Как сделать диафрагму для электролиза

Что такое электролизер и как его сделать своими руками?

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei). В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях. Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO₃), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Источник

Схема электролизера, как сделать прибор своими руками

Электролизер — устройство, которое применяется в производственной сфере, например, для получения определенных веществ. Однако из-за роста цены топлива и увеличения тарифов на газ ситуация в нашей стране кардинально изменилась, и теперь электролиз широко используется в домашних условиях.

В качестве примера может выступать схема электролизера для бассейна или плазменный сварочный аппарат.

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:

Принцип работы

Электролизер работает следующим образом: к источнику постоянного тока подключены электроды, которые опущены в емкость с водным раствором электролита. Проходящий ток должен иметь напряжение, которое превышает точку разложения трехатомных молекул воды.

Через некоторое время на одном из электродов образуется кислород, а на другом — водород. Так как количество молекул водорода в воде ровно в 2,5 больше, чем количество молекул кислорода, то водорода выделяется в 2 раза больше. Именно так работает простейший электролизер.

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:

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:

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:

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.

Источник

Конструкции электролизеров и их оборудования

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м3/ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

Рис 2. Расположение пластин в ванне электролизера

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Электролизеры

Электролизёры, аппараты для электролиза, состоящие из одной или многих электролитических ячеек. Электролизер представляет собой сосуд (или систему сосудов), наполненный электролитом с размещенными в нём электродами — катодом и анодом, соединёнными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока. В промышленности и лабораторной практике применяют Э. различных типов и конструкций (например, открытые и герметически закрытые, для периодической и непрерывной работы, с неподвижными и движущимися электродами, с различными системами разделения продуктов электролиза). В зависимости от назначения Э. рассчитываются для работы при различных температурах — от минусовых (при электрохимическом синтезе малостойких кислородных соединений) до высоких плюсовых (при электролизе расплавленных электролитов в производстве алюминия, кальция и др. металлов). Соответственно Э. снабжают устройствами для нагрева или охлаждения электролита или электродов.

Применяют электролизеры с диафрагмой — пористой перегородкой или мембраной, отделяющей катодное пространство от анодного, проницаемой для ионов, но затрудняющей механическое смешение и диффузию. Для изготовления диафрагм используются асбест, полимерные материалы и керамика, находят применения электролизеров с ионообменными мембранами. По способу включения в электрическую цепь электролизера разделяются на моно- и биполярные. Монополярный электролизер состоит из одной электролитической ячейки с электродами одной полярности, каждый из которых может состоять из нескольких элементов, включенных параллельно в цепь тока. Биполярный электролизер имеет большое число ячеек (до 100—160), включенных последовательно в цепь тока, причём каждый электрод, за исключением двух крайних, работает одной стороной как катод, а другой как анод.

Для изготовления анодов применяют графит, углеграфитовые материалы, платину, окислы некоторых металлов, свинец и его сплавы; используются малоизнашивающиеся титановые аноды с активным покрытием из смеси окислов рутения и титана, а также платины и её сплавов. Для катодов в большинстве электролизера используется сталь. Применяются также электролизеры с жидкими электродами (например, в одном из методов производства хлора и гидроокиси натрия в качестве катода используют ртуть). Некоторые электролизеры работают под давлением, например разложение воды ведётся под давлением до 4 Мн/м2(40 кгс/см2); разрабатываются электролизеры для работы под более высоким давлением. Материалы для изготовления электролизеров выбираются с учётом агрессивности электролита и продуктов электролиза, температуры и других условий. Широко применяется сталь, в том числе с различными защитными покрытиями, пластические массы, стекло и стеклопластики, керамика. Современные крупные электролизеры имеют высокую нагрузку: монополярные до 400—500 ка, биполярные — эквивалентную 1600 ка.

Диафрагменные монополярные электролизеры

Примечания: 1. Предназначены для получения хлора, щелочи и водорода в химической промышленности; 2. Рабочая температура всех электролизеров до 95oС

Электролизер хлоратный ОРТА ВЕ 15103 ЕУ

Назначение – получение хлората натрия методом электролиза раствора поваренной соли. Применение – в химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

1. Комплект анодный 2. Комплект катодный 3. Крышка

Источник