Отопление водородом дома, делаем своими руками

Плазменные котлы

Устройства плазменного типа состоят из:

  1. реактора. Он представляет собой стальную емкость, внизу которой находится медная пластина с вольфрамовыми электродами. Они утоплены в плазменное вещество;
  2. генератора импульсов. Он производит и передает электрические импульсы на электроды;
  3. теплообменника. В него поступает образованный внутри реактора пар. Этот элемент является цилиндрической емкостью со змеевиком. Последний наполнен теплоносителем;
  4. катализатора. Внутри него плазма восстанавливает свои свойства. Он подключен к теплообменнику;
  5. циркуляционного насоса. Находится между катализатором и реактором. Его задача – перегонять плазму внутри котла отопления.

Перспективы водорода в отрасли отопления

Многие ученые называют водород самым перспективным топливом, и это только подтверждается такими фактами:

Водород является самым распространенным топливным элементом во Вселенной, и десятый по запасам среди всех химических элементов на нашей планете. Если говорить проще, то проблем с запасами водорода точно не будет;

  • Несмотря на то, что это – газ, он абсолютно безвреден, и нетоксичен, поэтому люди, животные и даже растения не будут ощущать пагубного влияния;
  • В отопительном оборудовании, которое работает на водороде, продуктом горения выступает обычная вода, поэтому о вредных выхлопах и говорить не стоит;
  • Градус горения водорода равен 6000, это подтверждает большую теплоемкость данного химического элемента;
  • По весу, это топливо даже легче воздуха (в 14 раз), поэтому в случае возникновения утечки, топливный выбор улетучиться самостоятельно и очень быстро;
  • Килограмм водорода сегодня стоит лишь 2-7 американских долларов. Но килограмм это очень много, ведь плотность вещества составляет всего 0,008987 кг/м3;
  • Теплотворность 1 куба водорода равна 13 000 кДж. Конечно, этот показатель примерно в три раза ниже, чем у природного газа, но цена на водород ниже в десятки раз.

Из этого можно сделать вывод, что отопление домов водородом будет стоить не дороже, чем с применением обычных газовых котлов. Также владелец такого уникального оборудования не будет платить бешеные накрутки в карманы владельцев нефтегазовых компаний, нет необходимости и обустраивать дорогущий газопровод. При этом владелец избавит себя еще и от прохождения нудных и долгих бюрократических процедур по согласованию разных проектов.

В общем, водород можно действительно считать самым перспективным топливом. Все преимущества этого элемента уже испытали сотрудники аэрокосмических предприятий, которые используют водород в качестве ракетного топлива.

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

  • Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
  • Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
  • «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
  • Температура горения водорода  достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
  • Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
  • Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
  • Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».

Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

  • Топливо подается на горелку.
  • Факел горелки разогревает теплообменник.
  • Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.

Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.

Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.

А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.

Плюсы водородных котлов

  • Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
  • У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
  • Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
  • Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.

Минусы водородных котлов

  • Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
  • Высокая цена промышленных моделей.
  • Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
  • Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
  • Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, H2ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

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.

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.

МИНИ-ГЕНЕРАТОР

Процесс создания устройства состоит из двух частей: выбора материалов и собственно самого производства.

МАТЕРИАЛЫ

Поиск материалов для строительства простейшего водородного аппарата не должен составить больших трудностей.

Ниже приводится список необходимого:

  • источник питания (1-2 ампера и 12 вольт);
  • стеклянная пол-литровая емкость с навинчивающейся крышкой;
  • литровая пластиковая бутылка;
  • пластмассовая прямоугольная 10-15 сантиметровая линейка;
  • лезвия бритвы в виде пластинок;
  • две медицинских капельницы для переливания;
  • медные провода малого сечения;
  • поваренная соль и вода.

Помимо материалов понадобится кое-какой инструментарий:

  • нож канцелярского типа;
  • наждачка;
  • паяльник с комплектом для пайки;
  • клеевой пистолет.

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изготовить генератор водорода своими руками можно согласно указанной ниже инструкции:

  1. Прежде всего, приготовим лезвия. Для этого нужно зачистим их с одной стороны по неострым краям (на 2-3 миллиметра). Далее лезвия подвергаем лужению.
  2. Через каждые 3-4 миллиметра делаем на линейке пазы для лезвий. Увеличение дистанции между засечками влечет рост потребления тока, а значит, понадобится более мощное питание.
  3. Все лезвия устанавливаем перпендикулярно по отношению к плоскости линейки. Фиксируем их клеем, но таким образом, чтобы не допустить электрического контакта. Внешне конструкция будет напоминать ребристую батарею.
  4. Вслед за высыханием клея нужно добавить новые элементы. Для этого присоединяем к двум проводам лезвия: к одному четные, к другому — нечетные. Это похоже на то, как выглядят пластинки в аккумуляторах.
  5. Сверлим в металлической крышке три отверстия: два — под провода, и третье (чуть большего диаметра) — для транспортировки газа. Точный диаметр третьего отверстия определяется исходя из размерности капельницы, фильтр которой позднее вставим в крышку.
  6. Линейку с установленными в ней лезвиями фиксируем на внутренней плоскости металлической крышки.
  7. После того как вставили провода и капельницу, обрабатываем отверстия клеем, с тем, чтобы закрепить элементы. После закручивания крышка должна покрывать емкостью с полной герметичностью.
  8. Далее понадобится барботер гидрозатвор. Для этого используем пластиковую бутылку. Шланг от банки, пускаем через крышку. Шланг должен дойти до днища бутылки. Второй шланг (через который будет отводиться газа), должен находиться вверху. Не забываем о герметичности мест соединения.
  9. Заливаем воду в пластиковую бутылку (не под самую пробку) и в стеклянную банку. В банку добавляем несколько столовых ложек соли и перемешиваем.
  10. Тщательно закрываем крышки.

Водородный генератор готов. Можно приступать к проверке его работоспособности. После подключения прибора к электросети можно увидеть гидролизный процесс, в результате которого выделяется газ. Если поднести зажженную зажигалку к шлангу на выходе из аппарата, горелка загорится.

Приведенный выше пример генератора — лишь маленькая тестовая модель, которая, однако, показывает принцип работы системы и практическую возможность изготовления генератора своими руками. Ниже рассмотрим создание более серьезного водородного аппарата, который действительно можно использовать в хозяйстве.

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

  • Нельзя самостоятельно модернизировать и переделывать водородное нагревательное оборудование. Это повышает вероятность утечки водорода. При его взаимодействии с воздухом создается взрывоопасная ситуация.
  • Установите внутри теплообменника датчики температуры. Это позволит контролировать степень нагрева воды. Периодически проверяйте температуру, не допускайте перегревания теплоносителя.
  • Не эксплуатируйте отопительное оборудование в режимах и условиях, которые не предусмотрены производителем. Это может привести к нежелательной цепной реакции.
  • На горелочное устройство установите запорную арматуру и подключите ее к температурному датчику. Это позволит при необходимости обеспечивать охлаждение котла.
  • Если давление газа в камере сгорания критически повышается, то нужно выяснить причину такого повышения, принять меры для стабилизации работы.
  • Следите за подачей воды, периодически меняйте электролитный раствор.

1 Характеристики водорода

Водород — это вещество с уникальными свойствами. Бесцветный и невидимый газ совершенно не имеет массы в твердом и жидком состоянии. Водород — самое распространенное вещество на планете, к тому же оно не содержит токсинов. Если смешать его с окружающим воздухом, то свойства полученной смеси будут сохраняться очень долго, а от соприкосновения с огнем произойдет воспламенение.

Ученые и инженеры относят водород к гремучим газам из-за его легковоспламеняемости. Именно поэтому его хранят в специальных герметичных баллонах из легированной стали. Несмотря на повышенную взрывоопасность, водород активно используют в разных сферах жизни человека:

  • в химической промышленности для производства аммиака, метилового спирта, хлороводорода и соляной кислоты;
  • в пищевой промышленности для изготовления маргарина из твердых растительных жиров;
  • как ракетное топливо;
  • для восстановления металлов из оксидов, например, вольфрама;
  • для сварки тугоплавких металлов;
  • для обогрева жилых домов.

Постройка водородной горелки

Приступаем к созданию водной горелки. Традиционно, начинать будем с приготовления необходимых инструментов и материалов.

Что потребуется в работе

  1. Лист «нержавейки».
  2. Обратный клапан.
  3. Два болта 6х150, гайки и шайбы к ним.
  4. Фильтр проточной очистки (от стиральной машины).
  5. Прозрачная трубка. Для этого идеально подходит водяной уровень – в магазинах стройматериалов он продается по 350 рублей за 10 м.
  6. Пластиковый герметичный контейнер для пищи емкостью 1,5 л. Примерная стоимость – 150 рублей.
  7. Штуцеры с «елочкой» ø8 мм (такие отлично подойдут для шланга).
  8. Болгарка для распиливания металла.

А теперь разберемся, какую именно нержавеющую сталь нужно использовать. В идеале для этого следует взять сталь 03Х16Н1. Но купить целый лист «нержавейки» порой весьма накладно, ведь изделие толщиной 2 мм стоит более 5500 рублей, к тому же его нужно как-то привезти. Поэтому, если где-то завалялся небольшой кусок такой стали (хватит и 0,5х0,5 м), то можно обойтись и им.

Корпус никель-водородного аккумулятора

Мы будем использовать нержавеющую сталь, потому что обычная, как известно, в воде начинает ржаветь. Более того, в нашей конструкции мы намерены применять щелочь вместо воды, то есть среду более чем агрессивную, да и под действием электротока обычная сталь долго не прослужит.

Инструкция по изготовлению

Первый этап. Для начала берем лист стали и размещаем его на ровной поверхности. Из листа указанных выше размеров (0,5х0,5 м) должно получиться 16 прямоугольников для будущей горелки на водороде, вырезаем их болгаркой.

Второй этап. С обратной стороны пластин просверливаем отверстия для болта. Если бы мы планировали сделать «сухой» электролизер, то просверлили отверстия и снизу, но в данном случае этого делать не надо. Дело в том, что «сухая» конструкция порядком сложнее, да и полезная площадь пластин в ней использовалась бы не на 100%. Мы же сделаем «мокрый» электролизер – пластины полностью погрузятся в электролит, а в реакции будет участвовать вся их площадь.

Энергия воды

Третий этап. Принцип работы описываемой горелки основывается на следующем: электроток, проходя через погруженные в электролит пластины, приведет к тому, что вода (она должна входить в состав электролита) разложится на кислород (О) и водород (Н). Следовательно, мы должны располагать одновременно двумя пластинами – катодом и анодом.

С увеличением площади этих пластин увеличивается объем газа, поэтому в данном случае используем по восемь штук на катод и анод, соответственно.

Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома

Четвертый этап. Далее нам предстоит установить пластины в пластиковый контейнер так, чтобы они чередовались: плюс, минус, плюс, минус и т. д. Для изоляции пластин используем куски прозрачной трубки (мы купили ее целых 10 м, поэтому запас есть).

Нарезаем из трубки небольшие кольца, разрезаем их и получаем полоски толщиной примерно 1 мм. Это идеальное расстояние, чтобы водород в конструкции эффективно генерировался.

Пятый этап. Пластины крепим друг к другу с помощью шайб. Делаем это следующим образом: надеваем шайбу на болт, затем пластину, после нее три шайбы, еще одну пластину, опять три шайбы и т. д. Восемь штук вешаем на катод, восемь – на анод.

Далее затягиваем гайки и изолируем пластины посредством нарезанных ранее полосок.

Шестой этап. Смотрим, куда именно в контейнере упираются болты, просверливаем в том месте отверстия. Если вдруг болты не помещаются в контейнер, то мы спиливаем их до требуемой длины. Затем вставляем болты в отверстия, надеваем на них шайбы и зажимаем гайками – для лучшей герметичности.

Далее проделываем дыру в крышке для штуцера, вкручиваем сам штуцер (желательно намазав место соединения силиконовым герметиком). Дуем в штуцер, чтобы проверить герметичность крышки. Если воздух все же выходит из-под нее, то промазываем и это соединение герметиком.

Седьмой этап. По окончании сборки тестируем готовый генератор. Для этого подключаем к нему любой источник, заполняем контейнер водой и закрываем крышку. Далее на штуцер надеваем шланг, который опускаем в емкость с водой (чтобы увидеть пузырьки воздуха). Если источник недостаточно мощный, то их в емкости не будет, но вот в электролизере они появятся обязательно.

Далее нам нужно повысить интенсивность выхода газа посредством увеличения напряжения в электролите. Здесь стоит отметить, что вода в чистом виде не является проводником – ток проходит через нее благодаря имеющимся в ней примесям и соли. Мы же разбавим в воде немного щелочи (к примеру, гидроксид натрия отлично подходит – в магазинах он продается в виде чистящего средства «Крот»).

Устройство и принцип работы генератора водорода

Как это работает

Классический аппарат для выработки водорода включает в себя трубку небольшого диаметра, зачастую — с круглым сечением. Под ней расположены спецячейки с электролитом. Сами частицы алюминия располагаются в нижнем сосуде. Электролит в данном случае подходит только щелочного типа. Над подающим насосом установлен резервуар, где собирается конденсат. В некоторых моделях применяется 2 насоса. Температура контролируется прямо в ячейках.

Генератор получает газ из воды. Ее качество напрямую влияет на количество примесей в готовом продукте. Так, если в генератор попадает вода с высокой концентрацией посторонних ионов, то ей сперва предстоит пройти через деионизационный фильтр.

Вот как происходит процесс получения газа:

  1. Дистиллят расщепляется на кислород (O) и водород (H) в процессе электролиза.
  2. O2 поступает в питающий бак, а затем уходит в атмосферу в виде побочного продукта.
  3. H2 поставляется в сепаратор, отделяется от воды, которая затем снова поступает в питающий бак.
  4. Водород повторно пропускается сквозь разделяющую мембрану, которая извлекает из него остатки кислорода, а затем попадает в хроматографическое оборудование.

Метод электролиза

Как уже упоминалось выше, в мире практически нет таких же неиссякаемых энергоисточников, как водород. Не следует забывать, что Мировой океан на 2/3 состоит из этого элемента, а во всей Вселенной H2 на пару с гелием занимает наибольший объем. Но чтобы получить чистый водород, нужно расщепить воду на частицы, а сделать это не очень просто.

Ученые после многолетних ухищрений изобрели метод электролиза. Этот метод основывается на помещении в воду на близком расстоянии друг от друга двух пластин из металла, которые подсоединены к источнику большого напряжения. Далее подается питание – и большой электропотенциал фактически разрывает молекулу воды на компоненты, в результате чего высвобождается 2 атома водорода (HH) и 1 — кислорода (O).

Данный газ (HHO) был назван в честь ученого австралийского ученого Юлла Брауна, который в 1974 году запатентовал создание электролизера.

Топливная ячейка Стенли Мейера

Ученый из США Стенли Мейер изобрел такую установку, которая использовала не сильный электропотенциал, а токи определенной частоты. Молекула воды раскачивается в такт изменяющимся электрическим импульсам и входит в резонанс. Постепенно он набирает мощность, которой хватает для разделения молекулы на составляющие. Для такого воздействия нужны в десятки раз меньшие токи, чем для функционирования стандартного электролизного агрегата.

Преимущества газа Брауна как источника энергии

  1. Вода, из которой получают HHO, присутствует на нашей планете в огромном количестве. Соответственно, источники водорода практически неиссякаемы.
  2. При сгорании газа Брауна образуется водяной пар. Его можно вновь конденсировать в жидкость и применять как сырье еще раз.
  3. Сжигание HHO не приводит к выбросу каких-либо вредных веществ в атмосферу и не образует побочных продуктов, кроме воды. Можно сказать, что газ Брауна — самое экологичное топливо в мире.
  4. При использовании водородного генератора выделяется водяной пар. Его количества хватает, чтобы длительное время поддерживать в помещении комфортную для человека влажность.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий