Главная / Плинтус

Водородные генераторы. Как в домашних условиях создать генератор водорода? Водородный генератор своими руками чертежи

Электролизер, именно так называется прибор, именуемый также водородным генератором. Он представляет собой устройство, работа которого основана на использовании физико-химического процесса разложения воды под действием электрического тока на водород и кислород. Это процесс называется электролизом, он давно известен и изучается в средней школе.

Электролизер – один из самых распространенных водородных генераторов.

Описание и принцип работы

В общем случае водородный генератор представляет собой набор металлических пластин, погруженных в дистиллированную воду. Конструкция заключена в герметичный корпус с клеммами для подключения источника электропитания и штуцером для вывода газа.

Теоретически работу водородного генератора можно представить следующим образом: между разнополярными пластинами (анод, катод), погруженными в дистиллированную воду, проходит электрический ток. При этом вода расщепляется на кислород и водород. Чем больше площадь пластин, тем больший ток проходит по воде и тем большее количество газов выделяется. Пластины подключаются поочередно (+-+- и т. д).

Область применения

В связи с тем, что сам процесс электролиза связан с использованием большого количества электроэнергии, промышленное применение электролизеров существенно ограничено. Экономически выгоднее использовать для получения водорода химические способы.

В настоящее время водородные генераторы применяют для:

газосварки и газорезки водородом в условиях ювелирных мастерских;
снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и повышения их КПД (коэффициент полезного действия);
повышения КПД и снижению токсичности жидкотопливных котлов.

Устройство

Немногочисленные промышленные электролизеры, которые используют для получения водорода и кислорода, изготавливают в виде стационарных установок. Электроды в них включаются биполярно, причем их количество зависит от способа включения в сеть (трансформаторное или бестрансформаторное).

Конструкции малогабаритных водородных генераторов, которые выпускаются как отечественными, так и зарубежными компаниями и используются для повышения КПД ДВС и других целей, отличаются большим разнообразием. Кроме того существует огромное количество конструкций, изготовленных своими руками. В сети Интернет о них можно найти достаточно много информации.

Учитывая, что конструкция электролизера отличается простотой и его нетрудно изготовить собственноручно, рассмотрим конструкции нескольких подобных устройств:

Простейший электролизер.
Водородный генератор для автомобиля.

Простейший электролизер

Для того, чтобы изготовить простейший водородный генератор достаточно знаний по физике и химии в объеме средней школы.

Материалы и инструменты

Нержавеющая сталь 03Х16Н15М3 размером 500х500 мм. Возможно использование нержавеющей стали любой другой марки.
Важно: обычная сталь в воде будет подвержена коррозии. Кроме того, вместо воды возможно использование щелочного электролита, который достаточно агрессивен, особенно при прохождении по нему электрического тока. В этих условиях обычная сталь долго не выдержит.
Прозрачная полиэтиленовая трубка длиной не менее 1 м и диаметром 8 мм.
2 болта М6х150, шайбы и гайки.
3 штуцера “елочка” с наружным диаметром 8 мм.
Пластиковый контейнер с крышкой объемом не менее 1,5 л.
Фильтр для очистки проточной воды (можно использовать фильтр от стиральной машины).
Обратный водяной клапан.
Силиконовый герметик.
Болгарка или ножовка по металлу.
Гаечные ключи для болтов М6.

Процесс изготовления

Осуществляем раскрой стального листа таким образом, чтобы получилось 16 пластин одинакового размера.
В одном из углов каждой пластины нужно просверлить отверстие для болта М6. С помощью этого отверстия пластины будут скрепляться между собой, поэтому центр отверстия во всех пластинах должен находиться на одной оси.
Для того, чтобы правильно соединить пластины, в каждой пластине необходимо спилить угол, который находится со стороны, противоположной отверстию для болта.
Поочередно установить пластины на болты согласно схеме, изолировав пластины “+” и “-” друг от друга с помощью полиэтиленовой трубки и шайб. При правильной установке пластин срезанные углы не позволят разнополюсным пластинам контактировать между собой.
После установки всех пластин конструкцию необходимо стянуть гайками.
Важно: закончив сборку, необходимо убедиться, что разнополюсные пластины не соединяются между собой (прозвонить конструкцию).
Крепим получившуюся конструкцию в пластиковый бокс с помощью шайб и гаек, предварительно просверлив 2 отверстия для болтов “+” и “-“. Для обеспечения герметичности отверстия обработать силиконовым герметиком.
Сверлим отверстия в крышке бокса и вставляем штуцера. Отверстия необходимо обработать силиконовым герметиком.
Остается проверить работоспособность получившегося электролизера. Для этого заполняем контейнер водой до крепежных болтов и закрываем его крышкой. Затем на один из штуцеров одеваем полиэтиленовый шланг и опускаем его в какую-нибудь емкость с водой. Подключив к болтам источник питания, наблюдаем за появлением пузырьков выделяемого газа. Для того, чтобы повысить количество выделяемого газа, нужно увеличить силу тока, проходящего через воду.
Проверив работоспособность устройства необходимо слить воду и заполнить пластиковый контейнер щелочным электролитом. Это позволит получить значительно большее количество выделяемого газа.

ВНИМАНИЕ: эксплуатируя электролизер необходимо помнить что процесс расщепления воды на кислород и водород взрывоопасен. Поэтому необходимо соблюдать определенные правила техники безопасности.

Водородный генератор для автомобиля

Процесс электролиза в автомобильном электролизере осуществляется с использованием специального катализатора. При работе прибора происходит выделение оксигидрогена (газ Брауна), имеющего формулу ННО. Далее газ через систему подачи воздуха двигателя попадает в его камеру сжигания, где смешивается с топливом и сгорает. В результате повышается октановое число топливо-воздушной смеси, что способствует более полному сгоранию топлива.

Устройство современных электролизеров

Генератор газа Брауна включает в себя:

собственно электролизер;
емкость для циркуляции.

Весь процесс получения газа контролируется:

модулятором тока;
оптимизатором, контролирующим соотношение газа Брауна и топливно-воздушной смеси.

Виды катализаторов

Существует несколько видов катализаторов, среди которых различают:

Цилиндрические – их конструкция мало чем отличается от конструкции простейшего водородного генератора и его вполне возможно изготовить самостоятельно. Отличаются небольшой производительностью (до 0,7 л газа в минуту) и примитивной схемой управления.
С раздельными ячейками – самая эффективная конструкция с производительностью свыше 2 л газа в минуту. Отличается высоким КПД и устанавливается на автомобили с непрерывным режимом работы.
С открытыми пластинами (сухие) – производительностью до 2,1 л газа в минуту. Конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение устройства в тяжелых условиях эксплуатации.

Все процессы, происходящие в водородном генераторе, осуществляются в автоматическом режиме и функционируют в соответствии со специальной программой, вшитой в компьютерную систему управления автомобилем.

Преимущества

Использование современных электролизеров в автомобиле позволяет:

экономить до 50% горючего;
уменьшить токсичность выхлопа;
снизить температуру мотора;
повысить тягу и мощность силового агрегата;
увеличить срок эксплуатации двигателя.

Принцип работы водородного генератора

Меры безопасности

Электролизерные установки представляют собой устройства повышенной опасности. Поэтому в процессе их изготовления, монтажа и эксплуатации необходимо строго соблюдать как общие, так и специальные меры безопасности.

Среди специальных требований наиболее важными являются:

Не допускается образование взрывоопасных концентраций смеси кислорода с водородом или воздухом.
Не допускается работа водородных генераторов, если в его смотровом окне не виден уровень жидкости.
При выполнении ремонтных работ необходимо убедиться в полном отсутствии водорода в конечной точке системы.
Возле электролизеров не разрешается пользоваться открытым огнем, электрическими нагревательными приборами и переносными лампами напряжением более 12 В.
При работе с электролитом необходимо пользоваться спецодеждой, перчатками и очками.

Специалисты не рекомендуют самостоятельно изготавливать автомобильные водородные генераторы. Мотивируется это тем, что автомобильный электролизер представляет собой достаточно сложное и небезопасное устройство, при изготовлении которого необходимо использовать специальные материалы и реагенты.
При самостоятельной установке в автомобиль электролизера, изготовленного своими руками, необходимо исключить возможность попадания газа в камеру сгорания топливо-воздушной смеси при заглушенном двигателе. При выключении двигателя в обязательном порядке водородный генератор должен автоматически отключаться от сети электропитания автомобиля.
При самостоятельном изготовлении автомобильного электролизера не забудьте оснастить его специальным водяным клапаном – барботером. Его использование позволит значительно повысить безопасность эксплуатации автомобиля.

Одним из самых удобных и практичных способов получения водорода, и его дальнейшего, разумного применения является водородный генератор, так называемая водородная горелка. Но получение водорода в домашних условиях довольно опасное занятие потому прислушайтесь к описанному совету.

Самодельный водородный генератор:

Основу водородной горелки составляет водородный генератор, который представляет собою своеобразную ёмкость с водой и пластинами из нержавеющей стали. Конструкция и подробное описание водородного генератора можно без особых усилий найти на других сайтах, потому я не стану тратить печатные символы на это. Я хочу передать весьма важные тонкости, которые будут вам очень полезны, если вы соберётесь делать водородную горелку своими руками.

Рисунок №1 – Структурная схема водородной горелки

Суть водородной горелки заключается в получении водорода путём электролиза воды. Вы должны понимать, что в электролизёр (емкость с водой и электродами) и потому, нельзя наливать туда что попало, я рекомендую использовать дистиллированную воду, однако читал, что для более эффективного электролиза добавляют ещё каустическую соду (пропорций не знаю).

Мой электролизёр собран из нержавеющих пластин, резиновых прокладок, и двух толстых пластин оргстекла, и внешне всё это выглядит так:

Рисунок №2 – Электролизёр

Электролизёр необходимо заполнять водою ровно наполовину для соблюдения техники безопасности, следите за уровнем жидкости, так как с его снижением меняются электрические параметры и интенсивность выделения водорода!

Но прежде чем потратить кучу времени и материалов на сборку электролизёра, позаботитесь о блоке питания к нему. Мой электролизёр, к примеру, потребляет ток около 6А, при напряжении 8В.

Металлические пластины (электроды) соединены при помощи припаянной к ним толстой медной проволоки, и толстых медных проводов (около 4мм сечение).

Рисунок №3 – Как подсоединить провода

Так же вы должны понимать, что всё должно быть герметично соединено и хорошо заизолировано, короткое замыкание пластин и искра недопустимо!!!

Рисунок №4 – Изоляция пластин

На самом деле есть масса разного рода конструкций электролизёра потому я не хочу на нем фокусировать ваше внимание, хотя он и является самой основной и трудоёмкой деталью для водородной горелки, само по себе он не очень важен (вам подойдёт любая его конструкция).

При работе с водородной горелкой следует:

Если вы собрались делать водородную горелку, то будьте осторожны! Водород очень взрывоопасен!!! При сборке и работе с водородной горелкой, есть много жизненно важных тонкостей. Обратите внимание на мои советы – я это реально проделывал и знаю что говорю.

В самодельной водородной горелке обязательно должно быть согласованно давление водорода, и защита от обратного взрыва, хорошая герметичность и изоляция!

Дело в том, что при работе водородной горелкой, для электролиза вы используете блок питания. И пока он включён, водород выделяется примерно с одинаковой интенсивностью (по мере работы она может падать, так как вода испаряется и меняется плотность тока между пластинами электродов), потому не приступайте к работе, не ознакомившись предварительно с устройством горелки.

Как правильно пользоваться водородной горелкой:

Во-первых прежде всего, всегда работайте в средствах индивидуальной защиты (обязательно наденьте на лицо защитный щиток или очки), во-вторых соблюдайте правила пожарной безопасности. В-третьих, следите за уровнем воды в электролизёре, и интенсивностью горения пламени.

Поджигать пламя нужно не сразу, дайте водороду вытеснить остатки кислорода (у меня это занимает около десяти минут, в зависимости от интенсивности выделения и объёма сосудов с водяным затвором и предохранителем А, Б рис.1)

Обязательно держите около себя ёмкость с водою – она вам понадобится, что бы потушить пламя горелки, когда закончите работу. Для этого, вам просто необходимо направить кончик иглы с пламенем под воду и тем самым перекрыть огню кислород. ВСЕГДА СНАЧАЛА ТУШИТЕ ПЛАМЯ А ПОТОМ ВЫКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА – ИНАЧЕ ВЗРЫВ НЕМЕНУЕМ.

Водяной затвор и предохранитель:

Обратите ваше внимание на рисунок №1 – там есть две ёмкости (Я обозначил их А и Б), ну и иголка от одноразового шприца (В), всё это соединено трубками от капельниц.

В первую емкость (А) необходимо наливать воду, это водяной затвор. Он необходим для того что бы взрыв не добрался до электролизёра (если он рванёт то это будет как осколочная граната).

Рисунок №5 – Водяной затвор

Обратите внимание, в крышке водяного затвора есть два соединителя (я всё это приспособил от медицинской капельницы), оба они герметично вклеены в крышку при помощи эпоксидного клея. Одна трубка длинная, по ней водород с генератора должен поступать под воду, булькать, и через второе отверстие идти по трубке к предохранителю (Б).

Рисунок №6 – Предохранитель

В ёмкость с предохранителем вы можете наливать как воду (для большей надёжности) так и спирт (пары спирта повышают температуру горения пламени).

Сам предохранитель делается так: Вам необходимо проделать в крышке отверстие диаметром 15 мм, и отверстия для винтиков.

Рисунок №7 – Как выглядят отверстия в крышке

Также вам понадобится две толстых шайбы (если потребуется, то надо расширить внутренний диаметр шайбы при помощи круглого напильника) две водопроводных прокладки и фольгу от шоколадки или обыкновенный воздушный шарик.

Рисунок №8 – Эскиз защитного клапана

Собирается он достаточно просто, вам необходимо просверлить четыре соосных отверстия в железных шайбах крышке и прокладках. Сначала необходимо припаять болты к верхней шайбе, это легко можно сделать при помощи мощного паяльника и активного флюса.

Рисунок №9 – Шайба с винтиками

Рисунок №10 – Припаянные к шайбе винтики

После того как вы припаяли винтики вам необходимо надеть на шайбу одну резиновую прокладку и непосредственно ваш клапан. Я использовал тонкую резинку от лопнувшего воздушного шарика (это гораздо удобнее чем надевать тонкую фольгу), хотя фольга, тоже подходит довольно удачно, по крайней мере, когда я испытывал свою водородную горелку на предмет взрывоопасности, то в клапане была именно фольга.

Рисунок №11 – Надеваем прокладку и защитную резинку

Потом надеваем вторую прокладку и можно вставлять защиту в отверстия, проделанные в крышке.

Рисунок № 12 – Готовый клапан

Рисунок №13 – Элементы защиты

Вторая шайба и гайки нужны, что бы герметично и крепко зафиксировать защиту, закручивая гайки (посмотрите на рисунок №6).

Поймите правильно и примите к сведенью, нельзя пренебрегать правилами техники безопасности, особенно когда работаете со взрывоопасными газами. А такое нехитрое приспособление может спасти вас от неприятных неожиданностей. Работает защита по принципу «где тонко – там и рвётся», взрывом выбивает защитную плёнку (фольгу или резинку), и взрывная сила не идёт в электролизёр, к тому же этому препятствует ещё и водяной затвор. Поверьте на слово, если взорвётся электролизер, то мало вам не покажется:)!!!

Рисунок №14 – Взрыв

Следует понимать что аварийная ситуация обязательно неминуема. Дело в том, что пламя горит на выходе форсунки, (в качестве которой достаточно неплохо подходит иголка от одноразового шприца) только потому, что создается давление газа (давление согласовано).

Рисунок № 15 – Форсунка из шприца, на пьедестале

К примеру, вы работаете вашей горелкой и вот вырубило свет, поверьте! Вы не успеете отскочить от горелки, пламя моментально пойдёт обратно по трубке и прогремит взрыв защитного клапана (он и нужен что бы рванул он а не электролизёр) – это вполне нормально, когда горелка самодельная – будьте бдительны и осторожны, держитесь подальше от водородной горелки и надевайте средства индивидуальной защиты!

Лично я не в большом восторге от водородной горелки, я и попробовал её сделать только по тому, что у меня уже был готовый электролизёр. Во-первых, это очень опасно, во-вторых не очень эффективно (я говорю о своей водородной горелке а не о горелках в целом) расплавить ею то что я хотел не удалось. И потому если вам пришла в голову идея сделать такого типа горелку задайте себе вполне рациональный вопрос «а оно того стоит», так как собрать электролизёр с нуля это достаточно хлопотное дело, а ещё нужен мощный блок питания такой что бы хватало для согласования давления водорода и диаметра выходной форсунки. Потому, «лишь бы было» я вам её делать не рекомендую, а только если она вам действительно нужна.

Автомобилестроение является одним из самых перспективных направлений промышленности. Мировые концерны стремятся вкладывать немалые деньги в развитие новых технологий, которые в будущем должны улучшить эксплуатационные качества транспортных средств. Малейшее изменение в принципах работы автомобиля способно кардинально изменить его динамику, ходовые качества, а также уровень безопасности. При этом наиболее значительные перемены обещают альтернативные источники топлива и, в частности, авто на водороде, которые уже сегодня можно наблюдать в линейках передовых производителей. Несмотря на появление серийных моделей такого типа, конструкторы все еще находятся в поисках наилучшего применения водорода. Но тот факт, что внедрение данного топлива в алгоритм действия двигателя приносит целый ряд преимуществ, бесспорен.

Специфика водородных автомобилей

Далеко не всегда переход от традиционных технологий к новым решениям позволяет достичь улучшения качественных показателей эксплуатации транспорта. Так происходит с электромобилями, которые хоть и считаются экологически чистым и сравнительно экономным видом технического средства, но имеют много недостатков, среди которых неудовлетворительная динамика. В свою очередь, при условии сбалансированного устройства может сохранить и достоинства машин с классическими двигателями, и обеспечить несколько новых преимуществ. Интерес к данному виду топлива со стороны производителей обусловлен возможностью повышения экологичности транспорта, а также экономией энергоносителя. По сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания агрегаты на водороде практически не выбрасывают вредные вещества. Такого результата можно добиться лишь при условии полного избавления от традиционных моторов, а в этом случае будут заметны и сокращения в мощности.

Комбинация водорода и ДВС

На сегодняшний день автопроизводители используют несколько концепций применения водорода. Одной из самых распространенных является гибридный вариант, при котором происходит совмещение двигателя внутреннего сгорания и водородных элементов. Изначально концептуальные авто на водороде, выполненные с таким подходом, отличались невысокой мощностью. Однако последние разработки демонстрируют обратную ситуацию, когда силовой потенциал увеличивается на 10-15%. Но, опять же, повышение мощности нивелирует преимущество в виде экологической чистоты и стоимости содержания машины. Есть и другой негативный фактор от использования водорода в системе ДВС. В процессе эксплуатации топливо вступает в реакцию с элементами конструкции, что существенно сокращает рабочий ресурс материалов силового агрегата.

Технические характеристики машин на водороде

Первым серийником, который снабжался водородной силовой установкой, является четырехдверный седан Mirai от концерна Toyota. Разработчики использовали нестандартную конфигурацию, в которой основу начинки представляет электромотор, подключенный к преобразователю водорода. В итоге гибридная машина обеспечивает 151 л. с., максимальную скорость в 180 км/ч и разгон до «сотни» за 9 сек. При этом одна заправка позволяет преодолевать почти 500 км, что очень неплохо для первого авто на водороде. Технические характеристики водородных кроссоверов также впечатляют - например, Hyundai Intrado получил аккумулятор на 36 кВт*ч, обеспечивающий ход до 600 км. Но самое важное, что вредные выбросы в данном случае сведены к нулю. Компании уже сегодня предлагают водородные машины с привлекательными рабочими данными. Среди останавливающих этот прогресс факторов можно отметить лишь отсутствие инфраструктуры, позволяющей использовать новые технологии широкой массе потребителей.

Генераторы водорода

Пока крупные производители осваивают высокотехнологичные двигатели, задействующие водород в качестве источника энергообеспечения, в среднем звене наблюдается распространение вспомогательных генераторов, позволяющих перерабатывать топливные элементы данного типа. Поскольку основной целью использования новых видов топлива является повышение экологичности процесса и снижение стоимости питания, то в некоторых случаях для этого достаточно внедрить в конструкцию только соответствующий реактор. Такую функцию, в частности, выполняет на авто, который также называют газовым преобразователем. При этом существует две разновидности таких установок - с жидкими и сухими компонентами. С точки зрения эффективности, выгоднее второй вариант, так как жидкие элементы требуют больших объемов тока, повышая размеры батареи.

Принцип работы водородных реакторов

Положительные отзывы о водородных машинах

С точки зрения экологических организаций и самих производителей, преимущества использования водорода очевидны. Что касается конечного потребителя, то для него выгода от применения новых топливных элементов пока не так выражена. Тем не менее наиболее удачные образцы автомобилей такого типа демонстрируют экономию при эксплуатации, что в будущем может стать одним из главных факторов популярности данной техники. В плане динамических качеств и мощности генератор водорода для авто вызывает противоречивые суждения, но и тут есть положительные сдвиги. Рациональный расход топлива дает не только экономию, но и повышение производительности силовой установки - соответственно, в некоторых случаях повышается и мощность.

Негативные отзывы

Даже если дело касается передовых разработок в этой области, пользователям приходится сталкиваться с проблемами неразвитой инфраструктуры. Как и в случае с другими версиями гибридов, водородные машины требуют обслуживания на специальных станциях. Конечно, есть и модели, которые работают на растворах, поставляемых в баллонах. Но в данном случае отмечаются жесткие условия хранения, соблюдения которых требует водород на авто. Отзывы с критикой отдельно отмечают модернизированные машины, работавшие на традиционных двигателях. Дело в том, что интеграция водородных установок зачастую приводит к быстрому износу ближайших узлов и деталей.

Сравнение с альтернативными технологиями

Как отмечают специалисты, рано или поздно в мировом автопроме будут преобладать технологии, соответствующие высоким нормам экологической безопасности. Наряду с водородными концептами, на эту роль претендуют электромобили, различные гибриды, модели, работающие на жидком азоте и т. д. Но, в отличие от перечисленных концепций, тот же HHO-генератор водорода на авто является наиболее простым в технической реализации. Если для электродвигателя разработчикам приходится зачастую создавать новую конструкцию в пространстве с двигателем, то внедрение водородного реактора под силу любой современной автомастерской. Другое дело, что генератор нельзя рассматривать как самый лучший пример использования альтернативного топлива для транспорта.

Заключение

Водород в качестве источника для снабжения силовой установки транспорта использовали еще на заре появления первых автомобилей. Однако высокая производительность классических двигателей внутреннего сгорания затмила разработки такого рода. Собственно, и в наши дни по целому ряду параметров авто на водороде не способны конкурировать с привычными моделями. Актуальность же данного направления вызвана отсутствием загрязняющих атмосферу веществ. Есть и определенные преимущества в других нюансах эксплуатации, но они не являются принципиальными для производителей. Если же говорить о жертвах, на которые придется идти создателям водородных автомобилей, то они, скорее всего, ограничатся скромной мощностью и внесением конструкционных элементов, которые могут повлиять на эргономику.

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.

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.
Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
Концентрация электролита и его тепловой баланс.
Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
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:

Выход для кислорода.
U-образная колба.
Выход для водорода.
Анод.
Катод.
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:

Можно использовать железные электроды.
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:

Сопло горелки.
Резиновые трубки.
Второй водяной затвор.
Первый водяной затвор.
Анод.
Катод.
Электроды.
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).

Hydrogenium (Н2), «порождающий воду» - самый распространённый элемент мироздания. По утверждению учёных, на его долю приходится почти 90% всех атомов Вселенной. Водород, в ходе реакции термоядерного синтеза обеспечивающий энергией наше Солнце, может послужить прекрасным топливом и на Земле. Это единственное абсолютно безвредное, экологически чистое топливо: при сгорании газа он вступает в химическую реакцию с кислородом, а продуктом сгорания является дистиллированная вода. Hydrogenium - идеальное во всех отношениях топливо, которое прекрасно подходит в том числе для отопления дома. Причём под водородный котел отопления можно переоборудовать обычный газовый, внеся лишь небольшие изменения в его конструкцию. Одна беда: несмотря на распространённость водорода (мы сами наполовину из него состоим), на нашей планете в чистом виде он почти не встречается. В открытой продаже этого газа нет, где же его взять в достаточном количестве? Интернет даёт нам чёткий и ясный ответ: купить либо собрать самому генератор водорода для отопления дома.

Технологии получения чистого водорода

Существует множество технологий получения водорода. Упомянем лишь те из них, которые находят практическое применение вне стен лабораторий:

Химическая реакция воды с металлами. Топливом служит вода, реагентом - алюминиево-галлиевый сплав. 150 кг топливных элементов хватает, чтобы проехать 500 км на «водородомобиле», затем металл приходится извлекать и отправлять на восстановление, что требует воздействия высоких температур.
Конверсия природного газа, газификация угля, пиролиз древесины. Путём нагрева свыше 1000 ºС из углеводородов можно получить чистый водород для отопления дома.
Электролиз воды. Более эффективным является высокотемпературный электролиз.
Получение водорода из биомассы. Сырьём может служить навоз, сено, трава, водоросли и другие отходы сельскохозяйственного производства. Биогаз может содержать от 2 до 12% водорода.
«Мусорный» водород получают из бытовых отходов, подвергая их термическому разложению.

Домашние генераторы водорода

Как видно из предыдущего раздела, большинство технологических процессов по промышленному получению водорода связаны с воздействием высоких температур, что проблематично в домашних условиях. Рассмотрим водородные установки для отопления, доступные в частном хозяйстве:

Водород из навоза

Биогазовые установки, коих немало в Западной Европе, начинают появляться и у отечественных аграриев. Кустарные биогазовые реакторы, о которых рассказывают в интернете «мастера-очумелые ручки» не отличаются ни производительностью, ни стабильностью генерации. Эффективными являются лишь довольно сложные и недешёвые установки при условии стабильного поступления в них сырья. Это нереально осуществить на мелком частном подворье, но возможно в крепком фермерском хозяйстве. Водород является лишь побочным продуктом при производстве биогаза и, как правило, его не отделяют, сжигая вместе с метаном. Но при необходимости Н2 можно сепарировать.

Принципиальная схема биогазовой установки. Чтобы процесс выработки горючих газов был интенсивным, сырьё ферментируют и периодически перемешивают

Водород из воды

Электролизная водородная установка для отопления дома - единственное на сегодняшний день решение, доступное для частного дома. Электролизер компактен, прост в обслуживании, его можно установить в небольшом помещении. Сырьё для получения топлива - водопроводная вода. Есть ряд именитых производителей, которые предлагают подобные домашние генераторы водорода для отопления дома и заправки автомобиля. К примеру, с 2003 года компания Honda выпускает Home Energy Station, сегодня в продаже уже третье поколение. HES III снабжена солнечными панелями, может устанавливаться в гараже либо на улице.

Home Energy Station - весьма недешёвая установка, способная производить до 2 м2 водорода в час из природного газа либо электролизом воды. В состав станции входит риформер, топливные элементы, система очистки, компрессор и резервуар для хранения газа. Электроэнергия может поступать из сети либо вырабатываться солнечными панелями

Помимо «фирменного» оборудования, которое, кстати, официально в страны СНГ никто не поставляет, сегодня широко рекламируются генераторы Н2, произведенные нашими друзьями в Поднебесной либо таджикскими коллегами в отечественных гаражах. Уровень качества и производительность - разные, от никакого до условно приемлемого. Продавцы подобного оборудования, в отличие от более-менее честных японцев, не обещающих манны небесной, используют «грязные» рекламные технологии, откровенно обманывая потенциальных покупателей на предмет характеристик своего оборудования, продающегося по завышенным ценам.

Полукустарная установка для выработки водорода

На околостроительных интернет-форумах широко обсуждается отопление на водороде своими руками, предусматривающее самостоятельное изготовление электролизера. Это возможно и даже не очень сложно, если домашний мастер владеет азами электротехники и руки у него растут, откуда положено. Насколько эффективно и безопасно - отдельный вопрос.

Другой вопрос, что получить топливо - это лишь часть задачи. Необходимо обеспечить его генерацию в нужных объёмах, отделить от кислорода и водяного пара, создать запас, обеспечить постоянное давление при подаче в теплогенератор.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

Химическая реакция - 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 - при использовании энергии АЭС.
Электролиз от промышленной сети - 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
Производство из биомассы - 350 рублей.
Конверсия углеводородов - 200 рублей.
Высокотемпературный электролиз на АЭС - 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс - высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии - 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа - 50 000 кДж/кг. У водорода - намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость - 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница - поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления - электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.

Memento mori - пару слов о технике безопасности

Водород - горючий взрывоопасный газ. При этом не обладающий запахом, определить его утечку без специального оборудования невозможно. Обращение со столь опасным видом топлива требует особых мер безопасности. Необходимо периодически осуществлять проверку герметичности трубопроводов, накопительных резервуаров, исправность запорной арматуры. Генератор H2 - не такой простой прибор, как может показаться из коротких видеороликов. Это потенциальная бомба, которая может разнести ваш дом. Переоборудовать газовый под водородный котел отопления своими руками - также опасно.

Самодельный водородный котел отопления, кое-как переделанный из старого дровяного и генератор водорода для отопления дома, собранный на коленке и небезопасный. Авторы ролика говорят о необычайной эффективности установки, не называя никаких цифр и предлагая заказать у них аналогичную по сходной цене

Развенчиваем мифы о экономичности водородных котлов

Если экономические выкладки вас не убедили, и вы всё же решите поэкспериментировать с темой водородного отопления себе в убыток, настоятельно рекомендуем не заниматься самодеятельностью, а пригласить специалистов, имеющих опыт в данной сфере деятельности. Таких, кстати, в нашей стране очень немного.