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.

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.

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.

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.