Андрей Смирнов
Время чтения: ~31 мин.
Просмотров: 0

Водородный генератор своими руками: принцип работы устройства, схемы и описание процесса сборки

Содержание

Как сделать водородный генератор для дома своими руками: практические советы по изготовлению и монтажу

Мы привыкли считать самым доступным видом топлива природный газ. Но оказывается, у него есть достойная альтернатива – водород, получаемый при расщеплении воды. Исходное вещество для выработки этого топлива мы получаем вообще бесплатно. А если еще и сделать водородный генератор своими руками, экономия будет просто потрясающей. Так ведь?

Мы готовы поделиться с вами ценной информацией о вариантах и правилах сборки технической установки, предназначенной для производства водорода. Изучение представленной вашему вниманию статьи станет гарантией изготовления безотказно действующего прибора.

Желающим собственноручно соорудить генератор дешевого, но весьма продуктивного горючего мы предлагаем обстоятельно изложенную инструкцию. Приводим рекомендации по грамотной эксплуатации. В качестве информативных дополнений, наглядно объясняющих принцип действия, использованы фото-приложения и видео.

Водородный генератор своими руками: принцип работы устройства, схемы и описание процесса сборки

Разное

Генератор водорода для системы отопления: собираем действующую установку своими руками

Генератор водорода для системы отопления: собираем действующую установку своими руками

Давно уже прошли те времена, когда загородный дом можно было обогреть лишь одним способом — сжигая в печке дрова или уголь. Современные отопительные приборы используют различные виды топлива и при этом автоматически поддерживают комфортную температуру в наших жилищах. Природный газ, дизель или мазут, электричество, гелио- и геотермальное тепло — вот неполный список альтернативных вариантов. Казалось бы — живи и радуйся, да вот только постоянный рост цен на топливо и оборудование вынуждает продолжать поиски дешёвых способов отопления. А вместе с тем неиссякаемый источник энергии — водород, буквально лежит у нас под ногами. И сегодня мы поговорим о том, как использовать в качестве горючего обычную воду, собрав генератор водорода своими руками.

Электролизер для гальванопластики — принцип работы, схема и описание

Одним из многочисленных физико-химических процессов, нашедших широкое применение, как в промышленности, так и в быту, является электролиз – выделение на поверхностях подключенных к источнику тока электродов, помещенных в раствор или расплав, их составляющих (чистого металла – алюминия меди, газа и т.д.). Основной установкой, внутри которой протекает данный процесс, является электролизер.


Электролизер

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

  1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H2O→2NaOH + Cl2 + H2↑. В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
  2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н2О + С ⇔ СО↑ + H2↑.
  3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН4 + Н2О ⇔ СО + 3Н2. Второй вариант – окисление метана: 2СН4 + О2 ⇔ 2СО + 4Н2.
  4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

primer-elektroliza-na-rastvore-hlorida-natriya.jpg

Пример электролиза на растворе хлорида натрия

Эксплуатация

После сборки можно начинать испытания прибора. Для этого на конце трубки устанавливают горелку из медицинской иглы и начинают заливать воду. В воду нужно добавить KOH или NaOH. Вода должна быть дистиллированная или талая на крайний случай. Для работы устройства достаточно 10% концентрации щелочного раствора. При заливке воды не должно быть никаких подтеков. Лучше всего перед заливкой продуть конструкцию воздухом, давлением до 1атм. Если водородный генератор выдерживает это давление, то можно заливать воду, если нет, нужно устранить протечки.

После этого к электродам по схеме подсоединяют ЛАТР с диодным мостом. В цепь устанавливают амперметр и вольтметр для контроля работы. Начинают с минимального напряжения и потом постоянно увеличивают, наблюдая за газовыделением.

Предварительно работы лучше проводить на открытом воздухе вне дома

Поскольку установка взрывоопасна, все работы следует проводить с особой осторожностью.

При испытаниях наблюдают за работой прибора. Если имеет место маленькое пламя горелки, то может быть или низкое газовыделение в генераторе, или где-то происходит утечка газа. Если раствор помутнел, грязный, его нужно заменить. Также необходимо следить, чтобы прибор не перегревался, а вода не закипела. Для этого регулируют напряжение на источнике тока. И еще одно – пластины при нагревании немного деформируются и могут прилипать одна к одной. Чтобы это исключить, нужно сделать прокладки из резины. Могут также наблюдаться плевки водой – для устранения этого нужно уменьшить уровень воды.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

Расположение пластин в ванне электролизера

  1. Уровень напряжения (минимального электродного потенциала), оно должно быть от 1,8 до 2 вольт, меньшее значение «не запустит» процесс, а большее приводит к чрезмерному расходу энергии, идущей на нагрев электролита. Если в качестве источника используется блок питания, например, на 14 вольт имеет смысл разделить емкость ванны пластинами на 7 ячеек, в соответствии с рисунком 2. Рис 2. Расположение пластин в ванне электролизера

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Что такое электролизер

Электролизер – это специальная установка, применяемая для выделения из раствора или расплава его составляющих.

Основными характеристиками электролизера являются:

  • Рабочее напряжение для одного электрода колеблется в интервале от 1,8 до 2,0 В;
  • Сила тока – для нормального протекания процесса электролиза на электроды подают ток с значением данной характеристики от 5 до 10 А;
  • Количество электродов – минимальное количество электродов – 2, максимальное ограничивается размерами самой установки и ее предназначением;
  • Габариты электродов – в качестве электродов используют не угольные стержни, а металлические пластины, размер которых определяется предназначением установки, вольт-амперной характеристикой подаваемого на пластины тока;
  • Расстояние между разноименно заряженными поверхностями электродов – минимальное расстояние между пластинами-электродами должно быть не менее 1,5 мм;
  • Материал электрода – в современных электролизерах в качестве материала для анода и катода используют листовую нержавеющую сталь с добавкой никеля.

Также еще одной важной характеристикой электролизной установки является использование катализаторов.

Применяются такие установки для следующих целей:

  • Получение гремучего газа, состоящего из смеси водорода и кислорода (газ Брауна);
  • Выделение чистого алюминия, магния, цинка из расплавов их солей;
  • Очистка воды от растворенных в ней солей и примесей;
  • Нанесение на поверхность металлических деталей тонкого препятствующего коррозии слоя никеля, цинка;
  • Обеззараживание пищевых продуктов;
  • Очистка сточных вод от растворенных в них солей тяжелых металлов и других вредных веществ.

Важно! Платина-электрод из обычного железа применяется в электролизных установках реже, чем из нержавейки, так как оно быстрее окисляется и приходит в негодность.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

Упрощенная схема водородного генератора мембранного типа

Упрощенная схема водородного генератора мембранного типа

Обозначения:

  • А – трубка для отвода хлора (Cl2).
  • B – отвод водорода (Н2).
  • С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL — →CL2 + 2е — .
  • D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н2О + 2е — →Н2 + ОН — .
  • Е – раствор воды и хлористого натрия (Н2О & NaCl).
  • F – мембрана;
  • G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
  • H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
  • I – ввод насыщенного рассола.
  • J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Конструкция водородной ячейки бытового электролизера

Конструкция водородной ячейки бытового электролизера

Обозначения:

  • а – трубка для отвода газа Брауна;
  • b – впускной коллектор подачи воды;
  • с – герметичный корпус;
  • d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
  • e – вода;
  • f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
  • g – фильтр водоотделения;
  • h – подвод питания, подаваемого на электроды;
  • i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
  • j – предохранительный клапан;
  • k – отвод газа с предохранительного клапана.

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Блоки электродов для установки, которая производит газ Брауна

Блоки электродов для установки, которая производит газ Брауна

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.

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.

Область применения

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

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

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

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Конструкция проточного электролизера

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Электролизер мембранного типа

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Конструкция диафрагменного электролизера

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

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.

Электродные пластины ячейки

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.

Установка для генерации водорода

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

Топливный котел должен иметь соответствующую метку

Топливный котел должен иметь соответствующую метку

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Применение генератора ННО в авто

Применение генератора ННО в авто

Обозначения:

  • а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
  • b – отвод газа в камеру сушки;
  • с – отсек для удаления водяных паров;
  • d – возвращение конденсата в генератор;
  • е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
  • f – автомобильный двигатель;
  • g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Устройство водородной горелки

Рис. 8. Устройство водородной горелки

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Блок питания электролизной горелки

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Чертеж электролизера для водородной горелки

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для получения водорода

Для того чтобы собрать простейший электролизер своими руками, можно воспользоваться приведенным на рисунке чертежом.


Чертёж простейшего самодельного электролизера

Обратите внимание! Электролизер – это достаточно опасная установка, выделяющийся при работе гремучий газ, скапливаясь в большом количестве, может стать причиной серьезного взрыва. Не следует размещать установку вблизи источников открытого огня, нагревательных приборов.

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.

Промышленный водородный генератор

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.

Как изготовить генератор

Масса интернет-ресурсов публикуют самые разные схемы и чертежи генератора для получения водорода, но все они действуют по одному принципу. Мы предложим вашему вниманию чертеж простого устройства, взятый из научно-популярной литературы:

chertezhi-generatora.jpg

Здесь электролизер представляет собой группу металлических пластин, стянутых между собой болтами. Между ними установлены изоляционные прокладки, крайние толстые обкладки тоже изготовлены из диэлектрика. От штуцера, вмонтированного в одну из обкладок, идет трубка для подачи газа в сосуд с водой, а из него – во второй. Задача емкостей – отделять паровую составляющую и накапливать смесь водорода с кислородом, чтобы подавать его под давлением.

Совет. Электролитические пластины для генератора надо делать из нержавеющей стали, легированной титаном. Он послужит дополнительным катализатором реакции расщепления.

samodelnyj-vodorodnyj-generator-1.jpg

Пластины, что служат электродами, могут быть произвольного размера. Но надо понимать, что производительность аппарата зависит от их площади поверхности. Чем большее число электродов удастся задействовать в процессе, тем лучше. Но при этом и потребляемый ток будет выше, это следует учитывать. К концам пластин припаиваются провода, ведущие к источнику электричества. Здесь тоже есть поле для экспериментов: можно подавать на электролизер разное напряжение с помощью регулируемого блока питания.

samodelnyj-vodorodnyj-generator.jpg

В качестве электролизера можно применить пластиковый контейнер от водяного фильтра, поместив в него электроды из нержавеющих трубок. Изделие удобно тем, что его легко герметизировать от окружающей среды, выводя трубку и провода через отверстия в крышке. Другое дело, что этот самодельный водородный генератор обладает невысокой производительностью из-за малой площади электродов.

vodorodnyj-generator.jpg

Разновидности приборов

Электролизеры могут применяться не только в промышленной сфере, но и в домашнем быту. Водород, который они вырабатывают, может быть превращен в топливо и использоваться для обогащения бензо-воздушной смеси, увеличивая тем самым производительность двигателя автомобиля.

Существует несколько разновидностей электролизеров, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

Сухие устройства

Используя их, можно изменять количество ячеек. Подключать устройство следует к источнику тока, напряжение которого превышает наименьший электродный потенциал.

Проточные электролизеры

Такая конструкция состоит из емкости с электродами, которая доверху наполнена раствором. Другой крупный элемент такого прибора — бак, в котором также содержится раствор, но остается еще пустое место сверху. Обе емкости соединены друг с другом парой труб.

Работает проточный электролизер следующим образом: в емкости, где нет свободного пространства, под воздействием электротока в электродах происходит электрохимическая реакция. Образующийся при этом газ вместе с электролитом через одну из труб проходит во вторую емкость. Там он отделяется от электролитного раствора и выходит через специальный клапан, расположенный в верхней части бака. Электролит, лишенный газа, через вторую трубу снова возвращается в ванну с электродами.

Этот процесс повторяется многократно до тех пор, пока не будет получен необходимый объем газа: пока прибор не будет отключен от сети.

Мембранные приборы

Относятся к числу распространенных разновидностей электролизеров. В основе их работы лежит применение мембраны: то есть не жидкого электролита, а твердого.

Причем мембрана выполняет сразу две функции:

  1. Она переносит микрочастицы.
  2. Разделяет электроды и продукты электрохимической реакции.

Простейший диафрагменный электролиз

В том случае, когда нельзя допускать диффузию между электродными камерами, применяется пористая диафрагма, в качестве которой может выступать стекло, асбест или керамика. Иногда могут быть использованы стекловата или полимерные волокна. Соответственно, снабженные этим элементом приборы называются диафрагменными.

Состоит из шести основных элементов:

  • двух трубок (одна из которых предназначена для выхода кислорода, а другая — для выхода водорода);
  • катода;
  • анода;
  • U-образной емкости;
  • самой диафрагмы, которая располагается в нижней части сосуда.

Щелочные типы

Разновидность электролизеров, к которой можно отнести большую часть таких приборов. Почти в каждом из них в роли катализатора выступает концентрированный раствор щелочи.

Не рекомендуется использовать соль, поскольку в этом случае будет выделяться хлор. Лучше всего применять гидроксид натрия, так как он не разъедает электрод.

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.

А вам известна оригинальная модель водородного генератора, не описанная в статье? Может быть, вы хотите поделиться ценной информацией, которая будет полезна домашним мастерам? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, размещайте фото по теме, высказывайте ваше мнение.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

shema-gazovoj-gorelki.jpg

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

  • а – сопло горелки;
  • b – трубки;
  • c – водные затворы;
  • d – вода;
  • е – электроды;
  • f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Технические характеристики

Чистота водорода в пересчете на сухой газ, % об 99,9999
Концентрация водяных паров при 20OС и 1атм, не более, ppm, 5
Суммарная производительность по водороду, приведенная к нормальным условиям, не менее, л/ч, 12
Диапазон задаваемого выходного давления водорода, ати, от 3,0 до 6,1
Стабильность выходного давления водорода, не хуже, ати, ±0,02
Время установления рабочего режима, при заглушенном выходе не более, мин, 30
Объем заливаемой дистиллированной воды, л, 1,0
Расход дистиллированной воды, не более, л/час, 0,02
Потребление воды, г/л водорода, 1,6
Средний ресурс сменного картриджа деионизационного фильтра (при максимальной производительности и односменной работе), лет, не менее, 1
Средняя потребляемая мощность:
в стационарном режиме, не более, ВА, 180
максимальная (при запуске), не более, ВА, 220
Габаритные размеры генератора, (ширина x глубина x высота), не более, мм, 230х470х450
Масса генератора. не более, кг, 16
Рабочие условия:
температура окружающего воздуха, °С, от +10 до +35
питание от однофазной сети переменного тока напряжением, В, 220 (+10 –15)%
и частотой, Гц, 50 +1
Генератор по электробезопасности соответствует требованиямs класса 1, тип Н по ГОСТ 12.2.025-76

Дополнительные технические характеристики

Контроль качества воды, заливаемой в питающий бак +
Встроенная система водоподготовки (контроль и автоматическая очистка воды, питающей электролизный модуль) +
Встроенная система автоматической регенерации фильтров тонкой очистки водорода +
Контроль влажности производимого водорода +
Контроль разгерметизации +
Возможность включения режима «СДУВКА» +
Отображение информации о работе, отдельных параметрах, неисправностях на дисплее +

Отопление дома газом Брауна

5954848-300x200.jpg

Схема работы водородного генератора.

Водород является самым распространенным химическим элементом, поэтому экономически выгодно его использовать.

Для многих владельцев домов и дач часто встает вопрос, как получить «чистую» и дешевую энергию для нужд в быту. Ответ можно найти в таких инновациях, как водогенератор для отопления жилища.

Ученые, благодаря своим разработкам, позволили многим использовать такое устройство для получения газа. Установка способна генерировать водород (газ Брауна) и этот газ будет использован для получения энергии.

Можно это соединение представить химической формулой, как hho. Данный газ можно получить из воды с помощью метода электролиза. Есть много примеров в жизни, когда люди хотят свой дом отапливать оксиводородом. Но чтобы этот вид топлива получил популярность, надо сначала научиться получать его (газ Брауна) в бытовых условиях.

Пока еще нет технологии водородного отопления частного дома, которая была бы достаточно надежной.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь разъясняет, как сделать водородный генератор своими руками:

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Перспективы использования водородных котлов

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

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

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

91be1afd774f067a58b7940010f700cb.png

Хозяину на заметку

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

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

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

Один из роликов, где расписываются «преимущества» водородного котла

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

Автор: TopClimat.ru

Немного истории

Принцип действия водородной энергии был отмечен еще в древние времена. Известный врачеватель Парацельс при проведении своих научных экспериментов заметил, что при соединении некоторых элементов образуются пузырьки, которые он в то время принял за воздух. Позже выяснилось, что это был водород, представляющий собой газ без цвета, при определенных условиях проявляющий взрывные свойства.

В настоящее время водород научились использовать в разных целях, в том числе – для отопления жилого дома или любых других сооружений. Эти технологии активно развивают и внедряют во множестве отраслей. Являясь новшеством на рынке научных разработок, обогрев водородом уже заинтересовал многих потребителей и продолжает набирать популярность среди широких масс.

Доказано, что водород считается не только довольно распространенным, но и легкодоступным веществом. Единственная сложность – его приходится добывать из химических соединений, чаще всего – воды.

О законе сохранения энергии

Этот закон гласит, что все в мире взаимосвязано: если где-то убыло, то куда-то обязательно прибудет. И чтобы посредством электролиза можно было получить газ, определенное количество электрической энергии затратить все же придется. А энергия, как известно, получается преимущественно в результате создания тепла при сгорании иных типов топлива. И пусть даже мы возьмем чистую энергию, необходимую для генерирования электричества, и ту, что дает водород после сгорания, то потери будут двукратными (как минимум!) даже на самом современном оборудовании. Выходит, 1/2 средств просто выбрасывается на ветер. Более того, это лишь расходы, связанные с эксплуатацией, а стоимость оборудования, которое, как отмечалось, недешевое, не учитывается. Вспомним хотя бы водородные генераторы.

Если верить исследованиям, проведенным в Америке, то цена одного килограмма водорода (вернее, расходы на его создание) равна:

  • 6,5 доллара при использовании промышленной электрической сети;
  • 9 долларов при эксплуатации ветряных генераторов;
  • 20 долларов в случае применения солярных приборов;
  • 2,2 доллара при использовании твердого топлива;
  • 5,5 доллара, если вещество производится из биомассы;
  • 2,3 доллара, если речь идет об электролизе при высокой температуре, осуществляемом на атомной станции (самый дешевый способ, но самый далекий от обычного бытового применения).

Обратите внимание! Даже самый продвинутый генератор бытового типа будет значительно уступать по всем параметрам аналогичному промышленному прибору. Поэтому, ввиду описанных цен, говорить о том, что водород может составить серьезную конкуренцию природному газу, нельзя

То же относится и к электроэнергии, дизелю и даже тепловым насосам.

Формула изобретения

Электролизер для получения водородно-кислородной смеси фильтр-прессного или ящичного типа, содержащий пакет параллельных электродов, выполненных плоскими или рельефными с отверстиями или пазами для прохода газа и электролита, электролит в межэлектродном пространстве и токоподводы к крайним электродам, отличающийся тем, что электроды соединены между собой токоведущими шинами в блоки, два крайних из которых содержат по n+1 электродов, а остальные — по 2n+1 электродов, где n — натуральное число, при этом средние электроды каждого блока с 2n+1 электродами размещены в зазоре между смежными блоками, а остальные 2n электродов этого блока — в середине зазоров между электродами двух смежных блоков, без контакта с их токоведущими шинами, причем средние электроды блоков c 2n+1 электродами являются биполярными, а остальные электроды — монополярными.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

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

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

  • использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
  • бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
  • применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Конструкция заводского электролизера – вид изнутри

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

  1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
  2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.

Сварочный аппарат на водородном топливе

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Экономическая целесообразность

В домашних условиях изготовить качественную водородную установку очень сложно. Мастеру придется учитывать массу параметров. Например, нужно точно подобрать металл для электродов. Он должен обладать определенными свойствами.

xnerzhaveyka_vodorodnogo.jpg.pagespeed.ic.mpvpvsnj6z.jpg

Всеми любимая нержавейка — доступное, но недолговечное решение. Топливные ячейки на них довольно быстро выйдут из строя.

Также при сборке гидролизатора нужно соблюдать монтажные размеры. Чтобы их получить, нужно произвести сложные расчеты с учетом качества воды, необходимой мощности на выходе и т. д.

При изготовлении устройства значение имеет даже сечение проводов, по которым на электроды подается ток. Речь идет не о производительности генератора, а о безопасности его эксплуатации, но и этот важный нюанс нужно учитывать.

Главная проблема таких приборов — большие затраты электричества для получения оксиводорода. Они превышают энергию, которую можно получить от сжигания такого топлива.

Из-за низкого КПД цена водородной установки для дома делает производство этого газа и его последующее использование для отопления невыгодным. Чем впустую расходовать электричество, проще установить любой электрокотел. Он будет эффективнее.

xvodorodnyy_generator_avtomobilya.jpg.pagespeed.ic.umkyppnpz_.jpg

Что касается автомобильного транспорта, то здесь картина не сильно отличается. Да, можно сделать гидролизер для экономии топлива, но при этом снижается безопасность и надежность.

Единственное, где водород можно эффективно применять как топливо, — газосварка. Аппараты на hydrogen весят меньше, они компактнее, чем кислородные баллоны, но намного эффективнее. К тому же стоимость получения смеси здесь не играет никакой роли.

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации