Водородный генератор для отопления

Научно-технический прогресс не стоит на месте, постоянно появляются новые изобретения, в том числе касающиеся и систем отопления.

Водородные котлы — альтернатива газовым или твердотопливным котлам.

На российском рынке они появились относительно недавно и пока данное устройство не пользуется большим спросом по причине недостаточной информированности населения. Но высокой вероятностью можно утверждать, что в ближайшем будущем водородный котел займет лидирующие позиции на рынке отопительных устройств, так как водород — это газ, который характеризуется доступностью, экологичностью и дешевизной.

Принцип работы

Под воздействием электрического заряда вода распадается на водород и кислород. Затем, при взаимодействии молекул водорода и кислорода, происходит реакция, в результате которой образуется так называемый газ Брауна и происходит процесс выделения тепла. Тепло, в свою очередь, будет осуществлять нагрев воды и позволит обеспечить нормальную температуру в помещении.

Строение водородных котлов:

1. Электролизер — это специальный генератор водорода для отопления дома, который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом.
2. Горелка для отопления, при помощи которой создается пламя.
3. Котел, который выступает в качестве теплообменника.

Для успешной работы водородной установки важно соблюдать следующее:

1. Возможность поступления воды, чаще всего это вода из водопровода.
2. Параметры потребления жидкости напрямую зависят от мощности прибора.
3. Обеспечивать доступ к электроэнергии, которая нужна для осуществления электролизной реакции.
4. Заменять катализатор в соответствии с определенной частотой, которая зависит от модификации и мощности котла.

Важно отметить, что водородный котел, созданный промышленным способом, характеризуется высоким уровнем безопасности. В работе этот агрегат безопаснее, чем газовые и твердотопливные котлы.

Преимущества и недостатки

Плюсов у котлов, работающих на водородном газе немало, поскольку как отмечалось выше, это доступный, экологически чистый вид топлива.

Приведем основные достоинства водородной установки:

• неиссякаемые запасы топлива, т. к. в качестве его используется обычная вода;
• низкое потребление электричества (например, для аппарата мощностью 30 кВт достаточно 0,33 кВт/час);
• водородные котлы безвредны, поскольку не выделяют токсических веществ;
• высокий КПД (90 % и выше);
• бесшумная работа устройства;
• нет необходимости использовать дымоход.

При покупке водородного генератора отопления желательно предварительно ознакомиться с моделями котлов и теплообменников, подходящих по возможности работы в условиях высоких температур.

Несмотря на большое количество преимуществ, которыми обладают водородные агрегаты, можно отметить и их недостатки:

• труднодоступность: купить можно далеко не в каждом магазине;
• взрывоопасность: при несоблюдении точной инструкции и строгих правил;
• неудобство в транспортировке;
• высокая стоимость.

Обзор производителей

Принципиального различия среди водородных генераторов для отопления нет. Единственный критерий, на основе которого можно их дифференцировать — это показатель мощности устройств, сделанных из разных материалов.

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

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

Модель	Характеристики
STAR 1000 и STAR 2000	Расход воды – от 0,7 до 1,1 литра в час или 5,5 литра в сутки. Генерация топлива – от 1,2 до 2,0 м³/час. Расчетный период эксплуатации – не менее 15 лет. Энергопотребление –  от 1,2  до 3 кВт. Отапливаемая площадь – до 250 квадратных метров. Цена – до 230 000 рублей.
Водородный котел STAR-1.1	Тепловая мощность – 27 кВт Энергопотребление – 300 Вт/час. Число контуров – один отопительный + один водогрейный, устанавливаемый за отдельную плату. Стоимость – 63-73 тысячи рублей.
Китайский генератор Kingkar 3000	Расход воды – 1,6 литра в час. Генерация топлива – 3 м³/час. Энергопотребление – до 9 кВт. Стоимость – 480 тысяч рублей.

Водородный котел отопления своими руками

На сегодняшний день массовое производство водородных отопительных котлов отсутствует и приобрести данный прибор непросто. Если вы желаете приобрести такое устройство, то, скорее всего, придется оформить индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где был разработан такой котел. Однако такой способ многим пользователям не подходит ввиду своей высокой стоимости. Чтобы решить этот вопрос, можно рассмотреть способ сооружения котла своими руками.

Изготовление генератора

Для того, чтобы создать котел на водороде, для начала необходимо соорудить генератор водорода:

1. На первом этапе необходимо вырезать 16 прямоугольников размером 50х50 см из листа из нержавейки.
2. Один из углов вырезанных частей нужно срезать.
3. При помощи дрели в противоположном по диагонали углу делается отверстие.
4. Сборка конструкции осуществляется из пластин и двух болтов. На один болт надо затянуть две шайбы и разместить их с обеих сторон пластины. Вторую пластину развернуть таким образом, чтобы обрезанный конец был у болта, затем зафиксировать ее на втором болте так, чтобы она оказалась над первой пластинкой. Далее, между двух пластин нужно оставить полоску прозрачного пластика длиной в 1 мм. Остальные прямоугольники фиксируются аналогичным способом.
5. В пластиковом контейнере нужно сделать прорези для болтов.
6. Собранную из пластин конструкцию необходимо вставить в контейнер.
7. В крышке делается два отверстия: в одном закрепляется трубка для подачи водорода, а другое создано для того, чтобы заливать воду с растворенными солями.
8. Проверить работу устройства.

В качестве энергоносителя водород считается самым чистым и безопасным элементом, а отопление, базирующееся на нём, является результативным и полноценным.

Изготовление котла

Создание водородного котла осуществляется следующим образом:

• надо взять профильную трубу 20х20 мм и отрезать от нее 8 равных частей длиной 30 см;
• далее взять профильную трубу 40х40 мм и отрезать 3 куска, длина одного должна составлять 20 см, а двух других — 8 см;
• в длинной трубе надо сделать две прорези на середине противоположных сторон, размером 40х40 м. К этим отверстиям приварить 2 отрезка по 8 см;
• в результате образуется крестовина, на три конца которой привариваются заглушки, а на четвертом конце фиксируется заглушка с патрубком для присоединения трубы подачи водородной смеси;
• на каждом конце конструкции надо сделать по одному отверстию, диаметром 1-1,5 см, предварительно сделав отступ от центра крестовины 7-8 см, отверстий всего должно получиться 4;
• к ним привариваются патрубки и фиксируются форсунки, которыми часто обладают котлы на пропане;
• следующим процессом будет — приваривание к крестовине 8 кусков профильной трубы с размерами 20х20 см;
• затем нужно вырезать из листового металла 3 квадрата. В двух из них сделать по 4 отверстия, диаметр в одном должен быть равен 2-3 см, в другом — 1 см;


• трубу с диаметром 2-3 см разрезать на отрезки длиной 50-60 см. Затем приложить их к квадрату с меньшими отверстиями и приварить к нему.
• в трубе с диаметром 20 см сделать два отверстия: одно внизу, другое вверху;
• далее трубу нужно приварить к квадрату с меньшими прорезями;
• полученную конструкцию необходимо перевернуть вверх дном и поставить второй квадрат. Трубки должны войти в отверстие, и при этом квадрат должен прилегать к большей по диаметру трубе, квадрат и трубки варить;
• процесс сварки квадрата и самой конструкции производится горелкой: к двум отверстиям на корпусе надо приварить патрубки подачи возврата теплоносителя;
• затем котел проверяется на герметичность;
• и, на последнем этапе, надо изготовить защитный корпус, в который будет спрятан котел.

Таким образом, выполнив все вышеизложенные указания, вы станете обладателем водородного котла.

В настоящее время котлы на водородном топливе не имеют широкого распространения, несмотря на большое количество преимуществ и удобства в использовании. Однако они стремительно проникают на рынок отопительного оборудования и перспективы их использования безграничны.

teplofan.ru

Методы получения водорода

На уроках химии средней школы когда-то давались пояснения на тот счёт, как получить водород из обычной воды, вытекающей из под крана. Есть в химической сфере такое понятие – электролиз. Именно благодаря электролизу имеется возможность получать водород.

Простейшая водородная установка представляет собой некую ёмкость, заполненную водой. Под слоем воды размещаются два пластинчатых электрода. К ним подводится электрический ток. Так как вода является отличным проводником электрического тока, между пластинами устанавливается контакт с малым сопротивлением.

Проходящий сквозь малое водяное сопротивление ток способствует образованию химической реакции, в результате которой образуется водород.

Казалось бы, всё просто и остаётся совсем немного – собрать образовавшийся водород, чтобы применить его в качестве энергетика. Но в химии никогда не обходится без тонких деталей. Так и здесь: если водород соединяется с кислородом, при определённой концентрации образуется взрывоопасная смесь. Этот момент является одним из критичных явлений, ограничивающих возможности построения достаточно мощных домашних станций.

Конструкция водородного генератора

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

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

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

Водородное отопление в доме

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

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

Тем не менее, попытки решить задачу, как сделать водородный генератор для дома своими руками, не прекращаются. И вот пример одного из пыточных вариантов:

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

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

Реализация проекта своими руками

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Останется только подключить воду и дополнительные модули.

Дополнения к водородному генератору

Самодельное устройство для получения водорода необходимо дополнить вспомогательными модулями. Например, модулем подачи воды, который функционально объединяется с датчиком уровня, установленным внутри генератора. В простом виде такой модуль представлен водяным насосом и контроллером управления. Насос управляется контроллером по сигналу датчика, в зависимости от уровня воды внутри топливной ячейки.

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

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

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

Критерии качества установки

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

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

Существенную роль играют также монтажные размеры. Необходимы расчёты с высокой точностью по отношению к требуемой мощности, качеству воды и прочим параметрам. Так, если величина зазора между рабочими электродами окажется вне расчётного значения, водородный генератор может не функционировать вовсе. В худшем случае мощность, на которую делался расчёт, окажется в несколько раз меньшей.

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

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

Генератор промышленного изготовления

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

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

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

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

Российская промышленность тоже начала заниматься этим перспективным видом добычи топлива. В частности, «Норильский никель» осваивает технологии производства водородных установок, в том числе бытовых. Планируется использовать самые разные типы топливных элементов в процессе разработки и производства:

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

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

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

Выводы и полезное видео по теме

Экспериментируя дома с самодельными моделями, нужно приготовиться к самым неожиданным результатам, но негативный опыт — это тоже опыт:

Водородные генераторы для дома, изготовленные своими руками, — это пока что проект, существующий на уровне одной идеи. Практически реализованных проектов водородных генераторов своими руками нет, а те, что позиционируются в сети – воображения их авторов или же чисто теоретические варианты. Так что остаётся рассчитывать только на промышленный дорогостоящий продукт, который обещает появиться уже в ближайшем будущем.

sovet-ingenera.com

Генератор водорода

Генератор водорода-вступление :

Вода представляет собой соединение из двух элементов водорода и одного атома кислорода. Это химический символ H 2 O в котором указывается, что каждая молекула представляет собой комбинацию из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Все атомы могут образовывать ионы. Атомы имеют свойство ионизироваться при воздействии электрического поля .Вы можете видеть, это в экспериментах с использованием катушки Тесла. Водород образует положительные ионы, а кислород образует отрицательные ионы. И этим мы воспользуемся в наших интересах, используя электрическое поле для отделения молекул воды друг от друга.

Генератор водорода -принцип работы :

Помещая два электрода (металлические пластины) в воду, мы должны создать электрическое поле между ними, подключив их к клеммам питания батареи или другого источника питания. Положительный электрод – анод, отрицательный электрод-катод. Чистая вода на самом деле не проводит электричество, так что не подходит для использования в генераторе водорода, без добавления растворимого проводника в воду. Водопроводная вода уже содержит много растворенных веществ, которые позволяют воде проводить электричество. Ионы, образующиеся в воде, будут притянуты к электроду противоположной полярности, т.е. положительные ионы водорода будут двигаться к катоду, а отрицательно заряженные ионы кислорода будут притягиваться к аноду. Как только ионы достигают поверхности электродов, их заряды будут нейтрализованы путем добавления или удаления электронов. Затем газ между электродами начнет пузыриться, вышедший на поверхность воды газ нужно собрать или направить непосредственно в двигатель или другой прибор для использования.

Генератор водорода – подбор электродов :

Электроды, как правило, делают из металла или графита (углерода), так чтобы они могли проводить электроэнергию в воду. Важно, чтобы выбранный материал не вступал в реакцию с кислородом, или одним из растворенных веществ, в противном случае реакция будет происходить на поверхности катода (отрицательный электрод) и вода станет загрязняться от продуктов реакции. Пример того что происходит при использовании медных электродов Вы увидите ниже. Использование таких электродов приводит к уменьшению получения газа и естественно к преждевременному износу самого электрода

Генератор водорода – проект:

Это простой проект, который используется для создания водорода и кислорода путем электролиза воды. Цель состоит в том, чтобы получить достаточные объемы газа без использования дополнительных химических веществ или эрозии электродов.

Первые электроды были сделаны из меди, но они не идеальны.

Медь, как оказалось, слишком сильно реагируют с водой и при этом выделяется слишком много загрязнителей, соответственно она не лучший вариант для электрода в нашем генераторе водорода. Ниже (рис.1) вы можете увидеть результат использования медного электрода для электролиза, синий осадок и плавающие на поверхности воды реагенты.

Рис.1 Пример использования медных электродов

Я советую использовать электроды, изготовленные из нержавеющей стали, кухонной посуды или сделанные самостоятельно пластины, поскольку нержавеющая сталь не реагирует в процессе электролиза так же легко как медь. Единственная проблема найти высококлассную нержавейку.

Объем добычи газа пропорционален заряду, проходящему через воду и следовательно, чем больше ток, тем больше газа. Для этого расстояние между электродами должно быть как можно меньше, но при этом пузырьки газа должны свободно передвигаться между ними.

Металл для пластин нужно выбирать из высококачественной нержавеющей стали, чтобы сократить вероятность коррозии.

Нержавеющая сталь не настолько хороший проводник как медь, поэтому пластины электродов нужно делать из листов толщенной

2мм, для понижения сопротивления (рис.2). Высокое качество металла создаст трудности при изготовлении (нарезке) электродов -это нужно учитывать!

Рис.2 Пример набора пластин электродов и креплений.

Пластины электродов нужно составлять «слоями», а для интервала (расстояния) между ними использовать нейлоновые шайбы или шайбы из другого диэлектрического материала. Пластины должны находятся в переменной позиции, так, чтобы пластины +чередовались с пластинами – (+-+-). Крепеж делают из той же стали, чтобы материалы соответствовали друг другу. Важно, чтобы все элементы прилегали друг к другу плотно и предотвращали искрообразование, помните, мы будем иметь дело с горючим газом!

В нашем случае нужно сделать сборку из16 пластин, с расстоянием в 1мм между каждой из них. Большая общая площадь поверхности, толщина пластины и болты означает, что эта конструкция может пропускать очень большие токи без существенного резистивного нагрева в металле (рис.3). Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздухе. Этот набор электродов способен использовать около 25А в обычной водопроводной воде.

Генератор водорода – контейнер (корпус)

Для сбора газа, электроды должны быть помещены в контейнер с герметично изолированными разъемами, крышкой и остальными соединениями. Используемый контейнер должен быть изначально предназначен для хранения продуктов с высокой температурой- например горячих продуктов питания, или из металла.

Если контейнер сделан из металла, важно поставить электроды на пластиковую основу, чтобы предотвратить короткое замыкание. Это изображение (рис.4) показывает, как два разъема были установлены по обе стороны медных и латунных фитингов используемых для извлечения газа. Контактные разъемы и фитинги были привинчены плотно с использованием силиконового герметика, так что закрытый контейнер будет полностью герметичен.

Получаемый газ является взрывоопасной смесью водорода и кислорода и к его использованию следует относиться с крайней осторожностью. Внутри контейнера находится большой объем газа, существует вероятность его возгорания или избыток давления и как результат -взрыв. Чтобы избежать детонации газа в генераторе водорода – трубы из контейнера должны поступать в другой контейнер, который наполовину заполнен водой. Теперь, если происходит возгорание на выходе, пламя не может проникнуть обратно через баробарьер устройства. Это абсолютно необходимое устройство безопасности и оно не должно быть пропущено.

Ваш генератор водорода готов, теперь нужно просто решить, что делать с газом!

Строго соблюдайте правила безопасности при изготовлении и использовании водородного генератора!

Oleg23 http://alternattiveenergy.com

В интернете много роликов, где в глубине запыленного подкапотного пространства показывают пузырящиеся банки, окутанные трубками, и автор возбужденно и довольно рассказывает, о том, что экономит 20-40% топлива. Также в последнее время появляются сайты (Украина), на которых продаются устройства последнего поколения, так называемые «сухие электролизеры» (Гидрокс Мобайл. Авто на воде. ATW Energy ). Однако, в сети также много роликов, демонстрирующих работу «вечных двигателей», и существуют множество интернет-магазинов, предлагающих омагничиватели топлива и прочие сомнительные устройства (смотрите эксперимент «Омагничиватели» ).

Сделать испытательный стенд для автомобиля – достаточно дорогое дело, как по деньгам, так и по времени. Перед этим желательно найти доказательство работы самой идеи. Мы взялись за эксперименты после того, как нашли следующую научную статью:

Z.Dulger, K.R.Ozcelic. Fuel economy emprovement by on a board electrolytic hydrogen production (Internation Journal of Hydrogen Energy, 2000)(PDF )

Статья посвящена созданию электролизера, устанавливающегося на борт автомобиля. Авторы изготавливают электролизер производительностью 20 л/час водорода (это соответствует 30 л/час или 0,5 л/мин гидроксигаза), производят установку данного электролизера на на четыре автомобиля: Volvo 940 (1993), Mercedes 280(1996), Fiat Kartal(1992), Fiat Dogan(1992). Экономия топлива в городском цикле составляла 26%-43% в зависимости от автомобиля, замечено резкое снижение вредных выбросов. Из этого авторы делают следующий вывод: “данное устройство демонстрирует топливосберегающий потенциал водородных систем”.

Примечательно, что в этом источнике говорится о малых добавках водорода – тепловыделение при сгорании таких количеств пренебрежимо мало по сравнению с тепловыделением при сгорании основного топлива.

В то же время КПД двигателя достаточно мал. В режиме холостого хода КПД бензинового двигателя составляет максимум 12%! На крейсерской скорости максимум 35% – в лучше случае только одна третья часть бензина идет на движение автомобиля. Остальными двумя третями, по сути, двигатель нагревает себя и окружающую среду! Дизельные двигатели немного экономичнее. Максимальный КПД на крейсерской скорости составляет 45%.

Принимая это во внимание, после изучения вышеописанных документов, мы пришли к следующей гипотезе: малая добавка водорода, по-видимому, катализирует сгорание топлива – в присутствии водорода топливо сгорает быстрее, полнее, что приводит к повышению КПД двигателя – для развития той же мощности необходимо сжигать меньше топлива, или при том же потреблении мощность должна возрастать.

ГИПОТЕЗА: Водород выступает в роли добавки, улучшающей качество топлива, а не как самостоятельное топливо.

После этого мы сделали лабораторный стенд (смотрите подробнее «Электролиз воды» ), с помощью которого удалось получить некоторое представление о процессе получения гидроксигаза, увидеть будущие проблемы и наметить задачи.

Для тех, кто собирается сам делать бортовой генератор водорода, несомненно, понадобится подобный стенд, представляющий одну водородную ячейку (два пластинчатых электрода). С его помощью можно испробовать разные виды материалов пластин, получить зависимости тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) ячейки при разных температурах, измерить количество образующегося газа (л/мин) в зависимости от тока, посчитать КПД ячейки и так далее.

Например, с помощью такого стенда можно убедиться в следующем:

1) Интенсивность выработки газа прямо пропорционально силе тока

(Q[л/мин]

I[А]);

2) С ростом температуры падает сопротивление ячейки (при том же напряжении ток становится больше);

3) КПД ячейки растет с ростом температуры;

4) Сопротивление ячейки уменьшается с увеличением площади пластин.

Все эти измерения помогают оценить:

1) Количество ячеек для Вашего автомобиля;

2) Полезную площадь пластин (больший объем двигателя потребует больших объемов газа);

3) Температурный режим, при котором достигается максимальный КПД ячейки.

Для Toyota Camry 2AZ 2,4 л установлено, что при токе 9А (0,5 л/мин гидроксигаза) на холостом ходу и 22А (1,2 л/мин гидроксигаза) при 2500 об/мин достигается максимальная эффективность нашего водородного генератора для данного автомобиля. Отсюда можно найти коэффициент потребления бензинового двигателя (!):

1,2 л/мин / 2,4 л

0,5 л/мин на каждый л двигателя

Нашими опорными данными при изготовлении первой версии генератора были (источник ):

1. Для бензиновых двигателей объемом 2-5 литров справледлив коэффициент: 0,4 – 0,6 л/мин на каждый литр двигателя.

2. Дизели больших объемов 10-14 л требуют

5-10 л/мин гидроксигаза, что соответствует коеэффициенту: 0.4 – 1 л/мин на каждый литр двигателя. Там же продается генератор гидроксигаза производительностью 3.5 л/мин, с помощью которого возможна частичная экономия для дизелей 10-14 литров (говорится об экономии 22%).

Следует отметить, что эти данные справедливы для умеренных оборотов двигателя. Если целью является сделать генератор для гоночного автомобиля (большие обороты при разгоне) или для езды при высоких скоростях (большие обороты на скорости выше крейсерской), то необходимо увеличивать коэффициент прямо пропорционально используемым оборотам двигателя.

Например, наш водородный генератор, выдает максимально 2,0 л/мин гидроксигаза при 35А, то есть полуторный запас для автомобиля Toyota Camry 2AZ 2.4L.

Известно, что при использовании кондиционера, расход топлива увеличивается. Это происходит потому, что нагрузка на генератор возрастает, он начинает отбирать больше мощности от двигателя, и электронная система добавляет время открытия топливных форсунок.

Выработка гидроксигаза нагружает электрогенератор подобно кондиционеру, то есть для выработки газа двигатель должен увеличить расход. Вместе с тем, полученный гидроксигаз подается в воздушный коллектор и приводит к экономии этого увеличенного расхода.

Этот момент требует особого внимания. Следующий случай из нашей практики помог разобраться в этом. В одном из экспериментов обнаружили «увеличение расхода при включенном водородном генераторе». Оказалось, неплотно закрутили крышку заливного бачка (нанесли мыльную пену губкой на все узлы, где была вероятна газовая течь – из-под крышки заливного бачка надувались пузыри газа). Гидроксигаз производился, но улетал под капот, не доходя до воздушного коллектора. В результате утечки появились следующие экспериментальные данные для городского цикла (Toyota Camry 2AZ 2.4 л).

Каждое измерение проводилось за достаточно продолжительный пробег (300км). Абсолютный расход топлива приведен в [л/100км], 100% – расход по городу без вмешательств (водород не вырабатывается, водород не подается в воздушный коллектор, то есть стандартный расход для машины).

Ракета мчит космический корабль в просторы Вселенной. Неимоверную мощь двигателей верхней её ступени питает сжиженное топливо: водород и кислород. Водород (Hydrogenium) не уступает по теплотворности природному газу, для работы на нём с минимальной переделкой подходят все существующие бензиновые ДВС и газовые котлы отопления. H2 — единственный известный науке абсолютно чистый вид топлива. В процессе горения образуется соединение с кислородом — прозрачная, как слеза, дистиллированная водица. Запасы водорода во Вселенной неисчерпаемы, этот чудесный газ вместе с гелием является основным строительным материалом мироздания.

Содержание

Даже организм человека на 63% состоит из молекул водорода. Он окружает нас со всех сторон: протяни руки — и они полны гидрогениума. Больше всего H2 содержится в океанах, морях и реках. Одна беда: в свободном состоянии на Земле находится лишь ничтожная его часть, добыча в чистом виде невозможна. Небольшой процент H2 содержит биогаз, сепарацией его не занимаются, предпочитая сжигать вместе с метаном. Однако существует ряд технологий, позволяющих получать чистый водород из различных химических соединений. Наиболее перспективным является метод электролиза, сырьём служит вода.

Принципиальная схема получения водорода методом электролиза

В последнее время интернет заполонила коммерческая реклама недешёвых реакторов (генераторов) водорода, а сайты для домашних умельцев охотно клонируют статьи о том, как сделать водородный генератор для отопления своими руками.

Краткая история водородной энергетики ↑

О выделении горючего газа при взаимодействии кислот и металлов известно было ещё средневековым алхимикам. Но только в 1783 году Лавуазье и Меньё смогли превратить эмпирические знания в прибор по получению «горючего воздуха» из воды. С тех пор не прекращаются научные исследования и попытки построить эффективный водородный генератор для отопления  или автомобиля, который сделал бы водородную энергетику рентабельной.

На сегодняшний день нет никаких проблем в переходе энергетики и транспорта на водородное топливо, производители готовы сделать это хоть завтра. В 2008 году авиастроительная компания Airbus подтвердила свою готовность перейти с авиакеросина на H2, проведя испытательный полёт на модели A320. Первый серийный водородомобиль HondaFCX уже колесит по дорогам Японии. Тем не менее, в общей массе мировой энергетики это капля в море. Для массового развития водородной энергетики не хватает главного — дешёвого чистого H2. «Халявный»  Hydrogenium получают лишь в качестве побочного продукта некоторых химических производств, именно на таком топливе работает на предприятии «Саянскхимпласт» с 2005 года первая и пока единственная в России «водородная» котельная. Активно работает в России с 2006 года «Институт водородной экономики», издавший уже более 60 томов научных исследований. Не ограничиваются научными трудами более предприимчивые зарубежные компании, в научно-технические разработки по генерации чистого водорода вкладывают миллиарды долларов.

Возможно, в будущем мы все будем ездить на водородомобилях

Увы, воз и ныне там. Большую часть мирового производства H2, главным образом для нужд ракетной техники, производят сегодня не с помощью генерации из воды, а паровой конверсией газа и газификацией угля. Ни о какой экологичности либо экономии ресурсов в данном случае и речи не идёт, просто бензином ракету не заправишь.

Но учёные не сдаются: в конце концов придумал же Эдисон после долгих лет исследований эффективную и при этом недорогую электрическую «лампочку Ильича». И в течение века это изобретение, пусть и в значительно усовершенствованном виде, устраивало человечество.

Общее устройство электролитического генератора водорода ↑

С помощью электролиза (см. школьную программу по физике и химии) вода разлагается на водород и кислород.

Площадь поверхности электродов должна быть велика, поэтому их собирают в пакеты (ячейки). Кстати, электролизер нельзя перегревать свыше 65 ºС, иначе пластины придётся долго очищать либо вообще заменить

Сепарировать газы не нужно, горючую смесь направляют в теплогенератор, в котором происходит обратная реакция: водород и кислород воссоединяются, вновь образуя воду.

Простейший самодельный генератор водорода — герметичная ёмкость с погруженными в жидкость электродами, источник питания 12 Вольт.

На крышке ёмкости располагают штуцер для отведения к потребителю смеси водорода с кислородом (газ Брауна, «гремучая смесь»).

Помимо штуцера, на крышке желательно иметь развоздушиватели

Вот такая ёмкость является основой генератора водорода для автомобиля с карбюраторным двигателем. ДВС работает на смеси с бензином, нужен ещё дополнительный накопитель и аккумулятор. Корпус прочный, от водопроводного фильтра, нехитрая установка, созданная «народными академиками», называется «АкваКар», предлагалась на Украине за 1600 гривен в дореволюционных ценах

Генератор водорода для дома, тоже в корпусе водяного фильтра. Здесь применены более производительные цилиндрические электроды, есть датчик давления. На стенках сосуда видны пузырьки — вожделенный Н2 и кислород

Но ведь дело не просто в том, чтобы выделить из воды «гремучку», это сделать немудрено. Газ нужно получить из сырья в максимальном количестве, в сжатые сроки, при этом потратить минимум энергии. Для повышения эффективности используют не обычные электроды из меди или нержавейки, а изделия сложной формы из дорогих сплавов. Сила электрического тока должна изменяться в ходе реакции, соответственно, нужен электронный блок.

Вариант исполнения электронного блока чудо-генератора

Вода расходуется, её уровень следует поддерживать постоянно и если делать это не вручную, понадобится система автоматической подпитки. Наконец, чтобы электролиз проходил с достаточной интенсивностью, вода должна содержать достаточное количество растворённых солей, в мягкой воде реакция будет слабой, а в дистиллированной вовсе отсутствовать. Значит, наливать воду из крана нельзя: её придётся готовить (самый простой вариант — столовая ложка гидроксида натрия на 10 л воды), а это дополнительные резервуары, трубопроводы и т.д.

На рисунке показана схема генератора водорода для автомобиля, но разница с устройством для отопления лишь в том, что потребителем газа являются не форсунки двигателя, а горелка котла

Но и это не всё. Теплогенератор (котёл) потребляет топливо неравномерно, к тому же требует определённого его давления и влажности. Чтобы система реактор топлива + генератор тепла работали взаимосвязано и чётко, hydrogenium должен поступать сначала в осушитель, потом компрессор, который будет закачивать его в хранилище, где с помощью дополнительной автоматики должно поддерживаться требуемое давление.

Закон сохранения энергии ↑

Всё в природе взаимосвязано. Если куда-то что-то прибыло, значит, откуда-то убыло. Эта народная мудрость упрощённо, но в целом верно описывает закон сохранения энергии. Водород, сгорая, выделяет тепловую энергию. Но, чтобы получить газ методом электролиза, придётся затратить некоторое количество электроэнергии. Которая, в свою очередь, по большей части получается за счёт генерации тепла при сжигании других видов топлива. И если брать чистую тепловую энергию, необходимую для получения электричества и ту энергию, которую даст при сгорании водород, даже на самых продвинутых установках получаются двукратные потери. Половину денег мы буквально выбрасываем. И это только эксплуатационные затраты, но ведь следует учесть и стоимость весьма недешёвого оборудования.

Проект ветро-водородного дирижабля AeromodellerII. Картинку бельгийские инженеры нарисовали красивую, остаётся подкрепить её конкретными экономически оправданными технологиями

По данным исследовательской лаборатории  INEEL, на промышленных генераторах водорода США себестоимость одного килограмма водорода составила:

• Электролиз от промышленной электросети — 6,5 usd.
• Электролиз от ветрогенераторов — 9 usd.
• Фотоэлектролиз от солярных устройств — 20 usd.
• Производство из биомассы — 5,5 usd.
•  Конверсия природного газа и угля — 2,5 usd.
•  Высокотемпературный электролиз на атомных электростанциях — 2,3 usd. Это наименее дорогой способ и наиболее далёкий от домашних условий.

Причём, даже самый лучший генератор водорода в домашних условиях будет заметно уступать промышленному в эффективности. С такими ценами нет никаких оснований говорить о сколь-нибудь серьёзной конкуренции водородного топлива по сравнению не только с дешёвым природным газом, но и с дорогим электроотоплением, дизельным топливом и даже тепловыми насосами.

Перспективы водородной энергетики ↑

Есть ли реальные пути серьёзного снижения себестоимости чистого Hydrogenium? Конечно. Это, в первую очередь, получение дешёвого электричества из возобновляемых источников. Во-вторых, применение более совершенных химических катализаторов процесса. Они, кстати, давно известны и применяются в автомобильных топливных водородных ячейках. Но опять всё упирается в слишком большую их стоимость.

Реально полезное применение альтернативной энергетики: серийное газосварочное устройство со встроенным водородным реактором. В данном случае стоимость газа не имеет решающего значения, для сварщика имеет значение то, что вместо неудобных в транспортировке баллона и сварочника он имеет один относительно небольшой и лёгкий ящик

Наука идёт вперёд, техника совершенствуется. Когда-нибудь нефть закончится и человечеству придётся перейти на иные источники энергии. Пока же можно с уверенностью сказать — водородная энергетика убыточна (за исключением тех случаев, когда горючий газ является побочным продуктов технологических процессов), а программы развития водородного транспорта возможны только благодаря государственным и корпоративным программам поддержки альтернативной энергетики.

Муниципалитеты крупных немецких городов компенсируют транспортным компаниям все убытки, чтобы эти прекрасные гидрогениумные автобусы перевозили пассажиров, не отравляя окружающую среду

Отечественный опыт строительства водородных генераторов в домашних условиях ↑

А что у нас, в среде отечественных «кулибиных»? Интернет-форумы полны споров о возможности постройки генератора водорода своими руками. Адепты гидрогениума тычут в глаза скептикам фотками самогонных аппаратов, переделанных в установки по производству чистого топлива. Скептики: покажите конкретный пример постоянно работающего устройства. В ответ — тишина. Кто-то что-то собрал, подключил к кухонной плите, пожарил на водороде яичницу, съел. Теперь вот стоит в сарае, а к плите опять подключен газ, это проще, дешевле, безопаснее. Правда, умные люди всё же извлекают из «диванной» гидрогениумной энергетики пользу: завлекательные посты обеспечивают владельцев аккаунтов лайками, большим числом просмотров и подписчиков, что приносит неплохие деньги.

Если кто-то из читателей хочет повторить опыт гаражных мастеров, то, пожалуйста, вот достаточно подробное описание конструкции «самопального» водородного реактора.  Ничего сложного.

В этом ролике нам красиво показывают, как мелкосерийное отечественное устройство обслуживает два десятка радиаторов, но не называют ни его тепловую мощность, ни себестоимость килокалории тепла.

Выводы ↑

Сегодня сложно сказать, какая из перспективных энергетических технологий «выстрелит» в будущем, когда запасы углеводородов иссякнут. Будет ли это термоядерный синтез, солярные или гравитационные системы, водородная энергетика? Пока что идёт эволюционное развитие перспективных направлений и революционных прорывов в ближайшее время в этой области не предвидится, о чём бы ни писал «жёлтый» интернет. По оценке специалистов, появление электролизных реакторов водорода, которые могли бы составить реальную конкуренцию традиционным видам топлива, ожидается не ранее, чем через лет 20-30. Многие эксперты вообще скептически оценивают перспективы водородной энергетики, оставляя этому виду топлива лишь узкую нишу в ракетостроении. Но все, кто занимается этим делом профессионально, сходятся на том, что действительно эффективные водородные реакторы будут продуктом высоких технологий, а не «приспособами», собранными из старых кастрюль и других ненужных железок на коленке.

Водородное отопление — это принципиально новая система обогрева зданий и сооружений, функционирующая на, казалось бы,  самом дешёвом из всех известных видов топлива. Данная технология предполагает использование в качестве энергоносителя столь распространённый в атмосфере химический элемент — водород.

Поскольку водород является одной из важных составляющих окружающей среды, такое горючее представляет собой абсолютно безопасный продукт, в плане экологии. Наряду с достаточно низкой стоимостью, такое отопление можно считать оптимальным вариантом для применения во всех типах архитектурных сооружений.

         Водород в природе

Водород — это наиболее распространённый элемент из всех, что существуют на нашей планете. Надо отметить весьма уникальные свойства рассматриваемого элемента:

• при температуре в минус 250 градусов (если пребывает в состоянии жидкости) он представляет собой наиболее лёгкую жидкость:
•  при том же режиме (если пребывает в твёрдом состоянии) — является самым лёгким кристаллическим веществом;
•  имея совсем небольшие атомы, водород в соединении с воздухом, образует достаточно взрывоопасную смесь;

Получать этот элемент можно в абсолютно любых количествах. Для этого требуется лишь наличие воды и электрического тока. Под воздействием электролита молекулы воды распадаются на атомы двух её составляющих:

•   водород;
•   кислород;

Данные газы используются в различных целях. Свободный водород, полученный таким образом, прекрасно подходит для применения в упомянутых отопительных системах.

         Характеристики водородного отопления

Преимущества

1. Водородный котёл отопления представляет собой экологически безопасную установку, генерирующую тепловую энергию. Единственным продуктом переработки топлива, при использовании такого агрегата, является пар. Указанное вещество, как известно, не способно нанести вред окружающей среде.

2. Работа теплогенератора исключает наличие пламени. Тепло производится посредством соответствующих химических реакция с применением катализаторов. В результате таких реакций, водород вступает в союз с кислородом, образуя обычную воду.

Упомянутый процесс провоцирует выделение достаточно большого количества тепла. Поток этой энергии, температура которого достигает 40 градусов, поступает непосредственно в теплообменник. Подобные условия идеальны для обогрева жилых помещений.

3. Важным преимуществом водорода является то, что он способен заменить традиционные виды горючего, в разы сократив затраты денежных средств на добычу нефти, газа и угля. Такое обстоятельство весьма благотворно отразится на мировой экономике.

4. Коэффициент полезного действия водородного теплоагрегата может достигать значения в 96%. Это намного больше, нежели под час использования какого-либо иного вида топлива.

Недостатки

1. Водород, при комнатной температуре, имеет форму газообразного вещества. Более того, это достаточно взрывоопасный газ, что определяет наличие некоторых сложностей в его транспортировке.
2.  В нашей стране подобное отопление пока не доступно, поскольку данное направление ещё только развивается.
3.  Для хранения и транспортировки водорода в специальных баллонах, указанные элементы требуют соответствующей проверки и сертификации. Подобные мероприятия имеют право выполнять исключительно квалифицированные специалисты, на подготовку которых необходимо время.

         Особенности водородной системы обогрева

Водородные генераторы для отопления могут обладать различной мощностью. Это обусловливает варианты выбора котлов в соответствии с параметрами отапливаемого помещения.

Измеряется мощность такого оборудования с помощью специальных каналов, при этом максимальное значение указанной величины равняется шести. Стоит отметить, что водородная установка для отопления дома — это своеобразная котельная, благодаря чему упомянутые каналы мощности получают возможность работать в автономном режиме, то есть, независимо друг от друга.

В каждом из имеющихся каналов предусмотрено наличие катализатора, который запускает процесс выработки молекул воды. Наряду с этим, осуществляется выброс теплового потока.

Это тепло направляется непосредственно к теплообменнику, который расположен в камере сгорания. При этом поток достигает определённого значения температуры — 40 градусов. Такие температурные условия считаются оптимальные для таких систем, как “тёплый пол” или “тёплый потолок”.

Важно заметить, что водородный котёл совершенно не нуждается в дополнительном оборудовании, которое осуществляет отвод продуктов переработки топлива, поскольку таковые попросту отсутствуют. В процессе сжигания горючего выделяется исключительно чистый водяной пар.

Состоит водородная система обогрева из следующих элементов:

Диаметр последних колеблется между значениями от 1 и до 1,25 дюйма. Но в отдельных случаях могут быть использованы трубы, имеющие несколько иной диаметр. Монтаж указанных компонентов системы производится в соответствии с одним правилом: каждое разветвление труб сопровождается изменением их диаметра в сторону уменьшения.

Достаточно важным является и тот факт, что водородная обогревательная система может быть применена в качестве вспомогательного оборудования под час эксплуатации иных отопительных систем. При этом, основные теплоагрегаты должны функционировать в низкотемпературных режимах.

Как было указано ранее, данный энергоноситель вполне способен заменить все, существующие ныне, разновидности топлива. Водород является абсолютно безопасным экологически, выгодным экономически и достаточно простым в плане добычи. Более того, содержание сего энергоресурса в природе практически не ограничено.

sistema-otopleniya.ru