Водородные котлы отопления своими руками

Использование водородного генератора для отопления

Развитие технологий привело к замене классических дровяных печек на котельные агрегаты. В качестве топлива, помимо дров и угля стали использоваться газ, масло, солярка и даже электричество. В последнее время энергию для автономных отопительных систем дополнительно получают с помощью солнечных батарей и геотермальных установок. Учитывая, что неиссякаемым источником энергии является водород, можно попробовать собрать водородный генератор своими руками для получения экологичного топлива.

Водородный генератор своими руками

Принцип работы устройства

Водородный генератор для отопления считается перспективной разработкой, поскольку получать горючее с высокой теплотворной способностью можно из обычной воды. Главная задача — получить чистый водород максимально простым и дешевым способом.

Получение водорода

Традиционно для этих целей используется метод электролиза. Его суть в следующем: в воду, недалеко друг от друга, помещают металлические пластины, которые подключены к источнику высокого напряжения. Вода проводит электрический ток, поэтому при подаче электроэнергии молекулу воды разрывает на составляющие. Высвобождение из каждой молекулы двух атомов водорода и одного атома кислорода позволяет получить так называемый газ Брауна с формулой ННО.

Теплотворная способность газа Брауна составляет 121 МДж/кг. При горении вещества не образуется вредных веществ, а для того, чтобы его использовать в качестве энергоносителя для отопления дома достаточно немного модернизировать стандартный газовый котел. Однако при создании установки для получения водорода своими руками особое внимание следует уделить мерам безопасности — при соединении водорода с кислородом образуется гремучая смесь.

Конструкция генератора

Электролизер, установка для выработки газа Брауна путем электролиза воды в больших объемах, состоит из нескольких ячеек, в которые вмонтированы металлические пластинчатые электроды. Чем больше суммарная площадь поверхности электродов, тем мощнее установка.

Ячейки находятся в герметичной емкости, которая оснащена патрубком для подключения к источнику воды, патрубком для отвода полученного газа, клеммами для подсоединения электропитания. Также генератор снабжен водяным затвором, предотвращающим контакт водорода с кислородом, и защитным клапаном для предотвращения эффекта обратного пламени — газ сгорает только в горелочном устройстве.

Принцип работы водородного генератора

Водородное отопление

Водородное отопление дома требует использования установки с большой площадью электродов, иначе отопительный котел не сможет эффективно нагревать теплоноситель. Применять обычный электролизер, нарастив его габариты, нерентабельно, поскольку на получение водорода будет тратиться больше электроэнергии, чем ушло бы на работу отопительного электрокотла для обогрева дома такой же площади.

Ведутся разработки более эффективных установок для получения водородного топлива без лишних энергозатрат. Известна история американского изобретателя Стенли Мейера, который создал «водородную ячейку», потребляющую в десятки раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционными установками. Однако ученому не удалось совершить переворот в современных технологиях — он скоропостижно скончался от отравления, а чертежи установки исчезли.

Над созданием водородного генератора с попытками реализовать идею Мейера трудятся и в технических лабораториях, и в мастерских домашних умельцев во всем мире. Изобретение американского ученого заключалось в создании резонанса раскачивающейся молекулы воды с электрическими импульсами — в этом случае она расщепляется на атомы без использования высокого электрического напряжения.

Радужные перспективы

Водород — крайне перспективный энергоноситель по целому ряду причин:

1. Он в наличии во всей Вселенной, на Земле занимает десятое место по степени распространенности — энергоресурс можно назвать неисчерпаемым.
2. Газ не токсичен, не способен причинить вред живым организмам. Важно лишь предпринимать меры безопасности, чтобы исключить утечку с образованием «гремучей смеси» водорода с кислородом.
3. Продукт горения водорода — обычный водяной пар.
4. Энергоноситель отличается высокой теплоемкостью, температура горения составляет 3000°С.
5. При утечке газа он быстро улетучится, не причинив никакого вреда, поскольку в 14 раз легче воздуха. Но поблизости не должно быть открытого огня или искрящей проводки, иначе гремучая смесь взорвется.
6. Кубический метр водорода обладает теплотворной способностью 13000 Дж.

Преимущества водородного отопления

Водород как энергоноситель — сфера применения

Водород высоко оценивается как энергоноситель и активно используется, к примеру, в качестве топлива для космических ракет. Используются разные способы его получения в промышленных масштабах. В основном это газификация угля или нефтепродуктов, конверсия метана и его гомологов. Такой дешевый водород нельзя рассматривать как экологичное топливо, поскольку его добыча связана с вредными выбросами в атмосферу. Электролиз воды для получения водорода в больших объемах, применяется только в Норвегии, где имеется избыток дешевой электроэнергии.

Компактный электрический газогенератор нашел применение в сфере газорезки. Оборудование, производящее водород, удобнее в использовании по сравнению с баллонным газом — нет необходимости транспортировать тяжелые баллоны, зависеть от поставок сжиженного газа и т.д. Но в угоду удобству была принесена экономия — для электролитического процесса требуется достаточно много электроэнергии, в итоге стоимость энергоносителя существенно возрастает. При этом разница в стоимости купленного и произведенного водорода во многом компенсируется отсутствием затрат на его доставку.

Водородные отопительные котлы

На многих сайтах, посвященных системам отопления, можно встретить информацию о том, что водород составляет достойную конкуренцию природному газу в качестве энергоносителя для отопительного котла. Упор делается на то, что смонтировав генератор водорода, вы получаете возможность тратить на отопление не больше средств, чем на газовое, при этом не придется оформлять множество документов и платить серьезные суммы за подключение дома к центральной газовой сети.

На основании вышеизложенного в статье можно сделать выводы, что себестоимость водорода низка только при его промышленном производстве. То есть, получение топлива электролизом заведомо обойдется дороже, и ориентироваться на завлекательные цифры стоимости килограмма сжиженного водорода не имеет смысла.

Рассмотрим котельное оборудование, представленное на рынке. Выпуском водородных котлов занимается итальянская компания Giacomini, которая специализируется в сфере альтернативной энергетики. Также аналогичные агрегаты изготавливают некоторые китайские компании, успешно скопировавшие технологию.

Водородный котел на твердом топливе

Разработки компании Giacomini направлены на создание отопительного оборудования, которое было бы полностью безопасно для окружающей среды.

Водородный котел этой компании относится к указанной категории — его работа связана с выделением водяного пара, какие-либо вредные выбросы отсутствуют. В качестве энергоносителя используется водород, при этом его добывают путем электролиза.

Однако стоит обратить особое внимание на принцип действия этого котла. Полученный в системе водород не сжигается, он вступает в реакцию с кислородом в присутствии катализатора. В результате выделяется тепловая энергия, которой достаточно для нагрева отопительного контура до 40°С.

То есть, водородные котлы, которые предлагается приобрести по солидной цене, подходят лишь для использования в качестве теплогенератора для контура водяного пола, плинтусного или потолочного отопления.

Можно сделать вывод, что мировые производители котельного оборудования не нашли приемлемого технического решения, чтобы создать эффективный отопительный котел, способный использовать тепловую энергию сжигаемого водорода. Или рассчитали, что такой вариант нерентабелен.

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.

Экономический вопрос

Прежде чем начать подробно разбираться, как сделать водородный генератор, желательно вспомнить школьный курс физики. Все преобразования происходят с потерей энергии, то есть, затраты электроэнергии на получение водорода не окупятся тепловой мощностью при сжигании полученного топлива.

Если учесть, что сжигать водород с максимальной температурой и теплоотдачей в домашних условиях попросту невозможно, становится понятным, что реальные потери будут даже выше тех, что рассчитаны для идеальных условий.

Итак, использовать водородный генератор, сделанный для отопления своими руками, не имеет никакого смысла, если у вас нет доступа к бесплатной электроэнергии. Установить для отопления дома электрический котел и тратить электроэнергию напрямую, без сложных преобразований, обойдется вам в 2-3 раза дешевле. Кроме того, электрокотел полностью безопасен, а эксплуатация кустарной установки грозит взрывом при несоблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Очевидно, что получение дешевого водорода экологически чистым способом, к которым относится электролиз, — это вопрос будущего, над которым сегодня работают ученые в передовых странах мира.

Источник

Как сделать котел на водороде своими руками

2017-03-13 Евгений Фоменко

Как работает водородное отопление

Суть данного вида отопления состоит в химической реакции электролиза, при которой вода разделяется на молекулы водорода и кислорода. В следствии этого происходит образование газа Брауна или, как его еще называют, гремучий газ. Во время этой химической реакции происходит выделение тепла, которое и используется для отопления. При помощи регулирования мощности котла можно добиться необходимого температурного режима в помещении, которое вы отапливаете.

Для того, чтобы водородное отопление работало, необходимы следующие условия:

• Свободный приток воды . Как правило, используется вода, поступающая из водопровода, однако, можно пользоваться и дистиллированной. Объем требуемой жидкости напрямую зависит от мощности котла.
• Наличие электричества . Для протекания процесса электролиза необходимо электроэнергия.

Данное устройство считается самым экологичным из всех способов обогрева, так как во время работы выделяется пар, который не наносит вреда окружающей среде. И для работы необходимо всего лишь наличие электричества, а чтобы сократить затраты, существует возможность работы от солнечной энергии, то есть черпать энергию через солнечные батареи.

Достоинства и недостатки отопления на водороде

1. 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
2. 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.
3. Высокая степень экологичности , полностью отсутствуют выбросы, наносящие вред окружающей среде, так как при работе выделяется только пар.
4. Высокий коэффициент полезного действия порядка 94%, никакой другой вид отопления не дает подобной теплоотдачи.
5. Низкий уровень шума во время работы.
6. Не требует установки дымохода и его последующего обслуживания.
7. Отсутствует необходимость в горящем пламени .
8. Предъявляются гораздо ниже требования к монтажу и месту установки, чем к газовому оборудованию.

1. 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
2. Достаточно высокая стоимость .
3. Существует очень мало специалистов , которые проводят проверку и сертифицирование баллонов.
4. Требуется постоянное пополнение катализатора .
5. Сложность в поиске запасных частей , это связано с низкой востребовательностью на рынке.

Схема самодельной установки

Нет однозначной схемы устройства, так как она может варьироваться в зависимости от комплектации различными датчиками.

Однако, можно выделить перечень необходимого минимума составляющих данного устройства:

1. Сосуд, который наполнен жидкостью (электролитом).
   Набор пластин для электролизера
2. Набор нержавеющих пластин, между которыми под действием электричества вода будет распадаться на водород и кислород (электролизер).
3. Предохранительный модуль.
4. Камера сгорания.
5. Теплообменник.

А работает это все следующим образом — специальная жидкость, поступает в электролизер, в котором происходит выработка газа путем расщепления жидкости под действием электрического тока. После горения образуется вода, которая возвращается в систему. Изготавливается емкость из высоколегированной стали, использование этого материала обусловлено его надежностью.

Существует технологическая необходимость в установке предохранительного клапана для сброса избыточного давления из системы. Выработанный водород затем поступает в камеру сгорания. Вступив в термическую реакцию с О2, газ вырабатывает тепло, которое через радиатор протекает в отопительную систему помещения.

А жидкость, которая образовалась в камере, протекает по специальной трубке в сосуд с электролитом, благодаря этому происходит самовоспламенение при помощи рециркуляции. Также к данной схеме добавляют элементы защитной автоматической системы для безопасности эксплуатации. Такие, как датчики контроля уровня воды, температурные датчики, пропускные клапаны, датчики контроля давления в системе.

Инструкция по изготовлению котла на водороде

Для того, чтобы сделать котел на водороде своими руками, нам понадобится водородный генератор.

Самодельный котел на водороде

Чтобы его сделать, необходим следующий инструмент:

1. Лист металла, высоколегированная нержавеющая сталь.
2. Обратный клапан.
3. Болт — 2 штуки, размер 6 на 150, гайки и шайбы.
4. Фильтр для очистки жидкости.
5. Прозрачный шланг, или трубка с диаметром 8 мм.
6. Емкость, которая закрывается герметично. Можно воспользоваться пластиковым контейнером для хранения еды, объем возьмите 1,5 литра.
7. Шланговый штуцер 8 мм в диаметре.
8. Инструмент для резьбы металла, подойдет шлифовальная машинка для резьбы с отрезным диском.

Рассмотрим более детально, какой именно материал необходимо использовать для изготовления самодельного котла. Сталь рекомендуется брать 03*16Н1 размер примерно 0,6 на 0,6 метра, толщина 2 мм — этого будет вполне достаточно. Обратите внимание, необходимо использовать именно нержавеющую, ведь металл будет контактировать с жидкостью, а именно с щелочью. А щелочная среда является наиболее агрессивной.

Нержавеющая листовая сталь

Далее поэтапно рассмотрим процесс сборки. Возьмите лист стали, положите его на ровную поверхность и при помощи мела сделайте разметку, нам необходимо получить в конечном результате 16 прямоугольников. Разрежьте их, используя болгарку, один угол каждой пластинки сделайте скошенным, это необходимо для крепления нашей горелки.

С другой стороны нашей пластинки просверлите техническое отверстия для вкручивания болтов. Так как мы делаем “мокрый” электролизер, мы высверливаем их только с одной стороны, обратите внимание на тот факт, что наш прибор является наиболее эффективным и более простым в исполнении.

В нашем случае каждая пластина полностью погружается в раствор, а как следствие, в химической реакции участвует вся их площадь. Затем соберите конструкцию из пластинки и болта. Для этого первую пластину наденьте на болт и с каждой из сторон затяните шайбой, вторую пластину разверните так, чтобы обрезанным краем она была у болта и зафиксируйте ее сверху над первой пластиной.

Чтобы избежать их соприкосновения, установите между каждой из них кусок пластика. И далее, таким же образом соберите всю конструкцию. Затем нам нужно сделать в контейнере отверстия с таким размером, чтобы туда вошел болт. Вставьте в контейнер сделанную конструкцию и зафиксируйте ее. Для герметичности используйте прокладки.

Готовый электролизер

В крышке просверлите отверстие и прикрепите к нему кислородную трубку со штуцером, для герметичности соединений используйте силикон. Для того, чтобы проверить, насколько получилось герметично, подуйте в трубку, если герметичность достигнута, приступайте к следующему этапу. Сделайте второе отверстие, в которое будет заливаться вода.

После того, как все собрано, проведите тестовое включение, подключите к нему любой источник, закройте прибор, заполните жидкостью, второй конец опустите в банку с жидкостью, чтобы увидеть пузырьки. Если увеличивать напряжение, количество пузырьков должно возрастать.

Приступим к изготовлению самого котла:

• Возьмите фигурную трубку диаметром 20*20 мм, разрежьте на 8 равных отрезков по 30 см.
• Затем необходима еще одна труба 40*40 мм, разделите ее на 3 отрезка,один по 20 см и два по 8 см.
• В 20-ти сантиметровой трубе сделайте два отверстия размером по 4 см. Проделайте их на концах, приварите к ним оставшиеся две 8-ми сантиметровые трубки.
• На трех концах приварите заглушки, а на оставшемся зафиксируйте патрубок, при помощи которого будет подаваться водородная смесь.
• Затем определите центр крестовины полученной конструкции, отмерьте 9 см и с каждого конца проделайте отверстия с диаметром 15мм. У вас должно получится 4 отверстия.
  Отопление на водороде в частном доме
• Приварите к ним патрубки и установите форсунки.
• Приварите 8 ранее вырезанных отрезков труб. Привариваются по 2 трубы к каждому из концов крестовины под прямым углом.
• Из стального листа вырежьте 3 отрезка квадратной формы. В 2-х из них прорежьте по четыре отверстия, диаметром 2 и 1 см. Необходимо, чтобы эти отверстия повторяли месторасположение форсунок.
• Нужно взять трубку с диаметром 20-30 мм и порезать на более маленькие трубки по 40-45 см. Приложите их к квадрату и сварите их.
• Затем нам понадобится труба диаметром 18 см, длиной меньше на 2,5 см, чем приваренные трубки. Сделайте по краям в ней по одному отверстию. Привариваем к вырезанному квадрату с меньшими отверстиями. Переверните сваренную конструкцию и установите 2-ой квадрат. Трубы должны пройти сквозь проделанные отверстия. Приварите все.
• Приварите ранее собранный агрегат с горелкой.
• К ранее сделанным отверстиям приварите трубки для циркуляции жидкости.
• Проверьте готовый аппарат, если где-то обнаружена негерметичная пайка, исправьте.
• Установите датчики тепла, пламени.

Предлагаем посмотреть видео об отоплении дома водородом:

Источник