Водородный котел отопления своими руками

Как сделать котел на водороде своими руками

2017-03-13 Евгений Фоменко

Как работает водородное отопление

Суть данного вида отопления состоит в химической реакции электролиза, при которой вода разделяется на молекулы водорода и кислорода. В следствии этого происходит образование газа Брауна или, как его еще называют, гремучий газ. Во время этой химической реакции происходит выделение тепла, которое и используется для отопления. При помощи регулирования мощности котла можно добиться необходимого температурного режима в помещении, которое вы отапливаете.

Для того, чтобы водородное отопление работало, необходимы следующие условия:

  • Свободный приток воды . Как правило, используется вода, поступающая из водопровода, однако, можно пользоваться и дистиллированной. Объем требуемой жидкости напрямую зависит от мощности котла.
  • Наличие электричества . Для протекания процесса электролиза необходимо электроэнергия.

Данное устройство считается самым экологичным из всех способов обогрева, так как во время работы выделяется пар, который не наносит вреда окружающей среде. И для работы необходимо всего лишь наличие электричества, а чтобы сократить затраты, существует возможность работы от солнечной энергии, то есть черпать энергию через солнечные батареи.

Достоинства и недостатки отопления на водороде

  1. Одним из самых очевидных плюсов можно считать нескончаемое количество топлива , так как им служит вода. Отпадает необходимость в добыче угля, дров или другого природного ресурса для получения тепла.
    Низкий расход электрической энергии
  2. Низкий расход электричества . Для примера устройство, мощность которого 40 кВт, расходует 0,44 кВт в час, водородный котел считается наиболее экономичным в отличии от других способов отопления.
  3. Высокая степень экологичности , полностью отсутствуют выбросы, наносящие вред окружающей среде, так как при работе выделяется только пар.
  4. Высокий коэффициент полезного действия порядка 94%, никакой другой вид отопления не дает подобной теплоотдачи.
  5. Низкий уровень шума во время работы.
  6. Не требует установки дымохода и его последующего обслуживания.
  7. Отсутствует необходимость в горящем пламени .
  8. Предъявляются гораздо ниже требования к монтажу и месту установки, чем к газовому оборудованию.
  1. Недостатком можно считать то, что газ, который вырабатывается, не имеет ни цвета ни запаха, и если произойдет его утечка обнаружить это будет крайне сложно . Температура, при которой он возгорается составляет 540 градусов, исходя из этого его относят к взрывоопасным.
    Выделение водорода
  2. Достаточно высокая стоимость .
  3. Существует очень мало специалистов , которые проводят проверку и сертифицирование баллонов.
  4. Требуется постоянное пополнение катализатора .
  5. Сложность в поиске запасных частей , это связано с низкой востребовательностью на рынке.

Схема самодельной установки

Нет однозначной схемы устройства, так как она может варьироваться в зависимости от комплектации различными датчиками.

Однако, можно выделить перечень необходимого минимума составляющих данного устройства:

  1. Сосуд, который наполнен жидкостью (электролитом).
    Набор пластин для электролизера
  2. Набор нержавеющих пластин, между которыми под действием электричества вода будет распадаться на водород и кислород (электролизер).
  3. Предохранительный модуль.
  4. Камера сгорания.
  5. Теплообменник.

А работает это все следующим образом — специальная жидкость, поступает в электролизер, в котором происходит выработка газа путем расщепления жидкости под действием электрического тока. После горения образуется вода, которая возвращается в систему. Изготавливается емкость из высоколегированной стали, использование этого материала обусловлено его надежностью.

Существует технологическая необходимость в установке предохранительного клапана для сброса избыточного давления из системы. Выработанный водород затем поступает в камеру сгорания. Вступив в термическую реакцию с О2, газ вырабатывает тепло, которое через радиатор протекает в отопительную систему помещения.

А жидкость, которая образовалась в камере, протекает по специальной трубке в сосуд с электролитом, благодаря этому происходит самовоспламенение при помощи рециркуляции. Также к данной схеме добавляют элементы защитной автоматической системы для безопасности эксплуатации. Такие, как датчики контроля уровня воды, температурные датчики, пропускные клапаны, датчики контроля давления в системе.

Инструкция по изготовлению котла на водороде

Для того, чтобы сделать котел на водороде своими руками, нам понадобится водородный генератор.

Самодельный котел на водороде

Чтобы его сделать, необходим следующий инструмент:

  1. Лист металла, высоколегированная нержавеющая сталь.
  2. Обратный клапан.
  3. Болт — 2 штуки, размер 6 на 150, гайки и шайбы.
  4. Фильтр для очистки жидкости.
  5. Прозрачный шланг, или трубка с диаметром 8 мм.
  6. Емкость, которая закрывается герметично. Можно воспользоваться пластиковым контейнером для хранения еды, объем возьмите 1,5 литра.
  7. Шланговый штуцер 8 мм в диаметре.
  8. Инструмент для резьбы металла, подойдет шлифовальная машинка для резьбы с отрезным диском.

Рассмотрим более детально, какой именно материал необходимо использовать для изготовления самодельного котла. Сталь рекомендуется брать 03*16Н1 размер примерно 0,6 на 0,6 метра, толщина 2 мм — этого будет вполне достаточно. Обратите внимание, необходимо использовать именно нержавеющую, ведь металл будет контактировать с жидкостью, а именно с щелочью. А щелочная среда является наиболее агрессивной.

Нержавеющая листовая сталь

Далее поэтапно рассмотрим процесс сборки. Возьмите лист стали, положите его на ровную поверхность и при помощи мела сделайте разметку, нам необходимо получить в конечном результате 16 прямоугольников. Разрежьте их, используя болгарку, один угол каждой пластинки сделайте скошенным, это необходимо для крепления нашей горелки.

С другой стороны нашей пластинки просверлите техническое отверстия для вкручивания болтов. Так как мы делаем “мокрый” электролизер, мы высверливаем их только с одной стороны, обратите внимание на тот факт, что наш прибор является наиболее эффективным и более простым в исполнении.

В нашем случае каждая пластина полностью погружается в раствор, а как следствие, в химической реакции участвует вся их площадь. Затем соберите конструкцию из пластинки и болта. Для этого первую пластину наденьте на болт и с каждой из сторон затяните шайбой, вторую пластину разверните так, чтобы обрезанным краем она была у болта и зафиксируйте ее сверху над первой пластиной.

Чтобы избежать их соприкосновения, установите между каждой из них кусок пластика. И далее, таким же образом соберите всю конструкцию. Затем нам нужно сделать в контейнере отверстия с таким размером, чтобы туда вошел болт. Вставьте в контейнер сделанную конструкцию и зафиксируйте ее. Для герметичности используйте прокладки.

Готовый электролизер

В крышке просверлите отверстие и прикрепите к нему кислородную трубку со штуцером, для герметичности соединений используйте силикон. Для того, чтобы проверить, насколько получилось герметично, подуйте в трубку, если герметичность достигнута, приступайте к следующему этапу. Сделайте второе отверстие, в которое будет заливаться вода.

После того, как все собрано, проведите тестовое включение, подключите к нему любой источник, закройте прибор, заполните жидкостью, второй конец опустите в банку с жидкостью, чтобы увидеть пузырьки. Если увеличивать напряжение, количество пузырьков должно возрастать.

Приступим к изготовлению самого котла:

  • Возьмите фигурную трубку диаметром 20*20 мм, разрежьте на 8 равных отрезков по 30 см.
  • Затем необходима еще одна труба 40*40 мм, разделите ее на 3 отрезка,один по 20 см и два по 8 см.
  • В 20-ти сантиметровой трубе сделайте два отверстия размером по 4 см. Проделайте их на концах, приварите к ним оставшиеся две 8-ми сантиметровые трубки.
  • На трех концах приварите заглушки, а на оставшемся зафиксируйте патрубок, при помощи которого будет подаваться водородная смесь.
  • Затем определите центр крестовины полученной конструкции, отмерьте 9 см и с каждого конца проделайте отверстия с диаметром 15мм. У вас должно получится 4 отверстия.
    Отопление на водороде в частном доме
  • Приварите к ним патрубки и установите форсунки.
  • Приварите 8 ранее вырезанных отрезков труб. Привариваются по 2 трубы к каждому из концов крестовины под прямым углом.
  • Из стального листа вырежьте 3 отрезка квадратной формы. В 2-х из них прорежьте по четыре отверстия, диаметром 2 и 1 см. Необходимо, чтобы эти отверстия повторяли месторасположение форсунок.
  • Нужно взять трубку с диаметром 20-30 мм и порезать на более маленькие трубки по 40-45 см. Приложите их к квадрату и сварите их.
  • Затем нам понадобится труба диаметром 18 см, длиной меньше на 2,5 см, чем приваренные трубки. Сделайте по краям в ней по одному отверстию. Привариваем к вырезанному квадрату с меньшими отверстиями. Переверните сваренную конструкцию и установите 2-ой квадрат. Трубы должны пройти сквозь проделанные отверстия. Приварите все.
  • Приварите ранее собранный агрегат с горелкой.
  • К ранее сделанным отверстиям приварите трубки для циркуляции жидкости.
  • Проверьте готовый аппарат, если где-то обнаружена негерметичная пайка, исправьте.
  • Установите датчики тепла, пламени.

Предлагаем посмотреть видео об отоплении дома водородом:

Водородные котлы для отопления и изготовление своими руками

Если вы хотите максимально эффективно отапливать дом, при этом не тратить много средств на энергоноситель, то вам стоит рассмотреть альтернативный вариант отопительного оборудования. Котел водородный не требует сложного обслуживания. Он отличается надежностью и долговечностью, но имеет довольно сложную конструкцию. Все комплектующие агрегата должны быть высокого качества. Несмотря на это, водородное нагревательное оборудование можно сделать своими руками.

Плюсы и минусы водородных отопительных котлов

Поскольку в нагревательных приборах в качестве топлива используется водород, рассмотрим преимущества энергоносителя:

  1. Водород в баллонах можно приобрести в любом регионе страны.
  2. Отопительные системы с использованием водорода не требуют для работы участия человека, потому что представляют собой замкнутый цикл.
  3. Приемлемая цена топлива – главное достоинство.
  4. Количество выделяемой тепловой энергии составляет 121 МДж/кг, что намного выше такого же показателя у пропана, который равен 40 МДж/кг.

Стоит не забывать о недостатках водородного топлива:

  • уровень шума при работе котла старого образца высокий;
  • если превысить нормативное давление, то создается взрывоопасная ситуация;
  • агрегат потребляет много воды;
  • в некоторых населенных пунктах сложно купить баллоны с водородом;
  • в старых установках нужно делать отдельный дымоход для разогретого пара, выделяющегося при каталитической реакции.

Преимущества водородных котлов заключаются в следующем:

  1. Агрегат не выбрасывает вредные соединения в атмосферу.
  2. Водород не горит, а отдает тепло при взаимодействии с кислородом. Вода образуется в результате каталитической реакции.
  3. При температуре теплоносителя всего 40 градусов теплопотери исключены.
  4. В процессе работы котла происходит химическая реакция, которая протекает без использования открытого пламени.
  5. Современные водородные котлы отличаются бесшумной работой, не требуют устройства отдельного дымохода, потому что разогретый пар и вода сразу подаются в систему отопления. Благодаря этому агрегат можно устанавливать в любом месте.

Минусы водородных агрегатов связаны с повышенными требованиями к качеству всех составляющих элементов и узлов. Чтобы обслуживать и ремонтировать прибор, придется привлекать специалистов. Довольно сложно найти запасные детали для нагревательного оборудования.

Принцип работы водородного котла и его схема

Отапливать жилье с помощью водородных котлов придумали в Италии не так давно. Ранее ученые пытались создать бытовой котел на водороде, но сделать агрегат из привычных материалов было невозможно, потому что температура горения водорода очень высокая.

Процесс отопления простой и понятный – в отопительном котле есть специальный резервуар, заполненный водородом, когда он нагревается до 300 градусов, то газ вступает во взаимодействие с кислородом. В результате реакции образуется пар и вода, подающиеся в систему отопления жилого дома.

Принцип работы водородного нагревательного оборудования следующий:

  • В специальный электролизер подается электролитический раствор, который при прохождении через электроды способствует выработке водяного пара, кислорода и водорода.
  • Смесь газов поступает в сепаратор, где из общей массы выделяется водород. Очищенный газ подается в другой узел через специальный клапан. Причем обратного хода у газа нет, что сводит вероятность создания взрывоопасной ситуации на нет.
  • Далее водород подается в камеру сгорания с теплообменником. Здесь водород вступает в реакцию с кислородом при участии катализатора. В итоге теплообменник с находящимся внутри теплоносителем нагревается.
  • Отработанный газ подается обратно в камеру с электролитом.

Для регулировки мощности в нагревательном оборудовании установлены каналы со специальным катализатором. При этом катализатор можно задействовать в химической реакции или исключить из нее.

Виды водородных котлов

Любой водородный котел отопления работает по общему для всех агрегатов принципу. Разница между ними есть только в мощности, материале, из которого изготовлен корпус, и других незначительных характеристиках.

Для примера рассмотрим технические характеристики двух котлов американского производства (модели Star 1000 и ННО):

  1. Энергопотребление обоих генераторов составляет 1,2-3 кВт/ч.
  2. За сутки оба прибора расходуют 5,5 л воды.
  3. В течение дня каждый прибор способен генерировать 1,2-2 л топлива.
  4. Обе разновидности отопительного оборудования подходят для обогрева помещения площадью не более 250 м².
  5. Срок службы составляет минимум 15 лет.
  6. В приборах установлено два контура. Один контур нагревательный, а второй – отопительный.
  7. Цена агрегатов колеблется в пределах 3-3,5 тысяч долларов.

Важно! Водородный генератор не работает постоянно. Он включается, когда температура в помещении опускается ниже установленного порога, поэтому расходует мало электроэнергии.

Правила выбора отопительного котла на водороде

Выбирая котел на водороде, обращайте внимание на следующие критерии:

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

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

Специалисты рекомендуют придерживаться следующих правил выбора водородного нагревателя:

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

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

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

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

Самодельный водородный котел

Для сборки котла вам понадобятся листы из высоколегированной нержавеющей стали толщиной 2-4 мм, фильтр для очистки воды, газовые шланги диаметром 8 мм из прозрачного материала, рассчитанные на высокое давление. Также подготовьте по паре болтов с шайбами и гайками размером 150х6 мм, штуцер для шланга диаметром 0,8 см, герметичную емкость из пластика вместительностью 1,5-2 литра и профильную трубу сечением 4х4 см и 2х2 см.

Читайте также:  Водяное отопление с естественной циркуляцией

Из инструментов понадобится следующее:

  • сварочный аппарат;
  • болгарка с насадкой для резки металла;
  • строительный нож;
  • дрель со сверлами;
  • рожковый ключ;
  • отвертка;
  • прибор для нарезки резьбы диаметром 6 мм.

Сначала делаем водородный генератор в такой последовательности:

  1. Из стального листа вырезаем 16 пластин размером 5х5 см. Один угол каждой пластины срезаем под 45 градусов, в другом углу, расположенном напротив, высверливаем 6-миллиметровое отверстие.
  2. Пластины насаживаем на болт, чередуя с шайбами. Все фиксируем гайкой. Делаем два таких болта. В итоге получается два радиатора, которые можно вставлять друг в друга.
  3. В крышке пластикового контейнера прорезаем два отверстия под болты. При этом пластины радиаторов должны располагаться друг над другом, но не соприкасаться.
  4. Пластины крепим на крышку и устанавливаем крышку так, чтобы сторона с радиаторами была внутри контейнера. Под крышку для лучшей герметичности укладываем резиновую прокладку.
  5. В крышке делаем еще два отверстия под гибкие трубки для подачи воды и водорода. Диаметр отверстий 8 мм.
  6. В отверстия вставляем стальные патрубки с резьбой. С двух сторон укладываем прокладки и закрепляем гайками.
  7. Теперь нужно проверить герметичность контейнера. Для этого к одному патрубку подключаем манометр, а к другому – компрессор. Нагнетаем давление в 2 атм. в течение получаса. Если давление не меняется, то корпус герметичный.
  8. Проверяем, как работает генератор. На один патрубок устанавливаем обратный клапан и подключаем баллон с газом. Во второй патрубок подаем воду, а к электродам подключаем ток.

Теперь приступаем к изготовлению котла:

  • Профильную трубу сечением 2х2 см режем на 8 частей длиной 30 см.
  • Трубу сечением 4х4 см нарезаем на 3 части. Одна из них длиной 20 см, а две другие – по 8 см.
  • В трубе длиной 20 см с двух торцов прорезаем отверстия под такие же трубы. Вставляем в них отрезки длиной 8 см и привариваем.
  • На три торца крестовины устанавливаем заглушки, а на четвертую ставим заглушку с патрубком.
  • От центра крестовины отступаем 7-8 см и на каждой части высверливаем отверстие диаметром 1-1,4 см.
  • В четыре подготовленные отверстия ввариваем газовые форсунки.
  • К каждому торцу крестовины привариваем по паре профильных труб сечением 2х2 см. Они должны формировать прямой угол с крестовиной.
  • Из стального листа вырезаем три заготовки размером 30х30 см. В двух заготовках вырезаем по 4 дырки диаметром 0,2-0,3 см. Они должны совпадать с местом расположения форсунок. В третьей заготовке делаем дырки диаметром 1 см.
  • Трубу сечением 2-3 см нарезаем на куски длиной по 50 см и привариваем к стальному листу, который ранее вырезали (размером 30х30 см).
  • В трубе сечением 2 см и длиной на 3-4 см меньше, чем протяженность ранее сваренных труб, высверливаем по отверстию в нижней и верхней части.
  • Трубу привариваем к стальному листу 30х30 см с отверстиями меньшего диаметра.
  • Конструкцию переворачиваем и крепим к ней второй стальной лист. Причем патрубки должны совпасть с отверстиями.
  • Привариваем к конструкции из стали горелку.
  • Патрубки для тока теплоносителя привариваем к нужным отверстиям в корпусе.
  • На патрубок подачи устанавливаем датчик температуры. К горелке прикрепляем детектор пламени. Оба датчика соединяем контроллерами или системами визуально-звукового оповещения.
  • Обязательно проверяем герметичность корпуса.

После этого нужно сделать защитный наружный кожух подходящих размеров. Его также свариваем из стальных листов и устанавливаем в корпус все элементы конструкции, правильно соединив их между собой. Тщательно проверьте герметичность всех соединений. Подайте ток на электроды и запустите котел в тестовом режиме. В качестве катализатора используем растворенную в воде щелочь или соль. Катализатор нужен для увеличения выхода газа и улучшения проводимости воды.

Водородный котел отопления: изготовление своими руками

Сегодня существует множество вариантов отопления дома, некоторые из них традиционные и давно привычные, другие — новые, вошедшие в употребление совсем недавно. Таким инновационным вариантом является водородный котел, который по праву называют экологичным и экономичным видом отопления.

Топливом водородных котлов отопления, как можно догадаться из названия, выступает водород, который вырабатывается в специальном устройстве из дистиллированной воды. Водород — самый легкий газ, он не имеет ни цвета, ни запаха, не токсичен и не выделяет вредных веществ (единственное, что выделяется в воздух — безвредный водяной пар). Его использование в качестве топлива имеет несколько достоинств:

  • высокая теплоотдача (более 120 МДж/кг);
  • безопасность;
  • легкодоступное сырье (вода).

Процесс получения водорода достаточно прост. Для этого необходимы вода и электрическая энергия. Электрический ток способствует расщеплению воды на составляющие ее элементы — водород и кислород.

Водородные котлы безопасны, экологичны, обладают высоким КПД и работают совершенно бесшумно. Однако устройства имеют и свои недостатки:

  • необходимость использования катализатора;
  • недостаток специалистов по установке и обслуживанию;
  • небольшой рынок устройств и их деталей (в России).

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.

Выбирая водородный котел для дома, стоит убедиться, что все его детали выполнены из качественных материалов. Также очень важно, чтобы блок защиты котла был проверенным (сертифицированным) и соответствовал всем требованиям безопасности. Кроме того, нужно подобрать модель, подходящую для отопления конкретного помещения:

  • мощность должна соответствовать не только площади помещения, но и требованиям используемой системы отопления;
  • размеры камеры должны соответствовать количеству теплообменников, необходимых для отопления;
  • мощность электропотребления устройства должна соответствовать имеющейся в здании электросети.

Установив подобное устройство, не стоит забывать о технике безопасности, поскольку топливо является взрывоопасным. Основные правила эксплуатации направлены именно на то, чтобы избежать контакта кислорода с воздухом (что и может привести к взрыву).

Основные эксплуатационные правила:

  1. 1. Регулярно проверять температурные показатели на датчиках теплообменников. Температура не должна подниматься выше допустимой нормы.
  2. 2. Следить за показателями давления газа. При их повышении принимать меры по стабилизации нормативного давления.
  3. 3. Не эксплуатировать устройство в непредусмотренных производителем режимах.
  4. 4. Следить за подачей воды.
  5. 5. Периодически заменять электролизер.
  6. 6. Позаботится о стабилизированной подаче электроэнергии.

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.

Пошаговая инструкция по созданию котла отопления на водородном топливе

Водородный котёл представляет собой инновационное научное решение, благодаря которому можно отапливать объекты с минимальными финансовыми затратами и высокой эффективностью. Он не нуждается в обслуживании и надёжен в эксплуатации, но имеет сложную конструкцию и предъявляет высокие требования к качеству применяемых комплектующих. Возможно ли сделать своими руками котёл отопления на водородном топливе?

Свойства водорода как топлива

Водород является самым лёгким газом без цвета и запаха, который находится на десятом месте по распространённости химическим элементом на планете. Он не токсичен и даже при протекании реакции горения не выделяет вредных веществ.

В качестве топлива водород использовать выгодно по следующим причинам:

  • высокая отдача тепла (более 121 МДж/кг) за счёт достижения при горении температуры +6000 0 С;
  • возможность снижения температуры горения до +300 0 С, при условии использования катализаторов;
  • безопасность при утечках за счёт быстрого улетучивания в атмосферу, так как его вес легче воздуха в 14 раз;
  • возможность добычи топлива в любой точке планеты;
  • неприхотливость к типу используемого котла.

Устройство водородного котла

Водородный котёл отопления состоит из следующих конструктивных элементов:

  • теплообменника;
  • камеры сгорания топлива;
  • электролизера;
  • ёмкости для выработки водорода, в которую помещён электролит;
  • двухступенчатого блока защиты, предотвращающего протекание цепной реакции.

Устройство водородного котла

Принцип работы

Работа котла на водородном топливе реализуется следующим образом:

  1. В электролизере, после поступления электролитического раствора и пропускания через два погружённых электрода электрического тока, начинается выработка газа H2 и O2, а также водяного пара.
  2. Газовая смесь поступает в химический сепаратор, в котором происходит отделение водорода из общего объёма. При этом очищенный газ через специальный клапан отводится в следующий узел установки без возможности обратного хода. Такое конструктивное решение позволяет исключить взрыв при контакте водорода с воздушной смесью.
  3. Через защитный блок очищенный газ поступает в камеру сгорания, в которой расположен теплообменник. В ходе химической реакции водорода с кислородом в присутствии катализатора происходит нагрев теплообменника, в котором находится теплоноситель, используемый в отопительной системе объекта.
  4. Отработанный после химической реакции газ снова поступает в камеру с электролитическим раствором.

Регулировка мощности нагрева осуществляется за счёт наличия в системе нескольких специальных каналов с катализатором, которые в процессе работы котла могут участвовать в химической реакции или быть исключены из неё.

Критерии выбора модели

Водородный котёл для дома необходимо подбирать с учётом следующих критериев:

  • мощность нагрева должна соответствовать требованиям используемой отопительной системе и теплоносителя, а также учитывать площадь отапливаемых помещений;
  • размеры камеры сгорания должны быть оснащены необходимым количеством теплообменников, позволяющими организовать несколько отопительных контуров;
  • электросеть в здании должна выдерживать мощность потребления электроэнергии котлом;
  • все конструктивные элементы котла должны быть изготовлены из качественных материалов и иметь достаточный запас прочности и износостойкости;
  • блок защиты должен быть сертифицированным и соответствовать стандартам безопасности.

Пример водородного котла отопления

Особенности эксплуатации

Важной особенностью использования водородного топлива является опасность его взрыва при контактировании с воздухом. Поэтому важно придерживаться следующих правил эксплуатации:

  • необходимо периодически следить за температурой датчиков, установленных на теплообменниках, и не допускать перегрева теплоносителя выше допустимых норм;
  • запрещено эксплуатировать котёл в режимах, которые не предусмотрены производителем или могут вызвать протекание цепной реакции;
  • при повышении давления газа в камере сгорания необходимо принять меры по его стабилизации и выяснить причины таких изменений;
  • для непрерывной работы котла нужно позаботиться о стабилизированном электропитании;
  • важно периодически менять электролизер и следить за подачей воды.

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.
Читайте также:  Водяное отопление своими руками

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

Как сделать водородный котёл своими руками?

Прежде чем сделать водородный котёл своими руками, необходимо подготовить следующие материалы:

  • стальные высоколегированные нержавеющие листы толщиной 2-4 мм;
  • очистной водяной фильтр;
  • прозрачные газовые шланги высокого давления с диаметром 8 мм;
  • герметичная пластиковая ёмкость объёмом 1,5-2 л;
  • штуцер на шланг 8 мм;
  • два болта 150х6 мм, гайки и шайбы под них;
  • профильная труба 20х20 мм и 40х40 мм.

Для изготовления потребуются следующие инструменты:

  • болгарка с диском по металлу;
  • отвертка и рожковый ключ под болты;
  • инструменты для нарезания резьбы 6 мм;
  • строительный нож для резания шлангов;
  • дрель с набором свёрл;
  • сварочный аппарат.

Для изготовления водородного котла потребуется болгарка с диском по металлу

Процесс изготовления котла качественно можно разделить на следующие этапы:

  1. Создание генератора водорода.
  2. Изготовление и сборка котла.

Этап создания генератора водорода

Пошагово генератор водорода изготавливается следующим образом:

  1. Стальной лист нарезаем на пластинки размером 50х50 мм в количестве 16 штук. Один из углов срезаем под углом 45 0 , а в противоположном – просверливаем отверстия диаметром 6 мм.
  2. На один болт насаживаем пластинки, прокладывая их с двух сторон шайбами с толщиной 1-2 мм. Фиксируем их гайкой. На второй болт насаживаем оставшиеся пластинки аналогичным образом. В итоге получаем конструкцию, напоминающую два радиатора, которые могут быть вставлены друг в друга так, чтобы пластины не касались своими поверхностями.
  3. Берём пластиковый контейнер и делаем в его крышке два отверстия под болты так, чтобы пластинки радиаторов можно было расположить друг над другом и они не касались.
  4. Закрепляем два радиатора к пластинке.
  5. Вставляем конструкцию внутрь контейнера и закрепляем на болты. При этом между крышкой и корпусом прокладываем мягкие резиновые прокладки для повышения герметичности ёмкости.
  6. Проделываем в крышке два отверстия 8 мм под резиновые трубки: одно для подачи водорода, а второе – для воды.
  7. В отверстия вставляем два патрубка, изготовленных из стальной трубы и нарезанной резьбой. Прокладываем с двух сторон прокладки и фиксируем на гайки.
  8. Проверяем герметичность сборки, подключив к одному патрубку компрессор, а ко второму манометр. Накачиваем давление 2 атмосферы и следим за показаниями манометра в течение 30 минут. Если оно не изменилось, то сборка завершена, в противном случае устраняем допущенные при герметизации ошибки.
  9. Проверяем работоспособность генератора в рабочих условиях: устанавливаем обратный клапан к патрубку, подключаем к нему баллон с водородом, ко второму – воду, а к двум электродам (два болта радиаторов) – электрический ток.

Этап создания и сборки котла

Водородные котлы для частного дома, предназначенные для отопления, пошагово необходимо создавать следующим образом:

  1. Разрезаем профильную трубу 20х20 мм болгаркой на 8 частей по 300 мм.
  2. Трубу 40х40 мм разрезаем на 3 части: две по 80 мм и одна – 200 мм.
  3. В трубе 200 мм с сечением 40х40 мм по середине длины с двух противоположных боковых сторон прорезаем отверстия под трубу 40х40 мм. Затем в отверстия вставляем трубки 40х40 мм длиной 80 мм под прямым углом и привариваем их.
  4. К трём торцевым частям крестовины привариваем заглушки, а к четвёртой – заглушку с патрубком для подсоединения трубы с водородом.
  5. На расстоянии 70-80 мм от центра крестовины на каждой её части просверливаем по одному отверстию диаметром 10-14 мм. Получится четыре отверстия.
  6. Привариваем форсунки (аналогичные обычным газовым) в 4 подготовленные отверстия.
  7. Привариваем к каждой торцевой части по две профильные трубы 20х20 мм так, чтобы они образовывали прямой угол с плоскостью крестовины.
  8. Из листовой стали вырезаем три стенки корпуса котла 300х300 мм. В 2-х из них делаем 4 отверстия диаметром 20-30 мм по месту расположения форсунок, а в третьем – с диаметром 10 мм.
  9. Разрезаем трубу диаметром 20-30 мм на куски длиной 50-60 см и привариваем их к вырезанному на восьмом шаге стальному листу меньших размеров.
  10. Берём трубу диаметром 20 мм с длиной меньшей на 30-40 мм длины сваренных труб и просверливаем в ней два отверстия вверху и внизу так, чтобы была возможность приварить её.
  11. Трубу прикладываем к стальному листу с меньшими отверстиями и привариваем.
  12. Готовую конструкцию переворачиваем и устанавливаем второй стальной лист, при этом трубки должны войти в проделанные ранее отверстия. Затем привариваем трубки к листу.
  13. Привариваем к стальному листу конструкцию с горелкой.
  14. Привариваем патрубки для циркуляции теплоносителя к соответствующим отверстиям корпуса.
  15. На вводный патрубок устанавливаем температурный датчик, а на горелку – детектор пламени. Соединяем оба датчика с автоматическими контроллерами или визуально-звуковыми системами оповещения.
  16. Проверяем корпус на герметичность.
  17. Затем создаём внешний защитный корпус подходящих размеров из стальных листов, в который помещаем все узлы конструкции и соединяем их. Особое внимание необходимо уделить герметичности всех соединений и тщательно её перепроверить. Подключаем электричество к электродам. Выполняем тестовый запуск установки.

Котлы на водородном топливе изготовить своими руками вполне возможно, так как практически все детали можно приобрести без проблем в строительных магазинах. Однако сложности возникают при изменении конструкции с целью повышения характеристик, что требует привлечения специалистов для выполнения сложных расчётов. Создание котлов без продумывания основных параметров сделает их неэффективными и опасными для эксплуатации.

Отопление водородом своими руками

Еще средневековый ученый Парацельс во время одного из своих экспериментов заметил, что при контакте серной кислоты с феррумом образуются воздушные пузырьки. В действительности то был водород (но не воздух, как считал ученый) – легкий бесцветный газ, не имеющий запаха, который при определенных условиях становится взрывоопасным.

Водородные генераторы для отопления могут обладать различной мощностью

В нынешнее время отопление водородом своими руками – вещь весьма распространенная . Действительно, водород можно получать практически в неограниченном количестве, главное, чтобы были вода и электроэнергия.

Химические свойства Н2

Содержание пошаговой инструкции:

Как работает водородное отопление

Такой способ отопления был разработан одной из итальянских компаний. Водородный котел работает, не образуя никаких вредных отходов, из-за чего считается самым экологическим и бесшумным способом обогрева дома. Инновация разработки в том, что ученым удалось добиться сжигания водорода при относительно низкой температуре (порядка 300ᵒС), а это позволило изготавливать подобные отопительные котлы из традиционных материалов.

Водородные топливные элементы для дома

При работе котел выделяет только безвредный пар, и единственное, что требует затрат – это электроэнергия. А если совместить такое с солнечными панелями (гелиосистемой), то эти расходы можно и вовсе свести к нулю.

Обратите внимание! Зачастую котлы на водороде используются для нагрева систем «теплого пола», которые можно легко смонтировать своими руками.

Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40ᵒС – идеальной температуры для «теплого пола».

Регулировка мощности котла позволяет добиться определенного температурного показателя, необходимого для отопления помещения с той или иной площадью. Также стоит отметить, что такие котлы считаются модульными, т. к. состоят из нескольких независимых друг от друга каналов. В каждом из каналов имеется упомянутый выше катализатор, в результате в теплообменник поступает теплоноситель, уже достигший необходимого показателя в 40ᵒС.

Обратите внимание! Особенностью такого оборудования является то, что каждый из каналов способен вырабатывать разную температуру. Таким образом, один из них можно провести к «теплому полу», второй к соседнему помещению, третий к потолку и т. д.

Основные достоинства отопления на водороде

Данный способ обогрева дома имеет несколько существенных преимуществ, которыми обусловлена возрастающая популярность системы.

  1. Впечатляющий КПД, который нередко достигает 96%.
  2. Экологичность. Единственный побочный продукт, выделяющийся в атмосферу – это водяной пар, который не способен навредить окружающей среде в принципе.
  3. Водородное отопление постепенно заменяет традиционные системы, освобождая людей от необходимости в добыче природных ресурсов – нефти, газа, угля.
  4. Водород действует без огня, тепловая энергия образуется путем каталитической реакции.

Можно ли самостоятельно сделать водородное отопление?

В принципе, это возможно. Главный элемент системы – котел – можно создать на основе ННО генератора, то есть, обычного электролизера. Все мы помним школьные опыты, когда засовывали в емкость с водой оголенные провода, подключенные к розетке путем выпрямителя. Так вот, для сооружения котла вам потребуется повторить этот опыт, но уже в более крупных масштабах.

Обратите внимание! Водородный котел используется с «теплым полом», о чем мы уже говорили. Но обустройство такой системы – это тема уже другой статьи, поэтому мы будем опираться на то, что «теплый пол» уже устроен и готов к использованию.

Постройка водородной горелки

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

Что потребуется в работе

  1. Лист «нержавейки».
  2. Обратный клапан.
  3. Два болта 6х150, гайки и шайбы к ним.
  4. Фильтр проточной очистки (от стиральной машины).
  5. Прозрачная трубка. Для этого идеально подходит водяной уровень – в магазинах стройматериалов он продается по 350 рублей за 10 м.
  6. Пластиковый герметичный контейнер для пищи емкостью 1,5 л. Примерная стоимость – 150 рублей.
  7. Штуцеры с «елочкой» ø8 мм (такие отлично подойдут для шланга).
  8. Болгарка для распиливания металла.

А теперь разберемся, какую именно нержавеющую сталь нужно использовать. В идеале для этого следует взять сталь 03Х16Н1. Но купить целый лист «нержавейки» порой весьма накладно, ведь изделие толщиной 2 мм стоит более 5500 рублей, к тому же его нужно как-то привезти. Поэтому, если где-то завалялся небольшой кусок такой стали (хватит и 0,5х0,5 м), то можно обойтись и им.

Корпус никель-водородного аккумулятора

Мы будем использовать нержавеющую сталь, потому что обычная, как известно, в воде начинает ржаветь. Более того, в нашей конструкции мы намерены применять щелочь вместо воды, то есть среду более чем агрессивную, да и под действием электротока обычная сталь долго не прослужит.

Видео — Генератор газа Брауна простая модель ячейки из 16 пластин нержавеющей стали

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.

Обратите внимание! Один из четырех углов каждой пластины мы спиливаем. Это необходимо, чтобы в будущем соединить пластины.

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.

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.

Обратите внимание! Рассматриваемая нами горелка – это конструкция с параллельным включением, которая, честно говоря, является не самой эффективной. Но она более простая в выполнении.

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.

Обратите внимание! Это нужно делать зеркально, то есть, анод мы разворачиваем на 180ᵒ. Так «плюса» зайдут в зазоры между пластинами «минуса».

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.

Читайте также:  Водяное отопление в гараже

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»).

Обратите внимание! На этом этапе мы должны адекватно оценить возможности источника питания, поэтому перед вливанием щелочи мы подключаем к электролизеру амперметр – так мы сможем проследить увеличение тока.

Видео — Отопление водородом. Аккумуляторы на водородном элементе

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.

В качестве заключения. Альтернатива

Альтернативой, пускай и весьма спорной, является газ Брауна – химическое соединение, которое состоит из одного атома кислорода и двух водорода. Горение такого газа сопровождается образованием тепловой энергии (притом в четыре раза мощнее, чем в описанной выше конструкции).

Для отопления дома газом Брауна тоже используются электролизеры, ведь этот способ получения тепла также основан на электролизе. Создаются специальные котлы, в которых под действием переменного тока молекулы химических элементов разъединяются, образуя заветный газ Брауна.

Видео – Обогащенный газ Брауна

Вполне возможно, что инновационные энергоносители, резерв которых практически безграничен, вскоре вытеснят невозобновляемые природные ресурсы, освободив нас от необходимости в перманентной добычи ископаемых. Такой ход событий позитивно скажется не только на окружающей среде, но и на экологии планеты в целом.

Также читайте на нашем статью — паровое отопление своими руками.

Видео – Отопление водородом

Николай Журавлёв главный редактор

Автор публикации 25.01.2015

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Почему не стоит рассматривать бытовой водородный котел в качестве основного

В контексте производства климатической техники, получение энергии из водорода, по сути, является очередной, можно сказать, вынужденной попыткой найти способ отопления без образования гари и углекислого газа. Проект всё ещё находится на экспериментальной стадии и пока не нашёл массового применения.

Но, учитывая, что уже сегодня есть дельцы, предлагающие новинку, которая обеспечивает теплом «почти даром», самое время начать разбираться в этом вопросе.

Читайте в статье

Что собой представляют водородные котлы отопления

Водородный котёл отопления – предназначенный для обогрева агрегат, который в качестве горючего использует водород в форме двухатомного газа (H2).

По мнению ученых, водород является перспективным видом топлива:

  • его теплотворная способность (121 МДж) гораздо выше, чем у природного газа (32 МДж), что потенциально даёт в несколько раз больше полезной энергии;
  • в процессе сгорания из него выделяется обычная вода, а точнее горячий насыщенный пар, который не влияет ни на атмосферу, ни на окружающих людей;
  • как химический элемент он встречается в каждом уголке планеты, на долю всех атомов приходится более 88 %, а значит ресурс, условно говоря, неисчерпаем.

Проблема в том, что водород формирует связи с любыми неметаллами, т. е. существует только в молекулярных соединениях, из которых его нужно выделять.

Большинство известных промышленных способов это сделать (пламенный пиролиз, газификация, конверсия, терморазложение, плазмохимия) требуют нагрева исходного вещества просто до невероятных температур (1000–6000 °C). Поэтому для домашнего использования остаётся единственное решение – электролиз воды.

Устройство и принцип работы

Водородный генератор (электролизёр) – специальный прибор, который при помощи высокого напряжения расщепляет воду на составляющие её компоненты.

Процесс электролиза протекает внутри отдельного гальванического блока, разведённого электродами на стороны: положительную (анод) и отрицательную (катод). Ток перемещается между ними через проводящий катализатор, буквально «разрывая» молекулу воды (Н2О) на 1 атом кислорода (О) и 2 атома водорода (HH).

Получившийся в результате нетоксичный газ обозначается гипотетической формулой HHO и носит название газ Брауна (Browns), в честь физика Ю. Брауна.

Благодаря его открытию удалось добиться снижения температуры горения водорода, что позволило изготавливать такие котлы из легкодоступных материалов.

Конструктивное устройство (узлы) примитивного водородного котла:

  • электролизёр, сепаратор, очиститель (опционально – блок водоподготовки);
  • трубопровод диаметром Ø 25–32 мм (разветвление – Ø 20, конечные – Ø 16);
  • панель управления и двухступенчатая система защиты на случай утечки газа;
  • теплообменник и камера сгорания, «наследуемые» от стандартного котлоагрегата.

Некоторые котлы имеют модульное строение. Максимальное число таких модулей – 6 шт., при этом каждый должен функционировать независимо от других.

1 – датчик уровня воды; 2 – заливной штуцер; 3 – датчик давления; 4 – патрубки залива электролизера (каналы подачи электролита в электролизер); 5 – патрубок выхода газа/воды из электролизера (канал отвода смеси газа и воды); 6 – патрубок выхода газа из емкости (канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода); 7 – вентиль; 8 – водный затвор; 9 – клапан-пламегаситель; 10 – температурный датчик; 11 – электролизер; 12 – вода с добавлением гидроксида натрия (NaOH) (раствор электролита); 13 – блок широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току и частоте; 14 – емкость для электролита.

Поэтапный принцип работы (образование тепла) водородного котла:

  1. Вода (электролитический водный раствор) попадает в электролизёр, где под воздействием электрического тока её расщепляет на атомы водорода и кислорода.
  2. Далее эти газы по разным каналам переходят в химический сепаратор, где из общей массы выделяется одноатомное водородное соединение – гремучий газ HHO.
  3. После очищения он направляется в камеру сгорания и там снова вступает в каталитическую реакцию окисления с кислородом (опционально – катализатором).
  4. Этот процесс сопровождается высвобождением тепла (побочный продукт – вода), которое нагревает теплообменник и теплоноситель в нем, за счёт чего и происходит обогрев дома.

Поскольку камера сгорания всё равно не используется в соответствии с её первичным назначением, специалисты рекомендуют наполнять её катализатором.

В роли катализатора чаще всего выступает обычная гранитная галька. Она способствует равномерному распределению энергии и после окончания горения газа Брауна, аккумулированное ей тепло будет передаваться теплоносителю. Кроме того гранит отгораживает теплообменник от огня, что продлит срок его службы.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Требования установок к воде

Из-за низкой электропроводности воды её прямой электролиз недостаточно эффективен, поэтому часто котлы идут сразу в комплекте с блоком водоподготовки.

Наполнителем для таких контейнеров может быть почти любая щёлочь. На практике применяется раствор гидроксида калия (KOH) с электропроводностью, которая при концентрации 20–40 % достигает 0,3–0,5 Ом × см ‒1 , что в 10 7 раз больше, чем у деминерализованной воды. Иногда в основной электролит также подмешивают пентоксид ванадия (V₂O₅). Он снижает поляризацию электродов, чем упрощает работу электролизёра, но единого мнения о его безопасности пока нет.

Различные растворы добавляются в воду исключительно для минимизации электрического сопротивления, т. е. сами они не расходуются в процессе работы.

Также выпускают твёрдые электролиты на основе ионообменных мембран, в которых электропроводность обеспечивается ионами водорода или кислорода.

Для чего нужны и как применяются

Обычно энергетические затраты на выделение чистого водорода превышают долю полезного тепла, что делает его повсеместное использование бессмысленным.

Тем не менее, в некоторых случаях, водородный котёл может стать довольно неплохой альтернативой для отопления частного дома, особенно когда у владельцев есть доступ к бесплатным ресурсам – воде (колодец, скважина, водоснабжение из открытых источников) и энергии (водная и ветровая станция, солнечные панели).

Экономичность и эффективность в сравнение с электрическими или газовыми аналогами

Если использовать водородные котлы отопления в условиях коммунального обеспечения или покупки ресурсов, то говорить о какой-либо выгоде не приходится.

При трезвой оценке их экономичность не дотягивает даже до электрокотла – чемпиона по расточительству, а газовый агрегат и подавно выигрывает на его фоне.

Сравнение котла на водородном топливе с традиционными котлами:

Вид топливаЭнергоэффективность
водород10–11 %
электричество35–45 %
метан, пропан82–96 %

Зная, что при сгорании 1 кг водорода высвобождается 121 МДж энергии, а у природного газа – 32 МДж, можно примерно посчитать расход этих видов топлива.

Плотность водорода равна 0,09 кг/м 3 , что соответствует объёму 11100 л, а природного газа – 0,765 кг/м 3 на 1300 л. Учитывая потребность электролизёра в питании 1,8 кВт в час, необходимого для выработки 2040 л или 0,185 кг водорода, делаем вывод, что такой объём можно получить при сгорании 22 МДж энергии.

На 1 кВт мощности котла (чего достаточно для отопления 10 м 2 площади) потребуется 1 м 3 или 0,765 кг природного газа в час, т. е. 25 МДж энергии, что больше, чем даёт за такое же время электролизёр. Суммы тоже будут разные: 1 кВт водородной энергии обойдётся в 18,71 рубля, а газовой – всего в 0,65 рубля.

Баллоны с водородом можно покупать и не тратить воду с электричеством, но 40 кг хватит дому 60 м 2 всего на 1,5 дня, а стоимость каждого 2500–5000 рублей.

С электрокотлом он тоже не может полноценно конкурировать, ведь за 1 кВт в среднем придётся заплатить 4,76 рубля, что почти в 4 раза меньше 18,71 рубля. Поэтому энергию, которая будет потрачена на генерирование водорода, лучше сразу использовать для работы электроприборов – толку будет куда больше.

Дизельные котлы для отопления частного дома
Надежнейшие котлоагрегаты, отличающиеся от газовых лишь горелкой

Отзывы о бытовых водородных установках: преимущества и недостатки

Информации о реальном применении водородных котлов настолько мало, что её приходится собирать «по крупицам», но основные моменты выделить можно (в том числе опираясь на отзывы реальных пользователей водородных котлов для отопления).

Плюсы Минусы
«тихое горение» – нагрев теплоносителя осуществляется за счёт каталитических реакций, а значит, нет открытого пламениопасная эксплуатация – при повышении нормированного давления высок риск разгерметизации швов и взрыва котла
высокая экологичность – при работе не вырабатываются ни угарный газ, ни гарь, ни другие вредные для здоровья веществанизкая энергоэффективность – как уже говорилось, энергетические затраты на выработку HHO выше его теплоотдачи
отсутствие дымохода – из предыдущего пункта также следует, что такие агрегаты не нуждаются в удалении отводных газовнедостаток специалистов – в регионах нет сертифицированных организаций, занимающихся ремонтом таких котлов
доступность ресурсов – формально, для заправки им нужно только электричество и вода (+ замена катализатора раз в год)поиск баллонов – если покупать чистый водород, то нужно учитывать, что их тоже вряд ли удастся найти поблизости

Стоит отметить, что вышеперечисленные качества относятся к заводским моделям, т. к. переделка агрегатов часто вообще не имеет экономического смысла.

Водородные котлы, которые «умельцы» создают своими руками на базе твердотопливных или газовых предшественников, конечно, дешевле фирменного оборудования, но без знаний физики, химии и расчётов практически невозможно собрать правильно работающий котёл. К тому же никто не отвечает за безопасность.

Лучшие модели бытовых водородных котлов отопления

KingKar 3000

Популярный в азиатских странах агрегат способен вырабатывать до 3,0 м 3 водорода в час при потреблении воды 1,6 л и электроэнергии 9,0 кВт. Отличается возможностью гибкого регулирования температуры горения в пределах от 800 до 3200 °C, путём изменения процентного соотношения компонентов топливной смеси.

Стоимость: 380 000 – 460 000 рублей.

Производитель: KingKar Eco-Technologies (КингКар Эко-Технолоджи), Китай.

STAR-1.1 + генератор STAR 2000

Водородный котёл российского производства работает в паре с совместимым генератором. Он имеет низкий уровень расхода электроэнергии 300 Вт + 3 кВт в час, а также воды – 1,1 л, при этом способен вырабатывать до 2 м 3 топлива за тот же отрезок времени. По желанию комплектуется вторым водонагревательным контуром.

Стоимость: 60 000 – 73 000 + 185 000 – 200 000 рублей.

Производитель: STAR Industries (СТАР Индастриес), Россия.

Home Energy Station

Не просто котёл, а целая энергетическая станция третьей модификации HES III. Она способна вырабатывать до 2,0 м 3 водорода в час, как из природного газа, так и через электролиз, потребляя 5,0 кВт электроэнергии и 1,8 л воды. В состав входит риформер, блок очистки, компрессор, хранилище газа и солнечные панели.

Стоимость: 310 000 – 450 000 рублей.

Производитель: Honda и Plug Power (Хонда и Плаг Пауэр), Япония и США.

Цены бытовых водородных котлов отопления: итоговая таблица

Рейтинг наиболее востребованных водородных котлов для отопления:

Модель водородного агрегатаРасход воды, л/часЭнергопотребление, кВт/чВыработка, м 3 /часЦена, руб.
KingKar 30001,69,03,0415 000
STAR-1.1 + STAR 20001,13,32,0260 000
Home Energy Station1,85,02,0380 000

В заключение хотелось бы подвести небольшой итог: что касается успеха использования водородной энергии, то он, безусловно, есть, но нужно понимать – долгосрочные перспективы связаны с будущими технологиями, которые ещё не открыли, поэтому все эти котлы будут убыточны ещё минимум ближайшие 10 лет.

На текущий момент их ограниченное внедрение возможно лишь благодаря государственным дотациям и в рамках экспериментальных экологических программ.

Но если есть желание поэкспериментировать самому, то почему бы и нет, главное помнить, что водородное отопление требует знаний и умелых рук при его обустройстве. Доверять такую работу можно исключительно лицензированным специалистам, а не сомнительным дельцам, которые не ответят за качество.

Ссылка на основную публикацию