Водородная печь

Устройство и принцип работы генератора водорода

Заводской генератор водорода представляет собой внушительный агрегат

Использовать водород в качестве топлива для обогрева загородного дома выгодно не только по причине высокой теплотворной способности, но и потому, что в процессе его сжигания не выделяется вредных веществ. Как все помнят из школьного курса химии, при окислении двух атомов водорода (химическая формула H₂ – Hidrogenium) одним атомом кислорода, образуется молекула воды. При этом выделяется в три раза больше тепла, чем при сгорании природного газа. Можно сказать, что равных водороду среди других источников энергии нет, поскольку его запасы на Земле неисчерпаемы — мировой океан на 2/3 состоит из химического элемента H₂. да и во всей Вселенной этот газ наряду с гелием является главным «строительным материалом». Вот только одна проблема — для получения чистого H₂ надо расщепить воду на составляющие части, а сделать это непросто. Учёные долгие годы искали способ извлечения водорода и остановились на электролизе.

Схема работы лабораторного электролизёра

Этот способ получения летучего газа заключается в том, что в воду на небольшом расстоянии друг от друга помещаются две металлические пластины, подключённые к источнику высокого напряжения. При подаче питания высокий электрический потенциал буквально разрывает молекулу воды на составляющие, высвобождая два атома водорода (HH) и один — кислорода (O). Выделяющийся газ назвали в честь физика Ю. Брауна. Его формула — HHO, а теплотворная способность — 121 МДж/кг. Газ Брауна горит открытым пламенем и не образует никаких вредных веществ. Главное достоинство этого вещества в том, что для его использования подойдёт обычный котёл, работающий на пропане или метане. Заметим только, что водород в соединении с кислородом образует гремучую смесь, поэтому потребуются дополнительные меры предосторожности.

Схема установки для получения газа Брауна

Генератор, предназначенный для получения газа Брауна в больших количествах, содержит несколько ячеек, каждая из которых вмещает в себя множество пар пластин-электродов. Они установлены в герметичной ёмкости, которая оборудована выходным патрубком для газа, клеммами для подключения питания и горловиной для заливки воды. Кроме того, установка оборудуется защитным клапаном и водяным затвором. Благодаря им устраняется возможность распространения обратного пламени. Водород горит только на выходе из горелки, а не воспламеняется во все стороны. Многократное увеличение полезной площади установки позволяет извлекать горючее вещество в количествах, достаточных для различных целей, включая обогрев жилых помещений. Вот только делать это, используя традиционный электролизёр, будет нерентабельно. Проще говоря, если потраченное на добычу водорода электричество напрямую использовать для отопления дома, то это будет намного выгоднее, чем топить котёл водородом.

Водородная топливная ячейка Стенли Мейера

Выход из сложившейся ситуации нашёл американский учёный Стенли Мейер. Его установка использовала не мощный электрический потенциал, а токи определённой частоты. Изобретение великого физика состояло в том, что молекула воды раскачивалась в такт изменяющимся электрическим импульсам и входила в резонанс, который достигал силы, достаточной для её расщепления на составляющие атомы. Для такого воздействия требовались в десятки раз меньшие токи, чем при работе привычной электролизной машины.

Видео: Топливная ячейка Стенли Мейера

За своё изобретение, которое могло бы освободить человечество от кабалы нефтяных магнатов, Стенли Мейер был убит, а труды его многолетних изысканий пропали неизвестно куда. Тем не менее сохранились отдельные записи учёного, на основании которых изобретатели многих стран мира пытаются строить подобные установки. И надо сказать, небезуспешно.

Преимущества газа Брауна как источника энергии

• Вода, из которой получают HHO, является одним из наиболее распространённых веществ на нашей планете.
• При сгорании этого вида топлива образуется водяной пар, который можно обратно конденсировать в жидкость и повторно использовать в качестве сырья.
• В процессе сжигания гремучего газа не образуется никаких побочных продуктов, кроме воды. Можно сказать, что нет более экологичного вида топлива, чем газ Брауна.
• При эксплуатации водородной отопительной установки выделяется водяной пар в количестве, достаточном для поддержания влажности в помещении на комфортном уровне.

Область применения

Сегодня электролизёр — такое же привычное устройство, как и генератор ацетилена или плазменный резак. Изначально водородные генераторы использовались сварщиками, поскольку носить за собой установку весом всего несколько килограмм было намного проще, чем перемещать огромные кислородные и ацетиленовые баллоны. При этом высокая энергоёмкость агрегатов решающего значения не имела — всё определяло удобство и практичность. В последние годы применение газа Брауна вышло за рамки привычных понятий о водороде, как топливе для газосварочных аппаратов. В перспективе возможности технологии очень широки, поскольку использование HHO имеет массу достоинств.

• Сокращение расхода горючего на автотранспорте. Существующие автомобильные генераторы водорода позволяют использовать HHO как добавку к традиционному бензину, дизелю или газу. За счёт более полного сгорания топливной смеси можно добиться 20 – 25 % снижения потребления углеводородов.
• Экономия топлива на тепловых электростанциях, использующих газ, уголь или мазут.
• Снижение токсичности и повышение эффективности старых котельных.
• Многократное снижение стоимости отопления жилых домов за счёт полной или частичной замены традиционных видов топлива газом Брауна.
• Использование портативных установок получения HHO для бытовых нужд — приготовления пищи, получения тёплой воды и т. д.
• Разработка принципиально новых, мощных и экологичных силовых установок.

Генератор водорода, построенный с использованием «Технологии водяных топливных ячеек» С. Мейера (а именно так назывался его трактат) можно купить — их изготовлением занимается множество компаний в США, Китае, Болгарии и других странах. Мы же предлагаем изготовить водородный генератор самостоятельно.

Видео: Как правильно обустроить водородное отопление

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Приступая к изготовлению водородной топливной ячейки, надо обязательно изучить теорию процесса образования гремучего газа. Это даст понимание происходящего в генераторе, поможет при настройке и эксплуатации оборудования. Кроме того, придётся запастись необходимыми материалами, большинство из которых будет нетрудно найти в торговой сети. Что же касается чертежей и инструкций, то мы постараемся раскрыть эти вопросы в полном объёме.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Самодельная установка для получения газа Брауна состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для их питания, водяного затвора и соединительных проводов и шлангов. В настоящее время существует несколько схем электролизёров, использующих в качестве электродов пластины или трубки. Кроме того, в Сети можно найти и установку так называемого сухого электролиза. В отличие от традиционной конструкции, в таком аппарате не пластины устанавливаются в ёмкость с водой, а жидкость подаётся в зазор между плоскими электродами. Отказ от традиционной схемы позволяет значительно уменьшить габариты топливной ячейки.

Электрическая схема ШИМ-регулятора Схема единичной пары электродов, используемых в топливной ячейке Мейера Схема ячейки Мейера Электрическая схема ШИМ-регулятора Чертёж топливной ячейки Чертёж топливной ячейки Электрическая схема ШИМ-регулятора Электрическая схема ШИМ-регулятора

В работе можно использовать чертежи и схемы рабочих электролизёров, которые можно адаптировать под собственные условия.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления топливной ячейки практически никаких специфичных материалов не требуется. Единственное, с чем могут возникнуть сложности, так это электроды. Итак, что надо подготовить перед началом работы.

1. Если выбранная вами конструкция представляет собой генератор «мокрого» типа, то понадобится герметичная ёмкость для воды, которая одновременно будет служить и корпусом реактора. Можно взять любой подходящий контейнер, главное требование — достаточная прочность и газонепроницаемость. Разумеется, при использовании в качестве электродов металлических пластин лучше использовать прямоугольную конструкцию, к примеру, тщательно загерметизированный корпус от автомобильного аккумулятора старого образца (чёрного цвета). Если же для получения HHO будут применяться трубки, то подойдёт и вместительная ёмкость от бытового фильтра для очистки воды. Самым же лучшим вариантом будет изготовление корпуса генератора из нержавеющей стали, например, марки 304 SSL.

Электродная сборка для водородного генератора «мокрого» типа

При выборе «сухой» топливной ячейки понадобится лист оргстекла или другого прозрачного пластика толщиной до 10 мм и уплотнительные кольца из технического силикона.

Трубки или пластины из «нержавейки». Конечно, можно взять и обычный «чёрный» металл, однако в процессе работы электролизёра простое углеродистое железо быстро корродирует и электроды придётся часто менять. Применение же высокоуглеродистого металла, легированного хромом, даст генератору возможность работать длительное время. Умельцы, занимающиеся вопросом изготовления топливных ячеек, длительное время занимались подбором материала для электродов и остановились на нержавеющей стали марки 316 L. К слову, если в конструкции будут использоваться трубки из этого сплава, то их диаметр надо подобрать таким образом, чтобы при установке одной детали в другую между ними был зазор не более 1 мм. Для перфекционистов приводим точные размеры:
— диаметр внешней трубки — 25.317 мм;
— диаметр внутренней трубки зависит от толщины внешней. В любом случае он должен обеспечивать зазор между этими элементами равный 0.67 мм.

От того, насколько точно будут подобраны параметры деталей водородного генератора, зависит его производительность

ШИМ-генератор. Правильно собранная электрическая схема позволит в нужных пределах регулировать частоту тока, а это напрямую связано с возникновением резонансных явлений. Другими словами, чтобы началось выделение водорода, надо будет подобрать параметры питающего напряжения, поэтому сборке ШИМ-генератора уделяют особое внимание. Если вы хорошо знакомы с паяльником и сможете отличить транзистор от диода, то электрическую часть можно изготовить самостоятельно. В противном случае можно обратиться к знакомому электронщику или заказать изготовление импульсного источника питания в мастерской по ремонту электронных устройств.

Импульсный блок питания, предназначенный для подключения к топливной ячейке, можно купить в Сети. Их изготовлением занимаются небольшие частные компании в нашей стране и за рубежом.

Электрические провода для подключения. Достаточно будет проводников сечением 2 кв. мм.

Бабблер. Этим причудливым названием умельцы обозвали самый обычный водяной затвор. Для него можно использовать любую герметичную ёмкость. В идеале она должна быть оборудована плотно закрывающейся крышкой, которая при возгорании газа внутри будет мгновенно сорвана. Кроме того, рекомендуется между электролизёром и бабблером устанавливать отсекатель, который будет препятствовать возвращению HHO в ячейку.

Шланги и фитинги. Для подключения генератора HHO понадобятся прозрачная пластиковая трубка, подводящий и отводящий фитинг и хомуты.

Гайки, болты и шпильки. Они понадобятся для крепления частей электролизёра между собой.

Катализатор реакции. Для того чтобы процесс образования HHO шёл интенсивнее, в реактор добавляют гидроксид калия KOH. Это вещество можно без проблем купить в Сети. На первое время будет достаточно не более 1 кг порошка.

Автомобильный силикон или другой герметик.

Заметим, что полированные трубки использовать не рекомендуется. Наоборот, специалисты рекомендуют обработать детали наждачной бумагой для получения матовой поверхности. В дальнейшем это будет способствовать увеличению производительности установки.

Инструменты, которые потребуются в процессе работы

Прежде чем приступить к постройке топливной ячейки, подготовьте такие инструменты:

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

Кроме того, если вы будете самостоятельно заниматься постройкой ШИМ-генератора, то для его наладки потребуется осциллограф и частотомер. В рамках данной статьи мы этот вопрос поднимать не будем, поскольку изготовление и настройка импульсного блока питания лучше всего рассматривается специалистами на профильных форумах.

Инструкция: как сделать водородный генератор своими руками

Для изготовления топливной ячейки возьмём наиболее совершенную «сухую» схему электролизёра с использованием электродов в виде пластин из нержавеющей стали. Представленная ниже инструкция демонстрирует процесс создания водородного генератора от «А» до «Я», поэтому лучше придерживаться очерёдности действий.

Схема топливной ячейки «сухого» типа

1. Изготовление корпуса топливной ячейки. В качестве боковых стенок каркаса выступают пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Надо понимать, что размер аппарата напрямую влияет на его производительность, однако, и затраты на получение HHO будут выше. Для изготовления топливной ячейки оптимальными будут габариты устройства от 150х150 мм до 250х250 мм.
2. В каждой из пластин просверливают отверстие под входной (выходной) штуцер для воды. Кроме того, потребуется сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для соединения элементов реактора между собой.

Изготовление боковых стенок

Воспользовавшись угловой шлифовальной машиной, из листа нержавеющей стали марки 316L вырезают пластины электродов. Их размеры должны быть меньше габаритов боковых стенок на 10 – 20 мм. Кроме того, изготавливая каждую деталь, необходимо оставлять небольшую контактную площадку в одном из углов. Это понадобится для соединения отрицательных и положительных электродов в группы перед их подключением к питающему напряжению.

Для того чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку надо обработать мелкой наждачной бумагой с обеих сторон.

В каждой из пластин сверлят два отверстия: сверлом диаметром 6 — 7 мм — для подачи воды в пространство между электродами и толщиной 8 — 10 мм — для отвода газа Брауна. Точки сверлений рассчитывают с учётом мест установки соответствующих подводящих и выходного патрубков.

Вот такой комплект деталей необходимо подготовить перед сборкой топливной ячейки

Начинают сборку генератора. Для этого в оргалитовые стенки устанавливают штуцеры подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательно герметизируют при помощи автомобильного или сантехнического герметика.

После этого в одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают шпильки, после чего начинают укладку электродов.

Укладку электродов начинают с уплотняющего кольца

Обратите внимание: плоскость пластинчатых электродов должна быть ровной, иначе элементы с разноимёнными зарядами будут касаться, вызывая короткое замыкание!

Пластины нержавеющей стали отделяют от боковых поверхностей реактора при помощи уплотнительных колец, которые можно сделать из силикона, паронита или другого материала. Важно только, чтобы его толщина не превышала 1 мм. Такие же детали используют в качестве дистанционных прокладок между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки отрицательных и положительных электродов были сгруппированы в разных сторонах генератора.

При сборке пластин важно правильно ориентировать выходные отверстия

После укладки последней пластины устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывают второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию скрепляют при помощи шайб и гаек. Выполняя эту работу, обязательно следят за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.

При финальной затяжке обязательно контролируют параллельность боковых стенок. Это позволит избежать перекосов

При помощи полиэтиленовых шлангов генератор подключают к ёмкости с водой и бабблеру.

Контактные площадки электродов соединяют между собой любым способом, после чего к ним подключают провода питания.

Собрав несколько топливных ячеек и включив их параллельно, можно получить достаточное количество газа Брауна

На топливную ячейку подают напряжение от ШИМ-генератора, после чего производят настройку и регулировку аппарата по максимальному выходу газа HHO.

Для получения газа Брауна в количестве, достаточном для отопления или приготовления пищи, устанавливают несколько генераторов водорода, работающих параллельно.

Видео: Сборка устройства

Видео: Работа конструкции «сухого» типа

Отдельные моменты использования

Прежде всего, хотелось бы отметить, что традиционный метод сжигания природного газа или пропана в нашем случае не подойдёт, поскольку температура горения HHO превышает аналогичные показатели углеводородов в три с лишним раза. Как вы сами понимаете, такую температуру конструкционная сталь долго не выдержит. Сам Стенли Мейер рекомендовал использовать горелку необычной конструкции, схему которой мы приводим ниже.

Схема водородной горелки конструкции С. Мейера

Вся хитрость этого устройства заключается в том, что HHO (на схеме обозначено цифрой 72) проходит в камеру сжигания через вентиль 35. Горящая водородная смесь поднимается по каналу 63 и одновременно осуществляет процесс эжекции, увлекая за собой наружный воздух через регулируемые отверстия 13 и 70. Под колпаком 40 задерживается некоторое количество продуктов горения (водяного пара), которое по каналу 45 попадает в колонку горения и смешивается с горящим газом. Это позволяет снизить температуру горения в несколько раз.

Второй момент, на который хотелось бы обратить ваше внимание — жидкость, которую следует заливать в установку. Лучше всего использовать подготовленную воду, в которой не содержатся соли тяжёлых металлов. Идеальным вариантом является дистиллят, который можно приобрести в любом автомагазине или аптеке. Для успешной работы электролизёра в воду добавляют гидроксид калия KOH, из расчёта примерно одна столовая ложка порошка на ведро воды.

В процессе работы установки важно не перегревать генератор. При повышении температуры до 65 градусов Цельсия и более электроды аппарата будут загрязняться побочными продуктами реакции, из-за чего производительность электролизёра уменьшится. Если же это всё-таки произошло, то водородную ячейку придётся разобрать и удалить налёт при помощи наждачной бумаги.

И третье, на чём мы делаем особое ударение — безопасность. Помните о том, что смесь водорода и кислорода не случайно назвали гремучей. HHO представляет собой опасное химическое соединение, которое при небрежном обращении может привести к взрыву. Соблюдайте правила безопасности и будьте особенно аккуратны, экспериментируя с водородом. Только в этом случае «кирпичик», из которого состоит наша Вселенная, принесёт тепло и комфорт вашему дому.

Надеемся, статья стала для вас источником вдохновения, и вы, засучив рукава, приступите к изготовлению водородной топливной ячейки. Разумеется, все наши выкладки не являются истиной в последней инстанции, однако, их вполне можно использовать для создания действующей модели водородного генератора. Если же вы хотите полностью перейти на этот вид отопления, то вопрос придётся изучить более детально. Возможно, именно ваша установка станет краеугольным камнем, благодаря которому закончится передел энергетических рынков, а дешёвое и экологичное тепло войдёт в каждый дом.

Можно ли самому сделать водородный котел для отопления дома?

Уже достаточно много времени минуло со дня, когда водородное топливо впервые использовалось в двигателе автомобиля. Что же касается отопления жилого дома, то идея применения данного газа с этой целью начала находить свое практическое воплощение относительно недавно.

Однако если исходить из того, что о таких автомобилях большинство только слышало, но мало кто видел, а еще меньшему числу людей довелось ими пользоваться, возникают обоснованные сомнения в реальности скорого массового введения в жизнь и подобных обогревающих устройств. И тем более призрачной выглядит возможность изготовить водородный котел отопления своими руками. Но как же обстоит дело с ним в действительности?

Как известно, все меняется, и технологии завтрашнего дня вскоре становятся обыденностью дня сегодняшнего. Запасы невозобновляемых видов топлива неуклонно сокращаются благодаря их широкому использованию. Это влечет за собой необходимость поиска других решений известных проблем, что приводит к разработке новых направлений во многих областях науки и техники. Последние касаются как повышения эффективности использования имеющихся ресурсов, так и задействования альтернативных источников. Естественно, такие тенденции не обходят стороной и столь значимые в жизни людей системы, как отопление домов.

В этой области в качестве одного из вариантов, способных заменить оборудование на прочем горючем топливе, был предложен котел, работающий на водороде.

Перспектива использовать этот газ в качестве источника энергии выглядит весьма заманчивой ввиду его доступности (хотя тут не все так просто), распространенности и экологичности.

Если присмотреться к химической формуле такой вездесущей жидкости, как вода, то становится очевидно, что одним из двух составляющих ее элементов является именно водород. Таким образом, решив вопрос эффективного выделения H2 из H2O, можно получить фактически неиссякаемый источник энергии. И применять его, в том числе, для отопления дома. Идея, безусловно, интересная, но как она в данный момент реализуется на практике и возможно ли выполнить такой котел своими руками?

Схема самодельной установки

Немало дельных советов по этому поводу можно найти в сетевых сообществах народных умельцев и энтузиастов. В целом большинство из них сводятся к мысли, что для сооружения подобного котла своими руками следует придерживаться схемы, включающей такие основные части:

1. Емкость, наполненную электролитом и выделяемым из него водородом;
2. Электролизер;
3. Двухступенчатый предохранительный блок (защита от обратки);
4. Камера сгорания;
5. Теплообменник.

Схема водородного котла отопления

Электролитический раствор поступает в электролизер, который осуществляет выработку газа, после чего продукты этой реакции возвращаются в емкость. Для надежности последнюю рекомендуется изготавливать из легированной стали и снабжать предохранительным клапаном сброса давления. Полученный водород далее направляется через защитный блок (пару барботеров) в камеру сгорания. Прореагировавший здесь с кислородом газ образует полезное тепло. Оно через теплообменник поступает в систему отопления дома, а выделившаяся в камере влага возвращается по отдельному каналу в емкость с электролитом. Таким образом, часть раствора самовосполняется за счет рециркуляции.

Добавив к описанной основной схеме стандартные элементы автоматики, характерные для любых отопительных котлов, вы получите работоспособный опытный экземпляр.

Путем проб и испытаний его можно будет довести до полноценной замены устройствам на топливе иного рода. Или же использовать как дополнение к уже имеющейся системе отопления дома.

Что еще учесть

Итак, учитывая вышеприведенные особенности схемы построения котлов, работающих на водороде, а также известные характеристики этого газа, для изготовления аналогичного оборудования своими руками следует учесть ряд важных факторов. Они таковы:

1. Изделие безопасно лишь в том случае, если химическая реакция протекает в отведенной для нее емкости. Утечка смеси может создать взрывоопасную обстановку, а значит должна быть полностью исключена;
2. Как и в любой аналогичной системе, работающей на другом топливе, основными составными частями являются котел и контур циркуляции носителя тепла с соединительными элементами. В данном случае обычно используются трубы диаметром от 25 до 32 мм, причем для обеспечения эффективной работы рекомендуется последовательно уменьшать его с каждым разветвлением;
3. Экономическая эффективность котла напрямую связана с затратами на получение водорода. При современном уровне технологии они обусловлены использованием электроэнергии. Соответственно, расходы на последнюю не должны быть велики, иначе возникает сомнение в целесообразности применения данного оборудования. Ведь согласитесь, нет никакого смысла в таком отоплении, если для получения собственно водорода требуется сопоставимое количество электроэнергии, которую можно использовать для тех же целей и не опосредованно.

В современном быстро меняющемся мире технологии постоянно совершенствуются, и климатическая техника для дома здесь не является исключением. И хотя, использование водородных систем отопления пока распространено нешироко, упрощение и удешевление способов выделения этого газа из содержащих его соединений может привести к по-настоящему безграничным перспективам применения такого оборудования.

Изготовление водородного котла

Котлы на альтернативном топливе интересны из-за большой эффективности и возможности использовать биотопливо, которое можно добыть самостоятельно. Одними из таких агрегатов являются водородные и плазменные устройства. Первый тип работает почти так, как котел на пропане, и даже в некоторой степени имеет похожие внутренние элементы.

Строение водородных котлов

Их конструкция включает:

1. Корпус.
2. Теплообменник .
3. Горелку с форсунками (являются почти такими, которые имеют котлы на пропане).
4. Клапаны, которые останавливают обратное движение огня в трубу, подающую водородную смесь.
5. Термодатчики и автоматику.

Горелка и теплообменник расположены внутри специальной камеры. Материал, из которого делают камеру и горелку, способен выдержать температуру, равную 3 000 °С. Именно столько градусов может возникать во время горения водорода. В современных водородных котлах отопления эта температура является в 10 раз меньше. Производители научились снижать ее с целью повышения безопасности котла, а также с целью использования более дешевых материалов для его изготовления.

Работает этот котел так:

1. Смесь из водорода и кислорода подается с генератора в горелку.
2. В горелке смесь загорается, и огонь поднимается к теплообменнику.
3. Теплоноситель нагревается и поступает в систему отопления дома.

Поскольку температура горения достаточно высока и в любой момент может превысить критическую границу, за ней следит специальный датчик. Также имеется датчик температуры воды в патрубке подачи теплоносителя. Он передает полученные данные автоматическому блоку, который управляет подачей водородной смеси.

Источником топлива для такого котла отопления выступает специальный генератор. Внутри одной его емкости вода растворяется на водород и кислород. затем в другой изолированной камере эти два элемента смешиваются в определенной пропорции, из-за чего происходит их реакция. Часть из них превращается обратно в воду и возвращается в электролитическую камеру, другая часть не изменяется. Она подается к котлу. Выделение водорода из воды происходит во время электролиза.

Изготовление генератора водорода

Лучше всего взять заводской генератор. Это потому, что он является безопасным и разработан так, чтобы затраты электроэнергии (электролиз без нее не происходит) на добычу альтернативного топлива были минимальными. Вторая особенность очень важная, ведь когда генератор будет потреблять столько электроэнергии, сколько расходует электрокотел. то смысла в создании водородного отопления дома нет.

Простой генератор делают своими руками так:

1. Из листа, сделанного из нержавеющей стали, вырезают 16 одинаковых прямоугольников. Размеры листа — 50х50 см.
2. Один из углов вырезанных частей срезают .
3. В противоположном по диагонали углу делают отверстие. Для этого берут своими руками дрель, сверлят дырку.
4. Собирают конструкцию из пластин и двух болтов. Делают это так: на один болт фиксируют одну пластину. Фиксация предусматривает затягивание двух шайб. которые нужно разместить с двух сторон пластины. Берут вторую пластину и разворачивают так, чтобы обрезанный конец был у болта. Фиксируют ее на втором болте так, чтобы она оказалась над первой пластинкой. Чтобы пластины не прикасались друг к другу, между них ставят полоску прозрачного пластика. Толщина полоски 1 мм. По аналогии фиксируют остальные прямоугольники.
5. Делают в пластиковом контейнере отверстия для болтов.
6. Вставляют в контейнер собранную из пластин конструкцию и фиксируют болты гайками. При этом используют резиновые прокладки для лучшей герметизации .
7. Делают в крышке отверстие, фиксируют в нем трубку для подачи водорода.
8. Делают еще одно отверстие для заливки воды с растворенными в ней солями.
9. Проверяют герметичность и работу генератора. С увеличением напряжения будет выделяться больше водорода.

Также на патрубок для подачи водорода нужно поставить обратный клапан, а саму трубку подключить к той герметичной емкости, внутри которой должен смешиваться водород с кислородом. От этой емкости отводят две трубки: одна присоединяется к барботерам, от которых отходит труба к горелке котла на биотопливе; другая – к емкости с электролитом (предназначена для возврата воды, образованной во время реакции водорода с кислородом).

Изготовление водородного котла

Создание котла на биотопливе является таким:

1. Берут профильную трубу с размерами 20х20 мм. отрезают от нее 8 частей длиной 30 см.
2. Берут своими руками профильную трубу с размерами 40х40 мм. Отрезают 3 куска: длина одного 20 см, двух других — 8 см.
3. В длинной трубе вырезают два отверстия. Размеры 40х40 мм. Они должны находиться на середине двух противоположных сторон. До этих отверстий приваривают 2 отрезка по 8 см. Должна образоваться крестовина.
4. На 3 конца приваривают заглушки. На четвертом фиксируют заглушку с патрубком для присоединения трубы подачи водородной смеси.
5. Отступив от центра крестовины 7-8 см, делают на каждом конце конструкции по 1 отверстию. Диаметр 1-1,5 см. Должно быть 4 отверстия.
6. К отверстиям приваривают патрубки и фиксируют форсунки, которые часто имеют котлы на пропане.
7. Приваривают к крестовине 8 кусков профильной трубы с размерами 20х20 см. Нужно приварить по два отрезка к каждому концу крестовины. Их размещают с обеих сторон одного конца. Угол между крестовиной и трубками должен быть прямым.
8. Вырезают из листового металла 3 металлических квадрата. В двух делают по 4 отверстия. Диаметр отверстий в одном из них должен составлять 2-3 см, в другом – 1 см. Отверстия должны повторять расположение форсунов.
9. Берут своими руками трубу с диаметром 2-3 см и разрезают на отрезки длиной 50-60 см. Затем их прикладывают к квадрату с меньшими отверстиями, приваривают к нему.
10. Берут трубу, которая в диаметре достигает 20 см. Длина должна быть меньше на 3-4 см от длины уже приваренных труб. Делают в ней два отверстия: одно вверху, другое внизу.
11. Ставят своими руками трубу на квадрат с меньшими отверстиями, приваривают ее.
12. Конструкцию переворачивают вверх дном и ставят второй квадрат. Трубки должны войти в отверстия. При этом он должен прилегать к большей по диаметру трубе. Квадрат и трубки сваривают.
13. К квадрату приваривают конструкцию с горелкой.
14. К двум отверстиям на корпусе приваривают патрубки подачи и возврата теплоносителя.
15. Проверяют котел отопления на альтернативном топливе на герметичность.
16. Ставят на патрубок подачи термодатчик, на горелку — датчик пламени и подключают их к автоматике.
17. Изготавливают своими руками защитный корпус и прячут котел в нем.

Если есть старые котлы на пропане или твердотопливный котел отопления. вышеописанный процесс можно не делать. К первым просто подсоединяют трубу подачи водорода. Со вторым более сложно, поскольку его нужно переделать. В первую очередь следует изготовить свою горелку. Ее можно собрать из тех элементов и форсунок, которые имеют котлы на пропане.

Чтобы улучшить теплообмен, большую часть топки закладывают гранитными камнями. Они будут защищать теплообменник от слишком сильного пламени и распределять тепло. Также монтируют своими руками датчики пламени и температуры, подключают блок управления.

Плазменные котлы

Устройства плазменного типа состоят из:

1. Реактора. Он представляет собой стальную емкость, внизу которой находится медная пластина с вольфрамовыми электродами. Они утоплены в плазменное вещество .
2. Генератора импульсов. Он производит и передает электрические импульсы на электроды.
3. Теплообменника. У него поступает образованный внутри реактора пар. Этот элемент является цилиндрической емкостью со змеевиком. Последний наполнен теплоносителем.
4. Катализатора. Внутри него плазма восстанавливает свои свойства. Он подключен к теплообменнику .
5. Циркуляционного насоса. Находится между катализатором и реактором. Его задача — перегонять плазму внутри котла отопления.

Источник: teplosten24.ru

Конструкция и принцип работы водородного генератора

Применение водорода в виде топлива для обогрева жилища – довольно заманчивая идея, ведь его теплотворность составляет 33,2 кВт/м3, в то время как у природного газа она всего 9,3кВт/м3, а это более чем в 3 раза. Теоретически добыть водород можно из воды, для того чтобы его потом сжечь в котле, можно воспользоваться водородным генератором для отопления дома.

Как энергоноситель с водородом ничто не может сравниться, а его запасы практически бесконечны. Как уже говорилось выше, при сгорании водород выделяет очень много тепловой энергии, намного больше, чем любое углеродосодержащее топливо. Вместо вредных выбросов в атмосферу, которые выделяются при использовании природного газа, водород, сгорая, образует обычную воду в виде пара. Только есть одна проблема, данный элемент не встречается в природе в чистом виде, а только в соединении с другими веществами.

Одним из таких соединений является обычная вода, которая представляет собой окисленный водород. Для того чтобы расщепить на составляющие ее элементы многие ученые потратили не один год. И не безрезультатно, техническое решение по выделению из воды ее составляющих все же было найдено. Это так называемая химическая реакция электролиза, в результате которой вода распадается на кислород и водород, получаемую смесь прозвали гремучим газом или газом Брауна.

Ниже можно увидеть схему водородного генератора (электролизера), который работает от электричества:

Электролизеры поставлены на серийное производство и служат для газопламенных (сварочных) работ. Ток определенной частоты и силы подается на группы металлических пластин, которые погружены в воду. Из-за протекающей реакции электролиза выделяются кислород и водород вперемешку с водяным паром.

Для того чтобы отделить газы от пара все пропускается через сепаратор, после которого подается на горелку. Чтобы предотвратить обратный удар и взрыв, на подаче монтируется клапан, который пропускает горючее только в одну сторону.

Водородная установка для обогрева жилища включает в себя следующие составляющие: котел и трубы диаметром 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы можно установить дома своими руками, но необходимо выполнить одно условие – после каждого разветвления диаметр должен уменьшаться.

Диаметр уменьшается по следующему принципу – труба D32, труба D25. После разветвления – D20, и последней монтируется труба D16. При соблюдении этого условия водородная горелка будет работать качественно и эффективно.

Для того чтобы следить за уровнем воды и своевременно подпитывать ею устройство, в конструкции есть специальный датчик, который отдает команду в нужный момент и вода впрыскивается в рабочее пространство электролизера. Для того чтобы давление не подпрыгивало до критической точки внутри сосуда, агрегат оборудуется аварийным выключателем и сбросным клапаном. Для обслуживания генератора водорода, необходимо только время от времени добавлять воду и все.

Преимущества водородного отопления

У водородного отопления есть несколько серьезных достоинств, которые влияют на распространенность системы:

1. Экологически чистые системы. Единственный побочный продукт, который выбрасывается в атмосферу во время работы – вода в парообразном состоянии. Что никоим образом не вредит окружающей среде.
2. Водород в системе отопления работает без применения огня. Тепло образуется из-за каталитической реакции. При соединении водорода с кислородом, образуется вода. Из-за этого идет большое выделение тепла. Сам поток тепла, температура которого равняется около 40оС, идет в теплообменник. Для системы теплый пол – это идеальный температурный режим.
3. Довольно скоро отопление на водороде своими руками сможет вытеснить традиционные системы, тем самым освободив человечество от добычи других видов топлива – нефти, газа, угля и дров.
4. Минимальный срок службы – 15 лет.
5. КПД отопления частного дома водородом может достигать 96%.

Добыча водорода – это вполне доступный процесс. Все, на что необходимо будет тратиться это электричество. А при использовании генератора отопления включить в работу системы еще и солнечные батарею, то траты на электроэнергию можно свести к минимуму. Исходя из этого, можно заключить что, эта система наиболее экологически чистая и эффективная для отопления жилища.

Как собрать генератор водорода собственноручно?

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

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

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

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

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

Представленная ниже инструкция показывает процесс конструирования водородного генератора:

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

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

Рекомендации по эксплуатации котла на водороде

1. Самостоятельно модернизировать подобное оборудование, даже при наличии подробного и профессионального инженерного чертежа – категорически запрещается. Это может поспособствовать вероятности утечки водородной смеси из генератора в открытое пространство, что довольно опасно.
2. Рекомендуется смонтировать специальные датчики температурного режима внутри теплообменника, это даст возможность следить за вероятным превышением уровня температуры нагрева воды.
3. В саму конструкцию горелки можно включить запорную арматуру, которая будет подключена непосредственно к самому датчику температуры. Необходимо также обеспечить нормированное охлаждение котла.
4. И наконец, на чем необходимо сделать особое ударение это безопасность. Необходимо помнить о том, что смесь водорода и кислорода не зря назвали гремучей. ННО это опасное химическое соединение, которое при небрежном обращении может повлечь взрыв. Следуйте правилам безопасности и будьте предельно аккуратны в экспериментах с водородом.

При правильном обращении водородный котел может прослужить не 15 лет, как это обычно положено, а 20 или даже 30. Однако помните, что чем больше мощность котла, тем больше расход электроэнергии!

Источник: SantehnikPortal.ru

Печь водородная

Назначение

Предназначена для обжига высокотемпературной керамики, спекания вольфрамовых штабиков, вжигания высокотемпературной металлизации кера¬мики, пайки катодов и их пропитки эмиссионноактивными веществами в за¬щитно-вреде

Технические требования к поставляемому оборудованию
Двухкамерная (двухколпаковая) пе-риодического действия.
Габариты рабочего пространства печи:
диаметр — 200 мм; высота — 250 мм.
Вес обрабатываемых деталей и узлов — не более 3 кг.
Регулируемая температура в рабочей зоне печи — до 2150С.
Изотермическая зона нагрева по высоте рабочего пространства с раз¬бросом температуры ± 10С должна составлять не менее 150 мм.
Диапазон измерения и индикации скоростей изменения температуры — от 1,0 до 20С/мин.

Вид климатического исполнения — в соответствии с УХЛ4.1. Средняя наработка печи на отказ — не менее 1000 часов.
Полный средний ресурс работы — не менее 5 лет.
В состав поставляемого оборудования должны входить:
двухкамерная (двухколпаковая) печь — 1 шт.; оптический пирометр — 1шт.;
эксплуатационная документация, включая конструкторскую документацию на нагреватель и колпак -1 комплект;
ЗИП — 1 комплект.
В состав комплекта ЗИП должны входить:
нагревательные элементы — 4 комплекта; уплотняющие прокладки — 4 комплекта; мембрана предохранительная — 2 шт.
колпак левый и правый — по 1 шт.
подставка (подиум) -2шт.

.

Требования к конструкции камеры нагрева

Тип камеры — цилиндрическая с резистивными нагревателями и экранной теплоизоляцией.
Материал нагревателей — вольфрам.
Материал экранов — вольфрам (внутренние экраны) и молибден.
Материал корпуса камеры — сталь 20(45) с защитным антикоррозионным по¬крытием.
В рубашке водяного охлаждения корпуса камеры должны быть предусмот¬рены герметизируемые полости для удаления накипи и механических за¬грязнений.
Каждая из камер нагрева должна быть оборудована смотровым окном с за¬слонкой (апертура окна на просвет не менее 20 мм), расположенным по центру камеры и двумя термопарными вводами, для установки термопар APL9001 типа С (W5Re-W26Re) в «жестком чехле» с пределом измерения до 2300 С. Одна из термопар должна быть установлена снизу и достигать уровня столика (под¬ставки для садки), являющегося нижней границей рабочего пространства печи, а другая — сбоку и достигать нагреватель для контроля и управлением нагревом. Материал футеровки (изоляции) термопар должен обеспечивать их длительную работоспособность при максимальной рабочей температуре. Материал под¬ставки, расположенной в рабочей зоне печи и предназначенной для обрабаты¬ваемой детали (садки) — вольфрам.
Камеры нагрева должны быть оснащены противовзрывным устройством, обеспечивающим сохранность камер при аварийном взрыве гремучей смеси внутри камеры.
Привод вертикального перемещения камер (колпаков) должен обеспечивать их плавное перемещение без рывков н заеданий.
Печь должна быть укомплектована передвижным подиумом (подставкой) для визуализации детали, установленной в печи, и контроля температуры детали с помощью пирометра.
На корпусе печи или камер должны быть предусмотрены элементы креп-ления пирометра.
Требования к газовой системе
Система должна обеспечивать продувку камеры азотом в направлении снизу вверх, продувку камеры водородом в направлении сверху вниз, подачу в рабочее пространство водорода.
Газовая система должна обеспечивать требуемую точку росы (Тр) ра¬бочей газовой среды в диапазоне от точки росы в газовых магистралях Заказчика до + 30С.
Конструкция увлажнителя должна предусматривать возможность отключения л увлажнителя от газовой системы, с тем, чтобы после отключения увлажнителя точка росы рабочей газовой среды уравнялась с точкой росы газов в газовых магистралях Заказчика.
В состав газовой системы должны входить: устройства коммутации га¬зов, датчики давления, регуляторы расходов газов, отображающие и регулирующие величину расхода газов в заданных технологом пределах, а также устройство для сжигания водорода на выходе из камеры.
Газовая система, должна включать в себя устройства дожига водорода и место их расположения. В схеме должно быть предусмотрено авто¬номное газобеспечение камер с установкой увлажнителя водорода на одну из камер.
Требования к системе водяного охлаждения

Система водяного охлаждения должна быть оснащена датчиками дав¬ления воды на входе и наличия ее расхода по каждому каналу охла¬ждения.
На входе системы охлаждения должен быть установлен съемный фильтр для очистки воды от механических примесей, размером более 100 мкм.
На входе системы водяного охлаждения должен быть установлен за¬порный шаровой кран.
Система охлаждения должна обеспечивать температуру наружных по¬верхностей корпуса камер печи на уровне не более 45…50С при мак¬симальной рабочей температуре.
Требования к системе электропитания

Система электропитания должна обеспечивать работу всего комплекса меха¬низмов и устройств печи.
Система электропитания должна обеспечивать последовательную периодиче¬скую работу 2-х камер нагрева.
Требования к системе управления

. Обеспечивается автоматический контроль герметичности колпака с выводом информации на графическую панель.
Оператор печи должен иметь возможность в простом графическом интерфейсе запрограммировать необходимый техпроцесс (время, температура, состав га¬зовых смесей, загрузка, выгрузка).
При выполнении техпроцесса режимы должны отображаться в виде графика температуры во времена на дисплее. На дисплее также отображаются вес остальные параметры и стадии техпроцесса (загрузка, выгрузка). При необхо¬димости оператор печи должен иметь возможность отключать индикацию остальных параметров. Должна быть предусмотрена возможность дополнить график температуры во времени названием техпроцесса, датой и временем (помер партии деталей и т.д.). На гра¬фической панели схематично отображается газовая система печи, сенсорное устройство обеспечивает управление тазовой запорной и регулирующей арма¬турой в ручном режиме.
Графическая панель управления должна ин тегрироваться в систему диспет¬черского контроля SCADA по сети Ethernet.
При этом управление и контроль печью осуществляется одним оператором с одного компьютерного терминала.

Для оперативной организации гарантийного обслуживания и ремонтных меро¬приятий печь должна быть Российского производства.
Электропитание

— Сети газообразного водорода с давлением Р=0,1 атм. и азота с давлением Р=0,2 атм.
— Сеть водопроводная давлением 2-3 атм.
— Слив — свободный.
— Приточно-вытяжная вентиляция, включая вытяжную вентиляцию над выхо¬дом водорода из печи с пламегасителем.

Источник: termonakal.ru