Що таке електролізер, його принцип роботи, конструкція і види

• Що таке електролізер, його характеристики і застосування
• Пристрій і докладний принцип роботи
• види електролізерів
• Електролізер для отримання водню: креслення, схема
• Електролізер для автомобіля своїми руками
• Електролізер своїми руками для опалення будинку
• Огляд виробників електролізерів

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Електроліз широко використовується у виробничій сфері, наприклад, для отримання алюмінію (апарати з обпаленими анодами РА-300, РА-400, РА-550 і т.д.) або хлору (промислові установки Asahi Kasei). У побуті цей електрохімічний процес застосовувався значно рідше, як приклад можна привести електролізер для басейну Intellichlor або плазмовий зварювальний апарат Star 7000. Збільшення вартості палива, тарифів на газ та опалення в корені змінили ситуацію, зробивши популярною ідею електролізу води в домашніх умовах. Розглянемо, що являють собою пристрої для розщеплення води (електролізери), і яка їхня конструкція, а також, як зробити простий апарат своїми руками.

Що таке електролізер, його характеристики і застосування

Так називають пристрій для однойменного електрохімічного процесу, якому потрібне зовнішнє джерело живлення. Конструктивно це апарат являє собою заповнену електролітом ванну, в яку поміщені два або більше електродів.

Основна характеристика подібних пристроїв - продуктивність, часто це параметр вказується в найменуванні моделі, наприклад, в стаціонарних електролізних установках СЕУ-10, СЕУ-20, СЕУ-40, МБЕ-125 (мембранні блокові електролізери) і т.д. В даних випадках цифри вказують на вироблення водню (м ³ / год).

Що стосується інших характеристик, то вони залежать від конкретного типу пристрою і сфери застосування, наприклад, коли здійснюється електроліз води, на ККД установки впливають такі параметри:

1. Рівень напруги (мінімального електродного потенціалу), воно повинно бути від 1, 8 до 2 вольт, менше значення «не запуститься» процес, а більше призводить до надмірної витрати енергії, що йде на нагрів електроліту. Якщо в якості джерела використовується блок живлення, наприклад, на 14 вольт має сенс розділити ємність ванни пластинами на 7 осередків, відповідно до малюнком 2.

   

Таким чином, подаючи на виходи 14 вольт, ми отримаємо 2 вольта на кожному осередку, при цьому на пластинах з кожного боку будуть різні потенціали. Електролізери, де використовується подібна система підключення пластин, називаються сухими.

2. Відстань між пластинами (між катодних і анодним простором), чим воно менше, тим менше буде опір і, отже, більший струм пройде через розчин електроліту, що призведе до збільшення вироблення газу.
3. Розміри пластини (мається на увазі площа електродів), прямо пропорційні току, що йде через електроліт, а значить, також впливають на продуктивність.
4. Концентрація електроліту і його тепловий баланс.
5. Характеристики матеріалу, використовуваного для виготовлення електродів (золото - ідеальний матеріал, але занадто дорогий, тому в саморобних схемах використовується нержавіюча сталь).
6. Застосування каталізаторів процесу і т.д.

Як уже згадувалося вище, установки даного типу можуть використовуватися як генератор водню, для отримання хлору, алюмінію або інших речовин. Вони також застосовуються в якості пристроїв, за допомогою яких здійснюється очищення і знезараження води (УПЕВ, VGE), а також проводиться порівняльний аналіз її якості (Tesp 001).

Нас, перш за все, цікавлять пристрої, що виробляють газ Брауна (водень з киснем), оскільки саме ця суміш має всі перспективи для використання в якості альтернативного енергоносія або добавок до палива. Їх ми розглянемо трохи пізніше, а поки перейдемо до конструкції та принципу роботи найпростішого електролізера, що розщеплює воду на водень і кисень.

Пристрій і докладний принцип роботи

Апарати для виробництва гримучого газу, з метою безпеки, не передбачають його накопичення, тобто газова суміш спалюється відразу після отримання. Це дещо спрощує конструкцію. У попередньому розділі ми розглянули основні критерії, що впливають на продуктивність апарату і накладають певні вимоги до виконання.

Принцип роботи пристрою демонструє малюнок 4, джерело постійної напруги підключений до занурених у розчин електроліту електродів. В результаті через нього починає проходити струм, напруга якого вище точки розкладання молекул води.

В результаті цього електрохімічного процесу катод виділяє водень, а анод - кисень, в співвідношенні 2 до 1.

види електролізерів

Коротко ознайомимося з конструктивними особливостями основних видів пристроїв для розщеплення води.

сухі

Конструкція приладу даного типу була показана на малюнку 2, її особливість полягає в тому, що маніпулюючи кількістю осередків, можна живити пристрій від джерела з напругою, істотно перевищує мінімальний електродний потенціал.

проточні

З спрощеним пристроєм приладів цього виду можна ознайомитися на малюнку 5. Як бачимо, конструкція включає в себе ванну з електродами «A», повністю залиту розчином і бак «D».

Принцип роботи пристрою наступний:

• вході електрохімічного процесу газ разом з електролітом видавлюється в ємність «D» через трубу «В»;
• в баку «D» відбувається відділення від електролітного розчину газу, який виводиться через вихідний клапан «С»;
• електроліт повертається в гідролізну ванну через трубу «Е».

мембранні

Основна особливість пристроїв цього типу - використання твердого електроліту (мембрани) на полімерній основі. З конструкцією приладів цього виду можна ознайомитися на малюнку 6.

Основна особливість таких пристроїв полягає в подвійному призначення мембрани, вона не тільки переносить протони і іони, а й на фізичному рівні розділяє як електроди, так і продукти електрохімічного процесу.

діафрагмові

У тих випадках, коли не припустима дифузія продуктів електролізу між електродними камерами, використовують пористу діафрагму (що і дало назву таких приладів). Матеріалом для неї може служити кераміка, азбест або скло. У деяких випадках для створення такої діафрагми можна використовувати полімерні волокна або скляну вату. На малюнку 7 показаний найпростіший варіант диафрагменного приладу для електрохімічних процесів.

пояснення:

1. Вихід для кисню.
2. U-подібна колба.
3. Вихід для водню.
4. Анод.
5. Катод.
6. Діафрагма.

лужні

Електрохімічний процес неможливий в дистильованої воді, як каталізатор застосовується концентрований розчин лугу (використання солі небажано, так як при цьому виділяється хлор). Виходячи з цього, лужними можна назвати велику частину електрохімічних пристроїв для розщеплення води.

На тематичних форумах радять використовувати гідроксид натрію (NaOH), який, на відміну від харчової соди (NaHCO _3), не роз'їдає електрод. Зауважимо, що у останньої є два вагомих переваги:

1. Можна використовувати залізні електроди.
2. Чи не виділяються шкідливі речовини.

Але, один істотний недолік зводить нанівець всі переваги харчової соди, як каталізатора. Її концентрація у воді не більше 80 грам на літр. Це знижує морозостійкість електроліту і його провідність струму. Якщо з першим ще можна змиритися в теплу пору року, то друге вимагає збільшення площі пластин електродів, що в свою чергу, збільшує розмір конструкції.

Електролізер для отримання водню: креслення, схема

Розглянемо, як можна зробити потужну газовий пальник, що працює від суміші водню з киснем. Схему такого пристрою можна подивитися на малюнку 8.

пояснення:

1. Сопло пальника.
2. Гумові трубки.
3. Другий водяний затвор.
4. Перший водяний затвор.
5. Анод.
6. Катод.
7. Електроди.
8. Ванна електролізера.

На малюнку 9 представлена принципова схема блоку живлення для електролізера нашої пальника.

На потужний випрямляч нам знадобляться наступні деталі:

• Транзистори: VT1 - МП26Б; VT2 - П308.
• Тиристори: VS1 - КУ202Н.
• Діоди: VD1-VD4 - Д232; VD5 - Д226Б; VD6, VD7 - Д814Б.
• Конденсатори: 0, 5 мкФ.
• Змінні резистори: R3 -22 кОм.
• Резистори: R1 - 30 кОм; R2 - 15 кОм; R4 - 800 Ом; R5 - 2, 7 кОм; R6 - 3 кОм; R7 - 10 кОм.
• PA1 - амперметр зі шкалою вимірювання не менше 20 А.

Коротка інструкція по деталях до електролізерів.

Ванну можна зробити зі старого акумулятора. Пластини слід нарізати 150х150 мм з покрівельного заліза (товщина листа 0, 5 мм). Для роботи з вищеописаним блоком живлення потрібно зібрати електролізер на 81 осередок. Креслення, за яким виконується монтаж, наведено на малюнку 10.

Зауважимо, що обслуговування такого пристрою і управління ним не викликає труднощів.

Електролізер для автомобіля своїми руками

В інтернеті можна знайти багато схем HHO систем, які, якщо вірити авторам, дозволяють економити від 30% до 50% палива. Такі заяви є надто оптимістичними і, як правило, не підтверджуються жодними доказами. Спрощена схема такої системи продемонстрована на 11 малюнку.

За ідеєю, такий пристрій повинен знизити витрату палива за рахунок його повного вигоряння. Для цього в повітряний фільтр паливної системи подається суміш Брауна. Це водень з киснем, отримані з електролізера, живиться від внутрішньої мережі автомобіля, що призводить до зростання споживання палива. Замкнуте коло.

Безумовно, може бути задіяна схема шим регулятора сили струму, використаний більш ефективний імпульсний блок живлення або інші хитрощі, що дозволяють знизити витрату енергії. Іноді в інтернеті трапляються пропозиції придбати нізкоамперний БП для електролізера, що взагалі є нонсенсом, оскільки продуктивність процесу безпосередньо залежить від сили струму.

Це як система Кузнєцова, активатор води якої втрачено, а патент відсутній і т.д. У наведених відео, де розповідають про незаперечні переваги таких систем, практично немає аргументованих доводів. Це не означає, що ідея не має прав на існування, але заявлена економія «злегка» перебільшена.

Електролізер своїми руками для опалення будинку

Робити саморобний електролізер для опалення будинку на даний момент не має сенсу, оскільки вартість водню, отриманого шляхом електролізу значно дорожче природного газу або інших теплоносіїв.

Також слід враховувати, що температуру горіння водню не витримає ніякої метал. Правда є рішення, яке запатентував Стен Мартін, що дозволяє обійти цю проблему. Необхідно звернути увагу на ключовий момент, що дозволяє відрізнити гідну ідею від очевидного абсурду. Різниця між ними полягає в тому, що на перший видають патент, а другий знаходить своїх прихильників в інтернеті.

На цьому можна було б і закінчити статтю про побутових і промислових електролізерах, але має сенс зробити невеликий огляд компаній, що виробляють ці пристрої.

Огляд виробників електролізерів

Перерахуємо виробників, що випускають паливні елементи на базі електролізерів, деякі компанії також випускають і побутові пристрої: NEL Hydrogen (Норвегія, на ринку з 1927 року), Hydrogenics (Бельгія), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Росія), РусАл (Росія, істотно вдосконалили технологію Содерберга), РутТех (Росія).

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!