódon visszaverődve az elektrolit sugárnyalábba eső része intenzív sugárzásnak van kitéve. Az anód mágnesei (354) és a katód mágnesei (360) intenzív mágneses mezőt hoznak létre, melynek formáját a (422)-es és (423)-as szaggatott vonalakkal jelöltünk. A (422)-es vonal egy zárt hurkú mágneses mező erővonalait jelöli, melyek az anód mágnesei (354) felé, lefelé mutatnak és a sugárnyalábot kb. 90 -ban keresztezik, majd az ív felfelé hajlik és a sugárzó cső (326) katódján és a fém alkatrészen (331) keresztül lefelé haladva ismét az anód mágneseibe jut. A sugárzó cső fűtőszála és az anódja között a mágneses mező gyorsítja fel az elektronokat, melyek a sugárzó cső anódját bombázzák, ezáltal segítve elő a sugárzó energia előállítását a sugárzó csőben. A (423)-as erővonalak a külső mező zárt hurkát mutatják, melyek az anód mágneseinek (354) alsó felétől indulnak ki és a katód mágnesein (360) és a katódon keresztül haladva az anód mágneseibe jutnak vissza. A katód mágnesei (360) arra szolgálnak, hogy ezek a mágneses erővonalak az elektrolizáló tartályon keresztül áramoljanak abba a régióba, ahol az elektrolit intenzív sugárzásnak van kitéve. Ebben a régióban a mágneses mező meghatározza a fotonok útvonalát. A fotonokat tartalmazó mágneses mező és az elektrolit metszése egy "pályamódosító" hatást eredményez az elektrolit protonjainál, mely növeli az elektrolit energia szintjét. Az elektrolizáló tartályon belüli mágneses erővonalak megfelelő útvonalat biztosítanak az elektromágneses sugárzás fotonjainak és az elektrolitban lévő ionoknak, így az ionok és a fotonok összeütközésének valószínűsége jelentősen megnő. A radiolízis nagy mennyiségű bomlást hoz létre, az összetevők felszabadítását pedig az elektrolízis biztosítja. A bomlástermék magasan ionizált hidrogén és oxigén gáz. Ezen kívül, a sugárnyalábban található neutronok hatására az ionizált hidrogén gáz jóval több deuteront tartalmaz, mint a természetben előforduló hidrogén. A magasan ionizált oxigén és hidrogén gázok a nagy mennyiségű deuteronnal együtt az elektrolizáló tartály 622

623 felső részében gyűlnek össze, ahonnét egy gyűjtő tartályon (371) és a kampós csöveken (389) keresztül a (391)-es járatokba, majd pedig a (392)-es csatornákon keresztül egy külső csőbe (394) jutnak. A fentebb ismertetett eredmények elérése érdekében a mágneses mező fluxusa meg kell hogy haladja az 500 Gausst az elektroliton belül, de inkább az 1800 Gauss a javasolt. A ábrákon bemutatott készülék elektronikáját a 26. ábrán láthatjuk. 26. ábra. A ábrákon bemutatott készülékhez tartozó kapcsolási rajz Mint látjuk, az áramkört egy 12 V-os akkumulátor (501) táplálja. Egy egyszerű KI/BE kapcsolón (502) keresztül jut a pozitív tápfesz a sugárzó cső fűtőszálának feszültség szabályozójára (503) és az időzítő áramkörre (504). A fűtőszál feszültség szabályozója állítható pozitív feszültséget juttat a sugárzó cső (326) fűtőszálára (327). Az időzítő (504) egy vezérlő relé (505) számára biztosítja a táplálást, mely a nyomásvezérelt kapcsolón (506) keresztül csatlakozik a testre. A nyomásvezérelt kapcsoló (506) biztosítja a negatív tápfeszültséget a visszajelző lámpának (507), mely közvetlenül 623

624 kapcsolódik az akkumulátor (501) pozitív sarkára. Az (508)-as ág szabályozott pozitív feszültséget juttat az inverterre (511), mely négyszög alakú váltakozó feszültséggel látja el a feszültség sokszorozót (512). A feszültség sokszorozó (512) kimenetén megjelenő nagy értékű egyenfeszültséget a sugárzó csőre vezetjük. Ez a feszültség kb. 40 kv DC, melyet éles csúcsú, 2-4 kv-os feszültségű jelalakkal modulálunk. A cella (301) anódjára (337) vezetett feszültséget egy kapcsolóüzemű tápegységből (513) vesszük, mely a tápot az (509)-es teljesítmény relén keresztül kapja. Az elektrolizáló cella (301) tartályához csatlakozó nyomásérzékelő csövet (400) a rajzon szaggatott vonallal jelöltük. Most pedig a kapcsolás főbb elemeit ismertetjük részletesen. A fűtőszál feszültség szabályozója (503) A főkapcsolón (502) keresztül a pozitív tápfesz az RL1 relére, onnét pedig a feszültség szabályozó IC1-re jut, de ugyanonnét kapja az időzítő (504) is az alaphelyzetben zárt RL2 relén keresztül a tápfeszültséget. A tápfeszültség negatív és pozitív sarka közé kapcsolt C1 kondenzátor egy kb. 1,5 másodperces késleltetést biztosít, mikor az RL1 relét kikapcsoljuk. Ezzel azt biztosítjuk, hogy a sugárzó csőre (326) jutó magas feszültség korábban szűnik meg, mint a fűtőszálra jutó szabályozott fűtő feszültség. A feszültség szabályozó IC1 kimeneti feszültségét az R1, R2 és RV1 (potméter) ellenállásokból álló ellenállás-sor eredő ellenállása határozza meg. A C2 kondenzátor az áramkört a tranziens áramok ellen védi. Az R3 ellenállás elválasztja a - hibajel erősítő táplálását valamint a frekvencia kompenzációját biztosító - C3 kondenzátort az IC1 kimeneti feszültségétől. Ha a fűtőszál kiég, a Q1 tranzisztor bekapcsol az R4, R5 ellenállásokon és az RL2 relén átfolyó áramok hatására, ami viszont lekapcsolja az időzítő (504) tápfeszültségét. Az R4 és R5 ellenállások értékei úgy lettek meghatározva, hogy ne folyjon elegendő áram az RL2 relén keresztül, mikor a sugárzó cső normálisan működik. A Q1 tranzisztor aktivizálódásakor a 12 V-os tápfeszültségből az R6 ellenálláson keresztül az RL2 relére 6 V kerül. Az időzítő (504) 624

625 Az időzítő áramkör (504) a fő vezérlő relé (505) számára biztosítja az áramot. Mikor az alapállapotban zárt RL2 relé érintkezőin keresztül a tápfeszültség be van kapcsolva, a C4 kondenzátor az R7 ellenálláson keresztül addig töltődik, míg a feszültség a C4 kondenzátorban el nem éri a Q2 unipoláris tranzisztor kapcsoló feszültségének értékét. A késleltetési időt a C4 kondenzátor és az R7 ellenállás határozza meg, mely jelen kapcsolásnál 2-3 másodperc. Mikor a Q2 tranzisztor bekapcsolódik és az R8 ellenálláson keresztül kisüti a C4 kondenzátort, akkor ez egy feszültség impulzust ad az SCR1 tirisztornak, ami ennek hatására bekapcsolódik. Az R9 ellenállás határozza meg az SCR1 tirisztor gate-jére jutó áramimpulzus nagyságát. Az RL4 relé az időzítő terheléseként működik, így mikor az SRC1 bekapcsolódik, akkor az RL3 relé bezár és az érintkezőin keresztül pozitív feszültséget juttat az inverter feszültség szabályozójára és az RL4 teljesítmény relére. A fő vezérlő relé (505) másik csatlakozója az alaphelyzetben zárt nyomásvezérelt kapcsolón (506) keresztül csatlakozik a negatív tápfeszültségre. Mikor a cellában (301) a gáznyomás elér egy küszöbértéket, a nyomásvezérelt kapcsoló (506) a negatív tápfeszültséget a visszajelző lámpára (507) vezeti és egyúttal kikapcsolja az (509)-es relét mindaddig, amíg a gáznyomás nem csökken le a normális értékre. A nyomásvezérelt kapcsoló kikapcsolt állapotában az áramkör - a fűtőszál tápellátást kivéve - ki van kapcsolva. Az Inverter Feszültségszabályozója (508) A soros feszültség szabályozó (508) a Q3 és Q4 tranzisztorokból, az R10, R11, R12 és R13 ellenállásokból és a ZD1 zener diódából álló differenciál erősítő révén érzékeli a kimeneti feszültségek ingadozását. Az R13 ellenállás teszi lehetővé, hogy nagy áramok folyhassanak a ZD1- en keresztül, és mivel ez az áram jóval meghaladja az R10 és R11 ellenállásokon átfolyó áramot, így az a ZD1 zener dióda segítségével egy látszólag állandó referencia feszültséget generál az "A" pontban. A feszültség megváltozása komplemens változást idéz elő a Q5 tranzisztor bázisáramában. Ezt úgy érjük el, hogy a Q4 tranzisztor áramát a Q5 tranzisztoron vezetjük keresztül. A Q5 tranzisztor közös emitteres kapcsolású és a vele sorba kapcsolt Q6 tranzisztor áramát vezérli. A ZD2 zener dióda biztosítja a Q5 és Q6 tranzisztorok számára a referencia feszültséget, így a Q6 bázisfeszültségét állandó értéken tartja. Az R14 és R15 ellenállások vezetik el a nagy áramokat. A C5 kondenzátor rövidre zárja a nagyfrekvenciás jeleket. Az R12 ellenállás értéke úgy lett meghatározva, hogy elegendő áramot biztosítson a Q3 és Q4 tranzisztorok számára, így a Q4 tranzisztor lehetőség szerint széles feszültségtartományban üzemelhet. Az Inverter 625

626 Feszültségszabályozója (508) a 12 V-ot a fő relén (505) keresztül fogadja, a kimenetén pedig egy szabályozott, kb. 8 V-os feszültséget biztosít az Inverter (511) számára. Az Inverter (511) Az inverter egy DC/AC átalakító, mely egy tranzisztoros oszcillátort tartalmaz. A Q7 és Q8 tranzisztorok nagysebeséggű kapcsoló eszközök, melyek váltakozó nagyfrekvenciás áramot állítanak elő. A T1 és T2 primer tekercsekben a frekvencia 3 khz és 25 khz közötti értékeket vehet fel. A T3 primer tekercs középleágazásánál az indító impulzust az R5 és R16 ellenállások biztosítják oly módon, hogy ez az impulzus megfelelő amplitúdójú lesz a Q7 és Q8 tranzisztorok váltakozó vezérléséhez. A Q7 és Q8 tranzisztorok ellentétes irányú áramokat vezetnek a T1 és T2 tekercsekbe, mely váltogatni fogja az FC1 vasmagban a fluxus irányát. A T4 szekunder tekercs a primer és szekunder tekercsek menetszáma közötti nagy különbség miatt nagyfeszültséget generál. A C6 kondenzátor szűrőként funkcionál. Feszültség Sokszorozó (512) A feszültség sokszorozó bemeneti feszültségeként az inverter T4 szekunder tekercsének nagyfeszültségű AC kimenete szolgál. Ez olyan 18 kv körüli érték. A sokszorozó működésének megértéséhez vegyük figyelembe, hogy egymást váltogató pozitív és negatív félhullámokból tevődik össze a bemeneti AC feszültség. Az első pozitív félhullámnál a D1 és D2 diódák kinyitnak és elkezdik tölteni a C7 kondenzátort a csúcsértékre. Az ezt követő negatív félhullámnál a D1 és D2 diódák bezárnak és a D3 és D4 diódák nyitnak ki. A C7 kondenzátor a D3 és D4 diódákon keresztül kisül és a C8 kondenzátor kezd el töltődni. A következő pozitív félhullámnál ismét feltöltődik a C7 kondenzátor a D1 és D2 diódákon keresztül, miközben a C8 kondenzátor feszültsége a D5 és D6 kondenzátorokon keresztül elkezdi tölteni a C9 kondenzátort. Ez a folyamat megismétlődik a következő negatív féhullámnál, ahol már a C10 kondenzátor tölti a C11 kondenzátort. Ekkor (22/3 teljes ciklus után) a C7, C9 és C11 kondenzátorok teljesen fel vannak töltve a T4 kondenzátor pozitív csúcsfeszültségére és mivel ezek a kondenzátorok sorba vannak kötve, ezért a testhez képest a feszültség megháromszorozódik. Ez a folyamat a D1-D6 egyenirányító diódák hatására addig tart, amíg a bemeneti feszültség jelen van. 626

627 A kimeneti feszültség a bementi érték háromszorosa és már nem AC, hanem DC feszültségként jelentkezik. Ennek az áramkörnek a kialakítása olyan, hogy a kimeneti DC feszültség egy igen jelentős AC feszültséggel van modulálva. Ez általában 2-4 kv körüli érték a teljes 46 kv-os kimeneti feszültség mellett. Kapcsoló üzemű tápegység (513) A kapcsoló üzemű tápegység a Q9 áteresztő tranzisztorból és a Q10 meghajtó tranzisztorból áll, melyet az IC2 feszültség szabályozó kapcsolgat ki/be nagy sebességgel. Az 5 V-os kimeneti feszültséget úgy érjük el, hogy mikor a feszültség meghaladja az 5 V-ot, akkor a tranzisztorok kikapcsolnak, mikor pedig 5 V alá esik a feszültség, akkor visszakapcsolnak. Ennek a folyamatnak a hatására egy nagyon kis amplitúdójú hullámossággal rendelkező 5 V egyenfeszültséget kapunk a kimeneten. Az R17 és R18 ellenállások a kimeneti feszültség egy kis részét visszavezetik az IC2-re, amit egy belső referencia feszültséggel hasonlítunk össze. Ennek az összehasonlításnak az eredménye vezérli a Q9 és Q10 tranzisztorokat. A Q11 tranzisztor áramkorlátozóként működik, mely az R24 ellenálláson keresztül érzékeli a feszültséget. Mikor a kimeneti áram meghalad egy előre meghatározott értéket, a Q11 tranzisztor bekapcsol, ezáltal biztosítva a meghajtó áramot az IC2 számára. Az R19 ellenállás biztosítja a szükséges impulzust a Q11 tranzisztor számára, ugyanúgy, ahogy az R22 és R23 a Q9 és Q10 tranzisztorok számára. Mikor a Q9 és Q10 tranzisztorok bekapcsolnak, az L1 tekercsen átfolyó áram exponenciálisan növekszik. Ez növeli az R17 és R18 ellenállásokon eső feszültséget is. Mikor ezeken az ellenállásokon a feszültség eléri a legfelső értékét, a Q9 és Q10 tranzisztorok kikapcsolnak. A Q9 és Q10 tranzisztorok és a D11 dióda nagyfrekvenciás kell legyen a hatékony működés érdekében. Az L1 tekercs és a C15 kondenzátor kombinációja egy szűrőt alkot, mely minimalizálja a kimeneti feszültség hullámosságát. A 26. ábrán bemutatott áramkör alkatrészeinek jegyzéke a következő táblázatokban található. Jel Érték Teljesítmény 627

628 R1 10 k 0,25 W R2 3 k 0,25 W R3 5,6 k 0,5 W R4 0,68 5 W R5 12 k 0,5 W R6 68 0,5 W R7 1 M 0,5 W R ,5 W R ,5 W R10 2,2 k 0,5 W R11 2,7 k 0,5 W R ,5 W R13 2 k 0,5 W R W R ,5 W R15A 18 5 W R16 1,5 5 W R17 5,5 k 0,5 W R18 3,1 k 0,5 W R W R20 1,2 M 0,25 W R W R W R W R24 0,006 0,25 W RV1 10 k 6. táblázat. A 26. ábrán látható kapcsolás ellenállásai Jel Érték Típus 628

629 C F Elektrolit C2 1 F Tantál C nf Polyester C4 10 F Tantál C F Elektrolit C F Elektrolit C nf 30KVWDC C nf 30KVWDC C nf 30KVWDC C nf 30KVWDC C nf 30KVWDC C12 0,01 F Polyester C nf Kerámia C14 0,02 F Polyester C F Elektrolit C F Elektrolit 7. táblázat. A 26. ábrán látható kapcsolás kondenzátorai Jel Típus Q1 2N3568 Q2 2N2647 Q3 2N1304 Q4 2N1304 Q5 2N3055 Q6 2N6274 Q7 2N3773 Q8 2N3773 Q9 2N6274 Q10 2N6191 IC1 MPC

630 IC2 LM 305 SCR1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 ZD1 ZD2 G.E. C106D ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV ED KV 75 AMP IAV B27 96 C6V2 105W 6.2V 10 WATT 8. táblázat. A 26. ábrán látható kapcsolás aktív alkatrészei Jel RL1 RL2 FC1 L1 PS1 Típus 12V DC RELAY 6V DC RELAY FERRIT "EI" VASMAG 5 H 5A DC AT 28 VOLT 9. táblázat. A 26. ábrán látható kapcsolás egyéb alkatrészei Az eredeti angol nyelvű szabadalmat itt nézheted meg, de mivel ott a 20. oldal hiányzik, ezért azt itt olvashatod el. (Bár ezen utóbbi forrásnál meg az ábrák hiányoznak.) 630

631 Megjegyzések: 1. Ebben a szabadalomban az első kapcsolási rajz (lásd 1. ábra) egy kis mértékben eltér Horváth korábbi szabadalmától. A kitöltési tényező itt nem 0,6 %, hanem 1 %, ennek megfelelően a C2 (és a C6) kondenzátor értéke egy kicsit módosult (lásd a 2. táblázatot itt és itt), valamint a TR2 transzformátor nem lefelé, hanem felfelé transzformálja a 300 V-os feszültséget. 2. Az előző szabadalomban nem voltak megadva a TR2 transzformátor vasmagjának az adatai, itt viszont már rendelkezünk egy adattal: a négyzet keresztmetszetű vasmag felülete 484 mm 2, ebből következően az oldalak hossza 22 mm. Az előző oldalon az áramokból azt számoltuk ki, hogy az oldalak hossza kb. 30 mm, ami közeli értéknek bizonyult, ezzel is megerősítve a számításaink helyességét. A becsült 200 mm-es vasmag magasság is közeli értéknek bizonyult, hiszen ebben a szabadalomban már megadja Horváth az elektrolizáló cella magasságát is (203 mm) és az átmérőjét is (szintén 203 mm). 3. Horváth hozzánk hasonlóan (lásd itt) szintén találkozott azokkal a bizonyos negatív irányú tűimpulzusokkal, ezért alkalmazta a vezérlő eszközt (300) (lásd a 11. ábrát), bár Horváth ezt az elektrolizáló visszaható elektromágneses energiájának nevezte. Ezért volt fontos, hogy a frekvencia 166 Hz alatt maradjon, hiszen a magasabb frekvenciákon a pulzáló impulzus hossza és a negatív irányú tűimpulzus hossza elkezdene egymáshoz közeledni, ez pedig azt eredményezné, hogy a pulzáló áram helyett váltakozó áramot kapnánk. 631

632 Buborékoztató A buborékoztató egy egyszerű készülék, mely a vízbe vezetett buborékok segítségével a vizet vízpárává alakítja, amit aztán a motorba vezetünk. Ezt úgy tehetjük meg, hogy a levegőt a vízen keresztül fuvatjuk vagy szívatjuk. A szívás jobban működik, mivel így alacsony nyomás keletkezik a víz felszínén, ami megkönnyíti annak párásítását. Alacsony nyomású szívóhatást valamilyen kis pumpával érhetünk el. Még egyszerűbb megoldásként a motor szívócsonkjára vezethetjük a buborékoztató kimenetét, így a hengerekben keletkező vákuum idézi elő a szívóhatást. 1. ábra. Buborékoztató A buborékoztató célja vízpára hozzáadása a levegő/hidrogén keverékhez, ezáltal a hidrogén lassabban és alacsonyabb hőmérsékleten ég el, a vízpára térfogata pedig az égés folyamán felmelegszik és kitágul. Ez nagyobb teljesítményt biztosít kevesebb üzemanyag esetén. A buborékoztató rendszer 10-15%-os üzemanyag-megtakarítást eredményez (ez benzinüzemű motorokra is igaz). A hidrogéngázok túl gyorsan és túl magas hőmérsékleten égnek el, a buborékoztató hozzáadásával viszont ezt a folyamatot lelassíthatjuk és az égés hőmérsékletét lecsökkenthetjük. Mint a hidrogénmotorok tárgyalásánál már említettük, a hidrogén hajlamos az idő előtti begyulladásra, ami viszont az üzemanyagellátó rendszer begyulladását is eredményezheti. Ennek 632

633 megakadályozására is kiválóan alkalmas a buborékoztató, mivel az az elektrolizáló és a belsőégésű motor közötti elhelyezése révén megakadályozza a lángok továbbterjedését. Amennyiben az elektrolízis során valamilyen elektrolitot használunk, az a hidrogéngázokkal elkeveredve bejuthat a hengerekbe, ezzel viszont azok időelőtti rozsdásodását okozhatja. Ennek megakadályozására is kiválóan alkalmas a buborékoztató, mivel az elektrolízis során keletkezett gázok a buborékoztató vizén keresztüláramolva átmosódnak. A buborékoztató vizét melegíthetjük, sőt fel is forralhatjuk. Ezt úgy érhetjük el, hogy a buborékoztatót a kipufogócsonk fölött helyezzük el vagy a kippufogó kimenetéről vezetjük be a kipufogógázokat a buborékoztatóba. Ezáltal egy pozitív nyomást is létrehozunk a bemeneti oldalon. Ne felejtsük el, hogy a hidrogén égésterméke forró vízpára. A buborékoztató gyakorlati kialakítása A buborékoztatót egy egyszerű vízszűrőből is kialakíthatjuk. Ebben az esetben a szűrő eredeti vízbemenete lesz a vízpára kimenete, az eredeti vízkimenet pedig a levegő bemente. A levegőbemenet egy levegőcsőre csatlakozik, aminek az alján egy légterelő tálca van elhelyezve. A vízpára mennyiségének növelésére több buborékoztatót is sorba köthetünk. 2. ábra. Több buborékoztató sorba kötve 633

634 A szűrőből kialakított buborékoztatóra egy lyukat is kell fúrni a vízbemenetnek, mivel a vízszintet is ajánlott állandó értéken tartani. Az igényesebb buborékoztatókat vízszintjelzővel és vízpumpával is elláthatjuk. Közönséges csapvizet használhatunk, nincs szükségünk desztillált vízre. A cél az, hogy kisebb buborékokat kapjunk. Ezt a szívóhatás csökkentésével érhetjük el, például egy szűkítővel a szívócsonk és a buborékoztató között. Persze nagyobb buborékokat is létrehozhatunk aztán azokat "feldarabolhatjuk", de ez bonyolultabb. Az is jó lenne, ha a levegőt nem egy vastagabb csövön keresztül vezetnénk be a vízbe, hanem kisebb átmérőjű csövek segítségével, vagy a nagyobb átmérőjű cső bemenetét lezárva arra kisebb lyukakat fúrva. Ajánlott a vezérlőszelep használata is, mivel a motorban akkora a szívóhatás, hogy az néhány perc alatt kiszívná a buborékoztatóban lévő összes vizet. Valamilyen szűrőt is tehetünk a buborékoztató felső részére, hogy a beáramló levegő ne fröcskölje a vizet. Erre a célra megfelel valamilyen régi szivacs vagy az akváriumokban alkalmazott műanyag szűrőanyag. Mivel a belsőégésű motorok a hőmérséklet különbségek alapján működnek, s minél nagyobb ez a különbség, annál jobb, ezért jó, ha lehűtjük a vízpárát, mielőtt az a motor égésterébe kerül. Ezt például hűtőradiátorok használatával érhetjük el. Ha a motor túl forró még szegény keverék és buborékoztató használata esetén is, akkor nagyobb hűtőbordát és kiegészítő ventillátort is használhatunk. Ez attól függ, hogy milyen klímájú helyen élsz. Korróziógátlás A korrózió problémája sokkal erőteljesebben jelentkezik a hidrogénmotoroknál, mint a benzinmotoroknál. Ennek a megoldásáról olvashatsz ezen az oldalon. A benzin olyan adalékanyagokat tartalmaz, ami lassítja az égést valamint keni a motort és a kipufogórendszert. A hidrogéngázban nincsenek ilyen adalékanyagok. Amikor elégetjük a hidrogént, vizet kapunk, forró vízpárát, ami a rendszer rozsdásodásához vezet. 634

635 A legelső dolog, ami elrozsdásodik, az a kipufogórendszer és benne a hangtompító, a következők a szelepek majd végül a hengerfej következik a dugattyúval és a dugattyúgyűrűkkel. Ennek megakadályozására a rendszerben kisebb változtatásokat kell végrehajtanunk. Azokat az alkatrészeket, melyek rozsdásodásnak vannak kitéve, le kell cserélnünk rozsdamentes acélból készültre vagy kerámiával kell azokat bevonnunk. Az egyszerűbb megoldás az alkatrészek lecserélése rozsdamentes acélból készültekre. Rozsdamentes acél A kipufogórendszert nem nehéz rozsdamentes acélcsőből elkészíteni, a szén-monoxid szűrő pedig feleslegessé válik, hiszen a hidrogén égésterméke környezetbarát víz és oxigén. (Megfelelő L/H arány mellett az NOx termelés elhanyagolható.) A szelepeket sem nehéz rozsdamentes acélból készültre lecserélni. A gondot a hengerfej, a dugattyú és a dugattyúgyűrű lecserélése jelenthetné, de ezek az alkatrészek önmaguktól megtisztulnak. Ez azonban csak akkor igaz, ha az autódat naponta használod! Ha hosszabb ideig (pár napig) áll az autód, ezek az alkatrészek beragadnak, s akkor bizony az egész motort ki kell cserélned. Ha tudod, hogy nem fogod használni az autódat több mint egy napig, akkor csak hagyd a gázrendszert bekötve és csepegtessél a porlasztóba egy kis olajat, majd járasd néhány percig a motort. Ez biztosítja azt a szükséges kenőanyagot, ami befedi a rozsdásodásra hajlamos felületeket. A két leggyakrabban használt rozsdamentes acélfajta a 304-es és a 316-os acél. Érdekességképpen megtekintheted az összetételüket is. 304-es 316-os Szén 0.08% max. 0.08% max. Magnézium 2.00% max. 2.00% max. Foszfor 0.045% max % max. Kén 0.030% max % max. Szilícium 1.00% max. 1.00% max. Króm % % Nikkel % % 635

636 Molibdén % Egyik acélfajta sem mágneses és egyik sem keményedik meg a hő hatására. A 304-es acél viszont kevésbé ellenálló a rozsdásodással szemben a 316-os acéllal összehasonlítva, de olcsóbban hozzájuthatsz. (Bár most nem az elektrolizálóról van szó, de mivel a 316-os acél a különböző kémiai anyagoknak jobban ellenáll, ezért mindenképpen ezt ajánlom az elektrolizáló elektródáinak, ha azokat rozsdamentes acélból kívánod megépíteni.) A rozsdamentes acélok adatait innét vettem. Kerámia Ha nem akarod lecserélni a rozsdásodásnak kitett alkatrészeket, akkor azok vízzel érintkező felületét kerámiával kell bevonnod. Carl Cella a vízautójánál (erről az autóról majd később még szó lesz) "heanium" spray-t használt. A heanium alumínium-oxidot, titánium-oxidot vagy cirkóniumoxidot tartalmaz, attól függően, hogy mi ellen szeretnénk elsősorban védeni a bevont felületet: hő, korrózió és/vagy kopás ellen. Az Interneten különböző helyeken láttam, hogy cégek ipari szinten foglalkoznak kerámia bevonással, de ezek mind külföldön voltak, magyar céget nem találtam. Amennyiben bármit tudsz a termálspray magyarországi elérhetőségéről, akkor arra szeretnélek kérni, hogy az mondd el nekem. Levélben érdeklődtem a Heany Indrustries Inc.-nél, hogy forgalmaznak-e közönséges flakonban heanium spray-t, de nem jött válasz a levelemre. Valószínűleg csak nagy tételben, ipari célokra árusítanak heaniumot. Vferi és Laci Multi-Fuel Processzoros kísérletei Vferi és Laci elhatározták, hogy megépítik a Multi-Fuel processzort (MFP). Hogy mi is az az MFP, arról itt olvashatsz magyarul. Mivel az egyes kísérletekhez szükséges berendezések összerakása és átalakítása időt vesz igényben, ezért azok különböző időpontokban lettek elvégezve. 636

637 A kérdések A kísérletek elsődleges célja annak megállapítása volt, hogy valóban olyan jó hatásfokú-e a rendszer, mint azt Naudin kísérletei mutatták. Mikor erről leveleztünk Vferivel, a következőket írta: "Ami engem egy kicsit zavar a Naudin leírásban, az a buborékoztatós benzin-víz keverés. Ha összeöntök egy edénybe vizet meg benzint, akkor ugye a benzin a víz tetején jól elkülönülve helyezkedik el. Ha bevezetem alulra a füstgázt, ami átbuborékol a vízen, majd fölötte a benzinen, mi biztosítja, hogy a tartályból kiáramló gőz pont a tartályban levő folyadékok térfogatának arányában fogja tartalmazni az egyes összetevőket? Tehát ha a tartályba két rész vizet és egy rész benzint töltök, a kiáramló gőz 2:1 arányban fog vizet és benzint tartalmazni? Ezt először egy 2 literes uborkásüvegbe töltött víz-benzin keveréken átbuborékoltatott füstgázzal, különböző víz, benzin térfogataránynál ellenőrizni kell, mert ez képezi annak a kijelentésnek az alapját, hogy a motor 25% benzinnel és 75% vízzel megy. Mert ha ugyan beleöntjük a tartályba látványosan a vizet is meg a benzint is, de a kiáramló gőzök főként benzint tartalmaznak, míg a víz a tartályban marad, akkor megsüthetjük a "találmányunkat". Nem tudom hogy a mágnesesség játszik-e szerepet a berendezésben, mert ha az a cél, hogy a belső vasrúd mágnesessé váljon, akkor az nem lehet lágyvas, mert az alapjában véve lágy mágneses, tehát a mágneses tér megszűntét követően nem marad mágneses. Az acél felmágnesezhető, de csak gyengécske mágnes lesz, és ha felmelegítik, eléri a Curie pontot és vége még annak a kevés mágnesességének is. Nem beszélve arról, hogy ha a külső cső vas, akkor hiába forgatom akármilyen irányba, a belsejében nemigen lesz mágneses tér. Szóval vannak némi kételyeim nekem is. Laci összeszedi a papírjait, összeülünk, megbeszéljük, elkészítjük, vagy elkészítem és közösen kipróbáljuk." Az előkészületek Vferi a következőket írta az előkészületekről: 637

638 "Több mindent beszereztem és elkészítettem az MFP-hez, küldök is egy fotót, ahol kirakva láthatóak a szerkezet központi részének alkatrészei, az összekapcsolásuk egy lehetséges variációjának megfelelően." 1. ábra. Az MFP alkatrészei "Maga az MFP tehát összeáll, ami további megfontolás tárgya, az a motorhoz való kapcsolódás és a buborékoztató. A motort ugyanis először el kell indítani valahogy, amíg az MFP hideg, és a buborékoztató sem ad gőzt. Erre az az elképzelésem, hogy az MFP kivezető csövét egy olyan T elágazáshoz vezetem, aminek a másik ágára az eredeti karburátor kimenete csatlakozik. Így amíg nem indul be az MFP, addig a hagyományos karburátor dolgozhat és az áttérés egyikről a másikra folyamatosan lehetséges, azaz ha a csapokat nem állítom be rögtön a helyes értékre, akkor még nem fullad le a motor. A jó beállítás a fordulatszám emelkedéséről hallható, ekkor kikapcsolom a porlasztón a mágnes-szelepet és máris teljes egészében az MFP adja a gázt. A másik oldal a buborékoztató, ahol komoly fenntartásaim vannak azzal, hogy a beleöntött benzin és víz a térfogatuk arányában lesz-e jelen a kiáramló párában. Ezzel kapcsolatban a víz és benzin külön-külön beállítható mennyiségű bejuttatása lehetne a megoldás. A mostani variáció szerint a víz-benzin arány megállapításához 4-literes uborkásüvegből készült buborékoztatót használunk, ahol az üveg oldalán leolvasható lesz várhatólag - mert a víztől a benzin 638

639 jól elkülönülve fent helyezkedik el - a benzin és a víz szintje. Adott üzemidő után ezeket az értékeket feljegyezzük." A kísérletek 1. Kísérlet "Azt a célt tűztük ki magunk elé, hogy beüzemeljük a motort az MFP-vel, és tapasztalatokat szerzünk annak működéséről. A neten megjelent MFP-t készítettük el Lacival. Ezt kiegészítettem egy T elágazással, aminek egyik ágán a régi porlasztó, másik ágán az MFP volt, hogy a motort hagyományosan lehessen indítani és az MFP bemelegedése után a porlasztót lezárva áttérni MFP üzemre. Az MFP-re a dokumentációnak megfelelően 4 golyóscsap lett beépítve, amiknek a beállításait ki kellett tapasztalni." 2. ábra. Az összeszerelt MFP 639

640 "A motort simán indítottuk a porlasztóval és 20 perc bemelegítés után, mikor az MFP már forró volt, próbáltuk a csapokat állítgatva éleszteni az MFP-t. Ez nem volt egyszerű, mert túl sok volt az ismeretlen. Általában ha valamit állítottunk, a motor azonnal lefulladt. Ekkor tiszta benzint tettünk a buborékoztatóba, miközben felvettük a védőszemüvegeinket. Miután kiértékeltük a szerzett tapasztalatokat, megpróbáltunk nagyon óvatosan nyúlni a csapokhoz a megbeszélt szisztéma szerint. Azt a csapot, amelyik a motor beszívó torka előtt van közvetlenül és külső levegő beeresztésére való, nem nyitottuk ki. " 3. ábra. A buborékoztató 640

641 "A buborékoztató előtt levő csapot, ami az MFP-ből kilépő füstgázt ki tudja engedni a szabadba, teljesen kinyitottuk, mert ha a motor benyomja a füstgázt a buborékoztatóba és onnan az MFP-n keresztül a motorba, hiába nyitjuk ki azt a csapot amelyik a buborékoztató oldalán az MFP-be vezetné a külső levegőt, mivel itt nyomás van, a levegő nem tud bejutni, csak a buborékoztatóban keletkezett benzingőzzel kevert füstgáz áramlik ki a szabadba. A motor is ezt szívja be, és mivel ez nem tartalmaz oxigént, lefullad." 4. ábra. A buborékoztató előtt levő csapok "Ezután óvatosan nyitottuk a buborékoztató kilépő oldalán levő csapot, ekkor a motor fordulatszáma nőtt. Az MFP belépő oldalán a külső levegőt beeresztő csap óvatos nyitásával további fordulatszám növekedést értünk el. Ekkor lekapcsoltuk a porlasztó mágnes-szelepét, és minden ment tovább. Később a kezemmel befogtam a porlasztó légbeszívó nyílását és a motor fulladni kezdett. Több külső levegővel beállt egy egyensúly, amikor a porlasztó oldaláról már se levegő, sem üzemanyag nem áramlott a motorba. 641

642 Kipróbáltunk még egy benzin-víz-metanol keveréket is amit Laci hozott. Azzal is működött, magas fordulatszámot produkálva legalább 15 percen keresztül. Tovább is ment volna, de mivel az idő későre járt, és több dolgot a jelenlegi összeállításban nem tudtunk kipróbálni, összecsomagoltunk." 2. kísérlet "Két lényeges változtatást végeztünk a korábbi verzióhoz képest, de egyik sem vált be. A korábbi változatnál a buborékoztató tartály egy 4 literes uborkás üveg volt, ami a 3. ábrán is látható. Az új változatra egy levágott nyakú Camparis üveg lett felszerelve. Az uborkás átmérője kb. 20 cm, a Camparisé kb. 7 cm, így kevesebb folyadékkal is működik és a folyadék mennyiségének változása jól értékelhető folyadék szint változást eredményez. Az ötlet azonban nem jött be. Úgy tűnik, fontos paraméter a buborékoztatóban a folyadék felülete, ahol a párolgás történik. Ha ezt jelentősen lecsökkentjük, nem termel a motor működéséhez elég gázt. A másik változtatás az volt, hogy nem füstgázt, hanem a szabadból beáramló levegőt használtunk a buborékoztató bemenetén, mert ebben van szabad oxigén. Ez a füstgázzal ellentétben hideg volt, és nem melegítette fel a buborékoztatóban a folyadékot. A levegő hőmérséklete kb. 5-7 C lehetett. Ezzel a két módosítással elértük, hogy a motor egyáltalán nem volt hajlandó működni az MFP-vel. Karburátorral indítottunk, de amikor elkezdtük lezárni, hiába állítgattuk a csapokat a korábbi tapasztalatainknak megfelelően bárhová, mindig leállt. Ekkor kiértékeltük a jelenséget, és egy órás munkával ismét bevezettük a füstgázt a buborékoztatóba. Ezzel a módszerrel elértük hogy a motor hajlandó volt - de szörnyen akadozva és a lefulladás határán - járni. Közben a Camparis üveg pereme is eltört és a kísérleteket aznapra befejeztük." Kiértékelés 642

643 "Kiértékeltük az eredményeket és meghatároztuk a továbblépés módját. A következő paraméterek látszanak fontosnak: a buborékoztatóban a folyadék felülete a buborékoztatóba bevezetett gáz hőmérséklete a buborékoztatóban levő folyadék hőmérséklete Van egy 5 literes fémkannám, ebből lesz a buborékoztató, ezt beszerelem a Lacitól kapott 10 literesbe. A két kanna fala közé vizet töltünk, amit tetszőlegesen tudunk melegíteni vagy hűteni. Ezzel megnöveltük a felszínt, beállíthatóvá tettük a hőmérsékletet, de mivel a kannák falain nem látunk át, nem tudjuk hol áll a folyadékszint. Ezért a buborékoztató aljára egy leeresztő csapot építek be és adott idejű használat után leeresztjük és megmérjük a folyadék térfogatát. Laci hozott egy remek kis mérőhengert, ezzel precízen tudunk mérni. Mivel a benzin a víz tetején helyezkedik el és a színük is különböző, nagyon jól látható a két folyadék térfogata." 5. ábra. A mérőhenger feltöltése (alul a víz, felette pedig a benzin) 643

644 3. kísérlet Laci egy műanyag 10 literes kannát készített elő buborékoztatónak. Két lyukat fúrt rá és vágott mindegyikhez egy-egy csatlakozó csövet. Ezt mutatja a következő ábra. 6. ábra. A buborékoztató Ezzel a megoldással sikerült kiküszöbölni a motor rázásából fakadó problémákat és a víz-benzin keverék levegővel érintkező felületét is sikerült megnövelni. 644

645 7. ábra. A buborékoztató a motorhoz csatlakoztatva A motor indítása kicsit nehézkesen sikerült, mivel az egyik henger gyertyája nem adott szikrát. Miután ez a hiba ki lett javítva, kezdődhetett a kísérlet. A kísérlethez fél liter benzint és fél liter vizet használtunk. Arra voltunk kíváncsiak, hogy milyen arányban használja fel a motor ezt a keveréket. Arra nem fordítottunk gondot, hogy a vizet és a benzint összekeverjük, mivel ezt megtette helyettünk a bevezetett füstgáz. A motor 37 percig járt, bár nem megállás nélkül, mivel a csapok állítgatása közben néha lefulladt. Érdemes megjegyezni, hogy az újraindítások során se kellett a porlasztót használni, hanem a buborékoztatóból jövő üzemanyaggal indult a motor, vagyis a tiszta benzin csak addig szükséges, amíg a motor nem melegszik be. A 37.-ik percnél a motor lefulladt, mivel nem kapott elegendő üzemanyagot. Ekkor kiöntöttük egy mérőhengerbe és egy uborkás üvegbe a maradék keveréket. 645

646 8. ábra. A mérőhengerben és az uborkásüvegben a buborékoztatóban maradt víz-benzin keverék látható Mint a 8. ábrán is látszik, a víz és a benzin tökéletesen elkeveredett, azt a szürkés színt pedig a füstgáz okozta. Ahhoz, hogy meg tudjuk határozni, mennyi benzin és víz fogyott a keverékből, várni kellett, amíg azok különválnak. A kísérlet után két órával ez a különválás még nem volt nagyon szembeötlő, bár a mérőhenger tetején már elkezdett a benzin különválni. Ezt mutatja a következő ábra. 646

647 9. ábra. A mérőhenger tetején két óra múlva már kezdett a benzin megjelenni A pontos adatokhoz várni kellett pár napot. Vferi négy nappal a kísérlet elvégzése után a következőket írta: "Lemértem a mérőhengerben és az üvegben maradt anyagok térfogatát. Benzin: 118 cm3 Víz: 463 cm3 Készítettem egy fényképet is a mérőhengerről és az üvegről, ahol jól látható a különvált trutymó. Legfelül helyezkedett el a benzin, utána a barnás hab és legalul a víz. Miután leszívtam a tetejéről a benzint, kíváncsi voltam hogy a benzin és a víz közötti réteget alkotó barnás hab tartalmaz-e benzint vagy sem. Megpróbáltam meggyújtani, de eloltotta a gyufát. 647

648 A legközelebbi kísérletkor célszerűnek látszik a kipufogó gáz helyett előmelegített levegőt bevezetni a buborékoztatóba, hogy ezt a koszos habot elkerüljük. Ellenkező esetben a buborékoztatót folyamatosan takarítani kellene néhány üzemóránként." 10. ábra. A különvált víz és benzin Még egy adat: a motor fordulatszáma 1800 és 2400 / perc között váltakozott a csapok beállításának függvényében. Kiértékelés A fenti adatokból látszik, hogy a maradék keverék össz térfogata = 581 cm3 volt, tehát = 419 cm3 keveréket fogyasztott az MFP 37 perc alatt. Az 500 cm3 benzinből 118 cm3 648

649 maradt, tehát a benzinfogyasztás = 382 cm3 volt. Ez százalékosan kifejezve: 382 * 100 / 500 = 76,4 %, amiből következik, hogy a vízfogyasztás 23,6 % volt. Ez nem az az arány, amit vártunk, mivel a fogyasztás nem automatikusan a keverékben lévő anyagok arányában történt, ami attól is lehetett, hogy a benzin könnyebb a víznél, s így könnyebben bejutott az égéstérbe. Ha ez az oka a több benzinfogyasztásnak, akkor a későbbiekben azt is meg kell tudni oldani, hogy ne lentről felfelé jusson a keverék a hengerekbe, hanem fentről lefelé. De így is sikerült megtakarítani 23,6 % benzint. A következő kísérletekben az egyik legfontosabb cél ennek az aránynak a javítása lesz. 649

650 A víz és a mágnesesség Az itt következő sorokban Mike Johnston mondja el azt, hogy az általa elvégzett kísérletekben milyen hatással vol a vízbontás hatásfokára az állandó mágnes. A mágneses vezetőn keresztülhaladó elektromos töltés több összetevőből áll: magából az áramból, melyet az áramerősséggel - azaz a másodpercenként átáramló elektronok számával - és a feszültséggel - azaz az elektronokat mozgásba hozó erővel - jellemezzük és a vezető körül kialakuló elektromágneses mezőből. A "Balkéz Szabály"-t alkalmazva a vezetőben folyó áram irányának ismeretében meghatározhatjuk a vezető körül kialakuló mágneses mező irányát. Az áram ebben az esetben az áramforrás negatív sarkától, azaz a szabad elektronok forrásától halad a pozitív kapocs felé, ahol szabad elektron hiány van. 1. ábra. A vezetőben folyó elektronok és az általuk létrehozott elektromágneses mező iránya 650

651 Az állandó mágnes körül kialakuló mágneses mezőnek adott polaritása van, ahol a mágneses mező (vagy mágneses áram) az északi pólus felől folyik a déli pólus felé. Ebben az esetben az elektromos mezőt úgy képzelhetjük el, hogy az a mágneses mező körül forog. Ismételten a "Balkéz Szabály"-t alkalmazzuk - bár most egy kicsit más módon. Olyan ez, mintha ugyanannak az érmének a másik oldalát néznénk. 2. ábra. Az elektromos és a mágneses mező iránya az állandó mágnes körül 3. ábra. Az elektromos és mágneses erővonalak iránya az állandó mágnes és a vezető esetében Amint haladtam előre a kutatásaimban és láttam, hogy az elektrolizáló cella különböző komponenseit milyen könnyen lehet variálni a belső ellenállás csökkentése érdekében és milyen könnyen lehet a hatásfokot növelni, egy új ötlet kezdett formálódni a fejemben. Rájöttem, hogy lehet olyan vízbontót építeni, amely nem csak felveszi a feszültségforrás feszültségét, hanem azt meg is tudja növelni! Ez automatikusan növeli a hidrogénfejlesztés hatásfokát is. 651

652 Korábban már megerősítettem azt a tényt, hogy egy kis feszültségkülönbséget már egyszerűen a két lemez méretei közötti különbség révén is létre lehet hozni "közönséges" elektrolizáló cellákban is - ahol az elektródák ugyanabból a fémből vannak. Ezáltal megváltoztatjuk a közöttük lévő vezetőképességet. A másik lehetséges módja a feszültségkülönbség létrehozásának az, hogy a két elektróda közötti elektrolit oldatot külső erő segítségével megforgatjuk. Ebből kiindulva egy olyan módszert kerestem, ami külső munkavégzés nélkül hoz létre feszültségkülönbséget a cellák között. Végül is az állandó mágneseknél kötöttem ki, elsősorban azért, mert azok valóban állandóak: nem kell őket "újra tölteni", sosem "száradnak ki". De fel lehet-e valamilyen értelmes módon használni az állandó mágneseket a céljainkra? Ennek meghatározására elvégeztem egy sor kísérletet. 1. kísérlet Ebben a kísérletben egy gondosan kimosott kör alakú, 12 ounce (0,3549 literes) üvegpoharat használtam vízbontó tartályként(1). Ezt az edényt feltöltöttem 75 %-ban vízzel, 25 %-ban pedig NaOH-val, ez alkotta az elektrolit oldatot(2). Ezután beletettem egymással szembe két rozsdamentes acélból készített elektródát(3). Hozzákapcsoltam egy multimétert és 2 V-os DC méréshatárra állítottam, majd rákapcsoltam a 12 V-os DC akkutöltőmet. Ezt követően vettem két kerámia mágnest, melyek méretei 2 1/2" x 1 1/2" x 1/2" (63.5 mm x 38.1 mm x 12.7 mm) voltak és azokat a cella két oldalához helyeztem kívülről, az elektródák mellé(4). A pólusokat a következő ábra szerint állítottam be: 4. ábra. Az 1. kísérlet 652

653 Miután bekapcsoltam a tápfeszültséget, a multiméter által mutatott érték egy kicsit magasabb volt, mint a mágnesek nélkül. Hogy ez attól volt-e, hogy a cellát éppen csak bekapcsoltam, vagy a mágnesek miatt, ekkor még nem volt világos. De ennek az írásnak a lényege az, hogy értelmezzük az állandó mágnes vízre és különösen az elektrolízis hatásfokára kifejtett különböző hatásait. Az elektromos összetevők viselkedését ezért itt csak a legrövidebben érintjük. Vettem az időt és a fáradságot, hogy lemérjem az elektrolizálás hatásfokát mágnesekkel és anélkül, közvetlenül a tápfeszültség bekapcsolásakor és utána és különbséget véltem felfedezni a cellákon mért feszültségesés értékében, mikor a mágnesek jelen voltak, illetve mikor elvettem őket. Ebből azt a következtetést vontam le, hogy a cellákon kívül elhelyezett állandó mágnesek valóban hatással voltak a cella hatásfokára. 2. Kísérlet Ez a kísérlet az 1. Kísérlet kis módosításaként indult, de végül egy egész sor új lehetőséget tárt fel. Azon gondolkoztam, hogy ha a mágneseket magába a cellába helyezzük, közvetlenül a az elektródák mellé, akkor valószínűleg az 1. Kísérlethez képest jobb eredményt érhetnék el. Ugyanazt a tartályt és elektródákat használtam, mint korábban. Mielőtt beletettem volna a mágneseket a cellába, elvégeztem velük néhány egyszerű kísérletet. Először is azt akartam megtudni, hogy vezetik-e az áramot, hogy így elkerüljem a cellák közötti rövidzár lehetőségét. Azt tapasztaltam, hogy a mágnesek nem vezették az áramot, tehát nem vezető anyagból készültek. 653

654 5. ábra. A 2. Kísérlet Ezután biztos akartam lenni, hogy a mágnesekre nem fog hatással lenni az elektrolit, ezért a mágneseket a megelőző éjjelen már belehelyeztem az elektrolit oldatba. Másnap reggel nem vettem észre semmilyen lemorzsolódott mágnes darabot az oldatban, amiből azt a következtetést vontam le, hogy a mágnes nem csak hogy nem vezeti az áramot, de az elektrolit oldat se károsítja azt. Ehhez a kísérlethez már nagyobb térfogatú edényt használtam, mivel fizikailag több helyre volt szükség a celláknak és a mágneseknek. Kivágtam két darab rozsdamentes acéllemezt (ezúttal több volt a vastartalmuk), melyek mérete 6" x 4" x 3/16" (152,4 mm x 101,6 mm x 4,762 mm) volt és elhelyeztem a mágneseket közöttük. Négy mágnest használtam, mindegyiket az elektródák között, azok sarkainak a közelében helyeztem el. Az a tény, hogy a rozsdamentes acéllemezek több vasat tartalmaztak, lehetővé tette, hogy mikor elhelyeztem a mágneseket, azok nem mozdultak el. Mivel a kísérlet célja a mágneses hatások megfigyelése volt, ezért nem foglalkoztam különösen az elektrokémiai reakciókkal, vagyis azzal, hogy a lemezek oxidálódtak. Elég helyet hagytam a mágnesek és az elektródák felső része között, hogy a mágnesek teljesen alámerülhessenek az oldatban, de az elektródák még eléggé kiálljanak belőle, így a csatlakozó vezetékek nem érintkeztek az elektrolit oldattal. 654

655 Miután összeállítottam mindent úgy, ahogy elterveztem, ismét lemértem a feszültséget és az előző kísérletben elvégzett mérésekhez hasonló értékeket kaptam. Ezt követően lemértem a feszültségforrást terheletlenül. A 12 V névleges feszültség helyett 13,65 V-ot mértem. Mikor a cellán mértem a feszültséget - ekkor nem folyt áram a lemezek között - 14,1 V-ot kaptam. Miután elvégeztem ezeket a méréseket, eltávolítottam a multimétert az áramkörből és a cellákat ismét a feszültségforráshoz kapcsoltam. Bekapcsoltam a tápegységet és azonnal beindult az elektrolízis. Jelentős mennyiségű gáz fejlődött mind a két elektróda mentén, miközben (ahogy várható is volt) a katód mentén körülbelül kétszer annyi gáz volt megfigyelhető, mint az anódnál. A cellák közötti ellenállás elég alacsony volt ahhoz, hogy állandóan kiverje a tápegység biztosítékát, ami megnehezítette a méréseket. Ezért a kísérleti cellával sorba kötöttem több "normális" cellát, ezáltal növelve a teljes áramkör ellenállását. Ez ugyanakkor lehetetlenné tette az elektromos hatásfok pontos mérését, így csak a szemeimre hagyatkoztam. 6. ábra. Az első dolog, amit észrevettem az volt, hogy a víz/elektrolit oldat másként kezdett el cirkulálni, mint ahogy az korábban megfigyelhető volt. Helyesebben mondva korábban egyáltalán nem vettem észre, hogy a víz cirkulálna. Ez a cirkuláció nem magyarázható az ionok/gázok mozgásával. Ebben az esetben az oldat egy jelentős része látszólag "beszívódott" a két elektróda közé a cellák aljától a felső feléig, ahol a buborékok között lépett ki az oldat is. Ez az áramlás ahhoz volt 655

656 hasonlatos, mint amit az akváriumok pumpája idéz elő. Elég nagy mennyiségű víz jött mozgásba és ez addig folytatódott, amig a cella be volt kapcsolva. Ugyanakkor ez nem csökkentette a fejlődő gázok mennyiségét! A vízbontó ilyetén kialakítása kulcsfontosságú volt ahhoz, hogy észrevehessem ezt a jelenséget és hogy el tudjam választani a felfelé áramló buborékok mozgásától. Ekkor merült fel bennem először, hogy a vízmolekulák vagy az ionok, esetleg mind a kettő mozgásba hozható, amik a mágneses vagy elektromos erővonalak mentén áramolnak, ezáltal kombinálva az állandó mágnes és az elektródák körüli elektromágnesek erővonalait. Ezt a jelenséget Mágneses-Hidrodinamikus jelenségnek nevezzük. Ezt elég érdekesnek találtam. Ekkor gondolkoztam el először azon, hogyan hatnak egymásra a mágneses és elektromos erőterek, valamint a vízmolekulák és az ionok. Eddig szigorúan csak a cellák fizikai aspektusával, azok ellenállásának a csökkentésével, azaz a makroszkopikus működési szintekkel voltam elfoglalva, mint pl. az elektromos töltésekkel, az áramerősséggel, az elektródák méreteivel, az elektrolit oldat összetételével stb. Ez az új megfigyelés viszont egy teljesen új kutatási területet nyitott meg előttem. 3. Kísérlet A további kísérletekhez összeraktam egy másik vízbontót, ami csak egy kicsit különbözött az előző cellától. A tartály szintén egy kör alakú üveg edény (a), az elektródák (b) pedig vasat nem tartalmazó rozsdamentes acélból készültek, melyek mérete 4" x 1 1/2" x 1/16" (101.6 mm x 38.1 mm x mm) volt. A cellák alsó része kb. 1 1/2" (38.1 mm-re) volt az edény aljától. Ezután feltöltöttem a tartályt 3/4 részig vízzel és hozzáadtam a 25 %-os NaOH-t, így hozva létre az elektrolit oldatot (c). Az oldat felszíne kb. 1 1/2" (38.1 mm-rel) volt az edény teteje alatt. A tartály külső feléhez, közvetlenül az elektródák mellé két kis kerámia mágnest (d) helyeztem, melyek mérete 2" x 1" x 1/2" (50.8 mm x 25.4 mm x 12.7 mm) volt. Ugyanezeket használtam az előző kísérletben is. A mágnesek polaritása a következő ábrán látható. 656

657 7. ábra. Mikor bekapcsoltam a tápfeszültséget (12 V DC), az oldat az elektródák alatt elkezdett forogni. Ez a forgás tisztán látható volt szabad szemmel is. Az elektródák között folyó áram ekkor 3 A volt, a gáz pedig ennek az áramnak megfelelő mennyiségben termelődött. A víz az elektródák között és körül áramlott, bár elég haotikusan és ez a mozgás látszólag független volt az elektródák alatti víz forgásától. Ezután több elektrolitot adtam az oldathoz, míg az áramerősség el nem érte a 10 A-t. Azt figyeltem meg, hogy minél több áram folyt az elektródok között, 1. annál több gáz termelődött 2. annál gyorsabban forgott a víz az elektródák alatt Megpróbáltam szabad szemmel megfigyelni a vízbontóban kialakuló mezőket. Mindegyik elektróda körül kellett lennie egy-egy elektromágneses mezőnek (lásd a 8. ábrát) és a mágnesek körül is kialakul a mágneses mező. A mágnesek adott pólus szerinti elhelyezése révén várható volt egy egyesített mező kialakulása a vízbontó alsó részén. Bizonyos mértékig az elektródák mezeje is hatással van az állandó mágnesek egyesített mágneses mezejére. Ez az egyesített mező sokféleképpen módosítható, pl. az elektródák elhelyezkedésével, a különböző mezők erősségének változtatásával, vagy akár az elektromos töltések oldatba juttatási módjának a megválasztásával (egyenáram, váltóáram, lüktető áram stb.) 657

658 8. ábra. A vízbontóban kialakuló mezők Hogy megbizonyosodjak arról, hogy valóban az állandó mágnesek hatására kezdett el forogni a víz a vízbontóban, először is elvettem onnét a mágneseket. Ekkor a víz forgása fokozatosan lassulni kezdett, majd kb. egy perc elteltével teljesen leállt. Ezután úgy helyeztem el a mágneseket, hogy az azonos pólusok egymás felé néztek, ekkor azonban nem volt megfigyelhető mozgás az oldatban. Ezt követően megfordítottam a mágnesek irányát, azaz most az északi pólus nézett a katód, a déli pólus pedig az anód felé. Ekkor elkezdett ismét forogni a víz, de most az ellenkező irányba. Végül visszafordítottam a mágneseket az eredeti állapotukba, aminek következtében a víz forgása először lelassult, majd miután megállt, elkezdett forogni az ellenkező irányba, míg el nem érte a maximális sebességet. Mindegyik esetben a víz forgása egy adott maximális sebességre gyorsult, majd ezt elérve ezt a sebességet tartotta mindaddig, míg az oldatban áramoltak az elektronok. Ez a maximális sebesség valószínűleg a következő tényezőktől függ: 1. az elektródák között folyó áram erősségétől 2. az állandó mágnes mezejének erősségétől Önkéntelenül felmerül a kérdés azzal a mechanizmussal kapcsolatban, ami létrehozza ezt a forgást az elektródák alatt. A vízbontóra kapcsolt elektromos energia kizárható ebből, hiszen az teljes mértékben (leszámítva a veszteségeket) a gázfejlődésre fordítódik és ez a gázfejlődés nem csökkent a forgómozgás létrejöttekor. Ez azt sugallja, hogy itt egy másodlagos energiaforrás lép működésbe, mely a rendszer adott kialakítása soráni kölcsönhatások hatására aktivizálódik. 658

659 A víz forgására a magyarázatot a vízmolekulák és ionok tulajdonságaiban találjuk meg. 9. ábra. Az első dolog, amit megfigyelhetünk az az, hogy a folyadék a tartályban látszólag két, egymástól jól elkülönülő részre oszlik. Az egyik réteg az, ami körülveszi az elektródákat, illetve közvetlenül azok alatt található. A másik réteg ez alatt van és egészen a tartály aljáig ér. Ez úgy néz ki, mint amikor különválik az olaj a víztől. Egy erős fénysugár, ami fentről lefelé világítja meg a tartályt, jól kivehetővé teszi ezt az elkülönülést. Ez a szétválás azonban csak addig van jelen, amíg az elektronok áramlanak az elektródák között. Ezt a nyilvánvaló különválasztást az okozza, hogy a felső réteg a normális vízmolekulákat és az elektrolit ionjait tartalmazza. Az ionok azért húzódnak ebbe a felső rétegbe, mert azok elektromosan jobban töltöttek, mint a vízmolekulák, így erősebben vonzódnak az elektródák elektromos mezejéhez, mint a vízmolekulák. Az oldat nagyobb része vízmolekulákból áll, ezért az egyensúly érdekében a vízmolekulák lefelé süllyednek. A felső rétegben a könnyebb, elektromosan töltött ionok találhatók, melyek kevésbé sűrűek, mint az alattuk lévő vízmolekulák. Ez a kevésbé sűrű oldat az elektródákon folyó áramok okozta hőkibocsátás következtében még kevésbé sűrű lesz. Ez egy kis hőmérséklet különbséget is okoz a két réteg között. Az alsó rétegben koncentrálódó vízmolekulák dipólusos kötésűek, melyekre szintén hat az elektródák közötti elektromos mező, vagyis a vízmolekulák pozitív töltésű hidrogén oldala a cellák negatív töltése felé vonzódik, afelé fordul. 659

660 A felső rétegben lévő vízmolekulák ehhez hasonló módon polarizálódnak, azaz a negatív töltésű elektróda felé fordul a hidrogénes oldala, a pozitív töltésű elektróda felé pedig az oxigénes oldala. A vízmolekulák az ionréteg alatt az elektromos töltésnek megfelelő módon állnak be, de még hatással van rájuk az állandó mágnes mezeje is. Ez azért történhet meg, mivel a hidrogénnak nagy a mágneses nyomatéka, ami az egész molekulát a mágneses mező irányába forgatja. Ez egy normális, jól ledokumentált jelenség, melyről főként a mágneses rezonancia témakörénél találunk információkat. A mi esetünkben azonban a fő eltérés az, hogy - a fentebb már említett módon - az elektródák elektromos mezeje is hatást gyakorol a vízmolekulákra. Miután a vízmolekulák beálltak ezen két - elektromos és mágneses - tengely mentén, a normális, minden molekulára ható kinetikus energia, mely általában véletlenszerű mozgásban nyilvánul meg, itt egyesül és ennek eredményeként az összes molekula egyszerre, egy irányban mozdul el, ami a víz forgásában nyilvánul meg. Az ionréteg molekulái szintén befordulnak a mágneses mezőnek megfelelő módon és mivel a mezők egymással ellentétes irányúak, ezért azt az ellenkező irányba forgatják. Ha megnöveljük akár az elektromos, akár a mágneses mező nagyságát, akkor azt tapasztaljuk, hogy a cellák közötti vízforgás sebessége is megnövekszik. Azt kell gondolnunk, hogy az az energia, ami mozgásba hozza a vizet, magából a vízből származik, mint annak saját kinetikus energiája. Az elektromos és a mágneses mezők jelenléte nélkül ez a kinetikus energia az egyes molekulák véletlenszerű rezegtetésében nyilvánul meg. Tehát ezt az egyébként elérhetetlen energiát most már meg tudjuk csapolni, ami további energiát biztosít anélkül, hogy csökkentené a vízbontóba vezetett energiát. Miután meghatároztam az alsó vízréteg mozgásának legvalószínűbb mechanizmusát, azon kezdtem el gondolkozni, hogy az elektródák mágneses mezeje hogyan hat egymásra és az állandó mágnesek mezejére. Ha az állandó mágnesek mezeje összekapcsolódhat az egyik vagy mindkét elektróda mágneses mezejével, akkor ezáltal valószínűleg tovább csökkenthetjük az elektródákra kapcsolt feszültséget, hiszen a mágnesek révén ez az elektromos mező erősödik. Korábban már meghatároztam az elektródák körüli mágneses mező irányát és megértettem, hogy a "normális" vízbontókban, ahol az elektródák egymással szemben helyezkednek el és a táplálás felülről történik, az elektródák mágneses mezői egymással ellentétes irányúak. Ez még egy okkal több, miért lehet kisebb feszültséget kapcsolni az elektródákra. Azért, mert az anód árama "felfelé és kifelé" halad és ez a mozgás a katód mezejével ellentétes irányú, ahol is az áram "lefelé" folyik a vízbontóba. Ez a 660

661 jelenség jól ismert két áramvezető fém között, amikor az áram ellentétes irányba folyik és a két vezető egymáshoz közel helyezkedik el. Ha erősíteni akarom a katód mezejének az erejét, akkor a vízbontón kívül elhelyezett mágneseket úgy állítom, hogy az óramutató járásával ellenkező irányú pörgés jöjjön létre. Ekkor az elektróda mezeje összekapcsolódik az állandó mágnesek mezejével. Ha az anód mezejét szeretném erősíteni, akkor a mágnesek irányát megváltoztatom, így az oldat az óramutató járásával megegyező irányba fog forogni. Kipróbáltam ezeket a módosításokat és a várt eredményt kaptam. Ezt követően azon töprengtem, hogyan tudnám összekapcsolni a katód és az anód mezőit egy egységes "Elektróda Mezőbe", majd ezt az egységes mezőt összekapcsolni az állandó mágnesek mezejével, ezáltal létrehozva egy egységes és sokkal erősebb mezőt. Ezt az egységes mezőt tovább finomíthatjuk annak a ténynek az ismeretében, hogy a vízben lévő oxigén paramágneses tulajdonságú, ami által még tovább erősíthetjük a vízbontóban kialakított mezőt. Ennek következtében az elektródák közötti ellenállás lecsökkenne, valamint az eredményül kapott egyesített mezőt pontosan be tudnánk "hangolni" a kívánság szerinti erősségre pusztán az állandó mágnesek erejének növelésével vagy csökkentésével. A következő ábra azt mutatja, hogyan lehetne összekapcsolni a mezőket egy egységes mezővé. 10. ábra. A mezők egy egységes mezővé "állnak össze" 661

662 Az egyik elektróda felülről, a másik pedig alulról van az edényhez erősítve. Miután a mező irányát ilyeténképpen meghatároztuk, a két elektróda mezeje egyenlő nagyságú és egyező irányú is, amitől a mező ereje növekszik. A 10. ábrán bemutatott elektróda irányokkal eltűntettük az egymás ellen ható mezők ellenállását, ezáltal pedig az elektronok folyamával szembeni ellenállást. Ekkor a két párhuzamos vezető (elektróda) az áramot egyező irányba vezeti. Ez az egyszerű változtatás egy teljesen új lehetőséget teremt. Amikor a két áramvezető párhuzamos és az áramot EGYEZŐ irányba vezetik, akkor az indukció is megjelenik. A következő ábrán a mezők összekapcsolásának egy másik lehetséges módját láthatjuk. 11. ábra. A két elektróda között kialakuló indukcióhoz azonban vagy a mágneses mező, vagy az elektromos áram irányát meg kell változtatni. Sok lehetséges megoldás kínálja magát. Az egyik az, hogy változtatjuk a mágneses mezőt az állandó mágnesek mozgatásával. Egy másik lehetőség az, hogy különböző formájú DC áramot használunk. A pulzáló áram előnyösebb választás, bár ez a téma már meghaladja ennek az írásnak a kereteit. 662

663 Az elektródákat is meg lehet változtatni úgy, hogy jobban betöltsék az indukciós tekercs szerepét. Ezen kívül úgy is ki lehetne alakítani az elektródákat, hogy az anód induktivitása kétszerese legyen a katódénak, ezáltal még meg is növeljük a rajta eső feszültség értékét. Természetesen ez lekorlátozza az áram nagyságát, ezért úgy kell megtervezni a rendszert, hogy még ezen változtatások mellett is annyi áram folyjon keresztül rajta, hogy a szükséges mennyiségű H2 gázt még elő tudjuk állítani, viszont még elég nagy az indukció is ahhoz, hogy az elektródák közötti feszültségesést csökkentsük. Maga a vízbontó egyfajta transzformátorként is funkcionálhatna, ha indukciós tekercseket tekernénk a vízbontó köré, s egy lágyvasból készült magot tennénk a közepébe, melyet elszigetelünk az oldattól. Ekkor a katódot tápláló vezetékből mondjuk 100 menetet lehetne tekerni a vízbontó köré, az anódból jövő vezetékből pedig pl. 200 menetet. Megépítettem egy ilyen vízbontót kis méretben, s a táplálásra egy 9 V-os elemet használtam. Két napig üzemelt megállás nélkül a vízbontó, míg le nem merült az elem, s közben erős gázfejlődés volt megfigyelhető. A másik lehetőség az, hogy az elektródák közé helyezzük a tekercset. Ez egy párhuzamos kapcsolást eredményez a feszültséget növelő tekercs és az áramot vezető cella között. Ez az összeállítás akkor üzemel jól, ha a cella ellenállása jóval kisebb a tekercs ellenállásánál. Ezt a készüléket is megépítettem és a várt módon működött. 663

664 Hogyan hajtsuk dízel autónkat LPG gázzal fillérekből? Bálint az egyik barátjával együtt átalakított egy dízeles WV Golfot LPG gáz meghajtásúra. Ez egy előzetes kísérlet volt arra, hogyan lehet hidrogénnel is meghajtani egy autót. "Hogyan hajtsuk dízel autónkat LPG gázzal fillérekből? Most megkísérlem elmesélni. Remélem senkinek nem veszi el a kedvét, hogy nem vízről és hidrogénről írok. Majd remélem hamarosan írhatok arról is! Ez nem csak kitaláció, hanem egy működő rendszer. Miből is jött az ötletem? Nem az én ötletem volt, csak én szponzoráltam a kísérletet. Kedves barátom (tanítóm) ötletét és segítőkészségét dicséri a kísérlet. Először is hajtsunk autót hidrogénnel és oxigénnel. Hát nem hinném, hogy a benzines kibírja, valószínű szét fog hullani. Drága lenne spéci alkatrészeket vásárolni. Vegyünk dízel autót, az úgy is bírja a nagy nyomást és a strapát. De hogyan is működne? Hát úgy, hogy: Csinálunk gyújtást az adagoló helyére. Csinálunk gyertyafoglalatot a porlasztók helyére. Veszünk szívócsonkot, karburátort, hogy egyszerűen be tudjuk állítani a keverést, ne nekünk kelljen még azt is kitalálni és legyártatni. Ekkor jött a barátom azzal az ötlettel, hogy nagy nyomáson kevesebb gáz kell a motorba, mint kisebben. Míg vacakolunk a hidrogén előállításán, addig üzemeljük be LPG-re, mert utána könnyű már átállítani az autót, csak majd a gáz és levegőmennyiségen kell állítanunk. Röviden ez volt a terv. Ebből az lett az eredmény, hogy a WV Golf 1.6D LPG üzemű lett. Körülbelüli adatok: 400 km/12 liter LPG. Azért csak kb., mert néhány bakit ejtettünk a kapkodás és a nagy lelkesedés közepette. Megvettem egy 1981-es Golfot (kár volt éppen azt). Vettem egy gáz-szettet (nem ellenőriztettem le, csekély felelőtlenség és spórolás). 664

665 Megvettem a rézcsöveket és a roppanó gyűrűket hozzá. Lelkesen érdeklődtem közben autószerelőknél, hogyan is működik a gázhajtás. Hát nem álltak pozitívan a kérdésemhez: "Miért érdekel? Ne foglalkozz a kérdéssel!" De nem tudták, hogy ki is vagyok! Amit kigondolok és működik a fejemben, azt véghez is viszem! Az a legkevesebb Nem voltam bölcsebb hetekig tartó kérdezgetés után sem, de a lelkesedés csak nőtt és nőtt. Azt sikerült megtudnom, hogy legalább a szívócsonk cserével nem faragok be, ugyanis 1981 és 1992 közötti autóknál egyforma a motorblokk, sőt a kipufogó nyílások és a felfogatás is stimmel! Nyert ügy! Végül is kezd összeállni minden. Vásároltam egy adagolót, állítólag kifogástalan, azért drága, állították az úriemberek! Nem találtam rosszat, mert ezeket felújítják és keresnek rajta elég vastagon. Az esztergályos állítása: törött alkatrészek. Na végül is mindegy, mert csak a tengely csapágy és felfogatás a hasznos része esetünkben, a többi papírnehezék vagy jó lesz a MÉH-be. 1. ábra. Boss tipusú adagoló és egy Lada gépkocsi megszakítója és egyben gyújtáselosztója 665

666 2. ábra. Az adagoló elölnézetben Vettem egy Lada gyújtást is, ez volt a legolcsóbb alkatrész! Ha már ennyit költöttem, nézzük meg, működik-e az ötlet!? Nyitott motorháztető, PB gázpalack, disznóperzselő kosár nélkül (nem biztos, hogy ez a neve a bumszlinak a végén) és disznó nélkül. Beindítottam a motort, alapjáraton töfögött. És jött a varázslat: a levegő szívónyíláshoz tartottuk a gázpalack szelepes csonkját és megnyitottuk finoman. Láss csodát: a motor felpörgött pillanatok alatt kevés gáz mellett is, csak kopogott, mint a pásztor botja a betonon. Hurrá! Újabb lendületet vett a kísérlet és hihetetlen nagyra duzzadt az önbizalmunk! Mit nekünk autószerelés műszerész létünkre?! Végre elkészültek a perselyek a porlasztók helyére, ahova a kisméretű, hosszúmenetes, kisgépekbe való gyertya került. 666

667 3. ábra. Egy benzines, 1.6-os WV golfnak a szívónyílása Kész lett a spéci gyújtás is, majd készítettem az LPG palacknak állványt, amit a kasznihoz rögzítettünk. Fúrtunk-faragtunk lelkesen, fáradságot nem ismerve. Bekötöztük a rézcsöveket (gázbetöltő nyílás golyósszeleppel, reduktor, stb.) Leszereltük az adagolót, kikaptuk a porlasztókat, leszedtük a dízel szívócsonkot, elkötöttük a dízel üzemanyag csövet, felraktuk a benzines szívócsonkot karburátorral, spéci gyújtást, gyertyákat a perselybe. Csak a harmadik széria persely lett jó, emiatt állt a munka hetekig. Hihetetlen boldogságot éreztünk és nyugalmunk is irigylésre méltó volt. De mikor eljött az ideje, becsavartuk a helyére és nem törött el! Fő a kitartás! Na most már csak gáz kell a palackba és mehetünk! (Meg kb. 1 hét, mire beállítottuk a keverést, gyújtást.) Ugye, ekkor tanultunk meg gázos autót beállítani. A PB palackból átfejtett gázzal való állítgatások eredménye: hihetetlen pacik az addig lomhácska motorban! Na de ez így nem jó! Nekem nem tunning, hanem üzemanyag megtakarítás kell! Visszavettünk még a gáz mennyiségből, és használható lett az autó! A mai napig azt használnám, ha nem szakadt volna ki az alja a rozsdától. Használtam még átalakítás után 400 km-t, aztán életveszélyes lett az autó és nem találtam karosszériást, míg nem járt le a műszaki, így visszaalakítottam dízelre és eladtam alkatrésznek. De megmaradtak a gázos alkatrészek, melyeknek a fotóit itt láthatjátok ezen a weboldalon. 667

668 4. ábra. A gáztartály, melynek a tetején látható a műszer Ha belegondol az ember és elkezd számolni, akkor rájön, hogy talán jobban jár, ha amikor éppen nem kocsikázik jóval olcsóbban, akkor generátort hajt, ami megtermeli a ház szükséges áramát vagy akár a fűtést is megoldhatja. Ha lenne pénzem, most már jobbat tudnék belőle kihozni egy-két kisebb módosítással! Az alkatrészek árai a következők voltak: Megnevezés Ár Gáz szett kompletten Ft Adagoló Ft 4 db gyertya és kábelek Ft Lada gyújtás Ft Gyújtástrafó volt egy elfekvőben 0 Ft Szívócsonk karburátorral és légszűrővel Ft Összesen: Ft 1. táblázat. Az átalakításhoz szükséges alkatrészek árai 668

669 És még a sör és az unikum a gépmunkára. Ezúton is köszönném még egyszer a kedves gépkezelőnek! Néhány közeli kép az alkatrészekről: 5. ábra. Az adagoló nyílás a gyújtással (A képeken jól látszik a gépmunka, ahol leszúrták az adagoló többi részét) 6. ábra. Az adagoló másik nézetből 669

670 7. ábra. A gázkeverő nyílás. Ez a rész a légszűrő és a karburátor között van, a képen látszik, hogy hogyan lett ráhegesztve 8. ábra. A gázpalack mérője és a szelepek. A kísérlet végére teljesen bekrepált a mutató. Jelenleg nullán áll, de kb. félig van a palack. 670

671 9. ábra. A karburátor 10. ábra. A légszűrő teteje. Látszik a képen, hogy meg lett erősítve felfogatása végett, hogy ne húzza be az eredeti lemezt 671

672 11. ábra. A szívónyílás. Egy festékes flakon teteje (kupakja) van ráragasztva és kilyukasztva a kisebb keresztmetszet miatt 12. ábra. A reduktor 672

673 13. ábra. A reduktor másik nézetből Na, ennyi képem lett az alkatrészekről! A visszaalakítás nekem - gyakorlat nélkül - kb. 3 óra volt. Műszaki előtt érdemes. Felelősséget nem vállalok a leírtakért, mindenki csak utánajárással és a saját felelősségére álljon neki a munkálatoknak a szigorú biztonsági előírások betartása mellett! Sok sikert mindenkinek a barkácsoláshoz!" 673

674 Krisztián hidrogén meghajtású kismotorja Krisztián a kismotorját egy saját készítésű vízbontóról hajtotta meg. A vízbontómban öt lemezt használtam egy csomagban és négy csomagom volt. Párhuzamosan voltak kötve, de én úgy terveztem, hogy ha sok gáz termelődik, akkor egy vagy két csomagot lekapcsolok. Erre azonban nem került sor. A "csomagok" a következőképpen néznek ki. 1. ábra. A 4 * 5 lemez "csomag" A lemezek párhuzamosan voltak kötve, három negatív és két pozitív lemez volt, ami így jött ki , mert én a negatívat az egyik oldalról bevezettem, és végig vezettem. Hátul látszik a saválló kettes huzal. Minden szélső negatív! 674

675 2. ábra. A csatlakozások közelebbről A lemezek méretei: 5 mm vastag, 5 cm széles és 15 cm hosszúak, 1 mm-es hézagokkal. A csavarok fémek, de műanyag benzincsövet húztam rájuk szigetelésnek. Nem volt egyszerű, mert kicsit szűket vettem, tehát melegítettem picit, hogy rácsússzon. Hézagolónak műanyag alátéteket használtam, 1 miliset, de azok sem voltak igazán egyformák. Nagyon stabil volt az egész, hátul a hozaganyagok, elöl meg a saválló csavarok tartották. A csavarokat is hegesztettem. A kép ne tévesszen meg, alulra nem kötöttem semmit, csak át volt csavarodva az elektrolizáló körül, mikor fotóztam. Az elektrolizáló fedelén a pólus csavarokat gumi gyűrűvel láttam el, így tömítettek és kifogástalanul bevált. A szélén is használtam csavarokat a leendő nyomás miatt, alatta meg gumi volt körbe. 675

676 3. ábra. A vízbontó készülék és a buborékoztató 4. ábra. A vízbontó a nyomásmérővel A motor 49 cm 3 -es Yamaha kisrobogó volt, nem tudom hány éves, de nem mai csirke. Nem mértem a gázfejlődés nagyságát, de többször csináltam lufi tesztet Amper volt a vízbontó fogyasztása. 676

677 5. ábra. A vízbontó, akkumulátor, akkutöltő és a motor A sárga az egy 220-as buborékoztató, a szürke az akksitöltő, jobbra meg a moci látható. Szóval, felmelegítettem a motort, járattam kicsit, aztán kijárattam belőle a benzint is, minden cseppjét. A karburátorra közvetlenül rákötöttem az elektrolizáló kimenő csonkját, ráadtam az áramot az elektrolizálóra és kb másodperc múlva indítottam. Be is indult vele a moci, járattam kb. 1-2 percet, de hallottam, hogy nincs elég gázhozam, meg le is állt. Szóltam a cimbinek (szomszédom), hogy sasolja meg a működést. Megint ráadtam az áramot, vártam kicsit és indítottam. Csak el-elkapdosta, pöfögött 4-5 robbanásnyit, aztán leállt. Rájöttem, hogy lemerült az akksi, már hatodik éves. Kihoztam a töltőt és egyből jobban jött a gáz. Közben a sok indítózástól lemerült a kismotorban lévő is. Ez vadi új, amúgy jól bírja. Ekkor a vízbontóm felrobbant. Szerintem mivel volt gáz rendesen, a kismotort meg nem igazán gyors ütemben tekerte az önindító, ezért visszavágta a dugattyút és a karburátorban robbant! És hát szabad útja volt az elektrolizálóig, ahol meg sok gáz volt. Erre a teóriára gondoltam, mert régebben jártam így a Ladámmal is, csak ott benzinnel. Nem sérült meg senki, de a szomszédasszony átkiabált, hogy minden oké-e. Nagyot szólt, meg volt füstszerű köd is, de szaga nem volt. 677

678 Be kell építenem egy visszacsapó szelepet is, de ezt majd a másik elektrolizálónál. Fő a leleményesség, egyszerűség! 678

679 Durranógázzal dúsított üzemanyag Pilly a vízbontással végzett pár egyszerű kísérletet. A keletkezett hidrogén gázt a benzin-levegő keverékhez adagolta. Pilly a kísérleteiről a következőket írta: 1. ábra. Az autó "Elektródának saválló Perforált lemezt használtam. Ennek a közlekedő edényes kísérletnek, melyet kannákból építettem össze, csak annyi a lényege, hogy szemléltesse azt, hogy a keletkezett hidrogén túlnyomása az egyik kannából átnyomja a másik kannába a vizet, mely folyamattal egyidejűleg megszűnik az elektrolízis, azért, mert ilyenkor a vízszint olyan alacsony, hogy nem ér bele az elektróda. 679

680 2. ábra. A közlekedő edények A gyűjtőkanna kivezető csövét a légszűrőre szerelt kis turbómotor elé helyeztem. 3. ábra. A légszűrőre szerelt turbómotor Bedugtam a gyűjtőkanna kivezető csövének a végét és vártam több mint két óra hosszát, mire a vízszint egy centiméterrel csökkent. Eközben a motor alapjáraton járt benzines üzemmódban. 680

681 Kivettem a dugót a csőből és azt tapasztaltam, hogy az alapjárat megnövekedett. A normál alapjárat ennél az autónál 800/perc, a hidrogén gáz hatására viszont a motor kb másodpercig 1500-as fordulatszámon pörgött. Már terveztem egy másik elektrolizátort. Próbálkozok tovább!" 681

682 Laci biogázos kísérletei A vízautó témakörhöz raktam Laci biogázos kísérletét, mivel a keletkezett gáz nagy valószínűséggel túlnyomórészt hidrogén. Laci kísérleteinek eredményeit olvashatod a következő sorokban. "Mivel szeretek meggyőződni a gyakorlatban is a különböző alternatív energiaforrások felhasználásáról, most a biogázt teszteltem. Az Interneten utánanéztem a témának és nekiláttam a saját fejlesztőm összeszerelésének. Valahol olvastam, hogy a használt étolaj üledékének nagy az energia tartalma. Összegyűjtöttem kb. 5 liternyi olajos üledéket, belettem egy 30 literes csattal légmentesen zárható műanyaghordóba, hozzáöntöttem ugyanennyi esővizet, és annyi nátrium-hidroxidot, hogy a ph-ja 7 fölött legyen (a kálium-hidroxid környezetbarátabb). 1. ábra. A három tartály 682

683 2. ábra. A tartályok összeszerelve A hordó tetejét kifúrtam és 10-es rozsdamentes csövet szereltem rá gázkivezetésnek, a rögzítést mosdó csaptelepek bekötéséhez használt alkatrészekkel végeztem el. 683

684 3. ábra. Az erjesztő tartály fedele a kivezető csővel. 4. ábra. Az erjesztő gázkivezető csöve A csőre ráhúztam egy 8-as átlátszó PVC csövet és összekötöttem a gázgyűjtő tartállyal. A gázgyűjtő egy 50 l-es műanyag hordó, melynek lefűrészeltem a tetejét, aljába becsavartam egy 1/2 "-os T elágazót, ebbe pedig egy 1/2"-os vízcsapot. A kifolyóra egy tömlőcsatlakozót, a T középső részébe egy 8-as szűkítőt szereltem (az OBI-ban a pneumatikus alkatrészeknél kapható). A meneteknél a vízszerelésnél használatos teflon szigetelőszalagot használtam. 684

685 5. ábra. A gázgyűjtő belülről a kivezető csappal 6. ábra. A vízcsap a gázgyűjtő tetején 7. ábra. A gázgyűjtő tartály Lomtalanításkor szereztem egy 80 literes vízbojler tartályt, beragasztottam az alját és megtöltöttem vízzel. 685

686 8. ábra. A víztartály felülről Belenyomtam a gázgyűjtő tartályt, miután kinyitottam a csapját. Mikor teljesen megtelt vízzel, elzártam a csapot és vártam, hogy kiemelkedjen a vízből a gáz hatására. 9. ábra. A gázgyűjtő tartály üresen a víztartályban. Kb. 10 nap telt el, mikor hirtelen kiemelkedett a hordó a vízből. 686

687 10. ábra. A beindult gáztermelés Szeptemberi napsütés volt minden nap 20 fok körüli hőmérséklettel. A csapra ráhúztam egy 10-es átlátszó PVC csövet és összekötöttem egy kiszuperált kemping gázégővel. Meggyújtottam egy gyufát, odatettem az égőfejhez, és lassan kinyitottam a gáztartályon lévő csapot. Éreztem, hogy jön a gáz és fújja a lángot, de nem akart begyulladni az égőfej. 11. ábra. A gázégő a reduktorral és a visszacsapó szeleppel Ezt 5-6 napon át eljátszottam és arra gondoltam, hogy éghetetlen gázt termeltem. 687

688 Egyszer később értem rá és már sötétedet, amikor próbáltam begyújtani megint a megtermelt gázt. Csodák csodájára azt látom, hogy gyönyörű halványkék lánggal ég a gázégő. Nagy volt az örömöm! Annyira tökéletes az égés, hogy nappal nem látni a lángot, a kezemet fölérakva lehet csak érzékelni, hogy begyulladt. Lehet, hogy tiszta hidrogént termeltem? Naponta l gáz termelődött, a hordó súlya adta a nyomást, és ezzel 3-4 percig működött az égőfej. A kis reduktort később raktam be, mely visszacsapó szelep is egyben, de nem igazán tudtam szabályozni vele az égést, sötétben még kísérleteznem kell vele. A méreteket növelve egyéb szerves anyagokkal töltve ajánlom a kísérletezést másoknak is! MŰKÖDIK!" Vferi gőzfejlesztő készüléke Vferi készített egy egyszerű gőzfejlesztő szerkezetet, mellyel ki lehet próbálni a gőz-befecskendezéses benzinmotor üzemi tulajdonságait, de ez természetesen a vízautónál is alkalmazható. Az elkészítéséhez felhasznált anyagok: 1 literes üres Hamerite hígítós fémdoboz, de jó más hasonló méretű, forrasztható fémtartály, ami minimum 1 literes, mert a forrásban levő víz fölött lennie kell legalább 7-8 cm magas térnek a felfröccsenő vízcseppek miatt. 688

689 220 Volt 250 Wattos merülő forraló. Én egy régi orosz típust használtam fel amit a lengyelpiacon vettem még 10 éve. Kételemes sorkapocs a bekötéshez. Hőmérő és réz csaptelep-hosszabbító, ami a hőmérő menetes részére csavarható, teflonszalag a tömítéshez. Ezeket vízszerelési boltban lehet megvenni. 21 cm hosszú 110 mm átmérőjű PVC lefolyócső és 2 db hozzá való záródugó. 6 db 3,5x9 mm D-fejű lemezcsavar Háztartási alufólia. 5-7 mm vastag Polifoam hőszigetelő szivacs. Én egy régi napozószőnyeget aprítottam fel a célra. A doboz szájába illeszkedő gumidugó. Borászati boltban kapható. Akvárium ragasztó szilikon. Ez a klasszikus sziloplaszt tubusban van, ami egy kézi pisztollyal kinyomható. Fontos hogy erre a célra csak az akváriumragasztó típus a jó, mert ez igen jól tapad és hőálló. 1.ábra. A gőzgenerátor alkatrészei Az elkészítés: A fényképen látható módon ki kell vágni a hígítós doboz oldalát. Én a kör alakú lyukat fúróval, a téglalap alakút pedig tapétavágó késsel készítettem. A téglalap alakú nyílásba a merülőforralónak bedughatónak kell lennie. 689

690 2.ábra. A hígítós doboz a nyílásokkal A fémet a nyílások körül meg kell csiszolni fém-tisztára és forrasztópákával be kell ónozni. A csaptelep-hosszabbító dobozhoz csatlakozó végét szintén meg kell csiszolni és beónozni. A merülőforralóról le kell szerelni az eredeti kábelt. Konzervdobozból le kell vágni egy akkora méretű lemezdarabot, ami a téglalap alakú nyílásnál oldalanként kb. 3 mm-rel nagyobb. Ez lesz az a fedőlemez, amibe a merülőforralót felszereljük és a ragasztó megszáradása után (ez kb. 2 nap) a dobozra forrasztjuk. A lemezen két furatot kell készíteni a merülőforraló számára, amiken a forraló szárait átdugva a lemez mindkét oldalán az akvárium ragasztóval bőségesen bekenve rögzíthetjük. A ragasztás előtt a lemezt a doboz oldalához kell illeszteni, meghajlítani a doboz görbületének megfelelően. 690

691 3.ábra. A vezetékektől megfosztott merülőforraló az illesztő lemezzel A 110 mm átmérőjű PVC csőből 21 cm hosszúságú darabot kell levágni. (Ez természetesen a Hamerite hígítós dobozhoz való méret, más méretű doboz esetén változik) Hő légfúvóval, vagy gázláng fölött a cső végeit fel kell melegíteni a felpuhult állapot eléréséig és a záródugókat bele kell dugni. Miután kihűlt, a dugók kissé megszorulnak, de el lehet őket távolítani, ha kell. Mindkét dugót 120 fokonként egy-egy lemezcsavarral rögzíteni kell a csőhöz. A csavarokat közvetlenül a cső végének közelében kell elhelyezni, hogy a doboz alatti és fölötti szigetelő polifoamba kerüljön. A felső dugót ki kell venni és nyílást kell rá vágni a doboz szájának megfelelő méretben. A cső palástján ki kell vágni egy álló téglalap alakú nyílást a hőmérő és a fűtőbetét beszereléséhez. Polifoamból ki kell vágni a képen látható tárcsákat, kettőt a tartály alá, négyet pedig a felső részhez. A felső tárcsákra a doboz nyakának megfelelő nyílásokat kell kivágni. Le kell vágni a doboz palástjának befedésére szolgáló téglalap alakú lapot is. A dobozt körül kell tekerni egy réteg alufóliával - a fényesebb fele a doboz felé nézzen - majd a polifoam réteg kerül a palástra, amit ragasztószalaggal kell rögzíteni, majd még egy réteg alufólia következik. A PVC csőben már benne van az alsó záródugó és a dugó belsejében a két darab polifoam tárcsa. Ezután a leírtak szerint a hőszigetelt hígítós dobozt kell behelyezni a csőbe, úgy, hogy a cső kivágott oldala a tartály hőmérő és fűtőtest számára kivágott nyílásaihoz kerüljön. A tartály behelyezése után a felső polifoam szigetelés gyűrűi következnek, végül a felső záródugó. A szigetelést a hőmérő és a fűtőtest beszerelési helyén ki kell vágni, majd a csaptelep-hosszabbítót és a fűtőtestet forrasztással kell a tartályhoz rögzíteni. A hőmérő menetes részét teflonszalaggal kell tömíteni és a csaptelep-hosszabbítóba behajtani. A fűtőtest elektromos kivezetéseihez sor-kapoccsal kerül csatlakoztatásra a merülőforraló korábban leszerelt vezetéke. A tartály nyílásába gumidugón keresztül lehet a gőz kivezető csövet illeszteni. 691

692 4.ábra. A kész gőzfejlesztő készülék A gőzfejlesztő használata: A tartályt kb. 2/3-áig kell vízzel feltölteni. 230 Volton kb. 10 perc alatt melegíti fel forrásig a vizet. Ezután tótoiddal vagy tirisztoros szabályozóval a feszültséget a gőzszükségletnek megfelelő értékre kell állítani. Az elkészült eszköz 160 Volton 5 perc alatt 30 g vizet párologtatott el. FONTOS BIZTONSÁGTECHNIKAI ELŐÍRÁSOK: A berendezést mindenki csak saját felelősségére építse meg és használja. Mivel a 230 Voltos csatlakozás részben fedetlen, ezért feltétlenül ajánlott a ház elektromos hálózatába Firelé (érintésvédelmi relé) beiktatása. A tartály nyílásához csak gumidugós illesztéssel szabad a kivezető csövet csatlakoztatni, mert így a gumidugó a cső esetleges eldugulása esetén biztonsági szelepként is szolgál, nem robban fel a tartály, csak nagyot pukkanva kirepül a dugó. 692

693 Laci oxigénszondás kísérlete Laci megépítette azt az itt bemutatott elektronikát, mely az autó fedélzeti számítógépét volt hivatott "megtéveszteni" úgy, hogy az oxigénszonda, vagy más néven lambdaszonda kimeneti jeleit kissé megváltoztatta. Ez lehetővé tette a vízbefecskendezést, s közben a motor nem állt le. A "kísérleti nyúl" szerepét Laci Citroën Berlingo-ja töltötte be. A kísérlet kezdetén egy kicsit játszani kellett az elektronikával. Erről Laci a következőket írta: "Az áramkörben apróbb módosításokat kellett végrehajtanom a megfelelő működéshez. Ezek a következők voltak: A VR1 trimerpotit 50 K -ra cseréltem, mert nem tudtam kivezérelni mind a 10 LED-et. ( A kimenetekre LED-eket kötöttem, hogy lássam menetközben a szonda működését). A VR2 helyére bekötöttem egy 8,2 K -os ellenállást - a LED pozitív oldalára - utána pedig egy 4,7 K -os trimerpotit. Ezzel a megoldással 8 mv-648 mv között tudtam pontosan szabályozni a computer felé a kimenő feszültséget. A bejövő táp pozitív ágába raktam egy védődiódát (1N 4007), mert véletlen felcseréltem a vezetékeket és elszállt az IC. Szűrésnek még betettem egy 100 nf-os kondit a 10 mikrós mellé. A 3,9 M -os ellenállás helyett 3,6 M -osat raktam és a C3-as kondit 3,3 mikrósra cseréltem, de még ez is kevés volt, mert kb. 10 másodperc után bekapcsolta az áramkört. Ezzel nem kísérleteztem tovább, mert a bemeneten lévő kapcsolóval bármikor ki-be tudtam kapcsolni menetközben is, hogy megfigyeljem a változásokat. Miután elvágtam a lambdaszonda fekete vezetékét (4 vezetékes szonda) rácsatlakoztattam az elektronikára. 693

694 Most már nem volt probléma az autóval, tovább működött." 1. ábra. A megépített elektronika "Az 50 K -os trimert úgy állítottam be, hogy maximális szondafeszültségnél az összes LED világítson. Az IC 17. lábáról vezéreltem a kimenetet. Mikor folyamatosan nyomtam a gázt, az összes LED világított. Városi közlekedésnél volt az, hogy folyamatosan változott a kivezérlés, de az autó jól működött. 694

695 2. ábra. Az elektronika be lett kötve az autóba A kimeneti feszültséget 100 mv-ra állítottam és ellenőriztem a fogyasztást 400 kmes út után. Sajnos a fogyasztás nem csökkent, ugyanannyi volt mint működő szondával. Beállítottam 8 mv-ra, de az eredmény ugyanaz lett, s 250 mv-nál sem változott. " 695

696 3. ábra. Az oxigénszonda csatlakoztatása "Ezek után feltekertem egy 3 m hosszú 5x1 mm-es lágy rézcsövet a kipufogócsonkra." 4. ábra. A kipufogócsonkra feltekert rézcső "A szívócsonk felőli oldalra szigetelésnek és csatlakozásnak ráhúztam egy 50 cm hosszú és 6 mm átmérőjű vastag falú üzemanyagcsövet. Egy bilinccsel rászorítottam a rézcsőre, hogy ne szívjon mellette levegőt a motor. A rézcső és a víztartály közé betettem egy mágnes-szelepet, melyet a műszerfalon lévő kapcsolóval nyitottam. A víztartályban egy akvárium levegőszabályzón át csatlakozott a mágnes-szelepre egy 5 mm-es infúziós cső, a másik végén egy 8 mm-es PVC csővel." 696

697 5. ábra. A mágnes-szelep és a szigetelt rézcső "A levegőszabályzó egyik oldalára - a szabályzócsavar alá - fúrtam egy 1 mm-es lyukat, így a motor által keltett vákuum felszívta a vizet és porlasztva került a forró rézcsőbe. A szabályzócsavarral sajnos nem lehetett pontosan beállítani a felszívni kívánt víz mennyiségét, ezért különböző átmérőjű injekciós tűket használtam fúvókának." 697

698 6. ábra. A fúvókának használt injekciós tűk Ezekkel az alábbi eredményeket kaptam: Átmérő Víz 0,4 mm 2,5 ml/perc 0,5 mm 7,0 ml/perc 0,6 mm 14,0 ml/perc 0,7 mm 26,0 ml/perc 0,9 mm 38,0 ml/perc 1,2 mm 62,0 ml/perc 1. táblázat. A "fúvókák" átmérője és a percenként beszívott vízmennyiség "Tapasztalat: 125 km/h-s sebességnél 0,7 mm-es fúvókánál 400 km után a fogyasztás ugyanannyi, mint működő szondánál, nincs megtakarítás. 0,4 mm-es fúvókánál sem csökkent a fogyasztás. 698

699 A kipufogón szép fehér vízpára pöfög ki. Alapjáraton vízcseppek is megjelennek, a motor darabosabban jár, dízeles hangja lesz, de nem áll le a legnagyobb fúvókánál sem. Egy autószerelővel konzultáltam, aki azt mondta, hogy a szonda mellett a légtömegmérőt, a fojtószelep érzékelőjét is be kellene csapni, de a computert is át kellene programozni. Ezekre már nem vállalkozom. Ajánlom régi, porlasztós motoron a kipróbálást, biztos több sikert lehet vele elérni. Köszönöm Triznyaknak az autószereléssel kapcsolatos tanácsait! " Laci kísérleteiből azt már tudjuk, hogy meg lehet oldani az érzékelők kimeneteinek manipulálását, tehát ez nem lehetetlen feladat. Mint feljebb láttuk, van már egy olyan bizonyítottan működő elektronikánk, ami az oxigénszonda kimeneti jeleit módosítja. Ez az út tehát járható. Azonban az is megfontolandó, hogy a vízautónál a számítógépet valószínűleg teljesen ki is kell majd hagynunk. Laci akkumulátoros kísérletei Mivel az akkumulátorok jelentős összegbe kerülnek, ezért Laci elkezdett kísérletezni a házi készítésű akkumulátorokkal. Az eredményeit itt olvashatod. 1.Kísérletsor Laci a következő fémekkel kísérletezett: Réz 699

700 Alumínium Rozsdamentes vas Magnézium Az elektrolitok a következők voltak: 10%-os foszforsav 1 %-os kálilúg (KOH) Az elektródák felületei kicsik voltak, az elektrolitba körülbelül 5 cm-re merültek bele. Az alumínium elektróda egy 10 mm széles függöny-sínből készült, a rézelektróda pedig egy 19 mm-es (3/4 collos) csőcsatlakozóból. Az elektrolit mennyisége 2 dl volt. 1.ábra. A mérések egy részénél használt eszközök A kísérletek eredményeit a következő táblázat mutatja: Elektrolit Elektróda 1 Elektróda 2 Feszültség Áram 10%-os foszforsav Réz Alumínium 0,86 V 13 ma 1 %-os kálilúg Réz Alumínium 1,10 V 42 ma 1 %-os kálilúg Rozsdam. vas Alumínium 1,10 V 42 ma 700

701 1 %-os kálilúg Rozsdam. vas Réz 0,00 V 0 ma 1 %-os kálilúg Réz Magnézium 0,00 V 0 ma 1. táblázat. Az első kísérletsor eredményei Megjegyzések: Az 1 %-os kálilúgban a Réz-alumínium páros először 80mA körüli áramot produkált, de ez folyamatosan csökkent és 42 ma körül stabilizálódott. Az alumíniumon hidrogénfejlődés volt látható Laci kísérletei egyértelműen bemutatják, hogy házilag is lehet készíteni akkumulátorokat. Első ránézésre nem tűnik soknak sem a feszültség, sem pedig az áramerősség. Viszont ha ugyanazt a módszert alkalmazzuk, amit a bolti akkumulátoroknál, vagyis a cellákat sorosan összekapcsoljuk a feszültség növelésére, a soros cellákat pedig párhuzamosan az áramerősség növelésére, akkor már rendelkezésünkre áll a kívánt teljesítmény. Ha pl. az 1 %-os kálilúgban lévő Réz-alumínium elektróda-párost használjuk, akkor 11 db cella sorba kötésével az akkumulátorunk feszültsége 11 * 1,1 = 12,1 V lesz, az áramerőssége viszont még 42 ma marad. Ezt megnövelendő kössünk össze az előbbi 11 darabos cellasorból 25 db-ot, így az áramerősség 25 * 42 = 1050 ma = 1,05 A-ra növekszik. A 12 V és 1 A elérésére tehát 11 * 25 = 275 db cellát kell készíteni. Ez a cellaszám jelentősen lecsökkenhet, ha az elektródák felületét megnöveljük. 2.Kísérletsor Ebben a kísérletsorban az elektródák a következők voltak: A nagyobbik henger egy félliteres alumínium sörös doboz 65x155 mm. Ez volt a (-) elektróda. Ebben van egy 50x155 mm-es rozsdamentes vas cső. Ez volt a (+) elektróda. A szigetelő a két cső között egy orvosságos műanyag doboz alja, ebbe lett beleállítva a belső cső. 701

702 Elektrolit: clorox oldat 1 %-os kálilúg (KOH) 2. ábra. A 2. kísérletsorhoz használt eszközök Kb. 5 perccel a feltöltés után érte el a maximális feszültséget az elem, nagyjából a feléről indult és fokozatosan emelkedett. Az áramerősség a duplájáról indult és fokozatosan csökkent, pár perc után viszont az alábbi értékeken stabilizálódott. A feszültséget és az áramerősséget Laci direktben mérte, közvetlen rákacsolódva az elektródákra. A mérési eredményeket a 2. táblázatban láthatod. ( Az 1 %-os elektrolit pl. 500 ml vízből és 5 ml clorox-ból állt.) Elektrolit Feszültség Áram Csapvíz 0,20 V 0,1 A 1 %-os cloroxos víz 0,70 V 100 A 2 %-os cloroxos víz 1,00 V 112 A 3 %-os cloroxos víz 1,18 V 140 A 4 %-os cloroxos víz 1,20 V 430 A 702

703 5 %-os cloroxos víz 1,18 V 600 A 6 %-os cloroxos víz 1,15 V 677 A 7 %-os cloroxos víz 1,16 V 748 A 8 %-os cloroxos víz 1,18 V 764 A 9 %-os cloroxos víz 1,14 V 780 A 10 %-os cloroxos víz 1,14 V 655 A 100 %-os cloroxos víz 0,75 V 4700 A 1 %-os KOH 1,2 V 3200 A 2. táblázat. A második kísérletsor eredményei 3.ábra. Az elektrolit majdnem teljesen ellepte az elektródákat 703

704 4.ábra. Mérés közben... Laci az 5%-os kísérletet megismételte 1 óra múlva és meglepődve látta, hogy a feszültség 1,3 V-ra nőtt, az áramerősség pedig 700 A-ra. Mikor rövidzár mellett mérte az áramerősséget, a feszültség lecsökkent kb. 200 mv-ra. Miután elvette a műszert, a feszültség elkezdett újra nőni. 5.ábra. 60 perc múlva 704

705 Érdemes megfigyelni, milyen nagy eltérések mutatkoztak, mikor az elektródák alakja megváltozott. Az első kísérletsornál a rozsdamentes vas-alumínium kombinációval 1,10 V-ot és 42 ma-t kaptunk, míg a második kísérletsornál 1,20 V-ot és csak 3,2 ma-t. Az elektrolit mindkét esetben 1 %-os KOH volt. Egy harmadik kombinációban 1%-os KOH-ba 4 cm-re merül bele az alumínium függönysín, rozsdamentes edényben, a szigetelő műanyag orvosságos doboz alja. Jól látható a hidrogénpezsgés az alumínium rúdnál. Az eredmény: 1,46 V és 19 ma. 6.ábra. Rozsdamentes edényben az alumínium függönysín 3. Kísérlet A következő kísérlet ezzel a kadmium-nikkel lúgos akkumulátorral lenne. Laci már vagy hússzor kimosta, öntött bele fél liter tömény foszforsavat, hogy közömbösítse a lúgmaradékot, rövidre zárta, hogy lemerítse, de még mindig, ha csapvizet önt bele 1,25 V-ot és 8 A-t mér. 705

706 7.ábra. Kadmium-nikkel lúgos akkumulátor Az egyik olvasó, Misi, a következőket írta az akkumulátorok lenullázásáról: "A Nikkel-kadmium akkumulátor ügyében írok. Arra kérsz valakit, hogy írja meg Neked hogyan lehet "lenullázni" az akkut. Szerintem ha desztillált vízzel töltöd fel, akkor 0 V lesz a kimeneti feszültsége. Minden egyéb esetben (a csapvíz is ilyen) az elektrolit segítségével a két fém között potenciálkülönbség jön létre. Ez így történik, ha réz-cink galvánelemet készítünk, függetlenül attól, hogy a földbe dugjuk az elektródákat vagy esetleg depolarizátorral kiegészítve ceruzaelemet készítünk belőle. A depolarizátor azért kell, hogy a kémiai folyamatban keletkező hidrogén molekulákat megkösse, mert különben ez az elektródákon kiválik és elszigeteli az elektródákat az elektrolittól (csökken az áramerősség). A galvánelemünk mindaddig működik, amíg az egyik elektród el nem fogy. A Nikkel-kadmium akkumulátor attól lesz akkumulátor, ha 706

707 olyan elektrolitot használunk, hogy a kémiai folyamat megfordítható, így az elektróda soha nem fogy el." Szilícium előállítása A napelemek félvezetőkből állnak, félvezetőt pedig például szilíciumból lehet készíteni. A szilícium nagy mennyiségben található a természetben SiO2, azaz homok formájában. Gábor ezen az oldalon elmondja, hogyan lehet a homokból tiszta szilíciumot előállítani. Elemi szilícium előállítására a következő reakciót használhatjuk: SiO2 + 2 Mg = 2 MgO + Si E reakciót a következő folyamatok kísérik: 2 Mg + Si = Mg2Si 3 Mg + N2 = Mg3N2 A kísérletet virágcserépben hajtjuk végre, melynek alsó nyílását cserépdarabbal befedjük. 4 g finom SiO2- és 6 g Mg-porból keveréket készítünk s azt a virágcserépbe töltjük. Közepébe lyukat fúrunk és ebbe 6-8 cm hosszú magnéziumszalagot szúrunk. A cserepet azbeszthálón vasháromlábra tesszük és a Mg-szalag végét Bunsen-égő lángjával meggyújtjuk. Az égő Mg heves tűztünemény kíséretében megindítja a reakciót. Lehűlés után a terméket porcelánmozsárban jól eldörzsöljük, és nagy főzőpohárba öntjük. 100 cm3 desztillált víz és 100 cm3 tömény HCl elegyével leöntjük. A sav hatására a Mg2Si és Mg3N2 az alábbi egyenletek szerint reagál: Mg2Si + 4 HCl = SiH4 + 2 MgCl2 707

708 Mg3N2 + 8 HCl = 2 NH4Cl + 3 MgCl2 A SiH4 a levegőn azonnal meggyullad és SiO2-dá ég el, miközben fehér füst jelenik meg és kis pukkanásokat hallunk. Visszamarad a barna színű amorf szilícium, melyet szívótölcséren leszívunk, a szűrőn híg sósavval mossuk, majd megszárítjuk. Kísérletek a hidrogén elégetésével A hidrogén elégetésével végzett sikeres és biztonságos kísérleteket Krisztián. A következő sorokban a készülék elkészítéséről olvashattok. A készülék két fő részből áll. Ezt mutatja a következő ábra. 1. ábra. A készülék felépítése Az egész készülék savállóból van. Két csövet tartalmaz: a külső 110 mm átmérőjű, 2-es falú, 34 cm hosszú, a belső 89-es, ez is 2-es falú, 30 cm hosszú. 708

709 2. ábra. A vízbontó külső és belső csöve A szűrőt három darabból raktam össze. Az egyik része egy felső karimás darab, amit a virág nagykerekben lehet kapni (nem tudom mi a neve), de a kúpos végét levágtam. Vettem a Baumaxban 100-as műanyag 2-es falú csövet, ezt is levágtam 32 cm-re, majd összeragasztottam műanyag ragasztóval a karimát és a műanyag csődarabot (ez a szűrő). 3. ábra. A szűrő felső karimás része 709

710 4. ábra. "...összeragasztottam műanyag ragasztóval a karimát és a műanyag csődarabot" Vágtam rá flexel ablakokat, de középen, a karima alatt hagytam egy 4 cm magasságú "gyűrűt" a jobb tartás érdekében. Ezalatt kezdődnek az ablakok, melyek fontosak a gázok miatt. 5. ábra. A kész szűrő 710

711 6. ábra. A szűrő, a külső cső és a karimás belső cső Felül gyűlnek össze a gázok és a szűrőn keresztül összetudnának keveredni, ha nem lenne ott is elválasztva a két gáz (erről Tiborral beszélgettük). Az elválasztást egy csomagoló anyaggal oldottam meg, amit megint csak a virág nagykerből szereztem. Ez nehezen szakad, nagyon sűrű, nagyon vékony, de átengedi a vizet. Ha valakinek kellene, akkor 40 cm széles, 10 méter hosszú kiszerelésben árulják Ft körül van az ára, ez alapján már tudja az eladó, hogy mi is az. Ebből vágtam annyit, hogy kétszeresen át tudjam tekerni a szűrő betéten. Ezt is megragasztottam műanyag ragasztóval, főleg a tetejére és az aljára figyeltem, valamint a befejezésnél végig. A saválló csöveket lefenekeltem, karimát hegesztettem rájuk a műanyag karima méretéhez igazítva. A nagyobbik cső tetejére és aljára kis átmérőjű csöveket hegesztettem kívülről, oldalról. A felsőn az oxigén távozik, az alsó a vízutánpótlásról gondoskodik. 711

712 7. ábra. A szűrő a belső csőbe lett helyezve 8. ábra. A szűrő a belső csőben (felülnézetben) A belső csőnek a belső oldalára hegesztettem egy kis csövet, itt távozik a hidrogén. A karimákat a 6-os MŰANYAG csavarok részére flexel bevagdostam 8 helyen, ez is beszerezhető a Baumaxtól. Autógumi belsőből van a tömítése, de nem vastagból. Az egyik a külső cső karimája és a szűrő karimája közé, a másik a szűrő karima és a belső cső karimája közé lett helyezve. Használtam egy kis fugaszilt a biztos tömítés miatt és a műanyag csavarokkal összehúztam őket. 712

713 9. ábra. A 8 darab műanyag csavar (felülnézetben) 10. ábra. A 8 darab műanyag csavar (oldalnézetben) 3 db flakon kell: a hidrogén vízzárnak, az oxigén vízzárnak és 713

714 a kiegyenlítő tartálynak A két oldalt egyenlően kell terhelni, ezért 2 db injekciós tűt kell használnunk az oxigénhez és a hidrogénhez, különben a nyomáskülönbség miatt össze tudnak keveredni a gázok és ez nem igazán lenne jó, ki tudja merre repülne a tű. A víz nem közönséges csapvíz, mivel a két cső közötti nagy, 2 cm-es átmérő különbség miatt muszáj voltam egy kis szódabikarbónát szórni bele. Ezért sárga a hidrogén lángja. A szódabikarbóna Farkas ötlete volt, így fel tudtam vetetni a vízbontóval 25 A-t. Amúgy 1 A körülit vett fel a közönséges csapvíznél. De ha már a témánál vagyunk, területenként változik a víz vezetőképessége, ezt tapasztaltuk! Pl. a pesti víz jobban vezeti az áramot, itt alapból felvenne vagy 4 A-t. A kiegyenlítőn keresztül feltöltöttem az elektrolizálót, beindítottam a bontót és vártam kb. 3 percet. Ennyi idő elég, hogy kitisztuljanak a gázok, azaz hogy ne maradjon oxigén a H oldalon. Közben a kiegyenlítőben 5-7 cm-rel megemelkedett a vízszint, mivel a gázok visszaszorították a vizet, azaz nyomáskiegyenlítés jött létre. Ez azért van így, mert ellenállása van a flakonban lévő víznek, ezért nem tud könnyen távozni a gáz. Ezután viszont már nyugodtan meggyújthattam a hidrogén oldali vízzáros flakonon kiömlő tűn keresztül átfolyó gázt. A kísérletem során rájöttem, hogy több gáz jön, mint ami látszik, mivel indulásnál a kiegyenlítő félig volt vízzel, de 8 perc múlva már folyt ki a tetején a víz, ami szerintem annyit jelent, hogy nőtt a nyomás az elektrolizálóban, több gáz gyülemlett fel benne, ami visszaszorította a vizet a kiegyenlítő tartályba. A gáz nem tudott olyan gyorsan távozni a tűn keresztül. Ezt később megoldom, és majd megpróbálom beindítani vele a kisrobogót. Az elektrolizálót úgy terveztem, hogy a közepe üres legyen, így vízzel tudom nyáron hűteni, télen pedig fűteni. A kísérlet közben még nem alkalmaztam ezt a módszert, mert nem tudtam, hogy mennyire fog melegedni az elektrolizáló. Azt tapasztaltam viszont, hogy az melegedett, de az említett módszerrel tudom majd hűteni. Még egy megjegyzés: mikor kicsi volt a nyomás a hidrogén oldalon, akkor látszott, ahogy visszaég a tű. Nem volt láng, csak a tű kezdett el izzani lefelé. 714

715 Ez már veszélyes, a biztonság az első szempont! Laci 300 W-os invertere Az egyik Olvasó, Laci, a napokban olvasta az inverter házilag történő megépítéséről szóló cikket és kedvet kapott a kipróbálásához. Az alkatrészek beszerzésénél Laci egy kis gondban volt, mivel nem kapott a boltban 2SJ471 és 2SK2956 típusú nagyteljesítményű FET-eket. Azt kérdezte tőlem, hogy lehet-e ezeket valamilyen más típusú FET-ekkel helyettesíteni, mivel a boltban azt mondta az eladó, hogy másik típusokkal esetleg nem fog működni az elektronika. A válasz egyértelműen igen, lehet a FET-eket helyettesíteni, mindössze négy dologra kell odafigyelni: a FET maximális drain áramára (Id), ami nem lehet kisebb az eredeti FET drain áramánál a FET drain és source közötti nyitóirányú ellenállására (Rds), ami minél kisebb annál jobb a FET maximálisan megengedett drain és source közötti feszültségére (Vds), aminek az értéke nem lehet kisebb a helyettesítendő FET Vds feszültségénél A FET csatornájának típusa egyezzen (N vagy P csatornás) Általában még fontos paraméter az a maximális kapcsoló frekvencia, amin a FET még veszteségek nélkül is üzemel, bár itt az invertereknél ez nem lényeges szempont, mivel csak 50 Hz körüli a frekvencia. Ezen ismeretekkel felvértezve Laci a 2SK2956 típus helyett az IRF3205-öt, míg a 2SJ471 helyett az IRF5210-et használta. A többi alkatrész megegyezett az itt közölt kapcsolásban megadottakkal. 715

716 1. ábra. A megépített elektronika 2. ábra. Az elektronika és a hűtőbordára szerelt FET-ek A kapcsolás nagyszerűen működött, a kimeneti feszültséggel azonban voltak kisebb gondok. Erről Laci a következőket írta: 716

717 "A kimenő váltakozó feszültség csak max. 210 V-ot ér el, de ha a potmétert lejjebb tekerem, akkor leesik 202 V környékére. Ennek ellenére minden fogyasztót tudtam működtetni róla, pl. egy 37 cm-es TV-t is. Amit tapasztaltam az az volt, hogy bekapcsolás után a TV azonnal kikapcsolt és csak kb. ötödik próbálkozásra maradt bekapcsolva. Ezen kívül még annyit írnék, hogy a trafó, amit használtam 300 W-os." A valamivel alacsonyabb kimeneti feszültség oka a transzformátorban rejlik. Próbáljunk meg olyant beszerezni, aminek a kimeneti feszültsége (normál, tehát nem inverteres üzemmódban) kb. 11 V. Ez azért jobb, mert a trafókat úgy méretezik, hogy a névleges kimeneti feszültségük nagyobb legyen a kívántnál. Ha pl. 12 V-ot írnak, akkor V a kimeneti feszültsége terheletlenül. Ez azt jelenti, hogy N = 220 / 13 = 16,9 és ha erre 12 V-ot kötünk, akkor a 220 V helyett csak 12 * 16,9 = 202,8 V-ot kapunk. Laci többet kapott, ami azt jelenti, hogy a menetszám arányok valamivel jobbak voltak, de nem eléggé. Ebből kiindulva Laci kipróbálta egy olyan transzformátorral is az invertert, aminek a normál üzemmódban megadott névleges kimeneti feszültsége 9 V volt. "Tényleg csak a trafóval volt a probléma. Ki tudtam próbálni egy olyan transzformátort, aminek 9 V névleges kimenő feszültsége van. Persze csak terheletlenül mértem és csak rövid ideig. Az eredmény 262 V, tehát tényleg a nagy menetszám volt a problémám az előző méréseimkor." 717

718 3. ábra. Az inverter elektronikája és transzformátora Itt felmerül egy olyan gondolat is, hogy mi lenne, ha csökkentenénk a trafó kisfeszültségű tekercsének a menetszámát. Ez elméletileg megoldható lenne, de a transzformátorokat általában úgy tekercselik, hogy a kisfeszültségű rész van alul, azaz a vasmaghoz közelebb, így először le kellene szedni a nagyfeszültségű tekercset, majd pedig újból visszatekercselni. Ez nem a legkönnyebb feladat. A másik lehetőség az, hogy a nagyfeszültségű tekercs menetszámát növeljük meg. Ez már kivitelezhetőbb, bár ehhez is szükség van némi szakértelemre. A legfontosabb dolog azonban az, hogy az inverter valóban működik és képes folyamatosan táplálni a háztartási fogyasztókat. 718

719 A BlackLight Folyamat Bevezető A BlackLight Power cég néhány éve kijelentette, hogy olyan működő technológiát dolgozott ki, amely révén több energiát kapnak a rendszer kimenetén, mint amennyit bevezettek. Rendelkeztek az Amerikai Szabadalmi Hivatalnál érvényes szabadalommal is, sőt egy másik szabadalomra is beadták az oltalmi kérelmet! A szakemberek elvégezték a méréseiket és azt kapták, hogy a plusz energia a hidrogén atom összezsugorodása révén keletkezik. A jó hír az, hogy ezt kísérletekkel, mérésekkel és komoly atomszerkezeti elméletekkel is igazolni tudták. A rossz hír az, hogy ez ellenkezett a Kvantum Mechanika érvényben lévő elméleteivel, mivel azt állították, hogy a hidrogén jelenleg ismert alapállapota valójában nem a legalacsonyabb energiaszintű állapot. Mi történik, mikor a tudományban olyan bizonyítékok látnak napvilágot, miszerint a jelenleg elfogadott elméletek hiányosak? Az úttörő tudósokat publikusan sarlatánoknak bélyegzik. A Blacklight Power cég beadott és elfogadott, nyilvánosan meghírdetett szabadalmát az Amerikai Szabadalmi hivatal később visszavonta, a beadott újabb oltalmi kérelmet pedig visszautasították. Ez történt pár éve... Az idők azonban változnak! A szabadalom ismét érvényben van, aki hasznosítani szeretné a BlackLight Folyamatot, az megvásárolhatja a cégtől a liszenszet. A következő oldalon megismerkedhetsz ezzel a sokat vitatott, de kísérletekkel is bizonyított elmélettel. A BlackLight Folyamat ismertetése Az itt következő sorokban a BlackLight Power cég szabadalmát képező BlackLight folyamattal ismerkedhetsz meg. 719

720 A plazma egy forró, fénylő, elektromosan feltöltött gáz. A BlackLight folyamat plazmát hoz létre, mely hőt és fényt bocsát ki, valamint új kémiai vegyületeket hoz létre. 1. ábra. A plazma 1. lépés: A víz elektrolízise A víz a Földön legnagyobb bőségben fellelhető erőforrás és a BlackLight Folyamat üzemanyaga. 2. ábra. A víz a BlackLight Folyamat üzemanyaga A közönséges vizet először hidrogén és oxigén gázokra bontjuk az ismert módszerekkel. Az oxigén gázra nincs szükség a további folyamathoz, ezért azt szabadon engedhetjük. 720

721 3. ábra. A vizet közönséges elektrolízissel hidrogénre és oxigénre bontjuk Az elektrolizáló cella anódjára és katódjára feszültséget adva hidrogén buborékok fejlődnek a katód mentén és oxigén buborékok az anód mentén. Az eredményül kapott reakció képlete a következő: H 2 O => H 2 + 1/2 O 2 2. lépés: Szétválasztás A hidrogén gázt hidrogén atomokra bontjuk az ismert módszerek segítségével: H 2 => 2 H 721

722 4. ábra. A hidrogén molekulát atomjaira bontjuk Azok a hidrogén molekulák, melyek kapcsolatba kerülnek bizonyos felhevített fémekkel (mint például a nikkellel vagy a titániummal) szétesnek atomjaikra. A hidrogén molekulák egy másik lehetséges szétválasztási módja az, hogy nagy energiájú elektronokkal bombázzuk a hidrogén molekulákat, ezáltal azokat energizáljuk és szétválasztjuk. Ezeket a nagy energiájú elektronokat mikrohullámú mezők, rádiófrekvenciás mezők vagy a plazmára kapcsolt feszültség segítségével kaphatjuk meg. 3. lépés: Katalízis A katalizátor a kémiai reakciók azon része, amely a reakció során változatlan marad. A BlackLight folyamatban csak bizonyos atomok és ionok szolgálnak katalizátorként, mint például a kálium atom vagy a strontium ion. A katalizátor elnyeli a hidrogén atom energiáját, miközben a hidrogén összezsugorodik és hidrino atom lesz belőle. A hidrinok sugara a normál hidrogén atom sugarának a fele, harmada, negyede stb. A katalízis folyamatábráját láthatjuk a következő ábrán. 722

723 5. ábra. A katalízis folyamata Egy stabil atom a katalizátornak rezgés útján energiát adhat át anélkül, hogy energiát sugározna ki magából. Ehhez a két anyag elektromos vagy mágneses mezejének többpólusú párosításban kell lennie. Például két hidrogén atom hidrogén molekulává alakulásához arra van szükség, hogy rezgő energiaátvitel során hőt közöljenek egy harmadik testtel. A rezgő energiaátvitel az alapja az ipari foszfor fluoreszkáló fényének. Ha a katalizátor a kálium, akkor az pontosan annyi energiát nyel el, hogy három elektront ionizálhasson, kettőt a 3p elektronpályán, egyet pedig a 4s elektronpályán. 6. ábra. A kálium atom ionizálódása 723

724 A katalizátor (mely ebben az esetben kálium) az elektronokkal plazma állapotban újraegyesül. Ez foton kibocsátással jár, mely a plazmaállapotot kíséri. Ezt követően a katalizátor újra felhasználhatóvá válik. K e - => K + 81,7426 ev 7. ábra. A kálium fénykibocsátás kíséretében egyesül az elektronokkal A káliummal történő energiaközlés utáni pillanatban az atom mezeje négyszer nagyobb. Az elektronok az erős mező hatására befelé gyorsulnak, és vagy fotonként kisugározzák az energiájukat vagy pedig egy másik hidrogén atomnak átadva az energiát azt felgyorsítják. A nagysebességű hidrogénatomokat Gyors H-nak nevezzük. Ez megfigyelhető a BlackLight folyamat plazmájában. 724

725 8. ábra. Az elektronok az erős mező hatására befelé gyorsulnak, ami a hidrinok kialakulásához vezet A hidrinok jelölése: H[a H /2], H[a H /3], H[a H /4] stb., ahol a H a normál hidrogén atom elektronhéjának a sugara. 4. lépés: A reakció Ezt követően a hidrino atomok reakcióba lépnek egymással és a káliummal. Ekkor új vegyületek keletkeznek, mint pl. dihidrino gáz vagy hidrino hidrátok: KHI vagy KH(1/4). 725

726 9. ábra. Dihidrino gáz 10. ábra. Hidrino hidrátok Ezek a vegyületek nagyon stabilak a hidrinok magasabb kötési energiájának köszönhetően. Gyakran rendelkeznek új és érdekes tulajdonságokkal, mint pl. a szerves és szervetlen jellemzők keverékével. 726

727 5. lépés: Aránytalanság Miután a hidrinok kialakultak, azok fenntartják a reakciót. Például két fél hidrino reakcióba léphet, aminek során egy negyed hidrino és egy normál hidrogén atom keletkezik, valamint 68 ev energia szabadul fel. 11. ábra. Az aránytalanság Ebben a példa reakcióban a két fél hidrino atomból az első lépésként egynegyed hidrino atom, egy szabad proton és egy szabadelektron keletkezik. 54,4 ev + H[a H /2] + H[a H /2] => H[a H /4] + H + + e ,8 ev A reakció második lépésében a szabad proton megköt egy szabad elektront, miközben kibocsát 13,6 ev-ot. H + + e - => H[a H ] + 13,6 ev 727

728 12. ábra. Mikor a szabad proton megköt egy szabad elektront, foton emisszió jön létre A teljes reakció tehát a következő: H[a H /2] + H[a H /2] => H[a H /4] + H[a H ] + 68 ev Végül ismét az itt már ismertetett hidrino kialakulási folyamat játszódik le. A reakciók során megjelenő plusz energia a kozmoszban, azaz a "sötét anyagnak" nevezett térben is megfigyelhető EUV emisszióból származik. 13. ábra. A kozmoszból, azaz a "sötét anyag"-ból származó EUV emisszió A szöveget innét fordítottam. Az angol eredeti szöveget is érdemes megnézni, mivel ott pár rövid animáció is van, ami szemléletesebbé teszi a folyamatot. 728

729 729

730 A Kvantummechanika alapjai Ahhoz, hogy jobban megértsük a BlackLight Folyamatot, ismételjük át a kvantummechanika alapjait. Az atomszerkezeti modell kialakulása Az atom felépítését leíró elméletek Démokritosztól számítva az idők folyamán egyre finomodtak. A Dalton-féle atomelmélet szerint az anyag legkisebb része az atom. Az elemek azonos atomokból épülnek fel, a vegyületek különböző elemek atomjaiból állnak. A XIX. sz. végén a sugárzással kapcsolatban elvégzett kísérletek viszont arra utaltak, hogy bizonyos körülmények között az anyagból az atomnál kisebb részecskék, elektronok válnak szabaddá ben Hallwachs észrevette, hogy a negatív töltésű elektroszkóp ultraibolya fény hatására elveszíti töltését. Ezt úgy lehetett magyarázni, hogy az elektroszkópot elektronok hagyják el. Később ezt a jelenséget akkor is tapasztalták, ha alkáli fémeket látható fénnyel világítottak meg. Ezt a jelenséget elnevezték fényelektromos hatásnak, vagy idegen szóval fotoeffektusnak. Eszerint az atomnak még elemibb részecskékből felépített, összetett egységnek kell lennie. Az elektron negatív töltésű részecske, abszolút töltése az addig észlelt legkisebb elemi töltés, amelynek értéke: e = 1,602 * C. Ha a katódsugárcső katódját megvilágítjuk, akkor abból elektronok lépnek ki, melyeket az anód és katód közé kapcsolt feszültséggel gyorsíthatunk illetve lassíthatunk. Philipp Lenard magyar származású, német fizikus 1902-ben a következő megállapításra jutott a jelenséget vizsgálva: A katódból kilépő elektronok mozgási energiája a megvilágító fény frekvenciájától lineárisan függ. A kilépő elektronok száma a megvilágító fény intenzitásának növelésével nő, de mozgási energiájuk ettől független. 730

731 A katódból csak akkor lépnek ki elektronok, ha a megvilágító fény frekvenciája meghaladja a katód anyagára jellemző küszöbértéket. Planck-nak jutott először eszébe az, hogy a sugárzást kibocsátó kis rezgések csak egy adott energiaadag egész számú többszörösével rendelkezhetnek. Ez azt jelenti, hogy az energia egy adott frekvencián csak meghatározott adagokban, kvantálva terjedhet. E = n * h * v ahol: E - az energia (J) n - a kvantumok, azaz energia adagok száma (pozitív egész szám) h - a Planck féle állandó (6,626 * Js) v - a részecske frekvenciája 1900-ban Planck úgy gondolta, hogy a képletbeli h tényező bármilyen kicsinek választható. Eredményét elküldte egy kísérleti fizikusnak, aki azt találta, hogy ha h értéke 6,626 * Js, akkor a Planck által adott formula tökéletesen leírja a tapasztalati tényeket. Azóta a h-t Planck állandónak hívják. Mindennek magyarázatát Einsteinnek sikerült megadnia 1905-ben, melyért Nobel-díjat kapott. A Planck-féle kvantumhipotézisre alapozva feltételezte, hogy a fény energiája is csak kis adagokban terjedhet. Ezeket az energiacsomagokat a foton nevű részecskék hordozzák. Planck nyomán: E = h * v. Tehát Einstein szerint a fény a fotoeffektus során úgy viselkedik, mintha kicsiny részecskékből állna. Az értekezés legfontosabb része a fényelektromos egyenlet: 1 h * v = E ki + ( - * m * v e 2 ) 2 Ennek lényege, hogy a fémlapra érkező foton energiájának egy része arra fordítódik, hogy az atomjától elszakítsa az adott elektront, vagyis fedezze az ehhez szükséges kilépési munkát (E ki ), energiájának másik része pedig az elektron mozgási energiáját növeli ben Compton észrevette, hogy ha egy kristályra röntgensugarakat bocsátunk, akkor azok szóródnak rajta. A szórt sugarak frekvenciája viszont kisebb, mint a beesőké. A frekvencia-változás 731

732 független a besugárzott anyag minőségétől. A jelenség magyarázata az, hogy az atom egy elektronjával ütköző foton az ütközéskor elveszíti energiájának egy részét, így az lecsökken. A lecsökkent energiához viszont alacsonyabb frekvencia érték tartozik. Az elektromágneses hullámok közül a legtöbb vizsgálatot a fényen végezték el. A kísérletek egy részében a fény részecskék áramaként, a kísérletek másik részében pedig hullámként viselkedett. Tudomásul kellett venni, hogy a fény kettős természettel rendelkezik. A fényt jelentő fotonok tehát valamikor részecskeként, valamikor pedig hullámként viselkednek. Energiájukat Planck hipotéziséből kiindulva az E = h * v képletből számolhatjuk ki ben de Broglie Einstein fényre alkalmazott feltevését más részecskékre is kiterjesztette, vagyis minden részecskéhez hullámhosszat rendelt, amely szoros összefüggésben van a részecske lendületével: h h = - = p m * v ahol: - a részecske hullámhossza (m) h - a Planck állandó (6,626 * Js) p - a részecske lendülete (kg * m/s) m - a részecske tömege (kg) v - a részecske frekvenciája A hipotézis születésekor ezt még semmilyen kísérlettel nem tudták igazolni. Három évet kellett várni, amikor végül is sikerült kísérletekkel bizonyítani az elektronokra. de Broglie hipotézise ösztönözte Schrödingert a hullámmechanika megalkotására. (Erről majd kicsit lejjebb lesz szó.) Mivel az atomok elektromosan semleges részecskék, ezért az elektronok számával megegyező töltésű, de ellenkező - pozitív - előjelű részecskéket is kell tartalmazniuk. Lenard, majd 1911-ben Rutherford kísérletileg is megállapította, hogy az atom pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból álló összetett részecske. A kétféle töltés algebrai összege nulla. Rutherford 732

733 atommodelljével a legfőbb probléma az volt, hogy az elektrodinamika törvényei szerint a mag körül keringő elektronnak sugároznia kellene. Ekkor viszont csökkenne az energiája és a magba kellene zuhannia. A problémát Bohrnak sikerült megoldania hipotézisei segítségével, melyek Planck elképzeléseire alapozódtak. Planck elképzeléseiből kiindulva 1913-ban Bohr a Rutherford-féle atommodell ellentmondásait két elv bevezetésével oldotta fel: 1. A stacionárius pályák kvantumelve: Az elektron csak meghatározott energiával, diszkrét pályákon keringhet a mag körül. A keringés során a klasszikus elektrodinamika törvényeivel ellentétben sugárzásos energia veszteség nem történik. 2. A frekvenciaelv: Az atom csak akkor sugároz, ha az elektron az egyik pályáról a másikra ugrik. Ilyenkor energiáját egy foton formájában bocsátja ki. De ez fordítva is igaz: az atom csak olyan foton befogására képes, amelynek energiája éppen egyenlő a két pályaenergia különbségével. 1. ábra. A Bohr féle atommodell Az atom által kisugárzott vagy elnyelt elektromágneses sugárzás és az elektron energiaváltozása között a következő összefüggés áll fenn: E = E n - E m = h * v 733

734 amelyben E n és E m az elektron energiája két lehetséges pályán. E n > E m. Fénykibocsátás (emisszió) esetén E n a kiinduló és E m a végállapot energiáját jelöli, míg a fényelnyelés (abszorbció) leírására a jelöléseket felcseréljük. A két állapot közti E energiakülönbség egyetlen foton energiájának felel meg. A kibocsátott vagy elnyelt sugárzás v frekvenciája nem lehet tetszés szerinti, hanem csak a E-nek megfelelő meghatározott érték. Ebből következően az atomok színképe diszkrét, vonalas szerkezetű. A színkép, idegen szóval spektrum az atomok által kibocsátott elektromágneses hullámok összességét jelenti. Ezek egy része a látható fény tartományába esik. A spektrum ugyanúgy prizmával állítható elő, akárcsak a Nap fényéből a szivárvány, hiszen a prizma az összes elektromágneses hullámot a frekvenciájától függő mértékben töri meg. 2. ábra. A fehér fény megtörése a teljes látható fény spektrumát, színképét idézi elő Kétféle színkép létezik: az emissziós (kibocsátási) és az abszorpciós (elnyelési). Az emissziós színkép akkor jön létre, mikor egy anyagot gerjesztünk pl. fény vagy hő segítségével, az abszorpciós színkép pedig akkor jön létre, ha egy adott anyag elnyel egy bizonyos frekvenciájú fotont. Ez akkor történhet meg, ha a foton megfelel a Bohr-féle frekvenciakritériumnak, azaz energiája éppen akkora, mint az adott anyag egy elektronjának két energiaszintje közti különbsége. Ekkor az anyag a fotont elnyeli és ez a színképvonal hiányzik az emittáló anyag spektrumából. Pl. ha egy folytonos színképű fényforrás (pl. ívlámpa) fényét valamely anyagon át bocsátjuk a spektroszkópba, az ebben jelentkező színképből hiányoznak a vizsgált anyag által elnyelt hullámhosszak. Ezek az elnyelt vonalak alkotják az abszorpciós színképet. 734

735 3. ábra. Az emissziós és az abszorpciós színkép a folytonos színképpel összehasonlítva A gázoknak vonalas színképe van. Ha a gáz forró, akkor emissziós spektruma is látható. Ha azonban hideg, akkor csak az abszorpciós. A folyadékok és a szilárd testek folytonos spektrumot adnak. Ez azzal magyarázható, hogy a közeli szomszédos atomok elektronjai is befolyásolják a kibocsátott foton hullámhosszát. Az izzólámpa ennek megfelelően folytonos színképet ad. 4. ábra. A gázok vonalas színképe A színképvonalak vizsgálata vezetett el az elektronok kvantumszámainak felfedezéséhez. A hidrogénatomot nagy pontossággal leíró Bohr-féle atommodellt már a héliumatomra sem sikerült kielégítően alkalmazni. Ezenkívül a nagyobb rendszámú elemeknél nagy felbontóképességű spektroszkóppal több színképvonalat észleltek, mint amennyi az n kvantumszámok egyszerű kombinációjából várható. 735

736 A hidrogén színképének elemzése során azt tapasztalták, hogy az nem határozottan elkülönülő vonalakból áll, hanem a kép "elmosódott". Ennek oka, hogy egy adott főkvantumszámú pályához nem csak egy színképvonal tartozik. Sommerfeld 1915-ben ezért kiegészítette a Bohr-féle modellt azzal, hogy az elektronok nem csak körpályán keringhetnek a mag körül, hanem - akár a bolygók - ellipszispályákon is. Az n főkvantumszámú elektron 1 körpályán és n-1 ellipszispályán keringhet. Ezek energiái igen közeliek egymáshoz, ezért látszottak a színképvonalak "elmosódottnak". Az egyes ellipszispályákat az ú.n. mellékkvantumszámmal jellemezhetjük, melynek jele: l. A körhöz l = 0 érték tartozik, az ellipszisekhez pedig az 1 és n-1 közé eső egész számok. A hidrogén atomot külső mágneses térbe helyezve új színképvonalak jelentek meg a spektrumában. Kiderült, hogy a régiek "felhasadásáról" van szó. Egy adott mellékkvantumszámú elektron ellipszispályája különböző térbeli irányítottságú lehet, ezekhez pedig különböző energiaszintek tartoznak. Ezért "hasadtak fel" a színképvonalak. Az adott mellékkvantumszámhoz tartozó különböző állapotokat a mágneses kvantumszámmal különböztetjük meg. Jele: m. Értékei: m = -l, - l+1,...-1, 0, 1,...l-1, l. A mágneses kvantumszám tehát az elektronok impulzusmomentumának egy kitüntetett irányra való vetülete. 5. ábra. A hidrogén színképének módosulása a mágneses térben A további vizsgálatok során kiderült, hogy az azonos mágneses kvantumszámú színképvonalak dupla szerkezetűek, vagyis két közel azonos energiájú elektron sugározza ki őket ben Goudsmit és Uhlenbeck ötlete volt, hogy bevezessenek egy újabb kvantumszámot, aminek 736

737 segítségével értelmezhető a dublett szerkezet. Ezt spinkvantumszámnak nevezték el. Jele: s. Lehetséges értékei: 1/2 és -1/2 Kvantumszám Jelentése Értékei n: főkvantumszám körpálya sorszáma n = 1, 2, 3, 4,... l: mellékkvantumszám ellipszispályák száma l = 0, 1, 2, 3,..., n-1 m: mágneses kvantumszám pályasík térbeli helyzete m = -l,...-1, 0, 1, 2,..., l s: spinkvantumszám forgás iránya s = 1/2 és -1/2 1. Táblázat. A kvantumszámok összefoglalása Az n = 1 főkvantumszámú elektronok energiapályáit K-héjnak nevezzük, az n = 2-höz tartozókat L- héjnak, az n = 3-hoz tartozó héjat M-nek stb. Az azonos mellékkvantumszámú állapotokat alhéjaknak nevezzük. Ezeket betűkkel is szokás jelölni: az l = 0, 1, 2, 3 számoknak rendre az s, p, d, f betűk felelnek meg (s: sharp, p: principal, d: diffuse, f: fundamental). Pauli fedezte fel 1925-ben, hogy egy atomon belül nem fordulhat elő két olyan elektron, amelyeknek mind a négy kvantumszáma megegyezik. Ebből kifolyólag a K-héjon legfeljebb 2 elektron tartózkodhat, az L-héjon maximum 8, az M-héjon legfeljebb 18, az N-héjon maximum 32 stb., tehát egy adott n főkvantumszámú héjon legfeljebb 2n 2. Mellék Főkvantumszám: Mágneses kvantumszám: Spektroszkópiai kvantumszám: n m jelölés l Héj s K s L 2 1-1,0,1 2p L s M 3 1-1,0,1 3p M 3 2-2,-1,0,1,2 3d M 737

738 s N Táblázat 6. ábra. A K atom szerkezete A Bohr-féle atommodell szerint a hidrogénatomban is különböző energiájú pályákon helyezkedhet el az elektron. Az egyes pályákat n = 1, 2, 3,... sorszámmal láthatjuk el. Ezek, mint már feljebb olvashattuk, a főkvantumszámok. Egy adott n főkvantumszámú pályán lévő elektron energiája: 1 E n = -h * c * R * --- n 2 ahol: 738

739 h - a Planck állandó (6,626 * Js) c - a fény sebessége (~ km/s) R - az ún. Rydberg-állandó (1,1 * /m) n - a főkvantumszám A negatív előjel azért szükséges, mert az elektron az atomban kötött állapotban van, ezért energiája kisebb 0-nál. Gerjesztett állapotban (n = 2, 3, 4...) az elektron legfeljebb 10-8 s-ig van. A magasabb energiájú pályákról az n = 1 főkvantumszámú pályára való visszaugrások során kibocsátott foton energiáit az ún. Lyman-sorozat mutatja meg. n = 2 esetén ezt a sorozatot Balmer-sorozatnak, n = 3 esetén Paschen-sorozatnak, n = 4 esetén Brackett-sorozatnak, n = 5 esetén pedig Pfund-sorozatnak nevezzük. 7. ábra. Energiaátmenetek a hidrogén atomban Ha az elektron az n pályáról az m pályára "ugrik" vissza, akkor az általa kisugárzott energia: 1 1 E n,m = -h * c * R * ( ) m 2 n 2 739

740 A kisugárzott foton energiáját pedig az E = h * v képletből kapjuk. Azt az energiát, melyet akkor sugározna az elektron, ha végtelen távolról zuhanna vissza alapállapotba, kötési energiának nevezzük, hiszen ugyanennyi energiára lenne szükség akkor is, ha az elektront el akarnánk szakítani a magtól. A hidrogén elektronjának kötési energiája: 1 E köt = h * f = h * R * --- = 2 * J = 13,6 ev m 2 A kvantummechanika alapjai A fenti sorokban nagyjából megismertük a jelenleg használt atommodell kialakulásának történetét, ezt tanítják az iskolákban is. Viszont a Bohr féle atommodell is tökéletlen volt még, ezért pontosabb magyarázatokra volt szükség az egyes jelenségek magyarázatához. Így született meg a kvantummechanika. A kvantummechanika egészen más eszközrendszerrel próbálja leírni a részecskék világát, mint a klasszikus fizika. Alapfogalmainak megalkotásakor a cél az volt, hogy az addigi klasszikus fizikai modellek helyett mérhető mennyiségeket használjon a jelenségek leírására. A Thomson-féle atommodelltől a Bohr-féle modellig mindegyikük csődöt mondott előbb-utóbb. A kvantummechanikának két párhuzamos magyarázata volt: az egyik a Heisenberg-féle mátrixmechanika, a másik a Schrödinger-féle hullámmechanika. Mindkét elmélet a valószínűségszámítás segítségével írja le a jelenségeket. A klasszikus mechanikában legfeljebb a részecskesokaságok mozgásának követhetetlensége miatt kellett a valószínűség fogalmához folyamodni, a kvantummechanikában azonban ennek elvi okai vannak. A gázelméletben elvileg meghatározható egy részecske pályája, vagyis ha ismerjük az állapotát egy adott pillanatban, akkor következtetni tudunk arra, hogy milyen lesz a következő pillanatban. A két állapot között tehát ok-okozati összefüggés van. A modern fizikában ez nem így 740

741 van. Ha ismerjük egy részecske állapotát, abból még nem tudjuk meghatározni, hogy mi fog történni vele a következő pillanatban, legfeljebb a valószínűségét tudjuk meghatározni. Itt megszűnik az ok-okozati összefüggés a jelenségek között. Tehát a jelenből nem következtethetünk a jövőre. Ezt bizonyítja az alábbi kísérlet is: 8. ábra. A kísérlet A fenti ábrán bemutatott kísérletben a réseken átbocsátott elektronok becsapódási helyét vizsgálták. Ha csak a felső rés volt nyitva, akkor az első ábrán látható becsapódási kép adódott. Ha csak az alsó rés volt nyitva, akkor a második ábrán látható képet kapták. Ha azonban mindkét rés nyitva volt és biztosan csak egyetlen elektron haladt át a réseken, akkor a harmadik ábrán látható igen meglepő eredmény született. Ez ugyanis egy interferenciakép, vagyis egyetlen elektron is képes interferenciára. Hogyan? Hiszen nyilvánvalóan egyszerre csak egy résen haladhatott át. Ekkor viszont nem jöhetne létre interferencia, mert ahhoz legalább két hullám szükséges. Természetesen nem úgy értelmezendő a probléma, hogy az elektron kétfelé szakadt, aztán újra egyesült, hanem azt jelenti, hogy egy részecske pályáját nem lehet előre megjósolni, csupán valószínűségek kombinációjaként írható le a mozgása. Megszűnik az ok-okozati összefüggés, hiszen a rés előtt mozgó elektron mozgásából nem tudunk következtetni a rés utáni elektron mozgására. Ha egy fényérzékeny ernyőt résen keresztül világítunk meg, a fény elhajlik a résen. 741

742 9. ábra. Minél szűkebbre vesszük a rést, a kép annál elmosódottabb. A szűkebb rés a pontosabb helymeghatározást segíti elő, ekkor azonban az impulzus függőleges irányú határozatlansága nő. Ha a rés szélesebb, akkor kevésbé pontosan ismerjük a részecske helyét, viszont kevésbé hajlik el a résen, így lendületének határozatlansága csökken. A két mennyiség tehát nem határozható meg egyszerre pontosan. Tipikus példa a következő arra, hogy a hely és a lendület egyszerre nem határozható meg tetszőleges pontossággal. Mikroszkóp esetén, ha éles képet szeretnénk kapni például egy elektronról, akkor kis hullámhosszú, nagy frekvenciájú fényt kell használnunk. Ennek energiája is nagyobb, így az elektronnal történő ütközéskor jelentősen megváltoztatja annak lendületét. Tehát ha pontosabban meg akarjuk határozni az elektron helyét, akkor impulzusa teljesen bizonytalanná válik. Ha el szeretnénk kerülni, hogy az elektron jelentősen megváltoztassa lendületét, akkor a fény frekvenciáját csökkentenünk kell. Így viszont a mikroszkóp felbontóképessége is romlik, tehát nem tudjuk meghatározni az elektron pontos helyét. A fentiek alapján elmondható, hogy minél pontosabbat szeretnénk tudni az egyik mennyiségről, annál határozatlanabbá válik a másik. Heisenberg fogalmazta meg az ú.n. határozatlansági relációt, amely azt mondja ki, hogy a részecske impulzusa és helye nem állapítható meg egyszerre egy adott értéknél pontosabban: h x * p vagy h/2 < x * p 742

743 A fenti összefüggések természetesen a tér bármely más irányára vonatkozóan is érvényesek. Heisenberg úgy fogalmazott, hogy a hely és az impulzus egymás kiegészítői, egymás komplementer tulajdonságai. A másik híres Heisenbergtől származó határozatlansági reláció az energia bizonytalanságára vonatkozik: h E * t Ez azt jelenti, hogy ha egy nagyon rövid időtartamon belül akarjuk meghatározni az energiát, akkor annak értéke bizonytalan lesz, hiszen a szorzatban az időtartam értéke kicsi, ezért az energia bizonytalanságának nagynak kell lennie. Ha hosszú időtartamra vonatkozóan akarjuk meghatározni egy részecske energiáját, akkor annak bizonytalansága kicsi lesz. Ezzel magyarázható az ún. alagúteffektus is, amikor egy kötött részecske energiája nagyon rövid időre a potenciálgát fölé kerül. Az elektronok interferenciájára vonatkozó kísérletek alapján a kutatók arra az eredményre jutottak, hogy az elektronoknak hullámtermészete is van, s hullámhosszukat tömegük, valamint sebességük határozza meg. Az atomok elektronburkának mennyiségi leírására a kvantummechanika abból indul ki, hogy a mag körül keringő elektronnal a hozzátartozó hullám is a pálya mentén terjed. Ez a hullám csak akkor lehet stacionárius (vagyis csak akkor maradhat fázisban), ha a pálya kerülete egész számú többszöröse a hullámhossznak (a két végén rögzített húr esetéhez hasonló módon, amelyben állóhullámokat hozunk létre). Az elektron hullámtermészetéből tehát az következik, hogy az atom stacionárius állapotában nem lehetséges tetszés szerinti elektronpálya, hanem csak olyan, amelynek szögimpulzusa a h/(2 ) egész számú többszöröse. 743

744 10. ábra. Elektron-állóhullámok az atomban A Schrödinger-egyenletnek csak bizonyos E energiaértékekre van megoldása (sajátértékek). Ezek az E sajátértékek megfelelnek a Bohr-féle atommodell megengedett energiaértékeinek. A hullámmechanika alapfeltételeiből tehát külön posztulátum nélkül következik, hogy az atomok energiatartalma stacionáriusan csak meghatározott értékeket vehet fel. A függvény megfelelő értékeit a Schrödinger-egyenlet hullámfüggvényeinek vagy sajátfüggvényeinek nevezik. A hullámfüggvény fizikai értelmét a fény-, illetve a hanghullámokkal való analógia alapján tisztázhatjuk. Tudjuk, hogy ezeknél az amplitúdó négyzete az intenzitással arányos. A hullámfüggvény is hasonlóan értelmezhető, figyelembe kell azonban venni, hogy a bizonytalansági elvnek megfelelően az elektronra csak statisztikus valószínűségi megállapításokat tehetünk. Ennek megfelelően 2 annak a valószínűsége, hogy az elektron adott időpontban a tér valamely helyén található. Ez a valószínűség arányos az adott helyen mutatkozó átlagos töltéssűrűséggel (tartózkodási valószínűség). A valószínűségnek az atommagtól különböző távolságokban maximuma, illetve minimuma van. A maximumok helyei tekinthetők az elektron pályáinak az atomban. Erre való tekintettel szokás a hullámfüggvényeket pályafüggvényeknek, vagy röviden pályáknak (orbitáloknak) is nevezni. A kvantummechanika értelmében azonban ezek nem az elektron klasszikus értelemben vett valódi pályáit jelzik, hanem a tartózkodási valószínűség maximumainak helyeit. A kvantummechanika alapján, az elmondottak értelmében, nem lehet pontosan meghatározni az atom elektronjainak az állapotát adott időben, hanem csak a hullámfüggvényt értelmező statisztikus valószínűségi megállapításokat lehet tenni. Annak valószínűsége, hogy az elektron a tér valamely dv térfogatú részében van: 2 * dv. A valószínűségi függvény értéke az atommagtól való távolsággal folytonosan változik s a tér adott pontjaiban maximumai vannak. A függvény valószínűségi jellegének megértésére képzeljük el a hidrogénatom elektronját egy világító pontnak. Ez a pont a tér különböző helyein a függvény által megszabott valószínűséggel található meg. Ha egymás után nagyon sok atomról készítünk fényképet, s ezeket úgy helyezzük egymásra, hogy az atommag képe egybeessen, akkor az elektront jelképező világító pontok képei felhővé folynak össze ( elkent elektron). Ha a hidrogénatom alapállapotban volna, akkor a felhőnek a magtól 0,53 Å távolságra lévő gömbhéján volna a legnagyobb a radiális sűrűsége, s ettől minden irányban rohamosan csökkenne, majd a végtelenben zérussá válna. Ha a Bohr-féle elmélet helyesen írná le az atomot, akkor a vázolt eljárással éles kör-, illetve elliptikus pálya képe adódnék. A 744

745 kvantummechanika statisztikus jellege e gondolat-kísérletben azáltal domborodik ki, hogy éles pályák helyett a felhőszerű elektrontöltés sűrűségmaximumai jelentkeznek, s e felhő alakját lehet átvitt értelemben elektronpályának (orbitálnak) nevezni. A kvantummechanika alapján kiszámítható, hogy az atomok különböző állapotaiban hogyan változik a töltéssűrűség a hellyel. Az elektronfelhő állapotának a leírására továbbra is megtartjuk a fentebb ismertetett négy kvantumszámot. 11. ábra. Az elektronsűrűség változása a magtól mért távolság függvényében Látható, hogy az elektroneloszlás gömbszimmetrikus. 12. ábra. A radiális elektronsűrűség eloszlása a mag körül a H-atom alapállapotában 745

746 Az elektronfelhő azonban elvileg csak a végtelenben tűnik el. Felvetődik a kérdés: mekkora az alapállapotú hidrogénatom sugara? Gyakorlatilag az atomban hatásszféraként azt a burkoló felületet tekintik, amelyen belül az elektron tartózkodási valószínűsége 90 %. Egyszerű számítások szerint a hidrogénatom sugara r 0, 9 = 1,4 Å, a gyakorlattal jó egyezésben. Növelve a főkvantumszámot, s a másik kettőt zéruson hagyva, rendre 2s, 3s stb. orbitálokhoz jutunk. Ábrázolva a radiális elektronsűrűségeket, itt is gömbszimmetriás eloszlásokat kapunk, amelyek a magtól mért távolság függvényében lépcsőzetes maximumot adnak (1s, 2s, 3s). Térbeli kiterjedésüket ugyancsak a 90 %- os tartózkodási valószínűség alapján számíthatjuk ki. 13. ábra. A 2s-állapot radiális elektronsűrűsége Megváltozik a helyzet, ha a főkvantumszám mellett a mellékkvantumszám értéke is különbözik alapállapotbeli értékétől. Ekkor a gömbszimmetria megszűnik, és a tér különböző irányaiban a függvény más-más értékeket vesz fel. Derékszögű koordináta-rendszerben három, egymásra merőleges, azonos alakú és energiájú (háromszorosan degenerált) pályát kapunk. Az elektronsűrűség ez esetben a magban zérus. 746

747 14. ábra. A p-állapot elektronsűrűsége adott tengely irányában A p-orbitálok a 90 %-os tartózkodási valószínűség követelményét betartva a következő ábrán látható, hengerszimmetrikus lobusokkal ábrázolhatók. 15. ábra. A p-orbitálok orientációja derékszögű koordináta-rendszerben A d-orbitálok keresztmetszete négylevelű lóheréhez hasonlít, amely m 2 = 0 esetén deformált. Térbeli eloszlásuk síkszimmetrikus. 16. ábra. A d-orbitálok orientációja derékszögű koordináta-rendszerben 747

748 Mint látható, a főkvantumszám növekedésével egyre újabb atompálya-típusok jelennek meg. Az atommag 1930-ban Bothe és Becker sugarakkal bombáztak berilliumot és azt tapasztalták, hogy igen erős sugárzás keletkezett. Chadwick 1932-ben megismételte a kísérletet és észrevette, hogy a sugárzás fél méter vastag ólomlemezen is áthatol. Ha azonban parafinlemezbe kerül, ott elnyelődik. Chadwick úgy magyarázta a jelenséget, hogy a régóta keresett neutronokból áll a sugárzás, amelyeket a részecskék löktek ki a berillium atommagjából. A ködkamrában olyan fonalnyomokat okoztak, amelyek ott keletkeztek és ott is végződtek. Ez csak úgy lehetséges, ha a semleges neutron meglök egy ködkamrabeli atommagot, amely ionokat kelt, azok pedig gyors rekombináció útján újra eltűnnek. A neutron ugyanis nem tudja ionizálni az atomokat. A Rutherford-féle kísérlet és a neutron felfedezése után kezdett összeállni a teljes kép az atomról. A magot protonok és neutronok alkotják, mérete m nagyságrendű. 17. ábra. Az atommag szerkezete Az atommagot az elektronfelhő veszi körül, az atom átmérője kb m. A mag alkotóelemeit közös néven nukleonoknak nevezzük. A benne lévő protonok száma azonos az elem periódusos rendszerbeli rendszámával (Z), ez határozza meg egyértelműen az adott elemet. A neutronok száma (N) a He-tól kezdődően nagyobb vagy egyenlő a protonok számával. Ez szolgálja az atommag stabilitását a protonok közti taszítóerő ellenében. A protonok és neutronok számának összege adja az atom tömegszámát (A). A = Z + N. Ugyanazon kémiai elem különböző neutronszámú - így egyúttal különböző tömegszámú - változatait az adott kémiai elem izotópjainak nevezzük. Ezen izotópok, habár kémiai tulajdonságaikban megegyeznek, magfizikai tulajdonságaikban alapvetően különbözők. 748

749 Az atommag sűrűsége kb kg/cm 3. Ebből az anyagból 1 cm 3 -nyit véve tömege megegyezne egy 300 m oldalélű vaskockáéval, ez több mint 200 millió tonna. A nukleonok közt egészen furcsa természetű, eddig ismeretlen erők, az ún. magerők hatnak. A nukleonok közötti kölcsönhatást erős kölcsönhatásnak nevezzük. Ez független a töltéstől, tehát neutron és neutron között ugyanolyan erősségű, mint proton-proton vagy proton és neutron között. Rövid hatótávolságú (10-15 m), csak a szomszédos részecskék között hat. Vonzó jellegű, közvetítői a mezon nevű részecskék. Az atommag tömege kisebb, mint alkotórészei tömegének összege. A tömegek különbsége egyenértékű a magot összetartó kötési energiával. Mivel a kölcsönhatás nagyon erős, ezért a magok átalakítása során óriási energiák szabadulnak fel. Az egy nukleonra jutó kötési energia mutatja meg, hogy mely atommagok hasítása ill. egyesítése jár energia felszabadulással. A természetben különösen gyakran fordulnak elő a 2, 8, 20, 28, 50, 82 és 126 proton- vagy neutronszámú elemek. Ezek rendre a He, O, Ca, Ni, Sn, Pb és a 126 neutronszámú Bi. Ennek az a magyarázata, hogy a magban is egy héjszerkezetnek megfelelően helyezkednek el a nukleonok. A protonok stabil részecskék, míg a neutronok nem. Élettartamuk kb. 17 perc. Ezután elbomlanak egy protonra, egy elektronra és egy antineutrínóra. Az egyenlet: n -> p + + e - + v A legújabb eredmények szerint a nukleonok sem oszthatatlan részecskék, hanem ún. kvarkokból állnak. Ezen öt részecske Gell-Mann ötlete nyomán született meg, létezésüket azóta kísérletek is igazolták. Nevük: u(up), d(down), s(strange), c(charmed) és b(beauty). Feltételezik egy hatodik kvark, a t(truth) létezését is. Az u, c, t kvarkok töltése az elemi töltés 2/3 része, a d, s és b kvarkok töltése pedig az elemi töltés -1/3-szorosa. A proton két u és egy d kvarkból áll, a neutron pedig két d és egy u kvarkból. 749

750 18. ábra. Az atommagot felépítő részecskék Ezt a rövid ismertetőt innét és innét ollóztam össze. A fenti rövid ismertetőből láthatjuk, hogy a BlackLight Folyamat eredményeit kísérletileg is igazolni lehet a Spektrométer segítségével. A következő ábrán a BlackLigh cég által használt Spektrométer felépítését láthatod. 19. ábra. A spektrométer felépítése 750

751 Ennek a Spektrométernek a segítségével jól láthatóak az atomokat felépítő elektronok távolságai az atommagtól. A következő ábrán az egyik új hibrid, a KHCl spektrométeres elemzése látható. 20. ábra. Az egyik új hibrid (KHCl) spektrométeres mérése Mi az az elektronvolt? A BlackLight Folyamatban több helyen szerepelt az elektronvolt kifejezés. Hogy mi is az pontosan, arról olvashatsz a következő sorokban. Az elektronvolt egy SI mértékegység-rendszeren kívüli, csak az atomfizikában, magfizikában és részecskefizikában használható mértékegysége az energiának. Jele: ev. 751

752 Használhatók vele az SI prefixumok, pl. kev = 1000 ev, MeV = 1 millió ev, GeV, TeV stb. Egy elektronvoltnak nevezzük azt az energiát, amelyet az elektron 1 V megfelelő irányú potenciálkülönbség hatására nyer. 1 ev = 1, * J. Mivel a munka a W = Q * U képlet alapján számolható, egy gyorsított részecske energiája egyszerűen kiszámítható elektronvolt egységben. Pl. ha a kétszeresen pozitív -részecskét gyorsítjuk 200 V potenciálkülönbségen, akkor 2 * 200 = 400 ev energiára gyorsítottuk fel. Az elektronvolt és a tömeg Einstein speciális relativitáselmélete szerint az energia ekvivalens a tömeggel, csak egy állandó szorzóban - a fénysebesség négyzetében - tér el: E = m * c 2. A részecskefizikusok ezért az ev/c 2 egységet használják a tömeg egységének. Így például egyszerűen kiszámítható, hogy amikor az elektron és a pozitron találkozik, mivel mindkettőnek a tömege 511 kev/c 2, ezért 1,022 MeV energiájú energia keletkezik fotonok formájában. A proton tömege 0,938 GeV, ami a magfizikában a GeV egységet nagyon kényelmessé teszi. A részecskefizikában és a magfizikában gyakran úgynevezett Planck-egységeket használnak, ahol c = 1, ilyenkor a tömegegység egyszerűen ev, kev, MeV, GeV.) Átszámítás SI egységre: 1 ev/c 2 = 1,783 * kg 1 kev/c 2 = 1,783 * kg 1 MeV/c 2 = 1,783 * kg (nagyjából két elektron tömege) 1 GeV/c 2 = 1,783 * kg (nagyjából egy proton tömege) Az elektronvolt és a hőmérséklet 752

753 Összehasonlításul egy atombomba robbanáskor a töltött részecskék mozgási energiája 0,3-tól 3 MeV-ig terjed. Ehhez képest a légkör molekulájának mozgási energiája nagyjából 0,025 ev. Ahhoz, hogy a részecske elektronvoltban mért mozgási energiájából megkapjuk a Kelvinben mért hőmérsékletét, azt gyel kell szorozni: 0,025 * = 290 K 753

754 Ingyenenergia kinyerése analóg számítógéppel Bevezető A cím egy kissé megtévesztő, de analóg számítógépet használva is lehet ingyenenergiához jutni. A lényeg az, hogy az analóg komparátor nem aktív alkatrészekből áll, mint pl. tranzisztor vagy IC, hanem passzív elemekből: tekercsekből és kondenzátorokból. Az elvet Nicola Tesla dolgozta ki még a XX. század elején. A műküdési elvvel a következő oldalon ismerkedhetsz meg, majd pedig egy Naudin által megépített modell bemutatása következik. A működési elv, azaz Tesla elképzelése az elektromágneses hullámok terjedéséről Ezen az oldalon olyan elmélettel ismerkedhetsz meg, amely szöges ellentétben áll az elektromágneses hullámok terjedésének jelenleg elfogadott formájával. Ez az az elmélet, amit Tesla ismertetett. Nagyon fontos még itt megjegyeznünk, hogy ez az "új" elmélet nem zárja ki a jelenlegit, de a jelenlegi elmélet se zárja ki Tesla elképzelését. Arra kérlek, hogy ezt végig tartsd az emlékezetedben, miközben az itt következő sorokat olvasod. Mi az a transzverzális és longitudinális hullám? Kezdjük a transzverzális, azaz keresztirányú hullámokkal. A transzverzális hullámoknál a közvetítő közeg részecskéi a hullám terjedési irányára merőlegesen mozognak. Ha egy láncot vízszintesen kifeszítünk és az egyik végén az első láncszemet fel-le mozgatjuk, akkor az energia átterjed a lánc másik végébe. Miközben az energia a lánc egyik végétől a másikig terjed, a terjedési közeget alkotó egyes láncszemek egymáshoz képest felfelé és lefelé fognak 754

755 elhelyezkedni. Ebben az esetben a közeg részecskéi az impulzus terjedési irányára merőlegesen mozognak. Ez a típusú hullám a transzverzális hullám. 1. ábra. Transzverzális hullám A longitudinális - azaz hosszirányú hullámoknál a közvetítő közeg részecskéi a hullám terjedési irányával párhuzamosan mozognak. Ha egy láncot vízszintesen kifeszítünk és az egyik végén az első láncszemet balra-jobbra mozgatjuk, akkor az energia átterjed a lánc másik végébe. Miközben az energia a lánc egyik végétől a másikig terjed, a terjedési közeget alkotó egyes láncszemek egymáshoz képest balra és jobbra fognak elhelyezkedni. Ebben az esetben a közeg részecskéi az impulzus terjedési irányával párhuzamosan mozognak. Ez a típusú hullám a longitudinális hullám. 2. ábra. Longitudinális hullám A magyarázó szöveget és a képeket innét vettem. A tekercs és a kondenzátor Még mindig az alapoknál maradva vizsgáljuk meg kicsit közelebbről, milyen kapcsolat van a tekercs, a kondenzátor és az elektromágneses energia között. 755

756 A tekercset - vagy más néven mágneses induktort a mágneses energia tárolására és visszanyerésére használjuk az elektromos kapcsolásokban. 3. ábra. A tekercs Ez az energia a térben tárolódik a tekercs mágneses mezejeként. A tekercs térbelileg nyitott és ezt a teret használja fel a mágneses energia tárolására és visszanyerésére. Mikor az elektromágneses mezőben a mágneses mező kerül túlsúlyba, akkor a terjedés egy késleltetett transzverzális hullámként van feltűntetve. [Transverse ElectroMagnetic wave (TEM)]. A hullám terjedési sebessége valamivel a fénysebesség alatt van. A kondenzátort - vagy más néven dielektromos induktort az elektromos energia tárolására és visszanyerésére használjuk az elektromos kapcsolásokban. 4. ábra. A kondenzátor A dielektromos energia rendszerint "statikus" elektromosságként jelenik meg, pedig ez minden, csak nem statikus. A kondenzátor térbelileg zárt, a dielektromos energia a szigetelő anyagban tárolódik, mely ideális esetben egyáltalán nem vezeti az áramot. Az elektromosság dielektromos megtestesülése az elektromos pólus. Mikor az elektromágneses mezőben az elektromos mező kerül túlsúlyba, akkor a pólusok longitudinális hullámokban terjednek. [Longitudinal Magneto-Dielectric wave (LMD)]. A hullám terjedési sebessége jóval a fénysebesség felett van! Ez az a fajta elektromosság, amit Tesla a Nagyító Erősítőjével (Magnifying Transmitter) továbbított. Az LMD - melyet teljesen félreértelmeznek a modern elektromosságtanban - gyakorlatilag egy közvetlen kapcsolatot tételez fel az adó és a vevő között, így azokat egy egységként kezeli. 756

757 Az LMD terjedését legkönnyebben a tükrözött geometria segítségével érthetjük meg. A villamosmérnökök és a geológusok a földet egy végtelen elektromos síknak veszik. Tesla a Nagyító Erősítőjével ezt a nézőpontot síkról pontra változtatta, így a Nagyító Erősítő működése közben a föld egy pont-elektródává változott, melyhez bárhol csatlakozni lehet! A tükrözött geometriában a pont és a sík közötti közbülső vonalak, valamint a mi példánkban az LMD hullámok az adó és a vevő között - közvetlen vonalként jelennek meg. Képzeljük el ezt a vonalat egy merev rúdként. Ha valaki hosszirányban tolja a rúd egyik végét, akkor erre a rúd ellenkező vége azonnal, azaz időveszteség nélkül reagál. A TEM hullámokat viszont egy kötéldarabként képzelhetjük el, amit erősen megrázva a hullám a kötél teljes hosszában végigfut, miközben veszít az energiájából. Amikor a polaritással rendelkező tekercseket és kondenzátorokat párhuzamosan összekötjük, azok elektromos gerjesztés hatására rezgőkört alkotnak. A rezgőkör kialakításának függvényében az túlnyomórészt vagy TEM vagy LMD hullámokat állít elő. A rezgőkörök teszik lehetővé számunkra, hogy a rádióhullámok széles skáláját felhasználva kommunikálhassunk egymással. Analóg számítógépek Hogy teljesen megértsük az elektromos terjedésből eredő polaritásokat, vissza kell térnünk az analóg számítógépekhez. Az itt lévő magyarázatot Thomas J. Brown írásából ollóztam ki. Az 5. ábrán két kondenzátor és két tekercs olyan sematikus kapcsolását láthatjuk, melyben egy analóg számítógép egyik elemét alkotják. 5. ábra. Az analóg számítógép egyik eleme A transzverzális és longitudinális összetevők egymáshoz képest 90 -os eltéréssel terjednek. A 6. ábrán egy klasszikus analóg számítógépet láthatsz, melyben a hullámok a TEM hullámokra jellemző módon terjednek. 757

758 6. ábra. TEM hullámok terjedése az analóg számítógépben A jelgenerátor a baloldalon található. A mágneses terjedés, melyet egy külső tekercsen mérhetünk, a legerősebb a baloldalon és a leggyengébb a jobboldalon. A dielektromos terjedés, melyet egy különleges sokegységes foton-erősítővel érzékelhetünk, a leggyengébb a baloldalon és a legerősebb a jobboldalon. A mágneses és dielektromos összetevők a térben egymás tükörképei. Az ujjunkkal ellenőrizve azt tapasztaljuk, hogy a tekercsek a baloldalon, ahol a legerősebb a mágnesesség - forrók, míg a jobboldali tekercsek, ahol a leggyengébb a mágnesesség - hidegek. A kondenzátorok a baloldalon, ahol a dielektromosság a leggyengébb - hidegek, míg a jobboldalon, ahol a legerősebb a dielektromosság - melegek. Ez a fajta áramkör gyenge rezgéseket kelt, melyek a fény sebességénél lassabban terjednek. A TEM hullám az elektromos hullámok nem természetes terjedési módja. A 7. ábrán egy olyan analóg számítógépet láthatsz, melyben a hullámok az LMD hullámokra jellemző módon terjednek. 7. ábra. LMD hullámok terjedése az analóg számítógépben A jelgenerátor ismét a baloldalon található. A mágneses terjedés a leggyengébb a baloldalon és a jobboldal felé haladva növekszik. A dielektromos terjedés szintén a leggyengébb a baloldalon és a legerősebb a jobboldalon. A mágneses és dielektromos összetevők a térben egymással megegyeznek, ami szöges ellentéte az Elektromágneses Indukció törvényeinek, mely kimondja, hogy a mágneses és dielektromos összetevők négyzetes arányban vannak a térrel és az idővel! Az ujjunkkal ellenőrizve azt tapasztaljuk, hogy a tekercsek a baloldalról jobboldalra haladva egyre melegebbek a bennük lévő mágneses energiával arányosan. A kondenzátorok szintén a baloldalról jobboldalra haladva egyre melegebbek a bennük lévő dielektromos energiával arányosan. Ez a fajta áramkör erős rezgéseket kelt (magas a "Q"-ja). Ez az elektromosság terjedésének természetes 758

759 formája, melyet Tesla nagyon is jól ismert és ez a fajta elektromosság a fény sebességénél gyorsabban terjed. Az angol nyelvű forrást itt nézheted meg. Megjegyzés: Az itt leírtak szöges ellentétben állnak az elektromágneses hullámok terjedéséről tanultakkal. De ne feledjük, hogy amit az iskolákban tanítanak, az csak egy lehetséges formája az elektromágneses hullámok terjedésének. Ez a forma lett a hivatalos irányzat, de már több mint száz éve létezett egy másik elképzelés, egy másik magyarázat is, ami nem került elismerésre a tudományos körökben. Ez persze koránt sem jelenti azt, hogy ettől még az nem lenne helyes. A következő oldalon J. L. Naudin kísérletével ismerkedhetsz meg, ahol mérésekkel alátámasztott bizonyítékokat láthatsz Tesla elképzelésének helyességéről. Naudin készülékének ismertetése Tesla elektromágneses hullám-terjedési elméletét Naudin ki is próbálta és mérésekkel végzett kísérleteiben igazolni is tudta annak helyességét. Mivel Naudin a szokásos szűkszavúságával ismertette a kísérletét, ezért a jobb érthetőség kedvéért Én fűztem megjegyzéseket hozzá, míg Naudin magyarázatait idézőjelek közé tettem. "Ezen az oldalon az elektromágneses kísérleteim következnek. 759

760 Az elektromágneses hullámok térben történő terjedésének tanulmányozására egy analóg számítógépet használtam, melyben az elektromos és mágneses összetevők transzverzális és longitudinális hullámként terjednek (TEM/LMD). Az analóg számítógép elemeit két különböző módon kapcsoltam össze." 1. ábra. Naudin analóg számítógépének egyik eleme Mint az ábrából is látszik, a tekercsek induktivitása 1,58 mh. Nagyon fontos, hogy a tekercsek induktivitásai megegyezzenek, mivel ekkor lesz szimmetrikus az áramkör. Naudin ezt úgy érte el, hogy egy speciális LC rezgőkörben állandó kapacitás és frekvencia mellett a tekercseket egyformán behangolta. (Ez a tesztelő rezgőkör nem azonos az 1. ábrán látható analóg számítógép elemmel.) A tekercsek adatai a következők: kb. 150 menetes, ami 85 mm hosszúságú 0,4 mm-es rézhuzalból készült. A vasmag 120 mm hosszú és 9 mm átmérőjű ferrit rúdból van. A kondenzátorok 0,1 F-os elektrolit kondenzátorok. Naudin a kísérletekben a feszültséget kétféleképpen mérte. A tekercsek körül kialakult mágneses erőteret egy mágneses érzékelő tekerccsel (2. ábra - baloldalt), illetve az összes alkatrész (tekercsek és kondenzátorok) feszültségét oszcilloszkóppal (2. ábra - jobboldalt) mérte. 760

761 2. ábra. A mágneses érzékelő tekercs (balra) és az oszcilloszkóp (jobbra) A mágneses érzékelőt közelebbről a 3. ábrán láthatod. 3. ábra. A mágneses érzékelő 1. Kísérlet: A TEM hullámok terjedése "A TEM (Transverse ElectroMagnetic) kapcsolás a transzverzális elektromágneses hullámok térbeli terjedésének analóg szimulációja. Ez két párhuzamos vezetékből áll, mely az elektromágneses sugárzás terjedésének hagyományos formája." 761

762 Naudin a két párhuzamos vezeték alatt sorba kötött tekercseket ért, lévén, hogy a tekercsek is vezetékekből állnak. 4. ábra. Az analóg számítógép elemeinek hagyományos összekapcsolása (TEM hullámok) A kapcsolási rajzot és az egyes elemeken mérhető feszültségeket a következő ábra mutatja. 762

763 5. ábra. A TEM kapcsolás és az egyes alkatrészeken mérhető feszültségek A kapcsolási rajzon feltűntetett 12 V nem a jelgenerátor kimeneti V1 feszültsége, hanem az erősítő tápegységének egyenfeszültsége. A generátor kimenetén 18 V-os szinusz hullám jelenik meg, ezt vezette Naudin a C1-es kondenzátorra. Az 5. ábrán feltűntetett feszültségértékeket a következő ábrán jóval szemléletesebben összehasonlíthatod. 6. ábra. A négyelemes TEM kapcsolás alkatrészein mért feszültségek "Figyeljük meg, hogy a mágneses és dielektromos összetevők a térben egymás tükörképei." Naudin azt is megvizsgálta, hogy a tekercsekben és a kondenzátorokban milyen a feszültségek egymáshoz viszonyított fázisa. 763

764 7. ábra. A TEM hullámok a négy kaszkádban Érdemes megfigyelni, hogy a harmadik kaszkádban fázisfordítás történt az első, második és negyedik kaszkádhoz képest. Ennek okát Naudin nem részletezte. Lehet, hogy csak az oszcilloszkóp vezetékeit fordított polaritással kapcsolta az L3 tekercsre és a C4 kondenzátorra? Nagyon valószínű, mivel ha függőlegesen tükrözzük a harmadik kaszkád mérési eredményeit, akkor jól nyomon követhető az egyes kaszkádokban a jelek fázisa. A következő ábrán megfordítottam a harmadik kaszkád polaritását, hogy Te is pontosan lásd, mire gondolok. 764

765 8. ábra. A TEM hullámok a négy kaszkádban (a harmadik kaszkád jeleit grafikusan a vízszintes tengely mentén tükröztem) Így már minden a helyére került. A következő ábrán a bemeneti és kimeneti feszültségek fázisviszonyát nézheted meg. 9. ábra. A bemeneti és kimeneti feszültségek fázisviszonya Jól látható, hogy a kimeneti jel fázisa a bemeneti jel fázisához képest siet. 765

766 Ez a kísérlet az elektromágneses hullámok mágneses és dielektromos összetevőinek hagyományos, tudományos körökben elfogadott terjedését mutatta be. 2. Kísérlet: Az LMD hullámok terjedése "Az LMD (Longitudinal Magneto-Dielectric) kapcsolás a longitudinális elektromágneses hullámok térbeli terjedésének analóg szimulációja. Ez az elektromágneses sugárzás nem hagyományos terjedése." 10. ábra. Az analóg számítógép elemeinek nem hagyományos összekapcsolása (LMD hullámok) A kapcsolási rajzot és az egyes elemeken mérhető feszültségeket a következő ábra mutatja. 766

767 11. ábra. Az LMD kapcsolás és az egyes alkatrészeken mérhető feszültségek A kapcsolási rajzon feltűntetett 12 V nem a jelgenerátor kimeneti V1 feszültsége, hanem az erősítő tápegységének egyenfeszültsége. A generátor kimenetén 27 V-os szinusz hullám jelenik meg, ezt vezette Naudin az L1-es tekercsre. A 11. ábrán feltűntetett feszültségértékeket a következő ábrán jóval szemléletesebben összehasonlíthatod. 767

768 12. ábra. A négyelemes LMD kapcsolás alkatrészein mért feszültségek "Figyeljük meg, hogy a mágneses és dielektromos összetevők a térben megegyeznek." Naudin azt is megvizsgálta, hogy a tekercsekben és a kondenzátorokban milyen a feszültségek egymáshoz viszonyított fázisa. 13. ábra. Az LMD hullámok a négy kaszkádban 768

769 Ezen az ábrán Naudin szintén elkövetett egy kis mérési pontatlanságot, legalább is úgy tűnik, mivel az első kaszkádban a jelek fázisa szintén fordított. Valószínű, hogy ismét csak az oszcilloszkóp vezetékeit fordított polaritással kapcsolta az L2 tekercsre és a C1 kondenzátorra. A következő ábrán megfordítottam az első kaszkád polaritását. 14. ábra. Az LMD hullámok a négy kaszkádban (az első kaszkád jeleit grafikusan a vízszintes tengely mentén tükröztem) Így már minden a helyére került. A következő ábrán a bemeneti és kimeneti feszültségek Microvap V szimulátorral készített összehasonlító ábráját látod. 769

770 15. ábra. Microvap V-el szimulált BE/KI jelek A következő ábrán a bemeneti és kimeneti feszültségeket és áramokat vizsgálhatjuk meg. 16. ábra. Az LMD kapcsolás bemeneti és kimeneti feszültségeinek és áramainak értéke 770

771 Az összes itt látható mérés célja az volt, hogy bebizonyosodjon, nagyobb teljesítmény jelenik meg a kimeneten, mint amennyit bevezettünk. Ezt sikerült is bizonyítani, amit a következő ábrán láthatsz. 17. ábra. Az LMD kapcsolás bemeneti és kimeneti teljesítményei Az angol nyelvű forrást itt nézheted meg. Jól látható, hogy egy bizonyos idő elteltével a kimeneti és bemeneti teljesítmények értékei többékevésbé stabilizálódtak. Először egy állandó növekedést tapasztalunk, majd elérünk egy maximumot. Ezt követően valamelyest csökken a teljesítmény, míg be nem áll egy közel állandó értékre. Ez a bemeneten kb. P be = 3 W, a kimeneten pedig kb. P ki = 12 W. Ebből könnyen kiszámítható, hogy a rendszer hatásfoka: = P ki / P be = 12 / 3 = 4 => 400 % Tehát Tesla kapcsolása egy ingyenenergiát előállító készülék! Óhatatlanul felmerül azonban két kérdés: 771

772 Mi a magyarázata a jelenségnek, hogyan tudja ez a kapcsolás megcsapolni az étert? Hogyan lehetne ezt a hatásfokot tovább növelni? Az első kérdéssel kapcsolatban egyenlőre csak találgatni tudunk, a másodikra viszont már deduktív következtetéssel pontosan megadhatjuk a választ. A hatásfok 400 % és négy kaszkádunk van. Ez azt sugallja, hogy minden kaszkád 100 %-kal növeli a hatásfokot. De ha megnézzük a 12. ábrát, akkor világosan kitűnik, hogy nem ez a helyzet. Az első kaszkádtól kiindulva fokozatosan csökken a feszültség a harmadik kaszkádig, majd a 4. kaszkádban egy nagy ugrás történik. Tehát mind a négy kaszkádra szükség van az éter megcsapolásához. Ha ismét négy kaszkádot sorba kötünk, akkor a kimeneten elméletileg már 1600 %-os hatásfokot érhetünk el. Felírhatjuk, hogy a hatásfok: = 4 n, ahol n - a négyes kaszkádok száma. Az is bíztató, hogy nem kell nagy bemeneti teljesítményeket használnunk az éter megcsapolásához. Talán még az is elérhető, hogy nem is használunk külön jelgenerátort, hanem az elektromágneses térben lévő W teljesítményű hullámokat erősítjük fel ezzel az analóg LMD számítógéppel. Ráadásul ez a kapcsolás nem igazán "kopik" használat közben, mivel nincsenek benne forgó vagy aktív alkatrészek (motor, tranzisztor, elektroncső stb.) Lehet, hogy ez a jövő áramforrása? Ideáig érve a gondolatmenetemben azon töprengtem, hogy Naudin hogyan határozta meg a 17. ábrán látható kimeneti és bemeneti teljesítményeket. Ez nem volt világos a számomra. Azt írja, hogy a jelgenerátor egy 200 W-os erősítő, ami a tápegységéről 12 V-on 2,8 A-t vesz fel. Ez 12 * 2,8 = 33,6 W. Az, hogy nem 200 W, még érthető, hiszen nem a maximális teljesítményen dolgozik az erősítő. Viszont a 16. ábrán a jelgenerátorból felvett áram amplitúdója [I(v1)] a stabilizálódás után 480 ma körül van, a feszültség amplitúdója [U(v1)] pedig 27 V. Ez azonos áram és feszültségfázisok esetén P max = 27 V * 0,48 A = 12,96 W. Ha az átlagos teljesítményt számoljuk, akkor az P átl = 12,96 * 0,707 = 9,16 W. Tehát a jelgenerátorból felvett átlagos teljesítmény 9,16 W, nem pedig 33,6 W. De ez a 9,16 W sem egyezik a 17. ábrán látható stabilizálódott 3 W-tal. Ez vagy azt jelenti, hogy különböző időkben végezte a mérést különböző jelteljesítményekkel, tehát a 16. és a 17. ábrák nem ugyanarról a mérésről szólnak, vagy pedig a bemeneti áramot és feszültséget nem a jelgenerátornál mérte, hanem az L1 tekercsnél. Ekkor elképzelhető, hogy az L1 tekercsben fáziskéséssel megjelenő áram I(L1) és a generátor feszültségével azonos fázisú U(L1) átlagos teljesítménye 3 W. De akkor nem jó a 17. ábra, mivel a bemeneti jel teljesítménye 9,16 W kell legyen. Ha már itt járunk, vizsgáljuk meg a kimeneti jel teljesítményét is. A stabilizálódás után az 772

773 L8-as tekercs feszültség amplitúdója kb. 40 V, az áram amplitúdó pedig kb. 0,32 A. Ebből következően viszont P ki = 40 V * 0,32 A = 12,8 W, az átlagos teljesítmény pedig P átl = 12,8 W * 0,707 = 9,05 W. Ez már kisebb is, mint a befektetett 9,16 W-os teljesítmény. De a valóságban a kimeneten az áram 90 -os késéssel jelenik meg a feszültséghez képest, tehát az átlagos teljesítmény még kisebb lesz, mint a 9,05 W, talán a harmada, azaz kb. 3 W. Ezt a 16. és a 17. ábrák által számított teljesítmények közötti eltérést csak úgy lehet tisztázni, hogy magunk is elvégezzük ezt a kísérletet. Viszont akkor azt úgy kellene összeállítani, hogy a jelgenerátor egy egyszerű tranzisztoros szinusz jel generátor legyen, aminek a táplálása először mondjuk egy akkumulátorról történne, majd mikor az LMD kaszkádok kimenetén a jel stabilizálódott, akkor azt egyenírányítva a bemeneti jelgenerátor táplálására használhatnánk. Ekkor az akkumulátort lekapcsolhatjuk a jelgenerátorról. Ha a rendszer továbbra is működne, akkor egyértelműen bizonyítást nyerne az ingyenenergia megcsapolásának ténye. 773

774 Folyamatos Elektromos Generátor Bevezető Alberto Molina-Martinez kidolgozott egy ingyenenergiát termelő készüléket, melyet Folyamatos Elektromos Generátornak nevezett el. A generátor nem tartalmaz forgó alkatrészeket, csak vasmagokat és közönséges tekercseket. Az indukciós generátorokhoz hasonlóan az indításhoz külső áramforrásra van szükség, de miután a rendszer beindult, a kimenetéről a teljesítmény egy részét visszavezetve a gerjesztő tekercsekbe a generátor önállóan tovább működik, miközben megcsapolható plusz energiát - ingyenenergiát - termel. Először a háromfázisú generátorok működési elvéről olvashatsz, majd következik a szabadalom ismertetése. Ezt követően néhány videófilmet is megnézhetsz, ahol a feltaláló bemutatja a készülékét működés közben, majd azt próbáljuk megfejteni, hogy mi is lehet a működés fizikai magyarázata. A háromfázisú generátorokról Mielőtt megismerkednénk Alberto Molina-Martinez Folyamatos Elektromos Generátorának szabadalmával, érdemes felidéznünk a háromfázisú váltakozó áramról és a háromfázisú generátorokról tanultakat. A háromfázisú váltakozó áram A váltakozó áram (AC) teljesítménye fluktuál. A háztartásban, pl. a villanykörtéknél ez nem jelent különösebb problémát, mivel az izzószál még meleg marad azokban a rövid időszakokban is, mikor a teljesítmény leesik. Ugyanakkor más fogyasztóknál, mint pl. motoroknál az az igény, hogy a teljesítmény állandó maradjon. 774

775 Ahhoz, hogy állandó teljesítményt kapjunk egy váltakozó áramú rendszerből, három elválasztott váltakozó áramú, párhuzamosan futó vezetéket kell használnunk úgy, hogy a bennük folyó áramok fázisai a periódusidő 1/3-ával el legyenek tolva egymáshoz képest. 1. ábra. A feszültség változása a háromfázisú váltakozó áramoknál Az 1. ábrán ez jól látszik, ahol a piros görbe a periódusidő 1/3-ával előzi meg a kék görbét és a periódusidő 1/3-ával késik a sárga görbéhez képest. Ha a periódus 50 Hz (azaz 20 ms), akkor mind a három fázis egymástól 20/3 = 6 2/3 ms-mal tér el. A vízszintes időtengely bármelyik pontján a három fázis feszültségének összege nulla, a feszültségek különbsége pedig bármelyik két fázis között váltakozó áramú feszültséget eredményez. Háromfázisú elektromos generátor Minden háromfázisú generátor forgó mágneses mezőt használ. 2. ábra. A háromfázisú generátor a forgó mágnessel 775

776 A 2. ábrán három elektromágnest helyeztünk el egy kör kerülete mentén. Mind a három elektromágnes a saját fázisában van kapcsolva a háromfázisú elektromos fogyasztóhoz. Mint látod, a három elektromágnes központ felé mutató pólusai váltakoznak. (S = Déli pólus, N = Északi pólus.) A betűk fekete színben jelennek meg, mikor a mágneses mező erős és világosszürke színben, mikor gyenge. Minden egyes fázis feszültségének a fluktuálása pontosan megegyezik a mágneses mező fluktuálásával. Mikor az egyik fázis a csúcson van, akkor a másik kettőben az áram ellentétes irányba folyik fél feszültségen. Mivel a három elektromágnes időzítése olyan, hogy 1/3 ciklussal térnek el egymástól, ezért a mágneses mező egy teljes fordulatot tesz egy ciklus alatt. A szinkron generátor működési elve Ha elkezdjük körbeforgatni a 2. ábrán látható mágnest, akkor azt tapasztaljuk, hogy ez váltakozó áramot indukál a tekercsekben. Ha a mágnes mágneses mezeje erősebb, vagy ha nagyobb a forgató nyomaték, akkor több elektromos áramot kapunk, bár a generátor ugyanazzal a sebességgel forog. Az állandómágneses szinkron generátort a gyakorlatban nem sok helyen használják, mivel az állandó mágnesek egy idő után elveszítik a mágnesességüket, másrészt pedig az igazán erős mágnesek, melyek ritka földfémekből készültek, elég drágák még manapság is, pedig az áruk már sokat csökkent. Ebből kifolyólag az állandó mágnes helyett egyenárammal gerjesztett elektromágneseket használnak a szinkron generátorokban. Azonban az igazán elterjedt generátorok az aszinkron generátorok. Az aszinkron generátor működési elve Ezt a típusú generátort indukciós generátornak is hívják. 776

777 3. ábra. Aszinkron generátor Ennek a generátornak az az érdekessége, hogy eredetileg elektromos motornak tervezték. Gyakorlatilag a világ elektromos fogyasztóinak egyharmada indukciós motorokból áll. Indukciós motorok hajtják a gyárak gépeit, az elektromos autókat, pumpákat, ventillátorokat, kompresszorokat, mozgólépcsőket stb. Ennek oka a magasfokú megbízhatósága és az aránylagos olcsósága. Az aszinkron generátor kulcsfontosságú eleme a rotor, azaz a forgó kalitka. (Ezt korábban mókuskeréknek hívták.) 4. ábra. A forgó kalitka (rotor) A rotor az, ami megkülönbözteti az aszinkron generátort a szinkron generátortól. A rotor réz vagy alumínium rudakból áll, melyek elektromosan alumínium zárógyűrűkkel vannak összekötve. A 3. ábrán látható, hogyan helyezkedik el a rotor egy "vas" kéregben, mely vékony, szigetelt acéllemezekből áll, benne lyukakkal a vezető alumínium rudak számára. A rotor az állórész (sztátor) közepében helyezkedik el, mely ebben az esetben egy négypólusú állórész s amely közvetlenül kapcsolódik a háromfázisú hálózathoz. 777

778 Mi történik, ha kurblival megpörgetjük a rotort pontosan a motor szinkron sebességével, pl. 1500/perccel? A válasz: Semmi, mivel a mágneses mező pontosan a rotor sebességével forog, így nem jön létre az indukció jelensége a rotorban, ami ezáltal nem lép kölcsönhatásba a sztátorral. De mi történik akkor, ha a sebességet 1500/perc fölé emeljük? Ebben az esetben a rotor gyorsabban forog, mint a sztátor forgó mágneses mezeje, ami azt jelenti, hogy a sztátor erős áramot indukál a rotorban. Minél erősebben forgatjuk a rotort, annál nagyobb teljesítmény alakul át elektromágneses erővé a sztátor számára és ebből következően nagyobb elektromos teljesítmény indukálódik a rotorban. Az aszinkron generátor sebessége a forgatónyomaték függvényében változik. A gyakorlatban a százalékban mért különbség a csúcsteljesítménykor használt sebesség és a terheletlen állapotban szükséges sebesség között nagyon kevés, kb. 1 %. A szinkronsebesség százalékos különbségét a generátor csúszásának nevezzük (angolul slip). Egy négypólusú generátor üresjárati sebessége 1500/perc, míg a maximális terhelésnél 1515/perc. A kalitka rotorok nagy előnye, hogy automatikusan illeszti saját magát a sztátor pólusainak számához. Ugyanazt a rotort használhatjuk a pólusok számának széles skáláján. Az állandómágneses szinkrongenerátorral ellentétben - mely külső tápforrás nélkül indítható - az aszinkron generátor sztátorának mágnesezése szükséges az indítás előtt. Ez megoldható kondenzátorokkal is, melyek elegendő mágnesező áramot tudnak biztosítani. Ezen kívül szükség van még arra is, hogy a rotor vasában egy kis visszamaradt mágnesesség is legyen, mikor indítjuk a generátort. Ellenkező esetben külső tápegységre van szükség a rendszer indításához. A generátorok pólusainak száma A háromfázisú fogyasztóra közvetlenül kapcsolódó generátor sebessége állandó. Ha megduplázzuk a sztátor elektromágneseinek a számát, akkor a mágneses mező forgásának a sebessége a felére csökken. Az 5. ábrán láthatjuk, hogy a mágneses mező az óramutató járásával megegyező irányban fél fordulatot tesz meg, mielőtt újból elérné az eredeti mágneses pólust. 778

779 5. ábra. Négypólusú generátor a forgó mágnessel Ez a fajta generátor négy pólussal rendelkezik, két déli és két északi pólussal. Mivel a négypólusú generátor periódusonként fél fordulatot tesz meg, ezért az 50 Hz-es periódus eléréséhez 25/sec = 1500/perces fordulattal kell forgatni a mágnest. Mikor megduplázzuk a szinkron generátor pólusainak számát, akkor meg kell dupláznunk a rotor mágneseinek a számát is, mint ahogy az az 5. ábrán látszik, ellenkező esetben a pólusok nem egyeznének meg. (Itt két patkó mágnest is használhatunk.) A pólus-párok számát úgy növelhetjük meg, hogy további három elektromágnest adunk a sztátorhoz. Kilenc elektromágnessel hatpólusú generátort kapunk, mely az 50 Hz eléréséhez 1000/perces fordulatszámon kell, hogy forogjon. A következő táblázatban a különböző pólusszámú szinkron generátorok fordulatszámait láthatod. Pólusszám 50 Hz 60 Hz /perc 50,0/sec 3600/perc 60,0/sec /perc 25,0/sec 1800/perc 30,0/sec /perc 16,6/sec 1200/perc 20,0/sec 8 750/perc 12,5/sec 900/perc 15,0/sec /perc 10,0/sec 720/perc 12,0/sec /perc 8,3/sec 600/perc 10,0/sec 1. táblázat. A szinkron generátor sebessége a pólusok függvényében 779

780 A "szinkron generátor sebessége" kifejezés arra a sebességre utal, mikor az a hálózati frekvenciával szinkronban forog. Ez a kifejezés azonban a generátorok többi típusára is alkalmazható. Az aszinkron (indukciós) generátor esetében ez a generátor terheletlen állapotában mért sebesség. Az angol nyelvű forrást itt nézheted meg. A következő oldalon a Folyamatos Elektromos Generátor szabadalmával ismerkehetsz meg. Folyamatos Elektromos Generátor - Szabadalom Az itt olvasható szabadalomra, akárcsak magára a Folyamatos Elektromos Generátorra Joubert Attila hívta fel a figyelmemet, s egyúttal le is fordította angolról magyarra, amit külön köszönök. A generátor rövid leírása Egy álló hengeres elektromágneses mag, egy darabban vékony lemez-szalagból készítve a kívánt magassággal, sugárirányban elosztott zárt résekkel rendelkezik, ahol két háromfázisú tekercselrendezés van együtt egyazon résekben, egy a közepénél egy pedig kívül, forgó elektromágneses mező létrehozása céljából, ideiglenesen egy háromfázisú áram használatával ezeken az úgynevezett tekercseken, melyek a második tekercsen feszültséget indukálnak, aminek hatására a kimenő teljesítmény sokszorta nagyobb a betápláltnál. Visszacsatolva a rendszert, az átmeneti áramforrás lecsatlakoztatható. A generátor aztán magától működik, korlátlan ideig folyamatosan nagy mennyiségű energiát termelve. Feltalálók: Levelezési cím: Molina-Martinez, Alberto; (West Palm Beach, FL) Kimberly A. Chasteen Williams Mullen 780

781 Suite 210 One Old Oyster Point Road Newport News VA US Széria szám: Sorszám: 10 Beadva: március 06. U.S. érvényes 310/40R osztály: U.S. publikáció osztálya: 310/40.00R Belső osztály: H02K 001/00 Igények (szerzői jogi /a fordító/) 1. Folyamatos Elektromos Generátor (FEG), mely magába foglal: egy több rést tartalmazó magot; forgó elektromágneses mezőt keltő álló középrészt; a réseknél található középrésznek nevezett részt, mely elektromos energiát kelt; és energiaforrás a középrész táplálására. 2. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben a mag egy darabból tervezett szerkezet. 3. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben a mag a továbbiakat tartalmazza: egy külső rész és abban egy azzal egybeépített belső rész, a részek közti légrések és elmozdíthatóság nélkül. 4. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben a mag rétegelt lemezkötegből tervezett. 5. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben a mag ragasztott, szigetelt és összeszorított ferromágneses porból (Ferrit /a ford./) készült. 781

782 6. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben a mag egy szilád hengeres központi részt tartalmaz. 7. A 6. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, melyben számos rés húzódik a belső hengeres résztől a (belső /a. ford./) mag külső határáig. 8. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az elektromos tekercsek első csoportja az indukáló részben van. 9. Az 1. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az elektromos tekercsek második csoportja az indukált részben van. 10. A 8. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben a tekercsek első csoportja kétpólusú elrendezésű (két szál vezetékkel csatlakozik /a ford./). 11. A 9. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben a tekercsek második csoportja kétpólusú elrendezésű. 12. A 8. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az elektromos tekercsek első csoportja háromfázisú és egymástól 120 fokot bezáróan középütt elrendezett. 13. A 9. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az elektromos tekercsek második csoportja háromfázisú és egymástól 120 fokot bezáróan középütt elrendezett. 14. A 7. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az indukáló részek a résekben a központi hengeres részhez közel vannak. 15. A 7. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az indukált részek a központi hengeres résztől távol vannak. 16. A 7. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, továbbá az azt tartalmazó visszacsatoló rendszer, mely az indukált részből energiát szolgáltat a generátor számára (önmagának /a ford.) 17. A 16. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor, amiben az áramforrás eltávolítandó, ha egyszer már a visszacsatoló rendszer üzemel, árammal látva el a generátort. 782

783 18. A 16. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor tartalmaz továbbá egy szabályzó rendszert a szolgáltatott teljesítmény szabályzására. 19. A 7. igényben leírt Folyamatos Elektromos Generátor tartalmaz továbbá egy fázistoló egységet, a szolgáltatott teljesítmény fázisának helyreállításához. Leírás A nevezett készülék kereszt-hivatkozásai: A jelen alkalmazás június 15-én beadva, elsőbbséget élvez az U.S. Provisional Application Ser. No. 60/139,294 sorszámmal. A találmány háttere 1. A találmány alkalmazási területe Jelen találmány leginkább az elektromos energiatermelő rendszerekhez sorolható. Pontosabban a jelen találmány az önellátó elektromos energia egységekhez tartozik. 2. A hivatkozott tárgy leírása. Azóta, hogy Nikola Tesla feltalálta és szabadalmaztatta többfázisú generátor-rendszereit, indukciós motorjait és transzformátorait, ezen a területen nem történt alapvető fejlesztés. A generátorok forgó mechanikus részekkel állítják elő a többfázisú feszültséget és áramot, rendszerint mágneses mező fizikai erőt felhasználó forgatásával, mely mező áthalad a motor sugárirányú tekercsein. Az indukciós motorok működésének alapja a mechanikusan forgatott elektromágneses mező létrehozása volt, inkább mechanikusan forgatott mágneses mező, mely feszültséget és áramot indukál, elektromotoros erőt létrehozva, ami mechanikai energiaként vagy erőként hasznosítható. Végül a transzformátorok alakítják át a feszültségeket és az áramokat a nagy távolságú átvitelhez és a felhasználható mértékre. Az összes jelenlegi elektromos generátorban az energia kis mennyiségét - rendszerint a nagy generátorokban a kimenő teljesítmény kevesebb, mint egy százalékát - a mechanikusan forgatott 783

784 elektromágneses pólusok gerjesztésére használják, ami feszültséget és áramot kelt a pólusok anyagához képest relatív sebességgel (az álló részhez képest relatív/ a ford./) mozgó vezetőkben. Az energia maradékát arra használják, hogy elektromosságot kapjanak, a tömegek szükségszerű mozgatásával, mely olyan veszteségeket hoz be, mint: mechanikai veszteségek, mágnesezési veszteségek, rézveszteség, tekercs-veszteség, armatúra veszteségek, légrés veszteségek, kapacitív veszteségek, skin-hatás veszteségei, hiszterézis veszteségek, melyek együttesen felesleges teljesítmény beviteli igényért felelősek, mindig csökkentve a létrehozható (hasznos /a ford./) elektromos energiát. A találmány összegzése A Folyamatos Elektromos Generátor tartalmaz: egy álló hengeres elektromágneses magot, mely egy darabból a kívánt magasságú, vékony lemezelt kötegből készült, amibe kettő háromfázisú tekercselés van helyezve, egyazon résekbe egymáshoz képest fizikálisan el nem mozduló módon. Ha a tekercselések egyike ideiglenesen csatlakozik egy háromfázisú áramforráshoz, így forgó elektromágneses mező keletkezik, és az így létrejött mező metszi az állórész második tekercskészletét, feszültséget és áramot keltve abban. Így az egész generátor kimenő teljesítményének egy százalékánál is kevesebb szükséges a forgó mágneses mező gerjesztésének fenntartásához. A Folyamatos Elektromos Generátorban nincsenek mechanikus veszteségek, súrlódási veszteségek, rézveszteség, tekercselési veszteségek, armatúra veszteségek, vagy légrés veszteségek, mivel semmiféle mozgás nincs. Van viszont: kapacitív veszteség, örvényáram veszteség, hiszterézis veszteség, melyek a generátor felépítéséből és annak anyagaiból erednek, de hasonló mértékben, mint a többi (hagyományos /a ford./) generátornál. A jelenlegi elektromos generátorokban a teljes előállított teljesítmény kevesebb, mint egy százaléka fordítódik a saját mágneses mezejének előállítására; a jelenlegi generátorok teljes kimenő teljesítményéhez szükséges mechanikai energia az elektromos áram előállítása során történő forgatáshoz használódik fel. A Folyamatos Elektromos Generátornál nincs szükség mozgásra, mivel a mező forgó elektromágneses természetű, így a teljes mechanikai energia befektetése szükségtelenné válik. A mag anyag és a tekercsrendszer azonos gerjesztő árama mellett a 784

785 Folyamatos Elektromos Generátor sokkal hatékonyabb, mint a jelenlegi generátorok, ami azt is jelenti, hogy jelentősen több energiát termel, mint amennyit igényel működéséhez. A Folyamatos Elektromos Generátor rendszere visszacsatolható, az átmeneti áramforrás lecsatlakoztatható és a generátor korlátlan ideig tovább működik. Mint más generátor, a Folyamatos Elektromos Generátor is az előállított elektromos energia egy kis részével gerjesztheti a saját elektromágneses mezejét. A Folyamatos Elektromos Generátor elindításához igényli csak egy külső háromfázisú áramforrás csatlakoztatását, aztán az lecsatlakoztatható az indulás után, az itt leírtak szerint. A leválasztás után korlátlan ideig méretének megfelelő, nagy mennyiségű elektromos energiát kelt. A Folyamatos Elektromos Generátor az összes ma használatos motort és generátort méretező és tervező matematikai képlettel számolható és méretezhető. Minden ma használatos elektromos indukciós törvénnyel és paraméterrel összhangban van. Kivéve az energia megmaradás törvényét, ami nem matematikai egyenlet, hanem elméleti alapelv, és számos esetben nincs szerepe az elektromos generátorok matematikai számításában, a Folyamatos Elektromos Generátor megegyezésre kényszerít minket az összes fizikai és elektromérnöki törvénnyel. A Folyamatos Elektromos Generátor felülvizsgáltatja velünk az energia megmaradás törvényét. Hitem szerint elektromosság sosem származik a gépeket az ellenhatások ellenében mozgató mechanikai munkából. A mechanikai rendszer csak a pillanatnyi utat szolgáltatja az elektromosság kondenzációjához. A Folyamatos Elektromos Generátor sokkal hatékonyabb utat szolgáltat az elektromosságnak. A találmány részletes leírása A jelen találmány egy Folyamatos Elektromos Generátor, ami több energiát képes termelni, mint amennyi a működtetéséhez szükséges. Az alapötlet az ideiglenes háromfázisú áramforrásra csatlakoztatott háromfázisú állórész által létrehozott fizikális mozgatás nélküli forgó mágneses mezővel indukált feszültségekben és áramokban rejlik, valamint a nevezett forgó mágneses mező útjába helyezett állórész vezetékeiben, melyek szükségtelenné teszik mechanikai erők alkalmazását. Az alaprendszer az 1. ábrán figyelhető meg, ami a jelen találmány egy megvalósítását mutatja. 785

786 1. ábra. A jelen találmány egy megvalósítása Az (1-es) állórész ferromágneses magja, a (3-as) háromfázisú indukciós tekercsekkel, melyek egymástól 120 fokot bezáró csillag-kapcsolásban (6-os) elrendezett, szolgáltatják a forgó elektromágneses mezőt, ahol a háromfázisú feszültség kétpólusú elrendezéssel van hasznosítva. Az (1-es) mag belsejében légrés nélkül van egy második, (2-es) álló ferromágneses mag. Ennek a második (2-es) magnak is háromfázisú álló tekercsei vannak (4a az 1. ábrán és 4b a 2. ábrán), az 1. és 2. ábrán látható elrendezésben a külső indukciós mag tekercseivel (3-as). A két tekercsrendszer közt nincs elmozdulás, mivel légrés sincs köztük. Egyik magnak sincs tengelye, lévén, hogy nem forgó magok. A két mag szigetelt, kötegelt lemezelt módon, vagy szigetelt ferromágneses porból (ferrit /a ford./) is készülhet. A rendszer egyaránt működhet úgy, hogy a 4b belső tekercselés 4a belső álló vezetőire az A 5a, B 5b és C 5c külső (3-as) háromfázisú tekercselésen át csatlakozik a háromfázisú áramforrás, vagy a (3-as) külső tekercseken indukáló háromfázisú feszültség és áram a T1 7a, T2 7b és T3 7c kapcsokra csatlakozik a 4b belső tekercseken. Ha az A 5a, B 5b és C 5c kapcsokon háromfázisú feszültséget alkalmazunk, akkor az áramok azonos nagyságúak, de egymástól időben 120 fokkal eltérő fázisúak lesznek. Ezek az áramok hozzák létre a változó mágneses teret, ami forgó mágneses mezőként jelentkezik. Az elrendezés széles tartományon belül 786

787 változhat, hasonlóan a mai háromfázisú generátorokhoz és motorokhoz, de az alap mindig ugyanaz, egy mozdulatlan de forgó elektromágneses mező, mely feszültséget és áramot kelt az útjába helyezett vezetőkben. Az ábra kétpólusú elrendezést mutat, de sok más elrendezés is használható ugyanúgy, ahogyan a hagyományos motoroknál és generátoroknál is. A 2. ábra mutatja a belső 4b tekercselés háromfázisú elrendezését, mely gyakorlatban a 120 fokos szimmetrikus feszültségeket és áramokat szolgáltatja. 2. ábra. Az 1. ábrán látható jelen találmány egy megvalósításának belső huzalozási rajza Ez olyan, mint a kétpólusú elrendezés. Sok más, három és többfázisú elrendezés használható. Ha vezeték keresztezi a forgó mágneses mezőt, feszültség keletkezik annak kapcsai közt. A kölcsönhatás attól függ, ahogyan a rendszerünkben felhasználjuk azt. Esetünkben háromfázisú feszültség csatlakozik a T1 7a, T2 7b, T3 7c és a 8-as számú nulla vezetékekre. A kimenő feszültség a forgó mágneses tér erősségétől, frekvenciájától (ami a forgási sebességet jelenti), a menetszámtól és a mezőt keresztező vezetők hosszától fog függeni ugyanúgy, ahogyan más (hagyományos /a ford./) generátoroknál is. 787

788 A 3. ábra a jelen találmány egy olyan másik megvalósítását mutatja, ahol a generátor a lemez (9-es) kötegelésével készül, kívánt magasságú hengereket építve abból. 3. ábra. A jelen találmány másik megvalósításában egy lemez-réteg (lemezköteg egy rétege /a ford./) Ez a megvalósítás készülhet egy darab ferrit anyagból is. A belső (4a/4b) és a külső (3-as) tekercseknek a (10-es) rések adnak helyet, melyek az indukált és az indukáló tekercsek (lásd 5. ábra). Ennél az esetnél egy huszonnégy réses lemez látható, de a rések száma széles tartományok közt változtatható a felépítéstől és az igényektől függően. A 4. ábra a jelen találmány egy másik megvalósításához szükséges két darabból álló lemezt mutatja. 788

789 4. ábra. A jelen találmány egy másik megvalósításához szükséges kétrészes lemez-réteg (lemezköteg egy rétege /a ford./) Gyakorlati okok miatt a lemez, a látható módon két részre (9a és 9b) osztott, a tekercsek nagyüzemi beilleszthetősége céljából. Ekkor azok (a tekercsek, előre elkészítve /a ford./) egy darabként szilárdan beszerelhetők. A fent leírt 9, 9a vagy 9b lemezek a veszteségek lecsökkentése céljából, vékony (0,15 mm vagy vékonyabb) szigetelt nagy mágneses permeabilitású és alacsony hiszterézisű lemezből készíthetők, olyanból, mint a Hiperco 50A vagy hasonló, vagy préselt, elektromosan szigetelt ferromágneses porból (ferrit /a ford./), amelyeknek kicsi az örvényvesztesége, valamint a hiszterézis-vesztesége, amiért a generátor jó hatásfokú lehet. A generátor működése A Folyamatos Elektromos Generátort, amint a következőkben leírtakban és a hozzájuk tartozó rajzokon is látható lesz, kis gerjesztő áramú, erős forgó elektromágneses mező gerjesztésére tervezték és méretezték. Olyan lemezelt anyagok használatával, mint a Hiperco 50A, két Teslánál is erősseb forgó mágneses mezőt érhetünk el, mivel nincsenek légrés veszteségek, mechanikai veszteségek, tekercs veszteségek, armatúra és egyéb veszteségek. Ez teszi lehetővé az egymással 789

790 120 fokos szöget bezáró 13, 14 és 15-ös indukciós tekercsek A, B és C 12 kapcsaira (5a, 5b és 5c az. 1. ábrán) csatlakoztatott átmeneti háromfázisú áramforrás használatát (ld. 5. ábra). 5. ábra. A jelen találmány egy másik, a 3. vagy 4. ábrákon látható lemezelt megvalósításának a huzalozása Az 5. ábra mutatja a 13, 14 és 15-ös indukciós tekercsek térbeli elrendezését, és a 18a, 18b, 19a, 19b, 20a és 20b indukciós tekercseket is. Az indukált és az indukáló tekercsek ugyanabba a 10-es, 16-os és 17-es résekben helyezkednek el azonos elrendezéssel. Noha a rendszer mindkét irányba működik, a jobb elrendezésnek az néz ki, ha a 13, 14 és 15 indukáló tekercsek középen, a 18a, 18b, 19a, 19b, 20a és 20b indukált tekercsek pedig kívül helyezkednek el, mivel nagyon kis tekercsek kellenek a folyamat során kis veszteségű, nagyon erős forgó mágneses tér indukálásához, valamint sokkal nagyobb és erősebb tekercs kell a rendszer által szolgáltatott összes teljesítmény kinyerésére. Mindkettő tekercselés csillagba van kötve (nem látni), de más generátorokhoz hasonlóan, másként is köthetők. Ez az elrendezés azonos az 1.ábra és a 2. ábra elrendezéseivel. A 13,14 és 15 indukáló tekercsek úgy lettek méretezve és tervezve, hogy a generátor a hagyományos háromfázisú hálózatról indulhasson (pl. fázisonként 220V 60Hz). Ha a helyi hálózat nem megfelelő, a feszültséget a tervezett megfelelő szintre szabályozhatjuk, mondjuk egy háromfázisú szabályozható transzformátorral (toroid transzformátor /a ford.), vagy elektromos 790

791 szabályzóval, vagy inverterrel stb. Ha egyszer rendelkezünk ezzel az erős forgó és a 18a, 18b, 19a, 19b, 20a és 20b indukciós tekercseket metsző mágneses mezővel, akkor a mágneses fluxus, a tekercsek menetszáma, a használt (a forgási sebességgel azonos) frekvencia és a forgó mezőt metsző vezetők hossza által meghatározott megfelelő háromfázisú feszültség indukálódik a T1, T2, T3 és N21 csatlakozókon, akárcsak más alternátoroknál. Alkalmazhatjuk az általunk kívánt, más alternátoroknál és generátoroknál is használt csillag, delta vagy egyéb kapcsolásokat. A kimenő áramok háromfázisúak lesznek (illetve az elrendezéstől függően többfázisúak), és csillag kapcsolás esetén, akárcsak más alternátoroknál, használhatjuk a 21-es nulla vezetéket. A kimenő váltakozó feszültségek és áramok teljesen szinuszosak, nem hiányosak és teljesen szimmetrikusak. Ezen eljárás során keletkező feszültségek és áramok a hagyományos felhasználásra megfelelnek. A kialakítástól függően, bármilyen nagyságú feszültség létrehozható. A 6. ábra a 13, 14 és 15-ös indukciós tekercsek kialakuló fluxus-képét mutatja. 6. ábra. A jelen találmány által keltett mágneses fluxus képe 791

792 Ez a fluxus-kép a hagyományos indukciós motorok forgó és állórészén keletkezőkhöz hasonló. Mivel nincs légrés, a homogén anyagban a mágneses fluxus a teljes úthosszon is homogén. A mag vékony, szigetelt, nagy mágneses permeabilitású és alacsony hiszterézisű lemezekből készül; a vékony lemezeknek köszönhetően az örvényáramú veszteség is minimális. Nincsenek szóródó fluxusok, vagy armatúra-hatások, ezért a mágneses fluxus már kis gerjesztő áram, illetve bemenő energia esetén is a telítés közelében lehet. A három fázis időkülönbsége és az indukciós tekercsek sugárirányú elrendezése miatt a magban forgó mágneses mező ébred, amint a 7. ábrán is látható. 7. ábra. A jelen találmány által keltett forgó mágneses fluxus képei Ha egyszer a generátor elindult, csak kis mennyiségű energiát kell visszavezetni (lásd a 8. és 9. ábrán) a 3-as (1. ábra) vagy a 13, 14 és 15-ös (5. ábra) indukáló tekercsekbe, más öngerjesztő alternátorokhoz és motorokhoz hasonlóan. Természetesen a fázisokat és feszültségeket teljesen kézben kell tartanunk, pl. változtatható transzformátorokkal, elektronikus szabályzókkal, fázis szabályzókkal vagy más fajta áram és fázis szabályzókkal. Egy lehetséges eljárás elektromos konverter és szabályzó (25) használatára, hogy kezdetben, egyenirányítón (26) keresztül egyenáramot (27) hozunk létre az egymással 120 fokot bezáró háromfázisú áramot (28) szolgáltató A, B és C vezetékekből (3), vagy a kétpólusú váltakozó áramú 792

793 vezetékből (24). Számos szabályzó és konverter képes két vezetékes betáplálásról működni, de mások csak háromfázisú feszültséget fogadnak. Ez a megvalósítás 3 kva teljesítményű szabályzót használ kétvezetékes, 220 V-os betáplálással. A forgó mágneses mező a 13, 14 és 15-ös háromfázisú tekercseken áthaladó áramok hatására keletkezik és feszültséget indukál a T1, T2, T3, N, 29 (7a, 7b, 7c, 8 a 2. ábrán) kapcsokon. Aztán a kimenő (29) áramvezetékekből a visszacsatoló (30) rendszer készít váltakozó áramból (32) az egyenirányító diódákkal (31) egyenáramot, aztán az elektronikus átalakító és szabályzó (25) csatlakozik az egyenirányító (26) egyen feszültségű (DC) részére. 8. ábra. A jelen találmány teljes rendszere Ha a visszacsatolás csatlakoztatva lett, a Folyamatos Elektromos Generátor leválasztható az ideiglenes áramforrásról (24), és folyamatosan termeli az elektromos energiát. A 9. ábrán a Folyamatos Elektromos Generátor egy másik megvalósítása figyelhető meg. 793

794 9. ábra. A jelen találmány egy a 3. vagy 4. ábrákon is látható másik megvalósításának kiterjesztett nézete Az alapelvek a fentiekben leírtak maradtak, ugyanúgy ahogyan az 1. ábra és a 2. ábra megvalósításain fentebb látható. Az alapvető különbségek az előbbiekben láthatókhoz képest a lemezek formájában és a tekercsek fizikai elrendezésében vannak. A visszacsatolásnál alkalmazott szabályzó és fázistoló transzformátor egy változata is látható. A 11-es ferromágneses mag a 3.ábrán látható egy (vagy a kétdarabos 9a és 9b, ahogyan a 4. ábrán látni) darabos lemezelt (9) anyagból készült, a kívánt magasságig kötegelve. A rések (10, vagy 16 és 17), ahogyan az előzőekben is jeleztük már, magukba foglalják mind az indukáló (13, 14 és 15), és az indukált (18a-b, 19a-b és 20a-b) tekercseket is. A bejövő háromfázisú vezetékek (12) az indukáló háromfázisú tekercseket (13, 14 és 15) táplálják. Ezek kezdetben az első fokozatot alkotó ideiglenes tápforrásból (33) vannak ellátva, és a háromfázisú visszacsatoláson (34) át a generátor magától üzemel. 794

795 A 13, 14 és 15-ös indukáló tekercsek kétpólusú elrendezésben vannak, de számos más három, vagy többfázisú elrendezés is készíthető a forgó elektromágneses mező előállításához. Ezek a tekercsek csillagba vannak kötve (az ábrákon nem látható) az 1. ábra, 2. ábra és 8. ábra megvalósításaival azonos módon, de sok más módon is köthetők. A 13, 14 és 15-ös indukáló tekercsek a rés (10) belső részében (16) helyezkednek el. Az indukált 18a-b, 19a-b és 20a-b tekercsek kétpólusúak, pontosan azonos elrendezésben a 13, 14 és 15 indukciós tekercsekével, de számos más elrendezés is készíthető a szükséglettől és az elrendezéstől függően. Az indukált tekercseket a lehető legkisebb kapacitásúra és ellenállásúra kell méretezni. Ellenkező esetben a kimenő teljesítmény a belső ellenállások leküzdése árán mozgatja a töltéseket. Ezek a tekercsek a jelen találmány megvalósítása során csillagba vannak kapcsolva, létrehozva a nullát (21) a 2. ábrán láthatókhoz hasonlóan, de szükség szerint más módon is összeköthetők. Az indukált 18a-b, 19a-b és 20a-b tekercsek a rés (10) külső részén (17) találhatók. A kimenő háromfázis és a nullák (21) az indukált 18a-b, 19a-b és 20a-b tekercsektől jönnek. A forgó mágneses mező a magban képződik (ld. 6. és 7. ábrát) a 13, 14 és 15 indukáló tekercsek által, az indukált feszültségek a T1, T2, T3 és a nulla (29) kapcsokon jelennek meg. Mindegyik háromfázisú kimenő vezetékről ered (34) a rendszer visszacsatolása. A háromfázisú átmeneti áramforrás (33) ideiglenesen az A, B és C 12 kapcsokra csatlakozik. A Folyamatos Elektromos Generátort egy külső háromfázisú áramforrásról kell egy pillanatig indítani, aztán pedig lecsatlakoztatni. Bár a visszacsatolás vezetékein lévő feszültségek méretezhetők és pontosan megkaphatók a szükséges feszültségek az indukált tekercsek menetszámainak és az indukáló tekercsek (kialakítás szerinti) figyelembevételével, de kényelmesebb lehet egy háromfázisú változtatható transzformátor, vagy más típusú feszültségszabályzó (35) közbeiktatása, a visszacsatolás feszültségének jóval pontosabb beállítása érdekében. A változtatható transzformátor (35) beiktatása után, mielőtt a visszacsatolás csatlakozna, a háromfázisú fázisjavító transzformátor (36) javítja és igazítja a feszültségek és áramok közti fázisszög eltolódást. Ennek a rendszernek a működése hasonló a 8. ábrán láthatókhoz, mely szabályzót vagy konvertert (25) használ. Ha egyszer a feszültségek és fázisok összhangban vannak az átmeneti áramforrással (33), a visszacsatoló vezetékek (34) csatlakoztathatók a bejövő A, B és C 12 vezetékekre a visszacsatoló csatlakozón (37) át, aztán az átmeneti áramforrás (33) leválasztható. A Folyamatos Elektromos 795

796 Generátor aztán bármilyen külső energiaforrás nélkül, korlátlan ideig működésben marad, folyamatosan nagy mennyiségű energiát szolgáltatva. Ezen rendszer által szolgáltatott elektromos energia fény és hő termelésére lett használva, többfázisú motorokat hajtott, felhasználható egy és többfázisú áramokat és feszültségeket állított elő, a feszültségek és áramok transzformátorral kerültek átalakításra, a kimenő többfázisú, váltakozó áramok egyenárammá lettek alakítva ugyanúgy, ahogyan más felhasználások esetén is. Az általánosan leírtak szerint kapunk sokoldalúan és tökéletesen hasznosítható elektromosságot, ahogyan a napjainkban használatos közönséges elektromos generátorokból is. De a Folyamatos Elektromos Generátor önálló, független minden más külső energiaforrástól (kivéve azt, ahonnan táplálkozik, azaz valamilyen idáig kevésbé ismert térből /a ford./), de ha egyszer beindul, bárhová korlátlanul vihető; bármekkora méretben megtervezhető, és korlátlan ideig jelentős elektromosságot szolgáltat, a kialakítástól függően. A Folyamatos Elektromos Generátor nagyon egyszerű készülék és az is lesz. A rendszer kulcsa a mozgó alkatrészeket nem tartalmazó áramfejlesztő rendszer ultra-alacsony veszteségeiben és szórt kapacitásaiban rejlik. Az indukált tekercseket úgy kell méretezni, hogy a generátor a lehető legkisebb szinkron reaktanciával és ellenállással rendelkezzen. Ekkor a kimenő teljesítmény nagy része a töltések mozgatására fordítódik, s nem az ellenállások leküzdésére. Az angol nyelvű forrást itt olvashatod el, a színes képeket pedig egy cseh nyelvű oldalról (innét) vettem. A szabadalomból nem derült ki, hogyan csapolja meg az étert Alberto Molina-Martinez készüléke. Mielőtt erről, vagy legalábbis a feltételezett működési elvről olvásnál, tekintsd meg a generátort működés közben a következő oldalon. Mitől működik a FEG? 796

797 Sem a szabadalomból, sem az előző oldalon látott videofilmekből nem derült ki igazán, hogy mitől is működik a Folyamatos Elektromos Generátor. Ezen az oldalon erre a kérdésre próbáljuk megtalálni a választ. Az előző oldalon látható 1.videofilmben a feltaláló említi, hogy a Folyamatos Elektromos Generátor 7,3 Hz-en rezeg, amely a Föld természetes frekvenciája. Azt is elmondta, hogy erre a frekvenciára van ráhangolva a generátor, így tudja felhasználni a Föld mágneses energiáját. Mielőtt tovább mennénk, nézzük meg, hogy mi is ez a frekvencia. A Schumann rezonancia a Föld mágneses terének természetes frekvenciája. Ha egy gömb alakú kérget feltételezünk, melynek belső felülete a Föld felszíne és külső felülete az ionoszféra, akkor ez a kéreg gömb alakú elektromágneses hullámvezetőként viselkedik. A természetes frekvenciát az az idő határozza meg, ami alatt az elektromágneses sugárzás a gömb alakú kéreg belső felületén egy teljes fordulatot tesz meg. Mivel a fény sebessége km/sec és a Föld kerülete kb km, ezért a természetes frekvencia / = 7,5/sec = 7,5 Hz. A Schumann rezonanciák jelenlétét kísérleti megfigyelések is bizonyítják, s ezek a rezonanciák 6 és 50 Hz között találhatók, melyek értékei a következők: 7,8 Hz, 14 Hz, 20 Hz, 26 Hz, 33 Hz, 39 Hz és 45 Hz. Ezek az értékek ± 0,5 Hz-es tűréshatáron belül mozognak. A megfigyelt 7,8 Hz-es természetes frekvencia elég közel van az elméleti 7,5 Hz-hez. A következő ábrán a Schumann frekvenciák egy mért adatlapját láthatod. 797

798 1. ábra. A mért Schumann rezonanciák Figyeld meg, hogy az 50 Hz-es értéken egy nagyon erős mágneses kisugárzás mérhető. Ez azonban nem a Föld mágneses teréből származik, hanem az ezen a frekvencián működő elektromos generátorok és fogyasztók kisugárzásából. A Folyamatos Elektromos Generátor tehát erre a 7,8 Hz-es frekvenciára van ráhangolva. De azt is említi a feltaláló, hogy ennek ellenére az 50 Hz-es hagyományos fogyasztókat meg tudja hajtani. Hogyan lehetséges ez? Emlékezzünk vissza a háromfázisú generátoroknál említett pólusszámokra. Az ott lévő táblázat egy részét a Schumann rezonanciákkal kibővítve itt is megtekintheted. Pólusszám 50 Hz Schumann rezonancia /perc 50,0 Hz 45 Hz /perc 25,0 Hz 26 Hz /perc 16,6 Hz /perc 12,5 Hz 14 Hz /perc 10,0 Hz /perc 8,3 Hz 7,8 Hz 1. táblázat. A háromfázisú generátorok pólusszáma, frekvenciája és a Schumann rezonanciák közötti összefüggések Mint az 1. táblázatban látható, a Schumann frekvenciák a különböző pólusszámú háromfázisú generátorok frekvenciájának közelében találhatók. A következő kérdés az, hogy a Folyamatos Elektromos Generátor hogyan csapolja meg ezt a mágneses energiaforrást? A gerjesztő tekercsben létrehozzuk a megfelelő frekvenciájú rezgést, mely maga körül egy ugyanilyen frekvenciával rezgő mágneses mezőt hoz létre. Ha ez a létrehozott mágneses mező része egy még nagyobb, ugyanilyen frekvencián rezgő mágneses mezőnek, akkor annak energiája - vagyis annak egy része - hozzáadódik az általunk keltett mágneses mező energiájához. Az így kapott plusz mágneses energia aztán a tekercsben plusz elektromos energiaként jelentkezik. 798

799 A hagyományos generátoroknál az elektromos energiát különböző külső gépek vagy pl. a víz mozgási energiájából nyerjük. Molina-Martinez a szabadalmában azt írja, hogy erre nincs szükség, mert a mágneses pólusok mozgatását elektromos úton is megoldhatjuk, ezáltal jelentősen csökkentve a veszteségeket. Ez így igaz, de ez még nem magyarázza meg, honnét a plusz energia. Csak a videofilmben említi, hogy a Föld mágneses energiáját csapolja meg. Azt viszont említette a szabadalomban, hogy fontos tényező a vasmag anyaga, mely "nagy mágneses permeabilitású és alacsony hiszterézisű lemezből készíthető, olyanból, mint a Hiperco 50A vagy hasonló, vagy préselt, elektromosan szigetelt ferromágneses porból, amelynek kicsi az örvényvesztesége, valamint a hiszterézis-vesztesége, amiért a generátor jó hatásfokú lehet." A vasmag anyaga azért fontos, mert ott gyűjtjük össze, ott sűrítjük a Föld mágneses erővonalait. Ha egy négyzetcentiméteren több mágneses erővonal halad keresztül, azaz nagyobb a fluxus, akkor nagyobb lesz a mágneses indukció is, ezáltal pedig több áram indukálódik a változó mágneses térben lévő vezetőben. Ezt mutatja a következő képlet is. = B * A ahol: - mágneses fluxus (Wb [weber]) B - mágneses indukció (Tesla) A - felület (m2) 799

800 2. ábra. A mágneses fluxus Mivel a felület adott, az adott felületen áthaladó mágneses indukcióvonalak számát a mágneses indukció növelésével érhetjük el. B = 0 * r * H ahol: B - mágneses indukció (Tesla) 0 - vákuum permeabilitása (1,25664E-6 Vs/Am) r - ferromágnes permeabilitása (>>1) H - mágneses térerősség (A/m). Jelen esetben a Föld mágneses térerőssége. A váltakozó mágneses mezőben lévő vezetőben indukált áram a fluxus függvényében változik. I ind = -(N* /(R* t) ahol: I ind - Az indukált áram (A) N - a tekercs menetszáma - a fluxus változása t idő alatt R - a tekercs ellenállása ( ) Látjuk tehát, hogy végső soron a relatív permeabilitás ( r ) értékének a növelésével tudjuk megnövelni az indukált áram értékét, hiszen: I ind = -(N* /(R* t) = -(N* B*A /(R* t) I ind = -(N* H* 0 * r /(R* t) Ezért fontos paraméter a Folyamatos Elektromos generátor vasmagjának a relatív permeabilitása. A szabadalomban szereplő Hiperco 50A relatív permeabilitása közel 2000, ami a Föld váltakozó mágneses mezeje által indukálható áramot kétezerszer megnöveli! Az is fontos, hogy a gerjesztő áram által keltett változó mágneses mező fázisa megegyezzen a Föld adott frekvencián keletkező váltakozó mágneses mezejének a fázisával. Ha ez a feltétel nem 800

801 teljesül, akkor nem tudjuk megcsapolni a Föld mágneses energiáját. Ezért olvashatjuk a szabadalomban, hogy nagyon fontos az egyes fázisok illesztése. A gerjesztő áram pedig azért lehet kicsi, mivel annak a szerepe szerintem csupán a Föld mágneses mezejére történő ráhangolás, szinkronizálás. Természetesen vannak még kérdések a Folyamatos Elektromos Generátorral kapcsolatban, pl. az egyes tekercsek menetszámai, a vasmag mérete stb. Ez további töprengések és kísérletek témája lehet. Amennyiben szeretnéd megosztani az észrevételeidet a FEG-gel kapcsolatban, azt itt megteheted. 801

802 Parametrikus Teljesítmény Generátor Bevezető A Parametrikus Teljesítmény Generátor (PTG) onnét kapta a nevét, hogy a rezgőkörök parametrikus erősítési/szűrési tulajdonságait használja ki energiatermelésre. A készülék első ránézésre egy közönséges rezgőkörre hasonlít - mert az is - ami úgy van kialakítva, hogy a kimenet nem, vagy csak nagyon kis mértékben hat vissza a bemenetre. A következő oldalakon először egy kis elméletet olvashatsz a tekercsek és kondenzátorok összekapcsolásával kialakított rezgőkörökről, amit a parametrikus rezgőkörök ismertetése követ. Még mindig az elméletnél maradva a transzformátorokban kialakuló dinamikáról is szó lesz, majd Naudin kísérleteiről és Fred B. Epps elgondolásairól olvashattok a különböző parametrikus rezgőkörök lehetséges kialakításával kapcsolatban. A rezgőkörökről általában Mik azok a rezgőkörök? Ha az elektrotechnikával foglalkozol, akkor ezt pontosan tudod is. Azonban a jobb érthetőség kedvéért vegyük át még egyszer az alapokat. Az LC rezgőkörök, mint ahogy a nevük is mutatja, egy tekercsből (L) és egy kondenzátorból (C) állnak. Ez a két passzív áramköri elem azonban különböző tulajdonságokkal rendelkezik, ha úgy vesszük, egymás tükörképei. A kondenzátor az energiát elektromos mezőként tárolja és ezt a tárolt energiát elektromos formában feszültségként jeleníti meg (potenciális energiaként), a tekercs pedig mágneses mezőként tárolja az energiát és ezt a tárolt energiát elektromos formában áramként jeleníti meg (kinetikus energia). A kondenzátor és a tekercs ugyanannak a reaktív "érmének" a két oldala, az energiát egymást 802

803 kiegészítve tárolják és adják le. Amikor ez a kétféle reaktív alkatrész közvetlenül kapcsolódik egymáshoz, akkor ez az egymást kiegészítő energiatárolási jellemző szokatlan dolgot eredményez. Ha akár a kondenzátor, akár a tekercs fel van töltődve, akkor ez a két alkatrész egymás között odavissza cserélgeti ezt a tárolt energiát, így hozva létre váltakozó feszültséget és váltakozó áramot. Ha feltételezzük, hogy mind a két alkatrészt egy hirtelen feszültségimpulzusnak tesszük ki, pl. egy pillanatra az akkumulátor sarkait hozzáérintjük a kondenzátor csatlakozóihoz, akkor a kondenzátor nagyon gyorsan feltöltődik, míg a tekercs az áram ellen egy végtelen nagy ellenállást fog kifejteni. Ezáltal a kondenzátor feltöltött állapotba kerül, míg a tekercs feltöltetlen állapotban marad. 1. ábra. Az akkuval feltöltjük a kondenzátort Ezt követően a kondenzátor elkezd kisülni, a feszültsége csökken. Eközben a tekercs mágneses mező formájában elkezdi felépíteni a saját "töltését", miközben az áramerősség növekszik az áramkörben. 2. ábra. A tekercs töltődése közben az elektronok elkezdenek áramolni addig, míg a kondenzátor teljesen ki nem sül, azaz a feszültsége 0 V nem lesz. 803

804 3. ábra. A tekercs biztosítja az áramot, még akkor is, ha nem alkalmazunk feszültséget. Valójában a tekercs feszültséget generál (mint az akkumulátorok) azért, hogy az elektronáramot ugyanabba az irányban biztosítsa. A kondenzátor, mely most az áram fogadójaként szerepel, elkezd töltődni, de most ellenkező polaritással. 4. ábra. Mire a tekercs teljesen átadta a tárolt energiáját és az elektronáramlás megszűnik, addigra a kondenzátor teljesen feltöltődik, a feszültsége a maximális lesz, de ellentétes polaritású, mint korábban volt. 5. ábra. 804

805 Most a kezdéshez nagyon hasonló feltételeket látunk: a kondenzátor teljesen feltöltődött és az áramerősség nulla az áramkörben. A kondenzátor a korábbiakhoz hasonlóan elkezd kisülni a tekercsen keresztül, ami az áramerősség növekedését okozza (az ellenkező irányba). Közben, ahogy csökken a kondenzátorban tárolt energia, csökken a feszültség is. 6. ábra. Végül a kondenzátor teljesen kisül, a feszültsége leesik nullára, miközben a tekercs teljesen fel van töltődve a rajta keresztüláramló maximális áramerősség révén. 7. ábra. A tekercs, mivel az áramot ugyanabba az irányba akarja mozgatni, ismét feszültség forrásként fog működni. Eközben a kondenzátor elkezd töltődni, az áramerősség pedig csökkenni kezd. 805

806 8. ábra. Végül a kondenzátor teljesen feltöltődik, miközben a tekercs a teljes energiáját arra fordította, hogy az elektronok áramlását biztosítsa. A feszültség ismét a pozitív csúcson lesz, az áramerősség pedig leesik nullára. Ezáltal befejeződött egy teljes energiacserélődési ciklus a kondenzátor és a tekercs között. 9. ábra. Ez a rezgési folyamat folytatódik, miközben az amplitúdó folyamatosan csökken az áramkörben lévő szórt ellenállások miatt, míg végül a folyamat végleg le nem áll. Tulajdonképpen ez a viselkedés az ingához hasonlítható: miközben az ingán lévő tömeg előre-hátra mozgatja az ingát, energiaátalakítás játszódik le a kinetikus (mozgási) és potenciális (helyzeti) energiák között, ugyanúgy, mint ahogy az energia a kondenzátor és tekercs között váltakozik az áramerősség változása (az elektronok mozgása, kinetikus energiája) és a feszültség (potenciális, helyzeti elektromos energia) között. Az inga legmagasabb pontján a tömeg miatt az inga megáll és irányt változtat. Ezen a ponton a potenciális (helyzeti) energia a maximum értéket éri el, míg a kinetikus (mozgási) energia nulla 806

807 lesz. Miközben a tömeg az ellenkező irányba kezd elmozdulni, gyorsulva áthalad azon a ponton, ahol az inga merőleges a talajra. Ezen a ponton a potenciális (helyzeti) energia nulla, a kinetikus (mozgási) energia pedig a maximumon van. Akár csak az áramkörben, az inga ide-oda történő rezgése folyamatosan csökkenő amplitúdók mellett játszódik le a légellenállás során elnyelt energia miatt. Szintén az áramkörhöz hasonlóan az inga helyzetét és sebességét két színuszhullámmal írhatjuk le, melyek egymáshoz képest 90 -os fáziseltérést mutatnak. 10. ábra. Az inga és az energia kapcsolata Az itt látható kis program segítségével egy rugóra erősített súly harmonikus (és csillapított) mozgását láthatjuk. A fizikában ezt a fajta természetes szinusz hullámú rezgést Egyszerű Harmonikus Mozgásnak nevezzük. Ugyanaz az alapelv érvényesül az LC rezgőkörben, mint az ingánál. Érdekes tulajdonsága az ingának, hogy a periódus ideje a golyót tartó fonal hosszától függ, nem a golyó súlyától. Ez az oka annak, hogy az inga ugyanazon a frekvencián fog hintázni, miközben az amplitúdó csökken. A rezgés ideje független a tárolt energia nagyságától. 807

808 Ugyanez igaz az LC rezgőkörre is. A rezgés periódusidejét szigorúan a kondenzátor és a tekercs méretei határozzák meg, nem az értékcsúcsokban mérhető feszültség vagy áramerősség. Az LC kört az energiatárolási képessége miatt tároló körnek is nevezik. A rezgőkörnek az a tulajdonsága, hogy egy adott természetes frekvencián történik az energia nagyságától független energiaátadás, nagy jelentőséggel bír az elektromos alkatrészek tervezésénél. Ugyanakkor ez az adott frekvencián létrejövő rezgési vagy rezonáló tulajdonság nem csak azokra az áramkörökre jellemző, amiket direkt erre a célra terveztek. A helyzet az, hogy közel az összes váltóáramú kapcsolás, mely kapacitív és induktív tulajdonságú elemeket tartalmaz, különleges hatásokat produkál, mikor a váltakozó áramú jelforrás frekvenciája eléri ezt a természetes frekvenciát. Ez mindig igaz, függetlenül az áramkör eredeti céljától. Ha a jelgenerátor frekvenciája pontosan megegyezik az áramkör LC elemei által meghatározott természetes frekvenciával, akkor az áramkör a rezonancia állapotába kerül. Ebből az okból kifolyólag képesnek kell lennünk arra, hogy meghatározzuk, mi a rezonancia frekvenciája az áramkörben lévő különböző L és C értékek kombinációjának. Párhuzamos LC rezonancia A rezonancia feltétele egy LC rezgőkörben az, hogy a kondenzátor és a tekercs reaktanciája (frekvenciafüggő ellenállása - X) egyenlő legyen egymással. Mivel az induktív reaktancia a frekvencia növekedésével növekszik, míg a kapacitív reaktancia a frekvencia növekedésével csökken, ezért csak egy frekvencia van, ahol ez a két reaktancia egyenlő értéket vesz fel. 11. ábra. Párhuzamos LC rezgőkör 808

809 A 11. ábrán egy 10 µf-os kondenzátort és egy 100 mh-is tekercset kötünk párhuzamosan. Mivel ismerjük az adott frekvenciákon jelentkező reaktanciákat meghatározó egyenleteket, és mivel azt a pontot keressük, ahol a két reaktancia egyenlő, így egyenlővé téve a két képletet kifejezhetjük a frekvenciát. X l = 2 * * f * L és X c = 1 / (2 * * f * C) Egyenlővé téve a reaktanciákat azt kapjuk, hogy: 2 * * f * L = 1 / (2 * * f * C) Átrendezve az egyenletet megkapjuk, hogy milyen frekvencián egyenlő a tekercs és a kondenzátor reaktanciája: Tehát megkaptuk az egyenletet, mely szerint egy LC rezgőkör rezonancia frekvenciája a kondenzátor Farad-ban megadott kapacitásától és a tekercs Henry-ben megadott induktivitásától függ. A 11. ábrán látható elemek értékeit behelyettesítve megkapjuk, hogy az adott elemek rezonancia frekvenciája 159,155 Hz. De mi történik a rezonancián? Ez igen érdekes! Amikor a kapacitív és induktív reaktancia megegyezik egymással, a teljes impedancia (látszólagos ellenállás - Z) végtelen nagy lesz, ami azt jelenti, hogy az LC rezgőkör egyáltalán nem vesz fel áramot a jelgenerátorból! Számoljuk ki, hogy a 11. ábrán megadott alkatrészeknek mennyi az egyenkénti impedanciája. X l = 2 * * f * L X l = 2 * * 159,155 Hz * 100 mh X l =

810 X c = 1 / (2 * * f * C) X c = 1 / (2 * * 159,155 Hz * 10 µf) X c = 100 Mint már bizonyára kitaláltad, azért választottam ezeket a kapacitás és induktivitás értékeket, hogy könnyebb legyen számolni velük. Nézzük meg, mekkora lesz a párhuzamosan kapcsolt két alkatrész (L és C) eredő impedanciája. 12. ábra. A 11. ábrán látható LC kör impedanciájának meghatározása a rezonancia frekvencián Soros LC rezonancia Hasonló effektust figyelhetünk meg a tekercs és kondenzátor sorba kötésekor. 810

811 13. ábra. Soros LC rezgőkör Mikor a rezonancia állapotát elértük, azaz a kapacitív és induktív reaktancia egyenlő, a két impedancia kioltja egymást és az eredő impedancia leesik nullára! 14. ábra. A 13. ábrán látható LC kör impedanciájának meghatározása a rezonancia frekvencián A 159,155 Hz-es rezonancia frekvencián az eredő soros impedancia 0, ami rövidzárat jelent a jelgenerátor számára. A soros LC rezgőkörben folyó nagy áramok veszélyesen magas feszültséget tudnak előállítani a kondenzátoron és a tekercsen, mivel mindegyik alkatrésznek jelentős az egyéni impedanciája. A képeket és a szöveget innét fordítottam. 811

812 Miután megismerkedtünk a rezgőkörök alapjaival, következzen a parametrikus rezgőkörök ismertetése. A parametrikus rezgőkörök Az előző oldalon megismerkedtünk a rezgőkörök alapjaival. Ezen az oldalon Naudin magyarázza el röviden, mi is az a parametrikus rezgőkör. Mint a következő egyenlet is mutatja, az elektromos mozgatóerő létrehozása, azaz az elektromos energia átalakítása kétféleképpen történhet: 1. Fluxusok egyesítésével 2. Parametrikus egyesítéssel 1. egyenlet Képzeljünk el egy egyszerű tekercset (L), melyben (i) áram folyik. 1. ábra. 812

813 Ismert tény, hogy a tekercsben tárolt energia: E L = 0,5 * L * i 2 Az is ismert tény, hogy ha ez az induktivitás valamilyen okból kifolyólag növekszik, pl. egy vasrudat csúsztatunk a tekercsbe (miközben az áramerősség nem változik), akkor az eltárolt elektromos energia növekszik. Ez a parametrikus teljesítmény átvitel egy példája. (lásd az 1. egyenletet) Fontos megjegyzés: "NEM szükséges energia ahhoz, hogy a vasat becsúsztassuk a tekercsbe! Ezt a kialakult mágneses tér VONZZA be a tekercsbe, miközben a megnövekedett energiát a tekercs visszapumpálja a jelforrásba (a tekercs árama leesik)!" (Greg Watson) "Nem szükséges mechanikai energiát befektetni ahhoz, hogy a vasmagot becsúsztassuk a tekercsbe, mert a vasmagot a tekercs önmaga vonzza magához!" (Epitaxy) Hogyha a 2. ábrán bemutatott módon a feljebb említett vasmagot váltakozva becsúsztatjuk az L tekercsbe és kihúzzuk onnét, és ha ez a tekercs része egy rezgőkörnek, akkor egy parametrikus rezgőkört kapunk. 2. ábra. A parametrikus rezgőkör elvi vázlata 813

814 A parametrikus rezgőkör legkritikusabb eleme a frekvencia. Jól ismert tény, hogy ideális esetben a pumpáló frekvencia - azaz az excentrikus forgatás frekvenciája - kétszerese kell legyen a parametrikus rezgőkör természetes frekvenciájánál. 3. ábra. A pumpáló frekvencia és a rezonancia frekvencia viszonya ideális esetben A következő példa igazolja ennek az állításnak a valódiságát: Tételezzük fel, hogy az LC rezgőkörben folyó áram frekvenciája a vasmag excentrikus forgatási frekvenciájának a fele. (lásd a 4. ábrát) 4. ábra. Az LC rezgőkör árama Ha a vasmagot a ciklus (1) pontjánál csúsztatjuk a tekercsbe, akkor az induktivitás (L) növekszik. Ez az induktivitás növekedés a pillanatnyi nagy áramerősséggel is párosul, ami hatalmas parametrikus energia átvitelt eredményez az áramkörben. Ha ezt követően a vasmagot kihúzzuk a ciklus (2) pontjánál, amikor az áramerősség nulla, akkor nem veszítünk a rezgőkör elektromos energiájából. Hasonlóképpen, a ciklus (3) pontjánál energia átvitel történik, a (4) pontnál pedig nem veszítünk energiát. Ezáltal, ha a pumpáló frekvencia a duplája az LC rezgőkör rezonancia 814

815 frekvenciájának, akkor egyoldalú parametrikus energiaátvitelt tudunk megvalósítani az 1. egyenletnek megfelelően. 5. ábra. Az energia parametrikus erősítése 6. ábra. Átmeneti állapot (A parametrikus erősítés kezdete) A fentebb bemutatott példánál mechanikai energiát használtunk. A mi célunk azonban természetesen az, hogy egy egyszerű, passzív elemekből felépített parametrikus kapcsolást hozzunk létre, melybe a rezonancia frekvenciának a kétszeresével pumpáljuk az energiát. (Forrás dokumentum: The PARAFORMER (TM), "A new passive power conversion device" by Dr S.D.Wanlass and Dr L.K. Wanlass) 815

816 Az eredeti anyagot angol nyelven itt találod. Parametrikus erősítő A parametrikus rezgőkör tekercsből és kondenzátorból áll. Bármelyik elem módosításával parametrikus teljesítménygenerátort kaphatunk. Ezen az oldalon a kapacitás változtatásával megoldott parametrikus erősítő kapcsolásaival ismerkedhetsz meg. Ezeket Naudin készítette el és tesztelte. Mivel itt már szinte semmilyen megjegyzést nem fűzött a képekhez, ezért magam tettem meg ezt helyette. Naudin három kapcsolást készített, s mivel mind a három működött, ezért mindegyiket megnézzük. 1. verzió A kapcsolási rajz az 1. ábrán látható. 816

817 1. ábra. Az 1. verzió kapcsolási rajza Az L1 tekercs adatai a következőek: Átmérő: 49 mm Magasság: 60 mm Menetszám: 100 menet #22 (átmérő 0,71 mm) rézvezetékből Légmagos R L1 = 3,2 Induktivitás: 0,4 mh A rezgőkör jósági tényezője az R2 ellenállás függvényében a következőképpen alakul: ha R2 = 0, akkor Q = 3,7 ha R2 = 100, akkor Q = 4,9 Érdekes megfigyelni, hogy a rezgőkör jósági tényezője a tekercsel sorba kötött R2 terhelő ellenállás növekedésével javul. 817

818 Naudin a kapcsolásban két darab BB204 típusú feszültségvezérelt kapacitást (varikapot) alkalmazott. Mivel azok párhuzamosan vannak kötve, így az eredő kapacitásuk egy varikap kapacitásának a négyszerese lesz. 2. ábra. A parametrikus erősítő bemeneti és kimeneti jelei Mint a 2. ábrán látjuk, a függvény generátor 330 khz-es szinuszos pumpáló jeleket vezet a V1 feszültségforrás által záró irányban előfeszített varikap diódákra. Ezek a pumpáló jelek azonban valamelyest eltorzulnak a rezgőkör visszahatása következtében. A 2. ábrán látható kimeneti jelek a tekercs A1-B pontjai között lettek mérve. Figyeljük meg, hogy a tekercsen mérhető feszültség amplitúdója a bemenetre adott 0,8 V-os pumpáló jelekhez képest 4,4 V-ra növekedett. A feszültségerősítés mértéke tehát 4,4 / 0,8 = 5,5. 818

819 3. ábra. A kimeneti feszültség (A1) és a kimeneti áram (B) viszonya A 3. ábrán a tekercsen mérhető feszültséget (A1) és az R2 terhelő ellenálláson mért áramot (B) láthatjuk. Jól megfigyelhető a "Rezgőkörök" témakörnél kielemzett 90 -os fáziseltérés az áram és a feszültség között. a; b; 4. ábra. A rezgőkör parametrikus üzemmódban (a) és a varikap diódák rövidzárjával előidézett normál rezonancia üzemmódban (b) 819

820 Naudin kísérletként rövidre zárta a varikap diódákat. Ekkor egy normális rezonancia jött létre. (lásd a 4b. ábrát). A különbség jól nyomon követhető az amplitúdók változásánál. Míg a parametrikus rezonanciánál a tekercsen mérhető feszültség amplitúdó 4 V volt, addig a hagyományos rezonancia üzemmódban csak 1,6 V. Az eredeti anyagot angol nyelven itt találod. 2. verzió A kapcsolási rajz az 5. ábrán látható. 5. ábra. A 2. verzió kapcsolási rajza A tekercs paraméterei megegyeznek az 1. verziónál megadottakkal. Az egyetlen változtatás az volt, hogy a négy varikap dióda nincs párhuzamosan kötve, csak kettő-kettő, így a pumpáló jel a leosztott varikap diódák középpontján keresztül jut a rezgőkörre. Mivel a varikap diódák bekötése megváltozott, ez megváltoztatta a rezgőkör eredő kapacitását, ami viszont a rezonancia frekvenciát feltolta 400 khz-re. Ezzel a változtatással sikerült Naudinnak elérnie, hogy a pumpáló szinuszos jel már nem torzult el a kimeneti jel hatására. Viszont a pumpáló frekvencia megegyezett a kimeneti jel frekvenciával, csak a fázisuk tért el egymástól 90 -kal. Ezt mutatja a következő ábra. 820

821 6. ábra. A pumpáló szinuszos jel (A2) már nem torzult el a kimeneti jel (A1) hatására 7. ábra. A tekercsen mérhető feszültség (A1) és az R2 terhelő ellenálláson mérhető áram (B) viszonya Ez a verzió tehát még mindig nem volt tökéletes, mert itt nem jött létre a parametrikus rezgőkörök fontos kritériuma, azaz hogy a pumpáló jel frekvenciája a kétszerese legyen a rezonáló kör természetes frekvenciájának. Az eredeti anyagot angol nyelven itt találod. 821

822 3. verzió A kapcsolási rajz a 8. ábrán látható. 8. ábra. A 3. verzió kapcsolási rajza A tekercs adatai megegyeznek az előző verziókéval, a különbség mindössze a jósági tényezőkben van. Itt a következő értékeket mérte Naudin: ha R2 = 0, akkor Q = 9,9 ha R2 = 100, akkor Q = 7,2 Ebben az esetben a jósági tényező romlott valamelyest, mikor a terhelő ellenállást bekötötte a rezgőkörbe, míg az előző verzióknál épp ellenkezőleg, még javult is a Q a terhelés hatására. A 9a. ábrán jól látható, hogy a bemeneti pumpáló jel feszültsége négyszög alakú, és hogy a frekvenciája a parametrikus rezgőkörök alapfeltételét kielégítő módon a duplája a rezgőkör természetes frekvenciájának. Azt is láthatjuk, hogy a négyszögjelben lévő felharmonikusok 822

823 valamelyest eltorzítják a rezgőkörben mérhető feszültség alakját, de ez nem okoz különösebb problémát. Határozzuk meg a befektetett feszültség értékét: U be = U cspump / 2 = 12 V / 2 = 6 V a; b; 9. ábra. A bemeneti pumpáló feszültség és a tekercsen mérhető kimeneti feszültség (a), és a varikapok bemenetére jutó, R2-es ellenálláson mérhető bemeneti áram alakja (b) A 9b. ábrán a varikapok bemenetére jutó, R2-es ellenálláson mérhető bemeneti áram alakja látható. Annak ellenére, hogy a jelgenerátor feszültsége a periódusidő feléig esik a varikapokon, az áram alakja már nem négyszög, hanem tüske alakú, majd a tüske lemenő élét egy lapos, fekvő háromszög alakú lefutás követi. A bemeneti áramot már kissé összetettebb módon kapjuk meg: I be = 0,5*(U tű /R2) * t tű /T + 0,5*(U lefut /R2) * t lefut /T I be = (0,5/(R2*T))*[(U tű * t tű ) + (U lefut * t lefut )] I be = (0,5/(100 * 1/(2* Hz)))*[(2,4V*0,1*10-6 s) + (0,2 V * 0,8*10-6 s)] I be = 0,00212 A = 2,12 ma 823

824 A negatív félhullámot ugyanígy kaphatjuk meg, viszont azt nem kell figyelembe vennünk, mert csak az általunk befektetett energia értékére vagyunk kíváncsiak. Mivel ennél a 3. verziónál Naudin megadta a bemeneti áram görbéjét is, így rendelkezésünkre áll minden adat, hogy meghatározzuk a bemeneti teljesítményt: P be = U be * I be P be = 6 V * 0,00212 A = 0,01272 W = 12,72 mw Vizsgáljuk meg a kimeneti feszültséget és áramot a 10. ábrán. 10. ábra. A kimeneten mérhető feszültség (A1) és áramértékek (B) A kimeneti feszültség és áram alakját vegyük az egyszerűség kedvéért tiszta szinusz alakúnak. Ekkor az effektív kimeneti teljesítményt a következőképpen határozhatjuk meg: P kieff = (U kicsúcs / 2) * (I kicsúcs / 2) P kieff = U kicsúcs * I kicsúcs / 2 P kieff = (24 V * 1,3 V / 100 ) / 2 P kieff = 0,156 W = 156 mw 824

825 A rendszer hatásfoka ezek szerint: = P kieff / P be = 156 mw / 12,72 mw = 12,26 => 1226 % Nem szabad azonban megfeledkeznünk arról, hogy ezt a kimeneti teljesítményt nem tudjuk közvetlenül hasznosítani. Ha a tekercsről vagy a kondenzátorról kicsatoljuk ennek a teljesítménynek egy részét, akkor az visszahat a rezgőkörben lévő áram és feszültségértékekre. Naudin egy terhelő ellenállást (R1) kötött a rezgőkörbe. Tegyük fel, hogy ez egy izzólámpa. Ekkor már közvetlenül élvezhetjük ennek a kinyert energiának a hatását, hiszen azt tételezzük fel, hogy ennek az izzólámpának is 100 az ellenállása. Számoljuk ki, hogy mekkora teljesítménnyel világítana az izzónk: P terh = U terh * I terh P terh = U terh * (U terh / R terh ) P terh = U terhcs 2 / (2 * R terh ) P terh = (1,3 V) 2 / (2 * 100 ) P terh = 0,00845 W = 8,45 mw A terhelő ellenálláson (R1) mérhető teljesítmény tehát sajnos kisebb a befektetettnél! Természetesen növelhetnénk az R1 értékét mondjuk a duplájára, s ekkor a rajta eső feszültség is megduplázódik, viszont akkor meg a keresztül folyó áram esne a felére. Ha viszont csökkentjük az ellenállást, akkor ennek pont az ellenkezője figyelhető meg, vagyis az áram növekedne, de a feszültségesés lecsökkenne. 825

826 a; b; 11. ábra. Parametrikus rezonancia az F = 2 * F 0 feltétel teljesülésekor (a), és a parametrikus rezonancia átmeneti induló és leálló állapotai (b) A 11a. ábrán a 9a. ábrához hasonló mérést mutat be Naudin, mindössze a frekvencia értéke egy kicsit magasabb. A 11b. ábrán a parametrikus rezonancia induló és leálló állapotait mutatja be. Ehhez a méréshez még egy órajel generátorra szüksége volt Naudinnak, amely mintegy modulálta a bemeneti pumpáló jelet, azaz ki-be kapcsolgatta. Ez a kiegészítő generátor azonban nem szerepel a 8. ábrán bemutatott kapcsolási rajzon. Az eredeti anyagot angol nyelven itt találod. A parametrikus erősítés ingyenenergia kinyerési célra akkor lenne felhasználható, ha a rezgőkörből az energia kinyerése nem lenne kihatással magára a rezgőkörre! Vajon mi történik, ha a pumpáló jelet nem a kapacitás, hanem az induktivitás megváltoztatásával próbáljuk elérni? Erről lesz szó a következő oldalakon. A transzformátorokról általában 826

827 Ahhoz, hogy megértsük, mi a különbség a közönséges transzformátor és a parametrikus transzformátor között, először nézzük át a hagyományos transzformátorok működési elvét. Tegyük fel, hogy egy szigetelt vezetéket hurok formájában csévélünk valamilyen ferromágneses anyagra, és az így kapott tekercset váltakozó feszültséggel (AC) energizáljuk. 1. ábra. Vasmagos tekercs Mint a tekercseknél megszoktuk, ez a vasmagos tekercs a rákapcsolt feszültséggel ellentétes erőt fejt ki az induktív reaktanciája (X L ) révén, mely lekorlátozza a tekercsen átfolyó áram erősségét. X L = 2 * * f * L és I = U/X L (vagyis I = U/Z) Az itt ismertetendő példa kedvéért ugyanakkor sokkal részletesebben meg kell vizsgálnunk az 1. ábrán bemutatott eszköz feszültségét, áramát és a mágneses fluxusát. Kirchoff huroktörvénye kimondja, hogy egy hurokban lévő feszültségek összege nulla. Ebben a példában is alkalmazhatjuk ezt az alapvető elektrotechnikai törvényt ahhoz, hogy meghatározhassuk 827

828 a forrás és a tekercs feszültségértékeit. Itt, mint bármilyen "egy forrás - egy terhelés" áramkörben, a terhelésen eső feszültség egyenlő a forrás feszültségével, feltételezve, hogy nulla feszültség esik az összekötő vezetékek alkotta ellenálláson. Más szavakkal, a terhelésnek (tekercsnek) egy ellentétes irányú de egyenlő nagyságú feszültséget kell produkálnia ahhoz, hogy a forrással az egyensúly kialakulhasson, aminek következtében a hurok feszültségeinek algebrai összege nulla lesz. Honnét jön ez az ellentétes feszültség? Ha a terhelés egy ellenállás lenne, akkor az ellentétes feszültség az elektronfolyam ellenében kifejtett súrlódási ellenállásból eredne. A tökéletes tekercsnél - vagyis amikor nincs ohmikus ellenállása a tekercs vezetékének - az ellentétes irányú feszültség másmilyen mechanizmus eredménye: a vasmagban megjelenő változó mágneses fluxus eredményeként. Michael Faraday felfedezte a matematikai kapcsolatot a mágneses fluxus ( ) és az indukált feszültség között: ahol: u - a (pillanatnyi) indukált feszültség (V) N - a tekercs meneteinek száma - mágneses fluxus (Weber) t - idő (s) A tekercs vezetékein mérhető pillanatnyi feszültség (az adott pillanatban eső feszültség) egyenlő a tekercset alkotó vezeték menetszámának (N) és a tekercsben lévő pillanatnyi mágneses fluxus változásának (d /dt) szorzatával. Grafikusan ábrázolva láthatjuk, hogy - szinusz hullámú feszültség generátort feltételezve - a mágneses fluxusváltozás is szinusz alakú lesz, de a fluxus 90 -kal késik a feszültséghez képest. 828

829 2. ábra. A tekercsen eső pillanatnyi feszültség és a tekercsben lévő pillanatnyi mágneses fluxus viszonya A ferromágneses anyagon keresztülfolyó mágneses fluxus a vezetőn keresztülfolyó elektromos áramhoz hasonlítható: valamilyen mozgatóerő kell annak megjelenéséhez. Az elektromos áramkörökben a mozgatóerő a feszültség, azaz EME (elektromos mozgatóerő). A mágneses "áramkörökben" ez a mozgatóerő az MME (mágneses mozgatóerő). A mágneses mozgatóerő (MME) és a mágneses fluxus ( ) kapcsolatát a mágneses anyag tulajdonsága, azaz mágneses ellenállása határozza meg. (Ezen mágneses ellenállást egy furcsa kinézetű "R" betűvel jelöljük.) 3. ábra. Ohm törvényének összehasonlítása az elektromos és a mágneses áramkörökben A példánkban a mágneses fluxus megváltoztatásához szükséges MME a tekercsben folyó áram hatására jön létre. Az elektromágneses tekercs mágneses mozgató ereje a tekercsen keresztülfolyó áram erősségének és a tekercs menetszámának a szorzata. (Az MME SI szerinti mértékegysége az amper-menetszám). Mivel a mágneses fluxus és az MME között egyenes arányosság van, akárcsak az MME és az áram között, ezért a tekercsben folyó áram és a mágneses fluxus hullámai fázisban vannak. 829

830 4. ábra. A feszültség, a fluxus és az áram fázisai közötti kapcsolatok Ezért késik a tekercsben folyó áram a feszültséghez képest 90 -kal. Ez szükséges ahhoz, hogy olyan változó mágneses mezőt hozzunk létre, melynek változása a feszültségforrással ellentétes fázisú, de egyenlő nagyságú feszültséget hoz létre a tekercsben. Ezt az áramot, mely mágneses mozgatóerőt hoz létre a vasmagban, néha mágnesező áramnak is nevezik. Itt kell megjegyeznünk, hogy a vasmagos tekercsen keresztülfolyó áram nem tökéletesen szinusz hullám alakú a vasmag nemlineáris B/H görbéje miatt. A helyzet az, hogy ha egy olcsó tekercsről van szó, mely a lehető kevesebb vasat tartalmazza, akkor a mágneses fluxus sűrűsége magas szintet érhet el, azaz telítődik. Ez a mágnesező áramot a következő ábrához hasonlóan torzítja: 5. ábra. A mágnesező áram torzulása a vasmag telítődésének következtében 830

831 Mikor egy ferromágneses anyag eléri a mágneses fluxus telítődését, sokkal nagyobb MME-t kell alkalmazni a mágneses fluxus ( ) növelésére, mint egyébként. Mivel az MME arányos a tekercsben folyó árammal (MME = N * I), ezért ekkor már jóval nagyobb áram szükséges a kívánt fluxus növekedés elérése érdekében. Így a tekercs árama drasztikusan megnövekszik a csúcsoknál a szükséges fluxus eléréséhez (mely nem torzított), s az áram alakja a szinusz hullám helyett harang alakú lesz. A helyzetet tovább komplikálják a vasmagban jelentkező veszteségek. A hiszterézis és az örvény áramok tovább torzítják az áram alakját, így az még kevésbé lesz szinusz alakú, sőt, még a feszültséghez képesti késése is valamivel kevesebb lesz 90 -nál. Ezt a tekercsáramot, mely az összes mágneses hatás (d /dt, hiszterézis veszteségek, örvényáramok stb.) eredményeként kapjuk, gerjesztett áramnak nevezzük. Ennek a vasmagos tekercsben gerjesztett áramnak a torzításai minimalizálhatók, ha megfelelően tervezzük meg a tekercset és a vasmagot ahhoz, hogy nagyon alacsony mágneses erővonal sűrűséget érjünk csak el. Általánosan megfogalmazva, ez nagy vasmag keresztmetszetet igényel, ami viszont a tekercset hatalmassá és drágává teszi. Az egyszerűség kedvéért viszont mi úgy tekintjük, hogy a mi példánkban használt vasmag jóval a telítődés alatt van és mindenféle veszteségektől mentes, aminek következtében a gerjesztő áram tökéletes szinusz alakú marad. A tekercsben az áram és a feszültség közötti 90 -os eltérés olyan feltételeket teremt, amikor a teljesítmény váltakozva elnyelődik, majd pedig visszajut a tekercs áramkörébe. Ha a tekercs ideális (nincs a vezetéknek ellenállása, nincsenek vasmag veszteségek stb.), akkor az nulla teljesítményt nyel el. Tételezzük fel, hogy az 1. ábrán bemutatott tekercsünk mellé ugyanarra a vasmagra feltekerünk még egy ugyanolyan tekercset. Az eredeti tekercset primernek, a másikat pedig szekundernek nevezzük el. 831

832 6. ábra. A vasmag két tekerccsel Ha a szekunder tekercsen ugyanakkora mágneses fluxus halad át, mint a primeren (és valóban ugyanakkora halad át, ha feltételezzük, hogy tekercsek közös vasmagjának a vezetőképessége ideális), valamint a két tekercs menetszáma megegyezik, akkor a primer tekerccsel fázisban és amplitúdóban megegyező feszültség indukálódik a szekunder tekercsben. A következő ábrán az indukált feszültséget a forrásfeszültségnél egy kicsit kisebb amplitúdóval ábrázoltuk, de csak azért, hogy a kettőt meg tudjuk egymástól különböztetni. 7. ábra. A két tekercsen eső feszültségeknek, a primer tekercs áramának és a mágneses fluxusnak a fázis viszonyai 832

833 Ezt a hatást kölcsönös induktivitásnak nevezzük. Az egyik tekercs feszültsége áramváltozást indukál a másik tekercsben. Akárcsak a hagyományos (önindukciós) tekercsekben, ezt az induktivitást is Henry-ben mérjük, de a hagyományos induktivitástól eltérően ezt nem L-lel, hanem M-mel jelöljük. ahol: u 2 - a szekunder tekercsben indukált feszültség i 1 - a primer tekercsben folyó áram A szekunder tekercsben nem folyik áram, mivel a szekunder tekercs egy nyitott áramkör. Ugyanakkor, ha egy terhelő ellenállással összekötjük a tekercset, akkor váltakozó áram fog benne folyni, melynek fázisa megegyezik az indukált feszültség fázisával, hiszen az ohmikus ellenálláson átfolyó áram és a rajta eső feszültség mindig fázisban van. 833

834 8. ábra. A szekunder tekercsben folyó áram és feszültség azonos fázisban van Első ránézésre azt várhatnánk, hogy a szekunder tekercs árama a vasmagban még nagyobb fluxus változást idéz elő. De nem ez történik. Ha nőne a fluxus, az több feszültséget indukálna a primer tekercsben (emlékezzünk vissza: u = N * d /dt). Ez azonban nem történik meg, mivel a primer tekercsben indukált feszültség Kirchoff huroktörvényének az értelmében nem lehet nagyobb a feszültségforrás feszültségénél. Következésképpen a vasmag mágneses fluxusára nem lehet hatással a szekunder tekercs árama. Viszont ami változik, az a mágneses áramkörben lévő MME mennyisége. A mágneses mozgatóerő mindig az elektronok áramlását idézi elő a vezetékben. Rendszerint ezt az MME-t mágneses fluxus kíséri a "mágneses Ohm törvény" értelmében (MME = *R). Ebben az esetben ugyanakkor további fluxusnövekedés nem lehetséges, így a szekunder tekercsben az MME csak úgy létezhet, hogy a primer tekercsben ellentétes irányú MME generálódik, melynek az amplitúdója megegyezik, de a fázisa ellentétes. Pontosan ez történik, azaz a primer tekercsben a szekunder tekercsben folyó áramhoz képest 180 -os fáziseltérésű váltakozó áram kezd folyni. Ez hozza létre az ellentétes irányú MME-t, ami megakadályozza a fluxusnövekedést a vasmagban. 834

835 A következő ábrán fel vannak tűntetve az áramok és MME-k irányai, ezzel illusztrálva a fázisviszonyokat. 9. ábra. Az áramok és az MME-k irányai Ha ezt a folyamatot egy kicsit zavarba ejtőnek találod, ne nyugtalankodj. A transzformátorok dinamikája összetett tudomány. Ami fontos, az a következő: mikor a primer tekercsre váltakozó áramú feszültségforrást kötünk, az mágneses fluxust hoz létre a vasmagban, mely a primer feszültség fázisával megegyező váltakozó feszültséget indukál a szekunder tekercsben. A szekunder tekercsre kötött terhelésen átfolyó áram adott áramot indukál a primer tekercsben, azaz a feszültségforrásból áramot vesz fel. Figyeld meg, hogy a váltakozó áramú feszültségforrás terhelése a primer tekercs, a szekunder tekercs terhelése pedig a terhelő ellenállás. Tehát ahelyett, hogy az energia váltakozva hol elnyelődne, hol pedig visszasugárzódna a primer tekercsbe, az energia most a szekunder tekercsbe, onnét pedig a terhelésbe jutva elhasználódik. Vagyis a forrás közvetlenül táplálja a terhelést. Természetesen eközben a primer tekercsben 90 -os késéssel kialakuló elektromos áram bemágnesezi a vasmagot, ami elegendő a feszültségforrással ellentétes irányú, de egyenlő nagyságú feszültség létrehozására. Ezt a készüléket transzformátornak nevezzük, mert az elektromos energiát mágnesessé, majd ismét vissza elektromossá átalakítja (transzformálja). 835