Пошаговая инструкция по созданию котла отопления на водородном топливе

Водородный котёл представляет собой инновационное научное решение, благодаря которому можно отапливать объекты с минимальными финансовыми затратами и высокой эффективностью. Он не нуждается в обслуживании и надёжен в эксплуатации, но имеет сложную конструкцию и предъявляет высокие требования к качеству применяемых комплектующих. Возможно ли сделать своими руками котёл отопления на водородном топливе?

Свойства водорода как топлива

Водород является самым лёгким газом без цвета и запаха, который находится на десятом месте по распространённости химическим элементом на планете. Он не токсичен и даже при протекании реакции горения не выделяет вредных веществ.

В качестве топлива водород использовать выгодно по следующим причинам:

  • высокая отдача тепла (более 121 МДж/кг) за счёт достижения при горении температуры +60000С;
  • возможность снижения температуры горения до +3000С, при условии использования катализаторов;
  • безопасность при утечках за счёт быстрого улетучивания в атмосферу, так как его вес легче воздуха в 14 раз;
  • возможность добычи топлива в любой точке планеты;
  • неприхотливость к типу используемого котла.

Устройство водородного котла

Водородный котёл отопления состоит из следующих конструктивных элементов:

  • теплообменника;
  • камеры сгорания топлива;
  • электролизера;
  • ёмкости для выработки водорода, в которую помещён электролит;
  • двухступенчатого блока защиты, предотвращающего протекание цепной реакции.
Водородный котел отопления
Устройство водородного котла

Принцип работы

Работа котла на водородном топливе реализуется следующим образом:

  1. В электролизере, после поступления электролитического раствора и пропускания через два погружённых электрода электрического тока, начинается выработка газа H2 и O2, а также водяного пара.
  2. Газовая смесь поступает в химический сепаратор, в котором происходит отделение водорода из общего объёма. При этом очищенный газ через специальный клапан отводится в следующий узел установки без возможности обратного хода. Такое конструктивное решение позволяет исключить взрыв при контакте водорода с воздушной смесью.
  3. Через защитный блок очищенный газ поступает в камеру сгорания, в которой расположен теплообменник. В ходе химической реакции водорода с кислородом в присутствии катализатора происходит нагрев теплообменника, в котором находится теплоноситель, используемый в отопительной системе объекта.
  4. Отработанный после химической реакции газ снова поступает в камеру с электролитическим раствором.

Регулировка мощности нагрева осуществляется за счёт наличия в системе нескольких специальных каналов с катализатором, которые в процессе работы котла могут участвовать в химической реакции или быть исключены из неё.

Критерии выбора модели

Водородный котёл для дома необходимо подбирать с учётом следующих критериев:

  • мощность нагрева должна соответствовать требованиям используемой отопительной системе и теплоносителя, а также учитывать площадь отапливаемых помещений;
  • размеры камеры сгорания должны быть оснащены необходимым количеством теплообменников, позволяющими организовать несколько отопительных контуров;
  • электросеть в здании должна выдерживать мощность потребления электроэнергии котлом;
  • все конструктивные элементы котла должны быть изготовлены из качественных материалов и иметь достаточный запас прочности и износостойкости;
  • блок защиты должен быть сертифицированным и соответствовать стандартам безопасности.
Водородный котел отопления
Пример водородного котла отопления

Особенности эксплуатации

Важной особенностью использования водородного топлива является опасность его взрыва при контактировании с воздухом. Поэтому важно придерживаться следующих правил эксплуатации:

  • необходимо периодически следить за температурой датчиков, установленных на теплообменниках, и не допускать перегрева теплоносителя выше допустимых норм;
  • запрещено эксплуатировать котёл в режимах, которые не предусмотрены производителем или могут вызвать протекание цепной реакции;
  • при повышении давления газа в камере сгорания необходимо принять меры по его стабилизации и выяснить причины таких изменений;
  • для непрерывной работы котла нужно позаботиться о стабилизированном электропитании;
  • важно периодически менять электролизер и следить за подачей воды.

Преимущества и недостатки

Выбор в пользу котлов, работающих на водородном топливе, обоснован следующими их преимуществами:

  • отсутствие выхлопов вредных веществ в атмосферу;
  • тепло выделяется в ходе химической реакции, для которой наличие пламени не требуется;
  • высокий КПД тепловой установки;
  • отсутствие шума в работе котла;
  • не требуется установка дымохода, благодаря чему допускается устанавливать котёл в любом месте помещения.

При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать и их недостатки:

  • небольшое количество предприятий, занимающихся получением и сжижением водорода;
  • необходимость контроля давления в баллоне с водородом, чтобы не допустить взрыва;
  • высокие требования к качеству сборки всех узлов, а также применяемым при изготовлении материалам;
  • для ремонта и обслуживания требуется привлечение специалистов;
  • сложности с поиском деталей;
  • большой расход воды.
Водородный котел отопления
При всех достоинствах водородных котлов, также стоит учитывать сложности с поиском деталей

Как сделать водородный котёл своими руками?

Прежде чем сделать водородный котёл своими руками, необходимо подготовить следующие материалы:

  • стальные высоколегированные нержавеющие листы толщиной 2-4 мм;
  • очистной водяной фильтр;
  • прозрачные газовые шланги высокого давления с диаметром 8 мм;
  • герметичная пластиковая ёмкость объёмом 1,5-2 л;
  • штуцер на шланг 8 мм;
  • два болта 150х6 мм, гайки и шайбы под них;
  • профильная труба 20х20 мм и 40х40 мм.

Для изготовления потребуются следующие инструменты:

  • болгарка с диском по металлу;
  • отвертка и рожковый ключ под болты;
  • инструменты для нарезания резьбы 6 мм;
  • строительный нож для резания шлангов;
  • дрель с набором свёрл;
  • сварочный аппарат.
Водородный котел отопления
Для изготовления водородного котла потребуется болгарка с диском по металлу

Процесс изготовления котла качественно можно разделить на следующие этапы:

  1. Создание генератора водорода.
  2. Изготовление и сборка котла.

Этап создания генератора водорода

Пошагово генератор водорода изготавливается следующим образом:

  1. Стальной лист нарезаем на пластинки размером 50х50 мм в количестве 16 штук. Один из углов срезаем под углом 450, а в противоположном – просверливаем отверстия диаметром 6 мм.
  2. На один болт насаживаем пластинки, прокладывая их с двух сторон шайбами с толщиной 1-2 мм. Фиксируем их гайкой. На второй болт насаживаем оставшиеся пластинки аналогичным образом. В итоге получаем конструкцию, напоминающую два радиатора, которые могут быть вставлены друг в друга так, чтобы пластины не касались своими поверхностями.
  3. Берём пластиковый контейнер и делаем в его крышке два отверстия под болты так, чтобы пластинки радиаторов можно было расположить друг над другом и они не касались.
  4. Закрепляем два радиатора к пластинке.
  5. Вставляем конструкцию внутрь контейнера и закрепляем на болты. При этом между крышкой и корпусом прокладываем мягкие резиновые прокладки для повышения герметичности ёмкости.
  6. Проделываем в крышке два отверстия 8 мм под резиновые трубки: одно для подачи водорода, а второе – для воды.
  7. В отверстия вставляем два патрубка, изготовленных из стальной трубы и нарезанной резьбой. Прокладываем с двух сторон прокладки и фиксируем на гайки.
  8. Проверяем герметичность сборки, подключив к одному патрубку компрессор, а ко второму манометр. Накачиваем давление 2 атмосферы и следим за показаниями манометра в течение 30 минут. Если оно не изменилось, то сборка завершена, в противном случае устраняем допущенные при герметизации ошибки.
  9. Проверяем работоспособность генератора в рабочих условиях: устанавливаем обратный клапан к патрубку, подключаем к нему баллон с водородом, ко второму – воду, а к двум электродам (два болта радиаторов) – электрический ток.

Этап создания и сборки котла

Водородные котлы для частного дома, предназначенные для отопления, пошагово необходимо создавать следующим образом:

  1. Разрезаем профильную трубу 20х20 мм болгаркой на 8 частей по 300 мм.
  2. Трубу 40х40 мм разрезаем на 3 части: две по 80 мм и одна – 200 мм.
  3. В трубе 200 мм с сечением 40х40 мм по середине длины с двух противоположных боковых сторон прорезаем отверстия под трубу 40х40 мм. Затем в отверстия вставляем трубки 40х40 мм длиной 80 мм под прямым углом и привариваем их.
  4. К трём торцевым частям крестовины привариваем заглушки, а к четвёртой – заглушку с патрубком для подсоединения трубы с водородом.
  5. На расстоянии 70-80 мм от центра крестовины на каждой её части просверливаем по одному отверстию диаметром 10-14 мм. Получится четыре отверстия.
  6. Привариваем форсунки (аналогичные обычным газовым) в 4 подготовленные отверстия.
  7. Привариваем к каждой торцевой части по две профильные трубы 20х20 мм так, чтобы они образовывали прямой угол с плоскостью крестовины.
  8. Из листовой стали вырезаем три стенки корпуса котла 300х300 мм. В 2-х из них делаем 4 отверстия диаметром 20-30 мм по месту расположения форсунок, а в третьем – с диаметром 10 мм.
  9. Разрезаем трубу диаметром 20-30 мм на куски длиной 50-60 см и привариваем их к вырезанному на восьмом шаге стальному листу меньших размеров.
  10. Берём трубу диаметром 20 мм с длиной меньшей на 30-40 мм длины сваренных труб и просверливаем в ней два отверстия вверху и внизу так, чтобы была возможность приварить её.
  11. Трубу прикладываем к стальному листу с меньшими отверстиями и привариваем.
  12. Готовую конструкцию переворачиваем и устанавливаем второй стальной лист, при этом трубки должны войти в проделанные ранее отверстия. Затем привариваем трубки к листу.
  13. Привариваем к стальному листу конструкцию с горелкой.
  14. Привариваем патрубки для циркуляции теплоносителя к соответствующим отверстиям корпуса.
  15. На вводный патрубок устанавливаем температурный датчик, а на горелку – детектор пламени. Соединяем оба датчика с автоматическими контроллерами или визуально-звуковыми системами оповещения.
  16. Проверяем корпус на герметичность.
  17. Затем создаём внешний защитный корпус подходящих размеров из стальных листов, в который помещаем все узлы конструкции и соединяем их. Особое внимание необходимо уделить герметичности всех соединений и тщательно её перепроверить. Подключаем электричество к электродам. Выполняем тестовый запуск установки.
Для того, чтобы в электролизере ускорить химическую реакцию, необходимо в воде растворить щёлочь или соль. Это улучшит проводимость воды и повысит выход водорода.

Котлы на водородном топливе изготовить своими руками вполне возможно, так как практически все детали можно приобрести без проблем в строительных магазинах. Однако сложности возникают при изменении конструкции с целью повышения характеристик, что требует привлечения специалистов для выполнения сложных расчётов. Создание котлов без продумывания основных параметров сделает их неэффективными и опасными для эксплуатации.

ПОДЕЛИТЬСЯ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here