Водородный генератор для отопления


Генераторы водорода для отопления дома

Водород – это самое распространенное и дешевое топливо, под которое можно перестроить любой теплогенерирующий агрегат. Поэтому «для полного счастья» нам остается лишь разобраться, как сделать генератор водорода своими руками, чем мы и займемся ниже по тексту.

Водородное отопление загородного дома

Как добывают водород?

  • С помощью каталитической конверсии или парового риформинга «классического» топлива – угля или газа. Из базовых продуктов выделяют легкие углеводы, которые используются в качестве сырья для производства водорода. Себестоимость килограмма конечного продукта доходит до 2,5 $, что очень неплохо. Однако для реализации такой технологии вам придется купить целый химический завод.
  • С помощью термохимической обработки любой биомассы. Содержащее углеводы сырье погружают в лишенную кислорода среду и нагревают до температуры 500-800 градусов Цельсия, «вытапливая» целый ряд химических веществ – от водорода до углекислого газа. Себестоимость такого водорода доходит до 5,5 $ за килограмм, однако в бытовых условиях эта технология труднореализуема.
  • С помощью биохимической обработки биомассы. Сырье нагревают до 30 градусов Цельсия и «заражают» колонией бактерий, которые «питаются» углеводами и выделяют водород. Такая технология обеспечивает себестоимость топлива на уровне 2-5 $ за килограмм, попутно избавляя домохозяйство от органического мусора. Однако на данном этапе развития технологии биоводород можно получить только в лабораторных условиях.
  • С помощью классического электролиза – расщепления молекул воды электрическим током. С помощью электролиза мы можем получить водород из дистиллированной или обычной воды, затратив до 5-6 $ на производство килограмма топлива. Да, это дорого, но кустарный аппарат для производства водорода или маломощный генератор топлива промышленного типа можно построить только на основе такой технологии.

Промышленные генераторы водорода

Газовые генераторы серии ГВЧ-А

  • Производящие газ высокой чистоты для лабораторных целей.
  • Самый мощный в серии генератор водорода – ГВЧ 36 А – производит не менее 36 литров газа в час, расходуя дистиллированную воду.
  • В качестве источника топлива этот прибор бесперспективен. Он тратит слишком много воды и производит слишком «чистый» газ, а не пригодную для питания котла смесь кислорода и водорода.

Третья модель Home Energy Station компаний Honda и Plug Power

  • Вырабатывает 5 кВт электроэнергии и до 2 м3 час водорода,
  • Использует фотоэлектрические элементы и технологию риформинга природного газа.
  • Однако такая энергетическая установка входит в комплект поставки автомобиля  Honda FCX и производит топливо только для этого транспортного средства, продаваемого только в Японии.

Отечественные генераторы водорода для отопления дома STAR-2000 и STAR-4000

  • Вырабатывающие от 2 до 4 м3 топлива в час
  • При этом модель STAR-2000 потребляет всего 600 кВт электроэнергии в месяц, отапливая строение общей площадью до 250 квадратных метров.
  • Модель STAR-4000 потребляет 1200-1800 кВт электроэнергии в месяц, генерируя топливо для обогрева дома площадью до 500 квадратных метров.
  • Стоимость STAR-2000 – 230 тысяч рублей.
  • Цена генератора водорода STAR-4000 – 460 000 рублей.

Из вышерассмотренных моделей самой перспективной установкой для генерации топлива является модель STAR-4000.

Однако генераторы  STAR выпускаются лишь мелкосерийными партиями. Поэтому некоторые умельцы готовы потратить свое время на конструирование самодельного электролизера.

Самодельный генератор водорода HHO типа

Если у вас нет 4500-5000 $ на Home Energy Station или 260 тысяч рублей на STAR-2000, то вам придется собрать собственный генератор водорода, используя самую простую технологию производства этого газа – электролиз. Задействовав этот процесс, мы получим ННО-газ – смесь кислорода и водорода, которую можно использовать в роли топлива для котла.

Генератор водорода HHO типа

Для строительства генератора ННО газа нам понадобься следующие инструменты и материалы:

  • Банка на 0,5 литра – корпус будущего генератора.
  • Стальные лезвия и пластмассовая линейка – основа топливной ячейки.
  • Литровая пластиковая бутылка – заготовка для гидравлического затвора.
  • Трубки от капельниц – трубопроводы генератора.
  • 12-вольтовый аккумулятор или адаптер на 12 В и 2А.
  • Медные провода – основа токопроводящей линии.
  • Клеевой пистолет – средство для фиксации и герметизации узлов и деталей.
  • Вода и поваренная соль – основа для производства водорода.

Схема сборки самодельного ННО — генератора выглядит следующим образом:

  • Вначале подготавливаем основу для топливного элемента, нарезая линейку с шагом 3-4 миллиметра и фиксируя в прорезях бритвенные лезвия. Общая длина этого «частокола» – 10-15 сантиметров.
  • Между лезвиями, с помощью клеящего пистолета, формируем ножки-диэлектрики, фиксируя перпендикулярное положение элементов топливной ячейки.
  • Частокол лезвий разбивают на  четные и нечетные элементы, соединяя те и другие медными проводами в две электрические цепи. Изоляцию проводов выполняют с помощью того же клеевого пистолета.
  • Топливную ячейку помещают в банку, залив в нее воду с солью (1-2 ложки на 0,5 литра жидкости).
  • В крышке банки прорезают два отверстия для проводов ячейки и еще одно отверстие для трубопровода из капельницы, по которому пойдет водород. После этого крышку надевают на горловину банки, вставив провода и шланг для сбора водорода.
  • Свободный конец топливного шланга вводят в литровую бутылку, опустив к самому дну емкости. Для ввода используется перфорация в крышке.
  • В бутылку наливают воду, а в ее крышке делают еще одно отверстие, куда вставляют еще одну трубку из-под капельницы.
  • Конец второй трубки – топливопровода подключают к котлу или иному потребителю.

В финале к медным проводам подключают аккумулятор или адаптер, после чего из соляного раствора в банке начинает выделяться кислородно-водородная смесь, направляемая по первому топливопроводу в гидравлический затвор.

Пройдя сквозь толщу воды, топливная смесь очищается от примесей и подается по второму топливопроводу к потребителю.

climanova.ru

Как сделать водородный генератор своими руками?

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

  1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2h3O→2NaOH + Cl2 + h3↑. В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
  2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н2О + С ⇔ СО↑ + h3↑.
  3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН4 + Н2О ⇔ СО + 3Н2. Второй вариант – окисление метана: 2СН4 + О2 ⇔ 2СО + 4Н2.
  4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Пример электролиза на растворе хлорида натрия

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

Упрощенная схема водородного генератора мембранного типа

Обозначения:

  • А – трубка для отвода хлора (Cl2).
  • B – отвод водорода (Н2).
  • С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL—→CL2 + 2е—.
  • D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н2О + 2е— →Н2 + ОН—.
  • Е – раствор воды и хлористого натрия (Н2О & NaCl).
  • F – мембрана;
  • G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
  • H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
  • I – ввод насыщенного рассола.
  • J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Конструкция водородной ячейки бытового электролизера

Обозначения:

  • а – трубка для отвода газа Брауна;
  • b – впускной коллектор подачи воды;
  • с – герметичный корпус;
  • d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
  • e – вода;
  • f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
  • g – фильтр водоотделения;
  • h – подвод питания, подаваемого на электроды;
  • i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
  • j – предохранительный клапан;
  • k – отвод газа с предохранительного клапана.

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Блоки электродов для установки, которая производит газ Брауна

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

  1. Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
  2. Изготовление топлива для ракетных двигателей.
  3. Создание удобрений.
  4. Производство нитрида водорода (аммиака).
  5. Синтез азотной кислоты.
  6. В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
  7. Обработка металла (сварка и резка).
  8. Восстановление металлов.
  9. Синтез метилового спирта
  10. Изготовление соляной кислоты.

Основные сферы применения генераторов водорода в промышленности

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

Топливный котел должен иметь соответствующую метку

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Применение генератора ННО в авто

Обозначения:

  • а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
  • b – отвод газа в камеру сушки;
  • с – отсек для удаления водяных паров;
  • d – возвращение конденсата в генератор;
  • е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
  • f – автомобильный двигатель;
  • g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

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

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

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

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

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

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

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

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

www.asutpp.ru

Водородный генератор для отопления частного дома своими руками | MnogoZnanie.ru // Хочешь много знать?.. Заходи!

Дешевым и чистым способом обогрева помещения интересуются многие владельцы частных домов. Водородное отопление является одним из возможных решений. Такая технология может стать достойной альтернативой современным системам. Можно ли собрать и установить водородный генератор для отопления частного дома своими руками? Каким образом такая установка функционирует? Какое оборудование используется при установке? Ответ на такие вопросы можно найти в этой статье.

Что представляет собой водород?

Водород – это самое распространенное химическое вещество на нашей планете. Бесцветный газ, не содержащий токсинов, присутствует почти во всех соединениях. Вещество наделено уникальными свойствами. В твердом и жидком состоянии водород практически не имеет массы. Размер его атомов самый маленький в сравнении с другими химическими элементами.

Вещество, полученное в результате смешивания водорода с окружающим воздухом, очень долго может сохранять свои свойства, находясь в помещении, но от минимального соприкосновения с огнем может взорваться. Для транспортировки и хранения используются специальные баллоны, созданные из легированной стали.

Отопление частного дома водородом

Добывать топливо можно бесконечно. Для его получения достаточно обыкновенной воды и электричества. Тепловая энергия, выделяемая при взаимодействии водорода с кислородом, используется для отопления зданий.

Что представляет собой установка?

Технология вырабатывания кислорода и водорода – это замечательная альтернатива природному газу. Средний показатель температуры горения может быть равен 3000 градусов по Цельсию. Чтобы выдерживать такой высокий показатель, потребуется специальная горелка для сжигания водорода.

Подобное устройство состоит из нескольких элементов. Хороший водородный генератор для отопления частного дома, способствующий процессу деления воды на составляющие, можно собрать самостоятельно. Дополнительно используются катализаторы для оптимизации химической реакции. Трубопровод от генератора и горелка понадобятся для создания пламени. В качестве теплообменного устройства можно использовать обыкновенный котел. В топке размещается горелка, отвечающая за нагрев в системе отопления.

Старое оборудование может быть адаптировано для обработки водородного топлива. В финансовом вопросе подобные инженерные решения будут гораздо более приемлемыми в сравнении с приобретением нового котла, произведенного на заводе. При этом водородный генератор для отопления частного дома потребует больше места.

Первые образцы

Для практического использования реакции при соединении водорода с кислородом сначала разрабатывались промышленные образцы. Максимальный КПД таких установок составлял 80 %. В результате упорной работы инженеров после многочисленных усовершенствований производители сумели выпустить на рынок первые водородные установки для использования в быту.

Для подключения потребуется выполнить несколько условий. К ним относится обеспечение подключения к источнику жидкости. Подойдет обыкновенный водопровод. Мощностью установки будет определяться расход сырья. Потребуется подключение к электросети для возможности электролиза. В зависимости от модели и мощности котла определяется качество действия катализатора. Примером качественной установки является водородный генератор для отопления частного дома «Стар 1000».

Устройство, в отличие от приборов, работающих на твердом топливе, намного безопаснее в применении. Это обусловлено тем, что все процессы протекают внутри самой установки, а от пользователей потребуется только визуальный контроль за показаниями. При этом следует всегда помнить, что в самодельных агрегатах возможны утечки топливной смеси. Обязательно необходимо проверять герметичность емкости перед запуском устройства.

Актуальность установки

Эксплуатационные особенности таких изделий интересуют всех потребителей. Можно создавать водородный генератор для отопления частного дома своими руками. Фото примеров представлены в нашей статье.

Самодельные и заводские устройства существенно отличаются по эффективности. Нужно быть готовым к тому, что их фактическая мощность не будет соответствовать расчетам. Именно по этой причине самостоятельную установку водородной системы необходимо осуществлять с применением проверенных котлов или заводских генераторов.

Преимущества и рекомендации

Рассмотрим положительные стороны отопительных приборов, работающих на водороде. Запас топлива бесконечный. Для заправки такого котла нужна простая вода. Минимального объема электричества 0,3 кВт/час достаточно для нормальной работы устройства мощностью 27 кВт. Угарные газы, причиняющие вред организму, полностью отсутствуют.

Покупая водородный генератор для отопления дома, рекомендуется подобрать подходящий котел или устройство для теплообмена. Такие установки должны нормально функционировать на повышенных температурах, которые достигаются при сжигании водородного топлива.

Полученная смесь в результате работы генератора относится к гремучим газам. Человек не может определить утечку в помещении по запаху. Температура воспламенения очень высокая. Это означает, что вещество взрывоопасное. Именно по этой причине каждый самодельный агрегат всегда нужно проверять.

Высокая стоимость является основным ограничивающим фактором при выборе заводской установки. Наиболее популярный водородный генератор для отопления частного дома доступен за 50 000 рублей. Замена блока катализатора должна производиться раз в год. Эта деталь необходима для повышения качества работы котла, даже если это не заводская установка.

Разумеется, необходимо соблюдать правила безопасности. Нельзя забывать о возможных последствиях неконтролируемой химической реакции. Чтобы организовать отопление частного дома водородом своими руками, понадобятся такие комплектующие, как трубы и котел.

Установки не требуют дополнительных устройств для отвода продуктов горения. Выделение тепла происходит в результате химической реакции. В систему труб поступает горячий пар. Такие системы отопления лучше всего использовать для подогрева потолков, плинтусных систем и полов в помещении.

Какие трубы нужны?

Рекомендуемый диаметр трубы от 25 до 32 мм. Диаметр нужно менять от большего к меньшему после разводки. Такой способ будет обеспечивать максимальный эффект работы отопительных систем.

Перспективы водородной энергетики

Разрабатываются действующие методы существенного понижения себестоимости таких установок. К ним относятся технологии получения дешевой или даже бесплатной электроэнергии. Можно подобрать более качественные катализаторы для химической реакции. Они давно известны и используются в топливных водородных блоках для автомобилей. Но снова всё упирается в чрезмерно высокую себестоимость.

Широко известны современные сварочные аппараты с интегрированными водородными реакторами. Стоимость топлива не имеет особого значения. Также отпадает необходимость решения проблемы транспортировки увесистых баллонов. Все устройство спокойно помещается в легкий ящик небольшого размера.

Наука давно продвинулась вперёд. Возможность совершенствования техники для обустройства жизни сегодня доступна человечеству, как никогда прежде. Достаточно просто найти подходящую информацию. Не все источники альтернативной энергии доведены сегодня до массового производства. Но эти технологии настолько элементарны и просты, что любому человеку под силу собрать водородный генератор для отопления частного дома своими руками у себя в гараже и использовать для обеспечения собственного благополучия.

Заключение

Пока можно только строить предположения о том, какими технологиями человечество будет пользоваться завтра. Перспективы энергетики на основе водорода оцениваются скептически многими учеными по причине небольшого спектра возможностей для применения. Но можно посмотреть на эту ситуацию с другой стороны. Если человеку свойственно развивать технологии для обустройства собственной жизни, взаимодействуя с силами природы, как можно отбрасывать возможность получения тепловой энергии в результате взаимодействия электричества и воды?

Глупо проходить мимо такой возможности. Если нельзя найти способ применения этому в современном мире, может, лучше задуматься о том, какой мир мы стремимся создавать? Водородный генератор для отопления частного дома и другие природные технологии обязательно необходимо развивать и использовать.

Похожие статьи:

mnogoznanie.ru


Смотрите также