Устройство и подробный принцип работы
Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.
Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.
Рисунок 4. Конструкция простого электролизера
Проблемы изготовления рабочего генератора
Умельцы, планирующие изготовление рабочей установки, предполагают использовать водород как для отопления, так и для газосварочных работ, или в качестве автомобильного топлива. При изготовлении водородного генератора для отопления электродами выступают металлические пластины примерным количеством 30-70 штук. Размер пластин начинается от 10х15 см, материалом служит нержавеющая сталь.
Из пластин собирают блок, изолируя друг от друга резиновыми прокладками; блок помещают в герметичную емкость. Самодельной топливной ячейке для функционирования нужен водяной насос; его работа будет управляться датчиком уровня, установленным внутри генератора.
Сделать установку эффективной крайне сложно, так как придется столкнуться со следующими проблемами:
- Нержавейка, которую обычно используют для изготовления пластин, в качестве электродов проживет недолго; нужен сплав с никелем.
- Для эффективности генератора важны монтажные размеры. Нужны профессиональные расчеты всех параметров, от состава воды, до необходимой мощности. На работу устройства влияет даже величина зазора между электродами.
Многое зависит от качества металлаИсточник ytimg.com
- Сложно обеспечить безопасность работы. Здесь имеет значение герметичность емкости с электродами, всех шлангов, а также сечение провода от источника питания.
- Потребуется собрать схему управления рабочим напряжением и током; не обойтись без специального оборудования, например, частотомера и осциллографа.
Проблема водородного генератора в домашнем исполнении скрыта в экономическом вопросе. Дело в том, что, в отличие от идеальных условий, все преобразования идут с потерей энергии. К тому же не получится сжигать водород с максимальной температурой (3000°C), этого не выдержит ни один котел, и теплоотдача будет намного ниже заявленной.
Во время работы установка будет тратить больше электроэнергии, чем система получать тепловой мощности после сжигания выработанного газа. Генератор будет окупаться только, если будет доступ к бесплатной электроэнергии.
Вы потратите в 2-3 раза меньше средств, если установите электрический котел и будете отапливать жилье напрямую, без промежуточного генератора. Это намного более выгодное и безопасное решение, учитывая возможность взрыва водородного агрегата при неуважении правил монтажа и эксплуатации.
Один из вариантов пластин в домашних условияхИсточник ytimg.com
Об установке для отопления водородом в следующем видео:
Коротко о главном
Генератор водорода продуцирует газ при помощи процесса электролиза. Разработка считается перспективной, так как позволяет получить ценное горючее, водород, простым способом из обычной воды.
Основу электролизера составляют несколько металлических пластин. Их погружают в герметический резервуар, наполненный электролитом (водой с добавкой катализатора). Ток, пропущенный через раствор, расщепляет молекулы воды на водород и кислород; газы затем используются по назначению.
Обслуживание генераторов водорода
Оборудование подлежит тщательному уходу. Специалисты советуют придерживаться следующих советов:
- не улучшать и не изменять самостоятельно генератор даже при наличии профессионального инженерного чертежа;
- рекомендовано установить на оборудование специальные датчики температуры внутри теплообменника, что даст возможность контролировать процесс перегрева воды;
- запорную арматуру можно установить в горелку и подключить ее к датчику температурных показателей. Это даст прибору возможность нормально охлаждаться.
Самодельный генератор позволяет получить водород, но применяется он в основном для экспериментов и газосварки. Чтобы обогреть немалое строение, КПД аппарата попросту не хватит. И при этом не стоит забывать о низком КПД устройства, а также хлопотах и затратах при его сборке.
Возможно ли сделать бестопливный генератор энергии своими руками?
Как сделать металлоискатель своими руками, помощь новичкам
Что такое электролиз и где он применяется?
Что такое магнитный двигатель и как его сделать своими руками?
Как изготовить электронную печатную плату в домашних условиях?
Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия
Методы получения водорода
На уроках химии средней школы когда-то давались пояснения на тот счёт, как получить водород из обычной воды, вытекающей из под крана. Есть в химической сфере такое понятие – электролиз. Именно благодаря электролизу имеется возможность получать водород.
Простейшая водородная установка представляет собой некую ёмкость, заполненную водой. Под слоем воды размещаются два пластинчатых электрода. К ним подводится электрический ток. Так как вода является отличным проводником электрического тока, между пластинами устанавливается контакт с малым сопротивлением.
Проходящий сквозь малое водяное сопротивление ток способствует образованию химической реакции, в результате которой образуется водород.
Схема экспериментальной водородной установки, которая в прежние времена изучалась в программе средней школы на уроках химии. Как выясняется, для практики современных житейских потребностей уроки те не были лишними
Казалось бы, всё просто и остаётся совсем немного – собрать образовавшийся водород, чтобы применить его в качестве энергетика. Но в химии никогда не обходится без тонких деталей.
Так и здесь: если водород соединяется с кислородом, при определённой концентрации образуется взрывоопасная смесь. Этот момент является одним из критичных явлений, ограничивающих возможности построения достаточно мощных домашних станций.
Рекомендации по изготовлению
Зная технологию получения водородного топлива и обладая определенными навыками, в домашних условиях можно сделать водородный генератор своими руками. Сегодня существует несколько работоспособных схем, позволяющих создать такую установку. Причем в отличие от классического устройства, в самодельном электроды помещаются не в емкость с водой, а сама жидкость поступает в зазоры между пластинами. Перед началом проведения работ по изготовлению водородной установки своими руками следует внимательно изучить чертежи.
Выбор материалов
Чаще всего домашние мастера сталкиваются с проблемой выбора электродов. С созданием топливной ячейки ситуация более простая и сегодня существует два основных типа генераторов водорода — «мокрый» и «сухой». Для создания первого можно использовать любой контейнер, имеющий достаточный запас прочности и газонепроницаемости. Оптимальным выбором можно считать корпус от аккумулятора старого образца для легковой машины.
Лучшими электродами будут пластины (трубки) из нержавейки. В принципе можно использовать и черный металл, но он быстро подвергается коррозии и такие электроды требуют частой замены. Совершенно иначе дело обстоит при использовании высокоуглеродистых сплавов, легированных хромом. Примером такого материала является нержавейка марки 316L.
При использовании трубок, они должны подбираться так, чтобы при установке одного элемента в другой между ними был обеспечен зазор величиной не более одного миллиметра
Не менее важной деталью генератора водорода для автомобиля является ШИМ-генератор. Именно благодаря правильно собранной электросхеме можно регулировать частоту тока, а без этого добывать водород не представляется возможным. Для создания водного затвора (бабблера) можно использовать любую емкость, обладающую достаточным показателем герметичности
При этом ее желательно оснастить крышкой, которая плотно закрывается, но при возгорании ННО внутри сразу будет сорвана. Для предотвращения возврата газа Брауна в топливную ячейку, рекомендуется установить отсекатель между водным затвором и электролизером
Для создания водного затвора (бабблера) можно использовать любую емкость, обладающую достаточным показателем герметичности. При этом ее желательно оснастить крышкой, которая плотно закрывается, но при возгорании ННО внутри сразу будет сорвана. Для предотвращения возврата газа Брауна в топливную ячейку, рекомендуется установить отсекатель между водным затвором и электролизером.
Сборка устройства
Для создания кислородного генератора лучше выбрать «сухую» топливную ячейку, а электроды стоит изготовить из нержавейки. Именно она пользуется наибольшей популярностью среди домашних мастеров
Также важно придерживаться определенной последовательности действий:
По размеру генератора необходимо нарезать пластины из органического стекла или органита, которые будут использоваться в качестве боковых стенок. Оптимальными размерами для топливной ячейки являются 150х150 или 250х250 мм. В корпусных деталях необходимо просверлить отверстия для установки штуцеров для жидкости, одно для ННО и 4 крепежных. Из стали марки 316L изготавливаются электроды, размер которых должен быть на 10−20 мм меньше в сравнении с боковыми стенками. В одном из углов каждого электрода необходимо сделать контактную площадку для соединения их в группы, а также подключения к источнику питания. Чтобы увеличить количество получаемого в электрогенераторе газа Брауна, электроды следует обработать наждачной бумагой с каждой стороны. В пластинах сверлятся отверстия диаметром 6 мм (подача воды) и 8−10 мм (отвод газа). При расчете мест сверления необходимо учитывать месторасположение патрубков. Сначала в пластины из оргстекла монтируются штуцера и хорошо герметизируются. В одну из корпусных деталей устанавливаются шпильки, а затем укладываются электроды. Электродные пластины отделяются от боковых стенок прокладками из паронита либо силикона. Аналогичным образом необходимо изолировать и сами электроды. После установки последнего электрода монтируются уплотнительные кольца и генератор закрывается второй стенкой. Сама конструкция скрепляется с помощью гаек с шайбами
В этот момент крайне важно следить за равномерностью затяжки крепежных элементов и не допустить перекосов. Топливная ячейка подключается к емкости с жидкостью и водному затвору
После соединения групп электродов в соответствии с их полюсом, генератор подключается к ШИМ-генератору.
Где и как хранить водород
По мере превращения водорода из промышленного в потребительский товар — им будут заправлять машины, питать электросистему и отопление домов — его нужно будет запасать в больших количествах. Это нужно будет и для того, чтобы цены на водород не скакали. Причём газ будет храниться долго, поэтому не столько важна скорость закачки/откачки и расположение, сколько объём хранилищ.
Такую технологию давно придумали: много газа можно закачать в пещеры. Сейчас водород закачивают в основном в соляные пещеры — них он почти не загрязняется примесями, а нормированная стоимость хранения — до $0,6 за кг.
Второй естественный резервуар для водорода — истощённые пласты залежей природного газа или нефти и водоносные горизонты. Они больше соляных пещер, но водород в них сильнее загрязняется, вступая в реакцию с горной породой, микробами, жидкостями. В такие пещеры водород пока не закачивают, поэтому считать «экономику» рано.
Однако для краткосрочного и мелкомасштабного хранения водорода такие «пещеры горного короля» не подходят — нужны баки. В резервуарах хранят сжатый или сжиженный водород, который можно быстро закачать или откачать в нужных объёмах.
Сжатый водород (при давлении 700 бар, т. е. приблизительно 690 атм.) имеет только 15% плотности энергии (количество энергии на единицу объёма) бензина, и чтобы хранить эквивалентное количество топлива, скажем, на водородной заправке, нужно в семь раз больше места.
Поэтому водород скорее всего будут мешать с аммиаком, у которого плотность больше, а места такой смеси требуется меньше, что позволит транспортировать больше водорода без увеличения объёма хранилища. Правда, придётся потратиться на конверсию и реконверсию смеси.
Экскурс по истории
Примечательно, что водородный двигатель был изобретён гораздо раньше бензинового. Но развитие получил почему-то второй. Построенный во Франции ещё в 1806 году учёным Франсуа Исааком де Риваз агрегат уже тогда работал от гидролиза воды. А стали применять только в 1870.
Видео об использовании водорода в качестве топлива для авто:
Во времена, не столь далёкие, а именно в Великую Отечественную войну, есть свидетельство ещё одного удачного использования водорода, как источника получения энергии. В Ленинграде в блокаду бензина катастрофически не хватало. Поэтому было решено для работы аэростатов заграждения и приводящих лебёдок использовать водород, которого было достаточно. И это сыграло немаловажную роль по защите города.
Вот такая альтернатива нефтепродуктам есть у человечества на сегодня. И работа в этом направлении ведётся всё интенсивнее. Про то, как работает водородный двигатель сейчас и как он будет работать завтра, можно говорить только в общих чертах. Ясно одно — за водородом будущее нашей планеты.
Если имеется чем дополнить, комментарии ждут вас внизу.
Автомобиль Toyota Mirai — водородная альтернатива завоевывающих рынок электрокаров — успешно завершил последний «секретный» этап дорожных испытаний. Буквально на днях представители компании заявили, что готовы запустить автомобиль в производство.
Благодаря усилиям японских производителей авто, уже в обозримом будущем водородные автомобили могут стать привычным явлением на дорогах в самых разных странах. Так, гибридный автомобиль на водородном двигателе Toyota Mirai уже сегодня готов к выходу на мировой рынок.
Впервые, еще концептуальная модель, Toyota Mirai была представлена в 2013 году на Токийском автосалоне. Позже машина демонстрировалась публике в доработанном виде в 2014 и 2015 годах. Ожидалось, что авто выйдет на дороги до конца 2015 года, однако в последствии дата была перенесена на 2016. При этом предварительные продажи авто начались еще в 2014 году в Японии. Стоит одна Toyota Mirai порядка 57 тысяч американских долларов. В США и странах Европы Toyota Mirai будет продаваться уже после официального релиза.
Водородный автомобиль имеет кузов седана на четыре места. Длина кузова – 4 870 мм, ширина – 1 810 мм, высота – 1 535 мм. Используемая модель — ZBA-JPD10-CEDSS. Машина использует только передний привод. Радиус поворота – 5.7 метров, а размер шин 215/55. Базовая комплекция использует легкосплавные диски R17. Дорожный просвет – 130 мм. На сегодняшний день это все, что официально известно о технической составляющей Toyota Mirai.
Были анонсированы и параметры силовой установки авто. Ездить автомобиль будет благодаря FCA110, которая будет питаться от топливных элементов класса FC stack. Двигатель производит электроэнергию за счет протекающей в нем химической реакции водорода и кислорода. Максимальный КПД составляет 83%, для сравнения 1.3-литровый бензиновый двигатель дает всего 38%. Максимальная мощность электродвигателя при этом составит 153 л.с.
Никаких вредных выбросов Toyota Mirai не создает, выходит из двигателя машины только энергия в чистом виде и вода. За 4 км, машина выбросит в атмосферу 240 миллилитров воды.
Куда важнее и интереснее то, что 10 февраля 2016 года закончились последние 107-дневные испытания Toyota Mirai. Машина проехала по дорогам Японии, США, Германии и многих других стран. В общей сложности машин, а прошла 100 тысяч километров. За это время автомобиль сменил два раза свои шины и один раз колодки. Топливные элементы водородного авто показали себя с лучшей стороны.
Стоит отметить, что бренд Toyota вошёл в .
Многие владельцы машин ищут способы экономии топлива. Кардинально решить этот вопрос позволит водородный генератор для автомобиля. Отзывы тех, кто установил себе это устройство, позволяют говорить о существенном снижении затрат при эксплуатации транспорта. Так что тема достаточно интересная. Ниже пойдёт речь о том, как сделать водородный генератор собственными силами.
Постройка водородной горелки
Приступаем к созданию водной горелки. Традиционно, начинать будем с приготовления необходимых инструментов и материалов.
Что потребуется в работе
- Лист «нержавейки».
- Обратный клапан.
- Два болта 6х150, гайки и шайбы к ним.
- Фильтр проточной очистки (от стиральной машины).
- Прозрачная трубка. Для этого идеально подходит водяной уровень – в магазинах стройматериалов он продается по 350 рублей за 10 м.
- Пластиковый герметичный контейнер для пищи емкостью 1,5 л. Примерная стоимость – 150 рублей.
- Штуцеры с «елочкой» ø8 мм (такие отлично подойдут для шланга).
- Болгарка для распиливания металла.
А теперь разберемся, какую именно нержавеющую сталь нужно использовать. В идеале для этого следует взять сталь 03Х16Н1. Но купить целый лист «нержавейки» порой весьма накладно, ведь изделие толщиной 2 мм стоит более 5500 рублей, к тому же его нужно как-то привезти. Поэтому, если где-то завалялся небольшой кусок такой стали (хватит и 0,5х0,5 м), то можно обойтись и им.
Корпус никель-водородного аккумулятора
Мы будем использовать нержавеющую сталь, потому что обычная, как известно, в воде начинает ржаветь. Более того, в нашей конструкции мы намерены применять щелочь вместо воды, то есть среду более чем агрессивную, да и под действием электротока обычная сталь долго не прослужит.
Инструкция по изготовлению
Первый этап. Для начала берем лист стали и размещаем его на ровной поверхности. Из листа указанных выше размеров (0,5х0,5 м) должно получиться 16 прямоугольников для будущей горелки на водороде, вырезаем их болгаркой.
Второй этап. С обратной стороны пластин просверливаем отверстия для болта. Если бы мы планировали сделать «сухой» электролизер, то просверлили отверстия и снизу, но в данном случае этого делать не надо. Дело в том, что «сухая» конструкция порядком сложнее, да и полезная площадь пластин в ней использовалась бы не на 100%. Мы же сделаем «мокрый» электролизер – пластины полностью погрузятся в электролит, а в реакции будет участвовать вся их площадь.
Энергия воды
Третий этап. Принцип работы описываемой горелки основывается на следующем: электроток, проходя через погруженные в электролит пластины, приведет к тому, что вода (она должна входить в состав электролита) разложится на кислород (О) и водород (Н). Следовательно, мы должны располагать одновременно двумя пластинами – катодом и анодом.
С увеличением площади этих пластин увеличивается объем газа, поэтому в данном случае используем по восемь штук на катод и анод, соответственно.
Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома
Четвертый этап. Далее нам предстоит установить пластины в пластиковый контейнер так, чтобы они чередовались: плюс, минус, плюс, минус и т. д. Для изоляции пластин используем куски прозрачной трубки (мы купили ее целых 10 м, поэтому запас есть).
Нарезаем из трубки небольшие кольца, разрезаем их и получаем полоски толщиной примерно 1 мм. Это идеальное расстояние, чтобы водород в конструкции эффективно генерировался.
Пятый этап. Пластины крепим друг к другу с помощью шайб. Делаем это следующим образом: надеваем шайбу на болт, затем пластину, после нее три шайбы, еще одну пластину, опять три шайбы и т. д. Восемь штук вешаем на катод, восемь – на анод.
Далее затягиваем гайки и изолируем пластины посредством нарезанных ранее полосок.
Шестой этап. Смотрим, куда именно в контейнере упираются болты, просверливаем в том месте отверстия. Если вдруг болты не помещаются в контейнер, то мы спиливаем их до требуемой длины. Затем вставляем болты в отверстия, надеваем на них шайбы и зажимаем гайками – для лучшей герметичности.
Далее проделываем дыру в крышке для штуцера, вкручиваем сам штуцер (желательно намазав место соединения силиконовым герметиком). Дуем в штуцер, чтобы проверить герметичность крышки. Если воздух все же выходит из-под нее, то промазываем и это соединение герметиком.
Седьмой этап. По окончании сборки тестируем готовый генератор. Для этого подключаем к нему любой источник, заполняем контейнер водой и закрываем крышку. Далее на штуцер надеваем шланг, который опускаем в емкость с водой (чтобы увидеть пузырьки воздуха). Если источник недостаточно мощный, то их в емкости не будет, но вот в электролизере они появятся обязательно.
Далее нам нужно повысить интенсивность выхода газа посредством увеличения напряжения в электролите. Здесь стоит отметить, что вода в чистом виде не является проводником – ток проходит через нее благодаря имеющимся в ней примесям и соли. Мы же разбавим в воде немного щелочи (к примеру, гидроксид натрия отлично подходит – в магазинах он продается в виде чистящего средства «Крот»).
Особенности водородного генератора
Чистый водород выделяется в ходе разнообразных химических реакций, но такой способ его добычи является довольно сложным, а зачастую и слишком дорогим.
Исключение составляют технологические процессы, при которых газ образуется как побочный продукт, но такое его производство имеет пока мизерные объемы.
Гораздо проще выделять водород из воды, пропуская через нее электрический ток – этот процесс и называют электролизом. Сначала молекула Н2О распадается на атом водорода Н и гидроксогруппу ОН, затем происходит окончательное разделение кислорода и водорода.
Первый, имея отрицательный заряд, устремляется к аноду, второй – к катоду. Элементы накапливаются в виде пузырьков, которые, достигнув определенного размера, отрываются от электрода и всплывают. Далее кислород и водород без всякого разделения (эта смесь получила название «газа Брауна») поступают в горелку, где в процессе сжигания снова превращаются в воду. Чтобы подача готового продукта происходила без затруднений, водородные генераторы часто оборудуют воздушным дренажом.
Очевидно, что производительность установки будет возрастать с увеличением площади контакта между водой и электродами. По этой причине последние выполняют в виде пластин. Они собираются в конструкции, напоминающие стальные ребристые радиаторы отопления.
С целью увеличения производительности сегодня применяют цилиндрические электроды, а также имеющие более сложную форму.
Скорость выделения водорода зависит и от материала электродов.
Вместо меди или нержавеющей стали в современных «продвинутых» генераторах применяют особые сплавы, которые стоят достаточно дорого.
Еще одно условие – вода должна пропускать ток. Отметим, что в дистиллированном виде она является диэлектриком. Проводником электричества эту жидкость делают ионы, на которые распадаются растворенные в ней вещества, в первую очередь соли. Чем более крутым является раствор, тем лучше он будет пропускать ток.
С увеличением размеров электрода уменьшается мощность выделения тепла при пропускании через него электрического тока. Это очень важный момент, поскольку при нагреве свыше 65 градусов пластины интенсивно покрываются налетом, который придется постоянно счищать.
Отличительные особенности водородного отопления
Данный тип отопления основывается на выработке огромного количества тепловой энергии в результате контакта молекул кислорода и водорода. Что характерно, единственным побочным продуктом в этом случае является дистиллированная вода. И чтобы реализовать этот принцип на практике, проводилось множество разработок по созданию водородного отопительного котла (речь идет о промышленных моделях).
Такие приборы отличались габаритностью и, следовательно, для установки требовалось много места. Да и КПД таких котлов был не самым высоким – порядка 80 процентов. Но с тех пор прибор много раз усовершенствовался и в результате мы получили котел для домашнего отопления, работающий по этому принципу. Для нормальной его работы необходимо соблюдать всего несколько важных условий.
Парогенератор — как сделать самостоятельно
Советуем посмотреть нашу инструкцию о том как своими силами сделать парогенератор для бани.
- Наличие постоянного электропитания. В основе генераторов лежит реакция электролиза, которая, как известно, без электричества невозможна.
- Постоянное подключение к источнику воды. Зачастую для этого используется водопровод, хотя конкретный расход прибора зависит, конечно же, от его мощности.
- Катализатор нуждается в регулярной замене. Частота этой замены зависит, как и предыдущий показатель, от мощности, а также от особенностей конкретной модели.
И если сравнивать водородное оборудование, к примеру, с газовым, то оно менее требовательное в плане безопасности. А все дело в том, что реакции образуются и проистекают исключительно внутри генератора. От человека же, как от пользователя, нужен лишь визуальный контроль над основными показателями.
Выводы и полезное видео по теме
Экспериментируя дома с самодельными моделями, нужно приготовиться к самым неожиданным результатам, но негативный опыт — это тоже опыт:
Водородные генераторы для дома, изготовленные своими руками, — это пока что проект, существующий на уровне одной идеи. Практически реализованных проектов водородных генераторов своими руками нет, а те, что позиционируются в сети – воображения их авторов или же чисто теоретические варианты.
Так что остаётся рассчитывать только на промышленный дорогостоящий продукт, который обещает появиться уже в ближайшем будущем.
А вам известна оригинальная модель водородного генератора, не описанная в статье? Может быть, вы хотите поделиться ценной информацией, которая будет полезна домашним мастерам? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, размещайте фото по теме, высказывайте ваше мнение.
