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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Elektrolyseschweißen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schweißgeräte Ein auf Wasserzersetzung basierendes Schweißgerät ist teurer als ein herkömmliches. Vielleicht lässt sich das elektrolytische Schweißen einfacher machen? Dieser Artikel enthält Empfehlungen für den Entwurf eines Elektrolyseurs sowie Tipps für dessen Verwendung. Der im Artikel beschriebene Elektrolyseur ist bipolar und verfügt über 110 Elektrolysezellen, die in Reihe zu einem Gleichstromkreis geschaltet sind. Jede Elektrode, mit Ausnahme der beiden äußersten, fungiert auf der einen Seite als Kathode, auf der anderen Seite als Anode. Dieser Elektrolyseur unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen [1,2] durch das Fehlen eines Abwärtstransformators, wodurch die Herstellungskosten des Geräts und sein Gewicht gesenkt werden konnten. Es ist möglich, die Produktivität einfacher zu regulieren (Abb. 1), ein solcher Bedarf bestand jedoch nicht. Es wurden Brückendioden (vier D245A) ohne Strahler verwendet, da die Geräteleistung ca. 1 kW beträgt.
Insgesamt haben wir drei Elektrolyseure gebaut, wodurch wir sehr wertvolle Erfahrungen gesammelt haben. Betrachten wir das neueste und erfolgreichste Design sowie Ideen zu seiner Verbesserung. Beginnen wir mit den Metallplatten, die gleichzeitig die Rolle von Elektroden und Luftkühlrippen spielen. Als Materialien wurden Stahl 3, Stahl 45 und Edelstahl verwendet, wir konnten keinen Unterschied feststellen. Da die Dicke der Platten keine Rolle spielt, wurde beim neuesten Modell sehr dünnes Eisen verwendet, wodurch Länge und Gewicht des Elektrolyseurs drastisch reduziert werden konnten. Für einen transformatorlosen Elektrolyseur mit einer Leistung von ca. 1 kW müssen 109 Platten geschnitten werden (Abb. 2). Ihre Form kann achteckig oder rund sein (um das Gerät leichter zu machen), aber dadurch verlängert sich die Abkühlzeit des Elektrolyseurs.
Es muss gesagt werden, dass dieser Elektrolyseur nicht für den langfristigen Dauerbetrieb geeignet ist, sondern nur periodisch verwendet werden kann. Der Grund ist die allmähliche Erwärmung des Elektrolyten, bis sich Wasserdampf bildet, der beim Eintritt in den Brenner die Flamme erlischt (löscht). Kontrollmethoden: Kühlung des Elektrolyseurs, des Elektrolyten und des Gases, Erhöhung der Elektrolytmenge (Abstand zwischen den Elektroden). Übrigens steigt die Effizienz des Elektrolyseurs erst mit steigender Temperatur, und manche Industrieanlagen arbeiten mit Elektrolyttemperaturen von bis zu 95°C! Bitte beachten Sie, dass sich im Vergleich zu [2] die Anzahl der Bohrlöcher in den Platten um das 6-fache reduziert. Auf Anraten des Erfinders R. Stasiv bleibt nur ein Loch in der Platte übrig, wodurch eine parasitäre Erwärmung des Elektrolyten vollständig vermieden wird. Die Füllgeschwindigkeit des Elektrolyseurs hängt vom Durchmesser dieses Lochs ab, aber ein zu großes Loch verringert die nutzbare Fläche der Elektroden oder führt zu einer parasitären Erwärmung des Elektrolyten. Es ist besser, wenn dieses Loch nicht rund, sondern geformt ist (in Abb. 3 ist es durch eine fette Linie hervorgehoben).
Während des Betriebs verschleißen (oxidieren) die als Anoden dienenden Seiten der Platten. Um eine Reinigung zu vermeiden, verwenden Industriegeräte Anoden, die mit sulfidiertem oder normalem Nickel beschichtet sind. Es ist nicht zu befürchten, dass die Eisenplatten rosten, da dies in einer alkalischen Umgebung nicht der Fall ist. Alkali (KOH oder NaOH) ist Teil des Elektrolyten. Fragen Sie beim Kauf nach Kalium- oder Natriumlauge, Kalium- oder Natriumhydroxid, Natronlauge. Die Sicherheit der Elektrodenplatten, insbesondere der Anode, hängt von der Qualität des Elektrolyten ab. Alkalikonzentration - 5...30 %. In industriellen Elektrolyseuren wird hauptsächlich KOH verwendet, in Abwesenheit davon haben wir NaOH verwendet. Das Alkali muss sauber sein und darf nicht durch den Kontakt mit Kohlendioxid in der Luft beschädigt werden, bei dem es sich in Kali umwandelt (K2CO3) oder Soda (Na2CO3). Während des Betriebs nimmt die Alkalität nicht ab, Sie müssen lediglich destilliertes Wasser hinzufügen. Wenn kein destilliertes Wasser verfügbar ist, bereiten Sie es mit einem Destillationswürfel vor. Wenn Elektrolyt in Ihre Augen gelangt, spülen Sie diese sofort mit reichlich destilliertem Wasser aus. Besser ist es, mit Elektrolyt in Schutzgläsern zu arbeiten, die sich einfach und schnell aus einer Plastikflasche herstellen lassen [3]. Gummidichtungen (Abb. 4) übernehmen die Funktion von Elektrolysebädern. In unserem Fall waren 110 Stück erforderlich. Für den ersten Elektrolyseur haben sie es mit einer Schere geschnitten. Die Dichtungen des zweiten Elektrolyseurs wurden auf einer Drehmaschine geschnitten (alle auf einmal). Beim dritten wurden durch Vulkanisation hergestellte Ringe verwendet – dies ist die wirtschaftlichste Methode. Die Dicke der Dichtungen bestimmt die Kapazität des Geräts und damit die Anzahl der Elektrolytnachfüllungen. Wir haben Ringstärken von 2 bis 5 mm ausprobiert und konnten keinen großen Unterschied feststellen. Am wirtschaftlichsten sind Dichtungen mit quadratischem Querschnitt, wir haben sie jedoch nicht verwendet, weil wir einen hohen Abgasdruck erreichen wollten. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, wird in Industrieanlagen der Druck auf 200 Atmosphären oder mehr erhöht, und das ohne zusätzliche Kosten, allein aufgrund der Energie der Gasbildung. Mehr als einmal haben wir Berichte gesehen, dass die Effizienz der Elektrolyse mit modernen Methoden 100 % übersteigt.
Die Extremelektroden unterscheiden sich vom Rest. Dabei handelt es sich um zwei dicke (8...10 mm) Stahlplatten, die mit einem Kabelbinder alle Platten und Dichtungen in einem Paket halten. Eine der Platten dient nur als Kathode, die andere als Anode. In eine der Platten wird ein Loch zur Befestigung eines Universaltanks gebohrt (Abb. 5).
Dieser Tank ist ein weiteres Merkmal unseres Elektrolyseurs (Abb. 6).
Es dient als Einfüllstutzen, Gasbehälter, Schaumfalle und ist lediglich für den Betrieb des Geräts erforderlich (Abb. 7), wo a) der Elektrolyt eingefüllt und Wasser hinzugefügt wird; b) Ablassen des Überschusses; c) Ausgleich der Konzentration; d) Arbeit; d) ablassen).
Beim Ausschalten eines Elektrolyseurs, der mit einem Bubbler betrieben wird, empfehlen wir Ihnen, sofort den Tankdeckel abzuschrauben, da das Kühlgas Flüssigkeit aus dem Bubbler ansaugt (in Abb. 7 nicht dargestellt). Beim Betrieb des Elektrolyseurs sammelt sich im Tank hochkonzentriertes Alkali, das beim Nachfüllen mit destilliertem Wasser sicher gelöst wird. Es ist zu beachten, dass ein transformatorloser Elektrolyseur sehr gefährlich ist, da er keine galvanische Trennung vom Stromnetz aufweist. Der Elektrolyseurbinder besteht aus 4 Bolzen und 8 Muttern. Sie können auch 4 lange Schrauben verwenden. Wir haben Polyvinylchloridschläuche auf die Bolzen gesteckt und Stahlscheiben und „Gravuren“ unter die Muttern gelegt. Die Länge der Bolzen hängt von der Dicke aller Dichtungen und Platten im komprimierten Zustand ab. Vier Isolierdichtungen für die Muttern (Abb. 8) bestanden aus strapazierfähigem Kunststoff. Sie erfüllen die Funktion von acht Beinen, da unser Gerät während der Wartung umgedreht werden muss (Abb. 7).
Beim Abschalten eines ungeschützten Elektrolysebrenners explodiert ein stöchiometrisches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff (2:1). Es wird empfohlen, den Brenner vor dem Ausschalten des Geräts durch Eintauchen in Wasser zu löschen, da die Wasser-Sauerstoff-Flamme unter Wasser nur in Gegenwart von heißem Kohlenstoff (Graphit) brennt. Flammenlöscher im Brenner funktionieren oft nicht, da die Zündenergie (Wärme) von Wasserstoff 15-mal geringer und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfront 8-mal höher ist als bei herkömmlichen brennbaren Gasen. Da die Strahlung einer Wasserstoffflamme zehnmal geringer ist und die Zündtemperatur (nicht zu verwechseln mit Hitze) höher ist, müssen Flammendurchschlagsicherungen eine leistungsstarke Wärmesenke sein. Eine solche Flammensperre kann aus dünnem Kupferdraht (ohne Lack) hergestellt werden, der mit einem konischen Schlaghammer fest in den Metallkörper des Brenners eingeschlagen wird. Sie verwenden auch mit Wasser oder Kerosin gefüllte Wassersperren (Bubbler) und sperren die Gasleitung ab. Die beste Gasleitung ist ein transparenter Schlauch aus einer medizinischen Pipette. Bubbler werden aus Plastikflaschen (Abb. 10) mit einem Fassungsvermögen von 9 Litern hergestellt.
Wenn Sie mehr Elektrolysegase erhalten möchten, erhöhen Sie die gesamte Elektrodenfläche, nicht die Spannung. Die Spannung der besten Elektrolyseure liegt im Bereich von 1,7...2,6 V pro Zelle. Wenn Sie keinen großen Elektrolyseur bauen können, bauen Sie zwei oder mehr kleine und schalten Sie sie parallel, damit sie zusammenarbeiten. Ursprünglich war unser Elektrolyseur nur für die Demonstration einer Dampfmaschine mit Verbrennungsmotor im republikanischen Fernsehen (1991) gedacht. Ein erfahrener Gasschweißer wurde beauftragt, die Schweißfähigkeiten einer Wasser-Sauerstoff-Flamme zu untersuchen. Ohne seine Freude zu verbergen, stellte der Spezialist sofort fest, dass das Gerät zu viel Sauerstoff produziert und die Zugabe von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen erfordert: brennbare Gase wie Propan oder Dämpfe brennbarer Flüssigkeiten. Gleichzeitig beschleunigt freier Wasserstoff Verbrennungsprozesse erheblich, wodurch die Flammentemperatur steigt. Einer der potenziellen Kunden des Elektrolyseurs (Juwelier M. Kanaev) berichtete, dass seine älteren Kollegen das Elektrolysegas durch Methylalkohol, Benzin oder Benzin leiten und diese Technologie streng vertraulich behandeln. Es gibt Gerüchte über das Gasschweißen, bei dem keine Karbid- und Sauerstoffflaschen erforderlich sind. Aller Wahrscheinlichkeit nach handelt es sich bei diesem legendären Gasschweißen um ein Elektrolyseschweißen unter Zusatz von Kohlenwasserstoffbrennstoffen. Es war einmal, vor der weit verbreiteten Einführung des Lichtbogenschweißens, das Elektroschweißen stellte die Industriellen völlig zufrieden. Wenn man heute alte Tanks aus Flüssen und Sümpfen holt, überraschen vor allem die glänzenden, gleichmäßigen Nähte vor dem Hintergrund von rostigem Eisen – das ist die Arbeit des Elektrolyseurs. Wir haben noch niemanden getroffen, der vom Elektrolyseur enttäuscht war, deshalb zum Abschluss noch ein paar Worte zu den Aussichten. Die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe eines Elektrolyseurs ist heute am teuersten. Es ist jedoch schwierig, einen Ersatz für den Elektrolyseur zu finden, wenn keine Gasausrüstung vorhanden ist und hochwertige Schweißarbeiten und besondere Flammenreinheit erforderlich sind. Da die Technologie zur Herstellung von atomarem Wasserstoff (H) und Ozon (O3) gleich sind, kann zur Erhöhung der Brennerenergie ein Ozonisator eingesetzt werden. Sie können die Temperatur auch erhöhen, indem Sie den Druck in der Schweißzone erhöhen. Mithilfe eines Gaszyklons (Wirbelrohr) können Wasserstoff und Sauerstoff getrennt werden. Für die Medizin können sogenannte Plasmaskalpelle hergestellt werden. Der Einsatzbereich von „verbrennendem Wasser“ ist möglicherweise viel umfassender, als man es sich heute vorstellen kann. Deshalb laden wir die Leser des Magazins ein, selbst mit dem Elektrolyseur zu experimentieren und ihre Erfahrungen auszutauschen. Литература:
Autoren: I.P. Oleinik, Yu.I. Bärtig
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