Каскадное питание электролизера для получения гремучего газа

Речь идет об аппарате для разложения воды на кислородно-водородную смесь (гремучий газ) из щелочного раствора. Прибор предполагается применять в домашней мастерской для подмешивания гремучего газа к воздушному дутью газовых горелок с целью повышения температуры факела и для питания чистым гремучим газом специальных мини-горелок.

Электролизер - классического типа с питанием постоянным током без каких либо фантастических параметров. Такой прибор сколько ни будь существенной производительности весьма прожорлив электрически. БП такого электролизера – один из важных и дорогостоящих элементов. Стоит заметить – конструирование домашнее, в отличии от заводского КБ, чаще всего идет от материалов и элементов удавшихся достать и от подходящего БП имеющегося в распоряжении мастера, обычно и исходит расчет – количество пластин и их коммутация [1]. От мощности этого БП зависит производительность электролизера и изменить ее после изготовления прибора нельзя без дорогостоящей замены всего БП.

Главная часть электролизера – реактор, состоит из ряда пластин-электродов соприкасающихся с электролитом или погруженных в него. Здесь и далее, рассматривается «пластинчатая» конструкция электролизера без разделения газов на кислород-водород. Такая конструкция емкость с электролитом образует между стянутым пакетом пластин-электродов с герметизирующими резиновыми прокладками-изоляторами между ними (Рис. 1) [2].


Рис.1. Эскиз устройства стационарного электролизера Ю. Н. Бондаренко для мастерской по изготовлению газоразрядных ламп специального назначения [2].



Мощный БП, низкочастотный или импульсный на соответствующее напряжение (кол-во ячеек * 1,8…2,4 В) и ток не менее 10 А (исходя из эмпирических 22 Вт на одну пару электродов – далее «ячейку») подключается к крайним, замыкающим толстостенным пластинам. Остальные промежуточные электроды поляризуются соответственным образом при протекание тока через электролит.

Идея каскадного построения БП электролизера состоит в применении ряда значительно менее мощных, последовательно включенных БП, питающих, каждый свою часть пластин реактора. Эквивалентная схема обычного включения – одного общего БП и каскадного - нескольких маломощных, приведена на Рис. 3, 4.





Предлагаю в качестве каскадного питания электролизера использовать набор компактных импульсных БП от процессоров ПК. Системные блоки ПК часто модернизируются и источники от морально устаревшей техники – ресурс бросовый, часто достающийся во вполне работоспособном виде. Многие вышедшие из строя блоки можно починить обладая даже сравнительно невысокой квалификацией. Облегчают ремонт и широко доступная литература по устройству и принципу работы узлов БП ПК и пошаговые руководства вкупе с описанием характерных неисправностей.

Импульсные БП ПК (далее ИПБ) имеют набор стандартных напряжений и стандартный же диапазон «габаритной» мощности – чаще всего попадаются блоки «заявленной» мощностью 200…500 Вт. Сильноточные напряжения – «+5 В», «+12 В».

Известен ряд доработок разной степени сложности позволяющих изменять выходные напряжения ИБП. Здесь, предлагаю иметь дело с недоработанными, штатными ИБП – это снизит трудоемкость изготовления БП электролизера, сделает отдельные ячейки (ИБП) универсальными, легко заменяемыми. Кроме прочего, оставшиеся незадействованными напряжения позволят загрузить ИБП только частично, что повысит его надежность и долговечность.

Удобнее всего см.расчет [1] подобрать ИБП с током не менее 10 А в канале +12 В, при этом в канале +5 В обычно допустимый ток min в 2 раза выше – здесь ячейки можно включить параллельно. Опять же удобнее современные ИБП формата АТХ с дежурным питанием (в толстом жгуте к материнской плате есть зеленый провод – линия «РS-ON») это позволит упростить и удешевить автоматику электролизера.

Мы уже договорились одну пару пластин с изолятором между ними называть ячейкой. Тогда «секцией» будет именоваться часть электродов запитанная от одного ИБП.




Глядя на Рис. 5 и 6, внимательный читатель даже поверхностно знакомый с конструкцией помянутых модулей питания непременно заметит, что общие провода каждого блока автоматически соединяются через заземляющий контакт в трехконтактной сетевой розетке и конструкционно - через металлический корпус. При этом в каждом ИБП начиная со второго, линия +12 В замыкается накоротко.

Этот досадный недостаток можно нейтрализовать несколькими способами, простейший из которых – включать ИБП в сетевую розетку без заземления и надежно изолировать жестяные корпуса отдельных блоков друг от друга.
Для проверки предложенного каскадного включения собрал простой стенд.


Что понадобилось для работы

Кроме радиоэлементов и ИБП – набор инструмента для электромонтажа, мультиметр, мелочи.


К делу.

Для удобной индикации работы каждого канала каждого БП собрал простой светодиодный индикатор. Цвета светодиодов соответствуют стандартным цветам проводов в блоках, дополнительные выводы из медного обмоточного провода Ø около 1 мм с зачищенной лаковой изоляцией (Фото 7).



Три отобранных ИБП сложил в стопочку проложив между каждым импровизированный изолятор, вытащил из клубка проводов по жгуту с линией +5 В и +12 В, зафиксировал в удобном положении подручными материалами. Включил в розетку каждого жгута по индикатору (Фото 7) и соединил выводы питания блоков сообразно Рис. 5, 6, монтажным проводом и зажимами «крокодил». Сетевые вилки включил в имеющиеся розетки без заземления.



Итого.

Предложенное питание электролизера с каскадным включением ИБП от ПК позволяет очень гибко подойти к конструированию аппарата, общая стоимость его БП получается более чем умеренной. При необходимости, без существенной, коренной модернизации можно нарастить производительность уже готового электролизера подобного типа – добавлением секций – ИБП со своими пластинами и резиновыми уплотнителями-изоляторами (Рис. 5). Остальные части электролизера остаются без изменений.

Электролизер работает с постоянным избыточным давлением, по сигналу контактного манометра или реле давления. При значительной суммарной мощности ИБП и наличии трехфазной сети, очень удобно разделить весь БП электролизера на три части и включать их в разные фазы. «Мигание» втрое меньшей мощностью будет значительно менее заметно для остальных электроприборов.

ИБП от ПК АТХ формата, представляют еще и удобную низковольтную возможность управления БП.


Литература.

1. Стационарный электролизер для домашней мастерской. Авторский конспект.
2. Бондаренко Ю.Н. Изготовление газоразрядных источников света для лабораторных целей и многое другое.
3. Корж В.Н., Дыхно С.Л. – Обработка металлов водородно-кислородным пламенем. Киев, «Техника», 1985 г.

Babay Mazay, ноябрь, 2021 г.