Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды

Содержание

Общая информация об электролизере

Электролизная установка — электролизное устройство, требующее внешнего источника питания, конструктивно состоящее из нескольких электродов, помещенных в резервуар, заполненный электролитом. Его также можно назвать водоразборным устройством.

Основным техническим параметром таких установок является производительность, которая представляет собой объем водорода, производимого в час, и измеряется в м³/ч. Стационарные установки имеют этот параметр в названии модели, например, мембранная установка SEU-40 производит 40 кубических метров водорода в час.

Стационарный промышленный блок внешний вид SEU-40

Другие характеристики этих устройств полностью зависят от назначения и типа установки. Например, при проведении электролиза воды эффективность установки зависит от следующих параметров:

  1. Уровень самого низкого электродного потенциала (электрического напряжения). Для правильной работы устройства эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на пластину. Если питание составляет 14 В, то имеет смысл разделить емкость электролизера с раствором электролита на 7 ячеек. Такое устройство называется сухим электролизером. При меньшем значении электролиз не начнется, а при большем — значительно увеличится потребление энергии;

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды
Размещение пластин в ванне электролизного агрегата

  1. Чем меньше расстояние между пластинчатыми элементами, тем меньше сопротивление, что приводит к большему газообразованию при протекании большого тока;
  2. Площадь поверхности пластин напрямую влияет на производительность;
  3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
  4. Материал электродных элементов. Золото — дорогой, но идеальный материал для использования в электролизерах. Из-за высокой стоимости часто используется нержавеющая сталь.

Важно: В других типах дизайна эти значения будут другими.

Оборудование для электролиза воды может также использоваться для таких целей, как дезинфекция, очистка и оценка качества воды.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ИМЕЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Тепло, выделяемое при окислении газов, можно использовать непосредственно на месте, при этом водород и кислород получают путем переработки отработанного пара и технологической воды.

Низкое потребление воды для производства электроэнергии и тепла.

Простота процесса.

Значительная экономия энергии, поскольку она необходима только для нагрева стартера до установившегося тепла.

Высокая производительность процесса, так как на диссоциацию молекул воды уходит десятая доля секунды.

Взрыво- и пожаробезопасность процесса, так как он не требует резервуаров для хранения водорода и кислорода.

В процессе работы вода многократно очищается и преобразуется в дистиллированную воду. Это устраняет осадок и накипь, что увеличивает срок службы установки.

Завод изготовлен из обычной стали, за исключением котлов из жаропрочной стали, которые футерованы и экранированы. Другими словами, не требуется специальных дорогостоящих материалов.

У меня давно было желание сделать нечто подобное. Но я никогда не мог пойти дальше экспериментов с батарейками и несколькими электродами. Я хотел сделать полноценную установку, вырабатывающую водород, в количестве, достаточном для надувания воздушного шара. Прежде чем сделать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, я решил проверить все на модели.

Общая схема электролизера выглядит следующим образом.

Модель не подходит для полноценного ежедневного использования. Однако мне удалось проверить эту идею.

Поэтому я решил использовать графит для электродов. Отличным источником графита для электродов являются троллейбусные горки. Их много на автобусных остановках. Главное помнить, что один из электродов будет поврежден.

Распилите и доработайте напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и поверхности электродов.

К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы.

Для корпуса модели электролизера подходят пластиковые бутылки. В крышке делаются отверстия для трубок и проводов.

Все тщательно запечатано герметиком.

Отрезанные горлышки бутылок подходят для соединения двух емкостей.

Их нужно соединить и оплавить шов.

Электролиз - Что такое электролизер, принцип его работы, конструкция и типы

Гайки формируются из крышек от бутылок.

В дне двух бутылок проделываются отверстия. Все соединяется и тщательно заполняется герметиком.

В качестве источника напряжения мы будем использовать домашнюю сеть 220 В. Я хотел бы предупредить вас, что это довольно опасная игрушка. Поэтому, если вы недостаточно опытны или сомневаетесь, лучше не повторять его. В домашней электросети мы имеем переменный ток, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этой цели прекрасно подходит диодный мост.

Диодный мост сильно нагревается. Требуется активное охлаждение. Идеальным вариантом является кулер для процессора компьютера. Для корпуса можно использовать подходящую распределительную коробку. Его можно приобрести в магазинах электротоваров.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона.

В крышке распределительной коробки делаются необходимые отверстия.

Вот как выглядит собранная установка. Электролизер питается от сети, вентилятор — от универсального источника питания. В качестве электролита используется раствор пищевой соды. Обратите внимание, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но в то же время и тепла больше. Кроме того, реакция разложения натрия на катоде будет способствовать нагреву. Реакция является экзотермической. При этом образуется водород и гидроксид натрия.

Аппарат, изображенный на фотографии выше, сильно нагрелся. Его приходилось периодически выключать и ждать, пока он остынет. Проблема нагрева была частично решена путем охлаждения электролита. Для этой цели я использовал настольный фонтанный насос. Длинная трубка проходит от одной бутылки к другой через насос и ведро с холодной водой.

Актуальность этого вопроса сегодня достаточно высока в связи с тем, что применение водорода чрезвычайно широко, а в природе в чистом виде он практически нигде не встречается. Поэтому было разработано несколько методов извлечения этого газа из других соединений с помощью химических и физических реакций. Именно об этом и пойдет речь в данной статье.

ЭЛЕКТРОЛИЗ

это окислительно-восстановительная реакция, которая происходит только при воздействии электрического тока. Промышленные генераторы водорода используют электролиз воды для получения водорода и кислорода. Чтобы реакция произошла, в электролите должны находиться два электрода, подключенные к источнику постоянного тока:

  • Анод — это электрод, к которому подключен положительный проводник;
  • Катод — это электрод, к которому подключен отрицательный проводник.

Схема промышленного щелочного электролизера показана ниже.

Электролиз воды

ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДЫ

Электрический ток расщепляет воду на составляющие ее молекулы: водород и кислород. Отрицательно заряженный катод притягивает катионы водорода, а положительно заряженный анод притягивает анионы OH-.
Деминерализованная вода, используемая в промышленных электролизных установках, сама по себе является слабым электролитом, поэтому для повышения проводимости электрического тока добавляют сильные электролиты. Электролиты с более низким катионным потенциалом часто выбираются, чтобы избежать конкуренции с катионами водорода: KOH или NaOH. Электрохимическая реакция на электродах протекает следующим образом:

  • Реакция на аноде: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- высвобождение кислорода;
  • Реакция на катоде: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- — выделение водорода.

Промышленный электролизер собран по биполярной схеме, где между основным электродом и катодом размещены биполярные «промежуточные» электроды с разными зарядами по сторонам. На анодной стороне основного электрода промежуточный электрод имеет катодную сторону, а на катодной стороне — анодную (см. рисунок).
Для получения чистого водорода и кислорода необходимо разделить газы, образующиеся на электродах, для чего используются ионообменные разделительные мембраны (см. рисунок). Производимого водорода в два раза больше, чем кислорода, поэтому давление в водородной полости увеличивается в два раза быстрее. Для выравнивания давления в полости на выходе из электролизера используется выравнивающая давление мембрана, которая предотвращает вытеснение водорода в кислородную полость через каналы, предназначенные для циркуляции электролита.

Этот метод наиболее широко используется в промышленности и позволяет получать газообразный водород с КПД 50-70% и производительностью до 500 м3/ч при удельном энергопотреблении 4,5-5,5 H2m3/кВтч.

ЭЛЕКТРОЛИЗ НА ТПЭ

В настоящее время наиболее эффективным методом разделения является электролиз с использованием твердополимерных электролитов на основе перфторированной ионообменной мембраны.
Этот тип электролизера производит водород с эффективностью до 90% и является наиболее экологичным. Электролизеры ТПЭ в 6-7 раз дороже щелочных и поэтому пока не получили широкого распространения в промышленности.

Краткая теоретическая часть

Водород, также называемый гидридом, первый элемент таблицы Менделеева, является самым легким газообразным веществом с высокой химической активностью. При окислении (т.е. при горении) он выделяет огромное количество тепла, образуя обычную воду. Опишем свойства элемента в виде тезиса:

  1. Сжигание водорода — экологически чистый процесс; при этом не выделяется никаких вредных веществ.Bezdymnoe-gorenie-vodoroda-min.jpg
  2. Из-за своей химической активности этот газ не существует на Земле в свободном виде. С другой стороны, в воде его запасы неисчерпаемы.
  3. Этот элемент извлекается химическим путем в промышленном производстве, например, при пиролизе угля. Часто это побочный продукт.
  4. Другим способом получения газообразного водорода является электролиз воды в присутствии катализаторов, таких как платина и другие дорогостоящие сплавы.
  5. Простая смесь водородно-кислородного газа взрывается при малейшей искре, мгновенно выделяя большое количество энергии.

Vzryvodorodnogo-dirizhablja-min.jpg
В прошлом водород использовался для наполнения дирижаблей, которые часто взрывались

2H2 O2 → 2H2O Q (энергия)

2H2O → 2H2 O2 — Q

Это формула электролитической реакции, которая описывает процесс расщепления воды с помощью электричества. Ниже мы рассмотрим, как это сделать на практике и изготовить водородный генератор своими руками.

Что такое электролизер

Электролизер — это специальный аппарат, используемый для извлечения компонентов из раствора или сплава.

Основными характеристиками электролизера являются:

  • Рабочее напряжение для одного электрода составляет от 1,8 В до 2,0 В;
  • Сила тока — для правильного электролиза на электроды подается ток от 5 до 10 А на каждый электрод;
  • Количество электродов — минимальное количество электродов — 2, максимальное ограничено размерами самого прибора и его назначением;
  • Размер электродов — электроды представляют собой не угольные стержни, а металлические пластины, размер которых зависит от назначения установки, вольт-амперных характеристик тока, подаваемого на пластины;
  • Расстояние между противоположно заряженными поверхностями электродов — минимальное расстояние между электродами должно быть не менее 1,5 мм;
  • Материал электродов — в современных электролизерах в качестве материала для анода и катода используется листовая нержавеющая сталь с никелем.

Также еще одной важной особенностью электролизной установки является использование катализаторов.

Читайте также: Водонагреватель с краном Delimano: принцип работы и отзывы покупателей

Такие установки используются для следующих целей:

  • Получение гремучего газа, состоящего из смеси водорода и кислорода (броуновский газ);
  • Извлечение чистого алюминия, магния, цинка из сплавов их солей;
  • Очистка воды от растворенных в ней солей и примесей;
  • Нанесение тонкого антикоррозийного слоя никеля, цинка на поверхность металлических деталей;
  • Дезинфекция пищевых продуктов;
  • Очистка сточных вод от растворенных солей тяжелых металлов и других вредных веществ.

Важно: Платиновый электрод из обычного железа используется в электролизных установках реже, чем электрод из нержавеющей стали, поскольку он быстрее окисляется и приходит в негодность.

Типы установок

В настоящее время генератор водорода для автомобиля может быть оснащен тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизерами:

Первый тип полностью достаточен для многих карбюраторных двигателей. Нет необходимости устанавливать сложные электронные системы для регулятора выхода газа, а монтаж такого электролизера несложен.

Для более мощных транспортных средств предпочтителен второй тип реакторной установки. Однако для дизельных двигателей и большегрузных автомобилей можно использовать реактор третьего типа.

Читайте также: ГОСТ 25987-83 Сверла с твердосплавными пластинами с цилиндрическим хвостовиком для координатных сверл. Типы и основные размеры

Виды электролизеров

Кратко рассмотрим конструктивные особенности основных типов оборудования для расщепления воды.

Сухие

Конструкция устройства такого типа показана на рисунке 2. Его особенность заключается в том, что, манипулируя количеством ячеек, устройство можно питать от источника с напряжением, значительно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

Упрощенное устройство такого типа показано на рисунке. Как видно, конструкция состоит из электродной ванны «A», полностью заполненной раствором, и резервуара «D».

Конструкция электролизера проточного типа
Рис. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства заключается в следующем:

  • В электрохимическом процессе газ вместе с электролитом подается в резервуар «D» через трубку «B»;
  • В резервуаре «D» газ отделяется от раствора электролита, который затем выводится через выпускной клапан «C»;
  • Электролит возвращается в гидролизный бак через трубу «E».

Мембранные

Главной особенностью этого типа устройств является использование твердого электролита (мембраны) на основе полимера. На приведенной ниже схеме показана конструкция устройства этого типа.

Мембранный электролизер
Рис. Электролизер мембранного типа

Главной особенностью этих устройств является двойная функция мембраны, которая не только транспортирует протоны и ионы, но и физически разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда диффузия продуктов электролиза между электродными камерами недопустима, используется пористая мембрана (от которой такие устройства и получили свое название). Этот материал может быть керамическим, асбестовым или стеклянным. В некоторых случаях для создания такого отверстия могут использоваться полимерные волокна или стекловата. На схеме показан простейший тип мембранного устройства для электрохимических процессов.

Конструкция электролизера мембранного типа
Конструкция мембранного электролизера

Объяснение:

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

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, поэтому в качестве катализатора используется концентрированный щелочной раствор (использование соли нежелательно, так как она выделяет хлор). Исходя из этого, большинство оборудования для электрохимического расщепления воды является щелочным.

На тематических форумах рекомендуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO3), не разъедает электрод. Обратите внимание, что этот второй метод имеет два основных преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Вредные вещества не выделяются.

Но один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды как катализатора. Его концентрация в воде не превышает 80 грамм на литр. Он снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если первый вариант еще можно выдержать в теплое время года, то второй требует увеличения площади поверхности электродных пластин, что в свою очередь увеличивает размер конструкции.

Водородный генератор своими руками: принцип работы устройства, схемы и описание процесса сборки
Водородный генератор на месте: принцип работы, схемы и описание процесса сборки
Самодельный генератор: принцип работы, схемы и описание процесса сборки

Необходимая производительность

Чтобы действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен вырабатывать газ со скоростью 1 литр на 1000 рабочих объемов двигателя каждую минуту. Исходя из этих требований, определяется количество пластин для реактора.

Для того чтобы увеличить площадь поверхности электродов, необходимо отшлифовать поверхность наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Эта процедура чрезвычайно важна — она увеличит рабочую поверхность и предотвратит «прилипание» пузырьков газа к поверхности.

Последний изолирует электрод от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Обратите внимание, что для нормальной работы электролизера вода должна быть щелочной. Обычная пищевая сода также может быть катализатором.

Устройство и подробный принцип работы

Аппарат для получения горючего газа, в целях безопасности, не предполагает накопления газа, т.е. газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущей главе мы рассмотрели основные критерии, которые влияют на работу аппарата и накладывают определенные требования на конструкцию.

Принцип работы аппарата показан на рисунке 4, источник постоянного напряжения подключен к электродам, погруженным в раствор электролита. В результате через него начинает протекать ток, напряжение которого выше температуры разложения молекул воды.

Конструкция простого электролизера
Рисунок 4: Конструкция простого электролизера

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



Способы получения водорода

Водород — это газообразный элемент без запаха и цвета, плотность которого составляет 1/14 плотности воздуха. В свободном государстве это случается редко. Обычно водород сочетается с другими химическими элементами: кислородом, углеродом.

Производство водорода для промышленных и энергетических целей осуществляется несколькими методами. Наиболее распространенными из них являются:

  • электролиз воды;
  • метод концентрации;
  • низкотемпературная конденсация;
  • адсорбция.

Водород можно извлекать не только из газа или водных соединений. Водород добывается путем обработки древесины и угля при высоких температурах, а также путем переработки биоотходов.

Атомарный водород для энергетических целей производится путем термической диссоциации молекулярного вещества на проволоке из платины, вольфрама или палладия. Он нагревается в среде водорода при давлении менее 1,33 Па. Радиоактивные элементы также используются для получения водорода.

Электролизный метод

Принцип работы генератора водорода с электролизом

  • доступность сырья;
  • получение элемента под давлением;
  • Возможна автоматизация процесса, так как в нем нет движущихся частей.

Процедура расщепления жидкостей путем электролиза является обратной процедуре сжигания водорода. Его суть заключается в том, что под воздействием постоянного тока на электродах, погруженных в водный раствор электролита, выделяются кислород и водород.

Дополнительным преимуществом является производство побочных продуктов, имеющих промышленную ценность. Например, кислород необходим в больших количествах для катализа технологических процессов в энергетической промышленности, для очистки почвы и воды, а также для утилизации бытовых отходов. Тяжелая вода, полученная путем электролиза, используется в ядерных реакторах в энергетической промышленности.

Этот метод предполагает выделение элемента из содержащих его газообразных смесей. Например, большинство веществ, производимых в промышленных объемах, добываются путем паровой конверсии метана. Водород, полученный в результате этого процесса, используется в энергетике, нефтеперерабатывающей промышленности, ракетостроении, а также в производстве азотных удобрений. Процесс извлечения H2 осуществляется различными способами:

  • короткий цикл;
  • криогенный;
  • мембранный процесс.

Последний метод считается наиболее эффективным и менее затратным.

Этот метод получения H2 предполагает сильное охлаждение газообразных соединений под давлением. В результате они превращаются в двухфазную систему, которая затем разделяется сепаратором на жидкий и газовый компонент. Для охлаждения используются жидкие среды:

  • вода;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Процедура не так проста, как кажется. Невозможно чистое разделение углеводородных газов за один раз. Часть компонентов будет уходить вместе с газом, отбираемым из камеры сепарации, что неэкономично. Эта проблема может быть решена путем глубокого охлаждения сырья перед сепарацией. Однако для этого требуется большое количество энергии.

Современные системы низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусматривают колонны деметанизации или деэтанизации. Газообразная фаза удаляется с последней ступени разделения, а жидкая фаза после теплообмена подается в ректификационную колонну вместе с потоком сырого газа.

Способ адсорбции

В процессе адсорбции для извлечения водорода используются твердые вещества (адсорбенты), которые адсорбируют необходимые компоненты газовой смеси. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, силикатные гели и цеолиты. Для осуществления этого процесса используются специальные аппараты — циклические адсорберы или молекулярные сита. При проведении работ под давлением этот метод позволяет извлечь 85% водорода.

По сравнению с низкотемпературной конденсацией, адсорбция существенно и эксплуатационные расходы в среднем на 30 процентов ниже. Адсорбционный метод также используется для получения водорода для энергетической промышленности с использованием растворителей. Такой метод позволяет извлекать 90 процентов. H2 из газовой смеси и получить конечный продукт с концентрацией водорода до 99,9 процента.

Одним из многочисленных физико-химических процессов, широко используемых как в промышленности, так и в быту, является электролиз — разделение их компонентов (чистого металла — алюминия, меди, газа и т.д.) на поверхностях электродов, подключенных к источнику тока, помещенных в раствор или сплав. Основным аппаратом, в котором происходит этот процесс, является электролизер.

Самостоятельное изготовление электролизера

Водородный генератор для отопления частного дома

Любой человек может сделать электролизер своими руками. Для сборки простейшей конструкции вам понадобятся следующие материалы:

  • Лист из нержавеющей стали (зарубежная AISI 316L или отечественная 03X16H15M3 — идеальные варианты);
  • Болты M6x150;
  • шайбы и гайки;
  • прозрачная труба — можно использовать уровень воды, который применяется в строительных целях;
  • несколько соединителей «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
  • пластиковый контейнер емкостью 1,5 л;
  • небольшой фильтр для фильтрации проточной воды, например, фильтр стиральной машины;
  • клапан возврата воды.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Давайте рассмотрим, как можно изготовить мощную газовую горелку, работающую на смеси водорода и кислорода. Схему такого устройства можно увидеть на рисунке.

Конструкция водородной горелки
Конструкция водородной горелки

Объяснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второе водяное уплотнение.
  4. Первое водяное уплотнение.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Электролитическая ванна.

На рисунке показана принципиальная схема источника питания электролизера нашей горелки.

Источник питания для электролизной горелки
Источник питания для электролитической горелки

Для силового выпрямителя нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 — МП26Б; VT2 — П308.
  • Тиристоры: VS1 — KU202H.
  • Диоды: VD1-VD4 — D232; VD5 — D226B; VD6, VD7 — D814B.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Замените 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 не менее 20А.

Краткие инструкции по деталям для электролизера.

Ванночку можно сделать из старой батарейки. Из кровельного листа (толщина листа 0,5 мм) необходимо вырезать пластины размером 150×150 мм. Для работы с описанным выше источником питания вам понадобится собранный 81-элементный электролизер. Чертеж для сборки показан на рисунке 10.

Чертеж электролизера для водородной горелки
Чертеж электролизера для водородной горелки

Обратите внимание, что обслуживание и контроль такого устройства не представляет сложности.

Создание опытного образца

Чтобы дать вам представление о том, с чем вы имеете дело, для начала мы предлагаем собрать простой генератор для производства водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной машины показана на рисунке.

Из чего состоит примитивный электролизер?

  • реактор — стеклянный или пластиковый контейнер с толстыми стенками;
  • металлические электроды, которые погружаются в реактор с водой и подключаются к электричеству;
  • Второй контейнер служит в качестве водяного затвора;
  • Выходной трубопровод для газа HHO.

Принцип работы электролизера заключается в следующем:

  1. Напряжение, предпочтительно от регулируемого источника, подается на два электрода, погруженных в воду. Для улучшения реакции в емкость добавляют немного щелочи или кислоты (бытовой соли).
  2. В результате реакции электролиза на стороне катода, который соединен с минусовой клеммой, образуется водород, а вблизи анода — кислород.
  3. Когда два газа смешиваются, они поступают через трубку в поглотитель запаха, который выполняет две функции: отделяет водяной пар и предотвращает воспламенение в реакторе.
  4. Из второго резервуара легковоспламеняющийся газ DNO подается в горелку, где он сгорает и образуется вода.

Для конструкции генератора, показанной на схеме, требуются 2 стеклянные бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская пипетка и два десятка саморезов. Полный комплект материалов можно увидеть на фотографии.

Из специальных инструментов понадобится клеевой пистолет для приклеивания пластиковых крышек. Процедура проста:

  1. Скрутите плоские деревянные палочки вместе с помощью саморезов, расположив концы в разные стороны. Припаяйте головки винтов друг к другу и соедините провода — у вас есть будущие электроды.
  2. Проделайте отверстие в крышке, вставьте вырезанный корпус капельницы и провода и заклейте с двух сторон клеевым пистолетом.
  3. Поместите электроды в бутылку и закрутите крышку.
  4. Просверлите 2 отверстия во второй крышке, вставьте капельные трубки и вкрутите в бутылку, наполненную простой водой.

Чтобы запустить генератор водорода, залейте соленую воду в реактор и включите питание. Реакция начнется, когда в обеих емкостях появятся пузырьки газа. Установите напряжение на оптимальное значение и подожгите броуновский газ, выходящий из иглы пипетки.

Самодельный водородный генератор: пошаговая инструкция

Самодельный водородный генератор сделать можно, но для всего процесса вам понадобятся планы и пошаговые инструкции. Схема электролизера очень проста (можно поискать в интернете), поэтому вам вряд ли понадобятся какие-либо специфические материалы.

Для изготовления самодельного водородного генератора вам понадобится несколько инструментов и материалов: пластиковый контейнер или полиэтиленовая канистра с крышкой, прозрачная трубка длиной 1 м и диаметром 8 мм, винты, гайки, силиконовый герметик, лист нержавеющей стали, 3 фитинга, обратный клапан, фильтр, пила по металлу, гаечные ключи и нож.

Когда все собрано, можно приступать к изготовлению. Сборка осуществляется в соответствии с чертежами, которые можно найти в Интернете или заказать у специалиста.

Инструкции по изготовлению:

  • Вырежьте 16 одинаковых плиток из листа нержавеющей стали.
  • Просверлите отверстие в одном из углов. Угол должен быть одинаковым для всех 16 пластин.
  • Убедитесь, что отпилили противоположный угол.
  • Установите пластины одну за другой на подготовленные винты, изолируя их шайбами и полиэтиленовыми трубками. Они не должны касаться друг друга.
  • Закрепите всю конструкцию гайками, чтобы получилась батарея.
  • Прикрепите эту конструкцию к пластиковому контейнеру, смажьте отверстия герметиком.
  • Просверлите отверстия в крышке, обработайте их тем же силиконом, а затем вставьте разъемы.

Самодельный кислородный гидролизатор готов. Теперь остается только проверить его рабочие возможности. Для этого наполните контейнер водой до крепежных винтов и закройте его крышкой. Наденьте полиэтиленовый шланг на один из трех разъемов, а другой поместите в отдельную емкость, наполненную водой. Подключите ток к винтам, и если на поверхности появятся пузырьки, значит, генератор работает и выделяет водород. После этого подключения и тестирования слейте воду, а затем залейте готовый щелочной электролит в контейнер, чтобы выпустить больше газа.



Отопление частного дома водородом своими руками
Водородный генератор для отопления частного дома запуск 1000
Классификация водорода

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома в настоящее время не имеет смысла, так как стоимость водорода, полученного электролизом, намного дороже природного газа или других теплоносителей.

Следует также учитывать, что ни один металл не может выдержать температуру горения водорода. Однако существует решение, запатентованное Стэном Мартином, которое позволяет обойти эту проблему. Чтобы отличить достойную идею от очевидной бессмыслицы, необходимо сделать ключевой момент. Разница между ними в том, что первый имеет полученный патент, а второй находит своих сторонников в Интернете.

На этом можно было бы закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но целесообразно дать краткий обзор компаний, производящих эти устройства.

Применение электролизеров

Постоянный рост цен на энергию побудил к новому подходу к электролитическим процессам. Для производства были разработаны различные виды растений:

  • алюминий;
  • хлор;
  • водород для машин для резки и плазменной сварки.

Они также работают как часть очистительного оборудования, дезинфицируя питьевую воду и воду в бассейнах, как топливная добавка для автомобилей, позволяя использовать весь потенциал углеводородов. Водород сгорает гораздо раньше, чем бензин. Бензин воспламеняется уже не искрой, а пламенем, что увеличивает силу, действующую на поршень автомобильного двигателя.

Некоторые умельцы используют электролиз воды в домашних условиях для обогрева помещений. Но здесь стоит отметить, что стоимость получаемого горючего водорода гораздо выше, чем того же природного газа. Кроме того, температура горения водорода довольно высока, и не каждый металл может выдержать длительное воздействие без разрушения. А использование жаропрочных материалов экономически не оправдано.

Будьте осторожны

Будьте осторожны
Будьте осторожны
После установки генератора, а также во время монтажа не следует забывать о правилах безопасности. Водород — это газ без запаха, легковоспламеняющийся и взрывоопасный, и его утечки чрезвычайно опасны. Чтобы избежать этого, следует тщательно проверить на герметичность все части электролизера: трубы, насос, бак. Это особенно актуально для самосборных блоков. Это самые опасные. Кроме того, неизвестно, насколько качественное топливо они в итоге будут поставлять. Конечно, вероятность дефектов может быть высока в покупных моделях, особенно от неизвестных или непроверенных производителей. Поэтому всегда лучше предпочесть более дорогого, но и более надежного производителя этого оборудования. Это звучит как реклама, но факт в том, что за качество приходится платить больше. Однако правило, что чем дороже, тем лучше, действует не всегда. Лучше всего, если ваш выбор будет основан на ваших знаниях в этой области. И самое главное — доверяй, но проверяй. В конце концов, даже самый известный бренд может иметь недостатки.

Модели промышленных электролизеров

Углеродные аноды (а графит является аллотопом углерода) имеют фундаментальный недостаток — во время реакции они выделяют углекислый газ в атмосферу, загрязняя ее. В настоящее время особенно актуальна технология инертных анодов, которую испытывает известный производитель алюминия. Идея заключается в том, что используется безуглеродный анод, который не вступает в реакцию с углекислым газом, и в качестве побочного продукта вместо углекислого газа в атмосферу выделяется чистый кислород.

Эта технология значительно повышает экологичность производства, но пока находится на стадии испытаний.

Несмотря на большое разнообразие электролитов, электродов и электролизеров, существуют общие проблемы в техническом электролизе. К ним относятся перенос заряда, теплопередача, массоперенос и распределение электрических полей. Для ускорения процесса переноса желательно увеличить скорость всех потоков и использовать принудительную конвекцию. Электродные процессы можно контролировать путем измерения граничных токов.

Основные моменты технологии «ПОМ» (PEM)

Электролизер с протонообменной мембраной был разработан для преодоления недостатков

  • частичная нагрузка,
  • низкий потенциал тока,
  • плотность водорода,
  • работающих при низком давлении.

Все эти проблемы характерны для работы щелочных электролизеров. Технология электролиза с использованием протонообменной мембраны рассматривается как важный процесс в производстве водорода для использования в качестве энергоносителя.

Электролиз с использованием протонообменной мембраны обеспечивает быстрое динамическое время реакции, расширенный рабочий диапазон, высокую процентную эффективность и чистоту газа (99,999%).

Блок-схема протонообменной мембранной клетки
Диаграмма электролизной ячейки с протонной мембраной: 1 — направление тока; 2 — поток электронов; 3 — площадь подачи воды; 4 — выход кислорода; 5 — выход водорода; 6 — электрическое напряжение; А — анод; Е — электролит; К — катод; Г — генератор Одним из преимуществ протонного мембранного электролиза является возможность работы при высокой плотности тока и эффективности процесса. Это позволяет поддерживать низкие эксплуатационные расходы.

Полимерный электролит в конструкции электролизера позволяет использовать очень тонкие протонообменные мембраны (100-200 мкм). Тем не менее, устройство обеспечивает электрохимическое сжатие и повышение давления водорода на выходе.

Протонобменная мембрана современного электролизёра

Современные электролизеры объединены в сборки и обеспечивают производительность по водороду до 15-20 Нм3/ч. Активная площадь ячейки достигает 600 см2. Модули (стопки) рабочих блоков содержат до 100 ячеек.

Производители электролизеров с протонообменной мембраной стремятся увеличить мощность и повысить выход энергии свыше 1 МВт (в применении к процессам хранения возобновляемой энергии):

  1. Увеличение активной площади на клетку.
  2. Увеличить плотность тока (А/см2) при сохранении КПД выше 83%.
  3. Увеличение сборки клеток.

Соответственно, чем выше эффективность электролиза, тем ниже стоимость одного установленного киловатта (или Нм3/ч). Однако в настоящее время эта технология находится на ранних стадиях применения.

Еще одним важным преимуществом электролизеров POM является простота всей системы установки. Электролизеры с твердой полимерной мембраной работают на воде и электричестве.

Следовательно, в нижних зонах дымовой трубы системы установки происходит только фаза сушки получаемых газов. При давлении на выходе около 30 атм, сушка водорода до 4°C приводит к точке росы -33°C при атмосферном давлении.

Компонентная диаграмма классической ячейки POM
Схема компонентов ячейки электролизера POM: 1 — выход кислорода; 2 — вход воды; 3, 9 — проточная пластина; 4 — титановый элемент выхода газа; 5 — иридиевый катализатор; 6 — нафионовая мембрана; 7 — платиновый катализатор; 8 — элемент выхода углеродного газа; 10 — выход водорода Секрет длительной работы электролизеров POM заключается в подготовке воды и контроле качества рабочей жидкости. Вода берется из водопроводной сети и деионизируется методом обратного осмоса для обеспечения электропроводности менее 0,1 мкСм/см.

До тех пор, пока мембранные катализаторы не насыщены ионами, работоспособность ячеек и срок службы более 60 000 часов гарантированы. Критически важные приложения, такие как космические и военные, продемонстрировали высокую надежность этой технологии.

С внедрением электролизеров с протонообменной мембраной в традиционные промышленные приложения, такие как:

  • охлаждение генераторов электростанций,
  • защита атмосферы во время термической обработки,
  • процессы производства листового стекла,

промышленные предприятия получают новую перспективу для понимания технологии производства водорода непосредственно на месте.

Преимущественные стороны эксплуатации «ПОМ»

Устройства с протонной мембраной просты в эксплуатации и, прежде всего, требуют меньшего обслуживания по сравнению с обычными щелочными электролизерами. Процесс преобразования кислорода имеет минимальный срок службы 20 лет без необходимости замены клапанов или фитингов и без использования (обращения) агрессивных химических веществ.

Однако обслуживание протонообменных мембран ограничено обязательными правилами, такими как калибровка детектора водорода. Поскольку подготовка воды перед электрохимическим процессом имеет решающее значение, необходимо установить предварительные фильтры. Наконец, циркуляция воды в модулях штабелирования обеспечивается насосами с обслуживанием смазки раз в год и заменой подшипников каждые пять лет.

Версия протонообменной мембраны в электролизере промышленного типа
Одна из многочисленных вариаций конструкции электролизера с протонной мембраной. Такие системы обладают вполне достаточной мощностью для получения водородного топлива для производственных целей Гибкость и экономичность являются основными приоритетами для того, чтобы электролизеры с протонной мембраной конкурировали с другими — более устоявшимися — технологиями на промышленном рынке. Уровень гибкости и безопасности, обеспечиваемый этим решением, не является приоритетным.

Производство водорода непосредственно на месте больше не рассматривается как процесс, требующий сложного и опасного оборудования. Технология электролиза с использованием протонообменной мембраны предлагает чрезвычайно эффективный, надежный и экономичный метод.

Электролиз с использованием протонообменной мембраны также рассматривается как перспективная альтернатива для хранения водородной энергии в проектах возобновляемых источников энергии. Одним словом, найден оптимальный способ производства водорода методом электролиза с использованием технологии ‘POM’.

Негативные стороны водородного типа обогрева зданий

В ходе дебатов о целесообразности использования водородного топлива в системах отопления скептики привели ряд веских аргументов:

  1. Высокая стоимость: даже в самых эффективных электролизных установках, разработанных на сегодняшний день, для производства водорода требуется в два раза больше энергии, чем для его последующего сжигания.
  2. Взрывоопасность: катастрофа дирижабля «Гинденбург», который был наполнен этим газом, убедила людей в том, что водород может легко взорваться.
  3. Подготовительный процесс сложен: получение водорода из воды — это половина успеха. Для эффективного использования в теплогенераторах он должен подаваться под стабильным давлением. Для этого требуется компрессор и дополнительный резервуар с регулятором давления. Кроме того, необходимо избавиться от водяного пара, для чего потребуется осушитель воздуха.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые бизнесмены предлагают для продажи водородный генератор на автомобиль. Они говорят о лазерной обработке поверхности электродов или об уникальных секретных сплавах, из которых они изготовлены, о специальных водородных катализаторах, разработанных в научных лабораториях мира.

Все зависит от полета научной фантазии таких предпринимателей. Заслужить доверие может владелец установки, уничтожающей контактные пластины в течение двух месяцев работы, за свой счет (иногда даже не маленький).

Если вы хотите сэкономить таким образом, лучше установить установку самостоятельно. По крайней мере, вам потом некого будет винить.

Обзор производителей электролизеров

Основными производителями электролизеров являются как отечественные компании (РУСАЛ, НПФ РУТТЕХ, ОАО «Уралхиммаш»), так и их зарубежные конкуренты — Teledyne Energy Systems, Inc (США), Hydrogenics Corp.

Таким образом, электролизер представляет собой довольно простое и многофункциональное устройство для производства горючего газа, который в будущем планируется использовать в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и отопительных котлов.

Поделиться:
Нет комментариев
×
Рекомендуем посмотреть
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности
Adblock
detector