Котел водородный для отопления своими руками: газовый и на воде, изготовление

Оглавление

Плюсы и минусы электродных котлов для отопления

Несмотря на противоречивые отзывы владельцев, нельзя не отметить очевидные преимущества электродных установок:

Конструкция котла обеспечивает компактность и простоту подключения.
Небольшие габаритные размеры позволяют использовать агрегаты в качестве дополнительных или резервных теплогенераторов, включаемых независимо от основного по мере необходимости.
Для установки котла не требуются проект и согласование.
При утечке теплоносителя прибор не выйдет из строя и может продолжать работу сразу после устранения неполадок.
Электродные котлы не восприимчивы к перепадам напряжения в электросети.
Отсутствие вредных выбросов, и мощных электромагнитных полей.

Перечень преимуществ действительно весом, однако наряду с ними, следует отметить и некоторые объективные недостатки:

Применение электродных устройств не целесообразно при наличии в отопительной системе радиаторов из стали или чугуна. Эффективную работу могут обеспечить только биметаллические батареи и высококачественные радиаторы из алюминия, что существенно увеличивает стоимость отопительного контура.
Высокие требования к качеству и химическим свойствам теплоносителя. Используемая жидкость должна обеспечивать оптимальные условия для электролиза.
Установка электродного котла возможна только в замкнутый контур, что влечет за собой дополнительные затраты на герметичную расширительную емкость, клапан аварийного сброса давления и воздухоотводчик.
Максимальная температура нагрева теплоносителя не должна превышать 85С.

Тщательно проанализировав все недостатки агрегата, можно прийти к выводу, что все они связаны с качеством и химическими свойствами теплоносителя.

Плюсы и минусы

Если изготовить водородный котел своими руками, то непременно стоит выделить его положительные стороны:

Такой генератор способен похвастать удивительно высоким коэффициентом полезного действия – более 90 процентов. Ни один из традиционных видов отопления не в силах предоставить подобные результаты.
Водородная горелка характеризуется абсолютной экологической безопасностью. При работе устройства выделяется только лишь пар — полностью безвредный как для окружающей среды, так и для организма жителей дома.
Отопление дома водородом не предполагает наличие пламени. Производство тепла достигается путем химических реакций с задействованием катализаторов. Водород соединяется с кислородом, в результате чего генерируется тепловая энергия, попадающая в теплообменник. Данный принцип работы как нельзя лучше подходит для жилых сооружений.
В перспективе, если тема использования водородных генераторов будет развиваться, мировую экономику ждет расцвет и небывалый подъем. Объясняется это тем, что затраты на получение такого вида топлива, как водород, не сопоставимы с затратами на добычу угля, газа и нефти.
Горелки данного вида работают абсолютно бесшумно, что также нужно считаться весьма значимым обстоятельством.
Установка генераторов на водороде своими руками не требует сооружения и последующего использования дымоходов, а это очень удобно.

Водородный отопительный котел — современная разработка отопительных систем

Подробно расписав преимущества, будет несправедливо утаить от читателя недостатки, которые тоже имеют место быть, если мы говорим об отоплении на водороде:

При обычной комнатной температуре водород обладает газообразной консистенцией. Кроме этого он считается достаточно взрывоопасным веществом, поэтому его транспортировка несет в себе определенные трудности.
Несмотря на то, что в западных странах использование водородных генераторов становится все более и более привычным, в нашей стране им слишком мало уделяется внимания, поэтому с покупкой и монтажом котлов могут возникнуть проблемы.
Чтобы обучить специалистов, которые будут проверять и сертифицировать баллоны с водородом (а этот элемент по всем правилам должен находиться именно в такой «таре»), нужно время.

Особенности использования водородных котлов отопления

В процессе получения тепла в таких устройствах используется водород. Это самый распространенный газ во Вселенной, и вещество, которого немало и на нашей планете. При этом газ абсолютно не токсичен, и при его сгорании не выделяются вредные для человека вещества. Вообще, в такой химической реакции получается вода, и выделяется много тепла.

Между прочим, при сгорании водорода можно добиться высокой теплоотдачи при высоких температурах. Но если присутствуют специальные катализаторы, то температуру горения можно снизить вдвое. Есть у этого топлива и другие преимущества, например:

Легкость вещества (по сути это самый легкий газ), а потому даже если происходит утечка, вероятность взрыва невелика, так как легкий газ сразу улетучивается.
Данное топливо можно добывать в любой точке мира.
Для сжигания водорода можно использовать самые разные котлы.

Как устроен водородный котел отопления?

Далее мы расскажем о конструктивных особенностях подобных приборов. Как правило, любое такое устройство не обходится без:

Камеры сгорания топлива.
Теплообменника.
Емкости для получения водорода.
Электролизера.
Системы защиты, которая необходима для предотвращения цепной реакции.

Принцип работы данных устройств заключается в следующем. Когда через электролитический раствор пропускают ток, в нем начинается выработка двух газов – водорода и кислорода, а вместе с ними и водяного пара. Такая газовая смесь направляется в специальный сепаратор, где водород отделяется от сопутствующих веществ.

Далее очищенный газ поступает в следующий отсек котла, без возможности возвращения в сепаратор. Это исключает контакт газа с воздушной смесью, а значит, и взрыв. После защитного блока водород поступает в камеру сгорания, которая по совместительству является и теплообменником.

Таким образом, результатом такой химической реакции является разогрев теплообменника и теплоносителя, который далее поступает в отопительную систему. А вот отработанный газ снова направляется в отсек с электролитическим раствором.

Добавим, что для регулировки мощности нагрева в системе имеются специальные каналы с катализатором. Их можно по одному как включать в процесс химической реакции, так и удалять из него.

Почему же водой до сих пор не топят

Межмолекулярные связи воды возникают и разрываются гораздо легче, чем внутримолекулярные. Поэтому именно их и решили использовать в процессах теплообмена. Химиками экспериментально было установлено, что энергия межмолекулярных связей воды находится в пределах от 0,26 до 0,5 эВ (электронвольт).

Проблема заключается в том, что для получения топлива из воды ее необходимо разложить на составляющие. Простыми словами, ее нужно разложить на кислород и водород, затем сжечь водород и вновь получить воду. Расщепление достигается путем пропускания через жидкость электрического тока.

При кипении вода не разрывается на отдельные молекулы, а только испаряется. Нагревание от обычного горения не вызывает в жидкости никаких других реакций. Причем и на этот процесс требуется много энергии, которую можно было бы применить с пользой. К примеру:

сжигание 1 кг сухих дров с долей влажности не более 20% дает около 3,9 кВт;
если уровень влажности древесины повышается до 50%, то с 1 кг выделяется уже всего 2,2 кВт.

Разложение воды для получения реального горения требует значительных затрат энергии. Ее нужно намного больше, нежели выделится при использовании восстановленных элементов вновь в качестве горючего. Можно привести примерное соотношение:

100% энергии – на расщепление;
75% энергии – при сжигании восстановленных составляющих.

Именно тот факт, что при обратной реакции выделенных водорода и кислорода выделяется меньше энергии, и выступает причиной, почему вода как топливо для автомобилей и не только до сих пор не используется. Экономически такой метод оказался невыгоден. Более реально сделать топливо из мусора. Оно может быть жидким, газообразным и твердым.

Существует ли «водный» автомобиль

В 2008 году в Японии «водное» авто было представлено компанией Genepax на выставке в Осаке. В качестве топлива можно было использовать стакан воды из-под крана или из реки и даже обычную газировку.

Устройство расщепляло жидкость на молекулы водорода и кислорода, которые начинали гореть и давать автомобилю энергию для езды. На сегодня известно, что компания Genepax уже через год разорилась и закрылась.

Принцип действия

Суть проекта сводилась к тому, чтобы снизить этот показатель. Результат – 300 0С.

Первый отопительный прибор на водороде имел мощность – 30 кВт.

Этого хватает для отопления помещения в 300 м2.

Принцип работы – когда электролитический раствор находится в электролизере, вырабатывается водород, который отправляется в камеру сгорания. В ней водород вступает в каталитическую реакцию с O2, в результате чего получается вода и тепло. Поток тепла приблизительно 40 0С поступает в теплообменник, а потом в отопление. Хотя температура не высока, её как раз достаточно для обогрева системы «тёплый пол».

Вода, выделившаяся в результате работы котла, возвращается в бак с электролитом.

Чтобы всё хорошо работало без вмешательства человека, требуются также стандартные элементы автоматики.

Энергоэффективность водородного котла

Чтобы понять, получится ли у нас «на выходе» котла энергия больше, чем затраченная, просто рассмотрим внимательнее молекулу воды — в ней два атома водорода и один кислорода, которые крепко связаны между собой. Чтобы разорвать эту связь, необходимо «приложить» довольно много энергии, это и делает электролизер за счет электричества. В результате получается смесь водорода и кислорода, которые обладают потенциальной (буквально, растворенной в них) энергией, и которая может выделиться в результате процесса горения и обеспечить тепло дому. Чтобы понять, сколько же энергии получится от горения, стоит присмотреться к тому, что получится в результате горения. А получится у нас… та же самая вода, которую мы расщепляли на атомы.

Фактически, после всех этих манипуляций, в лучшем случае мы получим ровно столько энергии, сколько было потрачено на разделение исходной молекулы воды. Так как, от воды мы уходили, и к воде же и пришли. Но это — в идеальном случае, где отсутствуют неизбежные в реальности потери. Т.е. даже в идеальном случае сколько электричества мы потратим, столько тепла получим.

Производитель указывает на наличие «секретного» катализатора

Дополнительные молекулы воды для расщепления тоже взять неоткуда — сколько сначала разделили, столько потом и соединим при сжигании водородно-кислородной смеси. Опять же, за вычетом потерь. Кроме того, не надо забывать, что водородный котел работает за счет дистиллированной воды, на производство которой тоже расходуется энергия. Как видно невооруженным глазом, эффективность водородного котла не может быть высокой.

Тогда встает закономерный вопрос — зачем все эти сложности с расщеплением, если существуют устройства, которые непосредственно переводят электроэнергию в тепло и называются электрические котлы? Если просто нагревать воду за счет электрической энергии, вся эта энергия практически без потерь уйдет на нагрев воды — получается выгоднее, чем через электролизное разложение и последующее «восстановление» воды сжиганием смеси водорода и кислорода с сопутствующими потерями.

Принцип работы водородного котла и его схема

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

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

Принцип работы конденсационных газовых котлов отопления и как выбрать

Принцип работы водородного нагревательного оборудования следующий:

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

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

Свойства водорода как топлива

Как было сказано выше, топливом для подобных агрегатов служит водород, самый легкий в природе газ, не обладающий цветом и запахом. Среди его преимуществ можно назвать большое количество тепла, которое высвобождается при сгорании H₂ (121 МДж/кг, в то время как при горении пропана выделяется всего 40 МДж/кг).

В обычных условиях водород горит при температуре +2000° С, однако с помощью катализатора ее можно снизить до +300° С. Это позволяет изготовлять котлы из бюджетной стали, а не из дорогих редкоземельных металлов.

Водород нетоксичен, что обеспечивает безопасность его использованию в быту. При сжигании этого вещества получаются водяные пары, которые улучшают микроклимат в помещениях и не нуждаются в дымоходах.

При применении водорода следует строго соблюдать правила безопасности: при некорректном применении газа или контакте с открытым огнем может произойти разрушительный взрыв

К числу недостатков можно отнести повышенную взрывоопасность водорода, особенно, когда он смешивается с воздухом либо кислородом, что ведет к образованию гремучего газа.

Преимущества и недостатки водородных котлов

Сильными сторонами подобных устройств являются:

Полная экологичность. Продукты разложения воды не наносят вреда атмосфере, они совершенно безопасны для здоровья людей и домашних животных.
Высокий уровень КПД, который может достигать 96%. Это значительно выше коэффициента полезного действия дизеля, природного газа или угля.
Применение альтернативных источников энергии, дает возможность экономить залежи природных ресурсов, снижая их добычу.
Невысокая цена получаемых калорий. Для подобных устройств достаточно воды и немного электричества.

В то же время у подобных устройств есть и слабые стороны. К числу минусов нужно отнести следующие нюансы:

Для максимально высокой степени выработки H₂, необходимо каждый год заменять металлические пластины.
Помимо замены электродов, для производства запланированного количества энергии необходимо регулярно добавлять катализатор. Частота этой процедуры зависит от мощности, а также от особенностей определенной модели.
Оборудование имеет достаточно высокую стоимость: заводская установка обойдется не менее, чем в 35-40 тысяч рублей.
При повышении нормированного давления в котле создается возможность взрыва.
Водородные баллоны достаточно редко можно встретить в продаже.
Поскольку подобные отопительные приборы не слишком распространены на российском рынке, не всегда можно быстро найти подходящую модель, а также отыскать компетентных специалистов для монтажа и ремонта оборудования.
Для работы устройства необходимо постоянное подключение к электропитанию для осуществления реакции электролиза, а также к источнику воды, расход которой зависит от мощности прибора.

Необходимо упомянуть о том, что производители уделяют большое внимание новым технологиям, стремятся усовершенствовать водородные котлы, устраняя или минимизируя недостатки

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:

На первом этапе необходимо вырезать 16 прямоугольников размером 50х50 см из листа из нержавейки.
Один из углов вырезанных частей нужно срезать.
При помощи дрели в противоположном по диагонали углу делается отверстие.
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.
В пластиковом контейнере нужно сделать прорези для болтов.
Собранную из пластин конструкцию необходимо вставить в контейнер.
В крышке делается два отверстия: в одном закрепляется трубка для подачи водорода, а другое создано для того, чтобы заливать воду с растворенными солями.
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;

Котёл на водороде своими руками

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.

Как собрать генератор водорода собственноручно?

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

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

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

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

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

Представленная ниже инструкция показывает процесс конструирования водородного генератора:

Сооружение корпуса топливной ячейки. Роль боковых стенок каркаса играют пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Стоит заметить, что он размеров агрегата напрямую зависит его производительность, но и затраты на получение ННО будут намного выше. Для сооружения топливной ячейки оптимальными являются габариты от 150×150 мм до 250×250 мм. В каждой из платин сверлятся отверстия под входной и выходной штуцера для воды. Кроме этого, необходимо сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для того чтобы соединить элементы реактора между собой. С помощью болгарки из листа нержавейки марки 316L, вырезают пластины электродов. Они по размеру должны быть меньше стенок на 10-20 мм. Более того, при изготовлении каждой детали, в одном из углов необходимо оставлять небольшую контактную площадку. Это необходимо для того чтобы соединить отрицательные и положительные электроды в группы перед их подключением к питанию. Для получения необходимого количества ННО, нержавейку необходимо обработать мелкой наждачной бумагой с двух сторон. В каждой пластине сверлятся два отверстия: сверлом чей диаметр должен быть 6-7 мм – для подачи в пространство между электродами воды и диаметром 8-10 мм – для отвода газа Брауна. Точки сверления рассчитывают с учетом мест монтажа соответствующих подводящих и выходного патрубков. Приступают к сборке генератора. Для этого в оргалитовые стенки монтируют штуцеры служащие для подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательнейшим образом герметизируют автомобильным или сантехническим герметиком. После этого одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают на шпильки, после этого укладывают электроды. Укладка электродов должна начинаться с уплотнительного кольца
Обратите внимание: плоскость электродов должна быть абсолютно ровной, в противном случае элементы с разноименными зарядами будут касаться, что вызовет короткое замыкание! Пластины нержавейки отделяют от боковых поверхностей реактора с помощью уплотнительных колец, изготовленных из силикона, паронита или других материалов

Важно чтобы он был не толще 1 мм
Подобные детали используют как дистанционные прокладки между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки разноименных электродов были сгруппированы по разные стороны генератора

После того как уложена последняя пластина устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывается второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию соединяют с помощью гаек и шайб. Делая эту работу, внимательно следите за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами. С помощью полиэтиленовых шлангов генератор подключается к емкости с водой и бабблеру. Контактные площадки электродов соединяются между собой любым методом, после чего к ним подводят провода питания. На топливную ячейку подается напряжение от ШИМ-генератора, после чего приступают к настройке и регулировке аппарата по максимальному выходу газа ННО.

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

Водородные котлы для отопления и изготовление своими руками