Водородный котел отопления

Водородный котел для отопления частного дома

Водородный котел это еще одна попытка найти альтернативный способ отопления, позволяющий получать тепло без образования двуокиси углерода и загрязнения атмосферы.

Как следует из названия, в качестве топлива в водородном котле используется водород, продуктом горения которого является вода.

Идея разработки водородного котла принадлежит итальянской фирме Giacomini, представившей его в качестве опытной модели. Увы, никаких достоверных данных о работе водородного котла, его эффективности и особенностей эксплуатации пока нет.

Почему именно водород? Ответ прост: по мнению многих ученых именно водород на сегодняшний день является одним из наиболее перспективных видов топлива, способных заменить привычные углеводороды. Основных достоинств несколько:

• Удельная теплота сгорания водорода почти в три раза превышает удельную теплоту сгорания природного газа
• Продуктом сгорания водорода является вода
• Водород является одним из самых распространенных на нашей планете химических элементов. Правда, находится он на земле в связанном состоянии, в виде воды и углеводородов.

На первый взгляд, кажется, что все просто: достаточно сжечь водород, подобно природному газу, собрать образовавшуюся воду и насладиться полученным теплом. Но так ли это на самом деле?

Как происходит горение водорода?

На практике оказывается, что процесс сжигания водорода имеет свои характерные особенности. Формально реакция горения описывается формулой:

В действительности ход химической реакции между этими двумя химическими элементами состоит из двух десятков промежуточных реакций. Подобный тип взаимодействия в химии называется цепной реакцией. Процесс развивается стремительно. Именно по этой причине горение водорода сопровождается резким хлопком. Если газа много этот хлопок уместнее назвать взрывом.

Реакция действительно сопровождается одномоментным выделением большого количества тепла, но использовать его сложно именно из-за скоротечности процесса. Следует отметить, что для возникновения цепной реакции горения водорода обязательно необходимо наличие искры иди пламени. При его отсутствии смесь водорода и кислорода может храниться длительное время. Правда, при определенной концентрации при соотношении один моль кислорода к двум молям водорода возможна детонация.

Это значит, что в привычном понимании процесс сжигания водорода для получения тепловой энергии, используемой в дальнейшем на отопление, использоваться не может (по крайней мере, на сегодняшний день)

Наиболее приемлемой для отопления является каталитическая (беспламенная) реакция горения водорода. Для исключения возможности разогрева смеси водорода с воздухом и начала цепной реакции, ход каталитической реакции регулируется таким образом, чтобы выделяемого тепла хватало только на нагрев теплоносителя до температуры 40-50 С.

Сделать это можно регулируя подачу водорода и ограничив площадь контакта воздушной смеси с пластиной-катализатором. (В качестве катализатора в данном случае используется платина.) Именно по этой причине водородный котел является низкотемпературным теплотехническим оборудованием.

Устройство водородного котла

Конструкция водородного котла модульная. В ее основе несколько каталитических пластин с автономными каналами, по которым поступает газ. Делается это для предотвращения образования большого объема смеси водорода и кислорода, способной к детонации.

Выделенное тепло поступает в теплообменник, а затем используется для нагрева теплоносителя и отопления.

Преимущество водородного котла состоит в том, что для отопления потребуется меньший объем водорода, а в качестве продукта сгорания будет получена обычная дистиллированная вода, которую, затем можно использовать на хозяйственные нужды.

Минус один: водород в природе в свободном виде не содержится. Прежде, чем его сжечь, газ нужно получить.

Следует отметить, что компания Giacomini, представившая на обозрение свой альтернативный способ отопления с использованием водорода не ведет речи о получении газа, а просто предлагает вариант его использования.

В тоже время сторонники этого вида оборудования, пытаясь найти достоинства в водородном отоплении, заверяют, что найти этот вид топлива несложно. Так ли это на самом деле?

Как получают водород?

Водород можно получить различными способами. Например, он может быть выделен в ходе химической реакции, или при электролизе воды. Считается, что для отопления проще всего использовать именно второй способ получения газа.

Для электролиза в качестве исходного вещества используется вода (Напомним, что именно вода является конечным продуктом горения водорода). Для расщепления воды потребуется электрическая энергия. Помня о законе сохранения энергии, нетрудно предположить, что для расщепления воды и получения водорода потребуется столько же энергии, сколько ее выделится при обратной реакции горения газа.

Это значит, что получать водород электролизом, тратя на это электрическую энергию, а затем сжигать полученный таким непростым путем газ, не имеет никакого смысла, ведь электричество можно напрямую использовать на отопление. Покупать или делать для этого водородный котел нет никакого смысла.

Следует отметить, что электрические котлы также не наносят вреда природе: работают они без дыма, высокоэффективны, да к тому же еще и могут нагревать воду до 95 С.

Подведем итоги – водород или электричество?

Водородный котел это, несомненно, новое слово в теплотехнике. Для его использования нужно иметь запас водород.

Идея получения водорода с помощью электролиза и одновременное его использование для отопления абсурдна. Для получения водорода из воды нужно столько же энергии, сколько ее выделится при последующем сжигании газа. Проще сразу же отапливать дом электричеством.

Можно ли самому сделать водородный котел для отопления дома?

Уже достаточно много времени минуло со дня, когда водородное топливо впервые использовалось в двигателе автомобиля. Что же касается отопления жилого дома, то идея применения данного газа с этой целью начала находить свое практическое воплощение относительно недавно.

Однако если исходить из того, что о таких автомобилях большинство только слышало, но мало кто видел, а еще меньшему числу людей довелось ими пользоваться, возникают обоснованные сомнения в реальности скорого массового введения в жизнь и подобных обогревающих устройств. И тем более призрачной выглядит возможность изготовить водородный котел отопления своими руками. Но как же обстоит дело с ним в действительности?

Как известно, все меняется, и технологии завтрашнего дня вскоре становятся обыденностью дня сегодняшнего. Запасы невозобновляемых видов топлива неуклонно сокращаются благодаря их широкому использованию. Это влечет за собой необходимость поиска других решений известных проблем, что приводит к разработке новых направлений во многих областях науки и техники. Последние касаются как повышения эффективности использования имеющихся ресурсов, так и задействования альтернативных источников. Естественно, такие тенденции не обходят стороной и столь значимые в жизни людей системы, как отопление домов.

В этой области в качестве одного из вариантов, способных заменить оборудование на прочем горючем топливе, был предложен котел, работающий на водороде.

Перспектива использовать этот газ в качестве источника энергии выглядит весьма заманчивой ввиду его доступности (хотя тут не все так просто), распространенности и экологичности.

Если присмотреться к химической формуле такой вездесущей жидкости, как вода, то становится очевидно, что одним из двух составляющих ее элементов является именно водород. Таким образом, решив вопрос эффективного выделения h3 из h3O, можно получить фактически неиссякаемый источник энергии. И применять его, в том числе, для отопления дома. Идея, безусловно, интересная, но как она в данный момент реализуется на практике и возможно ли выполнить такой котел своими руками?

Схема самодельной установки

Немало дельных советов по этому поводу можно найти в сетевых сообществах народных умельцев и энтузиастов. В целом большинство из них сводятся к мысли, что для сооружения подобного котла своими руками следует придерживаться схемы, включающей такие основные части:

1. Емкость, наполненную электролитом и выделяемым из него водородом;
2. Электролизер;
3. Двухступенчатый предохранительный блок (защита от обратки);
4. Камера сгорания;
5. Теплообменник.

Схема водородного котла отопления

Электролитический раствор поступает в электролизер, который осуществляет выработку газа, после чего продукты этой реакции возвращаются в емкость. Для надежности последнюю рекомендуется изготавливать из легированной стали и снабжать предохранительным клапаном сброса давления. Полученный водород далее направляется через защитный блок (пару барботеров) в камеру сгорания. Прореагировавший здесь с кислородом газ образует полезное тепло. Оно через теплообменник поступает в систему отопления дома, а выделившаяся в камере влага возвращается по отдельному каналу в емкость с электролитом. Таким образом, часть раствора самовосполняется за счет рециркуляции.

Добавив к описанной основной схеме стандартные элементы автоматики, характерные для любых отопительных котлов, вы получите работоспособный опытный экземпляр.

Путем проб и испытаний его можно будет довести до полноценной замены устройствам на топливе иного рода. Или же использовать как дополнение к уже имеющейся системе отопления дома.

Что еще учесть

Итак, учитывая вышеприведенные особенности схемы построения котлов, работающих на водороде, а также известные характеристики этого газа, для изготовления аналогичного оборудования своими руками следует учесть ряд важных факторов. Они таковы:

1. Изделие безопасно лишь в том случае, если химическая реакция протекает в отведенной для нее емкости. Утечка смеси может создать взрывоопасную обстановку, а значит должна быть полностью исключена;
2. Как и в любой аналогичной системе, работающей на другом топливе, основными составными частями являются котел и контур циркуляции носителя тепла с соединительными элементами. В данном случае обычно используются трубы диаметром от 25 до 32 мм, причем для обеспечения эффективной работы рекомендуется последовательно уменьшать его с каждым разветвлением;
3. Экономическая эффективность котла напрямую связана с затратами на получение водорода. При современном уровне технологии они обусловлены использованием электроэнергии. Соответственно, расходы на последнюю не должны быть велики, иначе возникает сомнение в целесообразности применения данного оборудования. Ведь согласитесь, нет никакого смысла в таком отоплении, если для получения собственно водорода требуется сопоставимое количество электроэнергии, которую можно использовать для тех же целей и не опосредованно.

В современном быстро меняющемся мире технологии постоянно совершенствуются, и климатическая техника для дома здесь не является исключением. И хотя, использование водородных систем отопления пока распространено нешироко, упрощение и удешевление способов выделения этого газа из содержащих его соединений может привести к по-настоящему безграничным перспективам применения такого оборудования.

Особенности и производители водородных котлов отопления

Научно-технический прогресс не стоит на месте, постоянно появляются новые изобретения, в том числе касающиеся и систем отопления.

На российском рынке они появились относительно недавно и пока данное устройство не пользуется большим спросом по причине недостаточной информированности населения. Но высокой вероятностью можно утверждать, что в ближайшем будущем водородный котел займет лидирующие позиции на рынке отопительных устройств, так как водород — это газ, который характеризуется доступностью, экологичностью и дешевизной.

Водородный газогенератор h3-2

Принцип работы

Под воздействием электрического заряда вода распадается на водород и кислород. Затем, при взаимодействии молекул водорода и кислорода, происходит реакция, в результате которой образуется так называемый газ Брауна и происходит процесс выделения тепла. Тепло, в свою очередь, будет осуществлять нагрев воды и позволит обеспечить нормальную температуру в помещении.

Элементы системы отопления с использованием водорода

Строение водородных котлов:

1. Электролизер — это специальный генератор водорода для отопления дома, который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом.
2. Горелка для отопления, при помощи которой создается пламя.
3. Котел, который выступает в качестве теплообменника.

Процесс электролиза для получения водорода

Для успешной работы водородной установки важно соблюдать следующее:

1. Возможность поступления воды, чаще всего это вода из водопровода.
2. Параметры потребления жидкости напрямую зависят от мощности прибора.
3. Обеспечивать доступ к электроэнергии, которая нужна для осуществления электролизной реакции.
4. Заменять катализатор в соответствии с определенной частотой, которая зависит от модификации и мощности котла.

Важно отметить, что водородный котел, созданный промышленным способом, характеризуется высоким уровнем безопасности. В работе этот агрегат безопаснее, чем газовые и твердотопливные котлы.

Преимущества и недостатки

Плюсов у котлов, работающих на водородном газе немало, поскольку как отмечалось выше, это доступный, экологически чистый вид топлива.

Приведем основные достоинства водородной установки:

• неиссякаемые запасы топлива, т. к. в качестве его используется обычная вода;
• низкое потребление электричества (например, для аппарата мощностью 30 кВт достаточно 0,33 кВт/час);
• водородные котлы безвредны, поскольку не выделяют токсических веществ;
• высокий КПД (90 % и выше);
• бесшумная работа устройства;
• нет необходимости использовать дымоход.

При покупке водородного генератора отопления желательно предварительно ознакомиться с моделями котлов и теплообменников, подходящих по возможности работы в условиях высоких температур.

Несмотря на большое количество преимуществ, которыми обладают водородные агрегаты, можно отметить и их недостатки:

• труднодоступность: купить можно далеко не в каждом магазине;
• взрывоопасность: при несоблюдении точной инструкции и строгих правил;
• неудобство в транспортировке;
• высокая стоимость.

Обзор производителей

Принципиального различия среди водородных генераторов для отопления нет. Единственный критерий, на основе которого можно их дифференцировать — это показатель мощности устройств, сделанных из разных материалов.

Водородный котёл STAR-3.0

В качестве примера рассмотрим характеристики двух подобных котлов американского производства «HHO» и «Star 1000»:

1. За один час такой генератор употребляет 1,5-3 КВт.
2. Расход воды — 5,5 литров за 24 часа.
3. Генерирует от 1,2 до 2 литров топлива в течение суток.
4. Может применяться для обогрева воздуха в зданиях, площадь которых составляет до 250 «квадратов».
5. Минимальный эксплуатационный срок службы — 15 лет.
6. Приблизительная стоимость на отечественном рынке — 3000-3500 USD.

• Расход воды – от 0,7 до 1,1 литра в час или 5,5 литра в сутки.
• Генерация топлива – от 1,2 до 2,0 м³/час.
• Расчетный период эксплуатации – не менее 15 лет.
• Энергопотребление – от 1,2 до 3 кВт.
• Отапливаемая площадь – до 250 квадратных метров.
• Цена – до 230 000 рублей.

• Тепловая мощность – 27 кВт
• Энергопотребление – 300 Вт/час.
• Число контуров – один отопительный + один водогрейный, устанавливаемый за отдельную плату.
• Стоимость – 63-73 тысячи рублей.

• Расход воды – 1,6 литра в час.
• Генерация топлива – 3 м³/час.
• Энергопотребление – до 9 кВт.
• Стоимость – 480 тысяч 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.

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.

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

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.