Как сделать генератор водорода в домашних условиях

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев–энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

• разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
• рассмотреть возможность применения генератора водорода для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

1. Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.

2. Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
3. Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
4. Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
5. Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

2H2 + O2 → 2H2O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H2O → 2H2 + O2 — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Преимущества и недостатки

Водородная технология в сравнении с другими видами термического соединения металлов выигрывает по многим позициям:

• эффективности;
• безопасности;
• экологичности.

Компактные аппараты удобны для соединения многих материалов:

• углеродистых, низколегированных и сталей;
• стекла;
• литейного чугуна;
• некоторых цветных сплавов;
• стекла;
• керамики;
• композитных материалов.

Сварочный процесс не связан с частой зарядкой оборудования, экономится много времени. На генерацию газа уходит не более 5 минут. При небольших габаритах у аппаратов большая рабочая мощность. В отличие от ацетиленовой сварки водородная не загрязняет атмосферу продуктами горения, парами азота. Оборудование отличается пожаробезопасностью, у конструкции риски возгорания, взрывов минимальные. В процессе работы швы не окисляются.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

• реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
• металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
• второй резервуар играет роль водяного затвора;
• трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

1. К двум электродам, погруженным в воду, подводится напряжение, желательно от регулируемого источника. Для улучшения реакции в емкость добавляется немного щелочи либо кислоты (в домашних условиях – обычной соли).

2. В результате реакции электролиза со стороны катода, подключенного к «минусовой» клемме, станет выделяться водород, а возле анода – кислород.
3. Смешиваясь, оба газа по трубке поступают в гидрозатвор, выполняющий 2 функции: отделение водяного пара и недопущение вспышки в реакторе.
4. Из второй емкости гремучий газ ННО подается на горелку, где сжигается с образованием воды.

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

1. Плоские деревянные палочки скрутите саморезами, располагая их концами в разные стороны. Спаяйте головки шурупов между собой и подсоедините провода – получите будущие электроды.
2. Проделайте отверстие в крышке, просуньте туда разрезанный корпус капельницы и провода, затем герметизируйте с 2 сторон клеевым пистолетом.
3. Поместите электроды в бутылку и завинтите крышку.
4. Во второй крышке просверлите 2 отверстия, вставьте трубки капельниц и накрутите на бутылку, заполненную обычной водой.

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

Правила использования устройства

Водородная ювелирная горелка для дома должна обладать дополнительными встроенными модулями. Особо важен модуль подачи воды, который совмещается с датчиком уровня воды, встроенным в сам генератор водорода. Самые простые модели представляют собой водяной насос и контроллер управления. Насос управляется контроллером через сигнал датчика в зависимости от количества жидкости, находящейся в топливной ячейки.

Вспомогательные элементы очень важны для любой конструкции отопления. Без автоматических модулей контроля и защиты генератор на водородной основе использовать запрещено и даже опасно.

Специалисты советуют приобрести специальную систему, регулирующую частоту подаваемого электрического тока и уровня напряжения. Это важно для нормального функционирования рабочих электродов внутри топливной ячейки. Также в модуле должен находиться стабилизатор напряжения и защита от перегрузки током.

Водородный коллектор представляет собой трубку, в которую встроен специальный вентиль, манометр и обратный клапан. От коллектора водород подается в помещение посредством специального обратного клапана.

Манометр и водородный коллектор – очень важные детали в водородном генераторе, с помощью которых осуществляется равномерное распределение газа по помещению и контролируется общий уровень давления.

Любой потребитель должен помнить, что водород остается взрывоопасным газом с высокой температурой сгорания. Именно по этой причине просто взять и наполнить конструкцию отопительного прибора водородом запрещается.

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе https://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

• цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
• трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
• провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Финальный этап

В конце работы мастер сможет получить качественный и надежный водородный генератор для отопительной системы частного дома. Далее останутся лишь финальные штрихи:

• установить готовую топливную ячейку в главный корпус устройства;
• подключить электроды к клеммнику крышки прибора;
• штурец, установленный на отверстии выхода водорода, следует подсоединить к водородному коллектору;
• крышка накладывается сверху на корпус устройства и фиксируется через уплотнитель.

Теперь водородный генератор полностью готов к работе. Владелец частного дома может смело подключать воду и дополнительные модули для комфортного обогрева частного дома.

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

• резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
• концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
• шпильки стяжные М10—14;
• обратный клапан для газосварочного аппарата;
• фильтр водяной под гидрозатвор;
• трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
• гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

1. На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7—15% раствор гидроокиси калия в воде.
2. В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
3. Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Техника безопасности при сварке водородом

Промышленные аппараты для водородной и атомно-водородной сварки оснащают системой автоматического отключения. При повышенном давлении газовой смеси подача тока прекращается автоматически, без участия сварщика. Как и при других огневых работах, при сварке электролизером нужно соблюдать технику безопасности.

Основные правила:

1. Газовая горелка располагается на удалении от воспламеняющихся и огнеопасных веществ. Во время работы сопло держат в противоположной стороне от источника питания. Пользуются ограждающими экранами.
2. Закрытое помещение необходимо периодически проветривать.
3. Пламя негативно влияет на сетчатку и глазное яблоко. При водородной сварке рекомендуется пользоваться затемненными очками.
4. На газовые баллоны при перевозке надевают защитный колпак, устанавливают металлические резервуары в решетчатые подставки, чтобы во время движения транспорта баллоны не соприкасались друг с другом и не падали.
5. На сварочном участке не хранят кислород, в минуты отдыха выключают сварочное оборудование.

При соблюдении правил эксплуатации работать безопасно. Качественные соединения получают без вреда для себя и окружающей природы.

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

• использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
• бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
• применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.
   Читайте также:  Гимнастические кольца – эффективное средство для силовых тренировок
3. Газосварочный аппарат, сжигающий hydrogen, компактнее и легче баллонов с ацетиленом, пропаном и кислородом. Плюс температура пламени до 3000 °С позволяет работать с любыми металлами, стоимость получения горючего здесь особой роли не играет.

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Как определить качество установки?

Самостоятельно создать качественную и безопасную отопительную установку для дома — трудная задача, с которой справляются не все. Например, даже при рассмотрении металла, из которого состоят трубы прибора и электродные пластины, уже можно столкнуться с большим количеством трудностей.

Время службы встроенных электродов напрямую зависит от типа металла и его основных свойств. Конечно же, можно применять ту же нержавейку, но эксплуатация таких деталей будет недолгой. Температура водородной горелки должна быть в районе 5000 К.

Особое значение играют и замеры. Все расчеты следует проводить как можно точнее, учитывая требуемую мощность, качество поступающей воды и другие критерии. Если величина отверстия между электродами не будет совпадать с расчетами, то водородный генератор может и вовсе не запуститься.

Делаем ремонт

Когда вы произвели осмотр, выяснили причину и диагностировали неполадки — можно приступить к самостоятельному ремонту газовой плиты. Он проводится аналогично для всех моделей. Знаменитый итальянский бренд Аристон или белорусская плита Гефест, пользующаяся большим спросом у россиян — нет никакой разницы, системы поджига практически идентичны за исключением чисто индивидуальных нюансов.

1. Поджигаем неисправную конфорку с помощью стороннего источника открытого огня, спичек или специальной зажигалки — пламя должно быть ровным и распределяться по всей окружности рассекателя. Желтый цвет пламени означает неправильную концентрацию газа и воздуха: надо произвести чистку форсунки или ее замену. Возможно, что у рассекателя забились отверстия или туда попала влага. Надо сделать профилактику, продуть все отверстия, вынуть корпус конфорки и осмотреть его.
2. Все электроды и включатели соединяются параллельно. Каждый электрод запитан от единого блока розжига, но их включение происходит от разных кнопок. Чтобы убедиться, что не работает только данная кнопка, а блок управления в норме, надо включить следующую конфорку. Если поджиг газа происходит — ремонтируйте кнопку, а все остальное в системе работает исправно.
3. Если устройство розжига трещит постоянно, то необходимо проверить контакты — они могли залипнуть от попадания жира или в результате окисления образовался нагар. Перед ремонтом не забывайте отключать плиту от сети, затем аккуратно произведите демонтаж, зачистите контакты или просушите их при помощи фена для сушки волос. Выполнение требований безопасности защитит вас от получения травм.

Большинство поломок, которые привели к отказу, можно устранить самостоятельно — они неопасны для пользователя, но необходимо помнить, что газовые плиты относятся к потенциально опасным изделиям, поэтому даже профилактические работы выполнять надо осторожно. Иногда поломка кнопки розжига приводит к тому, что ремонт не поможет — необходима полная замена

В таком случае лучше пройтись по специальным магазинам и приобрести аналогичный вариант

Иногда поломка кнопки розжига приводит к тому, что ремонт не поможет — необходима полная замена. В таком случае лучше пройтись по специальным магазинам и приобрести аналогичный вариант.

Область применения

Сегодня электролизёр — такое же привычное устройство, как и генератор ацетилена или плазменный резак. Изначально водородные генераторы использовались сварщиками, поскольку носить за собой установку весом всего несколько килограмм было намного проще, чем перемещать огромные кислородные и ацетиленовые баллоны. При этом высокая энергоёмкость агрегатов решающего значения не имела — всё определяло удобство и практичность. В последние годы применение газа Брауна вышло за рамки привычных понятий о водороде, как топливе для газосварочных аппаратов. В перспективе возможности технологии очень широки, поскольку использование HHO имеет массу достоинств.

• Сокращение расхода горючего на автотранспорте. Существующие автомобильные генераторы водорода позволяют использовать HHO как добавку к традиционному бензину, дизелю или газу. За счёт более полного сгорания топливной смеси можно добиться 20 – 25 % снижения потребления углеводородов.
• Экономия топлива на тепловых электростанциях, использующих газ, уголь или мазут.
• Снижение токсичности и повышение эффективности старых котельных.
• Многократное снижение стоимости отопления жилых домов за счёт полной или частичной замены традиционных видов топлива газом Брауна.
• Использование портативных установок получения HHO для бытовых нужд — приготовления пищи, получения тёплой воды и т. д.
• Разработка принципиально новых, мощных и экологичных силовых установок.

Генератор водорода, построенный с использованием «Технологии водяных топливных ячеек» С. Мейера (а именно так назывался его трактат) можно купить — их изготовлением занимается множество компаний в США, Китае, Болгарии и других странах. Мы же предлагаем изготовить водородный генератор самостоятельно.

Несколько дельных советов

Далее поговорим о других составляющих водородной горелки – фильтре для стиралки и клапане. Оба предназначаются для защиты. Клапан не позволит загоревшемуся водороду проникнуть обратно в конструкцию и взорвать скопившийся под крышкой электролизера газ (пусть его там и немного). Если не установим клапан, то контейнер повредится и щелочь вытечет наружу.

Фильтр же потребуется для изготовления водяного затвора, который будет играть роль барьера, предотвращающего взрыв. Народные умельцы, не понаслышке знакомые с конструкцией самодельной горелки на водороде, называют этот затвор «бульбулятором». И правда, он по сути лишь создает пузырьки воздуха в воде. Для самой горелки используем все тот же прозрачный шланг. Все, водородная горелка готова!

Остается лишь подсоединить ее к входу системы «теплый пол», герметизировать соединение и начать непосредственно эксплуатацию.

Проклятый резистор

Упомянутый резистор схемы электроподжига чаще номиналом 3,9 кОм. Мощность рассеивания составляет 0,5, реже 1 Вт. Размер емкости давно (согласно мнению форумчан) известен — парой долей выше 2 микрофарад (цифры идут скачками согласно рядам, приведенным ГОСТ, найти ровно 2 мкф не удастся, иначе как из ряда Е24) рабочим напряжением 250 вольт. Радиолюбитель сложностей не заметит. Были времена, — ТВС вручную перематывали!

Среднестатистический человек хочет знать последовательность действий. Во-первых, необходимо отключить электроподжиг газовой плиты от источника напряжения. Вторым шагом извлекаются электронный, высоковольтный блоки. Конструкция идет раздельными печатными платами, единой подложкой. Встречаются иные варианты.

Осмотр начинайте, оценивая качество дорожек, паяных соединений. Слой проводника, выглядящий серебристой полоской, покрывается слоем лака. Сделано для защиты схемы электроподжига от воздействия внешних факторов, прежде всего, влаги. Лак надежно укрывает проводящий слой. Имеется дома лак ногтевой? Подойдет стопроцентно.

Нагар зачищается нулевой шкуркой, обезжиривается спиртом, покрывается лаком сверху. Отслоенные, порванные дорожки схемы электроподжига восстанавливаются.

Пример. Порван проводящий слой. Оба края чуть зачищаются наждаком, лудятся, соединяются припоем. Поверх остывшего припоя наносится лак, спирт применяется по необходимости. Для протирания печатной платы, естественно.

Сгоревший резистор черный. Номинал указан выше. Не возбраняется поставить элемент помощнее. Очевидцев дружно утверждают: дальнейший процесс эксплуатации идет превосходно. Дадим схеме плиты резистор номиналом 9 кОм. Мощность рассеивания лучше взять равной большей, нежели аналогичный параметр исходного элемента. 1 Вт подойдет.

Поломка конденсатора видна издалека. Некоторые (электролитические) распухают, вздувшийся бочонок невозможно пропустить внимательному мастеру. Касательно номиналов рекомендуется спросить форумчан. Современная маркировка резисторов разноцветными кольцами посложнее бытовавшей буквенно-цифровой надписи. Допуск выражали процентами.

Ремонт электроподжига газовой плиты может оказаться делом несложным. Если выгорели обмотки трансформатора, придется купить новый. Хотите проверить локализацию неисправности? У каждого вывода находим пару, которая звонится. Сопротивление (пользуйтесь мультиметром) составляет сотни Ом. Нашлись висящие в воздухе «ноги»: скорее неполадка монтажа трансформатора. Перемотать занятие непростое. Просторы сети снабдят ценной информацией. Используется сердечник вида буквы Ш. Первичных витков десяток, вторичной обмоткой придется заняться всерьез.