0

Электролизер своими руками

Характеристики устройства

Как известно из школьного курса химии, электролиз — это процесс, при котором на электродах выделяются составные элементы растворенных веществ. Для успешного протекания такого процесса требуется источник тока, а аппарат электролизер как раз и предназначен для того, чтобы с его помощью осуществлялся этот самый процесс.

Устройство электролизер представляет собой емкость, наполненную специальным веществом — электролитом. Также в эту емкость помещено не менее двух электродов.

Главная характеристика устройства — производительность. Именно ее обозначают цифры, которые используются в названиях моделей. Например, если сравнить две модели — «СЭУ 20» и «СЭУ 40», то по одному только названию станет понятно, что последняя является более мощной. Числа в этом случае обозначают выработку водорода. Число «20» означает, что устройство способно выработать 20 куб. метров водорода за час.

Есть у электролизеров и другие характеристики, которые обычно зависят от типа устройства, а также от области его применения.

Например, при осуществлении электролиза воды на коэффициент полезного действия оказывают влияние:

  • напряжение в электродах;
  • расстояние между электродами;
  • размеры этих электродов;
  • концентрация электролита;
  • химические и физические свойства использующегося для изготовления электродов материала;
  • наличие или отсутствие ускоряющих процесс элементов.

Разновидности приборов

Электролизеры могут применяться не только в промышленной сфере, но и в домашнем быту. Водород, который они вырабатывают, может быть превращен в топливо и использоваться для обогащения бензо-воздушной смеси, увеличивая тем самым производительность двигателя автомобиля.

Существует несколько разновидностей электролизеров, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

Сухие устройства

Используя их, можно изменять количество ячеек. Подключать устройство следует к источнику тока, напряжение которого превышает наименьший электродный потенциал.

Проточные электролизеры

Такая конструкция состоит из емкости с электродами, которая доверху наполнена раствором. Другой крупный элемент такого прибора — бак, в котором также содержится раствор, но остается еще пустое место сверху. Обе емкости соединены друг с другом парой труб.

Работает проточный электролизер следующим образом: в емкости, где нет свободного пространства, под воздействием электротока в электродах происходит электрохимическая реакция. Образующийся при этом газ вместе с электролитом через одну из труб проходит во вторую емкость. Там он отделяется от электролитного раствора и выходит через специальный клапан, расположенный в верхней части бака. Электролит, лишенный газа, через вторую трубу снова возвращается в ванну с электродами.

Этот процесс повторяется многократно до тех пор, пока не будет получен необходимый объем газа: пока прибор не будет отключен от сети.

Мембранные приборы

Относятся к числу распространенных разновидностей электролизеров. В основе их работы лежит применение мембраны: то есть не жидкого электролита, а твердого.

Причем мембрана выполняет сразу две функции:

  1. Она переносит микрочастицы.
  2. Разделяет электроды и продукты электрохимической реакции.

Простейший диафрагменный электролиз

В том случае, когда нельзя допускать диффузию между электродными камерами, применяется пористая диафрагма, в качестве которой может выступать стекло, асбест или керамика. Иногда могут быть использованы стекловата или полимерные волокна. Соответственно, снабженные этим элементом приборы называются диафрагменными.

Состоит из шести основных элементов:

  • двух трубок (одна из которых предназначена для выхода кислорода, а другая — для выхода водорода);
  • катода;
  • анода;
  • U-образной емкости;
  • самой диафрагмы, которая располагается в нижней части сосуда.

Щелочные типы

Разновидность электролизеров, к которой можно отнести большую часть таких приборов. Почти в каждом из них в роли катализатора выступает концентрированный раствор щелочи.

Не рекомендуется использовать соль, поскольку в этом случае будет выделяться хлор. Лучше всего применять гидроксид натрия, так как он не разъедает электрод.

Процесс самостоятельного изготовления

Перед тем как сделать электролизер своими руками, необходимо подготовить нужные материалы и инструменты, а также прорисовать будущее устройство на схеме.

Для этого потребуются:

  • кусок стального листа (сталь должна быть нержавеющая);
  • прозрачная трубка;
  • пластиковый контейнер объемом 1,5 л;
  • клапан для воды;
  • фильтр для ее очистки;
  • штуцеры;
  • шайбы;
  • болты;
  • гайки.

Работы начинаются с замеров площади стального листа. После, посредством болгарки необходимо разделить его на 16 квадратов равной площади. В каждом из полученных квадратов нужно спилить один из углов. В другом углу, который расположен напротив спиленного, сделать отверстие, в которое будет вставляться болт для скрепления с другими пластинами.

Поскольку при работе готового устройства ток должен идти от одной пластине к другой, нужно сделать так, чтобы на одной пластине скапливался отрицательный заряд, а на другой — положительный. Подключаться они должны по очереди: положительная, отрицательная, положительная, отрицательная и так далее. Так увеличивается сила тока.

Соединение пластин осуществляется посредством болтов и шайб. 8 пластин должны иметь положительный заряд и 8 — отрицательный. Если работа будет выполнена правильно, то спилы пластин не должны касаться электродов. Для того чтобы пластины не контактировали друг с другом, необходимо использовать трубку.

Готовая конструкция из 16 пластин помещается в пластиковую емкость для того, чтобы определить, в каком месте должны быть проделаны отверстия. Если так получится, что болты не поместятся в контейнере, то их следует укоротить и затянуть гайками, чтобы добиться герметичности.

Далее можно проделать отверстие в крышке и вставить туда несколько штуцеров. Образовавшиеся швы необходимо замазать силиконовым герметиком.

Подключать пластины рекомендуется так: крайние — к минусу, а та, которая посередине — к плюсу. От площади пластин, а также от силы тока напрямую завит объем выделяющегося газа. Защитный клапан нужен для того, чтобы в приборе не накопилось много газа.

После того как прибор будет полностью собран, его необходимо проверить. Для этого он подключается к источнику тока. В его емкость наливается вода до того уровня, на котором расположены болты. Затем нужно закрыть крышку, присоединить к штуцеру трубку и опустить ее в воду. Если ток слабый, то это сразу будет заметно.

Чтобы повысить эффективность прибора, необходимо вместо воды налить в емкость раствор щелочи. Сама по себе простая вода является не очень хорошим проводником электричества, поскольку в ней отсутствуют соли и примеси, но если добавить в воду щелочь, ее способность проводить ток сразу же улучшится. Для получения качественного электролита, состоящего из воды и щелочи, можно взять гидроксид натрия. Это вещество обычно присутствует в средствах для очистки труб.

Несмотря на то, что простейший электролизер состоит из небольшого количества элементов, можно попытаться изготовить множество разновидностей таких приборов. Для этого необязательно обращаться за помощью к профессионалам.

Общая информация об электролизере

Электролизная установка – устройство для электролиза, требующее внешний энергоисточник, конструктивно состоящее из нескольких электродов, которые помещены в заполненную электролитом емкость. Также такая установка может называться устройством для расщепления воды.

В подобных агрегатах основным техническим параметром является производительность, которая означает объем вырабатываемого водорода за час и измеряется в м³/ч. Стационарные агрегаты несут этот параметр в наименовании модели, например, мембранная установка СЭУ-40 вырабатывает за час 40 куб. м водорода.

Внешний вид стационарного промышленного агрегата СЭУ-40

Прочие характеристики таких устройств полностью зависят от целевого назначения и вида установок. Например, при осуществлении электролиза воды КПД агрегата зависит от нижеследующих параметров:

  1. Уровень наименьшего электродного потенциала (электронапряжения). Для нормального функционирования агрегата эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на одну пластину. Если источник электропитания имеет напряжение в 14 В, то емкость электролизера с электролитным раствором имеет смысл разделить листами на 7 ячеек. Подобная установка называется сухим электролизером. Меньшее значение не запустит электролиз, а большее – сильно увеличит расход энергии;

Размещение пластин в ванне электролизной установки

  1. Чем меньше будет расстояние между пластиночными компонентами, тем меньше будет сопротивление, что при прохождении большого тока приведет к увеличению выработки газового вещества;
  2. Площадь поверхности пластин напрямую оказывает влияние на производительность;
  3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
  4. Материал электродных элементов. Золото является дорогим, но идеальным материалом для применения в электролизерах. Из-за его дороговизны часто применяют нержавеющую сталь.

Важно! В конструкциях другого типа значения будут иметь иные параметры.

Установки для электролиза воды могут также использоваться для таких целей, как обеззараживание, очистка и оценка качества воды.

Виды электролизеров

Устройства для расщепления воды бывают нижеследующих видов:

  1. Сухие;
  2. Проточные;
  3. Мембранные;
  4. Диафрагменные;
  5. Щелочные.

Сухой тип

Такие электролизеры имеют самую простую конструкцию (картинка выше). Им присуща особенность, которая заключается в том, что манипуляция с числом ячеек дает возможность запитать агрегат от источника с любым напряжением.

Проточный тип

Эти установки имеют в своей конструкции полностью залитую электролитом ванну с электродными элементами и баком.

Устройство простого электролизера проточного типа, где А – ванна с электродами, D – бак, В, Е – трубки, С – выходной клапан

Принцип работы проточной электролизной установки нижеследующий (по картинке выше):

  • при протекании электролиза электролит вместе с газом через трубу «В» выдавливается в бак «D»;
  • в емкости «D» протекает процесс по отделению газа от электролита;
  • газ выходит через клапан «С»;
  • электролитный раствор возвращается через трубку «Е» в ванну «А».

Интересно знать. Такой принцип работы настроен в некоторых сварочных аппаратах – горение выделяемого газа позволяет сваривать элементы.

Мембранный тип

Электролизная установка мембранного типа имеет схожую конструкцию с другими электролизерами, однако в качестве электролита выступает твердое вещество на полимерной основе, которое именуется мембраной.

Конструкция мембранного электролизера

Мембрана в таких агрегатах имеет двойное назначение – перенос ионов и протонов, разделение электродов и продуктов электролиза.

Диафрагменный тип

Когда одно вещество не может проникать и влиять на другое, применяют пористую диафрагму, которая может изготавливаться из стекла, полимерных волокон, керамики либо асбестового материала.

Устройство диафрагменного электролизера, где 1 – выход для кислорода, 2 – колба, 3 – выход для водорода, 4 – анод, 5 – катод, 6 – диафрагма

Щелочной тип

Протекать электролиз в дистиллированной воде не может. В таких случаях необходимо использовать катализаторы, которыми выступают щелочные растворы высокой концентрации. Соответственно, основную часть электролизных устройств можно назвать щелочными.

Важно! Стоит отметить, что использование соли в качестве катализатора вредно, так как при протекании реакции выделяется газообразный хлор. Идеальным катализатором может выступать гидроксид натрия, который не разъедает железные электроды и не способствует выделению вредных веществ.

Самостоятельное изготовление электролизера

Изготовить электролизер своими руками может каждый человек. Для процесса сборки самой простой конструкции потребуются нижеследующие материалы:

  • лист нержавейки (идеальные варианты – зарубежная AISI 316L или отечественная 03Х16Н15М3);
  • болты М6х150;
  • шайбы и гайки;
  • прозрачная трубка – можно применять водяной уровень, который используется в строительных целях;
  • несколько штуцеров типа «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
  • контейнер из пластика объемом 1,5 л;
  • небольшой фильтрующий проточную воду фильтр, например, фильтр для стиральных машин;
  • обратный водный клапан.

Процесс сборки

Собирать электролизер своими руками следует по следующей инструкции:

  1. Первым делом необходимо осуществить разметку и дальнейшую распилку листа нержавейки на равные квадраты. Распилка может осуществляться угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Один из уголков в таких квадратах должен быть спилен под углом для верного скрепления пластин;
  2. Далее потребуется просверлить отверстие для болта на противоположной от углового спила стороне пластины;
  3. Соединение пластин необходимо производить поочередно: одна пластина на «+», следующая на «-» и так далее;
  4. Между разно заряженными пластинами должен находиться изолятор, которым выступает трубка от водяного уровня. Ее необходимо разрезать на кольца, какие следует разрезать вдоль для получения полосок толщиной 1 мм. Такого расстояния между пластин достаточно для эффективного выделения газа при электролизе;
  5. Скрепление пластин вместе осуществляется посредством шайб следующим образом: на болт насаживается шайба, потом – пластина, далее – три шайбы, после – пластина и так далее. Пластины, положительно заряженные, располагаются зеркально отрицательно заряженных листов. Это позволяет не допустить задевание электродов спиленными краями;

Собранные вместе пластины электролизной установки

  1. Собирая пластины, следует сразу выполнять их изоляцию и затяжку гаек;
  2. Также каждую пластину нужно прозвонить для того, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания;
  3. Далее всю сборку требуется поместить в бокс из пластика;
  4. После этого надо отметить места касания болтов о стенки контейнера, где и просверлить два отверстия. Если болты не влезают в емкость, то их необходимо подрезать ножовкой;
  5. Далее болты затягиваются гайками и шайбами для герметичности конструкции;

Пластины, помещенные в пластиковый контейнер

  1. После проделанных манипуляций потребуется сделать отверстия в крышке контейнера и вставить в них штуцера. Герметичность в данном случае можно обеспечить посредством промазки швов герметиками на основе силикона;
  2. Защитный клапан и фильтр в конструкции располагаются на выходе газа и служат средством контроля чрезмерного его скопления, которое может привести к плачевным последствиям;
  3. Электролизная установка собрана.

Заключительный этап – тестирование, которое осуществляется таким образом:

  • заполнение водой емкости до уровня крепежных болтов;
  • подключение питания к прибору;
  • подключение к штуцеру трубки, противоположный конец которой опускается в воду.

Если будет подан на установку слабый ток, то выпускание газа через трубку будет почти незаметно, однако внутри электролизера его можно будет наблюдать. Повышая электрический ток, добавляя щелочной катализатор в воду, можно существенно увеличить выход газового вещества.

Изготовленный электролизер может выступать составной частью многих устройств, например, водородной горелки.

Внешний вид водородной горелки, основой которой является собственноручно изготовленный электролизер

Зная типы, основные характеристики, устройство и принцип работы электролизных установок, можно осуществить правильную сборку самодельной конструкции, которые будет являться незаменимым помощником в различных бытовых ситуациях: от сварки и экономии расхода топлива автотранспорта до работы систем отопления.

>Видео

Создаем прибор своими руками

Прибор для этого процесса можно сделать самостоятельно.

Для этого понадобятся:

  • Лист нержавеющей стали;
  • Болты М6 х 150;
  • Шайбы;
  • Гайки;
  • Прозрачная трубка;
  • Штуцеры;
  • Пластиковый контейнер на полтора литра;
  • Фильтр для очистки воды;
  • Обратный клапан для воды.

Отличный вариант нержавейки — AISI 316L иностранного производителя или 03Х16Н15М3 отечественного производителя. Совсем не обязательно покупать нержавейку, можно взять старую. Вам будет достаточно 50 на 50 сантиметров .

«Зачем брать именно нержавейку?» — спросите вы. Потому что на обычном металле появится ржавчина. Нержавейка лучше переносит воздействие щелочей. Следует разметить лист так, чтобы разделить его на 16 одинаковых квадратов. Распилить его можно болгаркой. В каждом квадрате спилите один из углов.

На противоположной стороне и противоположном углу, от спиленного угла, просверлите дырку для болта, который поможет скрепить пластины. Электролизер работает так: от пластины к пластине идёт электричество – и вода распадается на кислород и водород. Поэтому нам понадобится положительная и отрицательная пластина.

Пластины следует подключать по очереди: плюс-минус-плюс-минус, при таком методе будет сильный ток. Для изолирования пластин друг от друга, используется трубка. От уровня отрезают кольцо. Разрезая его, мы получаем полоску толщиной в миллиметр. Такое расстояние является наиболее оптимальным для производства газа.

Пластины соединяются между собой с помощью шайб: на болт насаживаем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом снова пластина и так далее. На плюс и минус нужно насадить по восемь пластинок. Если всё выполнить правильно, то спилы пластин не заденут электроды.

После потребуется затянуть гайки и изолировать пластины. Затем помещаем конструкцию в пластиковый контейнер.

Доводка и тестирование прибора

После этого следует определить, где болты касаются стен бокса и, в тех местах, просверлить две дырочки. Если вдруг так выйдет, что болты не помещаются в ёмкость, то их следует обрезать и затянуть для герметичности гайками. Теперь следует просверлить крышку и вставить туда штуцеры. Чтобы обеспечить герметичность, следует промазать шов с помощью силиконового герметика.

После сборки своими руками своего электролизера, следует его протестировать. Для этого подключаете прибор к источнику питания, наполняете его водой до болтов, надеваете крышку, подключив к штуцеру трубку и опустив противоположный конец трубки в воду. Если слабый ток, то внутри электролизера будет виден ток.

Постепенно увеличивайте мощность тока в сделанном своими руками приборе. Дистиллированная вода плохо проводит электричество, так как в ней нет солей и примесей. Чтобы приготовить электролит, нужно добавить щёлочь в воду. Для этого следует взять гидроксид натрия (содержится в средствах для очистки труб типа «Крота»). Защитный клапан нужен, чтобы препятствовать накоплению большого количества газа.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *