Водневий генератор своїми руками - схема, конструкція установки, креслення

1. Коротка теоретична частина
2. Створення дослідного зразка
3. Про водневої осередку Мейера
4. Реактор з пластин
5. Чи вигідно отримувати водень в домашніх умовах
6. висновок

Подорожчання енергоносіїв стимулює пошук більш ефективних і дешевих видів палива , В тому числі на побутовому рівні. Найбільше умільців-ентузіастів привертає водень, чия теплотворна здатність втричі перевищує показники метану (38.8 кВт проти 13.8 з 1 кг речовини). Спосіб видобутку в домашніх умовах, здавалося б, відомий - розщеплення води шляхом електролізу. Насправді проблема набагато складніше. Наша стаття переслідує 2 мети:

• розібрати питання, як зробити водневий генератор з мінімальними витратами;
• розглянути можливість застосування генератора водню для опалення приватного будинку, заправки авто і в якості зварювального апарату.

Коротка теоретична частина

Водень, він же hydrogen, - перший елемент таблиці Менделєєва - являє собою легчайшее газоподібна речовина, що володіє високою хімічною активністю. При окисленні (чи то пак, горінні) виділяє величезну кількість теплоти, утворюючи звичайну воду. Охарактеризуємо властивості елемента, оформивши їх у вигляді тез:

1. Горіння водню - процес екологічно чистий, ніяких шкідливих речовин не виділяється.
2. Завдяки хімічній активності газ у вільному вигляді на Землі не зустрічається. Зате в складі води його запаси невичерпні.
3. Елемент видобувається в промисловому виробництві хімічним способом, наприклад, в процесі газифікації (піролізу) кам'яного вугілля. Найчастіше є побічним продуктом.
4. Інший спосіб отримання газоподібного водню - електроліз води в присутності каталізаторів - платини та інших дорогих сплавів.
5. Проста суміш газів hydrogen + oxygen (кисень) вибухає від найменшої іскри, моментально звільняючи велику кількість енергії.

Для довідки. Вчені, вперше розділили молекулу води на hydrogen та oxygen, назвали суміш гримучим газом через схильність до вибуху. Згодом вона отримала назву газу Брауна (на прізвище винахідника) і стала позначатися гіпотетичної формулою ННО.

Раніше воднем наповнювали балони дирижаблів, які нерідко вибухали

З вищесказаного напрошується наступний висновок: 2 атома водню легко з'єднуються з 1 атомом кисню, а ось розлучаються дуже неохоче. Хімічна реакція окислення протікає з прямим виділенням теплової енергії відповідно до формули:

2H2 + O2 → 2H2O + Q (енергія)

Тут криється важливий момент, який стане в нагоді нам надалі розборі польотів: hydrogen вступає в реакцію мимовільно від загоряння, а теплота виділяється безпосередньо. Щоб розділити молекулу води, енергію доведеться затратити:

2H2O → 2H2 + O2 - Q

Це формула електролітичної реакції, що характеризує процес розщеплення води шляхом підведення електрики. Як це реалізувати на практиці і зробити генератор водню своїми руками, розглянемо далі.

Створення дослідного зразка

Щоб ви зрозуміли, з чим маєте справу, для початку пропонуємо зібрати найпростіший генератор з виробництва водню з мінімальними витратами. Конструкція саморобної установки зображена на схемі.

З чого складається примітивний електролізер:

• реактор - скляна або пластикова ємність з товстими стінками;
• металеві електроди, що занурюються в реактор з водою і підключення до джерела електроживлення;
• другий резервуар грає роль водяного затвора;
• трубки для відведення газу HHO.

Важливий момент. Електролітична воднева установка працює тільки від постійного струму. Тому в якості джерела живлення застосовуйте мережевий адаптер, автомобільний зарядний пристрій або акумулятор. Електрогенератор змінного струму не підійде.

Принцип роботи електролізера наступний:

1. До двох електродів, зануреним у воду, підводиться напруга, бажано від регульованого джерела. Для поліпшення реакції в ємність додається трохи лугу або кислоти (в домашніх умовах - звичайної солі).
2. В результаті реакції електролізу з боку катода, підключеного до «мінусової» клеми, стане виділятися водень, а біля анода - кисень.
3. Змішуючись, обидва газу по трубці надходять в гідрозатвор, що виконує 2 функції: відділення водяної пари і недопущення спалаху в реакторі.
4. З другої ємності гримучий газ ННО подається на пальник, де спалюється з утворенням води.

Щоб своїми руками зробити показану на схемі конструкцію генератора, потрібно 2 скляні пляшки з широкими шийками і кришками, медична крапельниця і 2 десятка саморізів. Повний набір матеріалів продемонстрований на фото.

Зі спеціальних інструментів потрібно клейовий пістолет для герметизації пластикових кришок. Порядок виготовлення простий:

1. Плоскі дерев'яні палички скрутіть саморізами, розташовуючи їх кінцями в різні боки. Спаяти головки шурупів між собою і підключіть дроти - отримаєте майбутні електроди.
2. Проробіть отвір в кришці, просуньте туди розрізаний корпус крапельниці й проведення, потім герметизують з 2 сторін клейовим пістолетом.
3. Помістіть електроди в пляшку і затягніть кришку.
4. У другій кришці просвердлите 2 отвори, вставте трубки крапельниць і накрутіть на пляшку, заповнену звичайною водою.

Для запуску генератора водню налийте в реактор підсолену воду і включіть джерело живлення. Початок реакції ознаменується появою пухирців газу в обох ємностях. Налаштуйте напруга до оптимального значення і підпаліть газ Брауна, що виходить з голки крапельниці.

Другий важливий момент. Занадто висока напруга подавати не можна - електроліт, нагрівся до 65 ° С і більше, почне інтенсивно випаровуватися. Через велику кількість водяної пари розпалити пальник не вдасться. Подробиці збірки і запуску імпровізованого водневого генератора дивіться на відео:

Про водневої осередку Мейера

Якщо ви зробили і випробували вищеописану конструкцію, то по горінню полум'я на кінчику голки напевно помітили, що продуктивність установки надзвичайно низька. Щоб отримати більше гримучого газу, потрібно виготовити більш серйозне пристрій, який називається осередком Стенлі Мейера в честь винахідника.

Принцип дії осередку теж заснований на електролізі, тільки анод і катод виконані у вигляді трубок, що вставляються одна в іншу. Напруга подається від генератора імпульсів через дві резонансні котушки, що дозволяє знизити споживаний струм і збільшити продуктивність водневого генератора. Електронна схема пристрою представлена ​​на малюнку:

Примітка. Детально про роботу схеми розповідається на ресурсі http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для виготовлення осередки Мейера буде потрібно:

• циліндричний корпус з пластмаси або оргскла, умільці нерідко використовують водопровідний фільтр з кришкою і патрубками;
• трубки з нержавіючої сталі діаметром 15 і 20 мм довжиною 97 мм;
• дроти, ізолятори.

Нержавіючі трубки кріпляться до основи з діелектрика, до них припаиваются дроти, що підключаються до генератора. Осередок складається з 9 або 11 трубок, поміщених в пластиковий або плексігласовий корпус, як показано на фото.

Під осередок Мейера можна пристосувати готовий пластиковий корпус від звичайного водопровідного фільтра

З'єднання елементів проводиться по всім відомої в інтернеті схемою, куди входить електронний блок, осередок Мейера і гідрозатвор (технічна назва - бабблер). З метою безпеки система забезпечена датчиками критичного тиску і рівня води. За відгуками домашніх умільців, подібна воднева установка споживає струм близько 1 ампера при напрузі 12 В і володіє достатньою продуктивністю, хоча точні цифри відсутні.

Принципова схема включення електролізера

Реактор з пластин

Високопродуктивний генератор водню, здатний забезпечити роботу газового пальника, виконується з нержавіючих пластин розміром 15 х 10 см, кількість - від 30 до 70 шт. У них просверливаются отвори під стягуючі шпильки, а в кутку випилюється клема для приєднання проводу.

Крім листової нержавіючої сталі марки 316 знадобиться купити:

• гума товщиною 4 мм, стійка до дії лугу;
• кінцеві пластини з оргскла або текстоліту;
• шпильки стягнуті М10-14;
• зворотний клапан для газозварювального апарату;
• фільтр водяний під гідрозатвор;
• труби сполучні з гофрованої нержавіючої сталі;
• гідроокис калію у вигляді порошку.

Пластини потрібно зібрати в єдиний блок, ізолювавши один від одного гумовими прокладками з вирізаною серединою, як показано на кресленні. Одержаний реактор щільно стягнути шпильками і підключити до патрубків з електролітом. Останній надходить з окремій ємності, забезпеченою кришкою і запірною арматурою.

Примітка. Ми розповідаємо, як зробити електролізер проточного (сухого) типу. Реактор з зануреними пластинами виготовити простіше - гумові прокладки ставити не потрібно, а зібраний блок опускається в герметичну ємність з електролітом.

Схема водневої установки мокрого типу

Подальша збірка генератора, що виробляє водень, виконується за тією ж схемою, але з відмінностями:

1. На корпусі апарату кріпиться резервуар для приготування електроліту. Останній являє собою 7-15% розчин гідроксиду калію у воді.
2. У «бабблер» замість води заливається так званий раскислитель - ацетон або неорганічний розчинник.
3. Перед пальником обов'язково ставиться зворотний клапан, інакше при плавному відключенні водневої пальника зворотний удар розірве шланги і «бабблер».

Для харчування реактора найпростіше задіяти зварювальний інвертор, електронні схеми збирати не потрібно. Як влаштований саморобний генератор газу Брауна, розповість домашній майстер в своєму відео:

Чи вигідно отримувати водень в домашніх умовах

Відповідь на це питання залежить від сфери застосування киснево-водневої суміші. Всі креслення і схеми, що публікуються різними інтернет-ресурсами, розраховані на виділення газу HHO для наступних цілей:

• використовувати hydrogen як паливо для автомобілів;
• бездимний спалювати водень в опалювальних котлах і печах;
• застосовувати для газозварювальних робіт.

Головна проблема, перекреслює всі переваги водневого палива: витрати електрики на виділення чистого речовини перевищують кількість енергії, що отримується від його спалювання. Що б не стверджували прихильники утопічних теорій, максимальний ККД електролізера досягає 50%. Це означає, що на 1 кВт отриманої теплоти витрачається 2 кВт електроенергії. Вигода - нульова, навіть негативна.

Згадаймо, що ми писали в першому розділі. Hydrogen - вельми активний елемент і реагує з киснем самостійно, виділяючи безліч тепла. Намагаючись розділити стійку молекулу води, ми не можемо підвести енергію безпосередньо до атомам. Розщеплення проводиться за рахунок електрики, половина якого розсіюється на підігрів електродів, води, обмоток трансформаторів і так далі.

Важлива довідкова інформація. Питома теплота згоряння водню втричі вище, ніж у метану, але - по масі. Якщо порівнювати їх за обсягом, то при спалюванні 1 м³ гідрогену виділиться всього 3.6 кВт теплової енергії проти 11 кВт у метану. Адже водень - найлегший хімічний елемент.

Тепер розглянемо гримучий газ, отриманий електролізом в саморобному водневому генераторі, як паливо для перерахованих вище потреб:

1. Кінцева ціна установки, низька продуктивність і ККД робить вкрай невигідним спалювання водню для опалення приватного будинку. Чим «намотувати» лічильник електролізером, простіше поставити будь-який з електрокотлів - ТЕНовий, індукційний або електродний.
2. Щоб замінити 1 л бензину для автомобіля, буде потрібно 4766 літрів чистого водню або 7150 л гримучого газу, третина якого становить кисень. Самий забрехався винахідник в інтернеті ще не зробив електролізер, здатний забезпечити подібну продуктивність.
3. Газозварювальний апарат, який спалює hydrogen, компактніше і легше балонів з ацетиленом, пропаном і киснем. Плюс температура полум'я до 3000 ° С дозволяє працювати з будь-якими металами, вартість отримання пального тут особливої ​​ролі не грає.

Для довідки. Щоб спалювати гидроген в опалювальному котлі, доведеться грунтовно переробити конструкцію, оскільки воднева пальник здатна розплавити будь-яку сталь.

висновок

Гідроген в складі газу ННО, отриманий з саморобного водневого генератора, стане в нагоді для двох цілей: експериментів і газозварювання. Навіть якщо відкинути низький ККД електролізера і витрати на його збірку разом з споживаним електрикою, на обігрів будівлі просто не вистачить продуктивності. Це стосується і бензинового двигуна легкової машини.