Водород из воды своими руками. Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

⁰

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

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

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

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

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

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

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

Обозначения:

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

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

Обозначения:

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

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

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
Изготовление топлива для ракетных двигателей.
Создание удобрений.
Производство нитрида водорода (аммиака).
Синтез азотной кислоты.
В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
Обработка металла (сварка и резка).
Восстановление металлов.
Синтез метилового спирта
Изготовление соляной кислоты.

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

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

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

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

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

Обозначения:

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

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

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

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

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

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

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

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

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

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

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

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Смотря по тому, для каких целей он вам понадобился, генератор водорода, по большому счету, сейчас можно приобрести и в магазине. Но зачастую промышленные варианты таковы, что идеально приспособить их под свои нужды с высокой вероятностью не получится. Модельный выбор весьма ограничен, да и характеристики, в особенности КПД, не позволяют говорить об эффективном использовании. Вдобавок к этому, цена данных изделий, тем более, если речь идет о предназначенных для применения в системе отопления дома, тенденцией к снижению хотя бы до среднего уровня не отличается.

Почему и появилось в сетевых просторах обилие предложений и практических рекомендаций по тому, как сделать такое устройство своими руками, притом в домашних условиях. Каждый автор нередко старается добавить что-то свое, поместить совет по тому или иному нюансу. Многие описывают собственный путь построения доморощенного прибора, внедрения его в топливную систему автомобиля, схему отопления дома и т. п. Так или иначе, дельность любых рекомендаций реально подтвердить лишь на своем опыте. Большинство советов можно сгруппировать в несколько основных тем:

поиск схемы, позволяющей с наименьшими затратами и с наибольшей эффективностью вырабатывать газ;
подбор материалов, из которых должны изготовляться составные части устройства;
выбор реагентов, применяемых для гидролиза;
геометрические, электрические и другие параметры компонентов (требования к размерам элементов, источнику питания и т. п.).

Простые самодельные схемы

Если не брать в расчет изощренные и трудновоспроизводимые в домашних условиях агрегаты, а ограничится подручными средствами и материалами, которые можно подыскать не выходя из дома, то выясняется, что сделать своими руками компактный, но эффективный генератор водорода не является неразрешимой задачей. Одна из самых простых схем включает доступные практически каждому компоненты. Вот эти вещи, которые запросто могут заваляться и у вас дома:

источник питания (12 В, 1–2 А);
стеклянная банка с завинчивающейся металлической крышкой (~0,5 л);
бутылка из пластика (~1,0 л);
прямоугольная линейка из пластмассы (10–15 см);
бритвенные лезвия (пластинчатые, такие бывают в прямоугольных кассетах по 10 шт.);
пара медицинских систем-капельниц;
соединительные провода (из меди, небольшого сечения);
вода и поваренная соль.

Чтобы своими руками сделать из этого набора предметов генератор водорода, потребуется незамысловатый инструмент, как-то канцелярский нож, наждачная бумага, паяльник с соответствующими материалами для пайки, заправленный клеевой пистолет. Начать следует с подготовки лезвий, заключающейся в односторонней зачистке их по неострым краям (2–3 мм) и лужении. Затем на линейку необходимо равномерно (через 3–4 мм) нанести засечки-пазы. В них будут размещены лезвия.

Следует иметь в виду, что увеличение расстояния между пазами повлечет за собой больший ток потребления и, соответственно, потребуется мощнее и источник питания.

Каждое лезвие должно располагаться перпендикулярно основной плоскости линейки. Они фиксируются на ней при помощи клея так, чтобы исключался электрический контакт. Визуально получается своеобразная ребристая батарея отопления в миниатюре. После того как клей подсохнет, необходимо дополнить полученную конструкцию проводными соединениями. Попросту говоря, требуется подсоединить к одному проводу все нечетные лезвия, а к другому – все четные (подобно тому, как это производится с пластинами внутри аккумуляторов).

Далее, в металлической крышке следует выполнить отверстия под эту пару питающих проводов, и еще одно, побольше – под выход водорода (диаметр уточняется по размеру фильтра капельницы, который и будет вмонтирован в крышку). Линейку с лезвиями можно закрепить здесь же, на свободной внутренней плоскости крышки. Все сделанные отверстия после пропускания через них проводов и капельницы необходимо залить клеем, зафиксировав данные элементы. Так, чтобы крышка после завинчивания закрывала объем банки совершенно герметично.

Пластиковую бутылку необходимо оборудовать так, чтобы она выполняла функцию барботера-гидрозатвора (их может быть и больше одного). Шланг от стеклянной банки, пропущенный через крышку, должен почти достигать дна бутылки. Соответственно, второй шланг для отведения водорода располагается в верхней части. Место пропускания соединителей в крышке также должно быть загерметизировано.

Теперь нужно налить воды в бутылку (не до самого верха) и банку, насыпать в последнюю несколько ложек соли и размешать. После этого остается плотно закрыть крышки и приступить к тестированию этого созданного своими руками мини-генератора. Вскоре после включения источника питания в сеть вы сможете наблюдать процесс гидролиза и выделение водорода. Его должно быть достаточно, чтобы при поднесении зажженной зажигалки к кончику иглы, расположенной на выходном шланге, пламя подхватилось этой маленькой горелкой. Разумеется, это всего лишь макет, демонстрирующий принципиальную возможность создать в домашних условиях такой прибор.

Для серьезных целей типа отопления дома или газорезки металла вам, конечно, потребуется его масштабировать. Вместо лезвий взять более крупные полноценные пластины, вместо банки с бутылкой соответствующие емкости и т. д. Другие популярные схемы, которые также можно сделать своими руками в домашних условиях (в крайнем случае в гаражных), в принципиальном устройстве все аналогичны описанной. Могут браться емкости разной формы и из различных материалов, в качестве реактивов могут выступать соединения металлов, щелочи и кислоты и т. п. Словом, простора для экспериментов предостаточно.

Куда направить

В зависимости от того, какие цели вы себе поставите, как тонко и глубоко освоите предложенные умельцами к выполнению своими руками схемы, насколько зайдете в своих экспериментах далеко, зависит то, как и где можно будет применять результаты вашего труда. В целом основных направлений несколько:

газорезка металла;
обогащение топлива в автомобиле;
отопление в доме.

Практика отчаянных автомобилистов показывает, что данные устройства, в том числе сделанные своими руками, могут быть весьма эффективны как в плане экономии топлива, так и в части снижения уровня вредных веществ в выхлопах. А в последнее время на просторах блогов и форумов горячо обсуждается и довольно новое применение таким изделиям – в системах отопления. Это находит воплощение, преимущественно, как дополнение к основным приборам.

Например, теплый пол или стены. Создавая своими руками в домашних условиях такой прибор, как генератор водорода, потрудитесь позаботиться об элементарных правилах безопасности. Если он предназначается для системы отопления, то должен рассчитываться на круглосуточную эксплуатацию. В особенности это актуально, если вы решите использовать в качестве реагентов небезобидные химические соединения.

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

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 H 2 – 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 H 2 , да и во всей Вселенной этот газ наряду с гелием является главным «строительным материалом». Вот только одна проблема - для получения чистого H 2 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

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.

Электрическая схема ШИМ-регулятора Схема единичной пары электродов, используемых в топливной ячейке Мейера Схема ячейки Мейера Электрическая схема ШИМ-регулятора Чертёж топливной ячейки
Чертёж топливной ячейки Электрическая схема ШИМ-регулятора Электрическая схема ШИМ-регулятора

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
ШИМ-генератор. Правильно собранная электрическая схема позволит в нужных пределах регулировать частоту тока, а это напрямую связано с возникновением резонансных явлений. Другими словами, чтобы началось выделение водорода, надо будет подобрать параметры питающего напряжения, поэтому сборке ШИМ-генератора уделяют особое внимание. Если вы хорошо знакомы с паяльником и сможете отличить транзистор от диода, то электрическую часть можно изготовить самостоятельно. В противном случае можно обратиться к знакомому электронщику или заказать изготовление импульсного источника питания в мастерской по ремонту электронных устройств.
Импульсный блок питания, предназначенный для подключения к топливной ячейке, можно купить в Сети. Их изготовлением занимаются небольшие частные компании в нашей стране и за рубежом.
Электрические провода для подключения. Достаточно будет проводников сечением 2 кв. мм.
Бабблер. Этим причудливым названием умельцы обозвали самый обычный водяной затвор. Для него можно использовать любую герметичную ёмкость. В идеале она должна быть оборудована плотно закрывающейся крышкой, которая при возгорании газа внутри будет мгновенно сорвана. Кроме того, рекомендуется между электролизёром и бабблером устанавливать отсекатель, который будет препятствовать возвращению HHO в ячейку.
Конструкция бабблера
Шланги и фитинги. Для подключения генератора HHO понадобятся прозрачная пластиковая трубка, подводящий и отводящий фитинг и хомуты.
Гайки, болты и шпильки. Они понадобятся для крепления частей электролизёра между собой.
Катализатор реакции. Для того чтобы процесс образования HHO шёл интенсивнее, в реактор добавляют гидроксид калия KOH. Это вещество можно без проблем купить в Сети. На первое время будет достаточно не более 1 кг порошка.
Автомобильный силикон или другой герметик.

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.

Обратите внимание на статью, в которой приведены другие источники энергии, которую можно использовать для обустройства отопления дома:

Инструкция: как сделать водородный генератор своими руками

Для изготовления топливной ячейки возьмём наиболее совершенную «сухую» схему электролизёра с использованием электродов в виде пластин из нержавеющей стали. Представленная ниже инструкция демонстрирует процесс создания водородного генератора от «А» до «Я», поэтому лучше придерживаться очерёдности действий.

Схема топливной ячейки «сухого» типа

Изготовление корпуса топливной ячейки. В качестве боковых стенок каркаса выступают пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Надо понимать, что размер аппарата напрямую влияет на его производительность, однако, и затраты на получение HHO будут выше. Для изготовления топливной ячейки оптимальными будут габариты устройства от 150х150 мм до 250х250 мм.
В каждой из пластин просверливают отверстие под входной (выходной) штуцер для воды. Кроме того, потребуется сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для соединения элементов реактора между собой.
Изготовление боковых стенок
Воспользовавшись угловой шлифовальной машиной, из листа нержавеющей стали марки 316L вырезают пластины электродов. Их размеры должны быть меньше габаритов боковых стенок на 10 – 20 мм. Кроме того, изготавливая каждую деталь, необходимо оставлять небольшую контактную площадку в одном из углов. Это понадобится для соединения отрицательных и положительных электродов в группы перед их подключением к питающему напряжению.
Для того чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку надо обработать мелкой наждачной бумагой с обеих сторон.
В каждой из пластин сверлят два отверстия: сверлом диаметром 6 - 7 мм - для подачи воды в пространство между электродами и толщиной 8 - 10 мм - для отвода газа Брауна. Точки сверлений рассчитывают с учётом мест установки соответствующих подводящих и выходного патрубков.
Вот такой комплект деталей необходимо подготовить перед сборкой топливной ячейки
Начинают сборку генератора. Для этого в оргалитовые стенки устанавливают штуцеры подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательно герметизируют при помощи автомобильного или сантехнического герметика.
После этого в одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают шпильки, после чего начинают укладку электродов.
Укладку электродов начинают с уплотняющего кольца
Обратите внимание: плоскость пластинчатых электродов должна быть ровной, иначе элементы с разноимёнными зарядами будут касаться, вызывая короткое замыкание!
Пластины нержавеющей стали отделяют от боковых поверхностей реактора при помощи уплотнительных колец, которые можно сделать из силикона, паронита или другого материала. Важно только, чтобы его толщина не превышала 1 мм. Такие же детали используют в качестве дистанционных прокладок между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки отрицательных и положительных электродов были сгруппированы в разных сторонах генератора.
При сборке пластин важно правильно ориентировать выходные отверстия
После укладки последней пластины устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывают второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию скрепляют при помощи шайб и гаек. Выполняя эту работу, обязательно следят за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.
При финальной затяжке обязательно контролируют параллельность боковых стенок. Это позволит избежать перекосов
При помощи полиэтиленовых шлангов генератор подключают к ёмкости с водой и бабблеру.
Контактные площадки электродов соединяют между собой любым способом, после чего к ним подключают провода питания.
Собрав несколько топливных ячеек и включив их параллельно, можно получить достаточное количество газа Брауна
На топливную ячейку подают напряжение от ШИМ-генератора, после чего производят настройку и регулировку аппарата по максимальному выходу газа HHO.

Для получения газа Брауна в количестве, достаточном для отопления или приготовления пищи, устанавливают несколько генераторов водорода, работающих параллельно.

Видео: Сборка устройства

Видео: Работа конструкции «сухого» типа

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.

В процессе работы установки важно не перегревать генератор. При повышении температуры до 65 градусов Цельсия и более электроды аппарата будут загрязняться побочными продуктами реакции, из-за чего производительность электролизёра уменьшится. Если же это всё-таки произошло, то водородную ячейку придётся разобрать и удалить налёт при помощи наждачной бумаги.

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.

Описание и принцип работы водородного генератора

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

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

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Обозначения:

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

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

Обозначения:

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

Сферы применения водородного генератора

Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
Изготовление топлива для ракетных двигателей.
Создание удобрений.
Производство нитрида водорода (аммиака).
Синтез азотной кислоты.
В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
Обработка металла (сварка и резка).
Восстановление металлов.
Синтез метилового спирта
Изготовление соляной кислоты.

Бытовое применение

Обозначения:

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

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

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

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Hydrogenium (Н2), «порождающий воду» - самый распространённый элемент мироздания. По утверждению учёных, на его долю приходится почти 90% всех атомов Вселенной. Водород, в ходе реакции термоядерного синтеза обеспечивающий энергией наше Солнце, может послужить прекрасным топливом и на Земле. Это единственное абсолютно безвредное, экологически чистое топливо: при сгорании газа он вступает в химическую реакцию с кислородом, а продуктом сгорания является дистиллированная вода. Hydrogenium - идеальное во всех отношениях топливо, которое прекрасно подходит в том числе для отопления дома. Причём под водородный котел отопления можно переоборудовать обычный газовый, внеся лишь небольшие изменения в его конструкцию. Одна беда: несмотря на распространённость водорода (мы сами наполовину из него состоим), на нашей планете в чистом виде он почти не встречается. В открытой продаже этого газа нет, где же его взять в достаточном количестве? Интернет даёт нам чёткий и ясный ответ: купить либо собрать самому генератор водорода для отопления дома.

Технологии получения чистого водорода

Существует множество технологий получения водорода. Упомянем лишь те из них, которые находят практическое применение вне стен лабораторий:

Химическая реакция воды с металлами. Топливом служит вода, реагентом - алюминиево-галлиевый сплав. 150 кг топливных элементов хватает, чтобы проехать 500 км на «водородомобиле», затем металл приходится извлекать и отправлять на восстановление, что требует воздействия высоких температур.
Конверсия природного газа, газификация угля, пиролиз древесины. Путём нагрева свыше 1000 ºС из углеводородов можно получить чистый водород для отопления дома.
Электролиз воды. Более эффективным является высокотемпературный электролиз.
Получение водорода из биомассы. Сырьём может служить навоз, сено, трава, водоросли и другие отходы сельскохозяйственного производства. Биогаз может содержать от 2 до 12% водорода.
«Мусорный» водород получают из бытовых отходов, подвергая их термическому разложению.

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.

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.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

Химическая реакция - 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 - при использовании энергии АЭС.
Электролиз от промышленной сети - 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
Производство из биомассы - 350 рублей.
Конверсия углеводородов - 200 рублей.
Высокотемпературный электролиз на АЭС - 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс - высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии - 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа - 50 000 кДж/кг. У водорода - намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость - 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница - поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления - электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.

Memento mori - пару слов о технике безопасности

Водород - горючий взрывоопасный газ. При этом не обладающий запахом, определить его утечку без специального оборудования невозможно. Обращение со столь опасным видом топлива требует особых мер безопасности. Необходимо периодически осуществлять проверку герметичности трубопроводов, накопительных резервуаров, исправность запорной арматуры. Генератор H2 - не такой простой прибор, как может показаться из коротких видеороликов. Это потенциальная бомба, которая может разнести ваш дом. Переоборудовать газовый под водородный котел отопления своими руками - также опасно.

Самодельный водородный котел отопления, кое-как переделанный из старого дровяного и генератор водорода для отопления дома, собранный на коленке и небезопасный. Авторы ролика говорят о необычайной эффективности установки, не называя никаких цифр и предлагая заказать у них аналогичную по сходной цене

Развенчиваем мифы о экономичности водородных котлов

Если экономические выкладки вас не убедили, и вы всё же решите поэкспериментировать с темой водородного отопления себе в убыток, настоятельно рекомендуем не заниматься самодеятельностью, а пригласить специалистов, имеющих опыт в данной сфере деятельности. Таких, кстати, в нашей стране очень немного.