Водородные генераторы для автомобиля своими руками: чертежи, схемы и руководство. Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками? Водородный электролизер своими руками

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei). В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях. Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

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

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

• входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
• в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
• электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Пояснение:

1. Выход для кислорода.
2. U-образная колба.
3. Выход для водорода.
4. Анод.
5. Катод.
6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO 3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

1. Можно использовать железные электроды.
2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

1. Сопло горелки.
2. Резиновые трубки.
3. Второй водяной затвор.
4. Первый водяной затвор.
5. Анод.
6. Катод.
7. Электроды.
8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

• Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
• Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
• Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
• Конденсаторы: 0,5 мкФ.
• Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
• Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
• PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

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.

ДВС на водородном топливе

На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.

Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:

• идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
• большое выделение тепла при сгорании газа;
• абсолютная экологическая безопасность - отработавшие газы превращаются в воду;
• выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
• способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.

Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.

Газ Брауна

Сегодня водородные генераторы у автолюбителей приобретают популярность. Однако это не совсем то, о чем шла речь выше. Путём электролиза вода превращается в так называемый газ Брауна, который и добавляют к топливной смеси. Основная задача, которую решает этот газ, - полное сгорание топлива. Это и служит увеличением мощности и снижением расхода топлива на приличный процент. Некоторым механикам удалось добиться экономии на 40 %.

Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.

Универсальная схема водородного генератора

Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.

Но можно собрать такую систему и самостоятельно - сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:

1. Установки для электролиза воды.
2. Накопительного резервуара.
3. Улавливателя влаги из газа.
4. Электронного блока управления (модулятора тока).

Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.

Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.

Реактор

От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.

Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.

Типы установок

На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:

Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.

Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.

Необходимая производительность

Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.

Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна - она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.

Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.

Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: "Трасса" и "Город".

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна - не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Пока без обычного топлива не обойтись

В мире есть несколько экспериментальных моделей, которые полностью работают на газе Брауна. Однако технические решения пока ещё не достигли своего совершенства. Простым жителям планеты такие системы недоступны. Поэтому пока автолюбителям остаётся довольствоваться «кустарными» разработками, которые дают возможность сократить затраты на топливо.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.

Портативная электролизная установка - чертежи для изготовления.

Используя принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи, я решил сделать простой и компактный аппарат, удобный для работы с небольшими деталями, при пайке твердыми припоями. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электролитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной.

Относительно небольшая, но вполне достаточная производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожаро- и взрывобезопасность.

Устройство электролизера

Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaОH. Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода.

Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор, которые сделаны из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок (можно использовать баллончики завода «Северный пресс» г. Ленинград). Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1: 1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку - иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800°С.

Рис. 1. Водяная горелка.

Для плат электролизера я использовал толстое оргстекло, толщиной 25 мм. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.

Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6-0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5-6 мм должна быть 2-3 мм.

Кольца, предназначенные для герметизации внутренней полости и электрической изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, но все же идеальным будет выполненный с помощью круглореза.

Четыре стальные шпильки M8, соединяющие детали, изолированы кембриком 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия 11 мм.

Количество пластин в батарее - 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением - из расчета 2 В на пластину. Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток меньше, но лучше применять 4-8%-ный раствор - при электролизе он не так пенится.

Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5 А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки - иглы с внутренним 0,6 мм. Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем - так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.

Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе. Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизёра. Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного. пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой.

Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю - с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой - с форсункой-иглой (В качестве форсунки можно использовать медицинский шприц с иглой). Внутрь рукоятки (шприца) помещается огнегасительная набивка - латунная сетка, свернутая в спираль.

Рис. 2. Устройство электролизера:
1 - изолирующая полихлорвиниловая трубка 10 мм, 2 - шпилька М8 (4 шт.), 3 - гайка М8 с шайбой (4 шт.), 4 - левая плата, 5 - пробка-болт М10 с шайбой, 6 - пластина, 7 - резиновое кольцо, 8 - штуцер, 9 - шайба, 10 - полихлорвиниловая трубка 5 мм, 11 - правая плата, 12 - короткий штуцер (3 шт.), 13 - промежуточная емкость, 14 - основание, 15 - клеммы, 16 - барботажная трубка, 17 - форсунка-игла, 18 - корпус водяного затвора.

Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ.

Если вам необходима большая производительность - увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания - с ЛАТРом и простейшим выпрямителем. Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно. Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600° С. Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1: 1. Однако в последних случаях следует не забывать пополнять и содержимое водяного затвора.

Ю. ОРЛОВ, г. Троицк, Московская обл.
Опубликовано: Моделист конструктор

Мы привыкли считать самым доступным видом топлива природный газ. Но оказывается, у него есть достойная альтернатива – водород, получаемый при расщеплении воды. Исходное вещество для выработки этого топлива мы получаем вообще бесплатно. А если еще и сделать водородный генератор своими руками, экономия будет просто потрясающей. Так ведь?

Желающим собственноручно соорудить генератор дешевого, но весьма продуктивного горючего мы предлагаем обстоятельно изложенную инструкцию. Приводим рекомендации по грамотной эксплуатации. В качестве информативных дополнений, наглядно объясняющих принцип действия, использованы фото-приложения и видео.

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.

Конструкция водородного генератора

Для постройки генераторов водорода своими руками обычно берут в качестве основы классическую схему установки Брауна. Такой электролизёр средней мощности состоит из группы ячеек, каждая из которых содержит группу пластинчатых электродов. Мощность установки определяется общей площадью поверхности пластинчатых электродов.

Ячейки помещаются внутрь ёмкости, хорошо изолированной от внешней среды. На корпус резервуара выводятся патрубки для подключения водяной магистрали, вывода водорода, а также контактная панель подключения электричества.

Аппарат генерации водорода, спроектированный по схеме Брауна. По всем расчётам эта установка вполне должна обеспечить домашнее хозяйство теплом и светом. Другой вопрос – какие габариты и мощности позволят это сделать (+)

Схема генератора Брауна, кроме всего прочего, предусматривает наличие водяного затвора и обратного клапана. За счёт этих элементов организуется защита установки от обратного хода водорода. По такой схеме теоретически не исключается сборка водородной установки, к примеру, для организации отопления загородного дома.

Водородное отопление в доме

Собрать генератор водорода для эффективного отопления дома – затея, может быть не фантастическая, но явно крайне нерентабельная. Для того чтобы получить необходимый объём водорода под домашнюю котельную, потребуется не только мощная электролизная установка, но также значительный объём электрической энергии.

Компенсация затраченного электричества полученным в домашних условиях водородом видится процессом нерациональным.

Реально действующий водородный генератор домашнего назначения. Единственное, что огорчает – это всего лишь экспериментальный вариант, способный разве что показать, как из искры возникает пламя

Тем не менее, попытки решить задачу, как сделать водородный генератор для дома своими руками, не прекращаются. С принципом работы и устройством одной из проверенных на практике моделей ознакомит статья, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

И вот пример одного из пыточных вариантов:

1. Подготавливается герметичная надёжная ёмкость.
2. Делаются трубчатые или пластинчатые электроды.
3. Собирается схема управления рабочим напряжением и током.
4. Делаются дополнительные модули для рабочей станции.
5. Подбираются аксессуары (шланги, провода, крепёж).

Естественно, потребуется инструментальный набор, включая специальное оборудование, например, осциллограф и частотомер. Укомплектовавшись всем необходимым, можно приступать непосредственно к изготовлению водородной отопительной установки для дома.

Реализация проекта своими руками

Изначально потребуется сделать ячейку генерации водорода. Топливная ячейка имеет габаритные размеры чуть меньше внутренних размеров длины и ширины корпуса генератора. По высоте размер блока с электродами составляет 2/3 высоты основного корпуса.

Ячейку можно сделать из текстолита или оргстекла (толщина стенки 5-7 мм). Для этого нарезаются по размерам пять текстолитовых пластин. Из них склеивается (эпоксидным клеем) прямоугольник, нижняя часть которого остаётся открытой.

На верхней стороне прямоугольника высверливаются нужное количество мелких отверстий под хвостовики электродных пластин, одно мелкое отверстие для датчика уровня, плюс одно отверстие диаметром 10-15 мм для выхода водорода.

Внутри прямоугольника размещаются платины электродов, контактные хвостовики которых выводят через отверстия верхней пластины за пределы ячейки. Устанавливается датчик уровня воды на отметке 80% заполнения ячейки. Все переходы в текстолитовой пластине (кроме выхода водорода) заливают эпоксидным клеем.

Особенность конструкции модулей изображенного на фото генератора – цилиндрическая форма исполнения. Также по-иному исполнены электроды этого миниатюрного источника энергии

Отверстие выхода водорода нужно оснастить штуцером – закрепить его механически, применяя уплотнение или же вклеить. Собранная ячейка генерации водорода размещается внутри главного корпуса устройства и по верхнему периметру тщательно герметизируется (опять же можно применить эпоксидную смолу).

Таким был выбран корпус генератора водорода для очередного экспериментального проекта. Привлекает простая идея, но вряд ли этот вариант подойдёт для мощной станции, предназначенной под нагрев помещений частного дома

Но перед тем как заложить ячейку внутрь, корпус генератора нужно подготовить:

• сделать подвод для воды в области днища;
• изготовить верхнюю крышку с крепежом;
• подобрать надёжный уплотнительный материал;
• разместить на крышке электрический клеммник;
• разместить на крышке водородный коллектор.

В результате должен получиться частично готовый к действию водородный генератор после того, как:

1. Топливная ячейка загружена в корпус.
2. Электроды подключены на клеммнике крышки.
3. Штуцер выхода водорода соединён с водородным коллектором.
4. Крышка установлена на корпус через уплотнитель и закреплена.

Останется только подключить воду и дополнительные модули.

Дополнения к водородному генератору

Самодельное устройство для получения водорода необходимо дополнить вспомогательными модулями. Например, модулем подачи воды, который функционально объединяется с датчиком уровня, установленным внутри генератора.

В простом виде такой модуль представлен водяным насосом и контроллером управления. Насос управляется контроллером по сигналу датчика, в зависимости от уровня воды внутри топливной ячейки.

Дополнительные конструктивные элементы, которые требуется включать в конструкцию любой водородной станции и даже экспериментальной. Без устройств автоматики, контроля и защиты водородный генератор эксплуатировать нельзя

По сути, желательно также иметь устройство, регулирующее частоту электрического тока и уровень напряжения, подаваемых на клеммы рабочих электродов топливной ячейки. Как минимум, электрический модуль должен оснащаться стабилизатором напряжения и защитой от перегрузки по току.

Водородный коллектор, в простейшем его виде, выглядит как трубка, где размещается вентиль, манометр, . От коллектора забор водорода осуществляется через обратный клапан и фактически уже может подаваться к потребителю.

Водородный коллектор и манометрический измерительный прибор – неотъемлемые детали водородной установки, благодаря которым обеспечивается распределение газа и контроль давления

Но на практике всё несколько сложнее. Водород – взрывоопасный газ, имеющий высокую температуру сгорания. Поэтому просто взять и закачать водород в систему отопительного котла в качестве топлива – так сделать не получится.

Критерии качества установки

Собрать качественную эффективную и продуктивную установку в домашних условиях крайне сложно. К примеру, если даже взять в расчёт такой критерий, как металл, из которого делаются электродные пластины или трубки, уже есть риск столкнуться с проблемами.

Долговечность электродов зависит от вида металла и его свойств. Можно, конечно, использовать ту же самую нержавейку, но продолжительность жизни таких элементов будет недолгой.

Некая пародия электродных пластин для генератора водорода. Взяты пластины от обычного переменного конденсатора, которые сделаны из алюминия. Таких электродов хватит ровно на полчаса работы даже в составе малой экспериментальной системы

Существенную роль играют также монтажные размеры. Необходимы расчёты с высокой точностью по отношению к требуемой мощности, качеству воды и прочим параметрам.

Так, если величина зазора между рабочими электродами окажется вне расчётного значения, водородный генератор может не функционировать вовсе. В худшем случае мощность, на которую делался расчёт, окажется в несколько раз меньшей.

Даже сечение провода, соединяющего электроды с источником питания, имеет значение в устройстве генератора водорода. Правда, здесь дело касается безопасной эксплуатации устройства. Тем не менее, следует учитывать и эту деталь конструкции в домашнем исполнении.

Возвращаясь к безопасной эксплуатации системы, следует также не забывать о внедрении в конструкцию так называемого водяного затвора, препятствующего обратному движению газа.

Несмотря на довольно внушительное число разработок самодельных генераторов водорода, реально эффективного варианта пока нет. Все модели уступают заводскому оборудованию

Генератор промышленного изготовления

На уровне промышленного производства технологии изготовления водородных генераторов бытового назначения постепенно осваиваются и развиваются. Как правило, выпускаются энергетические станции домашнего применения, мощность которых не превышает 1 кВт.

Такой аппарат рассчитан на выработку водородного топлива в режиме постоянного функционирования не более чем в течение 8 часов. Главное их предназначение – .

Также разрабатываются и производятся установки под эксплуатацию в составе кондоминиумов. Это уже более мощные конструкции (5-7 кВт), назначение которых не только энергетика отопительных систем, но также выработка электричества. Такой комбинированный вариант быстро набирает популярность в западных странах и в Японии.

Комбинированные водородные генераторы характеризуются как системы с высоким КПД и небольшим выбросом углекислого газа.

Пример реально действующей промышленно изготовленной станции мощностью до 5 кВт. Подобные установки в перспективе планируется делать под оснащение коттеджей и кондоминиумов

Российская промышленность тоже начала заниматься этим перспективным видом добычи топлива. В частности, «Норильский никель» осваивает технологии производства водородных установок, в том числе бытовых.

Планируется использовать самые разные типы топливных элементов в процессе разработки и производства:

• протонно-обменные мембранные;
• ортофосфорно-кислотные;
• протонно-обменные метанольные;
• щелочные;
• твердотельные оксидные.

Между тем процесс электролиза является обратимым. Этот факт говорит о том, что есть возможность получать уже нагретую воду без сжигания водорода.

Кажется, это очередная идея, ухватившись за которую можно запускать новый виток страстей, связанных с бесплатной добычей топлива для домашнего котла.

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.

Электролиз – химико-физическое явление по разложению веществ на компоненты посредством электротока, которое широко применяется в производственных целях. На основе этой реакции изготавливаются агрегаты для получения, например, хлора или цветных металлов.

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы сделал популярными электролизные установки бытового назначения. Что представляют собой такие конструкции, и как их изготовить дома?

Общая информация об электролизере

Электролизная установка – устройство для электролиза, требующее внешний энергоисточник, конструктивно состоящее из нескольких электродов, которые помещены в заполненную электролитом емкость. Также такая установка может называться устройством для расщепления воды.

В подобных агрегатах основным техническим параметром является производительность, которая означает объем вырабатываемого водорода за час и измеряется в м³/ч. Стационарные агрегаты несут этот параметр в наименовании модели, например, мембранная установка СЭУ-40 вырабатывает за час 40 куб. м водорода.

Прочие характеристики таких устройств полностью зависят от целевого назначения и вида установок. Например, при осуществлении электролиза воды КПД агрегата зависит от нижеследующих параметров:

1. Уровень наименьшего электродного потенциала (электронапряжения). Для нормального функционирования агрегата эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на одну пластину. Если источник электропитания имеет напряжение в 14 В, то емкость электролизера с электролитным раствором имеет смысл разделить листами на 7 ячеек. Подобная установка называется сухим электролизером. Меньшее значение не запустит электролиз, а большее – сильно увеличит расход энергии;

1. Чем меньше будет расстояние между пластиночными компонентами, тем меньше будет сопротивление, что при прохождении большого тока приведет к увеличению выработки газового вещества;
2. Площадь поверхности пластин напрямую оказывает влияние на производительность;
3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
4. Материал электродных элементов. Золото является дорогим, но идеальным материалом для применения в электролизерах. Из-за его дороговизны часто применяют нержавеющую сталь.

Важно! В конструкциях другого типа значения будут иметь иные параметры.

Установки для электролиза воды могут также использоваться для таких целей, как обеззараживание, очистка и оценка качества воды.

Принцип работы и виды электролизера

Самое простое устройство имеют электролизеры, которые расщепляют воду на кислород и водород. Они состоят из емкости с электролитом, в которую помещаются электроды, подключенные к энергоисточнику.

Принцип работы электролизной установки заключается в том, что электроток, который проходит через электролит, имеет напряжение, достаточное для разложения воды на молекулы. Результат процесса – анод выделяет одну часть кислорода, а катод производит две части водорода.

Виды электролизеров

Устройства для расщепления воды бывают нижеследующих видов:

1. Сухие;
2. Проточные;
3. Мембранные;
4. Диафрагменные;
5. Щелочные.

Сухой тип

Такие электролизеры имеют самую простую конструкцию (картинка выше). Им присуща особенность, которая заключается в том, что манипуляция с числом ячеек дает возможность запитать агрегат от источника с любым напряжением.

Проточный тип

Эти установки имеют в своей конструкции полностью залитую электролитом ванну с электродными элементами и баком.

Принцип работы проточной электролизной установки нижеследующий (по картинке выше):

• при протекании электролиза электролит вместе с газом через трубу «В» выдавливается в бак «D»;
• в емкости «D» протекает процесс по отделению газа от электролита;
• газ выходит через клапан «С»;
• электролитный раствор возвращается через трубку «Е» в ванну «А».

Интересно знать. Такой принцип работы настроен в некоторых сварочных аппаратах – горение выделяемого газа позволяет сваривать элементы.

Мембранный тип

Электролизная установка мембранного типа имеет схожую конструкцию с другими электролизерами, однако в качестве электролита выступает твердое вещество на полимерной основе, которое именуется мембраной.

Мембрана в таких агрегатах имеет двойное назначение – перенос ионов и протонов, разделение электродов и продуктов электролиза.

Диафрагменный тип

Когда одно вещество не может проникать и влиять на другое, применяют пористую диафрагму, которая может изготавливаться из стекла, полимерных волокон, керамики либо асбестового материала.

Щелочной тип

Протекать электролиз в дистиллированной воде не может. В таких случаях необходимо использовать катализаторы, которыми выступают щелочные растворы высокой концентрации. Соответственно, основную часть электролизных устройств можно назвать щелочными.

Важно! Стоит отметить, что использование соли в качестве катализатора вредно, так как при протекании реакции выделяется газообразный хлор. Идеальным катализатором может выступать гидроксид натрия, который не разъедает железные электроды и не способствует выделению вредных веществ.

Самостоятельное изготовление электролизера

Изготовить электролизер своими руками может каждый человек. Для процесса сборки самой простой конструкции потребуются нижеследующие материалы:

• лист нержавейки (идеальные варианты – зарубежная AISI 316L или отечественная 03Х16Н15М3);
• болты М6х150;
• шайбы и гайки;
• прозрачная трубка – можно применять водяной уровень, который используется в строительных целях;
• несколько штуцеров типа «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
• контейнер из пластика объемом 1,5 л;
• небольшой фильтрующий проточную воду фильтр, например, фильтр для стиральных машин;
• обратный водный клапан.

Процесс сборки

Собирать электролизер своими руками следует по следующей инструкции:

1. Первым делом необходимо осуществить разметку и дальнейшую распилку листа нержавейки на равные квадраты. Распилка может осуществляться угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Один из уголков в таких квадратах должен быть спилен под углом для верного скрепления пластин;
2. Далее потребуется просверлить отверстие для болта на противоположной от углового спила стороне пластины;
3. Соединение пластин необходимо производить поочередно: одна пластина на «+», следующая на «-» и так далее;
4. Между разно заряженными пластинами должен находиться изолятор, которым выступает трубка от водяного уровня. Ее необходимо разрезать на кольца, какие следует разрезать вдоль для получения полосок толщиной 1 мм. Такого расстояния между пластин достаточно для эффективного выделения газа при электролизе;
5. Скрепление пластин вместе осуществляется посредством шайб следующим образом: на болт насаживается шайба, потом – пластина, далее – три шайбы, после – пластина и так далее. Пластины, положительно заряженные, располагаются зеркально отрицательно заряженных листов. Это позволяет не допустить задевание электродов спиленными краями;

1. Собирая пластины, следует сразу выполнять их изоляцию и затяжку гаек;
2. Также каждую пластину нужно прозвонить для того, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания;
3. Далее всю сборку требуется поместить в бокс из пластика;
4. После этого надо отметить места касания болтов о стенки контейнера, где и просверлить два отверстия. Если болты не влезают в емкость, то их необходимо подрезать ножовкой;
5. Далее болты затягиваются гайками и шайбами для герметичности конструкции;

1. После проделанных манипуляций потребуется сделать отверстия в крышке контейнера и вставить в них штуцера. Герметичность в данном случае можно обеспечить посредством промазки швов герметиками на основе силикона;
2. Защитный клапан и фильтр в конструкции располагаются на выходе газа и служат средством контроля чрезмерного его скопления, которое может привести к плачевным последствиям;
3. Электролизная установка собрана.

Заключительный этап – тестирование, которое осуществляется таким образом:

• заполнение водой емкости до уровня крепежных болтов;
• подключение питания к прибору;
• подключение к штуцеру трубки, противоположный конец которой опускается в воду.

Если будет подан на установку слабый ток, то выпускание газа через трубку будет почти незаметно, однако внутри электролизера его можно будет наблюдать. Повышая электрический ток, добавляя щелочной катализатор в воду, можно существенно увеличить выход газового вещества.

Изготовленный электролизер может выступать составной частью многих устройств, например, водородной горелки.

Зная типы, основные характеристики, устройство и принцип работы электролизных установок, можно осуществить правильную сборку самодельной конструкции, которые будет являться незаменимым помощником в различных бытовых ситуациях: от сварки и экономии расхода топлива автотранспорта до работы систем отопления.

Видео