Генератор водорода для отопления своими руками — пошаговая инструкция со схемами и видео Аква-Ремонт

Конструкция водородного генератора

Для постройки генераторов водорода своими руками обычно берут в качестве основы классическую схему установки Брауна. Такой электролизёр средней мощности состоит из группы ячеек, каждая из которых содержит группу пластинчатых электродов. Мощность установки определяется общей площадью поверхности пластинчатых электродов.

Ячейки помещаются внутрь ёмкости, хорошо изолированной от внешней среды. На корпус резервуара выводятся патрубки для подключения водяной магистрали, вывода водорода, а также контактная панель подключения электричества.

Схема генератора Брауна, кроме всего прочего, предусматривает наличие водяного затвора и обратного клапана. За счёт этих элементов организуется защита установки от обратного хода водорода. По такой схеме теоретически не исключается сборка водородной установки, к примеру, для организации отопления загородного дома.

Водородное отопление в доме

Собрать генератор водорода для эффективного отопления дома – затея, может быть не фантастическая, но явно крайне нерентабельная. Для того чтобы получить необходимый объём водорода под домашнюю котельную, потребуется не только мощная электролизная установка, но также значительный объём электрической энергии.

Компенсация затраченного электричества полученным в домашних условиях водородом видится процессом нерациональным.

Тем не менее, попытки решить задачу, как сделать водородный генератор для дома своими руками, не прекращаются. С принципом работы и устройством одной из проверенных на практике моделей водородного котла ознакомит статья, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

И вот пример одного из пыточных вариантов:

• Подготавливается герметичная надёжная ёмкость.
• Делаются трубчатые или пластинчатые электроды.
• Собирается схема управления рабочим напряжением и током.
• Делаются дополнительные модули для рабочей станции.
• Подбираются аксессуары (шланги, провода, крепёж).

Естественно, потребуется инструментальный набор, включая специальное оборудование, например, осциллограф и частотомер. Укомплектовавшись всем необходимым, можно приступать непосредственно к изготовлению водородной отопительной установки для дома.

Реализация проекта своими руками

Изначально потребуется сделать ячейку генерации водорода. Топливная ячейка имеет габаритные размеры чуть меньше внутренних размеров длины и ширины корпуса генератора. По высоте размер блока с электродами составляет 2/3 высоты основного корпуса.

Ячейку можно сделать из текстолита или оргстекла (толщина стенки 5-7 мм). Для этого нарезаются по размерам пять текстолитовых пластин. Из них склеивается (эпоксидным клеем) прямоугольник, нижняя часть которого остаётся открытой.

На верхней стороне прямоугольника высверливаются нужное количество мелких отверстий под хвостовики электродных пластин, одно мелкое отверстие для датчика уровня, плюс одно отверстие диаметром 10-15 мм для выхода водорода.

Внутри прямоугольника размещаются платины электродов, контактные хвостовики которых выводят через отверстия верхней пластины за пределы ячейки. Устанавливается датчик уровня воды на отметке 80% заполнения ячейки. Все переходы в текстолитовой пластине (кроме выхода водорода) заливают эпоксидным клеем.

Отверстие выхода водорода нужно оснастить штуцером – закрепить его механически, применяя уплотнение или же вклеить. Собранная ячейка генерации водорода размещается внутри  главного корпуса устройства и по верхнему периметру тщательно герметизируется (опять же можно применить эпоксидную смолу).

Но перед тем как заложить ячейку внутрь, корпус генератора нужно подготовить:

• сделать подвод для воды в области днища;
• изготовить верхнюю крышку с крепежом;
• подобрать надёжный уплотнительный материал;
• разместить на крышке электрический клеммник;
• разместить на крышке водородный коллектор.

В результате должен получиться частично готовый к действию водородный генератор после того, как:

• Топливная ячейка загружена в корпус.
• Электроды подключены на клеммнике крышки.
• Штуцер выхода водорода соединён с водородным коллектором.
• Крышка установлена на корпус через уплотнитель и закреплена.

Останется только подключить воду и дополнительные модули.

Дополнения к водородному генератору

Самодельное устройство для получения водорода необходимо дополнить вспомогательными модулями. Например, модулем подачи воды, который функционально объединяется с датчиком уровня, установленным внутри генератора.

В простом виде такой модуль представлен водяным насосом и контроллером управления. Насос управляется контроллером по сигналу датчика, в зависимости от уровня воды внутри топливной ячейки.

По сути, желательно также иметь устройство, регулирующее частоту электрического тока и уровень напряжения, подаваемых на клеммы рабочих электродов топливной ячейки. Как минимум, электрический модуль должен оснащаться стабилизатором напряжения и защитой от перегрузки по току.

Водородный коллектор, в простейшем его виде, выглядит как трубка, где размещается вентиль, манометр, обратный клапан. От коллектора забор водорода осуществляется через обратный клапан и фактически уже может подаваться к потребителю.

Но на практике всё несколько сложнее. Водород — взрывоопасный газ, имеющий высокую температуру сгорания. Поэтому просто взять и закачать водород в систему отопительного котла в качестве топлива – так сделать не получится.

Критерии качества установки

Собрать качественную эффективную и продуктивную установку в домашних условиях крайне сложно. К примеру, если даже взять в расчёт такой критерий, как металл, из которого делаются электродные пластины или трубки, уже есть риск столкнуться с проблемами.

Долговечность электродов зависит от вида металла и его свойств. Можно, конечно, использовать ту же самую нержавейку, но продолжительность жизни таких элементов будет недолгой.

Существенную роль играют также монтажные размеры. Необходимы расчёты с высокой точностью по отношению к требуемой мощности, качеству воды и прочим параметрам.

Так, если величина зазора между рабочими электродами окажется вне расчётного значения, водородный генератор может не функционировать вовсе. В худшем случае мощность, на которую делался расчёт, окажется в несколько раз меньшей.

Даже сечение провода, соединяющего электроды с источником питания, имеет значение в устройстве генератора водорода. Правда, здесь дело касается безопасной эксплуатации устройства. Тем не менее, следует учитывать и эту деталь конструкции в домашнем исполнении.

Возвращаясь к безопасной эксплуатации системы, следует также не забывать о внедрении в конструкцию так называемого водяного затвора, препятствующего обратному движению газа.

Генератор промышленного изготовления

На уровне промышленного производства технологии изготовления водородных генераторов бытового назначения постепенно осваиваются и развиваются. Как правило, выпускаются энергетические станции домашнего применения, мощность которых не превышает 1 кВт.

Такой аппарат рассчитан на выработку водородного топлива в режиме постоянного функционирования не более чем в течение 8 часов. Главное их предназначение – энергоснабжение отопительных систем.

Также разрабатываются и производятся установки под эксплуатацию в составе кондоминиумов. Это уже более мощные конструкции (5-7 кВт), назначение которых не только энергетика отопительных систем, но также выработка электричества. Такой комбинированный вариант быстро набирает популярность в западных странах и в Японии.

Комбинированные водородные генераторы характеризуются как системы с высоким КПД и небольшим выбросом углекислого газа.

Российская промышленность тоже начала заниматься этим перспективным видом добычи топлива. В частности, «Норильский никель» осваивает технологии производства водородных установок, в том числе бытовых.

Планируется использовать самые разные типы топливных элементов в процессе разработки и производства:

• протонно-обменные мембранные;
• ортофосфорно-кислотные;
• протонно-обменные метанольные;
• щелочные;
• твердотельные оксидные.

Между тем процесс электролиза является обратимым. Этот факт говорит о том, что есть возможность получать уже нагретую воду без сжигания водорода.

Кажется, это очередная идея, ухватившись за которую можно запускать новый виток страстей, связанных с бесплатной добычей топлива для домашнего котла.

Устройство и принцип работы генератора водорода

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

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

Вот как происходит процесс получения газа:

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

Метод электролиза

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

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

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

Топливная ячейка Стенли Мейера

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

ВАЖНО! За свое изобретение Мейер поплатился жизнью. Его убили, по слухам, по заказу магнатов, так как его изобретение могло на корню убить нефтяной бизнес. Тем не менее, некоторые наработки ученого сохранились, поэтому у его современников есть возможность пытаться делать такие аппараты.

Преимущества газа Брауна как источника энергии

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

ВАЖНО! Водород можно получить также путем крекинга – переработки нефти (газ выделяет как побочный продукт). Этот метод дешевле, чем получение путем электролиза, но могут возникнуть сложности с транспортировкой газа. Кроме того, полученный при электролизе газ гораздо чище, чем выработанный путем крекинга.

Область использования генератора водорода

H2 — это современный энергоноситель, который активно используется во многих промышленных сферах. Вот лишь некоторые:

• выработка хлористого водорода (‎HC)l;
• выработка горючего для ракетных установок;
• изготовление аммиака;
• обработка металла и резка по нему;
• разработка удобрений для дачных участков;
• синтез азотной кислоты;
• создание метилового спирта;
• пищевая промышленность;
• производство соляной кислоты;
• создание систем «теплый пол».

Кроме того, HHO стал весьма полезен и в быту, правда, с оговорками. Прежде всего, его используют для автономных систем отопления. Кроме того, газ Брауна добавляют в бензин, пытаясь обмануть двигатель и сэкономить на топливе.

В обоих случаях есть свои особенности. Так, при организации домашнего обогрева нужно учесть, что температура горения HHO на порядок выше, чем у метана. В связи с этим необходимо приобрести специальный недешевый котел с термостойким соплом. В противном случае, владелец и его дом будут в немалой опасности.

Что касается применения генератора в машине, то порой система может сработать – если её сконструировали верно. Но идеальные параметры или коэффициент прироста мощности найти практически нереально. Кроме того, не совсем понятно, насколько снизится срок службы двигателя, а уж его замена влетит «в копеечку».

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Создание водородного агрегата дома – задача не из легких. Нужно вооружиться не только рядом инструментов, но и соответствующими знаниями, а также схемами.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Устройство состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для питания, водяного затвора, проводов и шлангов, соединяющих конструкцию. На сегодняшний день известны несколько схем электролизеров, где в качестве электродов применяются пластины или трубки.

Также популярностью пользуются аппараты сухого электролиза. В отличие от классического варианта, в этом агрегате не пластины помещаются в ёмкость с жидкостью, а сама вода направляется в щель между плоскими электродами.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления генератора дома не нужны никакие особенные и необычные инструменты. Вот что потребуется подготовить:

• ножовку для работы с металлическими изделиями;
• дрель и сверла к ней;
• комплект гаечных ключей;
• плоская и шлицевая отвертки;
• угловая шлифмашина («болгарка») с кругом для резки металла;
• мультиметр и расходомер;
• линейка;
• маркер.

Генератор водорода своими руками

Процесс стартует с создания ячейки производства водорода. По габаритам она должна быть чуть менее внутренних параметров длины и ширины корпуса генератора. По высоте она составляет 2/3 высоты главного корпуса. Ячейку делают из текстолита или оргстекла (толщина стенки 5-7 мм). Для этого нарезаются по размерам 5 пластин, из которых клеится прямоугольник, а его нижняя часть ничем не закрывается.

При помощи шлифмашины из листа нержавейки вырезают пластины электродов. По размеру они должны быть меньше боковых стенок на 10 – 20 мм.

ВАЖНО! Чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку следует обработать наждаком с обеих сторон.

В каждой пластине требуется просверлить по 2 отверстия: для подачи воды в пространство между электродами и для отвода газа Брауна.

В оргалитовые стенки вставляются штуцеры подачи воды и отбора газа. Стыки, где они были присоединены, тщательно обрабатываются герметиком. В одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают шпильки, а затем приступают к укладке электродов.

ВАЖНО! Плоскость пластинчатых электродов должна быть ровной, иначе элементы могут вызвать замыкание.

Пластины открепляют от боков реактора с использованием уплотнительных колец, которые можно сделать из силикона, паронита или иного материала. Уложив последнюю пластину, монтируют уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывают второй оргалитовой стенкой. Полученную конструкцию скрепляют при помощи шайб и гаек.

Генератор подсоединяется к ёмкости с водой и бабблеру с применением шлангов из полиэтилена. Контактные площадки электродов соединяют между собой, после чего к ним подсоединяют питание. На ячейку подают напряжение от ШИМ-генератора.

Водород в домашних условиях

Сразу отметим: использовать водородный генератор для отопления дома невыгодно. Вы потратите больше электричества на выделение чистого H2, чем получите энергии после его сжигания. Так, на 1 кВт теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии, то есть, выгоды никакой. Проще установить дома любой из электрических котлов.

Чтобы заменить 1 литр бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, 1/3 которого — это кислород. Пока что даже лучшие умы мира не разработали агрегат, способный выдать подобную производительность.

Обслуживание генераторов водорода

Оборудование подлежит тщательному уходу. Специалисты советуют придерживаться следующих советов:

• не улучшать и не изменять самостоятельно генератор даже при наличии профессионального инженерного чертежа;
• рекомендовано установить на оборудование специальные датчики температуры внутри теплообменника, что даст возможность контролировать процесс перегрева воды;
• запорную арматуру можно установить в горелку и подключить ее к датчику температурных показателей. Это даст прибору возможность нормально охлаждаться.

Самодельный генератор позволяет получить водород, но применяется он в основном для экспериментов и газосварки. Чтобы обогреть немалое строение, КПД аппарата попросту не хватит. И при этом не стоит забывать о низком КПД устройства, а также хлопотах и затратах при его сборке.

Ученые давно ищут экологически чистую и дешевую альтернативу традиционным видам топлива. Генератор водорода – один из перспективных способов получения энергии для хозяйственных целей, в том числе и для отопления частных домов. Разбираемся, на каких принципах работает устройство, какими особенностями и достоинствами обладает, как модели, сделанные своими руками, применимы для систем отопления.

Особенности использования водорода

Одноатомный водород является самым распространенным химическим элементом не только на Земле, но и во Вселенной. Он легко взаимодействует с большинством неметаллов, поэтому основная его часть связана в воде и органических соединениях.

В промышленности водород получают несколькими способами: большую часть – при переработке угля, газа и нефти, и только 4% – при электролизе воды (так называемый зеленый водород).

Получается, что топливо – вода, источник водорода для водородного генератора, достается вообще бесплатно или за символическую сумму. А если собрать прибор самостоятельно, то можно получить потрясающую экономию.

Но на практике все не так радужно. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и атома кислорода. Связь между атомами прочная, и, чтобы разорвать ее, нужен внешний источник энергии. Самым удобным источником является электроэнергия, самый выгодный процесс – электролиз.

В промышленных установках реализуется замкнутый цикл, когда водяной пар возвращается в жидкое состояние (конденсируется). Для получения конденсата водяной пар охлаждают, а это означает дополнительные затраты энергии. Газ, произведенный промышленным способом, используется в разных целях, поэтому имеет разную степень очистки. Водород с низкой степенью очистки применяется в сварочном оборудовании, хорошо очищенный – в качестве топлива.

Принцип получения водорода

Электролизом называется разложение воды на водород и кислород. Реакция происходит при следующих условиях:

• В воду, близко друг от друга, опускают металлические пластины, которые подключают к источнику напряжения.
• Чтобы увеличить скорость реакции, используют катализатор, например, жидкий щелок.
• Цепь замыкается через воду, при этом молекула воды (Н2О) распадается на два атома водорода и один атом кислорода. В результате получается гремучий газ (газ Брауна), взрывоопасная смесь водорода и кислорода.
• Гремучий газ собирается, после чего его можно использовать для обогрева дома (сжечь в котле). Расщепление воды позволяет получить водород, который отлично горит, и кислород, поддерживающий горение.

Агрегаты промышленного производства

Водород давно и эффективно используется как энергоноситель в разных сферах хозяйства. Для частных домохозяйств производятся водородные электрогенераторы, в которых выделение газа происходит в результате электролиза, а полученный горячий пар поступает в домашнюю отопительную систему.

Использование электролитических агрегатов заводского изготовления имеет следующую специфику:

• Они соответствуют мировым стандартам безопасности и экологии.
• Для приобретения и установки понадобится разрешение Ростехнадзора, а значит, необходимо подготовить пакет разрешительных документов (сертификат соответствия ГОСТР, гигиенический).
• Генератор работает в связке с котлом и трубами. В качестве катализатора процесса используют жидкий щелок. Систему заправляют не реже одного раза в год.
• Наиболее эффективная отдача демонстрируется в системах подогрева полов или плинтусов;

Средний бытовой агрегат состоит из следующих элементов:

• Электролизер. Устройство, разделяющее молекулы воды на составные части.
• Электронный блок. Включает трансформатор и выпрямитель тока.

• Устройство для подготовки воды (для деминерализации).
• Панель управления с автоматическим контролем. Регулирует рабочие характеристики процесса.
• Система мониторинга. Система анализа газов настроена на поиск возможных утечек, способна предотвратить аварийную ситуацию.
• Система охлаждения конденсата.

Преимуществом устройств заводского изготовления служит их компактность, безопасность и эффективность. Для выработки одного кубометра водорода тратится 0,5 л воды и 3,5-4 кВт электроэнергии.

Плюсы и минусы технологии

Водяной генератор промышленного производства – заманчивое решение, позволяющее с помощью гремучего газа значительно снизить расходы по отоплению дома. Но у способа имеются и дополнительные бонусы:

• Экологичность. Устройство безвредно для окружающей среды и человека, Итогом работы является чистая энергия и водяной пар.
• Эффективность. КПД достигает 90-95%, генератор работает бесшумно.
• Продолжительная эксплуатация. Производители дают гарантию бесперебойной работы агрегата на протяжении 20-25 лет.
• Монтажные работы не связаны с установкой дополнительных дымоходов.

К минусам генераторов водорода относят следующие особенности:

• Высокая стоимость. Высокий ценник объясняется использованием дорогостоящих материалов и катализаторов, применением систем безопасности.
• Необходимость привлечения специалистов для обслуживания на профессиональном уровне. Самостоятельное обслуживание, а, тем более, изготовление может привести к опасным последствиям.
• Дополнительные расходы. Периодически будет нужна замена некоторых деталей, также придется докупать катализатор.

Водный генератор, изготовленный в домашних условиях, обладает дополнительными минусами:

• Низкая энергоэффективность. У самодельных водородных агрегатов она в разы ниже КПД традиционных отопительных систем (твердотопливных, газовых, электрических котлов).
• Взрывоопасность. Ошибки и небрежность сборки, неправильная эксплуатация, отсутствие систем безопасности могут обернуться разгерметизацией, а иногда и взрывом.

Целесообразность изготовления генератора своими руками

В идеале работающая установка расходует 0,5-0,7 л воды в час и вырабатывает 1300-1500 л (примерно полтора кубометра) газа. Далее газ поступает к котлу, где сгорает и нагревает воду в тепловом контуре. В промышленно реализованных агрегатах энергии на получение газа тратится в 3-3,5 раза меньше, чем он отдает на нагрев.

Технология получения газа Брауна является новым подходом к энергообеспечению; водородные котлы все еще остаются новинкой на зарубежном и российском рынке. Поэтому хозяева, знакомые с технологией, собирают такую установку самостоятельно.

Сборка водородной установки в домашних условиях редко бывает такой же эффективной (или вообще эффективной) как промышленные аналоги, и потому часто оказывается нерентабельной. Для того чтобы получить необходимый объем газа, понадобится электролизная установка достаточной мощности, которую подбирают, исходя из квадратуры конкретного жилья.

Установки, собранные в домашних условиях, имеют немало погрешностей, и для их работы нужен значительный объем электрической энергии. Для них затраченное электричество не компенсируется объемом полученного водорода, и процесс становится нерациональным (убыточным).

Изготовление опытного образца

И все-таки попытки найти решение, как сделать водород, чтобы использовать его для отопления дома, не прекращаются. Прежде, чем сделать полноценный генератор водорода, полезно собрать опытный действующий образец. Простейший электролизер состоит из следующих элементов:

• Герметичная емкость с толстыми стенками, стеклянная или пластиковая.
• Электроды. Выполняются из металла, погружаются в емкость с водой и подключаются к источнику питания.
• Трубка для отвода горючего газа, ведущая во вторую емкость с водой (она служит водяным затвором).

Установка получения водорода электролитическим методом функционирует только от постоянного тока. Поэтому источником питания может выступить аккумулятор или, например, автомобильное зарядное устройство.

Установка производит газ следующим образом:

• Электроды погружаются в воду, к ним подводится напряжение. В воду желательно добавить катализатор (немного кислоты или щелочи), дома можно обойтись солью.
• В воде начинается реакция электролиза, вокруг электродов появятся пузырьки газа. Водород будет выделяться возле катода, кислород – около анода.
• Смесь газов вытесняется в гидрозатвор. Это помогает отделить от смеси водяной пар и одновременно избежать случайной вспышки горючего газа в емкости.
• После гидрозатвора газовая смесь вытесняется по другой трубке к горелке, где сжигается с образованием воды.

Поскольку такая система действующая, но все-таки опытная, на нее нельзя подавать слишком высокое напряжение. Вода, нагревшись выше 65°C, будет испаряться слишком быстро; появится избыток водяного пара, и вы не сможете разжечь горелку.

Проблемы изготовления рабочего генератора

Умельцы, планирующие изготовление рабочей установки, предполагают использовать водород как для отопления, так и для газосварочных работ, или в качестве автомобильного топлива. При изготовлении водородного генератора для отопления электродами выступают металлические пластины примерным количеством 30-70 штук. Размер пластин начинается от 10х15 см, материалом служит нержавеющая сталь.

Из пластин собирают блок, изолируя друг от друга резиновыми прокладками; блок помещают в герметичную емкость. Самодельной топливной ячейке для функционирования нужен водяной насос; его работа будет управляться датчиком уровня, установленным внутри генератора.

Сделать установку эффективной крайне сложно, так как придется столкнуться со следующими проблемами:

• Нержавейка, которую обычно используют для изготовления пластин, в качестве электродов проживет недолго; нужен сплав с никелем.
• Для эффективности генератора важны монтажные размеры. Нужны профессиональные расчеты всех параметров, от состава воды, до необходимой мощности. На работу устройства влияет даже величина зазора между электродами.

• Сложно обеспечить безопасность работы. Здесь имеет значение герметичность емкости с электродами, всех шлангов, а также сечение провода от источника питания.
• Потребуется собрать схему управления рабочим напряжением и током; не обойтись без специального оборудования, например, частотомера и осциллографа.

Проблема водородного генератора в домашнем исполнении скрыта в экономическом вопросе. Дело в том, что, в отличие от идеальных условий, все преобразования идут с потерей энергии. К тому же не получится сжигать водород с максимальной температурой (3000°C), этого не выдержит ни один котел, и теплоотдача будет намного ниже заявленной.

Во время работы установка будет тратить больше электроэнергии, чем система получать тепловой мощности после сжигания выработанного газа. Генератор будет окупаться только, если будет доступ к бесплатной электроэнергии.

Вы потратите в 2-3 раза меньше средств, если установите электрический котел и будете отапливать жилье напрямую, без промежуточного генератора. Это намного более выгодное и безопасное решение, учитывая возможность взрыва водородного агрегата при неуважении правил монтажа и эксплуатации.

Коротко о главном

Генератор водорода продуцирует газ при помощи процесса электролиза. Разработка считается перспективной, так как позволяет получить ценное горючее, водород, простым способом из обычной воды.

Основу электролизера составляют несколько металлических пластин. Их погружают в герметический резервуар, наполненный электролитом (водой с добавкой катализатора). Ток, пропущенный через раствор, расщепляет молекулы воды на водород и кислород; газы затем используются по назначению.

Изготовление генератора своими руками считается рискованным занятием, так как его конструкция технологически сложная и небезопасная. К тому же в реальных условиях тяжело сделать установку эффективной, и большая часть реализованных проектов, демонстрируемых в сети, убыточны.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Эксплуатация

После сборки можно начинать испытания прибора. Для этого на конце трубки устанавливают горелку из медицинской иглы и начинают заливать воду. В воду нужно добавить KOH или NaOH. Вода должна быть дистиллированная или талая на крайний случай. Для работы устройства достаточно 10% концентрации щелочного раствора. При заливке воды не должно быть никаких подтеков. Лучше всего перед заливкой продуть конструкцию воздухом, давлением до 1атм. Если водородный генератор выдерживает это давление, то можно заливать воду, если нет, нужно устранить протечки.

После этого к электродам по схеме подсоединяют ЛАТР с диодным мостом. В цепь устанавливают амперметр и вольтметр для контроля работы. Начинают с минимального напряжения и потом постоянно увеличивают, наблюдая за газовыделением.

Предварительно работы лучше проводить на открытом воздухе вне дома

Поскольку установка взрывоопасна, все работы следует проводить с особой осторожностью.

При испытаниях наблюдают за работой прибора. Если имеет место маленькое пламя горелки, то может быть или низкое газовыделение в генераторе, или где-то происходит утечка газа. Если раствор помутнел, грязный, его нужно заменить. Также необходимо следить, чтобы прибор не перегревался, а вода не закипела. Для этого регулируют напряжение на источнике тока. И еще одно – пластины при нагревании немного деформируются и могут прилипать одна к одной. Чтобы это исключить, нужно сделать прокладки из резины. Могут также наблюдаться плевки водой – для устранения этого нужно уменьшить уровень воды.

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.

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

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

МодельХарактеристикиSTAR 1000 и STAR 2000Расход воды – от 0,7 до 1,1 литра в час или 5,5 литра в сутки. Генерация топлива – от 1,2 до 2,0 м³/час. Расчетный период эксплуатации – не менее 15 лет. Энергопотребление –  от 1,2  до 3 кВт. Отапливаемая площадь – до 250 квадратных метров. Цена – до 230 000 рублей. Водородный котел STAR-1. 1Тепловая мощность – 27 кВтэнергопотребление – 300 вт/час. Число контуров – один отопительный + один водогрейный, устанавливаемый за отдельную плату. Стоимость – 63-73 тысячи рублей. Китайский генератор Kingkar 3000Расход воды – 1,6 литра в час. Генерация топлива – 3 м³/час. Энергопотребление – до 9 кВт. Стоимость – 480 тысяч рублей.

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

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

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

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

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

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

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

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

Плюсы водородных котлов

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

Минусы водородных котлов

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

Генератор водорода своими руками

Самодельное устройство схематически представляет собой емкость с водой, куда помещены электроды для преобразования воды в водород и кислород.

Для того чтобы своими руками сделать подобное устройство, понадобятся:

• Лист нержавеющего металла толщиной 0,5-0,7мм. Подойдет нержавейка марки 12Х18Н10Т.
• Пластины из оргстекла.
• Резиновые трубки для подвода воды и отвода газов.
• Листовая бензомаслостойкая резина толщиной 3 мм.
• Источник напряжения – ЛАТР с диодным мостом для получения постоянного тока. Он должен обеспечивать ток 5-8 ампер.

Сначала нарезают нержавеющие пластины на прямоугольники 200×200мм. Уголки на пластинах нужно срезать для того, чтобы потом стянуть всю конструкцию болтами. В каждой пластине просверливаем отверстие диаметром 5мм, на расстоянии 3см от низа пластин, для циркуляции воды. Также к каждой пластине припаивают провод для присоединения к источнику питания.

Перед сборкой из резины делают кольца с внешним диаметром 200мм и внутренним – 190мм. Еще нужно приготовить две пластины из оргстекла толщиной 2см и размерами 200×200мм, при этом нужно предварительно сделать в них отверстия по четырем сторонам под стягивающие болты М8.

Сборку начинают так: сначала кладут первую пластину, затем резиновое кольцо, промазанное с обеих сторон герметиком, далее следующую пластину и так до последней пластины. После этого необходимо всю конструкцию стянуть с двух сторон с помощью шпилек М8 и пластин из оргстекла. В пластинах просверливаются отверстия: в одной – внизу для подвода жидкости, в другой – вверху для отвода газа. Туда вставляется штуцер. На эти штуцера одеваются медицинские полихлорвиниловые трубки. В итоге должна получиться конструкция, как на рисунке ниже.

Водородный генератор своими руками

Для того чтобы исключить попадание газа обратно в газогенератор, на пути от генератора к горелке необходимо сделать водяной затвор, а еще лучше два затвора.

Конструкция затвора – это емкость с водой, в которую со стороны генератора трубка опущена в воду, а та трубка, что идет к горелке, выше уровня воды. Схема генератора водорода с затворами изображена на рисунке ниже.

Схема генератора водорода с водяными затворами

В электролизере – герметичной емкости с водой с опущенными электродами при подаче напряжения начинает выделяться газ. По трубке 1 он подается к 1 затвору. Конструкция водяного затвора устроена таким образом, как видно из рисунка, что газ может двигаться только в направлении от электролизера к горелке, а не наоборот. Этому мешает разная плотность воды, которую нужно преодолеть на обратном пути. Далее по трубке 2 газ движется к 2 затвору, который предназначен для большей надежности системы: если вдруг по какой-то причине не сработает первый затвор. После этого газ подается к горелке с помощью трубки 3

Водяные затворы являются очень важной частью устройства, поскольку препятствуют движению газа в обратную сторону.

При попадании газа обратно в электролизер может произойти взрыв устройства. Поэтому ни в коем случае нельзя эксплуатировать прибор без водяных затворов!

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

• 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.

Перспективы использования водородных котлов

Почему же вообще стоит говорить о водородных котлах, как о перспективном способе отопления частного дома? Все дело в общемировой тенденции по переходу на «зеленые» технологии и растущему спросу на такие технологии. Водородный котел — бесспорно «номер один» в списке наиболее экологичных решений в сфере отопления.

Во-первых, в процессе его эксплуатации не образуется углекислый газ — «главный бич» оборудования, работающего на углеводородном топливе: газе, жидком и твердом топливе.

Во-вторых, т. продуктом сгорания в водородном котле является чистая вода, он не требует для своей работы обустройства вентиляции, приборов для отвода продуктов сгорания. Которые, в свою очередь, могут потребовать дополнительной энергии для обеспечения своей работы. Да и просто нуждаются в большем пространстве внутри дома. Тое есть, устанаваливая водородный котел, можно сэкономить на площади котельной.

Хозяину на заметку

«На сегодняшний день устанавливать водородный котел для целей отопления своего дома рискуют или очень богатые люди, или заядлые оптимисты».

В-третьих, водяной пар, выделяющийся в результате сгорания водорода, увлажняет помещения дома.

Но самое главное — водородный котел неплохо сочетается с генераторами электроэнергии, работающими от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и имеющими ярко выраженный периодический характер работы. Например, с ветрогенераторами, и устройствами, работающими за счет био-газа. В этом случае — во время пиковых режимов — генераторы ВИЭ могут вырабатывать водород с помощью электролиза, который в дальнейшем будет использоваться как топливо для котла. Подключение же этих генераторов к сети напрямую потребует использования дополнительных дорогостоящих устройств.

Один из роликов, где расписываются «преимущества» водородного котла

С развитием технологий, дешевая энергия от ВИЭ может «конвертироваться» в водород, как это уже происходит в промышленных установках. Но пока устанавливать водородный котел для целей отопления своего дома рискуют или очень богатые люди, или заядлые оптимисты.

О законе сохранения энергии

Этот закон гласит, что все в мире взаимосвязано: если где-то убыло, то куда-то обязательно прибудет. И чтобы посредством электролиза можно было получить газ, определенное количество электрической энергии затратить все же придется. А энергия, как известно, получается преимущественно в результате создания тепла при сгорании иных типов топлива. И пусть даже мы возьмем чистую энергию, необходимую для генерирования электричества, и ту, что дает водород после сгорания, то потери будут двукратными (как минимум!) даже на самом современном оборудовании. Выходит, 1/2 средств просто выбрасывается на ветер. Более того, это лишь расходы, связанные с эксплуатацией, а стоимость оборудования, которое, как отмечалось, недешевое, не учитывается. Вспомним хотя бы водородные генераторы.

Если верить исследованиям, проведенным в Америке, то цена одного килограмма водорода (вернее, расходы на его создание) равна:

• 6,5 доллара при использовании промышленной электрической сети;
• 9 долларов при эксплуатации ветряных генераторов;
• 20 долларов в случае применения солярных приборов;
• 2,2 доллара при использовании твердого топлива;
• 5,5 доллара, если вещество производится из биомассы;
• 2,3 доллара, если речь идет об электролизе при высокой температуре, осуществляемом на атомной станции (самый дешевый способ, но самый далекий от обычного бытового применения).

Обратите внимание! Даже самый продвинутый генератор бытового типа будет значительно уступать по всем параметрам аналогичному промышленному прибору. Поэтому, ввиду описанных цен, говорить о том, что водород может составить серьезную конкуренцию природному газу, нельзя

То же относится и к электроэнергии, дизелю и даже тепловым насосам.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

Как известно, электрический котел считается самым неэффективным отопительным устройством, иначе говоря, стоимость тепла, произведенного за счет этого устройства, будет наиболее дорогой.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Как мы уже выяснили, отопление за счет водородного котла уступает по эффективности даже электрическому. Правда, мир не стоит на месте. Вполне возможно, что настанет день, когда использование современных технологий позволит удешевить сотни бытовых процессов, а отопление за счет водородного котла или его аналогов станет действительно выгодным.

Принцип работы оборудования

Генератор водорода, купить который может любая компания или лаборатория, получает газ из дистиллята. Причем его качество влияет на процентное содержание примесей в готовом продукте. Если в генератор чистого водорода поступает вода с высокой концентрацией посторонних ионов, она несколько раз проходит через деионизационный фильтр и только потом попадает в электролизер. Последующие этапы получения H2 выглядят следующим образом:

• Дистиллят расщепляется на кислород и водород в процессе электролиза (в качестве электролита применяется ионообменная мембрана).
• О2 попадает в питающий бак, а потом сбрасывается в атмосферу, как побочный продукт работы устройства.
• H2 подается в сепаратор, отделяется от воды, которая затем снова поступает в питающий бак. Это обеспечивает непрерывность процесса получения нужного вещества.
• Водород еще раз проходит через разделяющую мембрану, удаляющую из газа остаточные молекулы кислорода, и поступает в хроматографическое оборудование.

По этому принципу работает любой водородный генератор, купить который предлагают современные производители. Технические параметры зависят от модели.

Создание водородного генератора своими руками

Установку для выделения водорода из воды достаточно просто изготовить самостоятельно. По своим характеристикам она не будет сильно уступать покупной, зато обойдется гораздо дешевле. Рассмотрим последовательно этапы создания.

Проект (чертеж)

Для изготовления генератора понадобится герметично закрывающаяся емкость, которая перед началом производства водорода будет заполняться водой.

Расположенные внутри электроды будут иметь вид набора пластин (понадобится 16 штук), установленных с зазором в 1 мм.

Чтобы его обеспечить, между пластинами нужно поместить нейлоновые прокладки (допускается любой другой диэлектрик).

Расстояние в 1 мм является оптимальным: если его увеличить – придется наращивать силу тока; при уменьшении зазора будет затруднен выход газовых пузырьков. Пластины будут поочередно соединяться с анодом и катодом 12-вольтного источника питания. При этом их необходимо надеть на ось, также изготовленную из диэлектрического материала.

Когда электроды будут закреплены на держателе, его необходимо будет прикрепить к крышке корпуса снизу.

Для отбора газовой смеси в крышку корпуса врезается трубка от обычной капельницы. Кроме того, в ней необходимо просверлить еще два отверстия, через которые будут пропущены провода. После сборки установки все отверстия в крышке нужно будет загерметизировать с помощью силиконового герметика или клея.

Важным компонентом генератора является гидрозатвор. Для его изготовления понадобится небольшая емкость (подойдет обычная бутылка), куда перед применением устройства необходимо будет налить воду. В герметично закрывающейся крышке нужно просверлить два отверстия: в одно пропускаем трубку от генератора (ее необходимо опустить до самого дна), а во второе – еще одну трубку, по которой газовая смесь будет поступать к горелке. Отверстия в крышке гидрозатвора также должны быть герметизированы. Воду в бутылку следует наливать на ¾ ее объема.

Чтобы вода, залитая в корпус генератора, имела лучшую проводимость, в нее нужно добавить пару столовых ложек поваренной соли или каустической соды (гидроксид натрия).

Подбор электродов

При несоблюдении второго требования будет иметь место химическая реакция с участием подключенных к катодному полюсу электродов, вследствие которой раствор станет насыщаться посторонними веществами.

Именно поэтому медь – один из лучших проводников – в водном растворе применять нельзя. Вместо нее рекомендуется использовать нержавеющую сталь. Оптимальная толщина для пластин-электродов из этого материала – 2 мм.

Контейнер

С учетом опасности взрыва корпус генератора следует изготавливать из прочного и пластичного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего этим требованиям соответствует сталь. Необходимо только полностью исключить контакт проводов или электродов с корпусом, следствием которого будет короткое замыкание.

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:

• Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
• Изготовление топлива для ракетных двигателей.
• Создание удобрений.
• Производство нитрида водорода (аммиака).
• Синтез азотной кислоты.
• В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
• Обработка металла (сварка и резка).
• Восстановление металлов.
• Синтез метилового спирта
• 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.