Использование водородного генератора для отопления частного дома

Алан-э-Дейл       27.12.2022 г.

Генератор промышленного изготовления

На уровне промышленного производства технологии изготовления водородных генераторов бытового назначения постепенно осваиваются и развиваются. Как правило, выпускаются энергетические станции домашнего применения, мощность которых не превышает 1 кВт.

Такой аппарат рассчитан на выработку водородного топлива в режиме постоянного функционирования не более чем в течение 8 часов. Главное их предназначение – энергоснабжение отопительных систем.

Также разрабатываются и производятся установки под эксплуатацию в составе кондоминиумов. Это уже более мощные конструкции (5-7 кВт), назначение которых не только энергетика отопительных систем, но также выработка электричества. Такой комбинированный вариант быстро набирает популярность в западных странах и в Японии.

Комбинированные водородные генераторы характеризуются как системы с высоким КПД и небольшим выбросом углекислого газа.

Пример реально действующей промышленно изготовленной станции мощностью до 5 кВт. Подобные установки в перспективе планируется делать под оснащение коттеджей и кондоминиумов

Российская промышленность тоже начала заниматься этим перспективным видом добычи топлива. В частности, «Норильский никель» осваивает технологии производства водородных установок, в том числе бытовых.

Планируется использовать самые разные типы топливных элементов в процессе разработки и производства:

  • протонно-обменные мембранные;
  • ортофосфорно-кислотные;
  • протонно-обменные метанольные;
  • щелочные;
  • твердотельные оксидные.

Между тем процесс электролиза является обратимым. Этот факт говорит о том, что есть возможность получать уже нагретую воду без сжигания водорода.

Кажется, это очередная идея, ухватившись за которую можно запускать новый виток страстей, связанных с бесплатной добычей топлива для домашнего котла.

Давайте рассмотрим некоторые из причин, в том числе серьезные опасности, которые могут быть связаны с водородной энергетикой.

Первый минус. -Да, это правда, водород самый распространенный элемент во всей Вселенной, однако на самой Земле в чистом виде газообразный водород найти сегодня практически невозможно. Этот газ необычайно легок. Поэтому в чистом виде он очень быстро (почти моментально) поднимается к верхним слоям атмосферы и уходит дальше в безвоздушное пространство.

В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, H2O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.

Поэтому получается, прежде чем водород может быть использован в качестве альтернативного топлива, он сначала должен быть извлечен из этих самых веществ, а затем уже переведен в особое состояние, то есть как правило, в тот самый сжиженный и необходимый нам вид.

На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения H2 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.

Следующим звеном в цепочке под номером два идет: -отсутствие развитой структурной сети самих водородных заправок. Стоимость оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у обычной АЗС. Существует различные проекты для водородозаправляющих станций, как от классических АЗС, так и до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных технологий все эти проекты чрезвычайно дороги и относительно опасны.

Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Именно столько должно пройти времени, чтобы стоимость их постройки была целесообразной.

Существуют ли опасности, которые связаны с наличием большого количества чистого водорода скопившегося в одном месте? Безусловно существует. Когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в окружающую среду, как он моментально превращается в гремучую смесь (гремучий газ).

В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО. ), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур H2 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.

Отсюда мы делаем неутешительный вывод: -без очень дорогостоящей модернизации ДВС, которая должна приспособить мотор к работе на этом виде горючего, использование водорода как топлива не приведет к ожидаемому результату.

А пока все построенные объекты для заправки автомобилей водородом скорее всего используются в качестве рекламного хода и для демонстрации возможностей будущего.

Топливные ячейки стоят на третьей позиции в качестве минусов. Эти вроде безопасные элементы тоже не избежали тернистого пути метода проб и ошибок. Как и с теми же заправочными станциями и с теми же двигателями ДВС, все упирается именно в стоимость применяемых на данный момент технологий.

Приведем один пример. В качестве катализатора в этих топливных элементах используется на данный момент платина. А теперь представляете друзья стоимость такой детали?!

Некоторые технологии для ДВС настолько дороги, что проще купить жене платиновое кольцо с бриллиантом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.

Хорошая новость в этом достаточно дорогом деле заключается в том, что ученные непрерывно день-изо-дня ищут замену этому драгоценному металлу. Разрабатываются все новые технологии, проходят тестирования новые современные материалы. В конечном итоге ученые надеются, что «топливные элементы будущего» могут существенно снизить себестоимость сегодняшних элементов в 1000 раз и более.

Мифы о выдающемся КПД

При изучении рекламных материалов электродных котлов складывается впечатление, что потребителей считают глухими невеждами. Якобы «ионные» котлы извлекают тепло буквально из ниоткуда, выдавая тепловую энергию в размере 120–150% от приложенной электрической мощности. При этом законы физики и, в частности, теплотехники всячески игнорируются.

Заявления о том, что электродный котёл способен мифическим образом приумножать вложенную в него энергию абсолютно беспочвенны. К счастью, сегодня подобная тенденция в рекламных компаниях пошла на спад, первоначальное же её развитие можно связать с активным распространением тепловой техники, работающей за счёт тепловых насосов с положительным коэффициентом СОР.

Даже заявления о том, что все 100% электроэнергии преобразуются в тепло — откровенный обман. Потерь при образовании всё равно не избежать, даже при нагреве теплоносителя за счёт собственного электрического сопротивления, ибо как минимум 2–3% будет расходоваться на нагрев питающей проводки, ещё столько же стечёт в систему заземления из-за снижения энергии носителей заряда вследствие недостаточной химической чистоты жидкости в системе или из-за образования налёта на электродах. Вывод: электродные котлы способны демонстрировать близкий к 100% коэффициент преобразования только в условиях демонстрационного стенда, которые, как известно, далеки от реальных.

Генератор водорода: устройство и его рабочий принцип

Задействовать водород для обогревания домов для жилья намного выгоднее, так как он обладает большой теплотворной способностью и при этом не случается выделения вредоносных веществ. Но в чистом виде добыча водорода не представляется возможной, большое содержание его находится в реках, морях и океанах. Человеческий организм даже состоит из 63% водорода.

Чистый водород можно получать из многих разных химических соединений, к примеру, водорода и кислорода. Наиболее известный способ получения водорода – это электролиз воды.

Дабы получить чистый водород нужно воду расщепить на 2 атома (НН) водорода и атом кислорода (О). Это и есть рабочий принцип водяного генератора: получение водорода при помощи электролиза. Газ, который выделяется при этом, назвали в честь великого физика Брауна и он имеет формулу ННО. Такой газ при горении не образовывает вредоносных веществ и является продуктом чистым в экологическом плане. Однако смесь водорода с кислородом образовывает в конце концов горючий газ, он является взрывоопасным. Благодаря этому применяя дома электролизер, требуется соблюдать добавочные меры безопасности.

Прежде чем приступить к применению генератора водорода, необходимо тщательно познакомиться с руководством

Водяной мотор имеет данное устройство:

  • Генератор водородного типа, где и происходит электролиз;
  • Горелка, она монтируется в самой камере сгорания;
  • Котел, он создает роль теплообменного аппарата.

На производство подобного газа, как браун, применяется в 4-ре раза меньше энергии, чем выделяется при его сгорании. Электричество при этом тратится очень мало, а горючее, которое ему нужно – это обыкновенная вода.

Газ Брауна

Сегодня водородные генераторы у автолюбителей приобретают популярность. Однако это не совсем то, о чем шла речь выше. Путём электролиза вода превращается в так называемый газ Брауна, который и добавляют к топливной смеси. Основная задача, которую решает этот газ, – полное сгорание топлива. Это и служит увеличением мощности и снижением расхода топлива на приличный процент. Некоторым механикам удалось добиться экономии на 40 %.

Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.

Методы получения водорода

На уроках химии средней школы когда-то давались пояснения на тот счёт, как получить водород из обычной воды, вытекающей из под крана. Есть в химической сфере такое понятие – электролиз. Именно благодаря электролизу имеется возможность получать водород.

Простейшая водородная установка представляет собой некую ёмкость, заполненную водой. Под слоем воды размещаются два пластинчатых электрода. К ним подводится электрический ток. Так как вода является отличным проводником электрического тока, между пластинами устанавливается контакт с малым сопротивлением.

Проходящий сквозь малое водяное сопротивление ток способствует образованию химической реакции, в результате которой образуется водород.

Схема экспериментальной водородной установки, которая в прежние времена изучалась в программе средней школы на уроках химии. Как выясняется, для практики современных житейских потребностей уроки те не были лишними

Казалось бы, всё просто и остаётся совсем немного – собрать образовавшийся водород, чтобы применить его в качестве энергетика. Но в химии никогда не обходится без тонких деталей.

Так и здесь: если водород соединяется с кислородом, при определённой концентрации образуется взрывоопасная смесь. Этот момент является одним из критичных явлений, ограничивающих возможности построения достаточно мощных домашних станций.

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки

Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор

Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Изготовление генератора собственными силами

В сети Интернет можно найти немало инструкций, как сделать водородный генератор. Следует отметить, что собрать такую установку для дома своими руками вполне реально — конструкция достаточно проста.

Компоненты водородного генератора своими руками для отопления в частном доме

Но что вы будете делать с полученным водородом? Еще раз обратите внимание на температуру горения этого топлива в воздухе. Она составляет 2800-3000°С. Если учесть, что при помощи горящего водорода режут металлы и другие твердые материалы, становится понятно, что установить горелку в обычный газовый, жидкотопливный или твердотопливный котел с водяной рубашкой не получится — он попросту прогорит

Если учесть, что при помощи горящего водорода режут металлы и другие твердые материалы, становится понятно, что установить горелку в обычный газовый, жидкотопливный или твердотопливный котел с водяной рубашкой не получится — он попросту прогорит.

Умельцы на форумах советуют выложить топку изнутри шамотным кирпичом. Но температура плавления даже лучших материалов данного типа не превышает 1600°С, долго такая топка не выдержит. Второй вариант — использование специальной горелки, которая способна понизить температуру факела до приемлемых величин. Таким образом, пока не найдете такую горелку, не стоит начинать монтировать самодельный водородный генератор.

Советы по сборке и эксплуатации генератора

Решив вопрос с котлом, выберите подходящую схему и инструкцию на тему, как сделать водородный генератор для отопления частного дома.

Самодельное устройство будет эффективным только при условии :

  • достаточной площади поверхности пластинчатых электродов;
  • правильного выбора материала для изготовления электродов;
  • высокого качества жидкости для электролиза.

Какого размера должен быть агрегат, генерирующий водород в достаточных количествах для отопления дома, придется определять «на глазок» (на основании чужого опыта), либо собрав для начала небольшую установку. Второй вариант практичнее — он позволит понять, стоит ли тратить деньги и время на монтаж полноценного генератора.

В качестве электродов в идеале используются редкие металлы, но для домашнего агрегата это слишком дорого. Рекомендуется выбрать пластины из нержавеющей стали, желательно ферромагнитной.

Конструкция водородного генератора

К качеству воды предъявляются определенные требования. Она не должна содержать механические загрязнения и тяжелые металлы. Максимально эффективно генератор работает на дистиллированной воде, но для удешевления конструкции можно ограничиться фильтрами для очистки воды от ненужных примесей. Чтобы электрическая реакция протекала интенсивнее, в воду добавляют гидроксид натрия в соотношении 1 столовая ложка на 10 л воды.

Теоретическая основа

Водород является очень легким газообразным веществом. У него высокая химическая активность. Окисляясь, он дает большое количество тепловой энергии и при этом образует воду.

Водород обладает следующими свойствами:

  • При горении не выделяет вредных веществ.
  • Его запасы в воде неистощимы.
  • Этот газ добывают в промышленности. На некоторых производствах он является побочным продуктом.
  • Смесь водорода и кислорода взрывоопасна. При воспламенении она выделяет огромное количество энергии.

Простейший газогенератор для добычи водорода представляет собой емкость с жидкостью, внутри которой располагаются две пластины с подключением к электрической сети. Поскольку вода хорошо проводит ток, электроды вступают в контакт с малым сопротивлением. При прохождении электричества через пластины возникает химическая реакция, сопровождающаяся появлением водорода.

Сборка системы

В состав систем водородного отопления входят водородные генераторы, горелки и котлы. Первый необходим для разложения жидкости на составляющие (с использованием катализаторов для ускорения процесса или без них). Горелка создает открытое пламя, а котел служит теплообменным устройством. Все это можно приобрести в соответствующих магазинах, однако та же система, созданная своими руками, как правило, работает эффективнее.

Сборку генератора водорода можно осуществить несколькими способами. Для его изготовления понадобится несколько стальных трубок, бак для расположения конструкции, широтно-импульсный генератор мощностью от 30А и выше или другой источник питания. Кроме того, при сборке не обойтись без посуды для дистиллированной воды.

Подача жидкости, из которой будет выделяться водород, осуществляется внутрь герметичной конструкции, где находятся пластины из нержавеющей стали (чем их больше, тем больше получается водорода, хотя тратится и дополнительная электроэнергия), примыкающие друг к другу.

В емкости под действием тока происходит процесс расщепления молекул воды на кислород и водород, после чего последний подается в котел, где установлена горелка. Если же ток подается не от сети, а от ШИМ-генератора, эффективность системы увеличивается.

Применяемые материалы

В системе отопления применяется, как правило, дистиллированная вода, в которую добавляют гидроксид натрия в пропорции 10 л жидкости на 1 ст. л вещества. При отсутствии или проблематичности получения нужного количества дистиллята разрешается использование и обычной воды из крана, но только в том случае, если в ее составе отсутствуют тяжелые металлы.

В качестве металлов, из которых изготавливают водородные котлы, допустимо использовать любые виды нержавеющих сталей – отличным вариантом станет ферримагнитная сталь, к которой не притягиваются лишние частицы. Хотя основным критерием выбора материала все-таки должна быть устойчивость к коррозии и ржавчине.

Для сборки аппарата обычно используются трубки диаметром 1 или 1,25 дюйма. А горелка приобретается в соответствующем магазине или интернет-сервисе.

Как устроен прибор

Электролизер имеет несколько металлических пластин, погруженных в герметическую емкость с дистиллированной водой.

Сам корпус имеет клеммы, чтобы подсоединять источник питания и есть втулка, через какую выводится газ.

Работу прибора можно описать так: электроток пропускается через дистиллированную воду между пластинами с различными полями (у одной — анод, у другой — катод), расщепляет её на кислород и водород.

В зависимости от площади пластин электроток имеет собственную силу, если площадь большая, то и тока по воде проходит много и больше выделяется газа. Схема подсоединения пластин поочередная, в первую очередь плюс, потом минус и так дальше.

Электроды рекомендуется делать из нержавейки, какая в процессе электролиза не вступает в реакцию с водой. Главное найти нержавеющую сталь хорошего качества. Между электродами лучше выполнить расстояние небольшими, но таким образом, чтобы пузырьки газа легко между ними передвигались. Крепеж лучше сделать из соответствующего металла, что и электроды.

В рассматриваемом варианте устройство в себя включает 16 пластин, находятся они один от одного в границах 1 мм.

Благодаря тому, что пластины имеют довольно немалую поверхностную площадь и толщину, можно будет пропустить через данное устройство высокие токи, однако нагрева металла не случится. Если обмерить на воздухе емкость электродов, то она будет составлять 1nF, данный комплект применяет до 25А в обыкновенной воде из водомерного узла.

Для сбора водородного генератора собственными руками можно задействовать контейнер пищевой, так как его пластик термоустойчив. Потом необходимо в контейнер опустить электроды для сбора газа с разъемами изолированными герметично, крышкой и остальными соединениями.

Если применять контейнер из металла, то чтобы не было короткого замыкания, электроды крепят на пластике. С обеих сторон медных и латунных соединителей монтируются два разъема (соединитель – устанавливать, собирать) для извлечения газа. Разъемы контактные и фитинги необходимо прочно зафиксировать, используя герметик из силикона.

Сделать газогенератор также можно дома. Методика детально изложена тут: https://teplo.guru/pechi/piroliznye/gazogenerator-svoimi-rukami.html

Особенности электролитического генератора водорода

Водородный генератор, основанный на принципе электролиза, выпускают чаще всего в контейнерном исполнении. Обязательным условием приобретения такого устройства для отопления считается наличие следующих документов: разрешение от Ростехнадзора, сертификаты (соответствия ГОСТР и гигиенический).

Электролитический генератор состоит из следующих элементов:

  • блока, включающего в себя трансформатор, выпрямитель, распределительные коробки и устройства, блок пополнения и деминерализации воды;
  • устройства для раздельного получения водорода и кислорода – электролизера;
  • системы анализа газа;
  • системы охлаждения жидкости;
  • системы, направленной на обнаружение возможной утечки водорода;
  • панели управления и автоматической системы контроля.

Для достижения максимально эффективного процесса электропроводности применяют капли щелока. Резервуар с ним пополняется по мере необходимости, но чаще всего это происходит примерно 1 раз в год. Любые электролитические генераторы промышленного типа производятся на основании европейских норм экологии и безопасности.

Опытным путем доказано, что покупка водородного электролитического генератора намного выгоднее регулярного приобретения газа. Так, для производства 1 кубометра газа из водорода и кислорода требуется всего порядка 3,5 кВт электрической энергии, а также пол-литра деминерализованной воды.

Эксплуатация

После сборки можно начинать испытания прибора. Для этого на конце трубки устанавливают горелку из медицинской иглы и начинают заливать воду. В воду нужно добавить KOH или NaOH. Вода должна быть дистиллированная или талая на крайний случай. Для работы устройства достаточно 10% концентрации щелочного раствора. При заливке воды не должно быть никаких подтеков. Лучше всего перед заливкой продуть конструкцию воздухом, давлением до 1атм. Если водородный генератор выдерживает это давление, то можно заливать воду, если нет, нужно устранить протечки.

После этого к электродам по схеме подсоединяют ЛАТР с диодным мостом. В цепь устанавливают амперметр и вольтметр для контроля работы. Начинают с минимального напряжения и потом постоянно увеличивают, наблюдая за газовыделением.

Предварительно работы лучше проводить на открытом воздухе вне дома

Поскольку установка взрывоопасна, все работы следует проводить с особой осторожностью

При испытаниях наблюдают за работой прибора. Если имеет место маленькое пламя горелки, то может быть или низкое газовыделение в генераторе, или где-то происходит утечка газа. Если раствор помутнел, грязный, его нужно заменить. Также необходимо следить, чтобы прибор не перегревался, а вода не закипела. Для этого регулируют напряжение на источнике тока. И еще одно – пластины при нагревании немного деформируются и могут прилипать одна к одной. Чтобы это исключить, нужно сделать прокладки из резины. Могут также наблюдаться плевки водой – для устранения этого нужно уменьшить уровень воды.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.