Сборка электролизера: электролиз своими руками в домашних условиях

Содержание

Виды электролизеров

Точечная сварка для аккумуляторов своими руками

В зависимости от конструкции и принципа работы, различают электролизные установки 5 видов.

Сухие

Такие электролизеры состоят из пластинчатых электродов, разделенных между собой герметичными резиновыми прокладками. Часто «ячейки» установки дополнительно помещают в герметичный корпус.

Вырабатывающиеся в результате электролиза водород и кислород отводятся по специальным патрубкам, находящимся в торце корпуса или крайних пластин установки.

Проточные

Электролизные установки такого вида имеют следующее устройство:

Электролизная ванна (корпус) с двумя патрубками, по одному из которых в нее подается электролит, по второму отводится образующийся в результате электролиза гремучий газ;
Пластинчатые электроды, отделенные прокладками;
Бак с электролитом, расположенный выше корпуса с электродами и соединенный шлангами с патрубками электролизной ванны установки и имеющий в верхней части патрубок с газовым клапаном.

При работе подобного устройства выделяющийся газ через патрубок и шланг попадает в бак с электролитом и, создавая в нем определенное давление, через клапан на отводном патрубке выходит за пределы установки.

Мембранные

Электролизные ячейки таких установок состоят из двух электродов, разделенных между собой тонкой мембраны, пропускающей продукты электролиза и разделяющей электроды между собой.

Мембранная электролизная установка

Диафрагменные

Электролизные установки данного вида состоят из «U» образной колбы с двумя вставленными в нее электродами и 2-3 непроницаемыми диафрагмами. Используются подобные электролизеры для раздельного получения чистого водорода и кислорода.

Щелочные

В отличие от других моделей электролизеров, в таких в качестве электролита применяют раствор щелочи – каустическую соду (гидроксид натрия), являющийся не только дополнительным источником водорода и кислорода, но и катализатором для электролиза.

Схема щелочного электролизера

Такие установки, в отличие от аналогов других видов, позволяют применять более дешевые электроды из обычного железа.

Видео

Получение чистого водорода путем электролиза воды — самая очевидная и эффективная технология, и один из наиболее перспективных способов получения альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду.

По сравнению с прочими методами получения водорода, электролиз воды отличается целым рядом преимуществ. Во-первых, в ход идет доступное сырье — деминерализованная вода и электроэнергия. Во-вторых, во время производства отсутствуют загрязняющие выбросы. В-третьих, процесс целиком автоматизирован. Наконец, на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Из всех методов электролиза наиболее перспективным считают высокотемпературный электролиз (себестоимость водорода от 2,35 до 4,8 $/кг). Его следует иметь на технологическом вооружении, поскольку при определенных экономических условиях он может быть использован в крупнопромышленном масштабе.

Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше, чем кислорода. Эффективность электролиза такова, что из 500 мл воды получается около кубометра обоих газов с затратами около 4 квт/ч электрической энергии.

Технологический ток для протекания процесса электролиза воды для получения водорода и кислорода получается, как правило, при помощи промышленного выпрямителя с необходимыми рабочими параметрами, Обычно это напряжение до 90В и силой тока до 1500 А. Подходящим агрегатом является Пульсар СМАРТ.

На электронном дисплее выпрямителя Пульсар СМАРТ или в специальном ПО для компьютера можно контролировать все стадии процесса производства, что позволяет оператору следить за параметрами, и круглосуточно журналировать протекание технологического процесса. Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех параметров для безаварийного функционирования без надзора оператора. Все параметры, касающиеся напряжения и силы тока постоянно измеряются и контролируются микропроцессором выпрямителя. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя или отклонения может автоматически остановить процесс и сигнализирует об этом при помощи световой колонны.

Выпрямители тока серии Пульсар СМАРТ разработаны в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной эффективности и международными стандартами. При этом технологическое программное обеспечение допускает гибкую адаптацию к требованиям Заказчика, и постоянно совершенствуется.

Как установить водородный котел

На данный момент многие предпочитают самостоятельно производить водородные генераторы для своих отопительных систем. И в этом нет ничего удивительного, ведь «магазинные» аналоги не только очень дорого стоят, но и обладают не слишком высоким КПД. А вот если этот прибор сделать своими руками, то эффективность его будет на порядок выше.

Существует несколько вариантов того, как собрать генератор, работающий на водороде. Но в любом случае для его изготовления в домашних условиях потребуются следующие расходные материалы.

12-вольтный источник энергии. Несколько трубок, выполненных из нержавеющей стали и имеющих различный диаметр. Резервуар, в котором будет расположена конструкция. ШИМ-регулятор

Важно, чтобы его мощность составляла как минимум 30 ампер.. Это основные комплектующие, из которых обычно состоят самодельные водородные генераторы. Кроме того, не забывайте о резервуаре под дистиллированную воду – его наличие также обязательно

Воду необходимо подавать в герметичную конструкцию с находящимся внутри диалектиком. В этой же конструкции будет располагаться комплект, сделанный из пластин «нержавейки», примыкающих одна к другой посредством изоляционного материала. Важно, чтобы 12-вольтное напряжение подавалось именно на эти пластины. Если все будет сделано правильно, то при подаче напряжения вода распадется на 2 газообразные элемента

Кроме того, не забывайте о резервуаре под дистиллированную воду – его наличие также обязательно. Воду необходимо подавать в герметичную конструкцию с находящимся внутри диалектиком. В этой же конструкции будет располагаться комплект, сделанный из пластин «нержавейки», примыкающих одна к другой посредством изоляционного материала

Популярные статьи Короткое замыкание

Важно, чтобы 12-вольтное напряжение подавалось именно на эти пластины. Если все будет сделано правильно, то при подаче напряжения вода распадется на 2 газообразные элемента

Это основные комплектующие, из которых обычно состоят самодельные водородные генераторы. Кроме того, не забывайте о резервуаре под дистиллированную воду – его наличие также обязательно. Воду необходимо подавать в герметичную конструкцию с находящимся внутри диалектиком. В этой же конструкции будет располагаться комплект, сделанный из пластин «нержавейки», примыкающих одна к другой посредством изоляционного материала

Обратите внимание! Более эффективной в этом плане является использование постоянного тока (он обязан иметь конкретную частоту), производимого генератором типа ШИМ. В таком случае импульсный ток (либо же переменный) будет заменен постоянным. В результате этого эффективность оборудования существенно повысится

В результате этого эффективность оборудования существенно повысится.

Работа установок по генерации водорода

Водородные заправочные станции (ВЗС) могут быть мобильными, стационарными и домашними. Первый вид предназначен для заправки автомобилей в местах без подходящей инфраструктуры.

Стационарные заправки обычно принадлежат крупным компаниям и продают водородное топливо автомобилистам. Большая часть таких станций находится в Канаде и США, Китае, Японии и Германии.

Домашняя заправка – комплект оборудования для частного использования. Производит до 1000 кг чистого водорода в год – достаточно для ежедневной заправки 1-5 автомобилей. Газ производится методом гидролиза воды в ночное время, чтобы не создавать резких скачков напряжения в электросети.

По объёмам выпускаемой продукции стационарные станции делят на три типа:

малые, выпускающие до 20 кг водорода в сутки (хватит на заправку 5-10 автомобилей);
средние, обеспечивающие ежедневную заправку 250 легковых авто или 25 грузовых – норма выработки от 50 до 1250 кг в день;
промышленные – заправляют больше 500 авто в сутки, предоставляя от 2500 кг газа.

Модель на две контактные клеммы

К основанию, выполненному из стального или алюминиевого листа, прикрепите при помощи цилиндров или винтов пластиковый контейнер. После этого нужно установить затвор.

В этой модификации применяется игольчатая форсунка диаметром в 3 мм или чуть больше. Ее нужно установить на свое место, подсоединив к контейнеру.

Теперь при помощи проводников нужно присоединить клеммы прямо к нижней плате.

Последним элементом монтируется трубка, причем место, в котором она присоединяется к контейнеру, должно быть уплотнено зажимным кольцом.

Фильтры можно позаимствовать в поломанных стиральных машинах либо установить обычные «грязевики».

Еще на шпинделе нужно будет закрепить два клапана.

Электрификация дома – важный этап в обустройстве нового здания. Электричество в частном доме своими руками – рекомендации профессиональных электриков.

Как изготовить простой теплоаккумулятор своими руками, вы узнаете в этой теме. А также обвязка и настройка системы.

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:

Уровень напряжения (минимального электродного потенциала), оно должно быть от 1,8 до 2 вольт, меньшее значение «не запустит» процесс, а большее приводит к чрезмерному расходу энергии, идущей на нагрев электролита. Если в качестве источника используется блок питания, например, на 14 вольт имеет смысл разделить емкость ванны пластинами на 7 ячеек, в соответствии с рисунком 2.
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.

Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
Концентрация электролита и его тепловой баланс.
Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
Применение катализаторов процесса и т.д.

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.

Технология изготовления водородного отопления собственными силами

Чтобы сделать печь на водороде, мастеру пригодится набор материалов и инструментов:

нержавейка в виде листа размерами 50х50 см;
2 болта (6х150), гайки, шайбы;
фильтр проточной очистки от стиральной машинки;
10 м прозрачной полой трубки от водяного уровня;
контейнер пластиковый пищевой объемом 1,5 л с герметичной крышкой (лучше на защелках);
штуцеры с Ø 8 мм «елочка»;
болгарка для распилки металла.

Тестовая печь изготавливается несложно, но чтобы сделать полноценное отопление на водороде своими руками продумывается вся сеть, для которой покупаются трубы, радиаторы или контуры для обустройства теплого пола – хозяину следует выбрать схему выкладки, затем делать водородный котел требуемой мощности.

Техника выполнения водородного генератора:

Металлическую пластину нарезать на 16 деталей равного размера. Разрезать болгаркой, защитив лицо и руки.
Угол каждого куска срезать для соединения деталей, для того же просверлить с обратной стороны пластины отверстие для болта.
Из элементов получается 8 анодов и 8 катодов. Получается горелка с параллельным включением.
В пищевой контейнер установить все 16 деталей, размещая их по полярности и чередуя плюс и минус. Изолируются панели прозрачными полосками толщиной в 10 мм. Полоски нарезать из колец трубки от водяного уровня.
Фиксация пластин на шайбы в таком порядке – сначала шайбу надеть на болт, затем пластину, 3 шайбы и снова пластину. Чередовать пластины по полярности, способ нанизывания через 3 шайбы для всех элементов. Анод в этом случае разворачивается на 180 градусов относительно катода, чтобы «плюс» заходил в зазоры между пластинами с «минусом». Изолировать крайние пластины полосками и затянуть гайки.
Найти точку упора болта в емкости, сделать отверстие. Если болты в тару не вошли, ножка болта подрезается, затем метизы вставляются в дырки в стенках контейнера и зажимаются гайками.
В крышке тары сделать отверстие для штуцера, который затем вставить и изолировать стык герметиком на силиконовой основе.

Генератор тестируется после заполнения водой и подключения к клеммам источника электричества. На штуцер предварительно надевается шланг, второй конец которого опущен в тару со щелочью и пластинами. Появление пузырей – положительный результат, сеть работает. Как правило, при верном размещении пластин пузыри появляются, поэтому переделывать генератор не придется.

Путем увеличения напряжения в электролите выверяется интенсивность выработки и выхода газа. Вместо воды емкость заполняется щелочью (средство для чистки Крот), подключается источник питания и оценивается работоспособность электролизера. После проверки работы системы горелку стыкуют с трубопроводом, стыки герметизируют и сеть запускается в эксплуатацию.

Видео от мастеров уточнит нюансы сборки электролизера и запуска прибора в работу.

Что потребуется для изготовления горелки?

Электрическая схема водородной горелки.

Перед началом работ рекомендуется подготовить все необходимо для изготовления прибора.

Чтобы сделать водородную горелку, нужно запастись таким материалами:

листовая нержавеющая сталь;
2 болта М6х150 с гайками и шайбами;
прозрачная трубка, например, такая, как в водяном уровне;
штуцеры с внешним диаметром соответствующим шланге;
герметичный пластиковый контейнер объемом 1,5 литра;
маленький фильтр для очистки приточной воды;
обратный водный клапан.

К выбору нержавейки необходимо подходить ответственно. Желательно выбирать марку импортной стали AISI 316L или отечественный аналог – 03Х16Н15М3. Однако если есть небольшой кусочек нержавеющей стали 50х50 см толщиной 2 мм, то приобретать целый лист нет необходимости.

Кроме того, водородная сварка будет более эффективной, если использовать щелочь, а не простую воду. Щелочная среда является агрессивной, поэтому использовать обычную сталь недопустимо.

Очистка воды прямым электролизом

При прохождении воды через электролизер в результате действия электрического тока происходит образование особых соединений. С их помощью воду можно обеззараживать во время ее течения. Данная технология обеззараживания воды без применения реагентов является сегодня самым перспективным направлением.

Научные предпосылки.

Очистка воды прямым электролизом при прохождении электрического тока вызывает электрохимические реакции. Таким образом, в воде образуются новые вещества. Также происходит изменение структуры межмолекулярных взаимодействий.

Экономические предпосылки.

Природную воду методом прямого электролиза можно обрабатывать при помощи блока электропитания и электролизёра. Дозирующие насосы, реагенты в данном случае не нужны. При прямом электролизе природной воды затраты электроэнергии составляют около 0,2 кВт/м³.

Нормативные предпосылки.

Обеззараживание воды прямым электролизом рекомендуется СНиП 2.04.02-84 в том случае, если в воде содержится не менее 20 мг/л хлоридов. При этом ее жесткость выражается в показателе не больше 7 мг-экв/л. Такую обработку могут производить станции, производительность которых составляет 5 000 м³ в сутки.

Очистка и обеззараживание воды прямым электролизом

Прямой электролиз идеально подходит для очистки природных вод. Во время этого процесса образуются несколько окислителей, например, озон и кислород. Любая природная вода содержит хлориды в разной степени, поэтому в процессе прямого электролиза образуется свободный хлор.

Электролизные установки базируются на модульности. Производительность электролизного оборудования можно увеличить за счет увеличения количества модулей. Модули с мощностью 5 или 12 кг активного хлора в сутки имеют сейчас повышенный спрос. Модули с производительностью от 20 до 50 кг активного хлора в сутки применяются на объектах с большей мощностью.

Электролиз воды сопровождается серией электрохимических реакций, в результате которых в воде происходит синтез окислителей. Основными реакциями электролиза воды является образование кислорода O2 и водорода H2, а также гидроксид иона OH¯:

При электролизе воды также образуются озон O3 и перекись водорода H2O2:

В присутствии хлоридов при электролизе воды образуется растворённый хлор:

на аноде 2Cl – → Cl2+2e – (5)

Растворённый хлор Cl2, реагируя с водой и гидроксид ионом, образует хлорноватистую кислоту HClO:

Cl2 + OH¯ → HClO + Cl¯ (7)

Разложение хлорноватистой кислоты HClO в воде приводит к образованию гипохлорит иона:

Из приведённых выше реакций следует, что при электролизе воды образуется ряд окислителей:

гипохлорит ион OCl¯.

Появление при электролизе воды OH-радикалов, H2O2 и O3 приводит к образованию других сильных окислителей, таких как O3¯, O2¯, O¯, HO2, HO3, HO4 и др.

г. Краснодар данное оборудование изготавливает по следующим принципам:

Источник

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:

входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

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

Пояснение:

Выход для кислорода.
U-образная колба.
Выход для водорода.
Анод.
Катод.
Диафрагма.

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:

Можно использовать железные электроды.
Не выделяются вредные вещества.

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.

Проточные диафрагменные электрохимические реакторы с коаксиальными электродами

Четвертый этап ЭХА

Элементы ПЭМ-1 и ПЭМ-3	В 1989 г. были разработаны первые проточные электрохимические элементы ПЭМ, представляющие собой единичные элементы с коаксиально расположенными электродами, разделенными диафрагмой. Оптимальный выбор конструкции электролизеров и материалов определили дальнейшее развитие данного типа реакторов и показали элементы ПЭМ наиболее перспективными по сравнению с предыдущими типами реакторов. Начиная с 1990 г. технология развития ЭХА полностью базируется на использовании элементов ПЭМ, МБ (модулей Бахира) и реакторов на их основе.
Элементы МБ с диафрагмами ? 11 мм Элементы МБ с диафрагмами ? 26-28 мм	В 2009 г. разработаны усовершенствованные типы элементов ПЭМ – элементы МБ или Модули Бахира. Элементы МБ являются универсальными и позволяют работать как с маломинерализованными, так и с концентрированными растворами.
В 2010 г. были выполнены работы по определению направлений дальнейшего совершенствования элементов МБ — существенному увеличению производительности элементов при одновременном упрощении их конструкции.
Элементы МБ-100-01 и МБ-700-01	В 2011 г. были созданы новые модели элементов МБ, обладающие повышенной производительностью, надежностью, долговечностью, хорошей ремонтопригодностью, способностью работать длительное время при повышенных нагрузках. Были найдены конструктивные и технологические решения, обеспечивающие возможность длительной работы элементов без ухудшения параметров на воде с большим содержанием солей жесткости, а также конструктивные и технологические решения, позволившие полностью отказаться от необходимости очистки катодных камер и диафрагмы элементов кислотой.

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки

Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим

Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.