Водородный котел

Краткая теоретическая часть

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

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

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

2H2 + O2 → 2H2O + Q (энергия)

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

2H2O → 2H2 + O2 — Q

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

Инструкция по изготовлению

Первый этап. Для начала берем лист стали и размещаем его на ровной поверхности. Из листа указанных выше размеров (0,5х0,5 м) должно получиться 16 прямоугольников для будущей горелки на водороде, вырезаем их болгаркой.

Второй этап. С обратной стороны пластин просверливаем отверстия для болта. Если бы мы планировали сделать «сухой» электролизер, то просверлили отверстия и снизу, но в данном случае этого делать не надо. Дело в том, что «сухая» конструкция порядком сложнее, да и полезная площадь пластин в ней использовалась бы не на 100%. Мы же сделаем «мокрый» электролизер – пластины полностью погрузятся в электролит, а в реакции будет участвовать вся их площадь.

Энергия воды

Третий этап.Принцип работы описываемой горелки основывается на следующем: электроток, проходя через погруженные в электролит пластины, приведет к тому, что вода (она должна входить в состав электролита) разложится на кислород (О) и водород (Н). Следовательно, мы должны располагать одновременно двумя пластинами – катодом и анодом.

С увеличением площади этих пластин увеличивается объем газа, поэтому в данном случае используем по восемь штук на катод и анод, соответственно.

Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома

Четвертый этап. Далее нам предстоит установить пластины в пластиковый контейнер так, чтобы они чередовались: плюс, минус, плюс, минус и т. д. Для изоляции пластин используем куски прозрачной трубки (мы купили ее целых 10 м, поэтому запас есть).

Нарезаем из трубки небольшие кольца, разрезаем их и получаем полоски толщиной примерно 1 мм. Это идеальное расстояние, чтобы водород в конструкции эффективно генерировался.

Пятый этап. Пластины крепим друг к другу с помощью шайб. Делаем это следующим образом: надеваем шайбу на болт, затем пластину, после нее три шайбы, еще одну пластину, опять три шайбы и т. д. Восемь штук вешаем на катод, восемь – на анод.

Далее затягиваем гайки и изолируем пластины посредством нарезанных ранее полосок.

Шестой этап. Смотрим, куда именно в контейнере упираются болты, просверливаем в том месте отверстия. Если вдруг болты не помещаются в контейнер, то мы спиливаем их до требуемой длины. Затем вставляем болты в отверстия, надеваем на них шайбы и зажимаем гайками – для лучшей герметичности.

Далее проделываем дыру в крышке для штуцера, вкручиваем сам штуцер (желательно намазав место соединения силиконовым герметиком). Дуем в штуцер, чтобы проверить герметичность крышки. Если воздух все же выходит из-под нее, то промазываем и это соединение герметиком.

Седьмой этап. По окончании сборки тестируем готовый генератор. Для этого подключаем к нему любой источник, заполняем контейнер водой и закрываем крышку. Далее на штуцер надеваем шланг, который опускаем в емкость с водой (чтобы увидеть пузырьки воздуха). Если источник недостаточно мощный, то их в емкости не будет, но вот в электролизере они появятся обязательно.

Далее нам нужно повысить интенсивность выхода газа посредством увеличения напряжения в электролите. Здесь стоит отметить, что вода в чистом виде не является проводником – ток проходит через нее благодаря имеющимся в ней примесям и соли. Мы же разбавим в воде немного щелочи (к примеру, гидроксид натрия отлично подходит – в магазинах он продается в виде чистящего средства «Крот»).

Сколько стоит килограмм водорода

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

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

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

Заводские и самодельные установки

• выгодно – подбор материалов производится на свой выбор;
• удобно – можно сэкономить на незначительных элементах;
• просто – не нужно прибегать к помощи специалистов;
• надежно – ты сам отвечаешь за качество, что дает право выбора таких материалов, которые бы удовлетворяли все потребности.

Некоторые пользователи жалуются, что китайские агрегаты, которые более доступны в цене, ломаются уже после отопительного сезона. Причем их ремонт в большинстве случаев требует больших капиталовложений. В то время, как самодельная установка дает гарантию, что ее продуктивность будет на высшем уровне, а любые поломки устранятся также легко и быстро, как собиралась сама система.

Схема работы водородного котла и преимущества такого способа отопления

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

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

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

Процесс получения водорода с помощью электролиза

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

Из преимуществ такого вида отопления можно выделить следующие:

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

Домашние генераторы водорода

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

Водород из навоза

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

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

Водород из воды

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

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

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

Полукустарная установка для выработки водорода

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

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

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

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

Плюсы и минусы отопления

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.

Читайте так же:  Рассказываем про эфирный магнитоэлектрический генератор

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.

Несколько дельных советов

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

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

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

Применяемые материалы

В системе отопления применяется, как правило, дистиллированная вода, в которую добавляют гидроксид натрия в пропорции 10 л жидкости на 1 ст. л вещества. При отсутствии или проблематичности получения нужного количества дистиллята разрешается использование и обычной воды из крана, но только в том случае, если в ее составе отсутствуют тяжелые металлы.

В качестве металлов, из которых изготавливают водородные котлы, допустимо использовать любые виды нержавеющих сталей – отличным вариантом станет ферримагнитная сталь, к которой не притягиваются лишние частицы. Хотя основным критерием выбора материала все-таки должна быть устойчивость к коррозии и ржавчине.

Для сборки аппарата обычно используются трубки диаметром 1 или 1,25 дюйма. А горелка приобретается в соответствующем магазине или интернет-сервисе.

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

Преимущества и недостатки водорода как топлива

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

В общем, среди достоинств можно выделить следующие:

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

Есть у водородного топлива и свои недостатки:

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

• большое потребление воды.

  Схема устройства блока управления водородным котлом

Откуда берется чистый водород

Хозяину на заметку

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

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

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

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

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора

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

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

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

Особенности электролитического генератора водорода

Водородный генератор, основанный на принципе электролиза, выпускают чаще всего в контейнерном исполнении. Обязательным условием приобретения такого устройства для отопления считается наличие следующих документов: разрешение от Ростехнадзора, сертификаты (соответствия ГОСТР и гигиенический).

Электролитический генератор состоит из следующих элементов:

• блока, включающего в себя трансформатор, выпрямитель, распределительные коробки и устройства, блок пополнения и деминерализации воды;
• устройства для раздельного получения водорода и кислорода – электролизера;
• системы анализа газа;
• системы охлаждения жидкости;
• системы, направленной на обнаружение возможной утечки водорода;
• панели управления и автоматической системы контроля.

Для достижения максимально эффективного процесса электропроводности применяют капли щелока. Резервуар с ним пополняется по мере необходимости, но чаще всего это происходит примерно 1 раз в год. Любые электролитические генераторы промышленного типа производятся на основании европейских норм экологии и безопасности.

Опытным путем доказано, что покупка водородного электролитического генератора намного выгоднее регулярного приобретения газа. Так, для производства 1 кубометра газа из водорода и кислорода требуется всего порядка 3,5 кВт электрической энергии, а также пол-литра деминерализованной воды.

Перспективы водорода в отрасли отопления

Многие ученые называют водород самым перспективным топливом, и это только подтверждается такими фактами:

Водород является самым распространенным топливным элементом во Вселенной, и десятый по запасам среди всех химических элементов на нашей планете. Если говорить проще, то проблем с запасами водорода точно не будет;

• Несмотря на то, что это – газ, он абсолютно безвреден, и нетоксичен, поэтому люди, животные и даже растения не будут ощущать пагубного влияния;
• В отопительном оборудовании, которое работает на водороде, продуктом горения выступает обычная вода, поэтому о вредных выхлопах и говорить не стоит;
• Градус горения водорода равен 6000, это подтверждает большую теплоемкость данного химического элемента;
• По весу, это топливо даже легче воздуха (в 14 раз), поэтому в случае возникновения утечки, топливный выбор улетучиться самостоятельно и очень быстро;
• Килограмм водорода сегодня стоит лишь 2-7 американских долларов. Но килограмм это очень много, ведь плотность вещества составляет всего 0,008987 кг/м3;
• Теплотворность 1 куба водорода равна 13 000 кДж. Конечно, этот показатель примерно в три раза ниже, чем у природного газа, но цена на водород ниже в десятки раз.

Из этого можно сделать вывод, что отопление домов водородом будет стоить не дороже, чем с применением обычных газовых котлов. Также владелец такого уникального оборудования не будет платить бешеные накрутки в карманы владельцев нефтегазовых компаний, нет необходимости и обустраивать дорогущий газопровод. При этом владелец избавит себя еще и от прохождения нудных и долгих бюрократических процедур по согласованию разных проектов.

В общем, водород можно действительно считать самым перспективным топливом. Все преимущества этого элемента уже испытали сотрудники аэрокосмических предприятий, которые используют водород в качестве ракетного топлива.

Отрицательные стороны генераторов

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

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

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

Выгодно ли отапливать дом водородом

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

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

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

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

Источник: mr-build.ru

Уникальные особенности котлов на водороде

Котлы такого типа мало востребованы в России по причине недостаточной информированности о них широких масс потребителей. В западных странах этот альтернативный вид отопления уже довольно распространен благодаря доказанной экологической чистоте, а также получению заметной экономии при оплате за коммунальные услуги.

«Порождающий воду» – именно так звучит перевод термина «водород» с латыни. Этот элемент считается самым распространенным веществом в мире, из него наполовину состоит солнце, он широко применяется в промышленности, а также обладает массой уникальных свойств, которые и были использованы при разработке водородного отопительного котла. Главное уникальное свойство элемента – его неисчерпаемость в недрах и окружающем мире.

Процесс получения водорода прост и понятен. Для него требуется обязательное наличие электрической энергии и воды. Электроток способствует расщеплению молекул воды на кислород и водород, который впоследствии можно использовать с целью обогрева помещений.

Водород как энергоноситель считается самым безопасным и чистым элементом, а отопление на его основе получается полноценным и эффективным.

Котлы такого типа можно гармонично встроить своими руками в уже существующую отопительную систему без ущерба для нее.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
5. Котел обладает максимально высоким КПД.
6. Устройство работает совершенно бесшумно.
7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

• необходимость постоянного пополнения катализатора;
• взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
• неудобная транспортировка водорода;
• недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
• недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Самостоятельное сооружение

Ввиду того что массовое производство подобных агрегатов на сегодняшний день отсутствует, их покупка является нелегким процессом. Скорее всего, придется оформлять индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где впервые разработали и запустили в работу такие устройства.

Но подобное решение вопроса по карману далеко не всем потребителям. В этом случае стоит рассмотреть возможность сооружения котла своими руками.

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

Точной и гарантирующей успех инструкции по сооружению водородного котла на сегодняшний момент не может дать ни один источник. Но согласно навыкам и опыту практикующих химиков и техников такой агрегат должен состоять из следующих компонентов:

1. Теплообменник.
2. Электролизер.
3. Камера сгорания.
4. Предохранительный блок, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
5. Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена клапаном, с помощью которого можно сбрасывать давление в системе.

Принцип действия котла

Водород начинает вырабатываться после попадания электролитического раствора внутрь электролизера. Под воздействием катализатора с О2 элемент делится на тепло и воду. Полученное тепло, имеющее температуру порядка 40 градусов, идет в отопительную систему, проходя предварительно через теплообменник.
Очень часто такой температуры хватает для полноценного обогрева дома с помощью теплых полов.

Выделившаяся в результате химической реакции вода поступает в бак (с электролитом), а затем определенная часть раствора подвергается самовоспламенению за счет процесса рециркуляции.

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

• 12-Вольтный блок питания;
• 30-Амперный ШИМ регулятор;
• трубки разных диаметров, изготовленные из нержавеющей стали;
• емкость.

Вода в идеально герметичных условиях подается внутрь емкости с диалектиком. Там расположены пластины из нержавеющей стали, примыкание которых друг к другу обеспечивается изолятором. Пластины получают 12-Вольтное напряжение. Результатом будет разложение воды на газы.

Использование ШИМ регулятора позволяет преобразовывать постоянный ток в импульсный или переменный, что увеличивает общую эффективность системы.

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.

Соорудив агрегат из вышеперечисленных элементов и дополнив его стандартными автоматическими и механическими комплектующими, можно получить опытный экземпляр водородного агрегата. Чтобы он полноценно заработал, следует провести немало испытаний и проб.

Источник: x-teplo.ru

Уникальные особенности котлов на водороде

Котлы такого типа мало востребованы в России по причине недостаточной информированности о них широких масс потребителей. В западных странах этот альтернативный вид отопления уже довольно распространен благодаря доказанной экологической чистоте, а также получению заметной экономии при оплате за коммунальные услуги.

«Порождающий воду» – именно так звучит перевод термина «водород» с латыни. Этот элемент считается самым распространенным веществом в мире, из него наполовину состоит солнце, он широко применяется в промышленности, а также обладает массой уникальных свойств, которые и были использованы при разработке водородного отопительного котла. Главное уникальное свойство элемента – его неисчерпаемость в недрах и окружающем мире.

Процесс получения водорода прост и понятен. Для него требуется обязательное наличие электрической энергии и воды. Электроток способствует расщеплению молекул воды на кислород и водород, который впоследствии можно использовать с целью обогрева помещений.

Водород как энергоноситель считается самым безопасным и чистым элементом, а отопление на его основе получается полноценным и эффективным.

Котлы такого типа можно гармонично встроить своими руками в уже существующую отопительную систему без ущерба для нее.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
5. Котел обладает максимально высоким КПД.
6. Устройство работает совершенно бесшумно.
7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

• необходимость постоянного пополнения катализатора;
• взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
• неудобная транспортировка водорода;
• недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
• недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Принцип функционирования

В основе работы водородной отопительной системы лежит реакция, возникающая при контактах молекул водорода и кислорода. В результате взаимодействия молекул образуется так называемый газ Брауна и выделяется значительный объем тепла.

Для использования на практике изначально производились водородные котлы промышленного назначения. Такое оборудование отличается крупными габаритами, занимает значительные площади и имеет довольно маленький коэффициент полезного действия, не превышающий 80%. Однако технология постепенно развивалась, и, освоив котлы промышленного назначения, производители постепенно пришли к возможности изготовления оборудования для отопления жилых домов.

Для нормального функционирования водородной установки необходимо соблюдение ряда параметров:

• Возможность поступления воды. Обычно это водопроводная вода, но может быть и дистиллированная. Показатели потребления жидкости зависят от мощности оборудования.
• Доступ к электроэнергии. Электролизная реакция требует наличия электричества.
• Регулярная замена катализатора. Периодичность зависит от модификации и мощности котла.

Водородное оборудование, произведенное промышленным способом, отличается высокими стандартами безопасности, оно даже менее опасно в эксплуатации, чем котлы на твердом топливе и газе. Все процессы в водородном аппарате происходят внутри оборудования, а потребителю только остается контролировать рабочие параметры системы.

Обратите внимание! В отличие от заводских моделей, в устройствах, сделанных своими руками, имеется опасность утечек взрывоопасного газа Брауна. Поэтому самодельные котлы требуют особого подхода к обеспечению техники безопасности.

Устройство и принцип действия

Водородное отопление дома было разработано итальянской компанией. Ученые смогли добиться снижения температуры сжигания благодаря использованию катализаторов с +6000 до +300°С, что позволило использовать традиционные материалы для производства отопительных котлов.

Устройство котла включает в себя:

• камеру сгорания топлива;
• теплообменник;
• электролизер;
• резервуар для выработки водорода с помещенным внутри электролитом;
• двухступенчатый защитный блок.

Водородные отопительные котлы могут быть разной мощности. Чем больше площадь помещения, тем больше должна быть мощность. Некоторые котлы имеют модульную систему, максимальное число каналов для выработки водородной энергии — 6, каждый канал должен содержать катализатор, чтобы каналы могли работать независимо друг от друга.

Водородные котлы работают следующим образом:

• электролитический раствор попадает в электролизер и под воздействием электротока вырабатывается водород, кислород и водяной пар;
• газы поступают в химический сепаратор, где водород отделяется от общего объема;
• очищенный водород через двухступенчатый защитный блок поступает в камеру сгорания, где происходит химическая реакция с участием водорода, кислорода и катализаторов;
• в ходе реакции образуется вода и выделяется тепло, тепло нагревает теплообменник, за счет чего и происходит обогрев, а вода снова поступает в электролизер.

Отопление дома водородом с помощью ННО генератора

Видео

Можете посмотреть видео о том, как отапливать дом при помощи водорода. Также там дана информация о преимуществах такого способа отопления частного жилья.

Преимущества и недостатки водородного котла отопления

Помимо своей небольшой стоимости водородное отопления характеризуется еще одним немаловажным качеством – оно абсолютно экологически чистое, поскольку водород является составной частью окружающей среды. Процесс горения данного вида топлива совсем не выделяет вредных веществ. Кроме этого, водород из всех других химических элементов является наиболее встречаемым на планете. Он находится в избытке.

Если возникает вопрос – купить или нет водородный котёл цена которого довольно-таки внушительна, следует описать основные плюсы такого оборудования.

Плюсы водородного котла:

1. Такой водородный генератор для отопления характеризуется высоким КПД – свыше 90%.
2. Водородная горелка обладает экологической безопасностью. При функционировании агрегата образуется только пар, который абсолютно безвреден, как для организма проживающих в жилом помещении людей, так и для окружающей среды.
3. Водородное отопление не предполагает наличие огня. Тепло образуется посредством химической реакции с задействованием катализатора. Водород объединяется с кислородом, что приводит к генерации тепловой энергии, которая попадает в теплообменник.
4. В перспективе, если тема применения водородных котлов продолжит развиваться, то экономику всего мира ждет подъем и небывалый расцвет.
5. Водородные горелки функционируют бесшумно, что также является несомненным плюсом.
6. Генераторы водорода для отопления при самостоятельном монтаже не требуют сооружения и использования дымоходов, что очень удобно.

Указав на достоинства водородного котла отопления, будет несправедливым не указать на его недостатки, которые также имеют место быть:

• При стандартной комнатной температуре водород имеет газообразную консистенцию. Помимо этого, вещество считается довольно взрывоопасным, что создает определенные трудности при его транспортировке.
• Хоть в западных государствах водородные котлы набирают все большую популярность, в России им уделяется недостаточное внимание, что может создать некоторые сложности с его приобретением и установкой.
• Для подготовки специалистов, способных проверять и сертифицировать водородные баллоны, необходимо время.

Советы по эксплуатации и техника безопасности

Большой риск взрыва газа накладывает свои условия и требования применения оборудования. Правила нацелены на снижение возможности контакта кислорода с воздухом, что может вызвать разрушительную химическую реакцию.

Рекомендации от специалистов:

• Контролировать показатели температуры датчиков на теплообменниках. Температура не должна повышаться выше предельно допустимого уровня.
• Проверять показатели давления газа. Если уровень повышается, нужно немедленно принимать меры для снижения.
• Внимательно читать инструкцию от производителя и не эксплуатировать котел в режимах, не предусмотренных изготовителем.
• Контролировать подачу воды.
• Регулярно менять электролизер.
• Позаботиться о бесперебойной подаче электроэнергии.
• Не проводить модернизацию оборудования самостоятельно. Процедура может привести к утечке водородного состава и спровоцировать взрыв.

Совет! Систему нужно дополнить датчиками температуры внутри теплообменника – это позволит вовремя увидеть повышение уровня и принять меры по стабилизации показателей. Также не помешает запорная арматура в устройстве горелки и система охлаждения котла.

Если эксплуатация водородного котла соответствует нормам, то прослужит оборудование очень долго. Схема котла не отличается сложностью, поэтому проблемы с ремонтом не возникнет – в этих агрегатах попросту нечему ломаться, но только при условии, что все детали сделаны из качественных материалов.

Изготовление и монтаж

В России водородное отопление пока является альтернативным, и приобрести подобные устройства довольно непросто, поэтому встает вопрос о том, чтобы изготовить водородный котел отопления своими руками. Сделать это возможно, однако чтобы такое самодельное устройство выполняло функцию основного отопительного прибора, придется провести несколько испытаний, поскольку необходимо убедиться в его эффективности и безопасности.

Главным элементом системы является котел. Сделать его можно на основе ННО генератора, то есть обычного электролизера. Для изготовления водной горелки (генератора) потребуется кусок листа нержавеющей стали шириной 50 см, длиною 50 см и толщиной 2 мм. Кроме стали, понадобится герметичный пластиковый контейнер (можно для пищи) емкостью 1,5 литра, прозрачная трубка (подойдет водяной уровень) длиной 10 м, болты 6*50, гайки, шайбы, штуцеры для шланга диаметром 8 мм.

Порядок изготовления будет следующим:

1. 1. Из стали необходимо вырезать болгаркой 16 одинаковых прямоугольных пластин. Для устройства необходимы катод и анод, в их роли и выступят приготовленные пластины — 8 будут катодами, 8 — анодами.
2. 2. На каждой пластине с обратной стороны нужно просверлить отверстие для болта.
3. 3. Далее, необходимо поместить пластины в контейнер, чередуя плюс и минус, для изоляции используется прозрачная трубка, нарезанная на полоски.
4. 4. Пластины нужно прикрепить друг другу, используя шайбы: на болт надевается шайба, затем пластина, потом 3 шайбы, потом пластина, а за ней снова 3 шайбы и т. д. , чтобы закрепить 8 пластин на катод, 8 на анод. После этого гайки следует затянуть.
5. 5. Далее, следует закрепить полученные болты с пластинами на контейнере. Для этого в контейнере проделываются отверстия, куда и вставляются болты. Затем на болты надеваются шайбы.
6. 6. В крышке контейнера необходимо проделать отверстие и вставить в него штуцер. Место соединение лучше промазать герметиком.

Следующим этапом станет тестирование получившегося генератора. Для этого необходимо заполнить контейнер водой и закрыть крышку. Подключить генератор к источнику питания. На штуцер надевается шланг. Для наглядности шланг нужно опустить в емкость с водой. Если в этой емкости при подключении устройства не появятся пузырьки воздуха, то источник имеет недостаточную мощность. При этом в контейнере пузырьки должны образоваться в любом случае.

В качестве защитных элементов водородного котла своими руками можно использовать клапан и фильтр для стиральной машины. Клапан необходим, чтобы выработанный водород не возвращался назад в систему. Фильтр будет использоваться в качестве водяного затвора.

Описанное устройство представляет собой конструкцию с параллельным включением, которая не является самой эффективной. Однако именно такую конструкцию проще всего изготовить самостоятельно. Для повышения эффективности в воду следует добавить небольшое количество щелочи.

Для монтажа водородного котла потребуются:

• блок питания мощностью 12 вольт;
• ШИМ-регулятор (на 30 ампер);
• трубки из нержавеющей стали.

ШИМ-регулятор — элемент необязательный. Однако его использование приводит к преобразованию постоянного тока в переменный или импульсный, что значительно повышает эффективность системы.

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.

Соорудив агрегат из вышеперечисленных элементов и дополнив его стандартными автоматическими и механическими комплектующими, можно получить опытный экземпляр водородного агрегата. Чтобы он полноценно заработал, следует провести немало испытаний и проб.

Источник: kachestvolife.club

Другие статьи по теме:

Как получить водород из воды Установка агв Экономичное электрическое отопление Электронагреватели для отопления дома Проектирование отопления в частном доме Пеллетный котел для отопления частного дома