Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Водород – почти идеальное топливо для нашей планеты. Проблема лишь в том, что встречается он на планете только в сочетании с другими веществами. В чистом виде водорода на Земле – лишь 0,00005%. В связи с этим весьма актуален вопрос конструирования водородных генераторов. Не стоит забывать, что водород – нескончаемый источник энергии, практически находящийся у нас под ногами.

Устройство и принцип работы генератора водорода

Как это работает

Классический аппарат для выработки водорода включает в себя трубку небольшого диаметра, зачастую — с круглым сечением. Под ней расположены спецячейки с электролитом. Сами частицы алюминия располагаются в нижнем сосуде. Электролит в данном случае подходит только щелочного типа. Над подающим насосом установлен резервуар, где собирается конденсат. В некоторых моделях применяется 2 насоса. Температура контролируется прямо в ячейках.

Генератор получает газ из воды. Ее качество напрямую влияет на количество примесей в готовом продукте. Так, если в генератор попадает вода с высокой концентрацией посторонних ионов, то ей сперва предстоит пройти через деионизационный фильтр.

Вот как происходит процесс получения газа:

1. Дистиллят расщепляется на кислород (O) и водород (H) в процессе электролиза.
2. O2 поступает в питающий бак, а затем уходит в атмосферу в виде побочного продукта.
3. H2 поставляется в сепаратор, отделяется от воды, которая затем снова поступает в питающий бак.
4. Водород повторно пропускается сквозь разделяющую мембрану, которая извлекает из него остатки кислорода, а затем попадает в хроматографическое оборудование.

Метод электролиза

Как уже упоминалось выше, в мире практически нет таких же неиссякаемых энергоисточников, как водород. Не следует забывать, что Мировой океан на 2/3 состоит из этого элемента, а во всей Вселенной H2 на пару с гелием занимает наибольший объем. Но чтобы получить чистый водород, нужно расщепить воду на частицы, а сделать это не очень просто.

Ученые после многолетних ухищрений изобрели метод электролиза. Этот метод основывается на помещении в воду на близком расстоянии друг от друга двух пластин из металла, которые подсоединены к источнику большого напряжения. Далее подается питание – и большой электропотенциал фактически разрывает молекулу воды на компоненты, в результате чего высвобождается 2 атома водорода (HH) и 1 — кислорода (O).

Советы специалистов

Квалифицированные мастера считают, что изготавливать самодельные водородные генераторы для автомобилей в домашних условиях рискованное занятие.
Они объясняют это тем, что электролизер для авто имеет сложную и небезопасную систему устройств.

Заниматься изготовлением таких агрегатов нужно, применяя специальные материалы и реагенты.

Примите к сведению: в случае самостоятельного установления электролизера, который был изготовлен своими руками, рекомендуется строгое исключение возможности, когда газ попадает в камеру сгорания при заглушенном двигателе. Во время отключения двигателя, обязательно должен автоматически отключиться водородный генератор от сети электрического питания автомобиля.

Если все-таки решили самостоятельно изготовить автомобильный гидролизер, то обязательно следует оснастить его барботером – это специальный водяной клапан. При его использовании значительно повысится безопасность при вождении автомобиля.

Область использования генератора водорода

H2 — это современный энергоноситель, который активно используется во многих промышленных сферах. Вот лишь некоторые:

• выработка хлористого водорода (‎HC)l;
• выработка горючего для ракетных установок;
• изготовление аммиака;
• обработка металла и резка по нему;
• разработка удобрений для дачных участков;
• синтез азотной кислоты;
• создание метилового спирта;
• пищевая промышленность;
• производство соляной кислоты;
• создание систем «теплый пол».

Кроме того, HHO стал весьма полезен и в быту, правда, с оговорками. Прежде всего, его используют для автономных систем отопления. Кроме того, газ Брауна добавляют в бензин, пытаясь обмануть двигатель и сэкономить на топливе.

Какую воду использовать – дистиллированную или из-под крана?

Здесь ничего сложного нет. Водопроводная жидкость может использоваться, но лишь в том случае, если в ней нет примесей тяжелых металлов. Но чтобы оборудование работало более эффективно, лучше использовать все же дистиллированную воду, добавляя в нее небольшое количество гидроксида натрия. Соотношение в данном случае должно быть следующим: по столовой ложке гидроксида на каждые десять литров воды.

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Создание водородного агрегата дома – задача не из легких. Нужно вооружиться не только рядом инструментов, но и соответствующими знаниями, а также схемами.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Устройство состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для питания, водяного затвора, проводов и шлангов, соединяющих конструкцию. На сегодняшний день известны несколько схем электролизеров, где в качестве электродов применяются пластины или трубки.

Также популярностью пользуются аппараты сухого электролиза. В отличие от классического варианта, в этом агрегате не пластины помещаются в ёмкость с жидкостью, а сама вода направляется в щель между плоскими электродами.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления генератора дома не нужны никакие особенные и необычные инструменты. Вот что потребуется подготовить:

• ножовку для работы с металлическими изделиями;
• дрель и сверла к ней;
• комплект гаечных ключей;
• плоская и шлицевая отвертки;
• угловая шлифмашина («болгарка») с кругом для резки металла;
• мультиметр и расходомер;
• линейка;
• маркер.

Какой именно металл следует использовать?

Этот вопрос спорный. Так, во многих – в том числе весьма авторитетных – источниках говорится, что для водородного отопления необходимо использовать лишь редкие металлы. В действительности это не совсем верно, так как вполне можно использовать и нержавеющую сталь, о чем мы уже говорили выше. Хотя в идеале это должна быть ферримагнитная сталь. Отличается она тем, что не притягивает к себе частички не нужного мусора. Также отметим, что при выборе металла ориентироваться лучше все же на «нержавейку», которая не подвержена процессу окисления.

Как видим, соорудить водородный котел не так сложно, как кажется. Необходимо лишь правильно подобрать расходные материалы и тщательным образом изучить схему отопительной системы такого типа. Установив все необходимое оборудование, произведите проверку, дабы убедиться в том, что оно действительно качественное и достаточно эффективное.

Видео – Изготовление водородного генератора

Генератор водорода своими руками: инструкция

Процесс стартует с создания ячейки производства водорода. По габаритам она должна быть чуть менее внутренних параметров длины и ширины корпуса генератора. По высоте она составляет 2/3 высоты главного корпуса. Ячейку делают из текстолита или оргстекла (толщина стенки 5-7 мм). Для этого нарезаются по размерам 5 пластин, из которых клеится прямоугольник, а его нижняя часть ничем не закрывается.

При помощи шлифмашины из листа нержавейки вырезают пластины электродов. По размеру они должны быть меньше боковых стенок на 10 – 20 мм.

ВАЖНО! Чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку следует обработать наждаком с обеих сторон.

В каждой пластине требуется просверлить по 2 отверстия: для подачи воды в пространство между электродами и для отвода газа Брауна.

Типы установок

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

1. Простой, цилиндрического типа. Производит 700 миллилитров газа в минуту. Такой производительности достаточно для двигателей с рабочим объёмом до 1,4 литров.
2. С ячейками раздельного типа. Является самым эффективным по типу конструкции и производительности. Выход газа превышает 2 литра в минуту. Такой объём позволяет применять его на грузовом транспорте.
3. Электролизёр с пластинами открытого типа. Эта конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение системе, в результате чего может использоваться при длительной работе агрегата. Выход газа регулируется количеством пластин реактора.

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.

Водород в домашних условиях: есть ли выгода

Сразу отметим: использовать водородный генератор для отопления дома невыгодно. Вы потратите больше электричества на выделение чистого H2, чем получите энергии после его сжигания. Так, на 1 кВт теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии, то есть, выгоды никакой. Проще установить дома любой из электрических котлов.

Чтобы заменить 1 литр бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, 1/3 которого — это кислород. Пока что даже лучшие умы мира не разработали агрегат, способный выдать подобную производительность.

Выбор прибора

Когда выбирается генератор водорода, цена модели обычно отражает ее возможности. Чем их больше, тем удобнее прибор в регулярном использовании. К наиболее важным параметрам относятся:

• Микропроцессорное управление для точного задания рабочих параметров.
• Качество очистки готового продукта: желательно, чтобы техника поддерживала многоступенчатую подготовку H2.
• КПД электролизера: чем он выше, тем меньше энергии расходуется на поддержание расщепления воды.
• Возможность дозаливки дистиллята без отключения устройства для обеспечения непрерывности процессов.
• Продуманная защита от повышения тока в камере электролиза или в случае превышения давления в питающих трубах. Оптимально, если устройство сразу отключается или автоматически меняет рабочие параметры.
• Регулируемая производительность H2. Наличие этой функции позволяет оператору контролировать объемы генерируемого газа. Сокращается нагрузка на электролизер, повышается срок его службы без необходимости замены.
• Управление температурным режимом дожигателя кислорода. Чем больше параметров, которые позволяют регулировать генератор чистого водорода, тем проще отладить производственный процесс.
• Индикация влажности вещества (исключает риск попадания влаги в питающие линии).

Существуют и другие параметры, на которые рекомендуется обратить внимание перед тем, как купить водородный генератор: цена устройства, производительность, степень очистки газа, стабильность давления, обводненность готового вещества, время выхода на режим, потребляемая мощность и габариты.

Соблюдение мер безопасности

Электролизер представляет собой устройство повышенной опасности.
Поэтому во время его изготовления, монтирования и работы обязательно нужно соблюдение как общих, так и специальных мер безопасности.

Специальные меры включают следующие пункты:

• следует контролировать концентрацию смеси водорода с кислородом, в целях недопущения взрыва;
• если уровень жидкости не просматривается в смотровом окне водородного генератора, то его использовать нельзя;
• во время выполнения ремонта нужно удостовериться, что в конечной точке системы полностью отсутствует водород;
• противопоказано использование открытого огня, электрических нагревательных приборов и переносных ламп напряжением более 12 вольт рядом с электролизером;
• во время работы с электролитом следует себя обезопасить, используя средства защиты (спецодежда, перчатки и очки).

Материальный баланс

Общие сведения.

Общество с ограниченной ответственностью «Институт физико-технологических исследований (ИФТИ)» (ООО «ИФТИ») с конца 80х годов занимается разработкой, производством и внедрением на объектах промышленности современных водородных электролизных установок серии ФС-Т.25.

Первая установка серии ФС была установлена на ГРЭС-24 МОСЭНЕРГО в г. Новомичуринск (Рис 1), ныне Рязанская ГРЭС.

Установки серии ФС разработаны и выпускаются по ТУ 3610-002-13151350-08 (до 2007 г. — по ТУ 3610-002-13151350-99) для нужд энергетики (охлаждение водородом обмоток турбогенераторов на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС), электроники и других отраслей (металлургия, нефтехимия, стекольная и пищевая промышленности, а также медицина).

Установки защищены патентами РФ, имеют:

• Декларацию соответствия установок ТР ТС 004/2011, 010/2011 и 020/2011,
• Сертификат соответствия и декларацию оборудования установок ТР ТС 032-2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением»,

Установки соответствуют требованиям:

• Правил безопасности при производстве водорода методом электролиз воды (ПБ 03-598-03),
• Типовой инструкции по эксплуатации электролизных установок для получения водорода и кислорода (РД 34.50.501-96, РАО «ЕЭС России»),
• Федеральному закону РФ от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»,
• Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03).

На аппараты установок серии ФС не распространяются «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», Приказ № 116 Ростехнадзора от 25 марта 2014 г., глава 1, параграф 4, пункт «п».

Прочее.

• Затраты электроэнергии на производство водорода составляют не более 5,0 кВт*ч/нм3.
• Структура циклов технического обслуживания и ремонта установки ФС-Т.25:
• ТО-1 — на выключенной установке, 1 раз в месяц.
• ТО-2 — на выключенной установке, 1 раз в 6 месяцев.
• ТО-3 — на выключенной установке, 1 раз в год.
• ТО-4 (текущий ремонт) — на выключенной установке, 1 раз в 3 года.
• ТО-5 (капитальный ремонт) — на выключенной установке, 1 раз в 10 (6) лет*.

* В соответствии с п. 6.22.1.3 СТО 70238424.27.100.050-2009 «Электролизные установки электрических станций. Организация эксплуатации и техническое обслуживание. Нормы и требования» капитальный ремонт необходимо производить 1 раз в 6 лет.

Установки серии ФС-Т.25 подлежат капитальному ремонту 1 раз в 10 лет при условии технического обслуживания сервисной службой ООО «ИФТИ».

Показатели надёжности:

• Наработка на отказ, час, не менее – 10000.
• Ресурс до первого капитального ремонта, час – 42 000 + 2 000.
• Период между текущими ремонтами, не менее, час – 8 000.
• Срок службы основного технологического оборудования, лет, не менее – 20.
• Электроснабжение электролизной установки выполняется от существующих распределительных устройств 0,4 кВ в соответствии с требованиями ПУЭ.