Многие привыкли считать, что самым доступным и экономичным видом топлива является природный газ. Но оказалось, что у этого продукта существует хороший альтернативный вариант – водород. Его получают посредством расщепления воды. Исходный компонент для получения такого топлива получается бесплатно. Водородная горелка для котла отопления, сделанная своими руками, поможет значительно сэкономить и не думать о походе в магазин. Существуют специальные правила и методы создания технической установки, предназначенной для выработки водорода.
Как получается водород?
Информацию о получении водорода часто дают учителя химии детям, обучающимся в средней школе. Метод его добычи из простой воды в химии называется электролизом. Именно с помощью такой химической реакции есть возможность получать водород.
Простое по конструкции устройство выглядит как отдельная емкость, наполненная жидкостью. Под слоем воды находятся два пластичных электрода. К ним подводят электрический ток. Из-за того, что вода обладает свойством электропроводимости, между пластинками выстраивается контакт с минимальным сопротивлением.
Проходящий по созданному водяному сопротивлению ток приводит к формированию химической реакции, в результате которой вырабатывается требуемый водород.
На этом этапе все кажется очень простым – остается лишь собрать полученный водород, чтобы использовать его как источник энергии. Но химия не может существовать без мелких деталей. Важно помнить, что если водород вступает в соединение с кислородом, то при определенной концентрации возникает взрывоопасная смесь. Такое состояние веществ считается критичным, что ограничивает человека в создании мощнейших станций домашнего типа.
Как работает водородное отопление
Такой способ отопления был разработан одной из итальянских компаний. Водородный котел работает, не образуя никаких вредных отходов, из-за чего считается самым экологическим и бесшумным способом обогрева дома. Инновация разработки в том, что ученым удалось добиться сжигания водорода при относительно низкой температуре (порядка 300ᵒС), а это позволило изготавливать подобные отопительные котлы из традиционных материалов.
Водородные топливные элементы для дома
При работе котел выделяет только безвредный пар, и единственное, что требует затрат – это электроэнергия. А если совместить такое с солнечными панелями (гелиосистемой), то эти расходы можно и вовсе свести к нулю.
Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40ᵒС – идеальной температуры для «теплого пола».
Регулировка мощности котла позволяет добиться определенного температурного показателя, необходимого для отопления помещения с той или иной площадью. Также стоит отметить, что такие котлы считаются модульными, т. к. состоят из нескольких независимых друг от друга каналов. В каждом из каналов имеется упомянутый выше катализатор, в результате в теплообменник поступает теплоноситель, уже достигший необходимого показателя в 40ᵒС.
Как устроена водородная горелка?
Для создания своими руками генераторов, работающих на водороде, чаще всего в качестве основы используется классическая схема установки Брауна. Электролизер такого типа обладает средней мощностью и включает в себя несколько групп ячеек, каждая из которых, в свою очередь, обладает группой пластичных электродов. Мощность созданной установки будет зависеть от общей площади поверхности пластичных электродов.
Ячейки устанавливаются в емкость, которая качественно защищена от внешних факторов. На корпусе устройства фиксируются специальные патрубки для подключения водяной магистрали, вывода водорода, а также контактная панель, осуществляющую роль подводки электрического тока.
Созданная своими руками водородная горелка по схеме Брауна, помимо всего перечисленного, включает в себя отдельный водяной затвор и обратный клапан. С помощью таких деталей достигается полная защита устройства от выхода водорода. Именно эту схему используют многие мастера при создании водородной установки для отопления домашнего участка.
Несколько дельных советов
Далее поговорим о других составляющих водородной горелки – фильтре для стиралки и клапане. Оба предназначаются для защиты. Клапан не позволит загоревшемуся водороду проникнуть обратно в конструкцию и взорвать скопившийся под крышкой электролизера газ (пусть его там и немного). Если не установим клапан, то контейнер повредится и щелочь вытечет наружу.
Фильтр же потребуется для изготовления водяного затвора, который будет играть роль барьера, предотвращающего взрыв. Народные умельцы, не понаслышке знакомые с конструкцией самодельной горелки на водороде, называют этот затвор «бульбулятором». И правда, он по сути лишь создает пузырьки воздуха в воде. Для самой горелки используем все тот же прозрачный шланг. Все, водородная горелка готова!
Остается лишь подсоединить ее к входу системы «теплый пол», герметизировать соединение и начать непосредственно эксплуатацию.
Водородная станция для использования в домашних условиях
Как сделать водородную горелку своими руками? Этот вопрос продолжает оставаться самым популярным у владельцев частных домов, которые стараются изготовить надежный и качественный источник отопления. Самым распространенным способом создания такого устройства считается следующий вариант:
- предварительно подготавливают герметичную емкость;
- создаются пластинные либо трубчатые электроды;
- планируется конструкция прибора: способ управления им и оснащение током;
- подготавливаются дополнительные модули для подключения к устройству;
- покупаются специальные детали (крепежи, шланги, проводка).
Конечно же, мастеру в обязательном порядке потребуются инструменты, включая специальные устройства, частотомер либо осциллограф. Как только все инструменты и материалы будут подготовлены, мастер может перейти к самому созданию водородно-отопительной горелки для домашнего использования.
Что потребуется для изготовления горелки?
Электрическая схема водородной горелки.
Перед началом работ рекомендуется подготовить все необходимо для изготовления прибора.
Чтобы сделать водородную горелку, нужно запастись таким материалами:
- листовая нержавеющая сталь;
- 2 болта М6х150 с гайками и шайбами;
- прозрачная трубка, например, такая, как в водяном уровне;
- штуцеры с внешним диаметром соответствующим шланге;
- герметичный пластиковый контейнер объемом 1,5 литра;
- маленький фильтр для очистки приточной воды;
- обратный водный клапан.
К выбору нержавейки необходимо подходить ответственно. Желательно выбирать марку импортной стали AISI 316L или отечественный аналог – 03Х16Н15М3. Однако если есть небольшой кусочек нержавеющей стали 50х50 см толщиной 2 мм, то приобретать целый лист нет необходимости.
Использовать нужно именно нержавейку, так как она не подвергается коррозии в воде в отличие от обычной стали.
Кроме того, водородная сварка будет более эффективной, если использовать щелочь, а не простую воду. Щелочная среда является агрессивной, поэтому использовать обычную сталь недопустимо.
Схема создания устройства
На первом этапе создания водородной горелки для отопления дома мастеру нужно проделать специальные ячейки, предназначенные для генерации водорода. Топливная ячейка отличается своей укомплектованностью (немного меньше длины и ширины корпуса генератора), поэтому не займет слишком много места. Высота блока с электродами внутри доходит до 2/3 высота главного корпуса, в который устанавливаются основные детали конструкции.
Ячейку можно создать из оргстекла либо текстолита (толщина стенки варьируется от 5 до 7 миллиметров). Для этого текстолитовая пластина разрезается на пять равных частей. Далее из них формируют прямоугольник и склеивают границы эпоксидным клеем. Нижняя часть полученной фигуры должна оставаться открытой.
Из таких пластин принято создавать корпус топливной ячейки водородного отопителя. Но в этом случае специалисты применяют немного другой способ сборки с использованием винтов.
На внешней стороне готового прямоугольника высверливают небольшие отверстия, предназначенные для проведения электродных пластин, а также одно маленькое отверстие для датчика уровня. Для комфортного высвобождения водорода потребуется дополнительное отверстие шириной от 10 до 15 миллиметров.
Внутрь вставляются платины электродов, контактные хвостики которых проводят через высверленные отверстия на верхней части прямоугольника. Далее встраивается датчик уровня воды на отметке 80 процентов заполнения ячейки. Все свободные отверстия в текстолитовой пластине (исключая то, из которого будет выходить водород) заливаются эпоксидным клеем.
Это восхитительный простотой своей идеи девайс, доступный к домашней сборке с минимумом использованных инструментов и навыков (разумеется, в продвинутом варианте всё усложняется за счёт примочек и заморочек). Суть очень проста: берём электроды, суём в электролит, подаём ток, собираем на выходе водород-кислород. Наверное, любой читающий этот текст в детстве или более позднем возрасте делал мини-электролизную установку класса «занимательная физическая химия»: два карандаша в банке с солью или содой, батарейка, проводки, пробирки, и весело поджигал водород в пробирке.
no images were found
Так вот, это то же самое, только мощнее на два-три порядка. Эта хренотень даёт мощный, чрезвычайно горячий язык пламени тупо из воды со щёлочью. Никаких баллонов с газами, никаких редукторов, заправок и прочей мути — только подай напряжение. А если надуть ей шарик, и отпустить его с горящей ниткой…
Что нужно для получения более-менее мощного потока газа? Правильно, большая площадь электродов, причём объём газа в секунду ей прямо пропорционален. Не буду вдаваться в расчёты, тем более что сам я их не проводил, просто сообщу оптимальные параметры. Суммарная площадь электродов для достойного внимания потока газа должна быть не менее 1000 см^2 (суммарно по аноду и катоду), желательно — от 2000 см^2. Плотность тока должна быть порядка 0.08-0.15А/см^2 (8-15А/дм^2): при большем токе будет иметь место перегрев электролита и закипание — то есть, пена, тысячи её; при меньшем — теряем в газовыделении. Падение на одной паре электродов для такого тока получается 2-3 вольта, в зависимости от концентрации электролита (я взял 10%, это соответствует примерно 2.2-2.3 вольта падения). При таких обстоятельствах качать две огромных пластины сотнями ампер тока при двух вольтах представляется не очень разумным решением. Гораздо лучше соединить несколько ячеек последовательно: тогда мы сможем увеличить рабочее напряжение и площадь электродов во много раз при том же токе. А теперь осталось только сообразить, что одна пластина электрода может быть с одной стороны катодом одной ячейки, а с другой — анодом другой. Короче, просто набираем бигмак из чередующихся кольцеобразными прокладками пластин. Больше пластин — больше напряжение при том же токе; больше площадь одной каждой пластины — больший ток при том же напряжении. Увеличение числа пластин увеличивает суммарное падение на них напряжения. На схеме всё понятно видно.
Теперь о практических нюансах постройки. Первое и самое главное: материал электродных пластин. Поскольку работать им предстоит в агрессивной среде (сильная щёлочь, электролитические реакции, температура 50-80 градусов), выбор — из доступного — только один, нержавеющая сталь. Но и тут не так просто, стали куча марок, и подходят далеко не все. Опытным (а также частично теоретическим и частично сравнительно-аналитическим — изучением описаний промышленных установок электролизной газосварки) путём была определена распространённая и подходящая сюда сталь: 12Х18Н10Т.
Буковки — металлы-добавки (хром, никель, титан); числа — обозначения их количества (0.12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, немного — до 1.5% — титана). Не суть важно, это довольно модная и частая сталь и её не очень трудно отыскать в листах размерами типа 1000*2000 мм (способ раскройки листа на пластины оставляю на усмотрение желающих повторить девайс). Её аналог — AISI 321 — тоже должна теоретически подходить. Не знаю, не пробовал. Безтитановая 08Х18Н10, например, ржавеет и окисляется, хотя, казалось бы, должна подходить вполне.
В каждой пластине необходимо проделать отверстия снизу и сверху на расстояниях чуть меньше диаметра прокладки друг от друга (но не менее 0.5-1 см от края прокладки) — для газообмена и для распределения электролита по ячейкам. Хватит где-то 5 мм сверла.
Не забыть припаять провода к внешним частям пластин перед сборкой.
Щёлочь. Подойдёт NaOH или KOH, желательно чистый, а не технический. Начинать с концентрации 10% по массе (в дистиллированной воде), дальше экспериментировать. Выше концентрация — выше ток, но больше пены.
Резиновые прокладки почти все из продающихся уже маслобензощелочестойкие. Я использовал о-ринги (кольца круглого сечения) где-то 130 мм диаметром. Их нужно на одну меньше чем пластин.
Стягивающие пластины. Требуется нечто очень слабо гнущееся и жёсткое. Идеально и классика постройки — толстое, двухсантиметровое оргстекло. В нём же можно проделать выводы и резьбу под газ и доп. топливный бачок. У меня не было оргстекла, я просто впаял медные трубки в последнюю нержавеющую пластину, а для стяжек использовал 27 мм фанеру.
Если все вышеназванные компоненты — сталь, прокладки, стяжки — есть, можно собрать их вместе, проверить небольшим поддувом давления — прокладки не должны выпячиваться и вообще не должно быть травления воздуха при давлении хотя бы 0.5-0.6 атм, залить щёлочь — и переходить к внешнему обвесу.
Перво-наперво следует сделать водный затвор. Водород-кислородная смесь, HHO, невероятно злая штуковина. Она с лёгкостью детонирует, да и сгорает весьма резво, не требуя притом никаких окислителей (кислород-то есть).
Если в процессе работы пламя почему-либо проскочит в шланги и дойдёт до электролизера — в лучшем случае по всему рабочему помещению будет размётана горячая щёлочь вперемешку с кусками прокладок. Но этого довольно легко избегнуть, поставив простую конструкцию, суть которой ясна из схемки. Пламя не имеет шанса проскочить вниз по пузырькам сквозь слой воды или иной жидкости, и таким образом проскока горения в сам девайс не произойдёт. Конструкция чуть менее, чем полностью собирается из сантехники из магазина метизов.
Далее следует озаботиться горелкой. В качестве сопла лучшее, что удалось найти — толстые цельнометаллические иглы (типа «Рекорд» и подобные) от советских многоразовых шприцов. Но поскольку идея использовать ещё и сам шприц как часть горелки — не самая лучшая, я просто оторвал носик шприца и припаял его к насадке на полноценную пропан-кислородную горелку. А далее следует важный момент. Ввиду уже упомянутого выше злобства
HHO в плане горения в целом и особенно его, горения, скорости, все возможные места в горелке следует плотно, утрамбовывая, забить спутанным мелким-мелким медным проводочком.
Я использовал несколько метров МГТФа (там жила порядка 0.07 и меньше), основательно перепутанного в медную кашицу, каковой забил почти весь «ствол» горелки и большую часть её носика. Это почти наверняка предотвратит проскок пламени в шланги даже при неправильном выключении (а совсем наверняка — при случайном таки проскоке — защитит уже гидрозатвор). Пренебрегать объёмом и количеством этой медной мотни очень не рекомендую. И начинаться она должна от почти что самого сопла горелки. Мелочи вроде шлангов, соединений, подводки манометра подробно расписывать не буду, они делаются из того что под рукой. Хорошо себя зарекомендовали виниловые и силиконовые медицинские трубки, их легко найти нужного, налезающего на стандартные сантехнические медные трубки диаметра.
Питание. В качестве питания всё просто, сколько_нужно вольт и 8-15 ампер. Я пока что использую ЛАТР и понижающий до 110 вольт трансформатор ОСМ-0,63 (600 ватт), после которых стоят диодный мост на 50 ампер (с запасом), фильтрующий электролит и амперметр для контроля тока. Потребляемое сейчас напряжение — 68 вольт, ток — 8-10А, соответственно мощность около 500-600 ватт. Если расширить устройство до где-то 140 пластин, станет возможным прямое сетевое бестрансформаторное включение, что приведёт девайс в состояние неимоверной крутости и что и планируется сделать, как только достану резиновые прокладки — ещё 110 штук.
Короче, если всё сделано, можно включать. Расписывать возможные косяки, которые могут проявиться, очень лень, здесь всё же сайт не с набором инструкций «сделай сам для чайников». Вкратце так. Во-первых, может быть пена. Пена означает грязный электролит, грязь на пластинах или переток/перегрев. Если грязь, ждём минут 20-30 на небольшом токе, пока не исчезнет. Если переток/перегрев, снижаем ток или даём остыть. Если грязный электролит — юзаем другую щёлочь и дистиллированую или хотя бы талую воду Далее, оно может плеваться щёлочью вместе с газом. Слишком большой уровень электролита, слить или дать поработать, пока не убавится. Давление не держится при закрытой горелке — где-то травит. Необходимо проверить. Если девайс подтекает щёлочью между пластин — надо выяснить где именно, посмотреть, заменить прокладку или пластину. Течь ничего нигде не должно, ни газом, ни жидкостью. Слишком слабый поток газа, пламя проскакивает в горелку или сжигает иглу-сопло — уменьшить диаметр сопла или увеличить мощность газовыделения. Кстати, при прогреве пластины могут прогибаться и замыкаться друг с другом — это надо отследить и положить между уголками что-нибудь.
Проверять на горение рекомендую не в помещении (а то ещё ебанёт, простите мой французский, и будет всё в щёлочи). Я вытаскивал на улицу, когда убедился в безопасности — занёс назад внутрь. Если всё сделано верно, на конце иглы загорится либо бледное жёлто-розоватое, либо довольно яркое жёлтое (последнее означает пробравшийся в пары натрий) пламя длиною несколько сантиметров, почти бесшумное, очень плохо задуваемое. Экспериментируя с подводимой мощностью, концентрацией электролита и диаметрами игл-сопел можно добиваться довольно интересных результатов. Кстати, это пламя горит под водой. Стекло лампочки прожигает влёт, более толстое стекло — раскаляет добела и кипятит. Тонкое железо кипятит, более толстое греет докрасна и добела. Плавит (но с трудом) кварцевое стекло. На видео можно посмотреть, что и как оно умеет.
Простейшая примочка к этой электролизной горелке — обогатитель. Само по себе водород-кислородное пламя довольно жёсткое и не очень удобно для прогрева больших деталей, к тому же сильно окислительное. Если прогнать предварительно газ HHO через слой бензина, например, он обогатится его испарениями, которые, сгорая дадут дополнительную мощность пламени, и сделают его обогащённым. Обогащённое пламя имеет характерную кинжальную форму, большую мощность и размер, и характерный углеводородный сине-белый цвет. У меня обогатитель повторяет по конструкции гидрозатвор (только налит бензин вместо воды), и поэтому, поскольку они стоят вместе, можно плавно регулировать степень насыщенности пламени. С обогащённым пламенем виден истинный размер струи — около 30 сантиметров (в то время как с быстро сгорающим HHO видны от силы 5-7 см).
И пара внешних ссылок по теме на помогшие ресурсы. https://patlah.ru/etm/etm-04/svarka/gaz-svarka/gaz-elektroliz-svarka/gaz-elektroliz-svarka.htm https://igrushka.kz/slabo/ogovod.shtml
Поделиться в соц. сетях
Метки отсутствуют.
Ячейки генератора
Чаще всего при создании водородного генератора используют цилиндрическую форму исполнения модулей. Электроды в такой конструкции выполнены немного по другой схеме.
Отверстие, из которого выходит водород, должно быть дополнительно оборудовано специальным штуцером. Его фиксируют креплением либо вклеивают. Готовая ячейка генерации водорода встраивается в корпус отопительного прибора и заделывается со стороны верха (в этом случае можно также использовать эпоксидную смолу).
О водородной ячейке Мейера
Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.
Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:
Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе https://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Для изготовления ячейки Мейера потребуется:
- цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
- трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
- провода, изоляторы.
Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.
Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра
Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.
Принципиальная схема включения электролизера
Корпус прибора
Корпус водородного генератора для использования в домашних условиях выполняется довольно просто. Но использовать такую конструкцию для станций высокой мощности не получится, так как он просто не выдержит оказываемой нагрузки.
Перед тем как установить внутрь готовую ячейку, корпус следует хорошо подготовить. Для этого нужно:
- создать подвод жидкости в нижней части корпуса;
- сделать верхнюю крышку, оснащенную удобным и надежным крепежом;
- выбрать хороший уплотнительный материал;
- установить на крышку электрический клеммник;
- оснастить крышку водородным коллектором.
Как самому сделать водородный сварочный аппарат?
Сварка водородом пригодится любому умельцу. Водородный резак является недешевым оборудованием. Кроме того, доступные в продаже аппараты зачастую оказываются непригодными для пайки мелких деталей, особенно для ювелирных изделий.
Выходом из этой ситуации является изготовление атомно-водородной сварки своими руками. Все детали, необходимые для создания такого прибора можно легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Итак, давайте рассмотрим, как это сделать в домашних условиях.
Основная емкость
Установка для сварки при помощи водорода.
Аппарат водородной сварки работает в результате горения водорода, благодаря диссоциации водного раствора щелочи.
Этот процесс осуществляется в емкости, для которой отлично подойдет пол литровая банка. Ее необходимо закрыть пластмассовой крышкой с двумя отверстиями, проделанными для вывода контактов от электродов.
Все выводы необходимо плотно загерметизировать. Для этих целей подойдет клей «Момент».
В качестве электродов можно использовать четырехсантиметровые полоски из нержавеющей стали. Для наибольшей производительности сварочного аппарата требуется задействовать весь объем жидкости.
Для этого пластины просверливаются по верхнему и нижнему краю и соединяются между собой диэлектрическими шпильками. На получившемся блоке делаются клеммы: два минуса, расположенные по краям, и полюс между ними.
Каждая клемма загибается и фиксируется на емкости болтом. На эти болты будут накидываться клеммы от источника питания.
Емкость необходимо заполнить с помощью шприца рабочей жидкостью через штуцер отвода газов. Электролит представляет собой 8-10% смесь гидроокиси натрия в дистиллированной воде. При работе электролизера температура рабочей жидкости щелочного раствора обычно не превышает 80 °С.
Гидродозатором выступает второй сосуд. В нем газы насыщаются парами горючих веществ. Затем полученная смесь направляется в третью емкость, наполненную обычной водой. Она выполняет функцию затвора для выхода газов.
В качестве сопла, через которое буду выходить кислород, водород и горючие вещества, может быть использована обычная медицинская игла.
Источник тока для атомно-водородной сварки
В качестве источника тока может использоваться обычный аккумулятор на 12 вольт. Этот вариант отлично подойдет для работы с металлом фиксированной толщины.
Его недостатком является отсутствие возможности контроля силы пламени горелки, так как ее производительность определяется выработкой водорода и кислорода, зависящей от силы тока.
Выбор зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов будет более предпочтительным. Для работы с тонкими металлическими пластинами или ювелирными изделиями зарядку можно настроить на 3 вольта.
Запитать кислородом водородную сварку можно от обычной сети в 220 В, что позволяет использовать данный аппарат в домашних условиях.
Обменная камера
Принципиальная схема аппарата водородной сварки.
Для отбора водорода и кислорода, подаваемого в горелку, используется еще одна емкость – обменная камера.
Внутри нее необходимо проделать 3 отверстия:
- для заправки рабочей жидкостью;
- снизу штуцер для подачи рабочей жидкости в основную емкость;
- штуцер для подачи газовой смеси на сопло.
Конструкцию дополнительной емкости также необходимо тщательно загерметизировать. Через водородные затворы водородного генератора не должны просачиваться газы и жидкость. Это также решается с помощью «Момента».
Изготовление горелки
Для изготовления горелки можно использовать обычный резиновый шланг. Именно по нему водород и кислород будут транспортироваться от обменной камеры к соплу. В качестве сопла можно применить иглу от шприца или капельницы. Последняя будет более предпочтительным выбором, так как стенки этой иглы толще.
Шланг необходимо плотно закрепить со штуцером обменной камеры и основанием иглы. Это достигается при помощи хомутов. После завершения всех операций по сборке аппарата можно приступать к его испытанию.
Электролиз рабочей жидкости начинается быстро. Уже через несколько минут можно будет поджечь пламя на конце сопла. Регулировка пламени осуществляется изменением напряжения на аппарате.
Финальный этап
В конце работы мастер сможет получить качественный и надежный водородный генератор для отопительной системы частного дома. Далее останутся лишь финальные штрихи:
- установить готовую топливную ячейку в главный корпус устройства;
- подключить электроды к клеммнику крышки прибора;
- штурец, установленный на отверстии выхода водорода, следует подсоединить к водородному коллектору;
- крышка накладывается сверху на корпус устройства и фиксируется через уплотнитель.
Теперь водородный генератор полностью готов к работе. Владелец частного дома может смело подключать воду и дополнительные модули для комфортного обогрева частного дома.
Устройство и принцип работы генератора водорода
Заводской генератор водорода представляет собой внушительный агрегат
Использовать водород в качестве топлива для обогрева загородного дома выгодно не только по причине высокой теплотворной способности, но и потому, что в процессе его сжигания не выделяется вредных веществ. Как все помнят из школьного курса химии, при окислении двух атомов водорода (химическая формула H2 – Hidrogenium) одним атомом кислорода, образуется молекула воды. При этом выделяется в три раза больше тепла, чем при сгорании природного газа. Можно сказать, что равных водороду среди других источников энергии нет, поскольку его запасы на Земле неисчерпаемы — мировой океан на 2/3 состоит из химического элемента H2, да и во всей Вселенной этот газ наряду с гелием является главным «строительным материалом». Вот только одна проблема — для получения чистого H2 надо расщепить воду на составляющие части, а сделать это непросто. Учёные долгие годы искали способ извлечения водорода и остановились на электролизе.
Схема работы лабораторного электролизёра
Этот способ получения летучего газа заключается в том, что в воду на небольшом расстоянии друг от друга помещаются две металлические пластины, подключённые к источнику высокого напряжения. При подаче питания высокий электрический потенциал буквально разрывает молекулу воды на составляющие, высвобождая два атома водорода (HH) и один — кислорода (O). Выделяющийся газ назвали в честь физика Ю. Брауна. Его формула — HHO, а теплотворная способность — 121 МДж/кг. Газ Брауна горит открытым пламенем и не образует никаких вредных веществ. Главное достоинство этого вещества в том, что для его использования подойдёт обычный котёл, работающий на пропане или метане. Заметим только, что водород в соединении с кислородом образует гремучую смесь, поэтому потребуются дополнительные меры предосторожности.
Схема установки для получения газа Брауна
Генератор, предназначенный для получения газа Брауна в больших количествах, содержит несколько ячеек, каждая из которых вмещает в себя множество пар пластин-электродов. Они установлены в герметичной ёмкости, которая оборудована выходным патрубком для газа, клеммами для подключения питания и горловиной для заливки воды. Кроме того, установка оборудуется защитным клапаном и водяным затвором. Благодаря им устраняется возможность распространения обратного пламени. Водород горит только на выходе из горелки, а не воспламеняется во все стороны. Многократное увеличение полезной площади установки позволяет извлекать горючее вещество в количествах, достаточных для различных целей, включая обогрев жилых помещений. Вот только делать это, используя традиционный электролизёр, будет нерентабельно. Проще говоря, если потраченное на добычу водорода электричество напрямую использовать для отопления дома, то это будет намного выгоднее, чем топить котёл водородом.
Водородная топливная ячейка Стенли Мейера
Выход из сложившейся ситуации нашёл американский учёный Стенли Мейер. Его установка использовала не мощный электрический потенциал, а токи определённой частоты. Изобретение великого физика состояло в том, что молекула воды раскачивалась в такт изменяющимся электрическим импульсам и входила в резонанс, который достигал силы, достаточной для её расщепления на составляющие атомы. Для такого воздействия требовались в десятки раз меньшие токи, чем при работе привычной электролизной машины.
Видео: Топливная ячейка Стенли Мейера
За своё изобретение, которое могло бы освободить человечество от кабалы нефтяных магнатов, Стенли Мейер был убит, а труды его многолетних изысканий пропали неизвестно куда. Тем не менее сохранились отдельные записи учёного, на основании которых изобретатели многих стран мира пытаются строить подобные установки. И надо сказать, небезуспешно.
Преимущества газа Брауна как источника энергии
- Вода, из которой получают HHO, является одним из наиболее распространённых веществ на нашей планете.
- При сгорании этого вида топлива образуется водяной пар, который можно обратно конденсировать в жидкость и повторно использовать в качестве сырья.
- В процессе сжигания гремучего газа не образуется никаких побочных продуктов, кроме воды. Можно сказать, что нет более экологичного вида топлива, чем газ Брауна.
- При эксплуатации водородной отопительной установки выделяется водяной пар в количестве, достаточном для поддержания влажности в помещении на комфортном уровне.
Вам также может быть интересен материал о том, как соорудить самостоятельно газовый генератор:
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.
Видео: Как правильно обустроить водородное отопление
Правила использования устройства
Водородная ювелирная горелка для дома должна обладать дополнительными встроенными модулями. Особо важен модуль подачи воды, который совмещается с датчиком уровня воды, встроенным в сам генератор водорода. Самые простые модели представляют собой водяной насос и контроллер управления. Насос управляется контроллером через сигнал датчика в зависимости от количества жидкости, находящейся в топливной ячейки.
Вспомогательные элементы очень важны для любой конструкции отопления. Без автоматических модулей контроля и защиты генератор на водородной основе использовать запрещено и даже опасно.
Специалисты советуют приобрести специальную систему, регулирующую частоту подаваемого электрического тока и уровня напряжения. Это важно для нормального функционирования рабочих электродов внутри топливной ячейки. Также в модуле должен находиться стабилизатор напряжения и защита от перегрузки током.
Водородный коллектор представляет собой трубку, в которую встроен специальный вентиль, манометр и обратный клапан. От коллектора водород подается в помещение посредством специального обратного клапана.
Манометр и водородный коллектор – очень важные детали в водородном генераторе, с помощью которых осуществляется равномерное распределение газа по помещению и контролируется общий уровень давления.
Любой потребитель должен помнить, что водород остается взрывоопасным газом с высокой температурой сгорания. Именно по этой причине просто взять и наполнить конструкцию отопительного прибора водородом запрещается.
Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома
Приступая к изготовлению водородной топливной ячейки, надо обязательно изучить теорию процесса образования гремучего газа. Это даст понимание происходящего в генераторе, поможет при настройке и эксплуатации оборудования. Кроме того, придётся запастись необходимыми материалами, большинство из которых будет нетрудно найти в торговой сети. Что же касается чертежей и инструкций, то мы постараемся раскрыть эти вопросы в полном объёме.
Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи
Самодельная установка для получения газа Брауна состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для их питания, водяного затвора и соединительных проводов и шлангов. В настоящее время существует несколько схем электролизёров, использующих в качестве электродов пластины или трубки. Кроме того, в Сети можно найти и установку так называемого сухого электролиза. В отличие от традиционной конструкции, в таком аппарате не пластины устанавливаются в ёмкость с водой, а жидкость подаётся в зазор между плоскими электродами. Отказ от традиционной схемы позволяет значительно уменьшить габариты топливной ячейки.
В работе можно использовать чертежи и схемы рабочих электролизёров, которые можно адаптировать под собственные условия.
Выбор материалов для строительства генератора водорода
Для изготовления топливной ячейки практически никаких специфичных материалов не требуется. Единственное, с чем могут возникнуть сложности, так это электроды. Итак, что надо подготовить перед началом работы.
- Если выбранная вами конструкция представляет собой генератор «мокрого» типа, то понадобится герметичная ёмкость для воды, которая одновременно будет служить и корпусом реактора. Можно взять любой подходящий контейнер, главное требование — достаточная прочность и газонепроницаемость. Разумеется, при использовании в качестве электродов металлических пластин лучше использовать прямоугольную конструкцию, к примеру, тщательно загерметизированный корпус от автомобильного аккумулятора старого образца (чёрного цвета). Если же для получения HHO будут применяться трубки, то подойдёт и вместительная ёмкость от бытового фильтра для очистки воды. Самым же лучшим вариантом будет изготовление корпуса генератора из нержавеющей стали, например, марки 304 SSL.
Электродная сборка для водородного генератора «мокрого» типа
При выборе «сухой» топливной ячейки понадобится лист оргстекла или другого прозрачного пластика толщиной до 10 мм и уплотнительные кольца из технического силикона.
Трубки или пластины из «нержавейки». Конечно, можно взять и обычный «чёрный» металл, однако в процессе работы электролизёра простое углеродистое железо быстро корродирует и электроды придётся часто менять. Применение же высокоуглеродистого металла, легированного хромом, даст генератору возможность работать длительное время. Умельцы, занимающиеся вопросом изготовления топливных ячеек, длительное время занимались подбором материала для электродов и остановились на нержавеющей стали марки 316 L. К слову, если в конструкции будут использоваться трубки из этого сплава, то их диаметр надо подобрать таким образом, чтобы при установке одной детали в другую между ними был зазор не более 1 мм. Для перфекционистов приводим точные размеры: — диаметр внешней трубки — 25.317 мм; — диаметр внутренней трубки зависит от толщины внешней. В любом случае он должен обеспечивать зазор между этими элементами равный 0.67 мм.
От того, насколько точно будут подобраны параметры деталей водородного генератора, зависит его производительность
Заметим, что полированные трубки использовать не рекомендуется. Наоборот, специалисты рекомендуют обработать детали наждачной бумагой для получения матовой поверхности. В дальнейшем это будет способствовать увеличению производительности установки.
Инструменты, которые потребуются в процессе работы
Прежде чем приступить к постройке топливной ячейки, подготовьте такие 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.
Кроме того, если вы будете самостоятельно заниматься постройкой ШИМ-генератора, то для его наладки потребуется осциллограф и частотомер. В рамках данной статьи мы этот вопрос поднимать не будем, поскольку изготовление и настройка импульсного блока питания лучше всего рассматривается специалистами на профильных форумах.
Как определить качество установки?
Самостоятельно создать качественную и безопасную отопительную установку для дома — трудная задача, с которой справляются не все. Например, даже при рассмотрении металла, из которого состоят трубы прибора и электродные пластины, уже можно столкнуться с большим количеством трудностей.
Время службы встроенных электродов напрямую зависит от типа металла и его основных свойств. Конечно же, можно применять ту же нержавейку, но эксплуатация таких деталей будет недолгой. Температура водородной горелки должна быть в районе 5000 К.
Особое значение играют и замеры. Все расчеты следует проводить как можно точнее, учитывая требуемую мощность, качество поступающей воды и другие критерии. Если величина отверстия между электродами не будет совпадать с расчетами, то водородный генератор может и вовсе не запуститься.
Применение метода
Газопламенная сварка осуществляется за счет горения газообразной смеси. Самой часто используемой является ацетиленовая сварка. Она основана на окислении карбида в воде.
Если необходима небольшая температура, например, для работы с мелкими деталями или тонким металлом, используется пропан. Он подается из баллона в смесительную камеру, а затем в горелку.
В эту же камеру подается кислород, поддерживающий горение газа. Регулируя давление кислорода можно достичь температуры горения до 3000 градусов, что позволяет осуществлять не только сварку, но и резку металла.
Недостатком этой технологии является необходимость использование баллона с газом. Это накладывает ограничения на применение сварки во многих сложных условиях.
Агрегат для водородной сварки.
Принцип работы водородной сварки основан на процессе разделения воды на водород и кислород. В результате последующей рекомбинации одноатомного водорода в двухатомный происходит высвобождение энергии, ускоряющей сварку.
Область сварки оказывается защищенной водородом от кислорода, что исключает окисление поверхности и обеспечивает гладкие швы.
Использовать водородные баллоны для сплава опасно. Его утечка в замкнутых помещениях может привести к удушью или головокружению. Также он является взрывоопасным.
Производство водорода, необходимого для работы сварочного аппарата, осуществляется непосредственно на месте проведения сварочных работ в электролизной камере. Это исключает указанные риски при правильном использовании оборудования и соблюдении техники безопасности.
Водородная сварка широко применяется в сложных условиях: тоннелях, шахтах, коллекторах. Использовать в таких задачах пропилен-ацетиленовые баллоны невозможно из-за высокого риска утечки смеси и ее взрыва.
Электролизное оборудование лишено этих недостатков и широко применяется в указанных областях.
Использовать водородные сварочные аппараты достаточно просто. Они не требуют частой перезарядки и быстро выходят на рабочие температуры.
Кроме того, они могут работать от бытовой сети, что делает их весьма привлекательными для простого пользователя. Особенно учитывая то, что водородная сварка может быть изготовлена своими руками по одной из многочисленных схем электролизера для сварки доступной в интернете.
