Водородный котел отопления и генератор: принцип и как сделать

Для получения тепла в доме можно использовать различные источники энергии. Есть среди них и достаточно необычные варианты – например, водородное топливо. В настоящее время отопление водородом используется отечественными потребителями редко из-за некоторых сложностей в получении сырья.

Однако метод этот все равно считается самым экологически чистым и обеспечивает нагрев больших помещений. А расходы на такое отопление будут хотя и большими по сравнению с использованием в качестве энергоносителя газа, однако заметно меньшими по сравнению с эксплуатацией твердотопливных и электрических котлов.

Принцип работы

Под воздействием электрического заряда вода распадается на водород и кислород. Затем, при взаимодействии молекул водорода и кислорода, происходит реакция, в результате которой образуется так называемый газ Брауна и происходит процесс выделения тепла. Тепло, в свою очередь, будет осуществлять нагрев воды и позволит обеспечить нормальную температуру в помещении.

Элементы системы отопления с использованием водорода

Строение водородных котлов:

1. Электролизер — это специальный генератор водорода для отопления дома, который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом.
2. Горелка для отопления, при помощи которой создается пламя.
3. Котел, который выступает в качестве теплообменника.

Процесс электролиза для получения водорода

Для успешной работы водородной установки важно соблюдать следующее:

1. Возможность поступления воды, чаще всего это вода из водопровода.
2. Параметры потребления жидкости напрямую зависят от мощности прибора.
3. Обеспечивать доступ к электроэнергии, которая нужна для осуществления электролизной реакции.
4. Заменять катализатор в соответствии с определенной частотой, которая зависит от модификации и мощности котла.

Важно отметить, что водородный котел, созданный промышленным способом, характеризуется высоким уровнем безопасности. В работе этот агрегат безопаснее, чем газовые и твердотопливные котлы.

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

Устройство котельной и дистанционное управление газовым котлом

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

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

Важно! При правильной и бережной эксплуатации водородное нагревательное оборудование прослужит до 30 лет, вдвое превысив гарантийный срок.

Преимущества и недостатки

Плюсов у котлов, работающих на водородном газе немало, поскольку как отмечалось выше, это доступный, экологически чистый вид топлива.

Приведем основные достоинства водородной установки:

• неиссякаемые запасы топлива, т. к. в качестве его используется обычная вода;
• низкое потребление электричества (например, для аппарата мощностью 30 кВт достаточно 0,33 кВт/час);
• водородные котлы безвредны, поскольку не выделяют токсических веществ;
• высокий КПД (90 % и выше);
• бесшумная работа устройства;
• нет необходимости использовать дымоход.

При покупке водородного генератора отопления желательно предварительно ознакомиться с моделями котлов и теплообменников, подходящих по возможности работы в условиях высоких температур.

Несмотря на большое количество преимуществ, которыми обладают водородные агрегаты, можно отметить и их недостатки:

• труднодоступность: купить можно далеко не в каждом магазине;
• взрывоопасность: при несоблюдении точной инструкции и строгих правил;
• неудобство в транспортировке;
• высокая стоимость.

Как собрать генератор водорода собственноручно?

Зачастую котел, работающий на водороде, используется для обогрева полов. Эти системы в наше время встречаются самой разной мощности. Мощность котлов бывает самая разная, начиная от 27Вт и до бесконечности. Можно взять один очень мощный котел для обогрева сразу всего дома, а можно несколько небольших. Устанавливаются они своими силами, но, как сделать водородный генератор своими руками?

Прежде чем начать сооружать топливную ячейку необходимо иметь под руками следующие инструменты:

• ножовку по металлу;
• дрель с набором свёрл;
• набор гаечных ключей;
• плоская и шлицевая отвёртки;
• угловая шлифмашина («болгарка») с установленным кругом для резки металла;
• мультиметр и расходомер;
• линейка;
• маркер.

Более того, если вы решите самостоятельно заниматься сооружением ШИМ-генератора, то для его настройки понадобятся осциллограф и частотомер.

Для того чтобы изготовить водородный генератор для отопления частного дома рассмотрим абсолютно «сухую» схему электролизера с применением электродов из пластин нержавеющей стали.

Представленная ниже инструкция показывает процесс конструирования водородного генератора:

1. Сооружение корпуса топливной ячейки. Роль боковых стенок каркаса играют пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Стоит заметить, что он размеров агрегата напрямую зависит его производительность, но и затраты на получение ННО будут намного выше. Для сооружения топливной ячейки оптимальными являются габариты от 150×150 мм до 250×250 мм.
2. В каждой из платин сверлятся отверстия под входной и выходной штуцера для воды. Кроме этого, необходимо сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для того чтобы соединить элементы реактора между собой.
3. С помощью болгарки из листа нержавейки марки 316L, вырезают пластины электродов. Они по размеру должны быть меньше стенок на 10-20 мм. Более того, при изготовлении каждой детали, в одном из углов необходимо оставлять небольшую контактную площадку. Это необходимо для того чтобы соединить отрицательные и положительные электроды в группы перед их подключением к питанию.
4. Для получения необходимого количества ННО, нержавейку необходимо обработать мелкой наждачной бумагой с двух сторон.
5. В каждой пластине сверлятся два отверстия: сверлом чей диаметр должен быть 6-7 мм – для подачи в пространство между электродами воды и диаметром 8-10 мм – для отвода газа Брауна. Точки сверления рассчитывают с учетом мест монтажа соответствующих подводящих и выходного патрубков.
6. Приступают к сборке генератора. Для этого в оргалитовые стенки монтируют штуцеры служащие для подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательнейшим образом герметизируют автомобильным или сантехническим герметиком.
7. После этого одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают на шпильки, после этого укладывают электроды. Укладка электродов должна начинаться с уплотнительного кольца. Обратите внимание: плоскость электродов должна быть абсолютно ровной, в противном случае элементы с разноименными зарядами будут касаться, что вызовет короткое замыкание!
8. Пластины нержавейки отделяют от боковых поверхностей реактора с помощью уплотнительных колец, изготовленных из силикона, паронита или других материалов. Важно чтобы он был не толще 1 мм. Подобные детали используют как дистанционные прокладки между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки разноименных электродов были сгруппированы по разные стороны генератора.
9. После того как уложена последняя пластина устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывается второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию соединяют с помощью гаек и шайб. Делая эту работу, внимательно следите за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.
10. С помощью полиэтиленовых шлангов генератор подключается к емкости с водой и бабблеру.
11. Контактные площадки электродов соединяются между собой любым методом, после чего к ним подводят провода питания.
12. На топливную ячейку подается напряжение от ШИМ-генератора, после чего приступают к настройке и регулировке аппарата по максимальному выходу газа ННО.

Для того чтобы получить газ Брауна в необходимом количестве которое будет достаточным для приготовления пищи и отопления, устанавливают несколько генераторов водорода которые работают параллельно.

Обзор производителей

Принципиального различия среди водородных генераторов для отопления нет. Единственный критерий, на основе которого можно их дифференцировать — это показатель мощности устройств, сделанных из разных материалов.

Водородный котёл STAR-3.0

В качестве примера рассмотрим характеристики двух подобных котлов американского производства «HHO» и «Star 1000»:

1. За один час такой генератор употребляет 1,5-3 КВт.
2. Расход воды — 5,5 литров за 24 часа.
3. Генерирует от 1,2 до 2 литров топлива в течение суток.
4. Может применяться для обогрева воздуха в зданиях, площадь которых составляет до 250 «квадратов».
5. Минимальный эксплуатационный срок службы — 15 лет.
6. Приблизительная стоимость на отечественном рынке — 3000-3500 USD.

Плюсы и минусы отопления

Среди преимуществ, позволяющих использовать этот вид отопления в быту, служат следующие показатели:

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

Из недостатков можно выделить всего три показателя:

1. Необходимость ежегодной замены металлических пластин – это необходимо для того, чтобы электролиз происходил с максимально высоким уровнем выработки водорода.
2. Дорогостоящее оборудование – покупка заводской установки обойдется в среднем около 35-40 тыс рублей.

Водородный котел отопления своими руками

На сегодняшний день массовое производство водородных отопительных котлов отсутствует и приобрести данный прибор непросто. Если вы желаете приобрести такое устройство, то, скорее всего, придется оформить индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где был разработан такой котел. Однако такой способ многим пользователям не подходит ввиду своей высокой стоимости. Чтобы решить этот вопрос, можно рассмотреть способ сооружения котла своими руками.

Изготовление генератора

Для того, чтобы создать котел на водороде, для начала необходимо соорудить генератор водорода:

1. На первом этапе необходимо вырезать 16 прямоугольников размером 50х50 см из листа из нержавейки.
2. Один из углов вырезанных частей нужно срезать.
3. При помощи дрели в противоположном по диагонали углу делается отверстие.
4. Сборка конструкции осуществляется из пластин и двух болтов. На один болт надо затянуть две шайбы и разместить их с обеих сторон пластины. Вторую пластину развернуть таким образом, чтобы обрезанный конец был у болта, затем зафиксировать ее на втором болте так, чтобы она оказалась над первой пластинкой. Далее, между двух пластин нужно оставить полоску прозрачного пластика длиной в 1 мм. Остальные прямоугольники фиксируются аналогичным способом.
5. В пластиковом контейнере нужно сделать прорези для болтов.
6. Собранную из пластин конструкцию необходимо вставить в контейнер.
7. В крышке делается два отверстия: в одном закрепляется трубка для подачи водорода, а другое создано для того, чтобы заливать воду с растворенными солями.
8. Проверить работу устройства.

В качестве энергоносителя водород считается самым чистым и безопасным элементом, а отопление, базирующееся на нём, является результативным и полноценным.

Правила выбора отопительного котла на водороде

Выбирая котел на водороде, обращайте внимание на следующие критерии:

• количество контуров;
• мощность прибора;
• производитель;
• количество потребляемой электроэнергии.

Мощность водородного нагревательного оборудования стартует от 27 Вт. Верхний предел мощности не ограничивается. Для отопления дома можно использовать несколько маленьких котлов или установить один мощный агрегат.

Специалисты рекомендуют придерживаться следующих правил выбора водородного нагревателя:

1. Мощность котла должна соответствовать используемой отопительной сети и характеристикам теплоносителя. Также учитывается размер отапливаемой площади.
2. Если планируется организовать несколько отопительных контуров, то габариты камеры сгорания должны позволять установить дополнительные теплообменники.
3. В доме должна быть исправная электросеть, которая способна выдержать мощность нагревательного оборудования.
4. Все узлы и детали котла должны быть качественные и долговечные.
5. Прибор должен быть сертифицированным и иметь необходимую систему безопасности.

Постройка водородной горелки

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

Что потребуется в работе

1. Лист «нержавейки».
2. Обратный клапан.
3. Два болта 6х150, гайки и шайбы к ним.
4. Фильтр проточной очистки (от стиральной машины).
5. Прозрачная трубка. Для этого идеально подходит водяной уровень – в магазинах стройматериалов он продается по 350 рублей за 10 м.
6. Пластиковый герметичный контейнер для пищи емкостью 1,5 л. Примерная стоимость – 150 рублей.
7. Штуцеры с «елочкой» o8 мм (такие отлично подойдут для шланга).
8. Болгарка для распиливания металла.

Перспективы энергетики с использованием водорода

А теперь попытаемся выяснить, действительно ли существуют шансы снизить себестоимость чистого водорода. Сразу оговоримся, что все шансы для этого есть. Прежде всего, сюда относится технология получения не дорогостоящей электроэнергии с применением возобновляемых ее источников. Кроме того, в процессе катализации могут использоваться более дешевые химические катализаторы. К слову, такие уже давно существуют и используются в водородных ячейках для топлива (речь идет об автомобилях). Хотя здесь, опять же, мы натолкнулись на их чересчур высокую стоимость.

Но технологии все время совершенствуются, наука не стоит на месте. В один прекрасный момент нефть все же закончится, а людям придется переходить на какой-то другой, альтернативный энергетический источник. Но на данный момент и, пожалуй, на ближайшие десятилетия можно говорить с уверенностью: энергетика с использованием водорода сама по себе пока что убыточна. К исключениям относятся лишь те случаи, когда водород является побочным продуктом каких-либо других процессов технического плана. Конечно, возможны и различные программы по поддержке и развитию водородной энергетики, но для этого требуется помощь крупных корпораций и, разумеется, государства.

В качестве заключения

Трудно сказать, какая энергетика станет в будущем основной – водородная, ядерный синтез, применение гравитации и проч. Но специалисты уверяют, что первые электролизные реакторы, способные составить конкуренцию современным атомным, появятся как минимум через двадцать-тридцать лет. Некоторые вообще скептически настроены по этому поводу. Но реальные профессионалы верят, что водородные генераторы станут вскоре предметом высоких технологий, а не самоделкой из подручных средств, которую мы описали выше. На этом все, теплых вам зим!