Электролизер: аппараты для домашнего использования, вид, сборка и установка устройства

Что такое электролизер

Электролизер – это специальная установка, применяемая для выделения из раствора или расплава его составляющих.
Основными характеристиками электролизера являются:

• Рабочее напряжение для одного электрода колеблется в интервале от 1,8 до 2,0 В;
• Сила тока – для нормального протекания процесса электролиза на электроды подают ток с значением данной характеристики от 5 до 10 А;
• Количество электродов – минимальное количество электродов – 2, максимальное ограничивается размерами самой установки и ее предназначением;
• Габариты электродов – в качестве электродов используют не угольные стержни, а металлические пластины, размер которых определяется предназначением установки, вольт-амперной характеристикой подаваемого на пластины тока;
• Расстояние между разноименно заряженными поверхностями электродов – минимальное расстояние между пластинами-электродами должно быть не менее 1,5 мм;
• Материал электрода – в современных электролизерах в качестве материала для анода и катода используют листовую нержавеющую сталь с добавкой никеля.

Также еще одной важной характеристикой электролизной установки является использование катализаторов.

Применяются такие установки для следующих целей:

• Получение гремучего газа, состоящего из смеси водорода и кислорода (газ Брауна);
• Выделение чистого алюминия, магния, цинка из расплавов их солей;
• Очистка воды от растворенных в ней солей и примесей;
• Нанесение на поверхность металлических деталей тонкого препятствующего коррозии слоя никеля, цинка;
• Обеззараживание пищевых продуктов;
• Очистка сточных вод от растворенных в них солей тяжелых металлов и других вредных веществ.

Важно! Платина-электрод из обычного железа применяется в электролизных установках реже, чем из нержавейки, так как оно быстрее окисляется и приходит в негодность.

В работе

Выглядит устройство в работе внушительно. Когда в чистой воде за секунды образуются мерзкие темные хлопья — первая мысль `я же это пью!` И рука сама тянется к кошельку. А много ли народу электрохимию помнит?

ТБ

Перед первым включением было стрёмно. Во-первых, собрал всю схему на табуретке, а включал сухими руками с дистанции в несколько метров. Во-вторых, включал в розетку, защищённую УЗО на 10 мА, характеристики А, то есть реагирующее на пульсирующий ток тоже. В-третьих делал все в ночи, когда дети угомонились и прибежать и схватиться за электрод не могли. И все равно кое что не учел. Оказалось, что вода при работе устройства очень прилично греется. И мой стакан толстого стекла вполне от перепада температуры мог лопнуть. А струя кипятка под напряжением — плохая перспектива. Обошлось, впрочем. Но повторять и сам не буду и другим не советую.

Тестирование

Для тестов купил литр дистиллированной воды в автозапчастях и бутыль питьевой воды низкой минерализации. Щепотку соли взял на кухне.

Дистиллированная вода — неплохой изолятор, в питьевой появляется жёлтая субстанция

Теперь добавим в дистиллированную воду щепотку соли. Вау! Сам не ожидал такого бурного отклика!

Понятное дело, от щепотки соли на стакан воды столько черной дряни получиться не могло. Это продукт электрохимической коррозии железного электрода. В основном, гидрооксиды железа с небольшой примесью солей, хлорида железа в данном случае.

В принципе, опыт в плане зрелищности хорош. И я подумывал показать детям. Но не стал и сейчас увидим почему — уж очень небогат и опасен внутренний мир.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

1. Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
2. Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
3. Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
4. Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
5. Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Раньше водородом наполняли баллоны дирижаблей, которые нередко взрывались

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

2H2 + O2 → 2H2O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H2O → 2H2 + O2 — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создаём прибор собственными руками

Прибор для данного процесса можно выполнить своими руками.

Для этого будут нужны:

• Лист нержавейки;
• Болты М6 х 150;
• Шайбы;
• Гайки;
• Прозрачная трубка;
• Соединительные элементы с резьбой с двух строн;
• Контейнер из пластика на полтора литра;
• Водяной фильтр;
• Клапан обратный для воды.

Прекрасный вариант нержавеющей стали — AISI 316L иностранного изготовителя или 03Х16Н15М3 изготовителя из нашей страны. Абсолютно не нужно приобретать нержавеющую сталь, можно взять старую. Вам хватит 50 на 50 сантиметров .

«Для чего брать собственно нержавеющую сталь?» — спросите вы. Так как на самом обыкновенном металле возникнет коррозия. Нержавеющая сталь лучше переносит действие щелочей. Следует наметить лист таким образом, чтобы поделить его на 16 похожих квадратов. Разрезать его можно угловой шлифмашиной. В каждом квадрате спилите один из углов.

На другой стороне и противоположном углу, от спиленного угла, просверлите дырку для болта, который поможет скрепить пластины. Электролизер не прекращает работу так: от пластины к пластине идёт электричество – и вода распадается на кислород и водород. Благодаря этому нам потребуется хорошая и негативная пластина.

Пластины необходимо подключать попеременно: плюс-минус-плюс-минус, при подобном методе будет крепкий ток. Для изолирования пластин один от одного, применяется трубка. От уровня обрезают кольцо. Разрезая его, мы приобретаем полоску толщиной в миллиметр. Подобное расстояние является более правильным для изготовления газа.

Пластины между собой соединяются при помощи шайб: на болт насаживаем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом опять пластина и так дальше. На плюс и минус необходимо насадить по восемь пластинок. Если все сделать правильно, то спилы пластин не заденут электроды.

После понадобится натянуть гайки и изолировать пластины. После помещаем конструкцию в контейнер из пластика.

Применение электролизеров

Постоянный рост цен на энергоносители позволил по-новому подойти к электролитическим процессам. Разработаны различные типы установок для получения:

• алюминия;
• хлора;
• водорода для плазменных аппаратов резки и сварки.

Также устройства работают в составе агрегатов, производящих очистку, обеззараживание питьевой воды и воды для бассейнов, как добавка к топливу для авто, позволяющая полностью использовать потенциал углеводородов. Водород горит значительно раньше бензина. Бензин воспламеняется уже не от искры, а от пламени, что повышает усилие, давящее на поршень двигателя машины.

Некоторые умельцы используют электролиз воды в домашних условиях для обогрева помещений. Но здесь стоит отметить, что себестоимость полученного горючего водорода значительно превосходит по цене тот же природный газ. К тому же температура горения водорода довольно высокая и не всякий металл способен выдержать длительное воздействие без разрушения. А использование термостойких материалов экономически не оправдано.

Назначение

По мнению продавца

Использование этого устройства поможет вам проверить все виды примесей в воде, демонстрируя различные цвета. Существует 6 цветов (желтый, зеленый, синий, красный, белый, черный) для обозначения различных объектов в воде, и только желтый цвет показывает, что вода полезна для здоровья.

Забавно при этом, что сказано чуть ниже про жёлтый

Желтый: растворенные кислоты, фтор и другие органические вещества

Реальное назначение — демонстрировать жертвам мошенничества страшное зрелище по поводу того, какую ужасно грязную воду они пьют. Впаривать фильтры и пр.

Модели промышленных электролизеров

У углеродных анодов (а графит — это аллотоп углерода) — есть существенный недостаток — при проведении реакции они выбрасывают в атмосферу углекислый газ, тем самым загрязняя ее. В настоящее время особенно актуальна технология инертного анода, сейчас данную технологию тестирует известный производитель алюминия. Суть ее в том, что для используется не вступающий в реакции безуглеродный анод, и как побочный продукт в атмосферу выделяется не углекислый газ, а чистый кислород.

Данная технология существенно повышает экологичность производства, но пока она находится на этапе тестирования.

Несмотря на большое разнообразие электролитов, электродов, электролизеров, имеются общие проблемы технического электролиза. К ним следует отнести перенос зарядов, тепла, массы, распределение электрических полей. Для ускорения процесса переноса целесообразно увеличивать скорости всех потоков и применять принудительную конвекцию. Электродные процессы могут контролироваться путем измерения предельных токов.

Происхождение

Эту дрянь мне подкинули знакомые по следам поста про Топливную Акулу. Так как мне достался бесплатно — ставлю 18 п. Сами знакомые вроде (но не уверен) вежливо попросили в подарок у распространителя чистой воды (и откуда красавец вынырнул, давно ж отыграли эту дрянь… Вот ведь, новое — хорошо забытое старое Продавца с таким товаром я нагуглил. Хотя и вряд ли именно у него мошенник брал, но IMHO любой продавец такого товара заслуживает поощрения сапогом в морду. Неоднократного.
С топливной акулой есть, конечно, сходство — оба товара предназначены для обмана и развода на деньги. Но есть и существенная разница. На разборе мы увидим, что обозреваемый электролизёр представляет смертельную опасность при использовании. Как для использующего эту снасть мошенника, так и для его жертвы.

Основные типы электролизных установок:

• Установки для получения и рафинирования алюминия;
• Электролизные установки ферросправного производства;
• Электролизеры никель-кобальтового производства;
• Установки для электролиза магния;

• Установки электролиза (рафинирования) меди;
• Установки для нанесения гальванических покрытий;
• Электролизные установки получения хлора;

• Электролизеры для обеззараживания воды.
• Электролизеры, производящие водород для атомных станций … и т.п.

Побочным продуктов многих окислительно-восстановительных реакций является кислород.

При электролизе регулируют силу тока, его частоту и напряжение, даже полярность, эти параметры управляют скоростью и направленностью процессов. Реакция электролиза всегда проводится при постоянном токе, так как здесь очень важно постояноство полюсов. В очень редких случаях, когда полярность не значима используется переменный ток (например, при электролизе газов).

Современные алюминиевые электролизеры по конструкции катодного устройства подразделяют на

• Электролизеры с днищем и без днища,
• С набивной и блочной подиной;
• по способу токоподвода: с односторонней и двусторонней схемой ошиновки;
• по способу улавливания газов: на электролизеры открытого типа, с колокольным газоотсосом и укрытого типа.

К неудовлетворительным свойствам всех существующих конструкций алюминиевых электролизеров следует отнести недостаточно высокий коэффициент использования электроэнергии, непродолжительный срок их службы и недостаточную эффективность улавливания отходящих газов. Дальнейшее совершенствование конструкции электролизеров должно идти по пути увеличения его единичной мощности, механизации и автоматизации всех операций обслуживания, полного улавливания всех отходящих газов с последующей регенерацией их ценных компонентов.

Промышленные электролизные установки имеют множество типов конструкции, основные это мембранные и диафрагменные. Также выделяют сухие, мокрые и проточные электролизные установки. В общем виде установка — это закрытая система, содержащая электроды, помещенные в состав электролита, к которой подводится электрический ток с определенными характеристиками. Электролизные ячейки могут быть объединены в батарею. Существуют также биполярные электролизеры — где каждый электрод, за исключением крайних работает с одной стороны как анод, с другой стороны как катод.

Данное оборудование работает при различном давлении, в зависимости от типа реакции. Для получения некоторых веществ — например, при получении газов требуется регулировка давления или особые условия. Также нужно следить за давлением газов, которые являются побочным продуктом электролитических реакций. Электролизные установки, которые используются для получения водородв и кислорода на электростанциях работают под избыточным давлением до 10 кгс/см2 (1 МПа). Установки также отличаются своей производительностью.

В некоторых их них используются прямоходные электрические механизмы. Например, они применяются для перемещения электродов, регулирования уровня электролита, перемещения резервуаров, ванн с электролитом и т.п. Один из примеров такой конструкции приведен на чертеже.

Все электролизные установки должны быть заземлены. Для работы большого промышленного электролизера нужен выпрямительный агрегат или преобразовательная подстанция для преобразования переменного тока в постоянный. Стационарное местное освещение в цехах (корпусах, залах) электролиза обычно не требуется. Исключение — основные производственные помещения электролизных установок получения хлора.

Модель с двумя фильтрами

Электродами служат небольшие квадратные листы, вырезанные из оцинкованной стали или, лучше, из нержавейки марки 03Х16Н15М3 (AISI 316L). Обычная сталь будет очень быстро «съедена» электрохимической коррозией.

Прорезав ножом отверстие в стенке контейнера, нужно установить на нем два фильтра грубой очистки – подойдут «грязевики» (второе название – косой фильтр) или фильтры от стиральных машин.

Далее контейнер при помощи болтов фиксируют на металлическом основании, после чего к нему присоединяют обратный клапан.

Следом устанавливаются плата толщиной 2,3 мм и барботажная трубка.

Завершается создание электролизера установкой форсунки с затвором, расположенным со стороны платы.

Устройство с двумя клапанами

Процесс изготовления 2-клапанной модели электролизера не отличается особой сложностью. Как и в предыдущем варианте, сборку следует начинать с подготовки основания. Выполняется оно из стальной листовой заготовки, которую нужно подрезать в соответствии с размерами контейнера.

К основанию прочно крепится плата (применяем винты М6), после чего можно устанавливать трубку для барботажа диаметром не менее 33 мм. Подобрав к устройству затвор, можно приступать к монтажу клапанов.

Пластиковый контейнер

Первый устанавливается на основании трубы, для чего в этом месте необходимо закрепить штуцер. Соединение уплотняется зажимным кольцом, после чего устанавливается еще одна пластина – она понадобится для фиксации затвора.

Второй клапан следует монтировать на трубе с отступом от края в 20 мм.

Модели на три клапана

Эта модификация отличается не только количеством клапанов, но также и тем, что основание для нее должно быть особенно прочным. Применяется все та же нержавеющая сталь, но большей толщины.

Место для установки клапана №1 нужно выбирать на входной трубе (она подсоединяется прямо к контейнеру). После этого следует закрепить верхнюю пластину и вторую трубку барботажного типа. Клапан №2 устанавливают на конце этой трубки.

Штуцер при установке второго клапана нужно крепить с достаточной жесткостью. Также потребуется зажимное кольцо.

Готовый вариант водородной горелки

Следующий этап – изготовление и установка затвора, после чего к трубе прикручивают клапан №3. При помощи шпилек он должен соединяться с форсункой, при этом посредством прокладок из резины должна быть обеспечена изоляция.

Вода в чистом виде (дистиллированная) является диэлектриком и чтобы электролизер работал с достаточной производительностью, ее следует превратить в раствор.

Наилучшие показатели демонстрируют не солевые, а щелочные растворы. Для их приготовления в воду можно добавить пищевую или каустическую соду. Также подойдут некоторые средства бытовой химии, например, «Мистер Мускул» или «Крот».

Модель с оргстеклом

Сборку электролизера с применением заготовок из органического стекла назвать простой задачей нельзя – данный материал достаточно сложен в обработке.
Трудности могут подстерегать и на этапе поиска контейнера подходящего размера.

В углах платы высверливают по одному отверстию, после чего приступают к монтажу пластин. Шаг между ними должен составлять 15 мм.

На следующем этапе переходят к установке затвора. Как и в других модификациях, следует применять прокладки из резины. Только нужно учесть, что в данной конструкции их толщина должна составлять не более 2-х мм.

Устройство с верхним расположением контейнера

Электроды выполняются из нержавеющего листа размером 50×50 см, который нужно разрезать болгаркой на 16 равных квадратов. Один угол каждой пластины подрезается, а в противоположном выполняется отверстие под болт М6.

Один за другим электроды одеваются на болт, а изоляторы для них нарезаются из резиновой или силиконовой трубки. Как вариант, можно воспользоваться трубкой от водяного уровня.

Контейнер фиксируется при помощи штуцеров и только после этого устанавливаются барботажная трубка и электроды с клеммами.

Модель с нижним расположением контейнера

В этом варианте сборку прибора начинают с нержавеющего основания, размеры которого должны соответствовать размерам контейнера. Далее устанавливают плату и трубку. Монтаж фильтров в данной модификации не требуется.

Затем к нижней плате нужно прикрепить 6-миллиметровыми винтами затвор.

Установка форсунки осуществляется посредством штуцера. Если все же принято решение установить фильтры, то для их крепления следует использовать пластиковые зажимы на резиновых прокладках.

Готовое устройство

Толщина изоляторов между пластинами-электродами должна составлять 1 мм. При таком зазоре сила тока будет достаточной для качественного электролиза, в то же время пузырьки газа смогут легко оторваться от электродов.

К полюсам источника питания пластины подключаются поочередно, например, первая пластина – к «плюсу», вторая – к «минусу» и т.д.

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

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

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.

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 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Пояснение:

1. Выход для кислорода.
2. U-образная колба.
3. Выход для водорода.
4. Анод.
5. Катод.
6. Диафрагма.

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.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИОНИЗИРОВАННОЙ ВОДЫ

Положительный результат электролиза зависит в первую очередь от качества жидкости. Она должна иметь минимальное количество примесей. С этой целью обыкновенная водопроводная вода отстаивается не менее двух-трех часов и пропускается через фильтр.

В начале процесса величина потребляемого тока 1 А и более указывает на повышенное содержание в растворе солей металлов. Оптимальным считается значение потребляемого тока 0,2 А, который на заключительной стадии не превышает 1 А. Определяющим показателем электролиза является также температура. Она не должна превышать 35 градусов.

Порядок приготовления активированной воды существенно не зависит от варианта исполнения прибора, но имеет некоторые особенности.

Последовательность действий в первом варианте:

1. Установить мешочек из брезента в пустую емкость.
2. Налить жидкость на 1 см ниже верхнего края.
3. Поместить электроды в банку, анод – в мешочек.
4. Подключить прибор к электросети.
5. Через 5-12 мин выключить напряжение сети и удалить электроды.
6. Сразу же извлечь брезентовый мешочек с кислотной жидкостью и перелить ее в отдельную емкость.

Последовательность действий во втором варианте:

1. Залить жидкость в банку и в глиняный стакан.
2. Разместить стакан в стеклянной банке.
3. В обеих емкостях уровни воды должны быть одинаковы, но, чтобы жидкость не переливалась в стакан из банки.
4. Установить пластину с положительным электродом в глиняный стакан.
5. Установить в стеклянную банку отрицательный электрод, чтобы его пластины были параллельны анодным пластинам.
6. Проверить отсутствие контакта катода с анодом.
7. Подключить аппарат к сети на 5-12 мин.
8. Выключить устройство и изъять ионизированную воду.

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 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 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

Пояснение:

1. Сопло горелки.
2. Резиновые трубки.
3. Второй водяной затвор.
4. Первый водяной затвор.
5. Анод.
6. Катод.
7. Электроды.
8. Ванна электролизера.

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:

• Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
• Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
• Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
• Конденсаторы: 0,5 мкФ.
• Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
• Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
• PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

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.