Водородный котёл представляет собой инновационное научное решение, благодаря которому можно отапливать объекты с минимальными финансовыми затратами и высокой эффективностью. Он не нуждается в обслуживании и надёжен в эксплуатации, но имеет сложную конструкцию и предъявляет высокие требования к качеству применяемых комплектующих. Возможно ли сделать своими руками котёл отопления на водородном топливе?
Свойства водорода как топлива
Водород является самым лёгким газом без цвета и запаха, который находится на десятом месте по распространённости химическим элементом на планете. Он не токсичен и даже при протекании реакции горения не выделяет вредных веществ.
В качестве топлива водород использовать выгодно по следующим причинам:
- высокая отдача тепла (более 121 МДж/кг) за счёт достижения при горении температуры +60000С,
- возможность снижения температуры горения до +3000С, при условии использования катализаторов,
- безопасность при утечках за счёт быстрого улетучивания в атмосферу, так как его вес легче воздуха в 14 раз,
- возможность добычи топлива в любой точке планеты,
- неприхотливость к типу используемого котла.
Устройство водородного котла
Водородный котёл отопления состоит из следующих конструктивных элементов:
- теплообменника,
- камеры сгорания топлива,
- электролизера,
- ёмкости для выработки водорода, в которую помещён электролит,
- двухступенчатого блока защиты, предотвращающего протекание цепной реакции.
Устройство водородного котла
Принцип работы
Работа котла на водородном топливе реализуется следующим образом:
- В электролизере, после поступления электролитического раствора и пропускания через два погружённых электрода электрического тока, начинается выработка газа H2 и O2, а также водяного пара.
- Газовая смесь поступает в химический сепаратор, в котором происходит отделение водорода из общего объёма. При этом очищенный газ через специальный клапан отводится в следующий узел установки без возможности обратного хода. Такое конструктивное решение позволяет исключить взрыв при контакте водорода с воздушной смесью.
- Через защитный блок очищенный газ поступает в камеру сгорания, в которой расположен теплообменник. В ходе химической реакции водорода с кислородом в присутствии катализатора происходит нагрев теплообменника, в котором находится теплоноситель, используемый в отопительной системе объекта.
- Отработанный после химической реакции газ снова поступает в камеру с электролитическим раствором.
Регулировка мощности нагрева осуществляется за счёт наличия в системе нескольких специальных каналов с катализатором, которые в процессе работы котла могут участвовать в химической реакции или быть исключены из неё.
Критерии выбора модели
Водородный котёл для дома необходимо подбирать с учётом следующих критериев:
- мощность нагрева должна соответствовать требованиям используемой отопительной системе и теплоносителя, а также учитывать площадь отапливаемых помещений,
- размеры камеры сгорания должны быть оснащены необходимым количеством теплообменников, позволяющими организовать несколько отопительных контуров,
- электросеть в здании должна выдерживать мощность потребления электроэнергии котлом,
- все конструктивные элементы котла должны быть изготовлены из качественных материалов и иметь достаточный запас прочности и износостойкости,
- блок защиты должен быть сертифицированным и соответствовать стандартам безопасности.
Пример водородного котла отопления
Особенности эксплуатации
Важной особенностью использования водородного топлива является опасность его взрыва при контактировании с воздухом. Поэтому важно придерживаться следующих правил эксплуатации:
- необходимо периодически следить за температурой датчиков, установленных на теплообменниках, и не допускать перегрева теплоносителя выше допустимых норм,
- запрещено эксплуатировать котёл в режимах, которые не предусмотрены производителем или могут вызвать протекание цепной реакции,
- при повышении давления газа в камере сгорания необходимо принять меры по его стабилизации и выяснить причины таких изменений,
- для непрерывной работы котла нужно позаботиться о стабилизированном электропитании,
- важно периодически менять электролизер и следить за подачей воды.
Преимущества и недостатки
Выбор в пользу котлов, работающих на водородном топливе, обоснован следующими их преимуществами:
- отсутствие выхлопов вредных веществ в атмосферу,
- тепло выделяется в ходе химической реакции, для которой наличие пламени не требуется,
- высокий КПД тепловой установки,
- отсутствие шума в работе котла,
- не требуется установка дымохода, благодаря чему допускается устанавливать котёл в любом месте помещения.
При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать и их недостатки:
- небольшое количество предприятий, занимающихся получением и сжижением водорода,
- необходимость контроля давления в баллоне с водородом, чтобы не допустить взрыва,
- высокие требования к качеству сборки всех узлов, а также применяемым при изготовлении материалам,
- для ремонта и обслуживания требуется привлечение специалистов,
- сложности с поиском деталей,
- большой расход воды.
При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать сложности с поиском деталей
Как сделать водородный котёл своими руками?
Прежде чем сделать водородный котёл своими руками, необходимо подготовить следующие материалы:
- стальные высоколегированные нержавеющие листы толщиной 2-4 мм,
- очистной водяной фильтр,
- прозрачные газовые шланги высокого давления с диаметром 8 мм,
- герметичная пластиковая ёмкость объёмом 1,5-2 л,
- штуцер на шланг 8 мм,
- два болта 150х6 мм, гайки и шайбы под них,
- профильная труба 20х20 мм и 40х40 мм.
Для изготовления потребуются следующие инструменты:
- болгарка с диском по металлу,
- отвертка и рожковый ключ под болты,
- инструменты для нарезания резьбы 6 мм,
- строительный нож для резания шлангов,
- дрель с набором свёрл,
- сварочный аппарат.
Для изготовления водородного котла потребуется болгарка с диском по металлу
Процесс изготовления котла качественно можно разделить на следующие этапы:
- Создание генератора водорода.
- Изготовление и сборка котла.
Этап создания генератора водорода
Пошагово генератор водорода изготавливается следующим образом:
- Стальной лист нарезаем на пластинки размером 50х50 мм в количестве 16 штук. Один из углов срезаем под углом 450, а в противоположном – просверливаем отверстия диаметром 6 мм.
- На один болт насаживаем пластинки, прокладывая их с двух сторон шайбами с толщиной 1-2 мм. Фиксируем их гайкой. На второй болт насаживаем оставшиеся пластинки аналогичным образом. В итоге получаем конструкцию, напоминающую два радиатора, которые могут быть вставлены друг в друга так, чтобы пластины не касались своими поверхностями.
- Берём пластиковый контейнер и делаем в его крышке два отверстия под болты так, чтобы пластинки радиаторов можно было расположить друг над другом и они не касались.
- Закрепляем два радиатора к пластинке.
- Вставляем конструкцию внутрь контейнера и закрепляем на болты. При этом между крышкой и корпусом прокладываем мягкие резиновые прокладки для повышения герметичности ёмкости.
- Проделываем в крышке два отверстия 8 мм под резиновые трубки: одно для подачи водорода, а второе – для воды.
- В отверстия вставляем два патрубка, изготовленных из стальной трубы и нарезанной резьбой. Прокладываем с двух сторон прокладки и фиксируем на гайки.
- Проверяем герметичность сборки, подключив к одному патрубку компрессор, а ко второму манометр. Накачиваем давление 2 атмосферы и следим за показаниями манометра в течение 30 минут. Если оно не изменилось, то сборка завершена, в противном случае устраняем допущенные при герметизации ошибки.
- Проверяем работоспособность генератора в рабочих условиях: устанавливаем обратный клапан к патрубку, подключаем к нему баллон с водородом, ко второму – воду, а к двум электродам (два болта радиаторов) – электрический ток.
Этап создания и сборки котла
Водородные котлы для частного дома, предназначенные для отопления, пошагово необходимо создавать следующим образом:
- Разрезаем профильную трубу 20х20 мм болгаркой на 8 частей по 300 мм.
- Трубу 40х40 мм разрезаем на 3 части: две по 80 мм и одна – 200 мм.
- В трубе 200 мм с сечением 40х40 мм по середине длины с двух противоположных боковых сторон прорезаем отверстия под трубу 40х40 мм. Затем в отверстия вставляем трубки 40х40 мм длиной 80 мм под прямым углом и привариваем их.
- К трём торцевым частям крестовины привариваем заглушки, а к четвёртой – заглушку с патрубком для подсоединения трубы с водородом.
- На расстоянии 70-80 мм от центра крестовины на каждой её части просверливаем по одному отверстию диаметром 10-14 мм. Получится четыре отверстия.
- Привариваем форсунки (аналогичные обычным газовым) в 4 подготовленные отверстия.
- Привариваем к каждой торцевой части по две профильные трубы 20х20 мм так, чтобы они образовывали прямой угол с плоскостью крестовины.
- Из листовой стали вырезаем три стенки корпуса котла 300х300 мм. В 2-х из них делаем 4 отверстия диаметром 20-30 мм по месту расположения форсунок, а в третьем – с диаметром 10 мм.
- Разрезаем трубу диаметром 20-30 мм на куски длиной 50-60 см и привариваем их к вырезанному на восьмом шаге стальному листу меньших размеров.
- Берём трубу диаметром 20 мм с длиной меньшей на 30-40 мм длины сваренных труб и просверливаем в ней два отверстия вверху и внизу так, чтобы была возможность приварить её.
- Трубу прикладываем к стальному листу с меньшими отверстиями и привариваем.
- Готовую конструкцию переворачиваем и устанавливаем второй стальной лист, при этом трубки должны войти в проделанные ранее отверстия. Затем привариваем трубки к листу.
- Привариваем к стальному листу конструкцию с горелкой.
- Привариваем патрубки для циркуляции теплоносителя к соответствующим отверстиям корпуса.
- На вводный патрубок устанавливаем температурный датчик, а на горелку – детектор пламени. Соединяем оба датчика с автоматическими контроллерами или визуально-звуковыми системами оповещения.
- Проверяем корпус на герметичность.
- Затем создаём внешний защитный корпус подходящих размеров из стальных листов, в который помещаем все узлы конструкции и соединяем их. Особое внимание необходимо уделить герметичности всех соединений и тщательно её перепроверить. Подключаем электричество к электродам. Выполняем тестовый запуск установки.
Для того, чтобы в электролизере ускорить химическую реакцию, необходимо в воде растворить щёлочь или соль. Это улучшит проводимость воды и повысит выход водорода.
Котлы на водородном топливе изготовить своими руками вполне возможно, так как практически все детали можно приобрести без проблем в строительных магазинах. Однако сложности возникают при изменении конструкции с целью повышения характеристик, что требует привлечения специалистов для выполнения сложных расчётов. Создание котлов без продумывания основных параметров сделает их неэффективными и опасными для эксплуатации.