В том, что нескольких литров воды достаточно, чтобы получить высокотемпературное пламя (200° С), убедится каждый, ознакомившись с описанием устройства разработанного мною электролизера. Большая температура факела обеспечивает паяние черных и цветных металлов практически любыми тугоплавкими припоями или самим металлом (сварка). Высокая концентрация тепла в узком пятне позволяет прожигать, например, в тонкой листовой стали отверстия Ø 2 мм и более, вести термическую обработку инструмента, выполнять фасонный раскрой тонкой листовой стали. «Водяной» горелкой можно обрабатывать эмали, керамику, стекло, в том числе кварцевое. Для этого, правда, температура факела увеличивается на 5000° С (способ здесь не описывается). Получаемый факел бесшумен, отсутствие углерода в его составе обеспечивает бездымность. В качестве отхода горения образуется просто перегретый водяной пар, не имеющий цвета и запаха. В расчете на изготовление прибора силами любого умельца предлагается предельно простая конструкция, в которой нет баллонов, редукторов, вентилей и сложной горелки. Основная часть устройства — электролизер; он состоит из ряда герметических полостей, образованных электродами, прокладками между ними и платами. Герметизация набранного таким образом пакета осуществляется стяжкой болтами. Через заливную трубку полости заполняются электролитом; уровень его ограничивается верхним торцом трубки. Отверстие, находящееся в нижней части каждого электрода, служит для равномерного заполнения электролитом каждой полости. Нижний патрубок предназначен для опорожнения полостей. Обе трубки герметично закрываются. При электролизе образующаяся газовая смесь кислорода и водорода через отверстие, находящееся в верхней части каждого электрода, направляется в отстойник, разделенный на дво части перегородкой. Из него смесь поступает в водяной затвор через штуцер и шланг, барботирует (проходит) через слой воды и по шлангу поступает в горелку Не менее важная часть устройства — водяной затвор. Он служит для отделения подводящего и отводящего газ шлангов столбом воды высотой 120—150 мм, через который газ барботирует. Затвор надежно защищает электролизер от случайной вспышки газа в шланге горелки. Его корпус изготовлен из металлической трубы Ø 100 мм, заваренной с обоих концов. Через патрубок заливается вода до верхнего контрольного уровня. Кран находится на нижнем продольном уровне. Решетка служит опорой фильтра, изготовленного из любого гранулированного негорючего материала. Фильтр предотвращает унос влаги газом. Газоприемная трубка заканчивается обратным клапаном обычной конструкции. В корпус вмонтирован также обратный клапан с раструбом, срабатывающий при случайной вспышке газа.
Автоматический выключатель напряжения — самодельный. Он состоит из корпуса, контактора и резиновой груши. Полость последней соединена с полостью водяного затвора. При превышении давления в системе груша раздувается и нажимом на рычаг контактора отключает прибор от электросети. Электросхема выпрямителя состоит из следующих элементов: лабораторный Рис. 3.Блок-схема выглядит так: автотрансформатор — ЛАТР 2 кВт (т1), трансформатор понижающий 220/65 В (т2), мост на диодах на 15 А (любой конструкции (V1...V4), плавкий предохранитель на 20 А(F1), амперметр (шкала не менее 15 А(PA1), вольтметр 65B (PV1) . Выпрямитель подключается к электролизеру биполярно, как указано на схеме.
Сеть 220 В → Выпрямитель → Электролизер → Водяной затвор → Горелка Расчет и изготовление В соответствии с законом Фарадея при электролизе количество выделенного вещества пропорционально силе тока. Теоретически каждые 2В,7 А дают 11,7 л водорода и 5,85 л кислорода. Практически выход по току никогда не бывает 100%. Падение напряжения на каждой паре электродов (расчетное) составляет 2 В. Плотность тока на 1 дм2 площади электрода зависит от времени непрерывной работы электролизера и составляет от 2 до 5 А. Простота конструкции позволила сократить количество основных деталей до трех: электрода, прокладки, платы. Электрод — листовое декапированное или трансформаторное железо 250X250 мм толщиной 0,3—0,5 мм (32 шт.). Прокладка — резина средней твердости (фланцевая), кольцо Ø 220 Х Ø 250 мм, толщина — 4—6 мм (31 шт). Плата — любой изоляционный материал (листовой) 300X350 мм, толщина не менее 20 мм (2 шт.). Стяжные болты — М12 из стали 45, длина — по месту (не менее 4 шт.). Электролитом служит 22% раствор едкого натра (NаОН) в дистиллированной воде. По мере его расходования (общее количество 4 л) добавляется в электролизер только дистиллированная вода. Перед заливкой электролита нужно испытать герметичность собранного электролизера, заполнив его под давлением водой из городского водопровода; малейшие подтеки тщательно устраняются. При работе электролизера нельзя допустить нагревания электролита выше 65°.
Рис. 4. Схема горелки. 1 —штуцер для шланга к горелке, 2 — рукоятка горелки, 3 — огне гасящая набивка, 4 — полая игла Ввиду постоянства состава газовой смеси, выдаваемой электролизером, упрощаются и требования к горелке. Ею может быть обыкновенная инъекционная игла от медицинского шприца, точнее, набор игл разного диаметра, от 0,3 до 1 мм. Игла крепится на конусе штуцера рукоятки так, как и на шприце. Рукоятка горелки представляет собой отрезок трубки, к которой через штуцер и шланг подводится газ от водяного затвора. Внутрь рукоятки помещается плотно огне гасящая набивка в виде мелкой металлической ваты или стружки и дроби . Простой способ Фарадея - водяной пар (орто пара водород) проходит над раскаленной металлической стружкой разделяется на водород а кислород железо превращает в ржавчину . Но для восстановления железа (Лавуазье опилок древесных добавил в стружку металлическую )
В качестве шлангов используется хлорвиниловая трубка Ø 4—5 мм. Рекомендации по технике безопасности Следует помнить, что смесь водорода с кислородом, выдаваемая электролизером, — взрывоопасна! Однако сам прибор при тщательности его исполнения и аккуратности работы с ним никакой опасности не представляет. Это достигается тем, что отсутствуют промежуточные емкости значительного объема; газ нигде не накапливается: сколько его вырабатывается, столько же одновременно потребляется факелом. Однако категорически недопустимо заполнять получаемой газовой смесью какие-либо емкости для любых технологических целей, и тем более надувные детские летающие шары. Ни в коем случае нельзя также проверять герметичность соединений в конструкции электролизера пламенем свечи, спички и другим открытым огнем; недопустима и работа без заливки воды до верхнего контрольного уровня в водяном затворе или без систематической проверки наличия в нем воды, залитой перед началом работы. Опасно также снижение уровня электролита. Нужно постоянно добавлять дистиллированную воду по мере расхода электролита. При изготовлении электролита следует работать в защитных очках и резиновых перчатках. Гасить рабочий факел пламени нужно не выключением электропитания, а опусканием иглы в емкость с водой, иначе последует перегрев иглы и она выйдет из строя. Оператор должен работать с горелкой в светозащитных очках. В заключение несколько слов о перспективах. Конструкторам известно о том, что нет машин, аппаратов, приборов, не поддающихся совершенствованию. Это относится и к электролизеру. Здесь можно, например, в выпрямителе обойтись без ЛАТРа и трансформатора, без снижения эксплуатационного качества; в самом электролизере — без резиновых или иных прокладок; режим работы перевести в непрерывный; повысить температуру факела с 2000 до 3000°. На необъятной территории СССР немало мест, сезонно отрезанных бездорожьем или слишком отдаленных от баз снабжения. Для работающих в таких условиях автор разработал модель электролизера, выдающего газ под давлением, специально для выполнения разовых, например аварийных, работ с большой мощностью факела. Надеюсь совместно с заинтересованными читателями провести широкую проверку этой, как мне кажется, перспективной, разработки. Используя принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи, описанный в журнале «Модалист-конструктор» № 7 за 1980 год, я решил сделать более простой и компактный аппарат, удобный для работы с небольшими деталями, при пайке твердыми припоями. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электропитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной. Относительно небольшая, но вполне достаточная производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожаро- и взрывобезопасность.
Для тех, кто незнаком с предыдущей публикацией, напомню устройство электролизера. Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaOH. Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода. Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор.
Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1:1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку — иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800° С. Для плат электролизера я использовал толстое оргетекло. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду. Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6—0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5—6 мм должна быть 2—3 мм. Кольца, предназначенные для герметизации внутренней полости и электрической изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, и все же идеальный для этого инструмент — «кругорез-универеал», описанный в «М-К» № 4 за 1985 год. Четыре стальные шпильки М8, соединяющие детали, изолированы кембриком диаметром 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия диаметром 11 мм. Количество пластин в батарее — 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением — из расчета 2В на пластину. Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток меньше, но лучше применять 4—8-процентный раствор — при электролизе он не так пенится.
Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов ВЛ-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5 А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки — иглы с внутренним диаметром 0,6 мм. Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем — так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе. Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизера. Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок диаметром 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой. Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой диаметром 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю — с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой — с форсункой-иглой. Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ. Если вам необходима большая производительность — увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания — с ЛАТРом и простейшим выпрямителем. Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно. Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600 °С. Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1:1. Однако в последних случаях следует
не забывать пополнять и содержимое водяного затвора. Теперь когда вы собрали электролизер приступаем к системе управления. Электролизер запитывается постоянным током на две крайние пластины, из расчета 2-3 вольта на пластину. Регулировать повышение и понижение напряжения, а значит и мощности пламени можно ЛАТРом Покупайте мощный на 9 ампер. Цепь такая: из розетки на ЛАТР, с него на диодный мост (купите в магазине радиодеталей) где то 150 вольт на 20 ампер, и с моста постоянный ток на электролизер.Теперь делаем водный затвор. Он предотвращает «затягивание» пламени в электролизер. Почему это происходит. Газ Брауна очень активен и может гореть и без доступа кислорода, поэтому если упадет давление пламя затянет в горелку и произойдет хлопок, ничего страшного, но не приятно. Поэтому водный затвор полностью исключает эту возможность Еще одна важная функция затвора это смягчение пламени (изменение его температуры и свойств). Это достигается добавлением в воду немного бензина Б-70 или ацетона. Если пламя мягкое его ни когда не затянет. Те кто боится взрывоопасности подобной горелки не бойтесь. Вы никогда не накопите достаточно газа хоть для какой то маломальски опасной неприятности. В этом смысле бензиновая или газовая горелки гораздо опасней. Я это утверждаю потому, что работаю ей больше 20 лет и знаю, что говорю. Водный затвор делайте из металлических составляющих. Пробку делайте герметичной. Можно сделать на баллоне выносной уровень воды, но это не обязательно. Тем более, что вода из баллона не убывает, а прибывает за счет паров воды в газе. Каждый раз по мере ожесточения пламени (красное пламя) добавляйте в воду смягчитель (Б-70). Но много не лейте, а то пламя будет слишком мягким (голубое пламя) не сможете паять, кроме тех случаев когда вам это специально необходимо (пайка мягким припоем).Предлагаю вам более усовершенствованную схему водного затвора. В нем жесткость и мягкость регулируется вентилем. То есть избыточное давление сбрасывается в баллон с бензином и позже пары бензина смешиваются с основным газом перед горелкой. Это очень удобно. Первый баллон исключает утечку воды из затвора в электролизер. Это происходит иногда когда при долгой работе вода в электролизере закипает и при остывании создается обратная тяга и вода может перетечь в электролизер осушая водный затвор. Если не поленитесь и сделаете такой водный затвор. Работа будет очень комфорной.Соединяете электролизер с затвором и горелкой прозрачными эластичными трубками (их сейчас продают погонными метрами и любого диаметра). Сама горелка это металлическая трубка со съемным наконечником из меди или латуни. Выходной диаметр наконечников от 0,5 до 1мм.Электролит это калий ОН. Я использую каустик. Примерная концентрация столовая ложка на литр воды (лучше дистиллированной), но подгонка концентрации в каждом случае индивидуальна. То есть малая концентрация — малая продуктивность, слишком большая — гонит пену.Когда все отрегулируете, только тогда поджигаете пламя. Главное правило — должно быть хорошее давление, проверьте это воткнув горелку в воду. Тушить пламя либо опусканием наконечника в воду либо прижимание его к резине (это лучше). Не используйте для наконечников медицинские иглы, это абсолютно исключено. Если будут вопросы свяжитесь со мной. |
