Электролизер — устройство, которое применяется в производственной сфере, например, для получения определенных веществ. Однако из-за роста цены топлива и увеличения тарифов на газ ситуация в нашей стране кардинально изменилась, и теперь электролиз широко используется в домашних условиях.
В качестве примера может выступать схема электролизера для бассейна или плазменный сварочный аппарат.
Характеристики устройства
Как известно из школьного курса химии, электролиз — это процесс, при котором на электродах выделяются составные элементы растворенных веществ. Для успешного протекания такого процесса требуется источник тока, а аппарат электролизер как раз и предназначен для того, чтобы с его помощью осуществлялся этот самый процесс.
Устройство электролизер представляет собой емкость, наполненную специальным веществом — электролитом. Также в эту емкость помещено не менее двух электродов.
Главная характеристика устройства — производительность. Именно ее обозначают цифры, которые используются в названиях моделей. Например, если сравнить две модели — «СЭУ 20» и «СЭУ 40», то по одному только названию станет понятно, что последняя является более мощной. Числа в этом случае обозначают выработку водорода. Число «20» означает, что устройство способно выработать 20 куб. метров водорода за час.
Есть у электролизеров и другие характеристики, которые обычно зависят от типа устройства, а также от области его применения.
Например, при осуществлении электролиза воды на коэффициент полезного действия оказывают влияние:
- напряжение в электродах;
- расстояние между электродами;
- размеры этих электродов;
- концентрация электролита;
- химические и физические свойства использующегося для изготовления электродов материала;
- наличие или отсутствие ускоряющих процесс элементов.
Принцип работы
Электролизер работает следующим образом: к источнику постоянного тока подключены электроды, которые опущены в емкость с водным раствором электролита. Проходящий ток должен иметь напряжение, которое превышает точку разложения трехатомных молекул воды.
Через некоторое время на одном из электродов образуется кислород, а на другом — водород. Так как количество молекул водорода в воде ровно в 2,5 больше, чем количество молекул кислорода, то водорода выделяется в 2 раза больше. Именно так работает простейший электролизер.
Разновидности приборов
Электролизеры могут применяться не только в промышленной сфере, но и в домашнем быту. Водород, который они вырабатывают, может быть превращен в топливо и использоваться для обогащения бензо-воздушной смеси, увеличивая тем самым производительность двигателя автомобиля.
Существует несколько разновидностей электролизеров, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.
Сухие устройства
Используя их, можно изменять количество ячеек. Подключать устройство следует к источнику тока, напряжение которого превышает наименьший электродный потенциал.
Проточные электролизеры
Такая конструкция состоит из емкости с электродами, которая доверху наполнена раствором. Другой крупный элемент такого прибора — бак, в котором также содержится раствор, но остается еще пустое место сверху. Обе емкости соединены друг с другом парой труб.
Работает проточный электролизер следующим образом: в емкости, где нет свободного пространства, под воздействием электротока в электродах происходит электрохимическая реакция. Образующийся при этом газ вместе с электролитом через одну из труб проходит во вторую емкость. Там он отделяется от электролитного раствора и выходит через специальный клапан, расположенный в верхней части бака. Электролит, лишенный газа, через вторую трубу снова возвращается в ванну с электродами.
Этот процесс повторяется многократно до тех пор, пока не будет получен необходимый объем газа: пока прибор не будет отключен от сети.
Мембранные приборы
Относятся к числу распространенных разновидностей электролизеров. В основе их работы лежит применение мембраны: то есть не жидкого электролита, а твердого.
Причем мембрана выполняет сразу две функции:
- Она переносит микрочастицы.
- Разделяет электроды и продукты электрохимической реакции.
Простейший диафрагменный электролиз
В том случае, когда нельзя допускать диффузию между электродными камерами, применяется пористая диафрагма, в качестве которой может выступать стекло, асбест или керамика. Иногда могут быть использованы стекловата или полимерные волокна. Соответственно, снабженные этим элементом приборы называются диафрагменными.
Состоит из шести основных элементов:
двух трубок (одна из которых предназначена для выхода кислорода, а другая — для выхода водорода);- катода;
- анода;
- U-образной емкости;
- самой диафрагмы, которая располагается в нижней части сосуда.
Щелочные типы
Разновидность электролизеров, к которой можно отнести большую часть таких приборов. Почти в каждом из них в роли катализатора выступает концентрированный раствор щелочи.
Не рекомендуется использовать соль, поскольку в этом случае будет выделяться хлор. Лучше всего применять гидроксид натрия, так как он не разъедает электрод.
Процесс самостоятельного изготовления
Перед тем как сделать электролизер своими руками, необходимо подготовить нужные материалы и инструменты, а также прорисовать будущее устройство на схеме.
Для этого потребуются:
- кусок стального листа (сталь должна быть нержавеющая);
- прозрачная трубка;
- пластиковый контейнер объемом 1,5 л;
- клапан для воды;
- фильтр для ее очистки;
- штуцеры;
- шайбы;
- болты;
- гайки.
Работы начинаются с замеров площади стального листа. После, посредством болгарки необходимо разделить его на 16 квадратов равной площади. В каждом из полученных квадратов нужно спилить один из углов. В другом углу, который расположен напротив спиленного, сделать отверстие, в которое будет вставляться болт для скрепления с другими пластинами.
Поскольку при работе готового устройства ток должен идти от одной пластине к другой, нужно сделать так, чтобы на одной пластине скапливался отрицательный заряд, а на другой — положительный. Подключаться они должны по очереди: положительная, отрицательная, положительная, отрицательная и так далее. Так увеличивается сила тока.
Соединение пластин осуществляется посредством болтов и шайб. 8 пластин должны иметь положительный заряд и 8 — отрицательный. Если работа будет выполнена правильно, то спилы пластин не должны касаться электродов. Для того чтобы пластины не контактировали друг с другом, необходимо использовать трубку.
Готовая конструкция из 16 пластин помещается в пластиковую емкость для того, чтобы определить, в каком месте должны быть проделаны отверстия. Если так получится, что болты не поместятся в контейнере, то их следует укоротить и затянуть гайками, чтобы добиться герметичности.
Далее можно проделать отверстие в крышке и вставить туда несколько штуцеров. Образовавшиеся швы необходимо замазать силиконовым герметиком.
Подключать пластины рекомендуется так: крайние — к минусу, а та, которая посередине — к плюсу. От площади пластин, а также от силы тока напрямую завит объем выделяющегося газа. Защитный клапан нужен для того, чтобы в приборе не накопилось много газа.
После того как прибор будет полностью собран, его необходимо проверить. Для этого он подключается к источнику тока. В его емкость наливается вода до того уровня, на котором расположены болты. Затем нужно закрыть крышку, присоединить к штуцеру трубку и опустить ее в воду. Если ток слабый, то это сразу будет заметно.
Чтобы повысить эффективность прибора, необходимо вместо воды налить в емкость раствор щелочи. Сама по себе простая вода является не очень хорошим проводником электричества, поскольку в ней отсутствуют соли и примеси, но если добавить в воду щелочь, ее способность проводить ток сразу же улучшится. Для получения качественного электролита, состоящего из воды и щелочи, можно взять гидроксид натрия. Это вещество обычно присутствует в средствах для очистки труб.
Несмотря на то, что простейший электролизер состоит из небольшого количества элементов, можно попытаться изготовить множество разновидностей таких приборов. Для этого необязательно обращаться за помощью к профессионалам.
