Серия «Электролизер своими руками.»

Получение в электролизере кислород-водородной смеси - гремучего газа, только часть задачи. Еще солидный кусок – подготовка газа для использования практического, а обычно это сжигание. Кроме прочего, гремучий газ полезно осушать иначе весомая часть тепла факела будет тратиться на испарение воды. Это как топить печь сырыми дровами – проделать громадную работу по заготовке, а тепла получить чуть. Осушение гремучего газа в простом электролизере, как оказалось, задача нетривиальная – нужен весьма прочный сосуд выдерживающий потенциальный подрыв (а осушитель – первый аппарат на пути обратного удара пламени), герметичный, стойкий к раствору щелочи (содержится во влаге). Опять же – из доступных материалов и более-менее удобный в эксплуатации. То есть не требующий слишком частого обслуживания и оно должно быть по возможности нетрудоемким.

Собирая свой аппарат для домашней мастерской, поторопился сделать осушитель из куска стальной водопроводной трубы с патрубками-вводами, предполагая засыпать его силикагелем и пропускать газ снизу вверх через слой-столб гранул. Однако, в переписке вовремя получил совет своего наставника и вдохновителя, владельца довольно мощного самодельного электролизера, прототипа моего. Как оказалось, газ после реактора и водяного затвора довольно влажный, а силикагель работает хорошо но увы, не особенно долго. Пропуская его через засыпку, получаем высокую эффективность, но и необходимость весьма часто извлекать осушающий реагент для регенерации. Увы, приходится довольствоваться компромиссом – извлекать из газа только часть влаги, при этом разбирать осушитель и прокаливать силикагель приходится много реже.

В частичном осушителе газ проходит через перфорированную трубку окруженную засыпкой из силикагеля. Гидравлическое сопротивление трубки много меньше чем у слоя гранул и практически весь поток проходит через нее. Тем не менее, гигроскопическое окружение связывает некоторую часть паров воды из проходящего газа. Степень осушения можно подобрать количеством и диаметром отверстий в перфорации.

В мой уже готовый осушитель (Фото 1, по центру), такой перфорированный канал легко не встроить, но кое что сделать удалось.

Что понадобилось для работы.

Набор слесарного инструмента, мелочи.

К делу. 

Короткий входной штуцер вварен внизу глубокой узкой шахты (Фото 5) и добраться до него сложно. Здесь, применил зеркальный вариант частичного осушения (Рис. 2) – газ будет омывать извлекаемый перфорированный осушительный патрон. Вариант получился вполне удобный во многих отношениях, настраивать степень осушения в нем легче легкого.

Итак, общий принцип выработан, материал – пластик. Здесь не нужна значительная прочность, важна лишь стойкость к влаге и щелочи. Оглядевшись по сторонам, в качестве корпуса патрона применил обрезок серенькой канализационной трубы Ø50 мм. Верхнюю и нижнюю крышку сделал из обрезков 0,5 л ПЭТ бутылки от минеральной воды, причем в нижней части патрона применил верхнюю половинку бутылки. Ее сужение - горлышко с пробкой позволило иметь внизу зазор для прохода газа и миновать торчащий внутрь штуцер (Фото 5).

На боках трубки разметил и просверлил ряды некрупных отверстий и острым ножом срезал пластиковые заусенцы. ПЭТ бутылка с нетолстыми стенками натурально работает как термоусадочная трубка и обдувая половинки строительным феном на второй передаче, плотно усадил их на торцы патрона. Нижнюю часть удерживающую столб гранул дополнительно закрепил двумя недлинными саморезами.

Операция в принципе лишняя – индикаторные гранулы девственно голубые (при увлажнении они становятся розовыми). Тем не менее, работа была проделана для тренировки. Силикагель засыпал нетолстым слоем 1…1,5 см толщиной в стопку металлических лоточков и поместил в самодельную электропечь. Настроил термоконтроллер на 180 ̊ С и четыре часа работы. Вынул после охлаждения до 60 ̊ С.

Силикагеля в патрон поместилось около 1.5 л. Бронзовый пробковый краник разобрал, промыл растворителем от старой смазки, отшлифовал наждачкой 2000 конус пробки, удалил остатки шлифовки смазал консистентной смазкой, собрал.

Она пробирается через две промывалки и окрашивает пламя, а также регулярно кристаллизируется в микросоплах горелок. Здесь эти кристаллы отфильтровываются набивкой из базальтовой ваты в сухом фильтре (тонкая часть осушителя) и не столь заметны. Большую часть факела теперь практически не видно, только изредка вылетает частичка щелочи и проявляет этакий луч. Отчасти факел можно увидеть при сильном затемнении в движении. В целом, это тонкая игла длиной 30…35 см.  

К слову об осушении. В электролизерах фабричных, осушение часто не проводится вовсе либо проводится но не силикагелем. Нередко в качестве осушителя применяют концентрированную серную кислоту (Н2SO4) барботируя (пробулькивая) через нее гремучий газ. Она работает долго. Реактив относительно недорогой и ходовой – электролит из любого автомагазина который нетрудно упарить в эмалированной посуде до появления белого пара. Концентрированная серная кислота пассивирует черную сталь, ее возят по железной дороге в стальных цистернах, то есть теоретически можно применить аппарат – копию водяного затвора. Однако, в процессе работы концентрированная кислота постепенно превращается в разбавленную и вероятно станет реагировать с железом. Опять же, мы уже знаем что частички щелочи вместе с парами воды проникают по «системе» вплоть до сопла горелки и с кислотой они будут реагировать. С одной стороны они гарантированно отсекутся, с другой – кислота постепенно превращается в соль. Ее придется периодически обновлять полностью.

Разобрал, насосал внутрь воды и устроил длительную промывку в ультразвуковой мойке. В чистой теплой воде. В медной ручке огнепреградитеьная набивка. Очень плотная, из тонкой отожженной медной путанки. Рядом два сменных наконечника с разными соплами.

Кроме прочего, с ручки ободрал веселенькую термоусадку, заменил шток игольчатого краника на лучший, уплотнил его. Появился новый металлический маховичок взамен яркой пластмасски. В целом - суровый челябинский стимпанк.

Восстановил соединения. Всё электролизное оборудование с комфортом разместилось сбоку от рабочего стола с настольной стеклодувной горелкой и вытяжкой. На фото видны водяной затвор и осушитель, сам реактор с блоком питания рядом, в узкой щели за кирпичной печкой. Там же и удобная розетка. В кадре также бензиновый карбюратор для получения по месту горючего газа.

Babay Mazay, февраль, 2023 г.

Мы уже говорили о некоторых доработках самодельного электролизера. Здесь, еще одна небольшая переделка касающаяся уровня-показомера электролита. Без него или при его неправильных показаниях работать с аппаратом неудобно, а местами и опасно. Конструктивная ошибка вышла из-за других изменений по ходу изготовления, а уже перед самым запуском – «Ой где были мои глаза!».

Как было дело.

Изначально предполагалась конструкция модуля реактор-бак-отстойник пены с жестко пристыкованной вертикальной трубой работающей именно как: частично бак – нижняя часть, частично – отстойник щелочной пены – часть верхняя. Внутренняя полость этого аппарата проектировалась полностью пустотелой, а нетолстый полупрозрачный силиковый шланг, проложенный параллельно корпусу и сообщающийся с ним через два угловых штуцера, выполнял функцию «смотрового окна» для визуального контроля уровня электролита (Рис. 2).

Такая схема применена в аналоге [1], и по отзывам владельца не обеспечивала должного подавления стойкой и мелкодисперсной щелочной пены. Пена практически беспрепятственно переползала по газовым шлангам до следующего аппарата – водяного затвора и растворялась в рабочей жидкости – технической воде. Процесс это вредный – пена уносит из реактора, не расходующуюся при электролизе, щелочь. Один из возможных способов препятствовать этому – иметь в водяном затворе воду не техническую, но дистиллированную, такую, как и требуется для заправки реактора. При его подпитке, следует использовать эту воду и таким образом возвращать щелочь в реактор. Второй способ – принять меры к более эффективному подавлению пены уже в самом реакторе.

Где: 1 – реактор электролизера; 2 – внешний бак электролита; 3 – шланг-уровень; 4 – перфорированная металлическая перегородка; 5 – насадка-подавитель пены. Стрелками показана циркуляция электролита при работе аппарата. Здесь появился и штуцер подпитки водой.

В ходе изготовления электролизера была изучена и опробована на лабораторном макете специальная насадка-подавитель – плотно свернутый столбик из базальтового картона. Расположен он в верхней части трубчатого внешнего бака, на месте отстойника (Рис. 3). Показал себя подавитель неплохо – при обычной размеренной работе электролизера, фильтр не пропускает пену в отводящий гремучий газ шланг. Однако, появившееся местное сопротивление потоку газа, добавлю, для успешной работы фильтра - весьма значительное, сыграло злую шутку (Рис. 4).

При включении аппарата в замкнутом объеме под фильтром подавителем создается избыточное давление Р. Оно действует на газодинамическое сопротивление фильтра – путь вверх, и на столб электролита в баке - путь вниз, пытаясь вытолкнуть его через шланг уровня.

Результат такого неправильного включения шланга-уровня – электролит по нему часто выдавливает наверх, дополнительно пропитывая пористую насадку фильтра. При этом, быстрее образуется «вторичная пена», уже в самой, пропитанной электролитом, пористой насадке. К счастью, при изготовлении, ниже фильтра выточен и вварен небольшой резервный патрубок для подпитки электролизера расходующейся в работе водой. Несколько изменив включение уровня, удалось свести неприятность к минимуму и малой кровью. Повезло.

Что понадобилось для работы.

Набор некрупного слесарного инструмента, крепеж, мелочи.

К делу.

Схема нового включения внешних шлангов будет такой (Рис. 5).

Заглушить верхний угловой штуцер с минимальной возней и без вандализма, удалось надетым отрезком шланга и миниатюрным стеклянным пузырьком в роли пробки (Фото 7, 8).

Заглушил верхний угловой штуцер уровня, укоротил шланг уровня. Подключить укороченный конец шланга к штуцеру подпитки – лишиться в дальнейшем крайне полезной функции. Вышел из положения применив фабричный тройник из нержавеющей стали (Фото 9). Той самой – стойкой к крепкому раствору щелочи.

Свободный вход металлического тройника – для подпитки электролизера дистиллированной водой. Пока будет заглушен подручными средствами.

Новый укороченный шланг-уровень (Фото 10) – длиной, тем не менее, в полный рост бака для электролита. Доработка устранив недостатки прежней конфигурации сохранила возможность подключения аппарата для моментальной подпитки водой «на ходу», без сброса избыточного давления и потери газа.

Новые шланги выбрал диаметром, соответствующим тройнику, старый шланг уровня, снизу, несколько толще. Его пришлось уплотнить еще одним слоем – кусочком такого же силиконового шланга, но меньше диаметром.

Доработка все равно не позволяет точно увидеть уровень электролита при работе – как только внутри аппарата появляется избыточное давление, жидкость частично выталкивает и через шланг. Тем не менее, электролит по шлангу не переливается, разница давлений в «ветвях» стала много меньше и оценить расход воды можно и так. С отключенным и открытым состоянием, она разнится всего на несколько сантиметров.

Расход воды удобно засекать прицепив на прозрачный шланг обычную бельевую прищепку, подобно второй, управляемой снаружи, стрелке на барометре.

Литература.

1. Бондаренко Ю. Н. Изготовление газоразрядных источников света для лабораторных целей и

   многое другое. Глава 9. Электролизер для получения гремучего газа.

Babay Mazay, июнь, 2022 г. 

Самодельный электролизер для получения кислород-водородной смеси (гремучего газа) из водного раствора щелочи предназначен для домашней лаборатории-мастерской – высокотемпературный нагрев мелочей, в том числе и пайка твердыми припоями, подмешивание гремучего газа в газовоздушное пламя стеклодувных горелок для замены баллонного кислорода. Даже крохотный кислород-водородный факел крайне полезен в стеклодувном деле и вкупе с низкотемпературным широким подогревным пламенем, хотя бы и вульгарной инжекционной горелки нахлобученной на баллончик, позволяет вполне аккуратно и надежно спаивать стекло даже начинающему мастеру.

Мой стационарный электролизер в основном был готов еще лето назад и опробован в нескольких работах, для конструктивной пайки латунью и серебром. Электролизер был снабжен упрощенным импровизированным водяным затвором для предотвращения проскока пламени в случае обратного удара.

Бутылочный водяной затвор - классической системы, с погруженным в жидкость нетолстым шлангом и кроме простоты никаких преимуществ не имеет. Зато потенциально опасен, при включении прибора с хрустом расправляется надуваясь, после работы его следует отсоединять от реактора иначе тот насосется технической воды. К счастью, плотная медная набивка в ручке горелки предохраняет от обратного удара вполне надежно и аварий не было.

Авария случилась в другом месте – потек реактор.

Избыточное давление в реакторе выдавливает электролит - крепкую щелочь через малейшие неплотности. Здесь, виноват сам – применил наряду с хорошим новым листом резины для прокладок, и пяток их вырезанных из старой тракторной камеры. Несколько изъянов, как предположил, сожмутся при сборке, уплотняться. Ой где были мои глаза! Электролит на основе едкого натра сочится по стыкам и высыхая, и реагируя с СО2 воздуха превращается в соду. Все попытки залепить снаружи, через время, так или иначе, текли. Придется действовать радикально, делать нечего.

Что потребовалось для работы.

Набор слесарных инструментов, емкости, кисть, ветошь, мелочи, набор электромонтажного инструмента.

К делу.

Отсоединил силовые провода блока питания (БП) от реактора, отключил датчик давления. Снял БП на собственной раме, убрал деревянную изолирующую прокладку (на фото, зеленого цвета) и получил доступ к реактору.

Заливал через крупный шланг восходящего канала с пристроенной воронкой. Наливал полный реактор с лишком и подержав порцию воды с часик-полтора, взболтав сливал, заливал следующую порцию чистой воды. Можно было воду чуть подкислить для нейтрализации щелочи. Например, уксусом или серной кислотой.

В целом, все обстоит благополучно. На фото – удаленные дефектные «тракторные» уплотнители. Много неприятной очистки и отмывки, но душу греет будущая работоспособность полезного прибора.

Разложение воды из электролита идет при напряжении на ячейке 1,8…2,4 В. В изначальном наборе реактора БП обеспечивал напряжение несколько выше максимальной границы, и лишнее уходило в тепло. Пользуясь случаем, не только заменил дефектные прокладки, но и добавил в набор ячеек. Привез из города метр резинового листа ТМКЩ (тепло-морозо-кислото-щелочестойкий – ах, ах! - поцеловав кончики пальцев) нарезал из него и имеющихся обрезков дополнительные уплотнители.

Старые б/у резинки-уплотнители из-за сжатия слипаются с металлическими пластинами, но оторвать их без повреждений можно. Ряд пластин с резинками не разбирал – слипшимся блоком переставил в новый набор. Весь набор разделен на две параллельные секции – «+» в середине, «-» на крайних замыкающих пластинах-швеллерах. Ряд пластин с выводами изначально предполагались для питания реактора от каскада импульсных БП и не пригодились. В новом наборе пластины с выводами объединены в две одинаковые группы для возможной настройки – по 4 ячейки в каждой секции. При очень большой необходимости их можно закоротить при настройке (увеличится падение напряжения на каждой ячейке). При сборке б/у пластины слегка зачищал в местах герметизации, резинки очищал от мусора. Из-за дополнительных ячеек высота набора возросла, но к счастью, шпильки имели запас и его хватило. В собранном и хорошо стянутом реакторе заглушил открытые шланги, приспособил ручной автомобильный насос и тщательно проверил мыльной водой все стыки и уплотнения при рабочем давлении.

Собрал электролизер – установил на реактор деревянную площадку-изолятор, пристыковал и подключил БП и шланги. Шланг восходящего канала из-за утолщения набора пластин стал короток. Несколько удлинил его проставкой из куска стальной водопроводной трубы (Фото 16, отмечено). Этот временно отсоединенный шланг удобно использовать для первичной заправки реактора щелочью (на фото).

Чтобы затвор правильно работал в обе стороны, на 5л баллон нужно ~1,5…2 л воды.

Отремонтированный и восстановленный аппарат сохраняет избыточное давление, по крайней мере, трое-четверо суток, воздух в систему не попадает (полезно для щелочи), аппарат быстро готов к работе. На каждой ячейке падает - 2.2 В при сетевом ~230 В. От сети электролизер потребляет 1 кВт, но можно настроить (концентрацией щелочи) больший ток в реакторе, при этом несколько снизится долговечность пластин (?), увеличится пенообразование.

Babay Mazay, январь, 2023 г. 

Продолжим описание некрупного стационарного электролизера для домашней лаборатории-мастерской. Какой бы небольшой производительности не был у нас сам реактор, получаем мы в нем при разложения воды, обычно – смесь газов – водород с кислородом. Заметим – смесь стехиометрическую, т. е. в идеальных, для обратного соединения (при сжигании) пропорциях и замечательным образом перемешанную. Только огонек поднести. Такая смесь имеет говорящее название – «гремучий газ». Он горит с очень высокой скоростью и имеет огромную энергию взрыва. Гремучий газ редко получают иначе чем для сжигания и обратный удар здесь – явление очень вероятное. Полный комплект практического электролизера содержит кроме реактора еще и ряд вспомогательных сосудов-аппаратов для удобства работы, газоподготовки и конечно, безопасности. Подрыв любого из них опасен, но самый кошмар – взрыв внутри реактора. Он имеет принципиально более слабую конструкцию и наполнен горячим крепким раствором щелочи. Ее разбрасывание опасно для кожи, а дважды опасно для глаз, поэтому, в любом случае, работать следует, хотя бы, в защитных очках.

Хорошо бы газы сразу в реакторе и разделять. Это было бы и удобнее и куда как безопаснее. Однако, реакторы такого типа существенно сложнее и требуют доступа к станочному оборудованию и специальным материалам для мембран. 

Существуют специальные заграждения для волны пламени идущей по шлангам, большинство из которых малоэффективно для такой быстрой смеси и должно быть сделано из стойких к щелочи материалов. Громоздким и не слишком удобным, но весьма надежным защитным аппаратом здесь может быть водяной затвор – газ пропускается через слой жидкости, обычно, воды, и вероятное пламя отсекается.

Где – 1 – реактор, 2 – его блок питания, 3 – внешний бак электролита с фильтром-отделителем щелочной пены, 4 – питатель, 5 – реле давления, 6 – обсуждаемый водяной затвор, 7 – барботер с бензином, 8 – осушитель газа, 9 – тонкий фильтр сухой щелочи.

На схеме (Рис. 2) видно положение водяного затвора – перед реактором, если следовать по пути обратного удара.

Здесь нужно сказать и о существенном нюансе – при работе реактора, он неизбежно разогревается нагревая металлические элементы конструкции, электролит. После выключения все это остывает, создавая разрежение внутри и при подобном (Рис. 2, поз 6, 7) устройстве промывалок, способное затянуть их рабочие жидкости по шлангам в аппараты соседние. Техническая вода из затвора попадает в реактор и загрязняет электролит нежелательными примесями, бензин может попасть в затвор и при следующем цикле в реактор. Пресечь это безобразие можно отсоединяя шланги от аппаратов после окончания работы, что очень неудобно. Много лучше, применить промывалки специальной конструкции (Рис. 3) лишенные этого недостатка, работающие одинаково хорошо в обоих направлениях. В химии, такие аппараты известны как «склянка Тищенко».

Практически, перегородку в цилиндрическом сосуде удобнее и надежнее выполнить в виде еще одной трубы меньшего диаметра вставленную коаксиально.

Материаловедение. Крепкий раствор щелочи в реакторе налагает табу на применение меди и сплавов, алюминия. Стоек к ней никель, специальные сорта нержавеющей стали. Удовлетворительно работает и обычная черная сталь. Несмотря на работу затвора с обычной водой, щелочь в него, более-менее, но почти неудержимо, проникает в виде пены и накапливается.

Прочность. Гремучий газ – сильное взрывчатое и своенравное вещество, а промывалки заполнены рабочими жидкостями только частично. Остальное – он. Конечно, разлет их внутренностей не столь опасен как в реакторе с концентрированной горячей щелочью, но приятного мало. Практика показывает – баллон углекислотного огнетушителя подрыв выдерживает походя, такую же прочность имеют баллоны для сжиженного пропана, хотя форма у них менее удобная. Здесь, в качестве сосуда применен именно баллон огнетушителя (не порошкового!) емкостью 5 л. Черная сталь, все соединения сваркой.

Что потребовалось для работы.

Кроме материалов – набор слесарных инструментов, в том числе ряда электрических. Использован сверлильный станок, некрупная УШМ, сварочный инвертор с принадлежностями, ЛКМ, попутные мелочи.

К делу.

Несколько списанных но все еще заряженных углекислотных огнетушителя достались по случаю. Один из них опорожнил на зарождающемся пожаре у соседей. Отстоял оставшийся без присмотра деревянный дом-дачу – есть чем гордится. Трепанацию порожнему огнетушителю лучше всего делать на токарном станке, выходит быстрее, точнее и аккуратнее, но обошелся болгаркой с диском 125 мм.

На фото – разметка торцов. Перпендикулярность обеспечивает обернутый вокруг трубы лист бумаги, здесь, довольно формата А4. Края листа должны совпадать. Край листа хорошенько намелить.

Пожалуй, поэт бы еще и добавил, что ежели он что ни будь в чем ни будь понимает, то дыра – это нора, а нора – это кролик, но попал бы мохнатым пальцем в небо.

Электроды - ОК-46 марки ESAB Тюменского разлива. Диаметром 3 мм. Герметичный шов получается без труда.

Заготовка – отрезок стального прута. Осевое отверстие 3 мм диаметром просверлил на этом же станке, неподвижным сверлом, вращая заготовку. При точении работает станок настроенный на высокие, ~3000 об/мин, работает УШМ. После абразивного диска, неровности шлифовал наждачкой, подложив под нее кусок плотного войлока.

Брызги от сварки и некоторые неровности, по возможности, зачистил. Тем же абразивным кругом снял табельную огнетушительную краску вместе со всеми липучками и наклейками. В принципе, аппарат готов, но уж больно неудобно с ним обращаться – тяжелый даже без воды, гладкий и толстый. Не схватишь. Однако, ручка нужна!

Литература.

Самодельный стационарный электролизер небольшой мощности для домашней мастерской. Авторский конспект.

Babay Mazay, октябрь, 2022 г.

Настал наконец тот долгожданный момент, когда работоспособность результата долгих умозрительных экзерсисов и длительных слесарно-электрических работ можно проверить практически – пробным включением. Напомню, электролизер – целый комплекс аппаратов [1]. Некоторые из них служат для безопасности процесса, несколько – для подготовки гремучего газа (к сжиганию) – очистка, осушение, регулируемое насыщение углеводородами. В настоящее время готов реактор с блоком питания (БП) и автоматикой, специальная ручная горелка с микросоплом. Приняв некоторые меры предосторожности, можно заправлять, включать, настраивать.  

Что понадобилось для работы.

Набор некрупных слесарных инструментов, шланги, тара, реактивы, средства индивидуальной защиты (СИЗ), мелочи, контрольно измерительные приборы.

К делу.

Гремучий газ, а мой реактор простейшего пресс-типа «без разделения газов», другого получать не умеет, весьма взрывоопасен и имеет высокую энергию горения (взрыва). Поэтому первейшей задачей следует принять достаточные меры по предотвращению подрыва реактора. Он выполнен металлическим, массивным, сварным с избыточной прочностью, но проверять ее экспериментально не хочется. Подрыв такого реактора опасен, главным образом, разбрызгиванием электролита – концентрированной горячей щелочи. Особенно опасно ее попадание в глаза. Принятые меры (препятствие «обратному удару» пламени) таковы – водяной затвор и огнегасящая набивка из медной «путанки». Вкупе с постоянным избыточным давлением в «системе» меры представляются достаточными для безопасных испытаний.

Водяной затвор должен быть значительной емкости, иначе, при высокой производительности реактора, преграда пламени будет ненадежна. Достаточной, будет емкость 5 л наполненная на ¾. Здесь, временный одноразовый затвор выполнен из 5 л  ПЭТ бутылки. Его изготовление заключается во вклеивании в крышку двух пластиковых патрубков (Фото 2…4).

С огнегасительной набивкой из медной проволоки «путанки» пришлось повозиться – она нужна весьма тонкая и без лаковой изоляции.

Процитирую сам себя – «проскок пламени внутрь горелки и далее, как повезет, зависит от скорости распространения пламени, а она от многих факторов, но в первую очередь от состава газа. Наибольшая скорость распространения у водорода в смеси с кислородом. Скорость распространения сильно зависит также и от температуры смеси, на этом и основан способ препятствия проникновению пламени внутрь горелки – медная сетка или «глубокие» отверстия. Пламя, проходя через такую сетку охлаждается настолько, что гаснет. Существует понятие – предельное отверстие. Это максимальный диаметр «глубоких» отверстий, способных выполнять пламегасительную функцию и для разных газов он разный. Например, для бензиновых паров в воздухе, скорость распространения пламени которых невелика предельное отверстие ~0,9…1мм, но как только в систему проникает кислород или гремучий газ, существенно увеличивающие скорость распространения пламени, отверстия в защитной «сетке» придется делать много меньше. Предельный диаметр отверстий, к примеру, для гремучего газа ~0,3мм, что представляет некоторую трудность при изготовлении и эксплуатации». 

Лак-изоляцию с тонкой проволоки (обмоточный провод) смотанной с катушек старых трансформаторов удалить увы трудно – обычным обжигом в пламени – сгорает и сам провод. Воздействие распространенных сильных кислот и щелочей, даже при длительном кипячении, не выражено.

В качестве набивки применил имеющиеся ~полуметровые обрезки медных чулков – экранов. Проволока несколько толще (~0,15 против 0.1 мм), зато уже без изоляции и частично перепутанная. Из современных эквивалентов – можно попробовать оплетку в катушках для удаления избытка припоя. Для плотной набивки отжег ее – в хламе подобрал толстостенную бронзовую деталь (Фото 5) и намотал мои экраны плотно, слоями, с натягом, проволокой потолще закрепил конец. Положил на кирпичик, нагрел частями до малинового свечения (Фото 6).

Территориально набивка расположена в ручке горелки, для этого та снабжена присоединительной арматурой с достаточно крупным внутренним каналом. Первой забил порцию проволоки потолще – этакий жесткий пыж, чтобы тонкие волоски меди не попали в игольчатый кран (Фото 9).

Остальной комок заталкивал небольшими порциями, вращая ручку горелки для равномерности набивки. Порции утрамбовывал что было сил стальным прутиком, мягкая отожженная медь при этом превращалась почти в монолит. Газопроницаемость полностью заполненной таким образом ручки была не блестящей – сопротивление продуваемому ртом воздуху ощущалось изрядное, но тонкому соплу хватит.

Приготовление электролита, заправка реактора – дело нешуточное. Примерно рассчитан потребный объем электролита, подготовлены реактивы – дистиллированная вода из автомагазина и сухая чистая щелочь (Фото 10).

Из операционного пространства удалены все дети с мячами и скакалками и домашние животные. На руки резиновые перчатки, на глаза защитные очки, одежда сплошная, никаких фривольных нарядов вроде футболок или шортов с сандаликами. Растворял сухую щелочь в отмытом эмалированном ведре, всыпая понемногу в воду и непрерывно помешивая деревянным веслом (Фото 11). Наоборот, как и с серной кислотой, категорически нельзя – реакция экзотермическая, с сильным нагревом – вскипит и разбрызгается. 

Стандартная концентрация электролита с NaOH (с КОН другая) – 15%. Это означает, что в 10 л (кг) воды должно быть 1.5 кг сухой щелочи. Такой электролит считается наиболее благоприятным для стойкости стальных пластин-электродов и конструкций. Простейший расчет моего электролизера не учитывал площади пластин – ток через реактор получился чрезмерным и электролит пришлось разбавлять при настройке.

Пользуясь прохладной погодой ведро сильно горячей щелочи накрыто и выставлено остужаться на улицу. Заливать из него электролит в воронку (Фото 12) неудобно, пришлось переливать малыми порциями в меньшую тару с узким горлом (Фото 13).

При приготовлении крепкого раствора щелочи не повредит иметь рядом бутылку уксуса – нейтрализовать если попадет на кожу, и запас воды.

Заправленный обычной недистиллированной водой затвор-бульбулятор все равно имеет с литр пустоты при работе реактора заполняемой гремучим газом. Случись обратный удар - затвор его не пропустит, но и погибнет сам, бутылку конечно разорвет. Бронировал ее внешне – поместил в свой самодельный, людоедских размеров, котел, в котором по осени варим варенья на уличном очаге (Фото 14, 15).

Первое же включение показало – электролит слишком проводящий, ток от БП чрезмерно высок, пришлось разбавлять водой. Дистиллированной хватило на концентрацию щелочи дающей ток 25…30 А.

Что получилось.

Реакция разложения очень бурная, фильтр отделитель щелочной пены в верхней части колоны за пол часа работы вел себя безупречно – в отводящем газ шланге не было ни намека на пену. Автоматика работает правильно.

Для сопла горелки 0,7 мм газа слишком много, при сильно открытом кранике горелки, факел задувает – можно делать более мощную горелку или наконечник с диаметром, скажем, 0,8 и 0,9 мм. Факел – тонкая длинная игла, начинается вне сопла. Пламя «жесткое», с передувом, нормальной длиной около 150…170 мм, голубовато-прозрачного цвета. Регулярно и часто окрашивается оранжевым – таки попадают частички щелочи (Фото 16). При закрытии краника горелка гаснет с негромким но отчетливым хлопком. Понять, работает ли это набивка в ручке или само сопло, трудно.

Литература.

Электролизер для домашней мастерской. Авторский конспект.

Babay Mazay, апрель, 2022 г.

Речь идет об удобной коробочке для милливольтметра работающего с токоизмерительным шунтом - в блоке питания небольшого стационарного электролизера для получения гремучего газа. Конструирование контрольно измерительных приборов (КИП) тесно переплетается и с эргономикой – наукой об удобной, для человека-оператора, эксплуатацией. Несколько слов об этой стороне дела.

Даже в простой конструкции реактора электролизера можно отметить целый ряд параметров пригодных для контроля, однако, при вдумчивом осмыслении, большая их часть может быть измерена либо на этапе запуска-отладки аппарата - разово, либо периодически, во время нечастого регулярного техобслуживания. Их изменение во время нормальной работы, при надлежащем исполнении конструктива и электромонтажа, маловероятно. Более того, обилие индикации и приборов, хотя и выглядит празднично, но затрудняет восприятие. Напротив, минимум больших информативных приборов позволяет оценить ситуацию издалека и даже при беглом взгляде.

В этом смысле волевым решением принят единственный стрелочный измеритель-«показометр» потребляемого реактором электрического тока. Измерительная часть амперметра – токовый шунт, установлен в управляемом выпрямителе блока питания (БП), часть индикаторная – милливольтметр, вынесен на недлинной штанге вверх, этаким светофорно-перископным образом. Своеобразная конструкция исходит из размещения реактора с БП в мастерской – вблизи рабочего стола, но за массивной кирпичной дровяной плитой. Это снизит вероятность душа из разлетающейся горячей концентрированной щелочи (электролит) при гипотетическом разрушении реактора от подрыва (обратный удар). Амперметр обращен лицом в сторону «оператора» и вынесен вверх. Достаточно чуть повернуть голову.

Что понадобилось для работы.

Кроме микроамперметра и нескольких резисторов, нетолстый листовой алюминий, набор некрупных слесарных и столярных инструментов, набор для электромонтажа, мультиметр, лабораторный регулируемый БП, клей, ЛКМ, крепеж, мелочи.

К делу.

В милливольтметр постоянного тока превратил микроамперметр с пересаженной магнитоэлектрической системой – добавив последовательно, рассчитанный резистор. Действовал так – имея выпрямитель с силовым трансформатором, подобрал подходящую мощную нагрузку, соединил нетонкими проводами. Последовательно с нагрузкой включил фабричный мультиметр в режиме амперметра (до 10 А). Вторым мультиметром замерил падение напряжения на встроенном измерительном шунте. Применив закон тов. Ома, рассчитал сопротивление шунта.

Зная сопротивление шунта и применив тот же закон Ома, рассчитал значения напряжений на шунте при больших токах в нужном диапазоне.

Зная ток полного отклонения стрелки микроамперметра и максимальное подаваемое от измерительного шунта напряжение, рассчитал добавочное сопротивление. Более-менее точно, удалось его подобрать из двух разных параллельно включенных МЛТ-2 (Фото 23).

Собрав из двух резисторов делитель напряжения и подавая через него регулируемое контролируемое стабилизированное напряжение от лабораторного БП (Фото 2), проградуировал шкалу прибора – записав показания, а после, забелив во вскрытом приборе имеющиеся цифры канцелярской замазкой-корректором, записал новые спиртовым маркером. Выделил соответствующим цветом сектора шкалы (Фото 3).  

Значения надписаны тонким спиртовым фломастером поверх старых, замазанных белой пастой. Цветные сектора сделал широкими художественными фломастерами реквизированными у дочери.

Прозрачная лицевая крышка прибора с арретиром приклеивается, для этого конструкция имеет специальный конусный паз. После проверки работоспособности измерительной головки собрал ее. Заполнил паз китайским силиконовым герметиком для радиомонтажа (Фото 4).

Штангу для измерительной головки сделал из отрезка нетолстой квадратной трубы. Притупил острые края железки, в два слоя покрасил ее сереньким грунтом-эмалью. Разметил и просверлил пару отверстий для крепежа к элементам конструкции БП электролизера. Понадобившиеся длинные винты М3 заменил на самодельные шпильки. Пару таких шпилек сделал из огарка электрода УОНИ (марки ESAB, Россия, г. Санкт-Петербург) – сбил с электрода обмазку, остатки удалил плоскогубцами. Зажав чистый хвостовик в патроне шуруповерта отшлифовал стержень-заготовку несколькими номерами некрупной наждачки, напильником сделал фаску. Подобрал лерку, нарезал резьбу (Фото 5…7).

Боковые стенки коробки прибора сделал из нетолстой березовой дощечки (Фото 8…10).

Лицевую и заднюю стенки сделал из нетолстого листового алюминия – остатков старых кровельных листов доставшихся по случаю. Толщиной около 1 мм. (Фото 11…14).

Перед сборкой коробки разметил и просверлил в деревянных боковых стенках три отверстия – пару для крепежа к штанге, одно для двух кабелей – напряжение с шунта и питание подсветки шкалы. Сверлил на станке, спиральным сверлом по дереву, на больших оборотах. При этом в плотной древесине получаются аккуратные отверстия без сколов и лохмотьев.

Нетолстые гвоздики дополнительно укорачивал – откусывал у шляпки оставляя 6…7 мм. Их тупые концы – дополнительная страховка от раскалывания тонкого дерева, его волокна они не раздвигают а вминают. Держал пинцетом, работал маленьким молоточком на стальной плите.

Козырек и подсветка прибора сделаны как для удобства наблюдения, так и как дополнительный индикатор работоспособности низковольтной сервисной части выпрямителя. Весь аппарат расположен в темном месте, более того, его основное применение – поставка гремучего газа для настольной стеклодувной горелки, комфортная работа на которой подразумевает полумрак (удобнее различать зоны пламени и цвета нагрева стекла). Козырек служит и основанием для маломощной светодиодной ленты и ее теплоотводом.

Готовая коробка в сборе установлена на ноге-штанге БП электролизера, кабели проложены по элементам конструкции и закреплены пластиковыми ремешками. Длина кабелей уточнена по месту, лишнее обрезано. Концы кабелей разделаны и подключены к нужным точкам выпрямителя.

Литература

Электролизер для домашней мастерской. Авторский конспект.

Babay Mazay, апрель, 2022 г.

Предложенный источник питания – низкочастотный (НЧ), значительной мощности и может быть применен в домашней мастерской или лаборатории как блок питания (БП) небольших установок для высокочастотного (ВЧ) нагрева, трансформатор БП может питать низковольтные маломощные лабораторные печи, например, для водородного отжига, миниатюрные вакуумные печи, индукционные катушки и другие подобные приборы. Здесь, БП сконструирован, в основном, для питания электролизера (для разложения воды и получения гремучего газа) небольшой мощности. 

Назначение БП во многом определило его облик – кроме электрических параметров, это выпрямитель с удобным управлением, открытое исполнение, места и конструкция внешних вводов-выводов. Кроме этого, конструктивно БП собран на специальной стальной раме удобно расположенной поверх основного узла электролизера - реактора с трубой бака и фильтром отделителем щелочной пены, стыкующийся с ним. Такое расположение укорачивает сильноточные соединения и уменьшает потери в них, дает возможность сделать тяжелый аппарат до некоторой степени мобильным.

Что потребовалось для изготовления.

Набор слесарного инструмента, в том числе и небольшой сварочный инвертор с принадлежностями; набор слесарного инструмента и инструмента для электромонтажа. Комплектующие и материалы, железки из металлолома, крепеж, ЛКМ, ветошь, мелочи.

К делу.

НЧ трансформатор для БП электролизера применил трофейный – доставшийся по случаю, от самодельного зарядного устройства для автоаккумуляторов (Фото 2, 3).

Первым делом поставил, и без БП тяжелый и неудобный для перемещений, реактор на колесики (Фото 4). «Тележку» - отрезок квадратной трубы с парой фабричных колес, сто лет назад сделал для перемещений деревообрабатывающего станка. Теперь, отыскал давно ненужную железку в хламе и зачистил от ржавчины, укоротил – вырезал кусок трубы в средней части, сварил оставшееся встык. Подготовил и приварил тележку к крайнему торцевому профилю реактора. 

Два колеса и три опорные точки позволяют в одиночку перекатывать тяжелое устройство по ровной поверхности; достаточно устойчиво и не катается самостоятельно. В дно трубы вварена крупная соединительная гайка. Ввернув в нее недлинный болт, при необходимости, можно регулировать им наклон аппарата. 

Изолятор.

Реактор пресс-типа (из стянутого пакета пластин с резинками-изоляторами) подразумевает пропускание электрического тока через элементы конструкции. Открытые выводы пластин реактора несколько утоплены между торцевыми профилями, замыкать которые, в общем случае, нельзя. Металлическая рама БП должна быть от них изолирована.

Сплошной изолятор сделал из плотного дерева – основание-пластину из 15 мм фанеры, бортики из березовых брусочков. Выпилил заготовки, собрал на саморезы и столярный ПВА.

Деревянный изолятор плотно сидит на выступах торцевых профилей реактора, к железкам он прикреплен двумя парами недлинных болтиков М6 с широкими – «кузовными» утопленными шайбами (Фото 8).

Для металлической рамы БП подобрал в своих закромах железки, срезал лишнее, зачистил от ржавчины. Основную часть сварил на живую нитку по месту (Фото 9) – закрепив на изоляторе, небольшими точками, чтобы не слишком горело дерево. 

Модуль управляемого выпрямителя находится сбоку от трансформатора и расположен стоя. Для него также по месту вварены пара вертикальных кронштейнов из нетолстой стальной квадратной трубки. Из этой же трубки сделал и ограничители (Фото 10, 11).

Реактор электролизера имеет несколько вариантов подключения, с несколькими вариантами напряжений и тока. В одних случаях требуется напряжение меньше и работать будут только трансформатор с выпрямителем, в других больше, и тогда, им в помощь, понадобится батарея оксидных конденсаторов. Им будет удобно на специальном кронштейне над трансформатором.

Конденсаторы при формовке соединены параллельно. Измеряя напряжение до и после резистора контролируем процесс – как только станет равным, можно выключать. Дело небыстрое - мои наращивали изоляцию полторы недели.

Сборка.

Покрашенные в два слоя рама и изолятор досохли – можно собирать.

На фото хорошо видна специальная конструкция реактора, для подобной установки БП – «на голову» - удлиненные вверх торцевые заключительные профили, выведенные вбок выходной патрубок со шлангом.

Установил и закрепил мелкими винтиками модуль выпрямителя. Для основного соединения с трансформатором сделал пару мощных проводов, аналогично соединениям в выпрямителе – зачистил наждачкой нетонкий медный обмоточный провод, нарезал кусками и залудил. Собрал в два пучка, изолировал тремя слоями термотрубки, сформовал и впаял (Фото 15).

По необходимости, место пайки осторожно (канифоль, может вспыхнуть и засажить место пайки) подогревал строительным феном. После остывания заизолировал липкой лентой.

Являясь по своей природе, человеком довольно рассеянным, при подобных работах стараюсь как можно чаще проверять сделанное пробным включением, тогда ошибки выявляются гораздо раньше, исправлять их значительно проще. В данном случае интересно было явно увидеть сколько каждое плохое соединение съедает электричества – к выходному напряжению прирастало вольт-два буквально после каждой пайки, и это при весьма умеренной нагрузке. 

Все их зачистил-залудил и свел в два пучка – выводы от мощного трансформатора, его маломощного «сервисного» брата из выпрямителя, выводов сетевого шнура и вишенкой – неоновой лампочкой из сломанного электрочайника – уже с сопротивлением и по самую маковку заделанной в термотрубки. Пучки скрепил нетолстой залуженной проволочкой и тщательно пропаял. Изолировал двумя слоями термотрубок.

Выводы от выпрямителя к пластинам реактора сделал из нетонких проводов с моножилой, заканчивающихся клеммами-наконечниками «под винт». Для параллельного соединения двух секций пластин реактора, понадобилось четыре провода. Провода в клеммы впаял (Фото 18).

Все перемазал флюсом-пастой для огневой пайки, грел небольшой горелкой, паял свинцовым ПОС-61.

Отмытые и высушенные места пайки закрыл несколькими слоями термотрубки.

На внешней стороне стенки модуля выпрямителя, закрепил колодку с парой винтовых клемм – для подключения внешнего герконового датчика давления. От колодки к схеме управления, по элементам конструкции провел провод в тройной изоляции (Фото 20).

Babay Mazay, апрель, 2022 г.