Проектирование электролизёра полезно начать с прикидок:

• А для чего он нужен, какая производительность газа (гремучего) желательна? Мне думается, производительность рассчитать для любителя нереально. Проще подступиться к вопросу со стороны мощности. Например, для мелких ювелирных работ и домашних поделок вполне может подойти аппарат с потребляемой реактором электрической мощностью 500 Вт. Для газовой сварки различных металлов в бытовых условиях можно ограничится мощностью 1000...2000 Вт. Думается, в этом вопросе можно ориентироваться на мощности электродуговых сварочных аппаратов.

• Исследованиями установлено, что разложение воды в электролизной ячейке (пространство между двумя электродами) начинается при напряжении между ними 1,5 и более вольт. На практике оптимальная величина напряжения между парой пластин выбирается в интервале 1,8...2,5 В. Заметное газообразование на поверхности стальных пластин начинается при плотности тока более 10 А/м.кв = 0,1 А/дм.кв. Для рабочего режима максимальную плотность тока можно принять равной 10 А/дм.кв.

• Теперь исходя из требуемой мощности электролизёра можно рассчитать суммарную необходимую площадь электродных пластин. В расчётах будем принимать межэлектродное напряжение равным 2 В. Тогда для пятисотваттного электролизёра потребуется суммарная площадь 500/20 = 25 дм.кв. Для достижения мощности 2000 Вт уже потребуются пластины с суммарной площадью 100 дм.кв.

• Дальнейший расчёт определяется желаемой конфигурацией (размерами) реактора и схемой питания электролизных ячеек. Эта часть расчёта наиболее увлекательная и творческая. Я её пока не подготовил.

Конструирование
Вариантов конструкций электролизёров много, и с ними легко можно ознакомиться в Сети. Но для себя каждый выберет какой-то свой, наиболее подходящий по тем, или иным причинам. Конечная конструкция может быть обусловлена, например, следующими факторами:

• Наличием готовой подходящей герметичной ёмкости для размещения в ней электролизных ячеек, необходимостью изготовить такую ёмкость самостоятельно, или отказом от внешней ёмкости для реактора и использованием герметичных электролизных ячеек.

• Использованием уже готового источника питания с известными параметрами для электролизёра или изготовление собственного.

• Наличием необходимых материалов, инструментов и оборудования для самостоятельного изготовления электролизёра.

Я остановился на готовой герметичной пластиковой ёмкости, которую нашёл в магазине в отделе кухонных принадлежностей. Вариантов там было несколько и я выбрал подходящий по геометрии и объёму (габариты 13 х 8 х 12 см, внутренний объём около 1,5 л). А геометрия мне была важна для того, чтобы вписать реактор в имеющийся пустой стальной корпус, в котором будет смонтирован весь электролизёр. Силиконовую трубку 4 х 6 мм длиной 10 м я уже получил от Али. Уже на подходе манометр, разъёмы для трубки и предохранительный клапан для аварийного сброса давления на 2 атм.
Теперь буду нарезать пластины для электролизных ячеек. Их количество выбирал исходя из напряжения источника питания электролизёра, который сделаю сам. А потому он будет максимально простым и дешёвым. Питание будет бестрансформаторным напрямую от сети 220 В через диодный мост. В этом случае ток через ячейки при заданной мощности будет минимальный, а значит и диодный мост можно использовать самый дешёвый. Сглаживать напряжение питания нет никакой необходимости, поэтому электролиты не требуются. Но что обязательно будет, это регулировка напряжения (мощности) питания, что делается совсем просто.
Итак, действующее напряжения 220 В, напряжение на одной ячейке 2 В. Отсюда количество ячеек 110 шт, или пластин 111 шт. Но за счёт электронной регулировки напряжения его можно снизить, и тогда уменьшиться и количество пластин. Отсюда делаю вывод – сколько войдёт ячеек по длине ёмкости, столько пластин и будет.
Длина моей коробочки внутри около 120 мм. Осталось узнать толщину ячейки. Она равна толщине металлической пластины плюс толщину диэлектрической проставки. Пластины нарежу из кровельной оцинкованной жести, толщина которой 0,5 мм, а в качестве проставки использую деревянные спички толщиной 2,2 мм. Итого ячейка получится толщиной 2,7 мм. Делим 120 на 2,7 и получим 44 ячейки. Маловато будет. Но ячейки можно расположить в коробе в два ряда змейкой, разделив их диэлектрической перегородкой. Тогда в сумме будет 88 шт.
Никаких стяжек для ячеек делать не буду, а соединю их между собой силиконовым клеем (герметиком) в местах, где будут спички. Нагрузки на пластины никакой не будет, т.к. они будут просто лежать на дне коробки. Знаю, что пластины надо делать из нержавейки, или чистого железа. Как поведёт себя цинк в электролите, я не знаю. Делаю этот вариант просто на пробу. А дальше в случае необходимости закажу нарезать пластины из нержавейки. Пока всё. Позже сделаю рисунок расположения электролизных ячеек в реакторе.

Отредактировано ВиНи (2022-05-09 22:28:32)

Вот нарисовал вид на пластины сверху. Ток через них протекает последовательно. В промышленных электролизёрах используется именно последовательное питание ячеек с целью уменьшения тока питания.

С точки зрения уменьшения тепловых потерь в электролите желательно расстояние между пластинами делать минимальным, но в тоже время позволяющим газам свободно выходить из ячеек. Я не знаю, как дерево ведёт себя в щелочном растворе. Может раствориться? Надёжнее использовать резиновые проставки, например от автомобильной камеры. тогда и зазор между пластинами несколько уменьшится.

По поводу обязательного отделения каждой ячейки от общего электролита в ванной сомневаюсь. На газообразовании это никак не сказывается. Масса примеров в Сети, где экспериментаторы это не соблюдали. Да и искрение в ванной исключено. Откуда ему взяться? Все пластины полностью погружены в электролит.

Вот вид китайского электролизёра.

И что удивительно, так это металлический корпус реактора. Пластины через электролит "звонятся" на корпус реактора. Величина сопротивления плавающая и зависит от величины напряжения. В режиме прозвонки диодов сопротивление сотни Ом, а при измерении сопротивления - тысячи. реактор разобрать невозможно, т.к. он сварной, что видно из фотографии.
Теперь попробую подать на его электроды короткие высоковольтные импульсы 300 В. Но источник пока не подготовил. Возможно завтра поэкспериментирую.

     Вот я и попробовал питание реактора от высоковольтных импульсов. Идея рабочая. Схема эксперимента:


     Схема формирует короткие импульсы, которые можно было регулировать в интервале примерно 2...20 мкс. За точность не ручаюсь, т.к нахожусь сейчас на даче и пишу из памяти. Да цифры и не больно важны. Саму схему использовал готовую из старой платы источника питания. Сразу подчеркну, что в схеме нет конденсатора фильтра после диодного моста. Просто хотелось побыстрее проверить идею и лень было возиться с этим конденсатором. Вот что я целенаправленно изменил в этой схеме, так это поставил в качестве верхнего транзистора VT1 полевик с током стока, значительно большим, чем у VT2 (IRF710), поскольку от последнего вообще мало что требуется.
     Необходимость подключения реактора к генератору импульсов не напрямую, а через индуктивность L1, была понятна сразу. А иначе генератор работал бы просто на КЗ, т.к. сопротивление реактора составляет единицы Ом. Сначала использовал дроссель на кольце с толстой обмоткой из провода 1,5 мм от компьютерного блока питания. Так он разогрелся, как печка. Тоже понятно почему - большой постоянный ток подмагничивания феррита. В итоге остановился на кусочке от ферритовой антенны 8 мм длиной около 4 см. Обмотка состояла из одного ряда провода 0,5 мм. Вот это оказалось то, что нужно.
     Схема работала замечательно, но не долго. Не потому, что что-то бахнуло, а просто сильно грелись VT1 и сетевой мост VD1. Последний явно сюда не годился, т.к. рассчитан на ток всего до 1 А, а амперметр по сети показывал около трёх ампер. Такой же ток по сети был и у китайского электролизёра. Ну и верхнему транзистору греться сам бог велел, т.к. импульсный ток в нём составляет сотни ампер.
     И напоследок резюме. Приведённая схема много проще и дешевле, чем штатная в промышленном китайском электролизёре. Но  в нём её использовать нельзя, т.к. питание реактора гальванически связано с сетью, а его корпус металлический. Значит сеть напрямую сидит на корпусе прибора. Такую схему можно использовать только для реактора с диэлектрическим корпусом!
     Конечно надо поставить после сетевого диодного моста ёмкость, чтобы сильноточные импульсы не бегали по диодному мосту и питающей сети. В цепи сетевого питания нужен противопомеховый дроссель, ну и далее, что жизнь подскажет. Самый дорогой компонент в этой схеме - VT1. Думаю, что это не сильно разорительно, ради простоты источника питания и реактора. При такой схеме питания количество пластин можно выбирать исходя из габаритов имеющейся ванны.

Интересная схема. Спасибо, попробую.

Ну в чём здесь могут быть особые опасения? Только, если кто-то из пользователей полезет внутрь работающей установки. Так это в любом электронном изделии, питающемся от сети, опасно. Чем такой вариант электропитания опаснее других? Знаю и хорошо помню, что некоторые радиоприёмники и телевизоры в советское время имели бестрансформаторное питание от сети  ~127 В. Их металлическое шасси находилось всегда под напряжением. Но это не мешало промышленности массово выпускать такие изделия (в том числе и за рубежом). Так и в этом случае. Грамотное исполнение конструкции вполне обеспечит электробезопасность для пользователя.