Котел водородный для отопления своими руками: газовый и на воде, изготовление

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

2H2 + O2 → 2H2O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H2O → 2H2 + O2 — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Водородный котел – как с ним быть…

При сжигании водорода выделяется в 3 раза больше тепла, чем при сжигании природного (обычного) газа. (!) Баллон с водородом можно купить. Правда стоит он довольно дорого, если вычислить, — то отапливать все равно не выгодно… Но водород можно получить самостоятельно, из воды, используя электричество. Причем напряжение нужно небольшое. Получить водород можно немедленно, с помощью обычной батарейки….

Водород

Водород – один из самых распространенных химических элементов на Земле. Он входит в состав всех органических веществ. А также в состав самого массового вещества – воды. Водород вокруг нас повсюду. Он же совместно с углеродом образует и горючие газы, которые добываются из недр, а затем мы их сжигаем в конфорках – метан, бутан, пропан…

Но чистый водород при сжигании, т.е. при реакции с кислородом, выделяет в разы больше энергии, чем метан … При этом образуются пары воды, без засорения атмосферы угарным и углекислыми газами…

Таким образом на планете можно разглядеть просто громаднейшие запасы тепловой энергии, — ведь всюду находится водород…

Энергия в скрытом состоянии

Запасы водорода очень большие, это правда, но дело в том, что этот газ на Земле находится в связанном состоянии. Свободного водорода почти нет – неуловимые крохи в атмосфере.

Т.е. для того, чтобы использовать водород для отопления, его нужно добыть из каких-то других веществ. Осуществить это можно в специальной установке…. Или купить в сжиженном состоянии в баллонах.

Реально добыть водород известными на сегодня способами в домашних условиях можно только из воды. Для этого используется способ электролиза.

Между электродами, опущенными в воду (электролит), протекает электрический ток. При этом вода разлагается, на одном электроде выделяется водород, на другом – кислород.

Осталось водород уловить, и направить в камеру сжигания, чтобы получить как бы «дармовое» тепло. Кислород можно выбросить безопасно в атмосферу.

Общая схема водородного котла

На приведенной схеме разными цифрами обозначены различные элементы, но суть в следующем. В емкость с электролитом (подсоленной водой) подается постоянное напряжение 12 – 24В на два электрода. Выделяющийся над одним электродом водород улавливается и проходит через сепараторы – предохранители. Затем – прямо в топку котла. Причем котел может быть и самодельным, настолько он прост.

Важно обеспечить герметичность емкости, в которой происходит выделение газа над электродом. Утечка грозит крупными неприятностями.
Также важно не допустить попадание в емкость или в магистраль воздуха или кислорода с другого электрода. Создание гремучего газа в самой магистрали – создание отличной мощной бомбы готовой к взрыву от малейшей искры у себя на производстве (в квартире, например).
Нельзя допустить и обратного броска давления в камеру с водородом из котла – обратного удара. Тогда плазма натворит бед…. Для предохранения и предназначены бульбуляторы- сепараторы.

Кто и как делает водородные котлы

Эксперименты по созданию водородных котлов велись давно, и в общем то успешно. Занимались ими научно технические организации. Стоит выделить такой успех, как разработка аппаратуры, которая питает двигатель автомобиля водородом. Причем получение водорода осуществлялось прямо на легковом автомобиле. Автомобиль буквально заправили водой и он – «Поехал на воде», — интересный эксперимент.

Также — создание теплогенераторов, сжигающих водород для получения тепловой энергии. Иногда водород выделяется как побочный продукт на химических производствах, и его можно утилизировать с прибылью, с получением тепла.

Сейчас иногда предлагают даже делать водородные колы, водородные автомобили самостоятельно. При агитации за такое действие, упор делается на небольшое необходимое напряжение постоянного тока, и большую энергоотдачу самого вещества….

Но при этом, конечно, умалчивается, что в целом это хоть и осуществимо, но полностью бессмысленно…

Делать или не делать?

Можно даже встретить настойчивые предложения делать водородный котел, при этом предлагается купить «секретный» чертеж, или какие-то детали. Так как водородный котел очень выгодный.

Прямой обман заключается именно в слове «выгодный». При описании просто «забывают» рассказать, какая нужная затрачиваемая мощность электроэнергии для получения водорода. А затратить энергии на получение водорода нужно больше, чем затем будет получено при его сжигании.

Действительно, если этот химический элемент можно так просто получить и затем соединить с кислородом с такой громадной энергоотдачей, то почему до сих все вокруг не отапливается, не ездит, не вращается… посредством химического соединения Н2 и О2?

Водородный котел – прямой обман и шарлатанство

Водородный котел создать можно даже в домашних условиях, правда с неоправданными рисками на тему «Техника безопасности». Но целесообразности в этих действиях нет ни малейшей.

Если приобретать сжиженный в баллоне, то тепловая энергия получится в разы дороже чем от того же сжиженного пропана.
Если добывать электролизом – то расход электроэнергии в разы больше, чем тепловая энергия от сгорания полученного водорода. Т.е. в 2- 3 раза эффективней эту энергию направить просто на электроконвекторы, чем баловаться с разложением воды.

Поэтому водородные котлы существуют сейчас только в виде научного эксперимента в серьезных организациях, или в виде домашнего эксперимента по получению вечного двигателя…

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»).

Монтаж водородного котла

Монтаж водородного генератора выполняют поэтапно, подключая все основные элементы конструкции:

Котел, в виде теплообменника, где протекает процесс генерации водорода. Его можно изготовить самостоятельно, а для процесса теплопередачи требуются только электроэнергия и вода.
Электролизер – основная часть в котле, где осуществляется процесс распада воды H2О. Конструктивно он представляет собой емкость с водой, в нее опускают электроды с высокой электропроводностью.
Искровая горелка для разогрева воды.
Горелочный клапан, расположен вверху котла для сбора исключительно H2 и непосредственной передачи его в горелку.
Управляющий блок выполняет функции регулирования рабочими процессами с демонстрацией напряжения и тока. На нем установлены регуляторы мощности и других рабочих параметров.
После монтажа основного оборудования проводят обвязку системы трубопроводами диаметром 24 -32 мм. При монтаже труб учитывают уклон и выполняют требования: диаметр последующего разветвления обязан быть меньшим предыдущего.
Подключают источник питания.
Устанавливают датчик пламени на горелке, по требованиям безопасности системы.
Устанавливают в водяном контуре датчики температур и запорно-регулирующую арматуру.

Гарантийный срок заводских водородных устройств составляет 15 лет, но практически при правильной эксплуатации они могут надежно работать 20 и более лет.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

Химическая реакция — 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 — при использовании энергии АЭС.
Электролиз от промышленной сети — 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
Производство из биомассы — 350 рублей.
Конверсия углеводородов — 200 рублей.
Высокотемпературный электролиз на АЭС — 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс — высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

Достоинства и недостатки отопления на водороде

Плюсы:

Одним из самых очевидных плюсов можно считать нескончаемое количество топлива, так как им служит вода. Отпадает необходимость в добыче угля, дров или другого природного ресурса для получения тепла.

Низкий расход электрической энергии

Низкий расход электричества. Для примера устройство, мощность которого 40 кВт, расходует 0,44 кВт в час, водородный котел считается наиболее экономичным в отличии от других способов отопления.
Высокая степень экологичности, полностью отсутствуют выбросы, наносящие вред окружающей среде, так как при работе выделяется только пар.
Высокий коэффициент полезного действия порядка 94%, никакой другой вид отопления не дает подобной теплоотдачи.
Низкий уровень шума во время работы.
Не требует установки дымохода и его последующего обслуживания.
Отсутствует необходимость в горящем пламени.
Предъявляются гораздо ниже требования к монтажу и месту установки, чем к газовому оборудованию.

Недостатки:

Недостатком можно считать то, что газ, который вырабатывается, не имеет ни цвета ни запаха, и если произойдет его утечка обнаружить это будет крайне сложно. Температура, при которой он возгорается составляет 540 градусов, исходя из этого его относят к взрывоопасным.

Выделение водорода
Достаточно высокая стоимость.
Существует очень мало специалистов, которые проводят проверку и сертифицирование баллонов.
Требуется постоянное пополнение катализатора.
Сложность в поиске запасных частей, это связано с низкой востребовательностью на рынке.

Заводские и самодельные установки

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.

Схема работы водородного котла и преимущества такого способа отопления

Способ отопления жилища при помощи водородного котла был придуман относительно недавно в Италии (а автомобильный двигатель на водороде, кстати, ещё в 1960-х годах). Раньше учёные тоже задумывались над использованием водорода в качестве «домашнего» топлива, однако, была одна проблема: сделать котёл из привычных материалов не получалось из-за очень высокой температуры горения этого газа.

Теперь же ситуация изменилась: водородные котлы делают из таких же материалов, как и все остальные. Отзывы о них преимущественно положительные, их можно найти, зайдя на любой тематический форум.

Если кто-то услышит выражение «газ Брауна», то здесь волноваться не стоит: речь идёт не об иприте или смеси для активации ядерного заряда. Это смесь водорода и кислорода, которая должна активизироваться при помощи кислородно-водородного электролиза (в устройстве вставлен электролизёр). Большинство установок работает именно на этом газу.

Процесс получения водорода с помощью электролиза

Процесс отопления предельно прост: в специальной установке (котле) есть резервуар с водородом. При температуре в 300C° газ начинает взаимодействовать с кислородом, образуя воду и пар, которые и распределяется по системе трубопроводов внутри жилых домов.

Из преимуществ такого вида отопления можно выделить следующие:

водород попросту не имеет продуктов горения за исключением воды (конденсируемая вода попадает в отопительный трубопровод — никаких дымоходов держать не придётся);
абсолютная экологическая безопасность;
водород не воспламеняется, а отдаёт большое количество тепловой энергии при взаимодействии с кислородом (в результате этой каталитической реакции и образуется вода);
фактическая температура теплоносителя — 40C° (может показаться, что немного, однако теплопотерь у такого способа отопления быть не может априори).

Водородный котел отопления своими руками

Принципиальная схема работы устройства настолько проста, что ее можно собрать самому.

Процесс монтажа котла своими руками:

выполняют чертеж или скачивают его для требуемой мощности котла из проверенного источника в интернете, лучше если к чертежам и схемам будет видео-пояснение с демонстрацией агрегата;
собирают все необходимые материалы по перечню и спецификациям;
лучшая комплектация для металла корпуса — ферромагнитные сплавы, но также неплохо будет использовать нержавеющую емкость;
основные элементы: источник тока 12 В, ШИМ-регулятор постоянного тока не менее 30 А, газовая горелка заводского изготовления;
создание электролизера из пластин 18 штук или более, главное число должно быть четным. Вырезают пластины из металлического листа ножницами для металла и выполняют в них отверстия для крепления. Делят их в равном соотношении на анод и катод, и далее собирают схему подключения проводов;
сваривают емкость прямоугольной формы, заливают в нее воду или смесь с катализатором, после чего размещают подключенные пластины;
в верхней части котла устанавливают клапан и присоединяют трубку, для транспортировки H2 до горелочного устройства.

Домашние генераторы водорода

Как видно из предыдущего раздела, большинство технологических процессов по промышленному получению водорода связаны с воздействием высоких температур, что проблематично в домашних условиях. Рассмотрим водородные установки для отопления, доступные в частном хозяйстве:

Водород из навоза

Биогазовые установки, коих немало в Западной Европе, начинают появляться и у отечественных аграриев. Кустарные биогазовые реакторы, о которых рассказывают в интернете «мастера-очумелые ручки» не отличаются ни производительностью, ни стабильностью генерации. Эффективными являются лишь довольно сложные и недешёвые установки при условии стабильного поступления в них сырья. Это нереально осуществить на мелком частном подворье, но возможно в крепком фермерском хозяйстве. Водород является лишь побочным продуктом при производстве биогаза и, как правило, его не отделяют, сжигая вместе с метаном. Но при необходимости Н2 можно сепарировать.

Принципиальная схема биогазовой установки. Чтобы процесс выработки горючих газов был интенсивным, сырьё ферментируют и периодически перемешивают

Водород из воды

Электролизная водородная установка для отопления дома — единственное на сегодняшний день решение, доступное для частного дома. Электролизер компактен, прост в обслуживании, его можно установить в небольшом помещении. Сырьё для получения топлива — водопроводная вода. Есть ряд именитых производителей, которые предлагают подобные домашние генераторы водорода для отопления дома и заправки автомобиля. К примеру, с 2003 года компания Honda выпускает Home Energy Station, сегодня в продаже уже третье поколение. HES III снабжена солнечными панелями, может устанавливаться в гараже либо на улице.

Home Energy Station — весьма недешёвая установка, способная производить до 2 м2 водорода в час из природного газа либо электролизом воды. В состав станции входит риформер, топливные элементы, система очистки, компрессор и резервуар для хранения газа. Электроэнергия может поступать из сети либо вырабатываться солнечными панелями

Помимо «фирменного» оборудования, которое, кстати, официально в страны СНГ никто не поставляет, сегодня широко рекламируются генераторы Н2, произведенные нашими друзьями в Поднебесной либо таджикскими коллегами в отечественных гаражах. Уровень качества и производительность — разные, от никакого до условно приемлемого. Продавцы подобного оборудования, в отличие от более-менее честных японцев, не обещающих манны небесной, используют «грязные» рекламные технологии, откровенно обманывая потенциальных покупателей на предмет характеристик своего оборудования, продающегося по завышенным ценам.

Полукустарная установка для выработки водорода

На околостроительных интернет-форумах широко обсуждается отопление на водороде своими руками, предусматривающее самостоятельное изготовление электролизера. Это возможно и даже не очень сложно, если домашний мастер владеет азами электротехники и руки у него растут, откуда положено. Насколько эффективно и безопасно — отдельный вопрос.

Автор ролика подробно рассказывает об устройстве топливной ячейки для получения водорода, смонтированной в корпусе обычного фильтра для очистки воды. Установка реально действующая.

Другой вопрос, что получить топливо — это лишь часть задачи. Необходимо обеспечить его генерацию в нужных объёмах, отделить от кислорода и водяного пара, создать запас, обеспечить постоянное давление при подаче в теплогенератор.

Принципиальная схема полноценной установки для получения водорода. Как видно, одной «колбочкой с электродами» здесь не обойтись, нужны резервуары, конденсатор, компрессор. Если посчитать стоимость всего оборудования, получается недёшево

Водородный котёл отопления

Краткая теоретическая часть

Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

2H2 + O2 → 2H2O + Q (энергия)

2H2O → 2H2 + O2 — Q

Инструкция по изготовлению

Энергия воды

Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома

Далее затягиваем гайки и изолируем пластины посредством нарезанных ранее полосок.

Сколько стоит килограмм водорода

Химическая реакция — 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 — при использовании энергии АЭС.
Электролиз от промышленной сети — 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
Производство из биомассы — 350 рублей.
Конверсия углеводородов — 200 рублей.
Высокотемпературный электролиз на АЭС — 130 рублей.

Заводские и самодельные установки

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.

Схема работы водородного котла и преимущества такого способа отопления

Процесс получения водорода с помощью электролиза

Из преимуществ такого вида отопления можно выделить следующие:

водород попросту не имеет продуктов горения за исключением воды (конденсируемая вода попадает в отопительный трубопровод — никаких дымоходов держать не придётся);
абсолютная экологическая безопасность;
водород не воспламеняется, а отдаёт большое количество тепловой энергии при взаимодействии с кислородом (в результате этой каталитической реакции и образуется вода);
фактическая температура теплоносителя — 40C° (может показаться, что немного, однако теплопотерь у такого способа отопления быть не может априори).

Домашние генераторы водорода

Водород из навоза

Водород из воды

Полукустарная установка для выработки водорода

Плюсы и минусы отопления

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

Плюсы и минусы отопления

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

Что такое водородный генератор и принцип его работы

Прибор имеет еще одно название – электролизер, функционирует за счет физического и химического процессов. Выглядит генератор водорода для отопления дома как несколько металлических пластин, которые погружены в тару, заполненную дистиллированной водой. Несмотря на простоту схемы, электролизер способен вырабатывать большое количество энергии.

Процесс выглядит следующим образом: электроток проходит через воду между металлическими пластинами разной полярности (анод-катод), это приводит к расщеплению дистиллированной жидкости на молекулы водорода, кислорода. Если площадь металлических элементов большая, проходит много электрического тока и объем газа повышается. Корпус, куда погружены пластины, обязательно оснащается клеммами для подключения источника питания – электрического тока, а также втулкой, куда направляется вырабатываемый газ.

Несколько дельных советов

Далее поговорим о других составляющих водородной горелки – фильтре для стиралки и клапане. Оба предназначаются для защиты. Клапан не позволит загоревшемуся водороду проникнуть обратно в конструкцию и взорвать скопившийся под крышкой электролизера газ (пусть его там и немного). Если не установим клапан, то контейнер повредится и щелочь вытечет наружу.

Фильтр же потребуется для изготовления водяного затвора, который будет играть роль барьера, предотвращающего взрыв. Народные умельцы, не понаслышке знакомые с конструкцией самодельной горелки на водороде, называют этот затвор «бульбулятором». И правда, он по сути лишь создает пузырьки воздуха в воде. Для самой горелки используем все тот же прозрачный шланг. Все, водородная горелка готова!

Остается лишь подсоединить ее к входу системы «теплый пол», герметизировать соединение и начать непосредственно эксплуатацию.

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.

Если правильно подобрать материалы и тщательно изучить схему отопления, изготовление установки и ее присоединение к котлу не представляет собой ничего сложного.

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.

Преимущества и недостатки водорода как топлива

Собственно, преимуществ у водорода много. Как уже отмечалось выше, это один из самых распространённых газов на планете (во Вселенной — самый распространённый), доступный и экологический чистый вид топлива.

В общем, среди достоинств можно выделить следующие:

повсеместно распространён (обычно его помещают в баллоны — как и сжиженный газ);
система отопления на водороде, по сути, образует собой замкнутый цикл, в который не требуется вмешательство человека;
относительная дешевизна топлива;
при использовании водорода среднестатистический прибор выделяет 121 МДж/кг энергии, а аналогичный показатель у того же популярного пропана — 40 МДж/кг.

Есть у водородного топлива и свои недостатки:

вероятность взрыва котла при превышении нормированного давления в котле;
если брать российские условия, то не всегда можно найти водородные баллоны в шаговой доступности (это не природный газ пропан всё-таки);
иногда температура, выделяемая при каталитической реакции, может быть настолько велика, что для выхода пара и воды нужно делать отдельный дымоход (правда, это если речь идёт о старых установках — в современных пар и вода сразу попадают в трубопровод, являясь теплоносителем);
высокий уровень шума;
большое потребление воды.
Схема устройства блока управления водородным котлом

Применение водорода в системе отопления

Для тех, кто любит все делать своими руками, есть возможность создать систему отопления для своего дома самостоятельно. Одним из таких систем является отопление на водороде. С помощью такой отопительной системы можно эффективно отапливать большие помещения. Так как отопление на водороде обладает высокой мощностью.

Впервые такое отопление изготовила Итальянская компания. Отопление на водороде не производит вредных веществ и выбросов. Она влияет положительно на здоровье людей, а отапливает дом быстро, качественно и без шума.

Так как данное отопление может сжигать водород при температуре 300°, то существует возможность применения обычных котлов изготовленных из стандартных материалов.

В связи с тем, что отопление на водороде не выбрасывает вредные вещества в атмосферу, отсутствует необходимость в применении специальных котлов с системой вывода продуктов сгорания. В такой отопительной системе выделяется только пар, который не несет никакого вреда. Для того чтобы получать водород вам придется только тратиться на расходы электричества. Если же вы проживаете в теплых регионах, то можно применить солнечные батареи. В таком случае вы сможете хоть немного сократить расхода на электроэнергию.

Компоненты, которые входят в отопительную систему на водороде: трубы диаметром от 25 до 32 мм и котел. Установить трубы можно самостоятельно с учетом некоторых требований: диаметр трубы должен быть меньше после каждого разветвления. При соблюдении такого правила горелка будет работать качественно.

Также котел, работающий на водороде можно применять для обогрева полов. Такую систему используют довольно-таки часто. Установить такую систему самостоятельно не составит труда. А приобрести данную отопительную систему можно с разной мощностью.

Откуда берется чистый водород

Хозяину на заметку

«Чтобы привлечь внимание к своей продукции, некоторые производители водородных котлов делают ссылки на некий “секретный катализатор” или на использование “газа Брауна” в своих устройствах». Например, можно извлечь водород из газа метана, где водорода аж 4 атома! Только вот, зачем? Метан и сам по себе – горючий газ, зачем терять дополнительную энергию на выработку чистого водорода? Где тут энергоэффективность? Поэтому чаще всего водород извлекают из воды, которая, как всем известно, не может гореть, применяя для этого метод электролиза. В самом общем виде этот метод можно описать как расщепление молекул воды на водород и кислород под действием электроэнергии

Например, можно извлечь водород из газа метана, где водорода аж 4 атома! Только вот, зачем? Метан и сам по себе – горючий газ, зачем терять дополнительную энергию на выработку чистого водорода? Где тут энергоэффективность? Поэтому чаще всего водород извлекают из воды, которая, как всем известно, не может гореть, применяя для этого метод электролиза. В самом общем виде этот метод можно описать как расщепление молекул воды на водород и кислород под действием электроэнергии.

Электролиз давно известен и широко применяется для получения чистого водорода. На практике ни один промышленный водородный котел, пока во всяком случае, не обходится без электролизной установки или электролизера. Все бы хорошо, но эта установка требует электроэнергии. Итак, водородный котел должен в обязательном порядке потреблять энергию. Вопрос в том, каковы же эти энергозатраты?

Все разговоры о «теплоте сгорания» водорода немного уводят нас в сторону от данного вопроса, а между тем, он наиболее важен. Итак, водородный котел может быть выгоден в единственном случае – произведенная им тепловая энергия должна быть выше, чем израсходованная на работу котла.

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора

Лучше не рисковать, т. к. подобный процесс связан не только с необходимостью знания тонкостей техники и химии, но также требует должного соблюдения правил безопасности. Зато монтаж оборудования своими руками возможен. Для этого достаточно соблюдать инструкцию и не допускать самодеятельности.

Обогрев любого дома должен обеспечивать не только комфортное проживание человека, но и экологическую чистоту окружающей среды. Это достигается за счет того, что после сгорания водорода не образуется никаких вредных соединений.

В западных странах отопление с помощью водородных генераторов получило широкое признание и экономическое обоснование. Если подобный метод приживется и в России – это значительно повысит эффективность обогрева с минимальными затратами на ресурсы.

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.

Как использовать водородный генератор для отопления

К сожалению, ответить на этот вопрос не представляется возможным. Но если это интересно, то предполагаемая схема водородного генератора для отопления дома, показанная на фото, возможно, сможет прояснить для вас этот вопрос. Также можно посмотреть видео.

Единственное, что действительно заслуживает внимания, это топливные элементы. Английский ученый У. Гроув в 1839 году открыл обратимость электролиза: соединение молекул водорода и кислорода в воду. Эта реакция происходит с выделением тепла. Открытие англичанина не получило в течение ста лет никакого продолжения. В двадцатом веке проводились исследования по изготовлению топливных элементов. Первые разработки были массивными и требовали для своей работы больших температур и давления. В Советском Союзе топливные элементы производились в рамках лунной программы. Позже элементы пытались внедрить в автомобилестроение: были выпущены некоторые прототипы, в том числе и на ВАЗе. Водородной энергетикой интересовался «Норильский никель», но позже ликвидировал свою дочернюю компанию, занимавшуюся этим вопросом, как убыточную и непрофильную.

Топливные элементы на базе различных веществ (карбонатов, фосфорной кислоты, и др.) выпускаются и применяются.

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.

Устройство и принцип работы генератора водорода

Заводской генератор водорода представляет собой внушительный агрегат

Использовать водород в качестве топлива для обогрева загородного дома выгодно не только по причине высокой теплотворной способности, но и потому, что в процессе его сжигания не выделяется вредных веществ. Как все помнят из школьного курса химии, при окислении двух атомов водорода (химическая формула H2 – Hidrogenium) одним атомом кислорода, образуется молекула воды. При этом выделяется в три раза больше тепла, чем при сгорании природного газа. Можно сказать, что равных водороду среди других источников энергии нет, поскольку его запасы на Земле неисчерпаемы — мировой океан на 2/3 состоит из химического элемента H2, да и во всей Вселенной этот газ наряду с гелием является главным «строительным материалом». Вот только одна проблема — для получения чистого H2 надо расщепить воду на составляющие части, а сделать это непросто. Учёные долгие годы искали способ извлечения водорода и остановились на электролизе.

Схема работы лабораторного электролизёра

Этот способ получения летучего газа заключается в том, что в воду на небольшом расстоянии друг от друга помещаются две металлические пластины, подключённые к источнику высокого напряжения. При подаче питания высокий электрический потенциал буквально разрывает молекулу воды на составляющие, высвобождая два атома водорода (HH) и один — кислорода (O). Выделяющийся газ назвали в честь физика Ю. Брауна. Его формула — HHO, а теплотворная способность — 121 МДж/кг. Газ Брауна горит открытым пламенем и не образует никаких вредных веществ. Главное достоинство этого вещества в том, что для его использования подойдёт обычный котёл, работающий на пропане или метане. Заметим только, что водород в соединении с кислородом образует гремучую смесь, поэтому потребуются дополнительные меры предосторожности.

Схема установки для получения газа Брауна

Генератор, предназначенный для получения газа Брауна в больших количествах, содержит несколько ячеек, каждая из которых вмещает в себя множество пар пластин-электродов. Они установлены в герметичной ёмкости, которая оборудована выходным патрубком для газа, клеммами для подключения питания и горловиной для заливки воды. Кроме того, установка оборудуется защитным клапаном и водяным затвором. Благодаря им устраняется возможность распространения обратного пламени. Водород горит только на выходе из горелки, а не воспламеняется во все стороны. Многократное увеличение полезной площади установки позволяет извлекать горючее вещество в количествах, достаточных для различных целей, включая обогрев жилых помещений. Вот только делать это, используя традиционный электролизёр, будет нерентабельно. Проще говоря, если потраченное на добычу водорода электричество напрямую использовать для отопления дома, то это будет намного выгоднее, чем топить котёл водородом.

Водородная топливная ячейка Стенли Мейера

Выход из сложившейся ситуации нашёл американский учёный Стенли Мейер. Его установка использовала не мощный электрический потенциал, а токи определённой частоты. Изобретение великого физика состояло в том, что молекула воды раскачивалась в такт изменяющимся электрическим импульсам и входила в резонанс, который достигал силы, достаточной для её расщепления на составляющие атомы. Для такого воздействия требовались в десятки раз меньшие токи, чем при работе привычной электролизной машины.

Видео: Топливная ячейка Стенли Мейера

За своё изобретение, которое могло бы освободить человечество от кабалы нефтяных магнатов, Стенли Мейер был убит, а труды его многолетних изысканий пропали неизвестно куда. Тем не менее сохранились отдельные записи учёного, на основании которых изобретатели многих стран мира пытаются строить подобные установки. И надо сказать, небезуспешно.

Преимущества газа Брауна как источника энергии

Вода, из которой получают HHO, является одним из наиболее распространённых веществ на нашей планете.
При сгорании этого вида топлива образуется водяной пар, который можно обратно конденсировать в жидкость и повторно использовать в качестве сырья.
В процессе сжигания гремучего газа не образуется никаких побочных продуктов, кроме воды. Можно сказать, что нет более экологичного вида топлива, чем газ Брауна.
При эксплуатации водородной отопительной установки выделяется водяной пар в количестве, достаточном для поддержания влажности в помещении на комфортном уровне.

Область применения

Сегодня электролизёр — такое же привычное устройство, как и генератор ацетилена или плазменный резак. Изначально водородные генераторы использовались сварщиками, поскольку носить за собой установку весом всего несколько килограмм было намного проще, чем перемещать огромные кислородные и ацетиленовые баллоны. При этом высокая энергоёмкость агрегатов решающего значения не имела — всё определяло удобство и практичность. В последние годы применение газа Брауна вышло за рамки привычных понятий о водороде, как топливе для газосварочных аппаратов. В перспективе возможности технологии очень широки, поскольку использование HHO имеет массу достоинств.

Сокращение расхода горючего на автотранспорте. Существующие автомобильные генераторы водорода позволяют использовать HHO как добавку к традиционному бензину, дизелю или газу. За счёт более полного сгорания топливной смеси можно добиться 20 – 25 % снижения потребления углеводородов.
Экономия топлива на тепловых электростанциях, использующих газ, уголь или мазут.
Снижение токсичности и повышение эффективности старых котельных.
Многократное снижение стоимости отопления жилых домов за счёт полной или частичной замены традиционных видов топлива газом Брауна.
Использование портативных установок получения HHO для бытовых нужд — приготовления пищи, получения тёплой воды и т. д.
Разработка принципиально новых, мощных и экологичных силовых установок.

Отрицательные стороны генераторов

Правда, есть и определенные минусы применения таких генераторов. Технология добычи тепла из водорода сейчас на стадии развития, поэтому некоторых недостатков избежать не получится. В первую очередь – это труднодоступность, генераторы есть далеко не в каждом магазине. Соответственно и при поломке деталь для замены придется хорошенько поискать.

Баллоны с этим веществом не очень удобны в перевозке, также надо отметить, что при комнатной температуре водород является легким летучим газом, и работать с ним сложно. Купить такое альтернативное топливо в России сегодня непросто, а с сооружением электролиза своими руками не все справятся. Также при использовании самодельных конструкций надо учитывать, что они могут быть небезопасными, ведь гарантировать полный контроль реакции невозможно.

Но все эти недостатки будут лишь некоторое время, вскоре ученные найдут способ быстрого получения и удобной транспортировки водорода, и тогда его можно будет применять для обогрева дома на постоянной основе. Популярность генераторов такого типа постоянно растет, и из категории экзотических устройств они переходят в «инновационные».

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии — 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа — 50 000 кДж/кг. У водорода — намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость — 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница — поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления — электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Именно такие рекламные технологии и методы убеждения используют продавцы установок для отопления дома водородом, чтобы втридорога сбыть свой бесполезный товар

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.