Выберем водородный генератор для отопления частного дома

С учетом удорожания энергоресурсов обогрев жилой площади требует больших материальных затрат. Если брать во внимание квартиру с небольшой жилой площадью, то стоимость отопления в холодную пору года посильна для оплаты. Однако учитывать отопительную систему коттеджа или частного дома с большой квадратурой, встает вопрос о поиске альтернативных источников отопления. Одним из таких вариантов является водородное отопление. Учеными доказано, что теплоемкость водорода в несколько раз превышает теплоемкость природного газа, что позволяет значительно экономить бюджетные средства. Какие преимущества имеет водородное отопление, его особенности и способы самодельного создания такого вида отопления, разберем далее.

Что представляет собой водород?

Водород – это легкий газ, который при сжигании дает тепло, в несколько раз превышающее тепло от газа.
Главным его преимуществом при использовании в отопительной системе является относительно небольшая температура горения (всего 300°С). Это позволяет использовать газ в котле, выполненном из традиционных недорогих видов металла.

Сам по себе газ не имеет цвета и запаха, а при соединении с другими химическими компонентами он не образует опасных токсинов, вредных для здоровья человека. Поэтому его использование в быту крайне безопасно. Единственной опасностью является его повышенный уровень взрывоопасности.

Рассказ про отопление дома водородом

При неправильном использовании газа или контакте его с открытым источником огня,
может произойти взрыв.

ДВС на водородном топливе

На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.

Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:

• идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
• большое выделение тепла при сгорании газа;
• абсолютная экологическая безопасность – отработавшие газы превращаются в воду;
• выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
• способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.

Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.

Универсальная схема водородного генератора

Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.

Рекомендуем: Выбираем лучший утеплитель для стен в каркасном доме

Но можно собрать такую систему и самостоятельно – сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:

1. Установки для электролиза воды.
2. Накопительного резервуара.
3. Улавливателя влаги из газа.
4. Электронного блока управления (модулятора тока).

Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.

Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.

Реактор

От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.

Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.

Типы установок

На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:

1. Простой, цилиндрического типа. Производит 700 миллилитров газа в минуту. Такой производительности достаточно для двигателей с рабочим объёмом до 1,4 литров.
2. С ячейками раздельного типа. Является самым эффективным по типу конструкции и производительности. Выход газа превышает 2 литра в минуту. Такой объём позволяет применять его на грузовом транспорте.
3. Электролизёр с пластинами открытого типа. Эта конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение системе, в результате чего может использоваться при длительной работе агрегата. Выход газа регулируется количеством пластин реактора.

Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.

Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.

Необходимая производительность

Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.

Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна – она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.

Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.

Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: «Трасса» и «Город».

Водород в отопительной системе

Несмотря на наличие таких благоприятных качеств как экологичность и высокий уровень теплоемкости, водород не встречается в природе в свободном виде. Его синтезирует специально собранный котел, в котором при помощи электролиза обычная вода распадается на водород и кислород. Соответственно система отопления должна включать в себя два незаменимых компонента: воду и электричество. Получаемая в результате электролиза газовая смесь получила название «гремучая смесь». Такое название полностью оправдано, ведь при небольшой искре газ способен спровоцировать взрыв.

Рассмотрим более детально, как преобразовать водород в энергоресурс. Как было сказано выше, этот газ получают путем электролиза воды, поэтому для его синтеза потребуется специальное оборудование, представляющее собой контейнер, в который погружены металлические пластины с водой. По пластинам подается ток определенной частоты, после воздействия которого выделяется водород и кислород, но не в чистом виде, а смешанные с водяным паром (он образуется в качестве побочного продукта электролиза). Чтобы отделить пар и вычленить водород, газовую смесь пропускают через химический сепаратор, способный отделить водород от других примесей.

Негативные стороны водородного типа обогрева зданий

В дискуссиях на тему целесообразности применения водородного топлива для систем отопления скептики приводят весомые аргументы:

1. Высокая стоимость: даже в самых эффективных электролизных установках, созданных на сегодняшний день, для получения водорода приходится тратить в 2 раза больше энергии, чем дает последующее его сжигание.
2. Взрывоопасность: в способности водорода легко взрываться люди убедились во время крушения дирижабля «Гинденбург», баллон которого был заполнен именно этим газом.
3. Сложность подготовительного процесса: получить водород из воды – это полдела. Для эффективного использования в теплогенераторах он должен подаваться при стабильном давлении, для чего понадобятся компрессор и дополнительный резервуар с редуктором. Кроме того, нужно будет избавиться от водяного пара, что потребует применения осушителя.

Рекомендуем: Ящик пандоры – Двигатель на воде или Что такое газ Брауна?

Таким образом, установка для получения водорода превращается в целый комбинат, который далеко не каждый домовладелец сможет приобрести и разместить у себя.

Технические компоненты установки для отопления

Конструкция отопительной системы на водороде крайне проста и состоит из двух конструктивных элементов:

Котел – это самый главный элемент, в котором происходит процесс выработки водорода. В котел входят такие конструктивные единицы, как:

• Электролизер – прибор, где собственно и происходит реакция электролиза, в результате которой вода распадается на кислород и водород. Его полость заполняется водой, в которую помещены металлические пластины, обладающие наивысшей проводимостью тока. К ним подсоединены специальные проводки, по которым подается ток.
• Клапан горелки – располагается вверху устройства, чтобы полученному газу было легче преодолевать барьер и поступать непосредственно в горелку.
• Горелка – элемент, в который подается искра и полученный газ начинает гореть, выделяя тепло.

Трубы – обеспечивают подачу тепла через нагрев воды, которое позволяет обогреть весь дом.

Плюсы и минусы отопления

Среди преимуществ, позволяющих использовать этот вид отопления в быту, служат следующие показатели:

1. Абсолютная экологичность – продукты распада воды (водород, кислород и пар) не влияют на состояние здоровья даже в процессе горения.
2. Максимальный уровень КПД, достигающий 96%, это гораздо выше того же угля, дизеля или природного газа.
3. Использование водорода как альтернативного источника энергоресурсов позволяет значительно экономить запасы исчерпаемых природных ресурсов, снижая их добычу в несколько раз.
4. Невысокая стоимость – для отопления жилых домов стоимость системы незначительна, а простота работы, основанная на примитивной химической реакции электролиза, позволяет собрать систему своими руками.

Водородное отопление: миф или реальность?

Генератор для сварочных работ – это на данный момент единственное практическое применение электролитическому расщеплению воды. Использовать его для отопления дома нецелесообразно и вот почему. Затраты энергоносителей при газопламенных работах не так важны, главное, что сварщику не нужно таскать тяжеленные баллоны и возиться со шлангами. Другое дело – отопление жилища, где каждая копейка на счету. И тут водород проигрывает всем существующим ныне видам топлива.

Важно. Затраты электроэнергии на выделение горючего из воды методом электролиза будут гораздо выше, нежели гремучий газ сможет выделить при сжигании.

Серийные сварочные генераторы стоят немалых денег, поскольку в них используются катализаторы процесса электролиза, в состав которых входит платина. Можно сделать водородный генератор своими руками, но его эффективность будет еще ниже, чем у заводского. Получить горючий газ вам точно удастся, но вряд ли его хватит на обогрев хотя бы одной большой комнаты, не то что целого дома. А если и хватит, то придется оплачивать баснословные счета за электричество.

Чем тратить время и усилия на получение бесплатного топлива, которого не существует априори, проще смастерить своими руками простой электродный котел. Можете быть уверены, что так вы израсходуете гораздо меньше энергии с большей пользой. Впрочем, домашние мастера – энтузиасты всегда могут попробовать свои силы и собрать дома электролизер, с целью провести эксперименты и убедиться во всем самолично. Один из подобных экспериментов показан на видео:

Заводские и самодельные установки

По смыслу водородные генераторы отопления, созданные своими руками, мало чем отличаются от аналогов, которые были произведены на заводе. Их принцип работы идентичен, единственным отличием является подбор материала, а также других комплектующих. Множество пользователей и сторонников водородного отопления сходятся в едином мнении, что создание системы своими руками это:

• выгодно – подбор материалов производится на свой выбор;
• удобно – можно сэкономить на незначительных элементах;
• просто – не нужно прибегать к помощи специалистов;
• надежно – ты сам отвечаешь за качество, что дает право выбора таких материалов, которые бы удовлетворяли все потребности.

Некоторые пользователи жалуются, что китайские агрегаты, которые более доступны в цене, ломаются уже после отопительного сезона. Причем их ремонт в большинстве случаев требует больших капиталовложений. В то время, как самодельная установка дает гарантию, что ее продуктивность будет на высшем уровне, а любые поломки устранятся также легко и быстро, как собиралась сама система.

Производители заводских отопительных систем на водороде

Среди наиболее популярных моделей заводских установок водородных генераторов можно выделить следующие:

1. МегаТанк100 – электрический генератор водорода, работающий от сети. Имеет несколько уровней систем защиты от замыкания и перегрева, что делает его работу более продуктивной и менее опасной. Его стоимость 55000 рублей, в зависимости от комплектации.
2. STAR-2000 – способен отапливать площадь около 250-300 квадратов, обладает экономичным потреблением энергии, однако имеет высокую цену – 230 000 рублей.
3. Kingkar – имеет высокие показатели, работает от сети, однако его стоимость превышает 100 000 рублей.
4. H2-2 – итальянский производитель, предоставляющий хороший генератор водорода, способный отапливать от 300 квадратных метров площади, минимизируя при этом расход энергии. Его цена около 250 000 рублей.
5. Free Energy – обладает многоуровневым датчиком регулирования давления и напряжения, но большинство процессов полностью автоматизированы. Стоит от 15 000 рублей до 35 000, в зависимости от предполагаемой обогреваемой площади и мощности.

Водородные котлы имеют одну отличительную особенность – тип питания. Среди наиболее популярных электрических, бывают также и газовые. От типа питания разнится устройство самого котла, а также его стоимость. Котлы, приспособленные под процесс электролиза с задействованием электричества наиболее экономичны, однако обладают повышенным уровнем опасности.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

• а – сопло горелки;
• b – трубки;
• c – водные затворы;
• d – вода;
• е – электроды;
• f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Рекомендуем: Водородные котлы отопления: почему не стоит выбирать котлоагрегат на водородном топливе для отопления частного дома, обзор и сравнение эффективности и экономичности, лучшие модели и их цены

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Проект (чертеж)

Для изготовления генератора понадобится герметично закрывающаяся емкость, которая перед началом производства водорода будет заполняться водой.
Расположенные внутри электроды будут иметь вид набора пластин (понадобится 16 штук), установленных с зазором в 1 мм.

Чтобы его обеспечить, между пластинами нужно поместить нейлоновые прокладки (допускается любой другой диэлектрик).

Расстояние в 1 мм является оптимальным: если его увеличить – придется наращивать силу тока; при уменьшении зазора будет затруднен выход газовых пузырьков. Пластины будут поочередно соединяться с анодом и катодом 12-вольтного источника питания. При этом их необходимо надеть на ось, также изготовленную из диэлектрического материала.

Когда электроды будут закреплены на держателе, его необходимо будет прикрепить к крышке корпуса снизу.

Для отбора газовой смеси в крышку корпуса врезается трубка от обычной капельницы. Кроме того, в ней необходимо просверлить еще два отверстия, через которые будут пропущены провода. После сборки установки все отверстия в крышке нужно будет загерметизировать с помощью силиконового герметика или клея.

Важным компонентом генератора является гидрозатвор. Для его изготовления понадобится небольшая емкость (подойдет обычная бутылка), куда перед применением устройства необходимо будет налить воду. В герметично закрывающейся крышке нужно просверлить два отверстия: в одно пропускаем трубку от генератора (ее необходимо опустить до самого дна), а во второе – еще одну трубку, по которой газовая смесь будет поступать к горелке. Отверстия в крышке гидрозатвора также должны быть герметизированы. Воду в бутылку следует наливать на ¾ ее объема.

Чтобы вода, залитая в корпус генератора, имела лучшую проводимость, в нее нужно добавить пару столовых ложек поваренной соли или каустической соды (гидроксид натрия).

Подбор электродов

Материал, из которого будут изготовлены электроды, должен обладать малым электрическим сопротивлением и быть химически инертным по отношению к кислороду и имеющимся в растворе веществам.

При несоблюдении второго требования будет иметь место химическая реакция с участием подключенных к катодному полюсу электродов, вследствие которой раствор станет насыщаться посторонними веществами.

Именно поэтому медь – один из лучших проводников – в водном растворе применять нельзя. Вместо нее рекомендуется использовать нержавеющую сталь. Оптимальная толщина для пластин-электродов из этого материала – 2 мм.

Контейнер

С учетом опасности взрыва корпус генератора следует изготавливать из прочного и пластичного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего этим требованиям соответствует сталь. Необходимо только полностью исключить контакт проводов или электродов с корпусом, следствием которого будет короткое замыкание.

В жилых и хозяйственных объектах широко применяются трубы из поливинилхлорида при организации водоснабжения. Использование ПВХ труб для водоснабжения: преимущества, недостатки, особенности монтажа и технические характеристики.

Подключение к источнику питания

Соедините выводы винтов контейнера с положительными и отрицательными клеммами источника постоянного тока с помощью зажимов. Если провода не обеспечивают убедительного соединения, используйте вместо этого барашковые гайки.

Можно подключить его напрямую к аккумулятору, отрицательный контакт подключается к аналогичному выводу батареи, а положительный — к реле зажигания блока предохранителей. Это необходимо для того, чтобы генератор включался только тогда, когда автомобиль тоже включен.

Сделать полноценный водородный двигатель для автомобиля своими руками не получится, поскольку технология довольно сложная.

Крепеж

Крепеж нужно также изготовить из нержавеющей стали, чтобы материалы друг другу соответствовали. Важно добиться плотного прилегания всех элементов, что исключит искрообразование. Не забывайте, что вы имеете дело с горючим газом.

В нашем конкретном случае мы собираем систему из 16 пластин с расстоянием между ними около 1 мм. Большая площадь поверхности, толщина пластин и болты позволяют пропускать через систему более высокие токи без резистивного нагрева металла. Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздушной среде. Такой набор электродов может использовать в простой водопроводной воде до 25А.