2 .0. 電解槽設計相關參數探討
一般工業界稱為氫氧發生器, 氫氧機. 在設計上, 影響HHO產量的因素：
1. 電流大小直接影響產氣量，主要電能內耗的電阻來源來自三方面，電極板本身，電解液本身，電極板與電解液之間(可以在電極板外鍍一層觸媒, 後面電極板材料會再說明)．其次是電線與電極板間電阻．
2. 相關論文指出電極間隔 (離子要游越遠才能抵達電極板, 表示電阻越大, 理想上不超過2.2mm, 通常建議3mm 或1/8 inch), 電解液濃度和溫度是最明顯.
正負電極板之間放置中性電極板的用途和理由：
Youtube 影片：HHO Neutral Plates Explained
低碳經濟-HHO氫氧燃料省油器 (2-1)HHO generator 電解槽範例
3. 其次對水加壓700atm, 可比1atm 大氣壓力下電解, 可節省5%耗能, HHO產量可多出5%. 不過DIY的可以忽略這部分, 又不是要工業生產的說.
4. 對電解液加以攪拌約增加效率1~2%.
5. 提高電解槽內HHO排放前的氣壓, 可以提高HHO產量.
6. 電解槽電極與電瓶以10~12AWG銅線連接，銅線越短越好，外部電極以不鏽鋼螺絲螺帽固定在電解槽，如果預算夠，換用銅螺絲鍍鎳更好，可以降低電解槽與銅導線之間的電阻值。
7. 警告！絕對不要在室內實驗，大量的氫氣浮於天花板，如果爆炸可能損及你的聽力．
2.1. 電解槽種類：
依結構分為 濕式 sealed cell 及 乾式 dry cell。
如果光安裝這項，只能感受到馬力的加大.與排氣乾淨這兩樣效果，您是看不到省油的效果的。
一般非實驗室數據：道路測試省油約10~15%，如果增加一些控制電路及修改O2 sensor 電壓值，一般能達到25~35%效率，極少情況能省油約40~60%。
一般HHO產出量要足夠，都會耗用大電流，車內的傳統小燈泡太耗電，把燈泡全換成LED的才能將發電機的電流節省下來給電解槽用。
極板間的絕緣墊片(固定螺絲螺帽)可以是 PP、尼龍 Nylon、鐵氟龍PTFE 材質。但可承受最高溫度不同。
保險絲座常因高溫融解，容易造成火燒車危險，請選用耐高溫的保險絲座，或家庭電力箱用來限流的無熔絲保險開關。
電解槽可以利用一般家庭過濾器裝濾芯的透明塑膠過濾槽，但耐用度較短，若氣體在槽內爆炸會無法支撐而破裂。
接管以 PP 或 耐高溫PTFE 材質為主 (PVC材質燃燒分解會有毒)。
在電線口徑過細與連接時不注意，很容易因高溫引起火燒車。所以大電流在車上使用是件高風險的事情。
如果您能設計出12V，15A，3.3L/Min 算是相當好的DIY設計了。
電解水需要的外加電壓 (正負極端電壓)，以鉑當電極板理論值需1.23V，以不鏽鋼當電極板，理論值需1.8~2.0V，如果端電壓超過這個值太多，電解槽就會將超過的電能變成熱能消耗 (你有用過電湯匙嗎?)。
影片：HHO Wet Cell vs Dry Cell - Why the Dry Cell is Better
影片：HHO Dry Cell Generator build from Scrap, How-To DIY
2.2. 電解液配方：
濃度是看電流需求.
電解槽設計是低電壓高電流, 電極板不串連, 電解液濃度比較濃.
電解槽設計是高電壓低電流, 電極板要串連, 電解液濃度比較稀.
1. 自來水 (雜質會混濁並且很快就需要清洗換水)
2. 蒸餾水+白醋 (弱酸)
3. 蒸餾水+小蘇打 (弱鹼, baking soda NaHCO3)
建議避免正式使用, 試驗還可以, 使用食用級會使電解液變成棕色．
4. 蒸餾水+小蘇打+酒石酸 (弱鹼+弱酸)
5. 蒸餾水+氫氧化鈉 (強鹼, Ｃaustic soda NaOH)
無損於不鏽鋼板, 但漏液可能會腐蝕汽車零件。
在20°C時, 導電度達到最高約3.4個單位, NaOH的重量濃度16~17%, 超過這濃度,導電度會變差.
導電度 (Y軸) vs 濃度 (X軸) 曲線為上升再下降的拋物線.
導電度 (Y軸) vs 溫度 (X軸) 曲線幾乎是成正比的直線.
水溫每上升1°C時, NaOH導電度上升約2.5%.
6. 蒸餾水+氫氧化鉀 (強鹼, KOH)
漏液可能會腐蝕汽車零件。
在20°C時, 導電度達到最高約5.5個單位, KOH的重量濃度27~28%, 再濃導電變差.
導電度 (Y軸) vs 濃度 (X軸) 曲線為上升再下降的拋物線.
導電度 (Y軸) vs 溫度 (X軸) 曲線幾乎是成正比的直線.
水溫每上升1°C時, KOH導電度上升約4%.
所以KOH比NaOH好用.
調製時務必以少量KOH顆粒逐步加入大量冰水中. 如果反過來操作, 將少量水倒入大量的KOH顆粒中會直接因反應產生高溫而爆炸.
6湯匙KOH薄片加水1加崙, 或者按280克KOH緩慢倒入780克水中, 濃度最好接近約28%，KOH電解液溫度超過攝氏80℃，電解效率會變差，需要散熱系統。
調製好後可用一般海水熱帶魚缸常用的比重計量取, 下次加水時, 就可直接到入清水或KOH薄片到比重計相同高度, 省卻倒掉重來或濃度不對. (有時一些不同嗜好的經驗還能派上用場, 你也能當"馬蓋先".
水溫達到80℃時, 28%濃度的KOH水溶液導電度約達到18.7單位.
如果電解槽開始是3.0 Amp, 電流最後會上升至10.2 Amp.
但KOH電解液溫度超過攝氏80℃，導電度又開始下降，電解效率會變差，需要散熱系統。
以效率而言, 20wt%或40wt%比30wt%只差了約2%, 所以這部分在實際上路應用時, 不是那麼重要。
7. 蒸餾水+氫氧化鉀+氯化亞鈷+鉬酸鈉 H2O+KOH+CoCl3 (濃度0.001M)+Na2MoO4 (濃度0.01M)
產氫量可比只加氫氧化鉀多約10%。
鉬酸鈉通常是水族館養水草的液肥配方之一。
鉬酸鈉價格約NT$2000/500克瓶裝。散裝約$300~350/25克. (台北市天水路一帶有很多化學材料行)。
8. 絕對不可以使用強酸，比如電池液(硫酸亞鉛), 食鹽NaCl，硫酸 H2SO4 或硝酸 H2NO3，會腐蝕不鏽鋼板。
9. 因為NaOH 及 KOH能降低水的冰點, 因此對於下雪的地區, 這兩種會比較好用。
10. 對於HHO系統設計包含PWM管理電路, 並且使用DC或AC電壓震盪頻率控制時, NaOH和KOH比較能對頻率有反應。
11. 冬天配方
冬天時雖然水中添加KOH就可以防凍，但KOH的濃度會影響水溶液的凝固點。
KOH 濃度達到26~40%時，水溶液的凝固點約在 -40℃。
下圖擷取自http://www.hydrogenboostnow.com/faq.html，KOH solution 的凝固點:
許多有關甲醇鹼性燃料電池(Alkaline fuel cell, AFC)的結構和HHO generator 雷同，有興趣的可以找一找相關資料。
添加甲醇methanol (又稱木精 methyl alcohol，化學式CH3OH，模型飛機用燃料)也可以使凝固點更低，可以當做水的鎮靜劑depressant。甲醇也能提供H，但也會腐蝕鋁。可查閱wikipedia 相關說明。其他如汽車水箱裏的抗凍劑，雖然也能降低凝固點，但對不鏽鋼板電解時產生的化學腐蝕性也要注意及確認。
凝固點 (所需甲醇的容積濃度)，容積濃度=甲醇/(甲醇+水)
-12℃ (20% Volume percent)
-20℃ (30% Volume percent)
-35℃ (45% Volume percent)
12. 可購買電子導電計(長的有點像電子溫度計) 量測導電度, 或者pH值計, 以便紀錄變化及之後調整濃度。
2.3. 電極板：
1. 不鏽鋼絞線
材質SS304L / SUS316，相對接觸面積大，但電阻較大，產生之氣體量較少。
2. 不鏽鋼管
不同直徑以同心圓方式排列。
3. 不鏽鋼板
霧面，以12V，30A，跑約2500 miles 會脆化並鏽蝕。
試驗可用布丁杯、開關蓋板)。效率：鋼板>鋼管>鋼絞線。
電流密度約200~250mA/cm2 (平方公分), 正負極板電壓1.9~2.0V效率最佳。
316/316L比304/304L更耐酸鹼, 但同樣不耐高溫, 攝氏60度以上加速腐蝕. 316H耐酸鹼及高溫。
不鏽鋼板厚度 Stainless steel measurement：
| Gauge | 英吋 | 英吋 |
| 3 | 1/4 | 0.2500 |
| 4 | | 0.2344 |
| 5 | | 0.2187 |
| 6 | | 0.2031 |
| 7 | 3/16 | 0.1875 |
| 8 | | 0.1719 |
| 9 | | 0.1562 |
| 10 | | 0.1406 |
| 11 | 1/8 | 0.1250 |
| 12 | | 0.1094 |
| 13 | | 0.0937 |
| 14 | | 0.0781 |
| 15 | | 0.0703 |
| 16 | 1/16 | 0.0625 |
| 17 | | 0.0562 |
| 18 | 1/20 | 0.0500 |
| 19 | | 0.0437 |
| 20 | | 0.0375 |
| 21 | | 0.0344 |
| 22 | | 0.0312 |
| 23 | | 0.0281 |
| 24 | 1/40 | 0.0250 |
4. 鎳銅合金(25%Ni)。
5. 不鏽鋼板表面鍍鉑Pt、鎳Ni或錫銦合金。
不鏽鋼板先鍍鈦, 再鍍鉑。如果使用鍍鎳不鏽鋼，建議不要使用小蘇打當電解質，碳會和鎳結合使鎳失去活性。
6. 鈦板鍍鉑(非晶系海綿狀表面)。
7. 白金板+白金導線。
8. 電源線
建議採用太陽能板發電專用DC直流絞合電線 (銅芯線有鍍一層錫)，一端加以Ｏ型端子套住汽車電瓶(12V or 24V)，另一端以快速接頭接到HHO電解槽。
AWG 6 => 線徑4.1 mm2，額定直流電流 DC 52A
AWG 10=> 線徑2.5 mm2，額定直流電流 DC 39A
美國電線規格可參考維基百科 WiKi 上的 [American wire gauge (AWG)]。
註：越後面的電極板電解效率越好, 電極板越不發熱。
工研院的工程師初步測試分享, 使用不鏽鋼SS316/SS316L與純鎳極板Ni, 在產出HHO量的比較, 幾乎差不多.
另外www.youtube.com 的會員zerofossilfuel的測試分享, 在電極片上以砂紙磨砂, 並沒有增加什麼化學反應接觸面積, 不要浪費力氣了.
把重點放在電解液濃度和溫度的控制上吧.
另外不鏽鋼會釋放對皮膚和環境有極毒的六價鉻 Cr(+6), 但通常是頭一次使用時, 從表面釋放出來的.
所以頭一次使用新不鏽鋼電極板時最好清洗乾淨表面, 並且只使用低電流, 第二次使用時幾乎就沒有漏出了
除非嚴重鏽蝕, 大量釋放, 比如SS304/SS304L.
大家在注重低碳耗能時也要注意一下避免二次公害. 鍍鎳或者鍍金可能是不錯的辦法, 看您的預算和公德心了.
2.4. 實作時該注意的
在實驗級樣品完成後, 當然會想嘗試裝上汽車試驗一下省油效果, 但是路況不免巔頗, 因此電解液可能會在容器內搖晃, 被推擠進入管子的可能性很高, 尤其電解液填充很滿時, 在管子外加一個擋水板或擋水網可以減少濺入管子的機會, 但仍能使HHO順利進入管子.
此外當使用中, HHO排出氣體的過程中, 有部分的H原子會因為彼此碰撞結合成H2分子而降低了所攜帶的化學動能, 因此建議管徑至少12mm寬.
另外停止供電後, 雖然停止生產HHO, 但因為停留在HHO generator 與bubbler之間的H原子彼此結合成分子, 並且冷卻後塌縮而降低了管子中間的氣壓, 使的bubbler到引擎進氣口的大氣壓大於generator到bubbler間的氣壓, bubbler內的純水會被推進generator, 並因此降低了電解液濃度, 因此需要在generator與bubbler間加一個逆止閥阻止回流. 並且bubbler內的高度最好能5英吋以上, 可以使用一般家庭飲水機內的濾芯的容器.
問：有一個問題想請教,就是整個HHO系統來說是氣密的一直接到進氣管那邊,如果說我沒有送電去電解時,進氣管的負壓會不會把HHO的水吸進去,就像在吸鋁箔包飲料一樣?謝謝!
答：要看HHO管子接在哪裡.
1. 接在空氣濾芯後面: 不會影響.
2. 接在引擎真空管口後面: 假設引擎熄火後, 不再產生HHO, 引擎冷卻後會吸入管內剩餘HHO,
甚至將電解水吸入, 所以管子要加裝"逆止閥"控制.
2.5. Pulse width modulator (PWM)電力管理
所以設計電解槽要注意零件最大負載多少電流, 和承受的溫度, 免得燒壞了電解槽和發電機. 如果想玩大的, 安全上能夠限制電流的PWM是要考慮加進來的. 最好能穩定電流大小的形式.
PWM 一般是使用市電AC110~220 V輸入，DC12V輸出，這種不能用。需要買 DC12V輸入，DC12V輸出的。台灣很少有廠商製造。
汽車：電瓶紅色端接10AWG (30Amp) 紅色銅線到PWM 輸入+12V端，再將電瓶黑色端接黑色銅線到PWM 輸入0 V端。
卡車：電瓶紅色端接10AWG (30Amp) 紅色銅線到PWM 輸入+24V端，再將電瓶黑色端接黑色銅線到PWM 輸入0 V端。
銅線：舉例: AWG gauge10, 300cm長, 端電壓12V, 可承受100Amp。
端子：規格105℃, 600V, 一般最大電流限制。
PWM有採用transistor 及MOSFET兩種PCB震盪控制電流線路, 選擇MOSFET較低內電阻的會比較不消耗太多電力. 一般都能在市面上DC motor control零組件找到兩種現成的.
2.6. 溫度監測
另外溫度監測及自動切斷供電會是更好的方案.
溫度監測可採用熱電偶thermal couple, 熱敏電阻電橋式 (較精準).
www.youtube.com 的會員 zerofossilfuel 的影片有提到目前還沒有PWM設計有加入溫度控制的.
基本上需要有一機制是壓抑電解槽隨溫度上升而電流越大的正循環. 利用溫度的反饋來調控, 使PWM輸出隨溫度上升而下降, 達到能源利用效率的提升.
我本來只想先利用溫度做on/off的, 現在又可以進一步利用溫度做調控了.
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