Какво е електролизер, неговите характеристики и приложение
Това е името на едноименното устройство за електрохимичен процес, който изисква външен източник на захранване. Конструктивно този апарат представлява вана, пълна с електролит, в която са поставени два или повече електрода.
Основната характеристика на такива устройства е производителността, често този параметър е посочен в името на модела, например в стационарни електролизни инсталации SEU-10, SEU-20, SEU-40, MBE-125 (мембранни блок електролизатори) и др. . В тези случаи цифрите показват производство на водород (m3/h).
Индустриална стационарна електролизна инсталация, произвеждаща 40 m3 водород на час (SEU-40)
Що се отнася до останалите характеристики, те зависят от конкретния тип устройство и обхвата на приложение, например, когато се извършва електролиза на вода, следните параметри влияят върху ефективността на инсталацията:
- Нивото на напрежение (минимален електроден потенциал), трябва да бъде от 1,8 до 2 волта, по-малка стойност „няма да стартира“ процеса, а по-голяма води до прекомерна консумация на енергия за нагряване на електролита. Ако като източник се използва захранване, например при 14 волта, има смисъл капацитетът на ваната с плочи да се раздели на 7 клетки, в съответствие с фигура 2. Фиг. 2. Разположението на плочите в електролизната вана
По този начин, като приложим 14 волта към изходите, ще получим 2 волта на всяка клетка, докато плочите от всяка страна ще имат различни потенциали. Електролизаторите, които използват подобна система за свързване на плочи, се наричат сухи електролизатори.
- Колкото по-малко е разстоянието между плочите (между катодното и анодното пространство), толкова по-малко съпротивление ще има и следователно повече ток ще премине през разтвора на електролита, което ще доведе до увеличаване на производството на газ.
- Размерите на плочата (което означава площта на електродите) са право пропорционални на тока, протичащ през електролита, което означава, че те също влияят на производителността.
- Концентрация на електролита и неговият топлинен баланс.
- Характеристики на материала, използван за направата на електродите (златото е идеален материал, но твърде скъп, така че неръждаемата стомана се използва в домашно изработени вериги).
- Приложение на технологични катализатори и др.
Както бе споменато по-горе, растенията от този тип могат да се използват като генератор на водород, за производство на хлор, алуминий или други вещества. Използват се и като устройства, чрез които се пречиства и дезинфекцира водата (UPEV, VGE), както и се извършва сравнителен анализ на нейното качество (Tesp 001).
А) Монтаж на директна водна електролиза (UPEV); B) Анализатор за качество на водата Tesp 001
Ние се интересуваме преди всичко от устройства, които произвеждат газ на Браун (водород с кислород), тъй като именно тази смес има всички перспективи за използване като алтернативен енергиен носител или добавка към горивото. Ще ги разгледаме малко по-късно, но засега нека да преминем към дизайна и принципа на работа на най-простия електролизатор, който разделя водата на водород и кислород.
Избрани точки на използване
Преди всичко бих искал да отбележа, че традиционният метод за изгаряне на природен газ или пропан не е подходящ в нашия случай, тъй като температурата на горене на HHO надвишава тази на въглеводородите с повече от три пъти. Както разбирате, конструкционната стомана няма да издържи на такава температура за дълго време. Самият Стенли Майер препоръча използването на горелка с необичаен дизайн, чиято диаграма представяме по-долу.
Схема на водородна горелка, проектирана от С. Майер
Целият трик на това устройство се крие във факта, че HHO (обозначен с числото 72 на диаграмата) преминава в горивната камера през клапан 35.Горещата водородна смес се издига през канал 63 и едновременно с това извършва процеса на изхвърляне, влачейки се външен въздух през регулируеми отвори 13 и 70. Определено количество продукти от горенето (водна пара) се задържа под капачката 40, която влиза в горивната колона през канал 45 и се смесва с горящия газ. Това ви позволява да намалите температурата на горене няколко пъти.
Вторият момент, на който бих искал да обърна внимание е течността, която трябва да се излее в инсталацията. Най-добре е да използвате подготвена вода, която не съдържа соли на тежки метали.
Идеалният вариант е дестилат, който може да бъде закупен във всеки автомагазин или аптека. За успешната работа на електролизатора към водата се добавя калиев хидроксид KOH в размер на около една супена лъжица прах на кофа вода.
И третото нещо, на което наблягаме специално, е безопасността. Не забравяйте, че сместа от водород и кислород не случайно се нарича експлозивна. HHO е опасно химическо съединение, което при небрежно боравене може да причини експлозия. Спазвайте правилата за безопасност и бъдете особено внимателни, когато експериментирате с водород. Само в този случай „тухлата“, от която се състои нашата Вселена, ще внесе топлина и уют във вашия дом.
Надяваме се, че статията е станала източник на вдъхновение за вас и вие, запретнали ръкави, започнете да произвеждате водородна горивна клетка. Разбира се, всички наши изчисления не са абсолютната истина, но те могат да бъдат използвани за създаване на работещ модел на водороден генератор. Ако искате напълно да преминете към този тип отопление, тогава въпросът ще трябва да бъде проучен по-подробно. Може би именно вашата инсталация ще се превърне в крайъгълен камък, благодарение на който преразпределението на енергийните пазари ще приключи и евтината и екологична топлина ще влезе във всеки дом.
Изграждане на водородна горелка
Нека започнем да създаваме водна горелка. По традиция ще започнем с подготовката на необходимите инструменти и материали.
Какво ще се изисква в работата
- Лист от неръждаема стомана.
- Възвратен клапан.
- Два болта 6х150, гайки и шайби към тях.
- Поточен филтър (от пералня).
- прозрачна тръба. Нивото на водата е идеално за това - в магазините за строителни материали се продава по 350 рубли за 10 м.
- Пластмасов запечатан контейнер за храна с вместимост 1,5 литра. Приблизителната цена е 150 рубли.
- Фитинги от рибена кост ø8 mm (те са чудесни за маркуч).
- Български за рязане на метал.
Сега нека да разберем какъв вид неръждаема стомана трябва да използвате. В идеалния случай за това трябва да се вземе стомана 03X16H1. Но закупуването на цял лист от "неръждаема стомана" понякога е много скъпо, тъй като продукт с дебелина 2 мм струва повече от 5500 рубли, а освен това трябва да бъде донесен по някакъв начин. Ето защо, ако някъде лежи малко парче такава стомана (0,5x0,5 m е достатъчно), тогава можете да се справите с него.
Корпус на никел-водородна батерия
Ще използваме неръждаема стомана, тъй като обикновената стомана, както знаете, започва да ръждясва във вода. Освен това в нашия дизайн възнамеряваме да използваме алкали вместо вода, тоест околната среда е повече от агресивна и обикновената стомана няма да издържи дълго под действието на електрически ток.
Инструкции за производство
Първи етап. Първо вземете лист стомана и го поставете върху равна повърхност. От листа с горните размери (0,5x0,5 m) трябва да се получат 16 правоъгълника за бъдещата водородна горелка, изрязваме ги с мелница.
Втора фаза. Пробиваме дупки за болта на обратната страна на плочите. Ако планирахме да направим „сух” електролизатор, тогава пробихме дупки от дъното, но в този случай това не е необходимо. Факт е, че „сухият“ дизайн е много по-сложен и полезната площ на плочите в него няма да се използва на 100%.Ще направим „мокър” електролизатор - плочите ще бъдат напълно потопени в електролита и цялата им площ ще участва в реакцията.
Трети етап. Принципът на действие на описаната горелка се основава на следното: електрическият ток, преминаващ през плочите, потопени в електролита, ще накара водата (тя трябва да бъде част от електролита) да се разложи на кислород (O) и водород ( H). Следователно трябва да имаме две плочи едновременно - катодната и анодната.
С увеличаване на площта на тези плочи обемът на газа се увеличава, следователно в този случай използваме осем парчета съответно за катода и анода.
Всяка водна молекула се състои от два водородни атома и един атом
Четвърти етап. След това трябва да монтираме плочите в пластмасов контейнер, така че да се редуват: плюс, минус, плюс, минус и т.н. За изолация на плочите използваме парчета от прозрачна тръба (купихме я до 10 м, така че има доставка).
Изрязваме малки пръстени от тръбата, нарязваме ги и получаваме ленти с дебелина около 1 мм. Това е идеалното разстояние за ефективно генериране на водорода в структурата.
Пети етап. Закрепваме плочите една към друга с шайби. Правим го по следния начин: поставяме шайба на болта, след това плоча, след нея три шайби, друга пластина, отново три шайби и т. н. Окачваме осем парчета на катода, осем на анода.
След това затегнете гайките и изолирайте плочите с предварително нарязани ленти.
Шести етап. Гледаме къде точно болтовете стоят в контейнера, пробиваме дупки на това място. Ако изведнъж болтовете не се поберат в контейнера, тогава ги нарязваме на необходимата дължина. След това вкарваме болтовете в дупките, поставяме шайби върху тях и ги затягаме с гайки - за по-добра плътност.
След това правим дупка в капака за фитинга, завинтваме самия фитинг (за предпочитане е да намажете кръстовището със силиконов уплътнител). Духаме във фитинга, за да проверим херметичността на капачката. Ако въздухът все още излиза изпод него, тогава също покриваме тази връзка с уплътнител.
Седми етап. В края на монтажа тестваме готовия генератор. За да направите това, свържете всеки източник към него, напълнете съда с вода и затворете капака. След това поставяме маркуч върху фитинга, който спускаме в съд с вода (за да видите въздушни мехурчета). Ако източникът не е достатъчно мощен, тогава те няма да бъдат в резервоара, но определено ще се появят в електролизера.
След това трябва да увеличим интензивността на изхода на газ чрез увеличаване на напрежението в електролита. Тук си струва да се отбележи, че водата в чиста форма не е проводник - токът преминава през нея поради примесите и солта, присъстващи в нея. Ще разредим малко алкали във вода (например натриевият хидроксид е страхотен - продава се в магазините като почистващ препарат Mole).
Няколко добри съвета
След това нека поговорим за други компоненти на водородната горелка - филтъра за пералната машина и клапана. И двете са за защита. Клапанът няма да позволи на запаления водород да проникне обратно в конструкцията и да експлодира натрупания под капака на електролизатора газ (дори и да има малко от него). Ако не монтираме клапана, контейнерът ще се повреди и алкалите ще изтекат.
Филтърът ще бъде необходим за направата на водно уплътнение, което ще играе ролята на бариера, предотвратяваща експлозия. Занаятчиите, които са запознати с дизайна на домашно приготвена водородна горелка, наричат този затвор „булбулатор“. Всъщност той създава само въздушни мехурчета във водата. За самата горелка използваме същия прозрачен маркуч. Всичко, водородната горелка е готова!
Остава само да го свържете към входа на системата "топъл под", да запечатате връзката и да започнете директна работа.
Как работи водородното отопление
Този метод на отопление е разработен от една от италианските компании.Водородният котел работи без да генерира вредни отпадъци, поради което се счита за най-екологичния и безшумен начин за отопление на къща. Иновацията на разработката е, че учените успяват да постигнат изгаряне на водород при относително ниска температура (около 300ᵒС), което прави възможно производството на такива отоплителни котли от традиционни материали.
Водородни горивни клетки за дома
По време на работа котелът отделя само безвредна пара, а единственото, което изисква разходи, е електричеството. И ако комбинирате това със слънчеви панели (слънчева система), тогава тези разходи могат да бъдат напълно намалени до нула.
Как се случва всичко? Кислородът реагира с водорода и, както си спомняме от уроците по химия в средното училище, образува водни молекули. Реакцията се провокира от катализатори, в резултат на което се отделя топлинна енергия, загрявайки водата до около 40ᵒС - идеалната температура за "топъл под".
Регулирането на мощността на котела ви позволява да постигнете определен температурен индикатор, необходим за отопление на помещение с определена площ. Също така си струва да се отбележи, че такива котли се считат за модулни, тъй като се състоят от няколко независими канала. Във всеки от каналите има катализатор, споменат по-горе, в резултат на това охлаждаща течност влиза в топлообменника, който вече е достигнал необходимия индикатор от 40ᵒС.
Водно уплътнение и предпазител
Обърнете внимание на фигура № 1 - има два контейнера (означих ги A и B), добре, игла от спринцовка за еднократна употреба (C), всичко това е свързано с тръби от капкомер. Необходимо е да се излее вода в първия контейнер (A), това е водна ключалка
Необходимо е експлозията да не достигне до електролизатора (ако експлодира, ще бъде като фрагментираща граната)
Необходимо е да се излее вода в първия контейнер (A), това е водна ключалка. Необходимо е експлозията да не достигне до електролизатора (ако избухне, ще бъде като осколкова граната).
Фигура No5 - Водна брава
Моля, имайте предвид, че в капака на водното уплътнение има два конектора (всичко това адаптирах от медицински капкомер), и двата са херметически залепени в капака с епоксидно лепило. Едната тръба е дълга, през нея водородът от генератора трябва да тече под вода, да бълбука и през втория отвор да премине през тръбата към предпазителя (B)
Фигура #6 - Предпазител
В контейнер с предпазител можете да излеете както вода (за по-голяма надеждност), така и алкохол (алкохолните пари повишават температурата на горене на пламъка).
Самият предпазител е направен така: Трябва да направите дупка с диаметър 15 мм в капака и отвори за винтовете.
Фигура No7 - Как изглеждат дупките в капака
Ще ви трябват и две дебели шайби (ако е необходимо, трябва да разширите вътрешния диаметър на шайбата с кръгла пила), две водни уплътнения и шоколадово фолио или обикновен балон.
Фигура No8 - Скица на защитния клапан
Сглобява се доста просто, трябва да пробиете четири коаксиални дупки в железните шайби на капака и уплътненията. Първо трябва да запоите болтовете към горната шайба, това лесно може да се направи с мощен поялник и активен поток.
Фигура No9 - Шайба с винтове
Фигура No10 - Запоени винтове към шайбата
След като сте запоили винтовете, трябва да поставите едно гумено уплътнение върху шайбата и директно вашия клапан. Използвах тънка гумена лента от спукан балон (много по-удобно от поставянето на тънко фолио), въпреки че фолиото също работи доста добре, поне когато тествах водородната си горелка за експлозивност, беше фолио във клапана.
Фигура No 11 - Слагаме уплътнението и защитната гума
След това поставяме второто уплътнение и можете да поставите защитата в отворите, направени в капака.
Фигура No 12 - Готов клапан
Фигура No 13 - Охранителни елементи
Втората шайба и гайки са необходими за плътно и стабилно фиксиране на защитата чрез затягане на гайките (вижте фигура № 6).
Разберете правилно и имайте предвид, че правилата за безопасност не могат да бъдат пренебрегвани, особено при работа с експлозивни газове. И такова просто устройство може да ви спаси от неприятни изненади. Защитата работи на принципа „където е тънка - там се счупва“, с експлозия избива защитен филм (фолио или гумена лента), а експлозивната сила не влиза в електролизера, освен това това също е предотвратени от воден затвор. Повярвайте ми на думата ако гръмне електролизера няма да ви се стори достатъчно :)!!!
Фигура #14 - Експлозия
Трябва да се разбере, че извънредната ситуация е неизбежна. Факт е, че пламъкът гори на изхода на дюзата (което е доста добра игла от спринцовка за еднократна употреба) само защото се създава налягане на газа (налягането е договорено).
Фигура No15 - Накрайник от спринцовка, на пиедестал
Например, работите с вашата горелка и сега светлината е изгасна, повярвайте ми! Няма да имате време да отскочите от горелката, пламъкът моментално ще се върне обратно през тръбата и експлозията на защитния клапан ще гръмне (необходимо е да се издуха той, а не електролизерът) - това е съвсем нормално, когато горелката е домашно приготвени - бъдете бдителни и внимателни, стойте далеч от водородната горелка и носете лични предпазни средства!
Аз лично не съм много ентусиазиран от водородната горелка и се опитах да я направя само защото вече имах готов електролизер. Първо, много е опасен и второ, не е много ефективен (говоря за моята водородна горелка, а не за горелките като цяло) не беше възможно да стопя това, което исках с него. И следователно, ако ви е хрумнала идеята да направите този тип горелка, задайте си напълно рационален въпрос „заслужава ли си“, тъй като сглобяването на електролизер от нулата е доста обезпокоителен бизнес и също така се нуждаете мощно захранване, което би било достатъчно, за да съответства на налягането на водорода и диаметъра на изходната дюза. Ето защо, „само ако беше“ не ви препоръчвам да го правите, но само ако наистина имате нужда от него.
Благодарим ви, че посетихте bip-mip.com
Видове електролизатори
Нека да разгледаме накратко конструктивните характеристики на основните видове устройства за разделяне на вода.
Суха
Дизайнът на устройство от този тип е показан на фигура 2, неговата характеристика е, че чрез манипулиране на броя на клетките е възможно устройството да се захранва от източник с напрежение, значително надвишаващо минималния електроден потенциал.
Течащ
Опростено подреждане на устройства от този тип може да се намери на фигура 5. Както можете да видите, дизайнът включва вана с електроди "A", напълно напълнена с разтвор и резервоар "D".
Фигура 5. Конструкция на проточна клетка
Принципът на работа на устройството е както следва:
- на входа на електрохимичния процес газът, заедно с електролита, се изстисква в контейнера "D" през тръбата "B";
- в резервоара "D" има отделяне от електролитния разтвор на газа, който се изпуска през изходния клапан "C";
- електролитът се връща в хидролизната баня през тръба "Е".
Мембрана
Основната характеристика на устройствата от този тип е използването на твърд електролит (мембрана) на базата на полимер. Дизайнът на устройства от този тип може да се намери на фигура 6.
Фигура 6. Мембранен електролизатор
Основната характеристика на такива устройства е двойното предназначение на мембраната, тя не само транспортира протони и йони, но и разделя както електродите, така и продуктите от електрохимичния процес на физическо ниво.
диафрагма
В случаите, когато дифузията на продуктите от електролизата между електродните камери не е разрешена, се използва пореста диафрагма (която е дала името на такива устройства). Материалът за него може да бъде керамика, азбест или стъкло. В някои случаи за създаване на такава диафрагма могат да се използват полимерни влакна или стъклена вата.Фигура 7 показва най-простата версия на диафрагмено устройство за електрохимични процеси.
Дизайн на клетка с диафрагма
Обяснение:
- изход за кислород.
- U-образна колба.
- Изход за водород.
- анод.
- катод.
- диафрагма.
алкална
В дестилирана вода не е възможен електрохимичен процес, като катализатор се използва концентриран алкален разтвор (използването на сол е нежелателно, тъй като в този случай се отделя хлор). Въз основа на това повечето от електрохимичните устройства за разделяне на водата могат да се нарекат алкални.
На тематични форуми се препоръчва използването на натриев хидроксид (NaOH), който, за разлика от содата за хляб (NaHCO3), не корозира електрода. Имайте предвид, че последното има две значителни предимства:
- Можете да използвате железни електроди.
- Не се отделят вредни вещества.
Но един значителен недостатък отрича всички предимства на содата за хляб като катализатор. Концентрацията му във вода е не повече от 80 грама на литър. Това намалява устойчивостта на замръзване на електролита и неговата токова проводимост. Ако първото все още може да се толерира през топлия сезон, второто изисква увеличаване на площта на електродните плочи, което от своя страна увеличава размера на конструкцията.
Какво е необходимо за направата на горивна клетка у дома
Започвайки да произвеждаме водородна горивна клетка, е необходимо да се проучи теорията на процеса на образуване на детониращ газ. Това ще даде разбиране какво се случва в генератора, ще помогне при настройката и работата на оборудването. Освен това ще трябва да се запасите с необходимите материали, повечето от които няма да е трудно да намерите в дистрибуторската мрежа. Що се отнася до чертежите и инструкциите, ние ще се опитаме да покрием тези въпроси изцяло.
Проектиране на водороден генератор: диаграми и чертежи
Собствено изработена инсталация за производство на газ на Браун се състои от реактор с монтирани електроди, PWM генератор за захранването им, водно уплътнение и свързващи проводници и маркучи. Понастоящем има няколко схеми на електролизери, използващи плочи или тръби като електроди. Освен това в мрежата може да се намери и инсталирането на така наречената суха електролиза. За разлика от традиционния дизайн, в такъв апарат плочите не се монтират в контейнер с вода, а течността се подава в пролуката между плоските електроди. Отхвърлянето на традиционната схема прави възможно значително намаляване на размерите на горивната клетка.
В работата можете да използвате чертежи и диаграми на работещи електролизери, които могат да бъдат адаптирани към вашите собствени условия.
Изборът на материали за изграждане на водороден генератор
За производството на горивна клетка не са необходими почти никакви специфични материали. Единственото нещо, което може да бъде трудно, са електродите. И така, какво трябва да подготвите, преди да започнете работа.
- Ако избраният от вас дизайн е генератор тип "мокър", тогава ще ви е необходим херметичен резервоар за вода, който ще служи и като съд под налягане на реактора. Можете да вземете всеки подходящ контейнер, основното изискване е достатъчна здравина и газонепроницаемост. Разбира се, когато използвате метални пластини като електроди, е по-добре да използвате правоъгълна конструкция, например внимателно запечатан калъф от стар модел автомобилен акумулатор (черен). Ако се използват тръби за получаване на HHO, тогава ще свърши и вместителен контейнер от домакински воден филтър. Най-добрият вариант би бил да направите корпуса на генератора от неръждаема стомана, например марка 304 SSL.
Електроден монтаж за водороден генератор с мокър тип
Когато избирате „суха” горивна клетка, ще ви трябва лист плексиглас или друга прозрачна пластмаса с дебелина до 10 мм и технически силиконови уплътнителни пръстени.
Тръби или плочи, изработени от "неръждаема стомана".Разбира се, можете да вземете и обичайния „черен“ метал, но по време на работа на електролизатора простото въглеродно желязо бързо корозира и електродите често ще трябва да се сменят. Използването на високовъглероден метал, легиран с хром, ще даде на генератора способността да работи дълго време. Майсторите, занимаващи се с производството на горивни клетки, дълго време подбираха материал за електроди и се спряха на неръждаема стомана 316 L. В другия имаше разстояние не повече от 1 мм между тях. За перфекционистите ето и точните размери: - диаметър на външната тръба - 25.317 мм; — диаметърът на вътрешната тръба зависи от дебелината на външната тръба. Във всеки случай трябва да осигури празнина между тези елементи, равна на 0,67 мм.
Производителността му зависи от това колко точно са избрани параметрите на частите на водородния генератор.
Имайте предвид, че полираните тръби не се препоръчват. Напротив, експертите препоръчват шлайфане на частите, за да се получи матова повърхност. В бъдеще това ще помогне за повишаване на производителността на инсталацията.
Инструменти, които ще са необходими в процеса на работа
Преди да започнете да изграждате горивна клетка, подгответе следните инструменти:
- ножовка за метал;
- бормашина с набор от бормашини;
- комплект гаечни ключове;
- плоски и шлицови отвертки;
- ъглошлайф ("шлайф") със зададен кръг за рязане на метал;
- мултиметър и разходомер;
- владетел;
- маркер.
Освен това, ако сами изградите PWM генератор, ще ви трябва осцилоскоп и честотомер, за да го настроите. В рамките на тази статия няма да повдигаме този въпрос, тъй като производството и конфигурацията на импулсно захранване се разглеждат най-добре от експерти в специализирани форуми.
Направи си сам електролизер за кола
В интернет можете да намерите много диаграми на системи HHO, които според авторите ви позволяват да спестите от 30% до 50% гориво. Такива твърдения са прекалено оптимистични и обикновено не са подкрепени с никакви доказателства. Опростена диаграма на такава система е показана на фигура 11.
Опростена схема на електролизатор за автомобил
На теория такова устройство трябва да намали разхода на гориво поради пълното му изгаряне. За да направите това, сместа на Браун се подава във въздушния филтър на горивната система. Това са водород и кислород, получени от електролизер, захранван от вътрешната мрежа на автомобила, което увеличава разхода на гориво. Порочен кръг.
Разбира се, може да се използва схема за PWM регулатор на тока, по-ефективно импулсно захранване или други трикове за намаляване на консумацията на енергия. Понякога в интернет има оферти за закупуване на захранване с нисък ампераж за електролизатор, което обикновено е глупост, тъй като производителността на процеса директно зависи от силата на тока.
Това е като системата на Кузнецов, чийто воден активатор е загубен, а патент няма и т.н. В горните видеоклипове, където се говори за неоспоримите предимства на такива системи, практически няма аргументирани аргументи. Това не означава, че идеята няма право на съществуване, но претендираните спестявания са "леко" преувеличени.
