Водородный котел отопления: устройство + принцип работы + критерии выбора

Преимущества и недостатки водородных котлов

Сильными сторонами подобных устройств являются:

1. Полная экологичность. Продукты разложения воды не наносят вреда атмосфере, они совершенно безопасны для здоровья людей и домашних животных.
2. Высокий уровень КПД, который может достигать 96%.  Это значительно выше коэффициента полезного действия дизеля, природного газа или угля.
3. Экономия природных ресурсов за счет применения альтернативных источников энергии.
4. Невысокая цена получаемых калорий. Для подобных устройств достаточно воды и немного электричества.

В то же время у подобных устройств есть и слабые стороны.

К числу минусов нужно отнести следующие нюансы:

1. Требовательность в обслуживании. Для максимально высокой степени выработки H₂, необходимо каждый год заменять металлические пластины. Помимо замены электродов, для производства запланированного количества энергии необходимо регулярно добавлять катализатор. Частота этой процедуры зависит от мощности, а также от особенностей определенной модели.
2. Высокую стоимость – заводская установка обойдется не менее, чем в 35-40 тысяч рублей.
3. Опасность взрыва при повышении нормированного давления в котле.
4. Дефицит водородных баллонов – их достаточно редко можно встретить в продаже.
5. Ограниченность выбора. Поскольку подобные отопительные приборы не слишком распространены на российском рынке, не всегда можно быстро найти подходящую модель, а также отыскать компетентных специалистов для монтажа и ремонта оборудования.
6. Необходимость подвода коммуникаций. Для работы устройства необходимо постоянное подключение к электропитанию для осуществления реакции электролиза, а также к источнику воды, расход которой зависит от мощности прибора.

Необходимо упомянуть о том, что производители уделяют большое внимание новым технологиям, стремятся усовершенствовать водородные котлы, устраняя или минимизируя недостатки

Плюсы и минусы электродных котлов для отопления

Несмотря на противоречивые отзывы владельцев, нельзя не отметить очевидные преимущества электродных установок:

• Конструкция котла обеспечивает компактность и простоту подключения.
• Небольшие габаритные размеры позволяют использовать агрегаты в качестве дополнительных или резервных теплогенераторов, включаемых независимо от основного по мере необходимости.
• Для установки котла не требуются проект и согласование.
• При утечке теплоносителя прибор не выйдет из строя и может продолжать работу сразу после устранения неполадок.
• Электродные котлы не восприимчивы к перепадам напряжения в электросети.
• Отсутствие вредных выбросов, и мощных электромагнитных полей.

Перечень преимуществ действительно весом, однако наряду с ними, следует отметить и некоторые объективные недостатки:

• Применение электродных устройств не целесообразно при наличии в отопительной системе радиаторов из стали или чугуна. Эффективную работу могут обеспечить только биметаллические батареи и высококачественные радиаторы из алюминия, что существенно увеличивает стоимость отопительного контура.
• Высокие требования к качеству и химическим свойствам теплоносителя. Используемая жидкость должна обеспечивать оптимальные условия для электролиза.
• Установка электродного котла возможна только в замкнутый контур, что влечет за собой дополнительные затраты на герметичную расширительную емкость, клапан аварийного сброса давления и воздухоотводчик.
• Максимальная температура нагрева теплоносителя не должна превышать 85С.

Тщательно проанализировав все недостатки агрегата, можно прийти к выводу, что все они связаны с качеством и химическими свойствами теплоносителя.

Водородный котел отопления своими руками

На сегодняшний день массовое производство водородных отопительных котлов отсутствует и приобрести данный прибор непросто. Если вы желаете приобрести такое устройство, то, скорее всего, придется оформить индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где был разработан такой котел. Однако такой способ многим пользователям не подходит ввиду своей высокой стоимости. Чтобы решить этот вопрос, можно рассмотреть способ сооружения котла своими руками.

Изготовление генератора

Для того, чтобы создать котел на водороде, для начала необходимо соорудить генератор водорода:

1. На первом этапе необходимо вырезать 16 прямоугольников размером 50х50 см из листа из нержавейки.
2. Один из углов вырезанных частей нужно срезать.
3. При помощи дрели в противоположном по диагонали углу делается отверстие.
4. Сборка конструкции осуществляется из пластин и двух болтов. На один болт надо затянуть две шайбы и разместить их с обеих сторон пластины. Вторую пластину развернуть таким образом, чтобы обрезанный конец был у болта, затем зафиксировать ее на втором болте так, чтобы она оказалась над первой пластинкой. Далее, между двух пластин нужно оставить полоску прозрачного пластика длиной в 1 мм. Остальные прямоугольники фиксируются аналогичным способом.
5. В пластиковом контейнере нужно сделать прорези для болтов.
6. Собранную из пластин конструкцию необходимо вставить в контейнер.
7. В крышке делается два отверстия: в одном закрепляется трубка для подачи водорода, а другое создано для того, чтобы заливать воду с растворенными солями.
8. Проверить работу устройства.

В качестве энергоносителя водород считается самым чистым и безопасным элементом, а отопление, базирующееся на нём, является результативным и полноценным.

Изготовление котла

Создание водородного котла осуществляется следующим образом:

• надо взять профильную трубу 20х20 мм и отрезать от нее 8 равных частей длиной 30 см;
• далее взять профильную трубу 40х40 мм и отрезать 3 куска, длина одного должна составлять 20 см, а двух других — 8 см;
• в длинной трубе надо сделать две прорези на середине противоположных сторон, размером 40х40 м. К этим отверстиям приварить 2 отрезка по 8 см;
• в результате образуется крестовина, на три конца которой привариваются заглушки, а на четвертом конце фиксируется заглушка с патрубком для присоединения трубы подачи водородной смеси;
• на каждом конце конструкции надо сделать по одному отверстию, диаметром 1-1,5 см, предварительно сделав отступ от центра крестовины 7-8 см, отверстий всего должно получиться 4;
• к ним привариваются патрубки и фиксируются форсунки, которыми часто обладают котлы на пропане;
• следующим процессом будет — приваривание к крестовине 8 кусков профильной трубы с размерами 20х20 см;

Котёл на водороде своими руками

затем нужно вырезать из листового металла 3 квадрата. В двух из них сделать по 4 отверстия, диаметр в одном должен быть равен 2-3 см, в другом — 1 см; трубу с диаметром 2-3 см разрезать на отрезки длиной 50-60 см. Затем приложить их к квадрату с меньшими отверстиями и приварить к нему. в трубе с диаметром 20 см сделать два отверстия: одно внизу, другое вверху; далее трубу нужно приварить к квадрату с меньшими прорезями; полученную конструкцию необходимо перевернуть вверх дном и поставить второй квадрат. Трубки должны войти в отверстие, и при этом квадрат должен прилегать к большей по диаметру трубе, квадрат и трубки варить; процесс сварки квадрата и самой конструкции производится горелкой: к двум отверстиям на корпусе надо приварить патрубки подачи возврата теплоносителя; затем котел проверяется на герметичность; и, на последнем этапе, надо изготовить защитный корпус, в который будет спрятан котел.

Таким образом, выполнив все вышеизложенные указания, вы станете обладателем водородного котла.

В настоящее время котлы на водородном топливе не имеют широкого распространения, несмотря на большое количество преимуществ и удобства в использовании. Однако они стремительно проникают на рынок отопительного оборудования и перспективы их использования безграничны.

3 Критерии выбора и особенности эксплуатации

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.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
5. Котел обладает максимально высоким КПД.
6. Устройство работает совершенно бесшумно.
7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

• необходимость постоянного пополнения катализатора;
• взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
• неудобная транспортировка водорода;
• недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
• недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
5. Котел обладает максимально высоким КПД.
6. Устройство работает совершенно бесшумно.
7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

• необходимость постоянного пополнения катализатора;
• взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
• неудобная транспортировка водорода;
• недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
• недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Плюсы и минусы водородных отопительных котлов

Поскольку в нагревательных приборах в качестве топлива используется водород, рассмотрим преимущества энергоносителя:

1. Водород в баллонах можно приобрести в любом регионе страны.
2. Отопительные системы с использованием водорода не требуют для работы участия человека, потому что представляют собой замкнутый цикл.
3. Приемлемая цена топлива – главное достоинство.
4. Количество выделяемой тепловой энергии составляет 121 МДж/кг, что намного выше такого же показателя у пропана, который равен 40 МДж/кг.

Стоит не забывать о недостатках водородного топлива:

• уровень шума при работе котла старого образца высокий;
• если превысить нормативное давление, то создается взрывоопасная ситуация;
• агрегат потребляет много воды;
• в некоторых населенных пунктах сложно купить баллоны с водородом;
• в старых установках нужно делать отдельный дымоход для разогретого пара, выделяющегося при каталитической реакции.

Преимущества водородных котлов заключаются в следующем:

1. Агрегат не выбрасывает вредные соединения в атмосферу.
2. Водород не горит, а отдает тепло при взаимодействии с кислородом. Вода образуется в результате каталитической реакции.
3. При температуре теплоносителя всего 40 градусов теплопотери исключены.
4. В процессе работы котла происходит химическая реакция, которая протекает без использования открытого пламени.
5. Современные водородные котлы отличаются бесшумной работой, не требуют устройства отдельного дымохода, потому что разогретый пар и вода сразу подаются в систему отопления. Благодаря этому агрегат можно устанавливать в любом месте.

Минусы водородных агрегатов связаны с повышенными требованиями к качеству всех составляющих элементов и узлов. Чтобы обслуживать и ремонтировать прибор, придется привлекать специалистов. Довольно сложно найти запасные детали для нагревательного оборудования.

Как сделать водородный котел своими руками?

Сделать отопительный котел на водороде можно на основе ННО генератора – это обычный электролизер.

Для изготовления горелки потребуется:

• лист нержавейки в 2 мм толщиной размером 50х50 см;
• лист стали в 2 мм толщиной размером 100х100 см;
• герметичный контейнер из пластика на 1,5 л;
• прозрачная трубка от водяного уровня длиной в 10 м;
• штуцеры для шланга диаметром 8 мм;
• болты 6х50, гайки, шайбы;
• профильная труба 20х20 мм;
• профильная труба 40х40 мм;
• труба сечением 20-30 мм;
• заглушки;
• болгарка;
• герметик;
• нож;
• сварочный аппарат;
• газовые форсунки;
• дрель.

Для монтажа котла пригодится блок питания мощностью на 12 вольт.

Как сделать котел водородный собственными руками:

1. Из стального листа 50х50 см болгаркой вырезать 16 прямоугольников одинакового размера. Для работы системы потребуется катод и анод, в роли которых выступят пластины, 8 из которых будут катодами, а 8 анодами.
2. На пластинах просверлить отверстие для болтов, по 1 отверстию на каждой пластине.
3. Разместить в контейнере пластины так, чтобы соблюдалось чередование плюса и минуса. Изолировать пластины прозрачной трубкой, которую предварительно порезать на шайбы или полоски толщиной до 2 мм.
4. Фиксация пластин на болты и шайбы таким образом – на болт надеть шайбу, потом пластину анода, затем 3 шайбы и пластину катода. Так, через 3 шайбы нанизывать все пластины. После этого затягиваются гайки.
5. Теперь нужно закрепить конструкцию в контейнере. Для этого нужно проделать отверстия в стенах контейнера, куда вставляются болты. На болты обязательно затем надеть шайбы.
6. Теперь нужно проделать 2 отверстия в крышке под штуцеры (стальную трубу с резьбой). Фиксация на гайки.
7. Точки стыка изолировать герметиком.
8. Подключить к одному патрубку компрессор, к другому манометр. Накачать давление в 2 атмосферы и проконтролировать показания манометра полчаса – если давление не меняется, то герметичность нормальная, если есть изменения, проверить стыки и еще раз загерметизировать все швы.
9. Установить обратный клапан к патрубку, подключить к нему баллон с водородом, а на второй патрубок подключить воду. К болтам для крепления пластинок подключить электроды, по которым пойдет электрический ток.
10. В процессе прохождения тока вода начнет бурлить и пойдет процесс реакции, которая необходима для отопления системы.

Чтобы изготовить сам котел, потребуется выполнить следующие действия:

• трубу 20х20 мм разрезать на 8 частей по 30 см;
• трубу 40х40 мм порезать на 3 части – одна из них на 20 см, две – по 8 см;
• в трубе на 20 см сечением 40х40 мм сделать посередине длины с двух противоположных боковых сторон отверстия под трубу 40х40 мм;
• вставить в отверстия трубки сечением 40х40 мм в 8 см под прямым углом, приварить;
• к торцам полученной крестовины приварить заглушки, а четвертую сторону оснастить заглушкой с патрубком, который нужен для присоединения трубы с водородом;
• от центра крестовины отложить 7-8 см и в каждой части высверлить отверстие размером в 10-14 мм, всего получится 4 отверстия;
• в отверстия приварить форсунки;
• к каждой торцевой части приварить по 2 профильные трубы сечения 20х20 мм таким образом, чтобы образовался прямой угол с плоскостью крестовины;
• из оставшегося листа стали вырезать 3 стенки корпуса для котла размером 30х30 см;
• в 2 стенках просверлить по 2 отверстия, всего получится 4 отверстия диаметром в 20-30 мм по точкам размещения форсунок, а в третьем листе сделать отверстие диаметром в 10 мм;
• теперь нарезать трубу на 20-30 мм диаметром кусками по 50-60 см и приварить к стальному листу меньших размеров (стенке корпуса);
• взять трубу диаметром в 10 мм длиной меньше сваренных труб на 4 см и в ней просверлить пару отверстий вверху и внизу с таким расчетом, чтобы трубу можно было приварить;
• приложить трубу к листу стальному с меньшими отверстиями и приварить;
• теперь всю эту конструкцию нужно перевернуть и установить на второй стальной лист так, чтобы трубки вошли в заранее проделанные отверстия;
• трубки приварить к листу;
• теперь приварить к последнему листу из стали всю конструкцию с горелкой;
• приварить патрубки для транспортировки теплоносителя к отверстиям в корпусе;
• на входной патрубок установить температурный датчик, на горелку – датчик горения (детектор);
• оба датчика нужно соединить с автоматическими контроллерами и системами визуально-звукового оповещения;
• проверить корпус на герметичность.

Теперь остается выполнить внешний защитный корпус нужных размеров из стального листа. Внутрь корпуса установить узлы конструкции, герметично их соединить и перепроверить герметичность. Можно тестировать систему, предварительно растворив в воде соль или щелочь для ускорения реакции и повышения выхода водорода.

Если остались вопросы, смотрите видео.

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.

Пример водородного котла отопления

Эксперименты с вечным поленом

Вечным поленом называют небольшой металлический бак с маленькими отверстиями для выхода водяного пара. Эту емкость заполняют водой, закручивают горловину болтом, и кладут на дно печи. Емкость разогревается до большой температуры, с нее выходит водяной пар, поступая прямо на горящие угли.

В результате, по заявлениям экспериментаторов, черная сажа в дыму пропадает. Т.е. якобы частички углерода, обычно уносимые в трубу, теперь все реагируют с кислородом.
Пламя становится насыщенным с длинными языками и т.д.

Но правда замеры реального полученного тепла не проводились, замерить его в домашних условиях невозможно, но все признаки большой энергоотдачи присутствуют….

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

• Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
• Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
• «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
• Температура горения водорода  достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
• Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
• Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
• Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».

Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

• Топливо подается на горелку.
• Факел горелки разогревает теплообменник.
• Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.

Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.

Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.

А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.

Плюсы водородных котлов

• Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
• У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
• Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
• Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.

Минусы водородных котлов

• Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
• Высокая цена промышленных моделей.
• Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
• Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
• Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, H2ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

Как вам статья?