Водородный котел: принцип работы, виды, критерии выбора

Экономия топлива при отоплении дома – задача не из легких. Самый эффективный вариант – газовый котел. Но не во все дома газ проведен, особенно загородные. Дрова, уголь, солярка и электричество не решают проблему экономии. Но есть вариант, который подойдет для этой цели – это водородный котел.

Свойства водорода как топлива

Водород – это газ, не имеющий ни запаха, ни цвета. Он не является токсичным даже при сгорании. Использовать его в качестве топлива можно. И если подходить к этому вопросу со стороны экономии, то это на самом деле выгодно. К примеру, при сгорании водород выделяет 121 МДж/кг или 33,2 кВт/м³. А природный газ, он же метан, всего 50 МДж/кг или 9 кВт/м³.

vodorodnyj-kotel1

Но для выделения такой энергии необходимо нагреть водород до +6000 ℃. Но современные технологии позволяют снизить температуру сгорания до +300 ℃. Для этого нужно использовать катализаторы.

Другие критерии, подтверждающие выгодность использования водорода в качестве топлива:

  1. Это один из самых распространенных химических элементов на планете. 10 место это подтверждает.
  2. Газ легче воздуха в 14 раз. Если происходит утечка водорода, то он не скапливается, а быстро улетучивается.
  3. При сгорании в атмосферу не выделяются токсичные вещества.

Принцип работы водородного котла

Чистого водорода в природе не существует. Он присутствует только в соединении с другими химическими элементами. Самое распространенное соединение – вода или Н₂О, по-другому – окисленный водород. Разделить воду на два газа реально. Для этого используется реакция электролиза, в процессе которой жидкость переходит в газообразное состояние. Она носит название гремучий газ.

Основа котла на водородном топливе – электролизер, где происходит выделение газов. Эту технологию используют в сварочных работах, конкретно в газопламенных. После электролизера газовая смесь вместе с паром поступает в сепаратор, где отделяются влажные пары и остается только гремучая смесь. Она и подается далее на горелку. Чтобы газ не пошел в обратную сторону, после сепаратора устанавливается обратный клапан.

С котлами все то же самое. Просто в эту конструкцию добавляются узлы и приборы, отвечающие за безопасность, бесперебойность и эффективность работы:

  1. Датчик, отвечающий за уровень воды в электролизере. Он срабатывает тогда, когда уровень жидкости в ванне становится меньше необходимого. После этого включается подача воды.
  2. Чтобы давление внутри электролизера не повышалось больше допустимого, на нем устанавливается спускной клапан и датчик давления.

Принцип работы водородного котла по этапам:

  1. В электролизере под действием электрического тока происходит реакция электролиза – разделение воды на газовую смесь и водяной пар.
  2. Все это поступает в сепаратор химического действия. В нем происходит разделение на два газа и влагу, которая сразу поступает обратно в электролизер.
  3. Газ по трубам подается на горелку котла, где происходит его сжигание.

Гремучая смесь – это соотношение водорода к кислороду в пропорции 2:1. То есть кислорода достаточно, чтобы водород сгорел полностью. Но надо отметить, что водородную смесь не зря назвали гремучей. Она взрывоопасна.

vodorodnyj-kotel2

Критерии выбора модели

На что нужно обратить внимание, выбирая водородные котлы для частного дома:

  1. Мощность агрегата с учетом площади отапливаемого объекта.
  2. Если водородный котел требуется для подачи теплоносителя на несколько разных контуров, то в нем должно быть установлено столько же теплообменников.
  3. Водородный котел – оборудование энергозависимое, так как электролизер в работе требует присутствия электрического тока. Поэтому напряжение в сети дома должно быть стабильным и не меньше заявленного параметра. Это касается и силы тока.
  4. Особое внимание питающему кабелю. Он должен выдерживать потребляемую мощность водородного котлового оборудования.
  5. Все узлы и детали, из которых изготавливается водородный котел, должны иметь высокий запас прочности. Соответственно, будет высокой и износостойкость. Поэтому для изготовления нужно использовать высококачественные материалы.
  6. Используемая в котельной установке система защиты должна соответствовать стандартам и нормативам безопасности (сертифицирована).

Особенности эксплуатации

Водородный котел от других моделей, в плане использования другой разновидности топлива, ничем не отличается. Он должен соответствовать требованиям безопасности, а мощность агрегата – быть необходимой, чтобы обеспечить теплом весь дом.

У водородного котла есть дополнительный блок – электролизер. И хотя проблем в работе с ним нет, все же это еще один элемент, который вырабатывает взрывоопасное топливо. К тому же для него должен быть установлен дополнительный источник электроэнергии.

Поэтому несколько рекомендаций:

  1. Нельзя допускать, чтобы в камере сгорания котла было высокое давление газа.
  2. Электропитание должно быть стабильным – никаких скачков напряжения, что может прервать процесс электролиза.
  3. Стабильная подача воды.
  4. Постоянно следить за стыками топливопровода – гремучая смесь при соприкосновении с воздухом взрывается.
  5. Электролизер быстро изнашивается, поэтому его надо периодически заменять новым. Имеются в виду металлические пластины внутри корпуса.

Преимущества и недостатки водородного котла

Что касается плюсов:

  • водородный котел при сжигании водородной смеси не выделяет в атмосферу вредных веществ, поэтому для него не требуется дымохода;
  • коэффициент полезного действия установки высокий – до 97%;
  • котел работает бесшумно.

Здесь необходимо уточнить позицию – КПД до 97%. Это идеальный вариант, к которому надо стремиться. Самодельные установки до такого значения не поднимаются. Их КПД обычно в пределах 60-70%.

Минусы:

  • большой расход электроэнергии, например, водородный котел, предназначенный для обогрева дома 100-150 м², будет потреблять 2,2 кВт электрического тока;
  • определенный расход воды;
  • качество сборки должно быть на высоком уровне – никаких неплотностей, утечек, протечек и прочих неприятностей;
  • сложность приобретения деталей и узлов, их высокая стоимость.

vodorodnyj-kotel3

Как сделать водородный котел своими руками

Основа оборудования – электролизер, он же генератор водорода. Это емкость, в которую помещены пластины из нержавеющей стали толщиною 3-4 мм. Чем толще, тем дольше эксплуатируется установка. Между пластинами оставляется расстояние в пределах 3-5 мм.

Этап создания генератора водорода

В первую очередь нужно изготовить емкость для воды. Самый простой вариант – купить пластиковое или стальное изделие. Главное, чтобы оно закрывалось плотно крышкой. Резервуар должен быть герметичным. Другой вариант – собрать емкость для воды из стальных листов с помощью электросварки.

Теперь изготовить две конструкции из пластин. В плане количества все будет зависеть от того, какова нужна электрическая емкость прибора. Чем больше пластин, тем больше водорода генератор будет вырабатывать. Соответственно, необходим резервуар большего размера.

К примеру, для емкости объемом 2 л потребуется 16-18 пластин, размером 150х150 мм. В каждой с одного угла делается отверстие диаметром 8 мм. Противоположный угол срезается под 45º. Теперь пластины делятся на две равные части – по 8 штук. Каждая часть надевается на болт М8 и закрепляется гайкой.

Между пластинами укладываются шайбы толщиною 4-5 мм. Это делается для того, что когда обе части будут вставлены друг в друга, пластины одной из них не касались пластин другой. Срезанные углы не позволят им дотрагиваться до болтов противоположной части.

Пластинчатые конструкции укладываются в подготовленную емкость друг на друга. К гайкам подсоединяются провода от источника электропитания. Все заливается водой и закрывается герметично крышкой. В последней делаются два отверстия с каждой стороны. В них вставляются штуцера, к которым прикрепляются газовые шланги. Именно по ним будет выводиться гремучая смесь и водные пары.

Этап создания и сборки водородного котла

Чтобы котел соответствовал своему назначению, к генератору водорода надо подключить теплообменник. Последний – это большое количество разновидностей, подойдет любой. К примеру, обычный бойлер – стальной бак, наполненный водой. Под ним устанавливается горелка, которая будет нагревать теплоноситель.

К горелке подводится газовый шланг. Отводится он от сепаратора. Самая простая конструкция последнего – герметичная емкость, наполненная до середины водой. В ее крышке делаются два отверстия:

  1. В одно вставляется шланг, идущий от генератора. Его конец опускается практически до дна сепаратора.
  2. В другое вставляется второй шланг, один конец которого не должен опускаться в воду. Второй конец соединяется с горелкой.

Сепаратор работает так:

  • по шлангу смесь из электролизера поступает в сепаратор, где гремучая смесь проходит через слой воды, а пары в ней остаются;
  • газы скапливаются под крышкой и выводятся по другому шлангу на горелку.

Здесь важно, чтобы сепаратор не переполнился водой. Поэтому уровень ее надо проверять и при необходимости сливать. Можно сбоку емкости (чуть ниже крышки) сделать отверстие со штуцером и шлангом, через которое излишки жидкости будут самотеком стекать в генератор водорода.

Теперь все блоки надо установить на одну раму. Ее изготавливают из профильной трубы. Бойлер, он же теплообменник, устанавливается выше всех. Под ним горелка, еще ниже сепаратор с генератором. Вертикальное размещение узлов делает водородный котел компактным.

Котлы, работающие на водородном газе, реальная возможность отказаться от других видов топлива. Сделать оборудование своими руками можно. Но для этого требуется точный и сложный расчет, где учитывается электропроводность материалов электролизера, количество пластин и прочее. К тому же не все детали можно найти в магазинах. Плюс – необходима точная сборка, 100% герметичность узлов и топливопроводов.

Кто-то пробовал уже собирать водородный котел самостоятельно? Поделитесь своим опытом. Статью добавьте в закладки, пусть будет всегда под рукой, вдруг пригодится информация.

author

главный редактор

Автор публикации
Все про утепление и отопление дома и квартиры
Отзывы и комментарии
Комментарии
  1. Дамир:

    А по мне так уж лучше водород, чем дрова или уголь. В поселке электричество есть всегда, газа нет и наверное в ближайшем будущем не будет. Так что стоит рассмотреть водородный вариант.

Ваш отзыв

Обсуждения
Я использовал изолон на самоклеящейся основе. Снимаете защитную бумагу и приклеиваете утеплитель к
Если дверь старая, то пенополистирольные плиты можно использовать. Я хочу сказать, что каркас на красивую
доброго времени суток.это за какой год цена такая?я купил на днях и установили за 23 000.саму колонку я купил
Размер шрифта
Мы в соц. сетях