Водородный котел отопления: устройство + принцип работы + критерии выбора

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

Плюсы и минусы отопления

Среди преимуществ, позволяющих использовать этот вид отопления в быту, служат следующие показатели:

1. Абсолютная экологичность – продукты распада воды (водород, кислород и пар) не влияют на состояние здоровья даже в процессе горения.
2. Максимальный уровень КПД, достигающий 96%, это гораздо выше того же угля, дизеля или природного газа.
3. Использование водорода как альтернативного источника энергоресурсов позволяет значительно экономить запасы исчерпаемых природных ресурсов, снижая их добычу в несколько раз.
4. Невысокая стоимость – для отопления жилых домов стоимость системы незначительна, а простота работы, основанная на примитивной химической реакции электролиза, позволяет собрать систему своими руками.

Из недостатков можно выделить всего три показателя:

1. Необходимость ежегодной замены металлических пластин – это необходимо для того, чтобы электролиз происходил с максимально высоким уровнем выработки водорода.
2. Дорогостоящее оборудование – покупка заводской установки обойдется в среднем около 35-40 тыс рублей.

Водородный котел отопления своими руками

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

Изготовление генератора

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

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

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

Изготовление котла

Создание водородного котла осуществляется следующим образом:

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

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.

Плазменные котлы

Устройства плазменного типа состоят из:

1. реактора. Он представляет собой стальную емкость, внизу которой находится медная пластина с вольфрамовыми электродами. Они утоплены в плазменное вещество;
2. генератора импульсов. Он производит и передает электрические импульсы на электроды;
3. теплообменника. В него поступает образованный внутри реактора пар. Этот элемент является цилиндрической емкостью со змеевиком. Последний наполнен теплоносителем;
4. катализатора. Внутри него плазма восстанавливает свои свойства. Он подключен к теплообменнику;
5. циркуляционного насоса. Находится между катализатором и реактором. Его задача – перегонять плазму внутри котла отопления.

Особенности отопления водородом

Данный вид обогрева был разработан итальянскими инженерами. Результатом их работы стал прибор, которые не только не выделял вредные вещества в атмосферу, но и практически не создавал шума. И для изготовления котла не требовалась жаропрочная стали или чугун, поскольку температура внутри агрегата была невысокой.

Как уже было сказано выше, в результате таких химических реакций вредные вещества в атмосферу не выделяются, а потому не требуется и сложная система их отвода. Да и получение сырья в настоящее время не представляет собой такой серьезной проблемы, как раньше. Что же касается расходов, то, помимо самого топлива, это обычно еще и электроэнергия для бесперебойной работы водородного котла.

Плюсы и минусы водородного отопления дома

Подобные системы отопления в последнее время становятся все более и более популярными, благодаря таким достоинствам, как:

• Отсутствие вредных выбросов в атмосферу.
• В низкотемпературных системах нет огня, так как тепло является результатом химической реакции. При соединении кислорода и водорода получается вода и тепло, которое и передается теплообменнику. В результате чего теплоноситель не нагревается выше сорока градусов по Цельсию, что является идеальной температурой для системы «теплый пол».
• Экономичность – больше сэкономить вам позволит только использование газовых котлов, но такой вид отопления далеко не всегда доступен в сельской местности даже сейчас.
• Кроме того, это позволяет в перспективе снизить расход таких не возобновляемых ресурсов, как газ или нефть.

Но минусы у водородного отопления тоже есть:

1. Лучше всего использовать только низкотемпературные варианты таких приборов, поскольку топливо является взрывоопасным веществом.
2. Непросто пока найти высококвалифицированного специалиста для грамотной установки и обслуживания таких устройств.

Устройство и принцип работы водородной установки для отопления дома

В результате реакции водорода и кислорода получается воды и выделяется значительное количество теплоты. Для такого процесса, характеризующегося высоким КПД (более 80 процентов), требуются большие емкости. Кроме того, нужно постоянно подключение к источнику воды, роль которого обычно играет водопроводная система дома; электричество для электрохимической реакции электролиза, наличия и постоянного обновления специальных катализаторов.

Данный процесс должен сопровождаться контролем со стороны человека и соблюдением все требований безопасности. Хотя таковых и гораздо меньше, чем в случае с газовым отоплением. Обычно требуется лишь периодический визуальный контроль процесса.

Если вы хотите создать подобную систему своими руками, то вам для этого, как минимум, понадобиться:

1. водородный генератор;
2. горелка;
3. котел.

Первое устройство необходимо для электролиза – разложения воды на компоненты, с использованием электричества и катализаторов. При помощи горелки создается открытое пламя. Котел же используется как теплообменное устройство. Все эти составляющие можно приобрести в магазинах, и собрать систему самостоятельно.

Генератор водорода также можно собрать самостоятельно. Для этого потребуется источник питания, обеспечивающий силу тока от 30А, бак для расположения всех конструкций, стальные трубки, тара для дистиллированной воды. Внутрь герметичной конструкции устанавливают платины из нержавеющей стали – причем чем их больше, тем больше водорода установка будет вырабатывать (но и электроэнергии на это будет расходоваться больше).

Поступающая в емкость вода под действием электрического тока расщепляется на водород и кислород, первый и направляется в котел с горелкой. Добавим, что если использовать ШИМ-генератор (вместо сети 220В), то эффективность прибора увеличивается.

Не забывайте о том, что в системе применяется только дистиллированная вода с примесью гидроксида натрия (раствор для приготовления которого берется 1 столовая ложка вещества на 10 литров жидкости). Если дистиллят достать проблематично, то можно использовать воду из-под крана. Главное убедится, что в такой жидкости не растворены тяжелые металлы.

Как видите, если грамотно подойти к проектированию и выбору материалов, то изготовить водородный котел самостоятельно – вполне возможно.

Домашние генераторы водорода

Как видно из предыдущего раздела, большинство технологических процессов по промышленному получению водорода связаны с воздействием высоких температур, что проблематично в домашних условиях. Рассмотрим водородные установки для отопления, доступные в частном хозяйстве:

Водород из навоза

Биогазовые установки, коих немало в Западной Европе, начинают появляться и у отечественных аграриев. Кустарные биогазовые реакторы, о которых рассказывают в интернете «мастера-очумелые ручки» не отличаются ни производительностью, ни стабильностью генерации. Эффективными являются лишь довольно сложные и недешёвые установки при условии стабильного поступления в них сырья. Это нереально осуществить на мелком частном подворье, но возможно в крепком фермерском хозяйстве. Водород является лишь побочным продуктом при производстве биогаза и, как правило, его не отделяют, сжигая вместе с метаном. Но при необходимости Н2 можно сепарировать.

Принципиальная схема биогазовой установки. Чтобы процесс выработки горючих газов был интенсивным, сырьё ферментируют и периодически перемешивают

Водород из воды

Электролизная водородная установка для отопления дома — единственное на сегодняшний день решение, доступное для частного дома. Электролизер компактен, прост в обслуживании, его можно установить в небольшом помещении. Сырьё для получения топлива — водопроводная вода. Есть ряд именитых производителей, которые предлагают подобные домашние генераторы водорода для отопления дома и заправки автомобиля. К примеру, с 2003 года компания Honda выпускает Home Energy Station, сегодня в продаже уже третье поколение. HES III снабжена солнечными панелями, может устанавливаться в гараже либо на улице.

Home Energy Station — весьма недешёвая установка, способная производить до 2 м2 водорода в час из природного газа либо электролизом воды. В состав станции входит риформер, топливные элементы, система очистки, компрессор и резервуар для хранения газа. Электроэнергия может поступать из сети либо вырабатываться солнечными панелями

Помимо «фирменного» оборудования, которое, кстати, официально в страны СНГ никто не поставляет, сегодня широко рекламируются генераторы Н2, произведенные нашими друзьями в Поднебесной либо таджикскими коллегами в отечественных гаражах. Уровень качества и производительность — разные, от никакого до условно приемлемого. Продавцы подобного оборудования, в отличие от более-менее честных японцев, не обещающих манны небесной, используют «грязные» рекламные технологии, откровенно обманывая потенциальных покупателей на предмет характеристик своего оборудования, продающегося по завышенным ценам.

Полукустарная установка для выработки водорода

На околостроительных интернет-форумах широко обсуждается отопление на водороде своими руками, предусматривающее самостоятельное изготовление электролизера. Это возможно и даже не очень сложно, если домашний мастер владеет азами электротехники и руки у него растут, откуда положено. Насколько эффективно и безопасно — отдельный вопрос.

Автор ролика подробно рассказывает об устройстве топливной ячейки для получения водорода, смонтированной в корпусе обычного фильтра для очистки воды. Установка реально действующая.

Другой вопрос, что получить топливо — это лишь часть задачи. Необходимо обеспечить его генерацию в нужных объёмах, отделить от кислорода и водяного пара, создать запас, обеспечить постоянное давление при подаче в теплогенератор.

Принципиальная схема полноценной установки для получения водорода. Как видно, одной «колбочкой с электродами» здесь не обойтись, нужны резервуары, конденсатор, компрессор. Если посчитать стоимость всего оборудования, получается недёшево

Особенности водородного генератора

Исходя из требований и квадратуры частного или муниципального сооружения, необходимо выбрать водородную горелку с оптимальным уровнем мощности, адаптированным под нужды конкретного помещения. Следует заметить, что максимально возможный показатель мощности генераторов равняется 6.

Получение водорода, по праву признанного самым экономичным видом топлива, возможно в любом количестве. Обязательным условием для этого является наличие электрической энергии, а также воды.

Основная задача техники – полноценное самостоятельное отопление помещений. Однако установки, работающие на основе водорода, могут отлично дополнять уже работающие системы обогрева дома. Следует только следить за тем, чтобы все элементы теплосистемы функционировали на уровне низких температур.

Также эти агрегаты используются для обогрева помещения с помощью теплых полов, которые в настоящее время легко собрать своими руками.

Принцип действия устройства

Процесс выработки тепла основан на электролизе воды в среде, насыщенной катализатором. Главное условие нормальной работоспособности, а также безопасности генератора в том, что в таких условиях вода не распадается на кислород и водород, сочетание которых может быть взрывоопасным.

Современные генераторы работают на выработку газа Брауна. Это совершенно невзрывоопасное вещество коричневатого или зеленого оттенка, называемое также водяным газом. После выработки и нагревания до 40 градусов он сразу идет на камеры сгорания, а конкретнее – в теплообменник. Там происходит его смешивание с воздушно-топливными элементами.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления. то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти

Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее

Особенности водородного генератора

Исходя из требований и квадратуры частного или муниципального сооружения, необходимо выбрать водородную горелку с оптимальным уровнем мощности, адаптированным под нужды конкретного помещения. Следует заметить, что максимально возможный показатель мощности генераторов равняется 6.

Получение водорода, по праву признанного самым экономичным видом топлива, возможно в любом количестве. Обязательным условием для этого является наличие электрической энергии, а также воды.

Основная задача техники – полноценное самостоятельное отопление помещений. Однако установки, работающие на основе водорода, могут отлично дополнять уже работающие системы обогрева дома. Следует только следить за тем, чтобы все элементы теплосистемы функционировали на уровне низких температур.

Также эти агрегаты используются для обогрева помещения с помощью теплых полов, которые в настоящее время легко собрать своими руками.

Принцип действия устройства

Процесс выработки тепла основан на электролизе воды в среде, насыщенной катализатором. Главное условие нормальной работоспособности, а также безопасности генератора в том, что в таких условиях вода не распадается на кислород и водород, сочетание которых может быть взрывоопасным.

Современные генераторы работают на выработку газа Брауна. Это совершенно невзрывоопасное вещество коричневатого или зеленого оттенка, называемое также водяным газом. После выработки и нагревания до 40 градусов он сразу идет на камеры сгорания, а конкретнее – в теплообменник. Там происходит его смешивание с воздушно-топливными элементами.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления. то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти

Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее

Заводские и самодельные установки

По смыслу водородные генераторы отопления, созданные своими руками, мало чем отличаются от аналогов, которые были произведены на заводе. Их принцип работы идентичен, единственным отличием является подбор материала, а также других комплектующих. Множество пользователей и сторонников водородного отопления сходятся в едином мнении, что создание системы своими руками это:

• выгодно – подбор материалов производится на свой выбор;
• удобно – можно сэкономить на незначительных элементах;
• просто – не нужно прибегать к помощи специалистов;
• надежно – ты сам отвечаешь за качество, что дает право выбора таких материалов, которые бы удовлетворяли все потребности.

Некоторые пользователи жалуются, что китайские агрегаты, которые более доступны в цене, ломаются уже после отопительного сезона. Причем их ремонт в большинстве случаев требует больших капиталовложений. В то время, как самодельная установка дает гарантию, что ее продуктивность будет на высшем уровне, а любые поломки устранятся также легко и быстро, как собиралась сама система.

Производители заводских отопительных систем на водороде

Среди наиболее популярных моделей заводских установок водородных генераторов можно выделить следующие:

1. МегаТанк100 – электрический генератор водорода, работающий от сети. Имеет несколько уровней систем защиты от замыкания и перегрева, что делает его работу более продуктивной и менее опасной. Его стоимость 55000 рублей, в зависимости от комплектации.
2. STAR-2000 – способен отапливать площадь около 250-300 квадратов, обладает экономичным потреблением энергии, однако имеет высокую цену – 230 000 рублей.
3. Kingkar – имеет высокие показатели, работает от сети, однако его стоимость превышает 100 000 рублей.
4. H2-2 – итальянский производитель, предоставляющий хороший генератор водорода, способный отапливать от 300 квадратных метров площади, минимизируя при этом расход энергии. Его цена около 250 000 рублей.
5. Free Energy – обладает многоуровневым датчиком регулирования давления и напряжения, но большинство процессов полностью автоматизированы. Стоит от 15 000 рублей до 35 000, в зависимости от предполагаемой обогреваемой площади и мощности.

Водородные котлы имеют одну отличительную особенность – тип питания. Среди наиболее популярных электрических, бывают также и газовые. От типа питания разнится устройство самого котла, а также его стоимость. Котлы, приспособленные под процесс электролиза с задействованием электричества наиболее экономичны, однако обладают повышенным уровнем опасности.

Отдельные моменты использования

Прежде всего, хотелось бы отметить, что традиционный метод сжигания природного газа или пропана в нашем случае не подойдёт, поскольку температура горения HHO превышает аналогичные показатели углеводородов в три с лишним раза. Как вы сами понимаете, такую температуру конструкционная сталь долго не выдержит. Сам Стенли Мейер рекомендовал использовать горелку необычной конструкции, схему которой мы приводим ниже.

Схема водородной горелки конструкции С. Мейера

Вся хитрость этого устройства заключается в том, что HHO (на схеме обозначено цифрой 72) проходит в камеру сжигания через вентиль 35. Горящая водородная смесь поднимается по каналу 63 и одновременно осуществляет процесс эжекции, увлекая за собой наружный воздух через регулируемые отверстия 13 и 70. Под колпаком 40 задерживается некоторое количество продуктов горения (водяного пара), которое по каналу 45 попадает в колонку горения и смешивается с горящим газом. Это позволяет снизить температуру горения в несколько раз.

Второй момент, на который хотелось бы обратить ваше внимание — жидкость, которую следует заливать в установку. Лучше всего использовать подготовленную воду, в которой не содержатся соли тяжёлых металлов. Идеальным вариантом является дистиллят, который можно приобрести в любом автомагазине или аптеке

Для успешной работы электролизёра в воду добавляют гидроксид калия KOH, из расчёта примерно одна столовая ложка порошка на ведро воды

Для успешной работы электролизёра в воду добавляют гидроксид калия KOH, из расчёта примерно одна столовая ложка порошка на ведро воды.

И третье, на чём мы делаем особое ударение — безопасность. Помните о том, что смесь водорода и кислорода не случайно назвали гремучей. HHO представляет собой опасное химическое соединение, которое при небрежном обращении может привести к взрыву. Соблюдайте правила безопасности и будьте особенно аккуратны, экспериментируя с водородом. Только в этом случае «кирпичик», из которого состоит наша Вселенная, принесёт тепло и комфорт вашему дому.

Надеемся, статья стала для вас источником вдохновения, и вы, засучив рукава, приступите к изготовлению водородной топливной ячейки. Разумеется, все наши выкладки не являются истиной в последней инстанции, однако, их вполне можно использовать для создания действующей модели водородного генератора. Если же вы хотите полностью перейти на этот вид отопления, то вопрос придётся изучить более детально. Возможно, именно ваша установка станет краеугольным камнем, благодаря которому закончится передел энергетических рынков, а дешёвое и экологичное тепло войдёт в каждый дом.