Устройство и принцип работы водородного котла отопления

Котел отопления на водороде: обзор лучших

Сегодня человечество рассматривает водородный котел для теплоснабжения приусадебных и многоквартирных домов как революционный вид теплоагрегата.

Достигнутый уровень технологий позволяет поставить водород на служение человеку. Совсем скоро этот экологически чистый, бюджетный и доступный энергоноситель вытеснит все природные виды топлива.

Водородный котел — это новое понятие в теплоэнергетике и альтернатива традиционному отоплению, без выбросов вредных дымовых газов в атмосферу. По мнению специалистов, водород сегодня самый перспективный топливный элемент, способный встать на смену углеводородному топливу, но все же, не так все просто.

Процесс выделения H2 отличается определенными сложностями. В общем, реакция описывается: H2 + 0,5 O2 → H2O. На самом же деле процесс протекает из двух десятков элементарных реакций, и из-за газа Брауна относятся к цепной реакции, сопровождающейся взрывом.

Это одномоментная реакция с выделением огромного количества тепла, которое трудно отбирать из-за скоротечности. Для того чтобы начался процесс необходимо открытое пламя или наличие искры, без этого водородная смесь может сохраняться продолжительное время.

Соотношение процесса детонации водородного котла: 1 моль O2 к 2 молям H2. Поэтому для отопления применяют каталитическую, беспламенную, реакцию горения, ход ее регулируют так, чтобы выделялось тепло в количестве достаточном для нагрева воды Т Показать

Перспективы водородных котлов

При всех сложностях технологического процесса сжигания водорода, перспективы использования этого процесса на нужды отопления весьма радужные. Общемировая тенденция всемирного применения «зеленой» энергетики вызывают интерес к этой технологии и у исследователей, и у представителей промышленного производства.

Буквально год назад водородный котел отопления позиционировался учеными, как бесперспективный. Тем не менее, в три раза большая теплотворность водорода по отношению к газу не дает покоя изобретателям.

Пока непривлекательность H2 – очевидна, чтобы разложить воду, требуется электрическая энергия, для получения которой сжигают природное топливо, отягчает перспективы такого вида отопление – качество воды, которая должна быть дистиллированной, что тоже довольно дорого.

Наступающая «зеленая» революция выдвигает свои требования к источникам нагрева и тем самым формирует иной мир. Британский парламент в конце 2018-го, открыл водородному отоплению новые возможности. Депутаты приняли курс на декарбонизацию страны, а энергоносителями в стране станут водород и электричество.

За такой инициативой политиков , последуют и другие страны , у них просто нет выбора, А многие страны уже многое сделали в этом направлении, среди лидеров: Россия, Италия и Китай.

Принцип работы и устройство котла

Устройство водородных котлов выполнено в виде модуля. В нем устанавливают четное количество каталитических пластин со специальными каналами для поступления газа в дозированных количествах, чтобы предотвратить скопление большого объема водородно-кислородной смеси, приводящей к детонации. Далее полученное тепло, традиционно, перемещается в бойлер, для нагрева внешнего контура теплоснабжения.

Принцип работы отопительной котельной:

  1. Получение H2. В специальный контейнер наливают дистиллированную воду и погружают в нее пластины из металла, на которые подается ток с особыми параметрами, в результате чего выделяется H2 и O2, а также в виде побочного продукта – водяные пары.
  2. Водородно-кислородная смесь поступает в химический сепаратор, где водород очищается от всех примесей.
  3. Далее он следует в горелку H2 с клапаном, проводящем его только в одном направлении и мешающим свободному движению, для предотвращения от взрыва, при этом O2 и пароводяная смесь через систему отвода собираются в кислородном резервуаре.
  4. H2 через защитный блок поступает в камеру сгорания.
  5. Процесс выделения тепла происходит с использованием катализатора, и направляется через теплообменник во внутридомовую систему теплоснабжения.
  6. Образовавшиеся в камере пары воды возвращаются в хранилище электролита для рециркуляции.

Мощность регулируется благодаря специально оборудованным каналам с катализатором. Каналы в водородных котлах отопления независимого действия и могут включаться поочередно. Процесс абсолютно автоматизирован, единственно.

Что выполняют вручную – заливают воду в систему. Устройство снабжено приборами безопасности: уровнемерами и датчиками. Средний суточный расход воды 5,5 л, для генерации до 2-х литров топлива, а энергопотребление колеблется от 1,0 до 3.0 кВт за 1 час.

КПД водородного котла

Тема котла отопления на водороде – революционная, но пока чисто теоретически, на практике – он имеет самый низкий КПД из всех возможных.

Сравнение эффективности котлов, КПД в %:

  • тепловые насосы, 120%;
  • пиролизные котлы, 95%;
  • газовый котел,90%;
  • электрокотел, 85%;
  • угольный отопительный котел, 80%;
  • водородный котел, 10% меньше чем у русской печи.

Конечно, день когда водородные котлы будут давать КПД до 50 % еще не наступил, тогда многие спросят, зачем они нужны, ответ прост – экологическая безопасность и дефицит ископаемого топлива, именно эти факторы являются огромным стимулом, для того чтобы проводились исследования в этом направлении.

Плюсы и минусы водородного котла

И хотя пока водородное отопление уступает по эффективности традиционному оно имеет свои преимущества:

  1. Экологическая безопасность, поскольку на выходе из водородного котла получаются неагрессивные продукты разложения воды.
  2. Экономия невозобновляемых энергоресурсов.
  3. Невысокая стоимость выработки тепла, поскольку для нее достаточно дистиллированной воды и электроэнергии.
  4. Удельная теплота сгорания H2 практически в три раза превышает показатель природного газа.
  5. Химический элемент H2 является самым распространенным на Земле, хоть и в связанном состоянии.

У котла на водороде также имеются слабые стороны:

  1. Высокая требовательность к обслуживанию. Для эффективного производства H2, требуется ежегодная замена металлопластин и добавление катализатора.
  2. Опасность создания взрыва при детонации.
  3. Высокая цена, заводская модель обходится свыше 40 тыс. руб.
  4. Ограниченность выбора на рынке.

Монтаж водородного котла

Монтаж водородного генератора выполняют поэтапно, подключая все основные элементы конструкции:

  1. Котел, в виде теплообменника, где протекает процесс генерации водорода. Его можно изготовить самостоятельно, а для процесса теплопередачи требуются только электроэнергия и вода.
  2. Электролизер – основная часть в котле, где осуществляется процесс распада воды H2О. Конструктивно он представляет собой емкость с водой, в нее опускают электроды с высокой электропроводностью.
  3. Искровая горелка для разогрева воды.
  4. Горелочный клапан, расположен вверху котла для сбора исключительно H2 и непосредственной передачи его в горелку.
  5. Управляющий блок выполняет функции регулирования рабочими процессами с демонстрацией напряжения и тока. На нем установлены регуляторы мощности и других рабочих параметров.
  6. После монтажа основного оборудования проводят обвязку системы трубопроводами диаметром 24 -32 мм. При монтаже труб учитывают уклон и выполняют требования: диаметр последующего разветвления обязан быть меньшим предыдущего.
  7. Подключают источник питания.
  8. Устанавливают датчик пламени на горелке, по требованиям безопасности системы.
  9. Устанавливают в водяном контуре датчики температур и запорно-регулирующую арматуру.

Гарантийный срок заводских водородных устройств составляет 15 лет, но практически при правильной эксплуатации они могут надежно работать 20 и более лет.

Водородный котел отопления своими руками

Принципиальная схема работы устройства настолько проста, что ее можно собрать самому.

Процесс монтажа котла своими руками:

  • выполняют чертеж или скачивают его для требуемой мощности котла из проверенного источника в интернете, лучше если к чертежам и схемам будет видео-пояснение с демонстрацией агрегата;
  • собирают все необходимые материалы по перечню и спецификациям;
  • лучшая комплектация для металла корпуса — ферромагнитные сплавы, но также неплохо будет использовать нержавеющую емкость;
  • основные элементы: источник тока 12 В, ШИМ-регулятор постоянного тока не менее 30 А, газовая горелка заводского изготовления;
  • создание электролизера из пластин 18 штук или более, главное число должно быть четным. Вырезают пластины из металлического листа ножницами для металла и выполняют в них отверстия для крепления. Делят их в равном соотношении на анод и катод, и далее собирают схему подключения проводов;
  • сваривают емкость прямоугольной формы, заливают в нее воду или смесь с катализатором, после чего размещают подключенные пластины;
  • в верхней части котла устанавливают клапан и присоединяют трубку, для транспортировки H2 до горелочного устройства.

4 лучших водородных установки

Российский рынок не отстает от всего мира и предлагает покупателям водородные котлы, хотя они пока не особо пользуются спросом, но это больше из-за плохой информированности населения.

Принципиальных конструктивных различий среди моделей водородных котлов практически нет. Они отличаются только рабочей выходной мощностью и применяемыми материалами.

Популярные модели устройств:

  1. МегаТанк100 – водородный котел, китайского производства функционирующий от бытовой электросети, с многоуровневой защитной системой. Производительность – 22.0 л/сут, расход воды – 2.1 л /ч, 7 кВт. Цена от 53000руб.
  2. STAR-2000 – российский агрегат способен подать надежное отопление до 300м2, расход воды – 1.1 л/ч, генерация топлива – 2.0 м3/час, набирает нагрузку за счет мощности – 3.0 кВт.
  3. Kingkar – еще один китайский котел, работающий от сети. Расход воды – 1.6.л/ч, генерация топлива – 3.0 м3/ч, 9 кВт, отапливаемая площадь до 150 м2, стоимость 114000 руб.
  4. H2-2 – котел итальянского производителя «экстра» класса, расход воды – 0.9 л/час, генерация топлива – 1.2 м3/час, 1,5 кВт, площадь до 300 м2, цена 295000 руб.

Приобретая такое оборудование надо помнить, водородные устройства относятся к объектам повышенной опасности из-за образующейся взрывоопасной газо-воздушная смеси.

Для того чтобы избежать аварии, потребуется выполнение правил пожарной безопасности и правильного выполнения монтажно-наладочных работ.

Водородный котел отопления: изготовление своими руками

Сегодня существует множество вариантов отопления дома, некоторые из них традиционные и давно привычные, другие — новые, вошедшие в употребление совсем недавно. Таким инновационным вариантом является водородный котел, который по праву называют экологичным и экономичным видом отопления.

Топливом водородных котлов отопления, как можно догадаться из названия, выступает водород, который вырабатывается в специальном устройстве из дистиллированной воды. Водород — самый легкий газ, он не имеет ни цвета, ни запаха, не токсичен и не выделяет вредных веществ (единственное, что выделяется в воздух — безвредный водяной пар). Его использование в качестве топлива имеет несколько достоинств:

  • высокая теплоотдача (более 120 МДж/кг);
  • безопасность;
  • легкодоступное сырье (вода).

Процесс получения водорода достаточно прост. Для этого необходимы вода и электрическая энергия. Электрический ток способствует расщеплению воды на составляющие ее элементы — водород и кислород.

Водородные котлы безопасны, экологичны, обладают высоким КПД и работают совершенно бесшумно. Однако устройства имеют и свои недостатки:

  • необходимость использования катализатора;
  • недостаток специалистов по установке и обслуживанию;
  • небольшой рынок устройств и их деталей (в России).

Водородное отопление дома было разработано итальянской компанией. Ученые смогли добиться снижения температуры сжигания благодаря использованию катализаторов с +6000 до +300°С, что позволило использовать традиционные материалы для производства отопительных котлов.

Устройство котла включает в себя:

  • камеру сгорания топлива;
  • теплообменник;
  • электролизер;
  • резервуар для выработки водорода с помещенным внутри электролитом;
  • двухступенчатый защитный блок.

Водородные отопительные котлы могут быть разной мощности. Чем больше площадь помещения, тем больше должна быть мощность. Некоторые котлы имеют модульную систему, максимальное число каналов для выработки водородной энергии — 6, каждый канал должен содержать катализатор, чтобы каналы могли работать независимо друг от друга.

Водородные котлы работают следующим образом:

  • электролитический раствор попадает в электролизер и под воздействием электротока вырабатывается водород, кислород и водяной пар;
  • газы поступают в химический сепаратор, где водород отделяется от общего объема;
  • очищенный водород через двухступенчатый защитный блок поступает в камеру сгорания, где происходит химическая реакция с участием водорода, кислорода и катализаторов;
  • в ходе реакции образуется вода и выделяется тепло, тепло нагревает теплообменник, за счет чего и происходит обогрев, а вода снова поступает в электролизер.
Читайте также:  Укладка труб теплого пола: шаг укладки, правильное крепление, секреты монтажа

Выбирая водородный котел для дома, стоит убедиться, что все его детали выполнены из качественных материалов. Также очень важно, чтобы блок защиты котла был проверенным (сертифицированным) и соответствовал всем требованиям безопасности. Кроме того, нужно подобрать модель, подходящую для отопления конкретного помещения:

  • мощность должна соответствовать не только площади помещения, но и требованиям используемой системы отопления;
  • размеры камеры должны соответствовать количеству теплообменников, необходимых для отопления;
  • мощность электропотребления устройства должна соответствовать имеющейся в здании электросети.

Установив подобное устройство, не стоит забывать о технике безопасности, поскольку топливо является взрывоопасным. Основные правила эксплуатации направлены именно на то, чтобы избежать контакта кислорода с воздухом (что и может привести к взрыву).

Основные эксплуатационные правила:

  1. 1. Регулярно проверять температурные показатели на датчиках теплообменников. Температура не должна подниматься выше допустимой нормы.
  2. 2. Следить за показателями давления газа. При их повышении принимать меры по стабилизации нормативного давления.
  3. 3. Не эксплуатировать устройство в непредусмотренных производителем режимах.
  4. 4. Следить за подачей воды.
  5. 5. Периодически заменять электролизер.
  6. 6. Позаботится о стабилизированной подаче электроэнергии.

В России водородное отопление пока является альтернативным, и приобрести подобные устройства довольно непросто, поэтому встает вопрос о том, чтобы изготовить водородный котел отопления своими руками. Сделать это возможно, однако чтобы такое самодельное устройство выполняло функцию основного отопительного прибора, придется провести несколько испытаний, поскольку необходимо убедиться в его эффективности и безопасности.

Главным элементом системы является котел. Сделать его можно на основе ННО генератора, то есть обычного электролизера. Для изготовления водной горелки (генератора) потребуется кусок листа нержавеющей стали шириной 50 см, длиною 50 см и толщиной 2 мм. Кроме стали, понадобится герметичный пластиковый контейнер (можно для пищи) емкостью 1,5 литра, прозрачная трубка (подойдет водяной уровень) длиной 10 м, болты 6*50, гайки, шайбы, штуцеры для шланга диаметром 8 мм.

Порядок изготовления будет следующим:

  1. 1. Из стали необходимо вырезать болгаркой 16 одинаковых прямоугольных пластин. Для устройства необходимы катод и анод, в их роли и выступят приготовленные пластины — 8 будут катодами, 8 — анодами.
  2. 2. На каждой пластине с обратной стороны нужно просверлить отверстие для болта.
  3. 3. Далее, необходимо поместить пластины в контейнер, чередуя плюс и минус, для изоляции используется прозрачная трубка, нарезанная на полоски.
  4. 4. Пластины нужно прикрепить друг другу, используя шайбы: на болт надевается шайба, затем пластина, потом 3 шайбы, потом пластина, а за ней снова 3 шайбы и т. д. , чтобы закрепить 8 пластин на катод, 8 на анод. После этого гайки следует затянуть.
  5. 5. Далее, следует закрепить полученные болты с пластинами на контейнере. Для этого в контейнере проделываются отверстия, куда и вставляются болты. Затем на болты надеваются шайбы.
  6. 6. В крышке контейнера необходимо проделать отверстие и вставить в него штуцер. Место соединение лучше промазать герметиком.

Следующим этапом станет тестирование получившегося генератора. Для этого необходимо заполнить контейнер водой и закрыть крышку. Подключить генератор к источнику питания. На штуцер надевается шланг. Для наглядности шланг нужно опустить в емкость с водой. Если в этой емкости при подключении устройства не появятся пузырьки воздуха, то источник имеет недостаточную мощность. При этом в контейнере пузырьки должны образоваться в любом случае.

В качестве защитных элементов водородного котла своими руками можно использовать клапан и фильтр для стиральной машины. Клапан необходим, чтобы выработанный водород не возвращался назад в систему. Фильтр будет использоваться в качестве водяного затвора.

Описанное устройство представляет собой конструкцию с параллельным включением, которая не является самой эффективной. Однако именно такую конструкцию проще всего изготовить самостоятельно. Для повышения эффективности в воду следует добавить небольшое количество щелочи.

Для монтажа водородного котла потребуются:

  • блок питания мощностью 12 вольт;
  • ШИМ-регулятор (на 30 ампер);
  • трубки из нержавеющей стали.

ШИМ-регулятор — элемент необязательный. Однако его использование приводит к преобразованию постоянного тока в переменный или импульсный, что значительно повышает эффективность системы.

Отопление дома при помощи водородного котла: характеристики, преимущества и недостатки

Сегодня существует множество способов отопления частного дома: от обычной русской печи до инновационных солнечных батарей. Есть и такой способ, который предполагает использование котла, работающего на водороде. Водород – самый распространённый во Вселенной газ, что делает его доступным и дешёвым. Правда, пока ещё водородные котлы в России не так популярны, как газовые, но это лишь вопрос времени.

Водородное отопление дома

Схема работы водородного котла и преимущества такого способа отопления

Способ отопления жилища при помощи водородного котла был придуман относительно недавно в Италии (а автомобильный двигатель на водороде, кстати, ещё в 1960-х годах). Раньше учёные тоже задумывались над использованием водорода в качестве “домашнего” топлива, однако, была одна проблема: сделать котёл из привычных материалов не получалось из-за очень высокой температуры горения этого газа.

Теперь же ситуация изменилась: водородные котлы делают из таких же материалов, как и все остальные. Отзывы о них преимущественно положительные, их можно найти, зайдя на любой тематический форум.

Если кто-то услышит выражение “газ Брауна”, то здесь волноваться не стоит: речь идёт не об иприте или смеси для активации ядерного заряда. Это смесь водорода и кислорода, которая должна активизироваться при помощи кислородно-водородного электролиза (в устройстве вставлен электролизёр). Большинство установок работает именно на этом газу.

Процесс получения водорода с помощью электролиза

Процесс отопления предельно прост: в специальной установке (котле) есть резервуар с водородом. При температуре в 300C° газ начинает взаимодействовать с кислородом, образуя воду и пар, которые и распределяется по системе трубопроводов внутри жилых домов.

Из преимуществ такого вида отопления можно выделить следующие:

Водород – это ещё и один из наиболее экологически чистых видов топлива

  • водород попросту не имеет продуктов горения за исключением воды (конденсируемая вода попадает в отопительный трубопровод – никаких дымоходов держать не придётся);
  • абсолютная экологическая безопасность;
  • водород не воспламеняется, а отдаёт большое количество тепловой энергии при взаимодействии с кислородом (в результате этой каталитической реакции и образуется вода);
  • фактическая температура теплоносителя – 40C° (может показаться, что немного, однако теплопотерь у такого способа отопления быть не может априори).

Покупать водородные генераторы производства Поднебесной небезопасно! В основном, они изготавливаются из самых дешёвых материалов, с использованием некачественной гарнитуры. Теоретически это может привести к взрыву котла.

Преимущества и недостатки водорода как топлива

Собственно, преимуществ у водорода много. Как уже отмечалось выше, это один из самых распространённых газов на планете (во Вселенной – самый распространённый), доступный и экологический чистый вид топлива.

В общем, среди достоинств можно выделить следующие:

Каталитическая реакция водорода позволяет получить очень большое количество энергии

  • повсеместно распространён (обычно его помещают в баллоны – как и сжиженный газ);
  • система отопления на водороде, по сути, образует собой замкнутый цикл, в который не требуется вмешательство человека;
  • относительная дешевизна топлива;
  • при использовании водорода среднестатистический прибор выделяет 121 МДж/кг энергии, а аналогичный показатель у того же популярного пропана – 40 МДж/кг.

Есть у водородного топлива и свои недостатки:

  • вероятность взрыва котла при превышении нормированного давления в котле;
  • если брать российские условия, то не всегда можно найти водородные баллоны в шаговой доступности (это не природный газ пропан всё-таки);
  • иногда температура, выделяемая при каталитической реакции, может быть настолько велика, что для выхода пара и воды нужно делать отдельный дымоход (правда, это если речь идёт о старых установках – в современных пар и вода сразу попадают в трубопровод, являясь теплоносителем);
  • высокий уровень шума;
  • большое потребление воды.

Схема устройства блока управления водородным котлом

Виды водородных котлов

Сразу надо сказать, что принципиально между собой водородные генераторы для отопления не различаются вовсе. Единственное различие будет наблюдаться в плане мощности, материала корпуса и других критериев. Для примера можно рассмотреть характеристики двух аналогичных американских водородных котлов “HHO” и “Star 1000” (номер модели – 1.1):

С помощью водородного котла даже небольшой мощности можно отапливать большое помещение

  • энергопотребление генератора – 1,2-3 КВт за 1 час;
  • расход воды – 5,5 литров за 24 часа;
  • генерирует от 1,2 до 2 литров топлива в течение суток;
  • может отапливать помещение, площадью до 250 м²;
  • минимальный эксплуатационный срок службы – 15 лет.
  • число контуров – 2 (один из них отопительный, второй – нагревательный, который может быть установлен дополнительно);
  • приблизительная стоимость на отечественном рынке – 3000-3500 USD.

Как и любой другой генератор, водородный работает не беспрерывно, а по мере нагрева помещения. Электроэнергии по этой причине генератор расходует мало – из-за этого точно переживать не стоит.

Критерии выбора котла

Генератор надо выбирать, обращая внимание на следующие критерии:

  1. Мощность;
  2. Число контуров;
  3. Уровень потребления электрической энергии;
  4. Производитель.

По мощности котлы могут быть самыми разными: от 27 Вт до, по сути, бесконечности. Можно купить один котёл очень большой мощности сразу для отопления всего дома, а можно и несколько маленьких.

Сегодня в сети можно найти множество видео, где народные умельцы показывают, как своими руками сконструировать генератор. Так делать категорически нельзя! Водород – крайне взрывоопасен, малейшее несоблюдение технологии постройки может привести к самым страшным последствиям!

Принцип работы водородного генератора

Несколько советов по эксплуатации котла

При правильной эксплуатации водородный агрегат прослужит не положенные ему 15 лет, а все 20 или даже 30. Да и починить такое оборудование не составит труда – принципиально схема котла не очень отличается от работающих на любом другом виде топлива.

Видео

Можете посмотреть видео о том, как отапливать дом при помощи водорода. Также там дана информация о преимуществах такого способа отопления частного жилья.

Почему не стоит рассматривать бытовой водородный котел в качестве основного

В контексте производства климатической техники, получение энергии из водорода, по сути, является очередной, можно сказать, вынужденной попыткой найти способ отопления без образования гари и углекислого газа. Проект всё ещё находится на экспериментальной стадии и пока не нашёл массового применения.

Но, учитывая, что уже сегодня есть дельцы, предлагающие новинку, которая обеспечивает теплом «почти даром», самое время начать разбираться в этом вопросе.

Читайте в статье

Что собой представляют водородные котлы отопления

Водородный котёл отопления – предназначенный для обогрева агрегат, который в качестве горючего использует водород в форме двухатомного газа (H2).

По мнению ученых, водород является перспективным видом топлива:

  • его теплотворная способность (121 МДж) гораздо выше, чем у природного газа (32 МДж), что потенциально даёт в несколько раз больше полезной энергии;
  • в процессе сгорания из него выделяется обычная вода, а точнее горячий насыщенный пар, который не влияет ни на атмосферу, ни на окружающих людей;
  • как химический элемент он встречается в каждом уголке планеты, на долю всех атомов приходится более 88 %, а значит ресурс, условно говоря, неисчерпаем.

Проблема в том, что водород формирует связи с любыми неметаллами, т. е. существует только в молекулярных соединениях, из которых его нужно выделять.

Большинство известных промышленных способов это сделать (пламенный пиролиз, газификация, конверсия, терморазложение, плазмохимия) требуют нагрева исходного вещества просто до невероятных температур (1000–6000 °C). Поэтому для домашнего использования остаётся единственное решение – электролиз воды.

Устройство и принцип работы

Водородный генератор (электролизёр) – специальный прибор, который при помощи высокого напряжения расщепляет воду на составляющие её компоненты.

Процесс электролиза протекает внутри отдельного гальванического блока, разведённого электродами на стороны: положительную (анод) и отрицательную (катод). Ток перемещается между ними через проводящий катализатор, буквально «разрывая» молекулу воды (Н2О) на 1 атом кислорода (О) и 2 атома водорода (HH).

Получившийся в результате нетоксичный газ обозначается гипотетической формулой HHO и носит название газ Брауна (Browns), в честь физика Ю. Брауна.

Благодаря его открытию удалось добиться снижения температуры горения водорода, что позволило изготавливать такие котлы из легкодоступных материалов.

Конструктивное устройство (узлы) примитивного водородного котла:

  • электролизёр, сепаратор, очиститель (опционально – блок водоподготовки);
  • трубопровод диаметром Ø 25–32 мм (разветвление – Ø 20, конечные – Ø 16);
  • панель управления и двухступенчатая система защиты на случай утечки газа;
  • теплообменник и камера сгорания, «наследуемые» от стандартного котлоагрегата.

Некоторые котлы имеют модульное строение. Максимальное число таких модулей – 6 шт., при этом каждый должен функционировать независимо от других.

1 – датчик уровня воды; 2 – заливной штуцер; 3 – датчик давления; 4 – патрубки залива электролизера (каналы подачи электролита в электролизер); 5 – патрубок выхода газа/воды из электролизера (канал отвода смеси газа и воды); 6 – патрубок выхода газа из емкости (канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода); 7 – вентиль; 8 – водный затвор; 9 – клапан-пламегаситель; 10 – температурный датчик; 11 – электролизер; 12 – вода с добавлением гидроксида натрия (NaOH) (раствор электролита); 13 – блок широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току и частоте; 14 – емкость для электролита.

Поэтапный принцип работы (образование тепла) водородного котла:

  1. Вода (электролитический водный раствор) попадает в электролизёр, где под воздействием электрического тока её расщепляет на атомы водорода и кислорода.
  2. Далее эти газы по разным каналам переходят в химический сепаратор, где из общей массы выделяется одноатомное водородное соединение – гремучий газ HHO.
  3. После очищения он направляется в камеру сгорания и там снова вступает в каталитическую реакцию окисления с кислородом (опционально – катализатором).
  4. Этот процесс сопровождается высвобождением тепла (побочный продукт – вода), которое нагревает теплообменник и теплоноситель в нем, за счёт чего и происходит обогрев дома.

Поскольку камера сгорания всё равно не используется в соответствии с её первичным назначением, специалисты рекомендуют наполнять её катализатором.

В роли катализатора чаще всего выступает обычная гранитная галька. Она способствует равномерному распределению энергии и после окончания горения газа Брауна, аккумулированное ей тепло будет передаваться теплоносителю. Кроме того гранит отгораживает теплообменник от огня, что продлит срок его службы.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Требования установок к воде

Из-за низкой электропроводности воды её прямой электролиз недостаточно эффективен, поэтому часто котлы идут сразу в комплекте с блоком водоподготовки.

Наполнителем для таких контейнеров может быть почти любая щёлочь. На практике применяется раствор гидроксида калия (KOH) с электропроводностью, которая при концентрации 20–40 % достигает 0,3–0,5 Ом × см ‒1 , что в 10 7 раз больше, чем у деминерализованной воды. Иногда в основной электролит также подмешивают пентоксид ванадия (V₂O₅). Он снижает поляризацию электродов, чем упрощает работу электролизёра, но единого мнения о его безопасности пока нет.

Различные растворы добавляются в воду исключительно для минимизации электрического сопротивления, т. е. сами они не расходуются в процессе работы.

Также выпускают твёрдые электролиты на основе ионообменных мембран, в которых электропроводность обеспечивается ионами водорода или кислорода.

Для чего нужны и как применяются

Обычно энергетические затраты на выделение чистого водорода превышают долю полезного тепла, что делает его повсеместное использование бессмысленным.

Тем не менее, в некоторых случаях, водородный котёл может стать довольно неплохой альтернативой для отопления частного дома, особенно когда у владельцев есть доступ к бесплатным ресурсам – воде (колодец, скважина, водоснабжение из открытых источников) и энергии (водная и ветровая станция, солнечные панели).

Экономичность и эффективность в сравнение с электрическими или газовыми аналогами

Если использовать водородные котлы отопления в условиях коммунального обеспечения или покупки ресурсов, то говорить о какой-либо выгоде не приходится.

При трезвой оценке их экономичность не дотягивает даже до электрокотла – чемпиона по расточительству, а газовый агрегат и подавно выигрывает на его фоне.

Сравнение котла на водородном топливе с традиционными котлами:

Вид топливаЭнергоэффективность
водород10–11 %
электричество35–45 %
метан, пропан82–96 %

Зная, что при сгорании 1 кг водорода высвобождается 121 МДж энергии, а у природного газа – 32 МДж, можно примерно посчитать расход этих видов топлива.

Плотность водорода равна 0,09 кг/м 3 , что соответствует объёму 11100 л, а природного газа – 0,765 кг/м 3 на 1300 л. Учитывая потребность электролизёра в питании 1,8 кВт в час, необходимого для выработки 2040 л или 0,185 кг водорода, делаем вывод, что такой объём можно получить при сгорании 22 МДж энергии.

На 1 кВт мощности котла (чего достаточно для отопления 10 м 2 площади) потребуется 1 м 3 или 0,765 кг природного газа в час, т. е. 25 МДж энергии, что больше, чем даёт за такое же время электролизёр. Суммы тоже будут разные: 1 кВт водородной энергии обойдётся в 18,71 рубля, а газовой – всего в 0,65 рубля.

Баллоны с водородом можно покупать и не тратить воду с электричеством, но 40 кг хватит дому 60 м 2 всего на 1,5 дня, а стоимость каждого 2500–5000 рублей.

С электрокотлом он тоже не может полноценно конкурировать, ведь за 1 кВт в среднем придётся заплатить 4,76 рубля, что почти в 4 раза меньше 18,71 рубля. Поэтому энергию, которая будет потрачена на генерирование водорода, лучше сразу использовать для работы электроприборов – толку будет куда больше.

Дизельные котлы для отопления частного дома
Надежнейшие котлоагрегаты, отличающиеся от газовых лишь горелкой

Отзывы о бытовых водородных установках: преимущества и недостатки

Информации о реальном применении водородных котлов настолько мало, что её приходится собирать «по крупицам», но основные моменты выделить можно (в том числе опираясь на отзывы реальных пользователей водородных котлов для отопления).

Плюсы Минусы
«тихое горение» – нагрев теплоносителя осуществляется за счёт каталитических реакций, а значит, нет открытого пламениопасная эксплуатация – при повышении нормированного давления высок риск разгерметизации швов и взрыва котла
высокая экологичность – при работе не вырабатываются ни угарный газ, ни гарь, ни другие вредные для здоровья веществанизкая энергоэффективность – как уже говорилось, энергетические затраты на выработку HHO выше его теплоотдачи
отсутствие дымохода – из предыдущего пункта также следует, что такие агрегаты не нуждаются в удалении отводных газовнедостаток специалистов – в регионах нет сертифицированных организаций, занимающихся ремонтом таких котлов
доступность ресурсов – формально, для заправки им нужно только электричество и вода (+ замена катализатора раз в год)поиск баллонов – если покупать чистый водород, то нужно учитывать, что их тоже вряд ли удастся найти поблизости

Стоит отметить, что вышеперечисленные качества относятся к заводским моделям, т. к. переделка агрегатов часто вообще не имеет экономического смысла.

Водородные котлы, которые «умельцы» создают своими руками на базе твердотопливных или газовых предшественников, конечно, дешевле фирменного оборудования, но без знаний физики, химии и расчётов практически невозможно собрать правильно работающий котёл. К тому же никто не отвечает за безопасность.

Лучшие модели бытовых водородных котлов отопления

KingKar 3000

Популярный в азиатских странах агрегат способен вырабатывать до 3,0 м 3 водорода в час при потреблении воды 1,6 л и электроэнергии 9,0 кВт. Отличается возможностью гибкого регулирования температуры горения в пределах от 800 до 3200 °C, путём изменения процентного соотношения компонентов топливной смеси.

Стоимость: 380 000 – 460 000 рублей.

Производитель: KingKar Eco-Technologies (КингКар Эко-Технолоджи), Китай.

STAR-1.1 + генератор STAR 2000

Водородный котёл российского производства работает в паре с совместимым генератором. Он имеет низкий уровень расхода электроэнергии 300 Вт + 3 кВт в час, а также воды – 1,1 л, при этом способен вырабатывать до 2 м 3 топлива за тот же отрезок времени. По желанию комплектуется вторым водонагревательным контуром.

Стоимость: 60 000 – 73 000 + 185 000 – 200 000 рублей.

Производитель: STAR Industries (СТАР Индастриес), Россия.

Home Energy Station

Не просто котёл, а целая энергетическая станция третьей модификации HES III. Она способна вырабатывать до 2,0 м 3 водорода в час, как из природного газа, так и через электролиз, потребляя 5,0 кВт электроэнергии и 1,8 л воды. В состав входит риформер, блок очистки, компрессор, хранилище газа и солнечные панели.

Стоимость: 310 000 – 450 000 рублей.

Производитель: Honda и Plug Power (Хонда и Плаг Пауэр), Япония и США.

Цены бытовых водородных котлов отопления: итоговая таблица

Рейтинг наиболее востребованных водородных котлов для отопления:

Модель водородного агрегатаРасход воды, л/часЭнергопотребление, кВт/чВыработка, м 3 /часЦена, руб.
KingKar 30001,69,03,0415 000
STAR-1.1 + STAR 20001,13,32,0260 000
Home Energy Station1,85,02,0380 000

В заключение хотелось бы подвести небольшой итог: что касается успеха использования водородной энергии, то он, безусловно, есть, но нужно понимать – долгосрочные перспективы связаны с будущими технологиями, которые ещё не открыли, поэтому все эти котлы будут убыточны ещё минимум ближайшие 10 лет.

На текущий момент их ограниченное внедрение возможно лишь благодаря государственным дотациям и в рамках экспериментальных экологических программ.

Но если есть желание поэкспериментировать самому, то почему бы и нет, главное помнить, что водородное отопление требует знаний и умелых рук при его обустройстве. Доверять такую работу можно исключительно лицензированным специалистам, а не сомнительным дельцам, которые не ответят за качество.

Сравнение водородного котла отопления с другими устройствами

На фоне постоянно растущей стоимости коммунальных услуг все большее количество граждан обращает внимание на альтернативную энергетику. Этому способствуют и перебои в поставках услуг, которые случаются все чаще по причине износа коммуникационных линий. Водородное отопление является одним из аналогов традиционному газу, электричеству и твердому топливу. Это одно из наиболее перспективных направлений, позволяющее не зависеть от коммунальных служб. Рынок постепенно насыщается устройствами фабричного изготовления, но при наличии навыков обращения с бытовыми инструментами сконструировать и собрать водородный генератор для отопления можно своими руками.

Принцип функционирования водородного котла

Водородный котел отопления работает по принципу нагревания жидкости в теплообменнике огнем сгорающего в камере топлива. Источником энергии служит чистый Н2. Газ отличается высокой теплоотдачей, которая в 3 раза выше, чем у пропана. Единственной трудностью его получения является высокая активность элемента, из-за чего он связывается с другими веществами. Требуется разделение, для которого необходимо электричество.

Общая схема работы системы отопления водородом следующая:

  1. Производство газа. В качестве сырья используется дистиллированная вода. Она заливается в бак, где размещаются электроды. Под воздействием тока молекулы воды распадаются на кислород и водород.
  2. Выделение Н2. Смесь пропускается через химический сепаратор который выделяет водород и направляет его в горелку, где происходит его поджигание и сгорание. Поставленный на трубопроводе клапан предотвращает движение газа в обратную сторону. Уровень горения регулируется с помощью открытия или блокирования специальных каналов, по которым подается водород.
  3. На горелку подается катализатор, снижающий температуру пламени с 2000 градусов до безопасных 600 градусов, что позволяет использовать для изготовления камеры бюджетные металлы. Образованный в процессе горения пар по змеевику поступает в резервуар с водой, где конденсируется и восполняет израсходованную жидкость.
  4. Выделившийся при электролизе кислород отводится в отдельную камеру, где смешивается с воздухом и через клапан поступает в помещение.

При условии наличия электрогенератора на случай пропадания света систему можно считать автономной, так как запасы воды в природе безграничны.

Преимущества и недостатки

Как и любое отопительное оборудование, водородный котел имеет свои плюсы и минусы.

  • отсутствие токсичных выделений при сгорании топлива;
  • практически бесплатное топливо — чистая вода имеет символическую стоимость;
  • высокий коэффициент полезного действия, достигающий 0,96;
  • экономия полезных ископаемых за счет использования возобновляемых источников энергии;
  • низкая себестоимость — водородное отопление дома потребляет небольшое количество электричества, получать которое можно из солнечных панелей, аккумулятора или генератора, при отсутствии промышленной сети.

Имеет отопление дома водородом и свои недостатки:

  • высокая стоимость оборудования;
  • необходимость регулярного обслуживания и замены расходных материалов (электроды, коммуникации);
  • зависимость от постоянного пополнения катализатора;
  • дефицит баллонов с водородом для устройств прямого подключения;
  • небольшой выбор котлов в торговой сети;
  • трудность в нахождении квалифицированных специалистов для монтажа и обслуживания оборудования.

Технологии данной отрасли стремительно развиваются. Отопление на водороде становится все совершеннее, экономичнее и безопаснее. Отапливать дом можно и чистым водородом, так как он намного экономичнее пропана.

Комплект оборудования водородной установки

Водородный генератор для отопления частного дома отличается простотой и продуманностью устройства.

Оборудование состоит из таких частей и механизмов:

  • Котел. Изготавливается из жаропрочной стали. Служит для размещения деталей и защиты их от внешнего воздействия.
  • Элетролизер. Представляет собой герметичный пластиковый резервуар, с электродами. Служит для разложения воды на молекулы водорода и кислорода.
  • Клапан горелки. Устроен таким образом, что через него проходит только Н2 в чистом виде. Выделившиеся пар и кислород попадают в другой, более жесткий клапан.
  • Горелка. Изделие находится в камере сгорания, поджигается автоматически или в ручном режиме. Служит для придания струе газа оптимальной конфигурации.
  • Трубопровод. Обвязка из труб, подающих теплоноситель к радиаторам и накопительный бак. Сегодня используются армированные пластиковые трубы диаметром 25 мм и 32 мм.

Современное оборудование оснащено блоком управления, для настройки параметров его работы.

Критерии выбора водородного котла

Выбирая прибор для обогрева дома с помощью водорода, следует ориентироваться на такие критерии:

  • мощность;
  • габариты;
  • масса;
  • объем расходуемой воды;
  • количество контуров;
  • потребляемая электроэнергия;
  • топливо (из баллонов или воды путем электролиза).

Рекомендуется приобретать изделия, оснащенные блоками безопасности, сводящими к минимуму угрозу поломки и взрыва.

Советы по эксплуатации

Учитывая, что водород крайне взрывоопасен, обращение с котлом требует повышенных мер безопасности.

При эксплуатации отопительного оборудования нужно соблюдать такие рекомендации:

  • не пользоваться открытым огнем рядом с котлом;
  • устанавливать котел подальше от нагревательных приборов;
  • правильно выставлять мощность, чтобы не допустить перегревания устройства;
  • своевременно чистить резервуар для воды и менять электроды.

Целесообразно оснастить оборудование датчиками пламени, температуры воды и устройство нормированного охлаждения. Это позволит сделать работу котла абсолютно безопасной.

Создание водородного котла своими руками

Началом работы является составления чертежа, на основе которого проводится расчет материалов и потребности в инструментах.

Котел на водороде своими руками изготавливается в такой последовательности:

  1. Создание корпуса с упорами для установки деталей нагревателя.
  2. Изготовление электролизера. Установка и подключение к проводам электродов.
  3. Монтаж горелки. Лучше воспользоваться деталью заводского производства.
  4. Закрепление емкости для катализатора.
  5. Прокладка коммуникаций, установка клапанов для сепарации смеси газов.

Пробный запуск котла лучше выполнить до его подключения к обвязке, чтобы оставить возможность для устранения недочетов.

Производители

Сегодня наибольшей популярностью у потребителей пользуются изделия таких производителей:

Стоимость продукции варьируется в пределах 20-100 тысяч рублей в зависимости от мощности и прочих характеристик. Приобретать товар следует только в специализированных торговых точках после проверки сертификата качества.

Водородный котел – мифы, реальность и перспективы

Водородный котел – устройство для обогрева дома, которое в качестве топлива использует газ водород. Так как этот газ в чистом виде в природе не встречается, водородные котлы оборудованы специальным устройством для выработки водорода из дистиллированной воды.

Водородный котел для отопления частного дома – одно из тех решений, которое сегодня привлекает к себе большое внимание. На «полях» интернета можно найти много предложений, сулящих обладателям такого оборудования огромные блага, например, радикальное снижение «счетов за отопление». Так ли это на самом деле, и что может, а что не может современный бытовой водородный котел, читайте в нашем обзоре.

Миф о том, что водородный котел – самый экономичный способ обогреть дом

Часто можно услышать, что водородный котел есть наиболее экономичный способ отопления для частного дома. Обычно для обоснования этого тезиса применяются ссылки на высокую теплоту сгорания водорода – более чем в 3 раза выше, чем у природного газа. Из этого делается нехитрый вывод – выгоднее топить дом водородом, чем газом.

Иногда в качестве аргумента эффективности водородного котла приводится так называемый «газ Брауна» или смесь атомов водорода и кислорода (HHO), которая выделяет при сгорании еще больше тепла, и на котором работают «продвинутые котлы». После этого обоснования эффективности просто заканчиваются, оставляя возможность воображению обывателя рисовать прекрасные картинки под общим названием «отопление почти даром». Подумать только – водород и горит «теплее», и получается из практически бесплатной воды, сплошная выгода!

Воображение подогревают и новости о постоянно растущем парке автомобилей, работающих на водородном топливе, как альтернативе традиционным. Дескать, если уж автомобили «ездят» на водороде, то водородный котел – действительно стоящая вещь.

Другие публикации TopClimat.ru по теме
Тепловые насосы для отопления вашего дома
Теплоаккумулятор – важный элемент системы отопления комфортного и безопасного дома

Но на деле все обстоит немного сложнее. Если бы чистый водород был легкодоступным в природе элементом – все так, или почти так, и было. Но дело в том, что чистый водород на Земле не встречается – только в связанном виде, например, в виде воды. Поэтому на практике сначала водород нужно откуда-то получить, причем, с помощью энергозатратных химических реакций.

Откуда берется чистый водород

Хозяину на заметку

«Чтобы привлечь внимание к своей продукции, некоторые производители водородных котлов делают ссылки на некий “секретный катализатор” или на использование “газа Брауна” в своих устройствах».

Например, можно извлечь водород из газа метана, где водорода аж 4 атома! Только вот, зачем? Метан и сам по себе – горючий газ, зачем терять дополнительную энергию на выработку чистого водорода? Где тут энергоэффективность? Поэтому чаще всего водород извлекают из воды, которая, как всем известно, не может гореть, применяя для этого метод электролиза. В самом общем виде этот метод можно описать как расщепление молекул воды на водород и кислород под действием электроэнергии.

Электролиз давно известен и широко применяется для получения чистого водорода. На практике ни один промышленный водородный котел, пока во всяком случае, не обходится без электролизной установки или электролизера. Все бы хорошо, но эта установка требует электроэнергии. Итак, водородный котел должен в обязательном порядке потреблять энергию. Вопрос в том, каковы же эти энергозатраты?

Все разговоры о «теплоте сгорания» водорода немного уводят нас в сторону от данного вопроса, а между тем, он наиболее важен. Итак, водородный котел может быть выгоден в единственном случае – произведенная им тепловая энергия должна быть выше, чем израсходованная на работу котла.

Энергоэффективность водородного котла

Чтобы понять, получится ли у нас «на выходе» котла энергия больше, чем затраченная, просто рассмотрим внимательнее молекулу воды – в ней два атома водорода и один кислорода, которые крепко связаны между собой. Чтобы разорвать эту связь, необходимо «приложить» довольно много энергии, это и делает электролизер за счет электричества. В результате получается смесь водорода и кислорода, которые обладают потенциальной (буквально, растворенной в них) энергией, и которая может выделиться в результате процесса горения и обеспечить тепло дому. Чтобы понять, сколько же энергии получится от горения, стоит присмотреться к тому, что получится в результате горения. А получится у нас… та же самая вода, которую мы расщепляли на атомы.

Фактически, после всех этих манипуляций, в лучшем случае мы получим ровно столько энергии, сколько было потрачено на разделение исходной молекулы воды. Так как, от воды мы уходили, и к воде же и пришли. Но это – в идеальном случае, где отсутствуют неизбежные в реальности потери. Т.е. даже в идеальном случае сколько электричества мы потратим, столько тепла получим.

Дополнительные молекулы воды для расщепления тоже взять неоткуда – сколько сначала разделили, столько потом и соединим при сжигании водородно-кислородной смеси. Опять же, за вычетом потерь. Кроме того, не надо забывать, что водородный котел работает за счет дистиллированной воды, на производство которой тоже расходуется энергия. Как видно невооруженным глазом, эффективность водородного котла не может быть высокой.

Тогда встает закономерный вопрос – зачем все эти сложности с расщеплением, если существуют устройства, которые непосредственно переводят электроэнергию в тепло и называются электрические котлы? Если просто нагревать воду за счет электрической энергии, вся эта энергия практически без потерь уйдет на нагрев воды – получается выгоднее, чем через электролизное разложение и последующее «восстановление» воды сжиганием смеси водорода и кислорода с сопутствующими потерями.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

Как известно, электрический котел считается самым неэффективным отопительным устройством, иначе говоря, стоимость тепла, произведенного за счет этого устройства, будет наиболее дорогой.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Ссылка на основную публикацию