تركيز الإلكتروليت

تركيز الإلكتروليت

تركيز الإلكتروليت عامل مهم جداً. بصورة عامة، كلما كان الإلكتروليت أكثر تركيزاً، كان التيار أعظم وحجم غاز HHO الناتج أكبر. ومع ذلك، يجب الأخذ في الإعتبار ثلاثة عوامل مهمة كلها تؤثر على كمية التيار المار، وبالتالي فهي تؤثر على حجم الناتج النهائي من الغاز، والذي هو هدفنا من بناء المحلل الكهربائي.

هذه العوامل الثلاثة هي: أولاً، المقاومة للتيار المار خلال صفائح الأقطاب المعدنية. وثانياً، المقاومة للتيار المار بين الصفائح المعدنية والإلكتروليت. وأخيراً، المقاومة للتيار المار خلال الإلكتروليت نفسه. والآن، سنأخذ كلاً من هذه العوامل الثلاثة على انفراد.

المقاومة خلال الصفائح المعدنية

في تصميم جيد للمحلل مثل تلك الأنواع التي جرى الحديث عنها في المقالات السابقة، يكون التصميم نفسه جيداً كمعزز تيار مستمر (دي سي)، ولكن فهم كل من تلك المجالات من فقدان الطاقة مهم من أجل أفضل أداء ممكن. لقد تعلمنا في المدرسة أن المعادن موصلة للكهرباء، غير أن ما لم يذكر على الأرجح هو حقيقة أن بعض المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ (ستينلس ستيل) هي موصلات رديئة جداً للكهرباء، وهذا هو السبب في أن الكابلات الكهربائية تصنع من أسلاك النحاس وليس الفولاذ. هذه هي الكيفية التي يحدث بها جريان الكهرباء في صفائح محللنا:

إن حقيقة أننا قمنا بعمل ثنيات وانحناءات في صفائحنا ليس له تأثير جوهري على جريان التيار. إن مقاومة جريان التيار خلال صفائح الأقطاب المعدنية هو شيء من غير الممكن التغلب عليه ببساطة وبصورة إقتصادية، وعليه يجب تقبله كشيء قائم على رؤوسنا. بصورة عامة، فإن الحرارة المتولدة من هذا المصدر تكون منخفضة وليست مسألة بحاجة إلى كبير اهتمام، غير أننا نستخدم كمية كبيرة من مساحة الصفيحة لتقليل هذا المكون من خسائر الطاقة بقدر ما هو عملي.

المقاومة بين الصفائح والإلكتروليت

يمكن أن نطلق على هذا النوع من المقاومة إسم "مقاومة التماس"، وهي مقاومة تحدث عادة عند نقاط التماس، مثلاً عند توصيل سلك مقطوع، نجد أن المقاومة بعد توصيل السلك المقطوع أكبر من قيمتها قبل القطع والتوصيل بالنسبة لنفس الطول من السلك. إن نفس الشيء يحدث عند انتقال التيار من الصفيحة إلى الإلكتروليت، وهنا نجد أن المسألة مختلفة كلياً، ويمكن عمل تحسينات كبيرة في هذا المجال. بعد اختبارات شاملة، إكتشف بوب بويس Bob Boyce أنه يمكن عمل تحسن كبير إذا تم ترسيب طبقة محفزة على السطح الفعال للصفيحة. وهذه عملية طويلة وتناولها يحتاج إلى تخصيص مقالات كاملة عنها، لا يسعني تفصيلها الآن، ولكنني سأتحدث عنها بالتفصيل في مقالات لاحقة.

المقاومة داخل الإلكتروليت

المقاومة لجريان التيار خلال الإلكتروليت نفسه يمكن تقليلها إلى الحد الأدنى باستخدام أفضل محفز catalyst وعند أمثل تركيز. عند استخدام هيدروكسيد الصوديوم، فإن التركيز الأمثل هو 20% وزناً. وحيث أن 1 سنتمتر مكعب cc من الماء يزن واحد غرام، فإن واحد لتر يزن واحد كيلوغرام. ولكن، إذا كان 20% (200غم) من هذا الكيلوغرام يجب أن تكون من هيدروكسيد الصوديوم، إذن سيزن الماء الباقي 800غم، وهكذا سيكون 800 سنتمتر مكعب فقط من الحجم. وعليه، لعمل مزيج 20% وزناً من هيدروكسيد الصوديوم والماء المقطر، نقوم بإضافة 200غم من هيدروكسيد الصوديوم (ببطء شديد وعناية، كما وضح بوب في المقالة السابقة) إلى 800 سنتمتر مكعب فقط من الماء المقطر البارد، وسيكون حجم الإلكتروليت الناتج حوالي 800 سنتمتر مكعب.

عند استعمال هيدروكسيد البوتاسيوم، يكون التركيز الأمثل هو 28% وزناً، وعليه فإن 280غم من هيدروكسيد البوتاسيوم تضاف (ببطء شديد وعناية، كما وضح بوب في المقالة السابقة) إلى 720 سنتمتر مكعب فقط من الماء المقطر البارد. إن كلا هذين الإلكتروليتين لهما نقطة تجمد أقل بكثير مما للماء وهذه خاصية يمكن أن تكون مفيدة جداً بالنسبة للناس الذين يعيشون في أماكن ذات شتاء بارد جداً.

هناك عامل آخر يؤثر على جريان التيار خلال الإلكتروليت، وهو المسافة التي يتوجب على التيار أن يجريها خلال الإلكتروليت – كلما كانت المسافة أكبر، كلما كانت المقاومة أكبر. إن تقليل الفجوة بين الصفائح إلى الحد الأدنى يحسن الكفاءة. ومع ذلك، فإن عوامل عملية تلعب دورها هنا مثل حاجة الفقاعات إلى فضاء كاف للهروب من بين الصفائح، وهكذا فإن أفضل توفيق عملي هو فجوة بعرض 3ملم، أي ثمن بوصة.

ومع ذلك، فإن هناك مشكلة مع استخدام أمثل تركيز للإلكتروليت، وهي أن تدفق التيار الناجم عن التحسن الكبير للإلكتروليت يكون على الأرجح أكبر بكثير مما نريد. وللتعامل مع هذه المشكلة يمكننا استخدام دائرة إلكترونية تدعى دائرة "معدِّل عرض النبضة Pulse-Width Modulator" أو PWM. وهذه كثيراً ما تباع باعتبارها "منظمات سرعة محركات دي سي DC Motor Speed Controllers" وإذا اشتريت واحداً منها، فاختر واحداً يمكنه تحمل 30 أمبير.

إن دائرة PWM تعمل بطريقة بسيطة جداً. فهي تبدل جريان التيار On وOff عدة مرات في الثانية. وتتم السيطرة على التيار من خلال كم هو طول الفترة (في أية ثانية واحدة) يكون فيها التيار On، بالمقارنة مع كم هو طول الفترة التي يكون فيها التيار Off. فمثلاً، إذا كان طول فترة On ضعف طول فترة Off (66%)، فإن معدل تدفق التيار سيكون أكبر بكثير مما لو كان طول فترة On نصف طول فترة Off (33%).

عند استعمال منظم PWM، فإن من المعتاد وضع مفتاح السيطرة الخاص به على أو بالقرب من لوحة القيادة (داشبول) dashboard وتركيب أميتر بسيط منخفض الثمن بجانبه وبذلك يتمكن السائق من رفع أو خفض التيار المتدفق بقدر ما يعتبره ضرورياً. يمكن للترتيب المذكور أن يكون مشابهاً لهذا:

هناك دائرة منظم أكثر تعقيداً تدعى "دائرة التيار الثابت Constant-current Circuit" وهي تسمح لك باختيار التيار الذي تريد ومن ثم تقوم الدائرة بالإمساك بالتيار عند القيمة التي حددتها في كل الأوقات. ومع ذلك، فهذا النوع من الدوائر غير متاح للبيع بصورة جاهزة برغم أن بعض منافذ الأسواق تتهيأ لتقديمها.

بعض أنواع المعززات الأكثر بساطة لا تستخدم دائرة PWM لأنها تنظم تدفق التيار خلال المعزز بواسطة جعل تركيز الإلكتروليت قليلاً جداً، وهكذا فإن مقاومة تدفق التيار خلال الإلكتروليت ستخنق التيار وتحافظ عليه منخفضاً عند المستوى المرغوب. هذه، بالطبع، أقل كفاءة بكثير، ومقاومة الإلكتروليت تسببب ارتفاع درجة الحرارة، والتي بدورها، تعد مشكلة تشغيلية بحاجة إلى التعامل معها بعناية من قبل المستخدم. ميزة هذه الطريقة أنها تجعل النظام يبدو أكثر بساطة.

وإلى لقاء قريب.

ملاحظة: أغلب المعلومات الواردة في هذا المقال مقتبسة من موقع Free Energy Info بتصرف، ويمكن لمن يجيد اللغة الإنجليزية العودة إليه لمزيد من المعلومات.