Водородный котел: отличная замена природному газу и твердым видам топлива

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.

Что представляет собой водород?

Водород – это легкий газ, который при сжигании дает тепло, в несколько раз превышающее тепло от газа. Главным его преимуществом при использовании в отопительной системе является относительно небольшая температура горения (всего 300°С). Это позволяет использовать газ в котле, выполненном из традиционных недорогих видов металла.

Сам по себе газ не имеет цвета и запаха, а при соединении с другими химическими компонентами он не образует опасных токсинов, вредных для здоровья человека. Поэтому его использование в быту крайне безопасно. Единственной опасностью является его повышенный уровень взрывоопасности.

Рассказ про отопление дома водородом

При неправильном использовании газа или контакте его с открытым источником огня,может произойти взрыв.

https://youtube.com/watch?v=ZnASxObpd2k

Принцип функционирования водородного котла

Для работы водородного котла необходимо электричество

Водородный котел отопления работает по принципу нагревания жидкости в теплообменнике огнем сгорающего в камере топлива. Источником энергии служит чистый Н2. Газ отличается высокой теплоотдачей, которая в 3 раза выше, чем у пропана. Единственной трудностью его получения является высокая активность элемента, из-за чего он связывается с другими веществами. Требуется разделение, для которого необходимо электричество.

Общая схема работы системы отопления водородом следующая:

1. Производство газа. В качестве сырья используется дистиллированная вода. Она заливается в бак, где размещаются электроды. Под воздействием тока молекулы воды распадаются на кислород и водород.
2. Выделение Н2. Смесь пропускается через химический сепаратор который выделяет водород и направляет его в горелку, где происходит его поджигание и сгорание. Поставленный на трубопроводе клапан предотвращает движение газа в обратную сторону. Уровень горения регулируется с помощью открытия или блокирования специальных каналов, по которым подается водород.
3. На горелку подается катализатор, снижающий температуру пламени с 2000 градусов до безопасных 600 градусов, что позволяет использовать для изготовления камеры бюджетные металлы. Образованный в процессе горения пар по змеевику поступает в резервуар с водой, где конденсируется и восполняет израсходованную жидкость.
4. Выделившийся при электролизе кислород отводится в отдельную камеру, где смешивается с воздухом и через клапан поступает в помещение.

Особенности водородного отопления

Впервые отопление дома на водороде было разработано итальянскими изобретателями. Созданный ими прибор практически не создавал шума и не выбрасывал в атмосферу вредные вещества. При этом температура внутри котлов была невысокой, и оборудование можно было делать не из чугуна или жаропрочной стали, а из обычного металла и даже пластика.

«Классическим», низкотемпературным вариантом отопления на водороде является выделение тепла в процессе образования воды из водорода и кислорода. Хотя существует и методика, предусматривающая обратный процесс – расщепление водных молекул для создания водородного топлива, сгорающего в котлах.

Котлам, работающим на водороде, не нужна специальная система отвода в атмосферу продуктов сгорания. Ведь в процессе выделяется только пар, безвредный для окружающей среды. А получение сырья практически не представляет особой проблемы, в отличие от таких энергоносителей, как газ, дизтопливо и пеллеты.

Расходы при использовании отопления на водороде будут идти только на электроэнергию для генератора.

Преимущества и недостатки

Распространению системы водородного отопления способствует целый ряд достоинств такого метода:

1. Экологическая чистота выбросов.
2. Работа без применения огня (только для обычных низкотемпературных систем). Так как тепло получается не при сгорании, а в результате химической реакции. Соединение водорода и кислорода приводит к получению воды, а выделившаяся при этом энергия идет в теплообменник. Температура теплоносителя при этом не превышает 40 градусов, что является практически идеальным режимом для системы «теплых полов».
3. Использование водородного топлива экономит средства владельца частного дома.

Единственный более выгодный способ в плане эксплуатации – газовое отопление, далеко не всегда доступное для загородного жилья.

Правда, имеются у методики и недостатки. Во-первых, водород является достаточно взрывоопасным и, за счет этого, трудно транспортируемым веществом, хотя эта проблема существует только для низкотемпературного варианта.

Во-вторых, специалистов, способных на правильную установку таких котлов и сертификацию водородных баллонов, в нашей стране немного.

Перспективы использования водородных котлов

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

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

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

Хозяину на заметку

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

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

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

Один из роликов, где расписываются «преимущества» водородного котла

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

КОМПЛЕКТАЦИЯ СИСТЕМЫ

Полноценная отопительная система на основе водородного топлива потребует наличия и некоторых других составляющих, кроме собственно электролизера. Ведь генератор является лишь поставщиком топлива в систему. Также необходимо обеспечить бесперебойную подачу воды и проветривание помещения.

ГОРЕЛКА

Правильнее всего купить или сделать самостоятельно 4-форсунковую горелку. Можно использовать горелку, которая использовалась для природного газа.

КОТЕЛ

Водородный котел отопления выполняет функцию передачи тепла от горелки к теплоносителю. В качестве котла можно использовать любой котел на твердом топливе. Поскольку топочная камера все равно не будет использоваться в соответствии с ее назначением, специалисты рекомендуют наполнить ее гранитными камнями, которые будут нести ряд полезных функций:

• гранит способствует равномерному распределению тепловой энергии;
• после окончания горения газа Брауна, аккумулированное гранитом тепло будет отдаваться теплоносителю;
• гранит защищает теплообменник аппарата от непосредственного воздействия огня, что серьезно продлит срок эксплуатации этого элемента системы.

НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ ПО СОЗДАНИЮ ВОДОРОДНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Специалисты рекомендуют слегка модернизировать отопительный систему.

• Если на горелке поставить датчик пламени, это увеличит безопасность отопительной системы. При незапланированном затухании пламени, датчик автоматически передаст электролизеру команду о прекращении подачи газа Брауна в горелку.
• Необходимо установить температурные датчики в теплообменном устройстве, которые будут откликаться на перегрев воды.
• К водородной горелке желательно прибавить запорную арматуру, работающую в автоматическом режиме и соединенную с температурным датчиком котла.

Водородное отопление требует знаний и умелых рук при его обустройстве в частном доме. Поэтому поручать такую работу можно только квалифицированным специалистам. опубликовано econet.ru

Присоединяйтесь к нам в Facebook , , Одноклассниках

Как сделать водородный котел своими руками?

Сделать отопительный котел на водороде можно на основе ННО генератора – это обычный электролизер.

Для изготовления горелки потребуется:

• лист нержавейки в 2 мм толщиной размером 50х50 см;
• лист стали в 2 мм толщиной размером 100х100 см;
• герметичный контейнер из пластика на 1,5 л;
• прозрачная трубка от водяного уровня длиной в 10 м;
• штуцеры для шланга диаметром 8 мм;
• болты 6х50, гайки, шайбы;
• профильная труба 20х20 мм;
• профильная труба 40х40 мм;
• труба сечением 20-30 мм;
• заглушки;
• болгарка;
• герметик;
• нож;
• сварочный аппарат;
• газовые форсунки;
• дрель.

Для монтажа котла пригодится блок питания мощностью на 12 вольт.

Как сделать котел водородный собственными руками:

1. Из стального листа 50х50 см болгаркой вырезать 16 прямоугольников одинакового размера. Для работы системы потребуется катод и анод, в роли которых выступят пластины, 8 из которых будут катодами, а 8 анодами.
2. На пластинах просверлить отверстие для болтов, по 1 отверстию на каждой пластине.
3. Разместить в контейнере пластины так, чтобы соблюдалось чередование плюса и минуса. Изолировать пластины прозрачной трубкой, которую предварительно порезать на шайбы или полоски толщиной до 2 мм.
4. Фиксация пластин на болты и шайбы таким образом – на болт надеть шайбу, потом пластину анода, затем 3 шайбы и пластину катода. Так, через 3 шайбы нанизывать все пластины. После этого затягиваются гайки.
5. Теперь нужно закрепить конструкцию в контейнере. Для этого нужно проделать отверстия в стенах контейнера, куда вставляются болты. На болты обязательно затем надеть шайбы.
6. Теперь нужно проделать 2 отверстия в крышке под штуцеры (стальную трубу с резьбой). Фиксация на гайки.
7. Точки стыка изолировать герметиком.
8. Подключить к одному патрубку компрессор, к другому манометр. Накачать давление в 2 атмосферы и проконтролировать показания манометра полчаса – если давление не меняется, то герметичность нормальная, если есть изменения, проверить стыки и еще раз загерметизировать все швы.
9. Установить обратный клапан к патрубку, подключить к нему баллон с водородом, а на второй патрубок подключить воду. К болтам для крепления пластинок подключить электроды, по которым пойдет электрический ток.
10. В процессе прохождения тока вода начнет бурлить и пойдет процесс реакции, которая необходима для отопления системы.

Чтобы изготовить сам котел, потребуется выполнить следующие действия:

• трубу 20х20 мм разрезать на 8 частей по 30 см;
• трубу 40х40 мм порезать на 3 части – одна из них на 20 см, две – по 8 см;
• в трубе на 20 см сечением 40х40 мм сделать посередине длины с двух противоположных боковых сторон отверстия под трубу 40х40 мм;
• вставить в отверстия трубки сечением 40х40 мм в 8 см под прямым углом, приварить;
• к торцам полученной крестовины приварить заглушки, а четвертую сторону оснастить заглушкой с патрубком, который нужен для присоединения трубы с водородом;
• от центра крестовины отложить 7-8 см и в каждой части высверлить отверстие размером в 10-14 мм, всего получится 4 отверстия;
• в отверстия приварить форсунки;
• к каждой торцевой части приварить по 2 профильные трубы сечения 20х20 мм таким образом, чтобы образовался прямой угол с плоскостью крестовины;
• из оставшегося листа стали вырезать 3 стенки корпуса для котла размером 30х30 см;
• в 2 стенках просверлить по 2 отверстия, всего получится 4 отверстия диаметром в 20-30 мм по точкам размещения форсунок, а в третьем листе сделать отверстие диаметром в 10 мм;
• теперь нарезать трубу на 20-30 мм диаметром кусками по 50-60 см и приварить к стальному листу меньших размеров (стенке корпуса);
• взять трубу диаметром в 10 мм длиной меньше сваренных труб на 4 см и в ней просверлить пару отверстий вверху и внизу с таким расчетом, чтобы трубу можно было приварить;
• приложить трубу к листу стальному с меньшими отверстиями и приварить;
• теперь всю эту конструкцию нужно перевернуть и установить на второй стальной лист так, чтобы трубки вошли в заранее проделанные отверстия;
• трубки приварить к листу;
• теперь приварить к последнему листу из стали всю конструкцию с горелкой;
• приварить патрубки для транспортировки теплоносителя к отверстиям в корпусе;
• на входной патрубок установить температурный датчик, на горелку – датчик горения (детектор);
• оба датчика нужно соединить с автоматическими контроллерами и системами визуально-звукового оповещения;
• проверить корпус на герметичность.

Теперь остается выполнить внешний защитный корпус нужных размеров из стального листа. Внутрь корпуса установить узлы конструкции, герметично их соединить и перепроверить герметичность. Можно тестировать систему, предварительно растворив в воде соль или щелочь для ускорения реакции и повышения выхода водорода.

Если остались вопросы, смотрите видео.

Проблемы изготовления рабочего генератора

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

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

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

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

Многое зависит от качества металлаИсточник ytimg.com

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

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

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

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

Один из вариантов пластин в домашних условияхИсточник ytimg.com

Об установке для отопления водородом в следующем видео:

Коротко о главном

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

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

Монтаж водородного котла

Монтаж водородного генератора выполняют поэтапно, подключая все основные элементы конструкции:

1. Котел, в виде теплообменника, где протекает процесс генерации водорода. Его можно изготовить самостоятельно, а для процесса теплопередачи требуются только электроэнергия и вода.
2. Электролизер – основная часть в котле, где осуществляется процесс распада воды H2О. Конструктивно он представляет собой емкость с водой, в нее опускают электроды с высокой электропроводностью.
3. Искровая горелка для разогрева воды.
4. Горелочный клапан, расположен вверху котла для сбора исключительно H2 и непосредственной передачи его в горелку.
5. Управляющий блок выполняет функции регулирования рабочими процессами с демонстрацией напряжения и тока. На нем установлены регуляторы мощности и других рабочих параметров.
6. После монтажа основного оборудования проводят обвязку системы трубопроводами диаметром 24 -32 мм. При монтаже труб учитывают уклон и выполняют требования: диаметр последующего разветвления обязан быть меньшим предыдущего.
7. Подключают источник питания.
8. Устанавливают датчик пламени на горелке, по требованиям безопасности системы.
9. Устанавливают в водяном контуре датчики температур и запорно-регулирующую арматуру.

Преимущества и недостатки

Выбор в пользу котлов, работающих на водородном топливе, обоснован следующими их преимуществами:

• отсутствие выхлопов вредных веществ в атмосферу,
• тепло выделяется в ходе химической реакции, для которой наличие пламени не требуется,
• высокий КПД тепловой установки,
• отсутствие шума в работе котла,
• не требуется установка дымохода, благодаря чему допускается устанавливать котёл в любом месте помещения.

При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать и их недостатки:

• небольшое количество предприятий, занимающихся получением и сжижением водорода,
• необходимость контроля давления в баллоне с водородом, чтобы не допустить взрыва,
• высокие требования к качеству сборки всех узлов, а также применяемым при изготовлении материалам,
• для ремонта и обслуживания требуется привлечение специалистов,
• сложности с поиском деталей,
• большой расход воды.

При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать сложности с поиском деталей

Кислородно водородная горелка своими руками

no images were found

Так вот, это то же самое, только мощнее на два-три порядка. Эта хренотень даёт мощный, чрезвычайно горячий язык пламени тупо из воды со щёлочью. Никаких баллонов с газами, никаких редукторов, заправок и прочей мути — только подай напряжение. А если надуть ей шарик, и отпустить его с горящей ниткой…

Что нужно для получения более-менее мощного потока газа? Правильно, большая площадь электродов, причём объём газа в секунду ей прямо пропорционален. Не буду вдаваться в расчёты, тем более что сам я их не проводил, просто сообщу оптимальные параметры. Суммарная площадь электродов для достойного внимания потока газа должна быть не менее 1000 см^2 (суммарно по аноду и катоду), желательно — от 2000 см^2. Плотность тока должна быть порядка 0.08-0.15А/см^2 (8-15А/дм^2): при большем токе будет иметь место перегрев электролита и закипание — то есть, пена, тысячи её; при меньшем — теряем в газовыделении. Падение на одной паре электродов для такого тока получается 2-3 вольта, в зависимости от концентрации электролита (я взял 10%, это соответствует примерно 2.2-2.3 вольта падения). При таких обстоятельствах качать две огромных пластины сотнями ампер тока при двух вольтах представляется не очень разумным решением. Гораздо лучше соединить несколько ячеек последовательно: тогда мы сможем увеличить рабочее напряжение и площадь электродов во много раз при том же токе. А теперь осталось только сообразить, что одна пластина электрода может быть с одной стороны катодом одной ячейки, а с другой — анодом другой. Короче, просто набираем бигмак из чередующихся кольцеобразными прокладками пластин. Больше пластин — больше напряжение при том же токе; больше площадь одной каждой пластины — больший ток при том же напряжении. Увеличение числа пластин увеличивает суммарное падение на них напряжения. На схеме всё понятно видно.

В каждой пластине необходимо проделать отверстия снизу и сверху на расстояниях чуть меньше диаметра прокладки друг от друга (но не менее 0.5-1 см от края прокладки) — для газообмена и для распределения электролита по ячейкам. Хватит где-то 5 мм сверла.

Щёлочь. Подойдёт NaOH или KOH, желательно чистый, а не технический. Начинать с концентрации 10% по массе (в дистиллированной воде), дальше экспериментировать. Выше концентрация — выше ток, но больше пены.

Стягивающие пластины. Требуется нечто очень слабо гнущееся и жёсткое. Идеально и классика постройки — толстое, двухсантиметровое оргстекло. В нём же можно проделать выводы и резьбу под газ и доп. топливный бачок. У меня не было оргстекла, я просто впаял медные трубки в последнюю нержавеющую пластину, а для стяжек использовал 27 мм фанеру.

Перво-наперво следует сделать водный затвор. Водород-кислородная смесь, HHO, невероятно злая штуковина. Она с лёгкостью детонирует, да и сгорает весьма резво, не требуя притом никаких окислителей (кислород-то есть).

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

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

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Тип отопления	Энергоэффективность, %
	150-400
	70-96
Электрический котел	35-45
Водородный котел	5-10

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

Принцип и устройство

Работа отопления на водороде основана на выделении значительного объема тепловой энергии, получаемой в результате взаимодействия кислородных и водородных молекул. Процесс характеризуется большими размерами необходимой для его протекания емкости и высоким КПД (>80%). Для правильного функционирования оборудования необходимо:

• подключение к источнику жидкости, роль которого чаще всего выполняет водородная система;
• наличие электропитания, без которого невозможно поддерживать электролиз;
• периодическая замена катализатора, частота зависит от производительности и конструкции котла;
• соблюдение требований безопасности )хотя по сравнению с газовым отоплением их намного меньше за счет протекания всех реакций внутри котла, и от пользователя необходим только визуальный контроль процесса).