Водородный генератор своими руками для отопления дома. Как работает водородный двигатель. Преимущества водородного отопления

Водород в отопительной системе

Несмотря на наличие таких благоприятных качеств как экологичность и высокий уровень теплоемкости, водород не встречается в природе в свободном виде . Его синтезирует специально собранный котел, в котором при помощи электролиза обычная вода распадается на водород и кислород. Соответственно система отопления должна включать в себя два незаменимых компонента: воду и электричество. Получаемая в результате электролиза газовая смесь получила название «гремучая смесь». Такое название полностью оправдано, ведь при небольшой искре газ способен спровоцировать взрыв.

Рассмотрим более детально, как преобразовать водород в энергоресурс . Как было сказано выше, этот газ получают путем электролиза воды, поэтому для его синтеза потребуется специальное оборудование, представляющее собой контейнер, в который погружены металлические пластины с водой. По пластинам подается ток определенной частоты, после воздействия которого выделяется водород и кислород, но не в чистом виде, а смешанные с водяным паром (он образуется в качестве побочного продукта электролиза). Чтобы отделить пар и вычленить водород, газовую смесь пропускают через химический сепаратор, способный отделить водород от других примесей.

Полученный водород подается в горелку, оснащенную клапаном, что не позволяет его перемещение в обратную сторону, предотвращая взрыв. Пар и кислород отводятся через специальный контейнер. Сам прибор оснащен датчиками давления и показателями уровня воды. Современные модели работают в автоматическом режиме, предотвращая побочные реакции, путем прекращения процесса электролиза и подачи тока при отсутствии должного уровня воды.

В условиях постоянно растущих цен на рынке энергетики потребители стремятся найти дешевую и качественную систему отопления. Водородные генераторы стали альтернативой классическим вариантам.

Общий вид водородного генератора

Водород – самый распространенный элемент на планете, не содержащий токсинов, имеет высокую теплоту сгорания. Получают водород путем выделения атомов H 2 из молекул воды. Поэтому применение его в новых технологиях для получения тепла оправдано. Кроме систем отопления, водородную энергию использует также электролизный сварочный аппарат.

Особенности водородных генераторов

Водородные генераторы являются прямыми конкурентами котлам, работающим на природном газе. Процесс получения водорода в качестве топлива является наиболее выгодным по отношению к добыче и транспортировке классических видов (газ, уголь, дрова и др.) к котлоагрегату. Для работы водородной установки требуется наличие только источника электроэнергии (бытовая электросеть) и воды.

Главной задачей генераторов, работающих на водороде, является самостоятельное отопление домов. В существующих системах отопления допускается применение данных агрегатов в качестве дополнительных источников тепла – теплые полы, плинтусное и потолочное отопление.

Всегда необходимо следить за температурой теплосистемы. Тепловые датчики, реле, приборы КИПиА должны работать корректно. Повышение температуры может спровоцировать расширение газа и взрыв.

Основные узлы

1. Котел. Выбирается, исходя из типа строения, площади и требуемой эффективности установки.
2. Система труб. Наиболее рациональным для отопления дома является применение труб диаметром 1,25 дюймов. Необходимо выдерживать правило – каждое последующее ответвление должно иметь меньший диаметр, чем предыдущее. Поэтому расчеты потребности в материалах и эффективности установки следует начинать с учетом минимально допустимого диаметра труб.
3. Вывод отработанных продуктов – водяного пара, без примесей.
4. Горелка. Для сжигания водорода необходима температура более 3000 градусов.

Внутреннее устройство водородного генератора

Для повышения эффективности следует приобретать модульные агрегаты с несколькими горелками – это увеличение скорости электролиза. Тип и мощность горелки выбирается также с учетом потребности помещения в теплоснабжении (площади, материала изготовления стен, климатического региона и т.д.) и оптимальной мощности генератора.

Для жилого дома самый высокий показатель мощности водородного генератора составляет 6 кВт.

Водородный генератор для дома

Принцип работы

Для выработки газообразного водорода применяется процесс электролиза – разделение молекулы на атомы путем химических реакций. Для увеличения скорости реакции необходимо введение катализатора – жидкого щелока.

В процессе распада образуется необходимый для отопления свободный H 2 . В электролизере отделение водорода и кислорода. Смешение двух химических элементов образует так называемый газ Брауна. Для мониторинга параметров и утечек газа генератор имеет специальные контроллеры.

Полученный в ходе электролиза, газ Брауна имеет коричневатый или зеленый оттенок, является невзрывоопасным веществом. После подогрева до температуры 40 градусов газ поступает в теплообменник, после чего направляется в систему отопления дома.

Следует регулярно производить осмотр и поверку приборов, т.к. от их работоспособности зависит безопасность дома.

Электролитические генераторы

Для установки электролитических генераторов необходим пакет разрешительных документов: сертификаты соответствия, разрешения Ростехнадзора и др. Агрегаты заводского изготовления соответствуют европейским стандартам экологии и безопасности.

Для внедрения системы необходим котел и трубы. Для ускорения химических реакций используют катализатор – жидкий щелок. Заправка системы производится не реже 1 раза в год.

Выделение газа происходит путем электролиза. После этого горячий пар поступает в систему отопления дома. Такие устройства наиболее эффективны для систем подогрева плинтусов, полов и потолков.

Конструкция агрегата

1. Панель управления и автоматики. Осуществляется пуск и регулировка параметров отопления.
2. Электролизер – устройство, в котором происходит разделение молекул воды.
3. Электронный блок. Состоит из трансформатора, устройства выпрямления тока, распределительных коробок, блока забора и подготовки (деминерализации) воды.
4. Система мониторинга параметров газа и поиска утечек (предотвращает аварийные ситуации).
5. Система охлаждения жидкости.

Преимущества:

1. Компактность. Изготавливается в виде небольших контейнеров.
2. Отсутствие устройства отвода отработанных газов ввиду того, что их нет.
3. Низкое потребление электроэнергии для выработки водорода: для производства 1 м3 газа необходимо 3,5 кВт электроэнергии и 0,5 л подготовленной воды.

Водородные генераторы для частного дома при потреблении электроэнергии 0,3 кВт/ ч вырабатывают до 27 кВт. Эффективность устройств находится на уровне с самыми продвинутыми и дорогостоящими системами отопления.

Приобретать водородные генераторы для частного дома следует с учетом отапливаемой площади. Для отопления больших площадей необходимо приобретать более мощные агрегаты. При недостаточной выработке газа добиться высокого КПД системы невозможно.

При эксплуатации генератора всегда необходимо соблюдать требования безопасности.

При решении купить заводской водородный генератор, необходимо выбрать котел с оптимальными техническими характеристиками (мощность, тип схемы отопления и др.). Слишком завышенные характеристики отрицательно сказываются на экономической эффективности, т.к. в этом случае увеличивается расход электроэнергии. После покупки и установки своими руками, устройство необходимо проверить специалистам.

Неисправные водородные генераторы, неквалифицированный монтаж могут стать причиной взрыва в здании, т. к. водород не имеет запаха, и его утечку определить практически невозможно.

Плюсы и минусы

Преимущества:

• для заправки устройства нужна вода;
• высокая производительность – КПД достигает 90% – выше, чем у газовых и электрокотлов;
• дешевизна установки;
• высокая экологичность системы отопления, т.к. угарные газы не вырабатываются;
• бесшумность работы агрегата;
• отсутствие необходимости сооружать дымоходы и отводящие газ трубы;
• «неисчерпаемость» энергии водорода;
• подогрев теплоносителя основан на каталитических реакциях;
• отсутствие необходимости использовать топливо, отсюда – быстрая окупаемость системы отопления.

Недостатки данных систем отопления для жилого дома:

• высокая стоимость заводских установок;
• высокая стоимость замены катализатора;
• взрывоопасность при некорректной установке или эксплуатации агрегата;
• сложность поиска специалистов – в удаленных регионах малое количество сертифицированных организаций, которые занимаются установкой и обслуживанием приборов отопления.

Внедрение в существующие системы

Сооружение новых отопительных систем – дорогостоящий и трудоемкий процесс. Приобретение водородных генераторов для небольших зданий имеет длительный срок окупаемости, поэтому часто такие устройства собирают самостоятельно.

Дополнение существующей отопительной схемы генератором требует расширения пространства. Необходимо заранее позаботиться о месте установки устройства.

Старые котлы могут быть адаптированы для работы на водородном газе: в топке размещают новые горелки. Систему дополняют необходимыми приборами для контроля параметров и поиска утечек газа.

В модернизированных системах также необходимо применение катализатора. Реконструкция старых систем обходится намного дешевле, чем полная замена оборудования.

Модернизация целесообразна, если основной узел – котел пригоден для адаптации к работе с водородными генераторами.

Сооружение водородного генератора самостоятельно позволяет сэкономить достаточно большую сумму.

Все самодельные устройства, как и приобретенные у завода-изготовителя, должны быть проверены специалистами. Установка неисправных приборов недопустима.

Актуальность установки «самоделок»

Водородные установки достаточно популярны для отопления частных домов. Потребители устанавливают как заводские, так и самодельные устройства. Достаточно сложно добиться максимально возможного КПД при внедрении кустарных генераторов. Но при необходимых навыках и заведомо исправных котлах и генераторах возможно получение эффективных систем.

Самодельный водородный генератор для дома

При отсутствии знаний химических процессов не следует проектировать установки и собирать самостоятельно генераторы. Монтаж системы отопления, обладая необходимыми навыками, выполнить возможно, при этом следует обязательно придерживаться инструкций и правил техники безопасности.

Как выбрать генератор

Главными критериями выбора являются:

1. Показатель мощности (кВт). Для больших помещений может быть одно мощное устройство либо несколько, покрывающих полностью потребности в теплоснабжении.
2. Количество контуров. Для одноконтурных и двухконтурных систем применяются разные модели генераторов.
3. Энергопотребление (кВт/ч) – расход электроэнергии на выработку водорода. Чем мощнее котел, тем больше расход.
4. Производитель. Для покупки следует выбирать проверенные марки.

Советы по эксплуатации:

• нельзя самостоятельно вносить в схему отопления изменения – внедрение новых элементов может спровоцировать утечку водорода;
• для повышения качества эксплуатации необходимо применение температурных датчиков внутри котла, что предотвратит перегрев воды;
• на горелки целесообразно установить запорную арматуру, сообщающуюся с датчиком температуры для нормального охлаждения генератора.

Монтаж водородного генератора для отопления

Видео

Альтернативные системы отопления для жилых домов становятся все популярнее. Водородные генераторы обеспечивают комфортную температуру в помещениях при минимальных финансовых затратах. Данные установки абсолютно безопасны для окружающей среды, т.к. отработанные продукты сгорания не содержат вредных соединений.

Для работы системы необходимо наличие воды и электроэнергии. При правильном проектировании обогрев домов водородом может успешно конкурировать с газовым теплоснабжением. Применение экономически целесообразно для отопления больших домов. Водородные генераторы для отопления частного дома могут применяться как в городской застройке, так и пригородной зоне.

Электролизер, именно так называется прибор, именуемый также водородным генератором. Он представляет собой устройство, работа которого основана на использовании физико-химического процесса разложения воды под действием электрического тока на водород и кислород. Это процесс называется электролизом, он давно известен и изучается в средней школе.

Электролизер – один из самых распространенных водородных генераторов.

Описание и принцип работы

В общем случае водородный генератор представляет собой набор металлических пластин, погруженных в дистиллированную воду. Конструкция заключена в герметичный корпус с клеммами для подключения источника электропитания и штуцером для вывода газа.

Теоретически работу водородного генератора можно представить следующим образом: между разнополярными пластинами (анод, катод), погруженными в дистиллированную воду, проходит электрический ток. При этом вода расщепляется на кислород и водород. Чем больше площадь пластин, тем больший ток проходит по воде и тем большее количество газов выделяется. Пластины подключаются поочередно (+-+- и т. д).

Область применения

В связи с тем, что сам процесс электролиза связан с использованием большого количества электроэнергии, промышленное применение электролизеров существенно ограничено. Экономически выгоднее использовать для получения водорода химические способы.

В настоящее время водородные генераторы применяют для:

• газосварки и газорезки водородом в условиях ювелирных мастерских;
• снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и повышения их КПД (коэффициент полезного действия);
• повышения КПД и снижению токсичности жидкотопливных котлов.

Устройство

Немногочисленные промышленные электролизеры, которые используют для получения водорода и кислорода, изготавливают в виде стационарных установок. Электроды в них включаются биполярно, причем их количество зависит от способа включения в сеть (трансформаторное или бестрансформаторное).

Конструкции малогабаритных водородных генераторов, которые выпускаются как отечественными, так и зарубежными компаниями и используются для повышения КПД ДВС и других целей, отличаются большим разнообразием. Кроме того существует огромное количество конструкций, изготовленных своими руками. В сети Интернет о них можно найти достаточно много информации.

Учитывая, что конструкция электролизера отличается простотой и его нетрудно изготовить собственноручно, рассмотрим конструкции нескольких подобных устройств:

1. Простейший электролизер.
2. Водородный генератор для автомобиля.

Простейший электролизер

Для того, чтобы изготовить простейший водородный генератор достаточно знаний по физике и химии в объеме средней школы.

Материалы и инструменты

• Нержавеющая сталь 03Х16Н15М3 размером 500х500 мм. Возможно использование нержавеющей стали любой другой марки.

  Важно: обычная сталь в воде будет подвержена коррозии. Кроме того, вместо воды возможно использование щелочного электролита, который достаточно агрессивен, особенно при прохождении по нему электрического тока. В этих условиях обычная сталь долго не выдержит.

• Прозрачная полиэтиленовая трубка длиной не менее 1 м и диаметром 8 мм.
• 2 болта М6х150, шайбы и гайки.
• 3 штуцера “елочка” с наружным диаметром 8 мм.
• Пластиковый контейнер с крышкой объемом не менее 1,5 л.
• Фильтр для очистки проточной воды (можно использовать фильтр от стиральной машины).
• Обратный водяной клапан.
• Силиконовый герметик.
• Болгарка или ножовка по металлу.
• Гаечные ключи для болтов М6.

Процесс изготовления

• Осуществляем раскрой стального листа таким образом, чтобы получилось 16 пластин одинакового размера.
• В одном из углов каждой пластины нужно просверлить отверстие для болта М6. С помощью этого отверстия пластины будут скрепляться между собой, поэтому центр отверстия во всех пластинах должен находиться на одной оси.
• Для того, чтобы правильно соединить пластины, в каждой пластине необходимо спилить угол, который находится со стороны, противоположной отверстию для болта.
• Поочередно установить пластины на болты согласно схеме, изолировав пластины “+” и “-” друг от друга с помощью полиэтиленовой трубки и шайб. При правильной установке пластин срезанные углы не позволят разнополюсным пластинам контактировать между собой.
• После установки всех пластин конструкцию необходимо стянуть гайками.

  Важно: закончив сборку, необходимо убедиться, что разнополюсные пластины не соединяются между собой (прозвонить конструкцию).

• Крепим получившуюся конструкцию в пластиковый бокс с помощью шайб и гаек, предварительно просверлив 2 отверстия для болтов “+” и “-“. Для обеспечения герметичности отверстия обработать силиконовым герметиком.
• Сверлим отверстия в крышке бокса и вставляем штуцера. Отверстия необходимо обработать силиконовым герметиком.
• Остается проверить работоспособность получившегося электролизера. Для этого заполняем контейнер водой до крепежных болтов и закрываем его крышкой. Затем на один из штуцеров одеваем полиэтиленовый шланг и опускаем его в какую-нибудь емкость с водой. Подключив к болтам источник питания, наблюдаем за появлением пузырьков выделяемого газа. Для того, чтобы повысить количество выделяемого газа, нужно увеличить силу тока, проходящего через воду.
• Проверив работоспособность устройства необходимо слить воду и заполнить пластиковый контейнер щелочным электролитом. Это позволит получить значительно большее количество выделяемого газа.

ВНИМАНИЕ: эксплуатируя электролизер необходимо помнить что процесс расщепления воды на кислород и водород взрывоопасен. Поэтому необходимо соблюдать определенные правила техники безопасности.

Водородный генератор для автомобиля

Процесс электролиза в автомобильном электролизере осуществляется с использованием специального катализатора. При работе прибора происходит выделение оксигидрогена (газ Брауна), имеющего формулу ННО. Далее газ через систему подачи воздуха двигателя попадает в его камеру сжигания, где смешивается с топливом и сгорает. В результате повышается октановое число топливо-воздушной смеси, что способствует более полному сгоранию топлива.

Устройство современных электролизеров

Генератор газа Брауна включает в себя:

• собственно электролизер;
• емкость для циркуляции.

Весь процесс получения газа контролируется:

• модулятором тока;
• оптимизатором, контролирующим соотношение газа Брауна и топливно-воздушной смеси.

Виды катализаторов

Существует несколько видов катализаторов, среди которых различают:

• Цилиндрические – их конструкция мало чем отличается от конструкции простейшего водородного генератора и его вполне возможно изготовить самостоятельно. Отличаются небольшой производительностью (до 0,7 л газа в минуту) и примитивной схемой управления.
• С раздельными ячейками – самая эффективная конструкция с производительностью свыше 2 л газа в минуту. Отличается высоким КПД и устанавливается на автомобили с непрерывным режимом работы.
• С открытыми пластинами (сухие) – производительностью до 2,1 л газа в минуту. Конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение устройства в тяжелых условиях эксплуатации.

Все процессы, происходящие в водородном генераторе, осуществляются в автоматическом режиме и функционируют в соответствии со специальной программой, вшитой в компьютерную систему управления автомобилем.

Преимущества

Использование современных электролизеров в автомобиле позволяет:

• экономить до 50% горючего;
• уменьшить токсичность выхлопа;
• снизить температуру мотора;
• повысить тягу и мощность силового агрегата;
• увеличить срок эксплуатации двигателя.

Меры безопасности

Электролизерные установки представляют собой устройства повышенной опасности. Поэтому в процессе их изготовления, монтажа и эксплуатации необходимо строго соблюдать как общие, так и специальные меры безопасности.

Среди специальных требований наиболее важными являются:

1. Не допускается образование взрывоопасных концентраций смеси кислорода с водородом или воздухом.
2. Не допускается работа водородных генераторов, если в его смотровом окне не виден уровень жидкости.
3. При выполнении ремонтных работ необходимо убедиться в полном отсутствии водорода в конечной точке системы.
4. Возле электролизеров не разрешается пользоваться открытым огнем, электрическими нагревательными приборами и переносными лампами напряжением более 12 В.
5. При работе с электролитом необходимо пользоваться спецодеждой, перчатками и очками.

1. Специалисты не рекомендуют самостоятельно изготавливать автомобильные водородные генераторы. Мотивируется это тем, что автомобильный электролизер представляет собой достаточно сложное и небезопасное устройство, при изготовлении которого необходимо использовать специальные материалы и реагенты.
2. При самостоятельной установке в автомобиль электролизера, изготовленного своими руками, необходимо исключить возможность попадания газа в камеру сгорания топливо-воздушной смеси при заглушенном двигателе. При выключении двигателя в обязательном порядке водородный генератор должен автоматически отключаться от сети электропитания автомобиля.
3. При самостоятельном изготовлении автомобильного электролизера не забудьте оснастить его специальным водяным клапаном – барботером. Его использование позволит значительно повысить безопасность эксплуатации автомобиля.

Запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии, способные заменить «черное золото». Одним из решений является применение водородного двигателя, отличающегося меньшей токсичностью и большим КПД. Главное то, что запас сырья для производства горючего почти неограничен.

Когда появился водородный двигатель для автомобиля? В чем особенности его устройства, и каков принцип действия? Где применяется такая технология? Реально ли сделать такой мотор своими руками? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании - Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2016 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

• После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар.
• Реакция воспламенения происходит быстрее, чем в случае с дизельным топливом или бензином.
• Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять .
• Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси.
• Водород - летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
• Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется.
• Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы мотора путем дозирования консистенции.

С учетом перечисленных нюансов применять H 2 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

• Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС - 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
• Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
• Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на H 2 , почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения. Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер - устройство, обеспечивающее отделение водорода от H 2 O для последующей реакции с O 2 .

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается H 2 , а в катодную камеру - O 2 . На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа -способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Преимущества и недостатки

Чтобы понять особенности и перспективы водородного двигателя в автомобиле, стоит знать его плюсы и минусы. Рассмотрим их подробнее.

• ЭКОЛОГИЧНОСТЬ . Внедрение водородного двигателя - возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды. При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
• ОПЫТ РАЗРАБОТОК . Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу - конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
• ДОСТУПНОСТЬ . Не менее важный фактор в пользу H 2 - отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
• ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ . Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства. Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

• Минимальный уровень шума;
• Улучшение мощности, приемистости и других параметров двигателя;
• Большой запас хода;
• Низкий расход горючего;
• Простота обслуживания;
• Высокий потенциал применения в виде альтернативного топлива.

Недостатки водородного двигателя:

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

• Опасность пожара или взрыва.
• Риски для планеты, ведь увеличение объема водорода может привести к непоправимым последствиям для озонового слоя.
• Увеличение веса машины из-за применения мощных АКБ и преобразователей.
• Наличие проблем с хранением водородного топлива - под высоким давлением или в сжиженном виде. Исследователи еще не пришли к единому выводу, какой из вариантов лучше.

Опасность водородного топлива

В рассмотренных выше недостатках упоминалось об опасности применения водородного топлива для двигателя. Это главный минус новой технологии.

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения H 2 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество H 2 приводит к появлению удушья.

Опасность в том, что распознать данный газ крайне сложно, ведь у него нет запаха и он полностью невидим для человеческого глаза.

Кроме того, сжиженный H 2 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения. Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

Из рассмотренного выше напрашивается вывод, то водородный двигатель опасен, и использовать его крайне рискованно.

На самом деле, газообразный водород имеет небольшой вес и в случае утечки он рассеивается в воздухе. Это значит, что риск его воспламенения минимален.

В случае с удушьем такая ситуация возможна, но только при нахождении в замкнутом помещении. В ином случае утечка водородного топлива опасности для жизни не несет. В оправдание стоит отметить, что выхлопные газы ДВС (а именно угарный газ) также несут смертельный риск.

Современные автомобили с водородными двигателями

Возможность применения двигателей на водородном топливе заинтересовала многих производителей. В результате в автомобильной индустрии появляется все больше машин, работающих на данном газе.

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

• Компания Тойота выпустила автомобиль Fuel Cell Sedan. Для устранения проблем с дефицитом пространства в салоне и багажном отсеке емкости с водородным топливом размещены на полу транспортного средства. Fuel Cell Sedan предназначен для перевозки людей, а его стоимость составляет 67.5 тысяч долларов.
  
• Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen7 - до 229 км/час.
  
• Honda Clarity - автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут.
  
  
  
• «Монстр» от Дженерал Моторс показан в октябре 2016 года. Особенность автомобиля заключается в невероятной надежности, что подтверждено проведенными исследованиями армией США. Во время испытаний транспортное средство прошло больше 3 миллионов километров.
  
  
  
• Концерн Тойота выпустил на рынок водородную модель Mirai. Продажи начались еще в 2014 году на территории Японии, а в США - с октября 2015 года. Время на заправку Mirai составляет пять минут, а запас хода на одной заправке 502 км. ФОТО 21 22 Недавно представители концерна заявили, что планируют внедрять данную технологию не только в легковой транспорт, но и в вилочные погрузчики и даже грузовики. 18 колесный грузовик уже тестируется в Лос-Анжелесе.
  
• Производитель Лексус планирует свой вариант автомобиля с водородным двигателем в 2020 году, поэтому о транспортном средстве известно мало подробностей.
  
  
• Компания Ауди представила концепт H-tron Quattro в Детройте. По заверению производителя машина может проехать на одном баке около 600 км, а набрать скорость до 100 км/час удается за 7,1 секунду. Машина имеет «виртуальную» кабину, заменяющую стандартную приборную панель.
  
  
• БМВ в сотрудничестве с Тойотой планирует выпуск своего водородного транспортного средства к 2020 году. Производитель заверяет, что запас хода новой модели составляет больше 480 км, а дозаправка будет занимать до 5 минут.
  
  
• В 2013 году в компании Форд заявили, что активное производство водородных двигателей начнется уже к концу 2017 года при сотрудничестве с Ниссан и Мерседес-Бенц. Но реализовать задуманное на практике пока не удается - работники концерна находятся на этапе разработки.
  
• Мерседес-Бенц на Франкфуртском автосалоне представил внедорожник GLC, который появится на рынке в конце 2019 года. Авто комплектуется аккумулятором на 9,3 кВт*ч, а запас хода составляет 436 км. Максимальная скорость ограничивается электроникой на уровне 159 км/час.
  
• Nikola Motor представила грузовой автомобиль с водородным двигателем, имеющий запас хода от 1287 до 1931 км. Стоимость нового автомобиля составит 5-7 тысяч долларов за аренду в месяц. Выпуск планируется начать с 2020 года.
  
  
• Производитель Хендай создал новую линейку Tucson. На сегодняшний день произведено и реализовано 140 машин. Бренд Hyundai Genesis представил свой автомобиль с водородным двигателем GV Впервые транспортное средство было представлено в Нью-Йорке, но его производство пока не планируется.
  
  
• Великобритания тоже не отстает в плане новых технологий. В стране уже можно арендовать водородный автомобиль Riversimple Rasa на три или шесть месяцев. Машина весит чуть больше 500 кг и способна проехать на одной заправке около 500 км.
  
  
  
• Дизайнерский дом Pininfarina создал машину на водородном топливе H2 Speed. Особенность авто заключается в способности ускорятся до сотни всего за 3,4 секунды, а максимальная скорость - 300 км/час. Время на заправку составляет всего три минуты. Стоимость новой модели достигает 2,5 млн. долларов.
  
  

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

Главным препятствием для внедрения новой технологии является чрезмерные расходы на получение водородного топлива, а также на приобретение комплектующих материалов.

Возникают проблемы и с хранением H 2 . Так, для удерживания газа в требуемом состоянии требуется температура на уровне -253 градусов Цельсия.

Простейший способ получения водорода - электролиз воды. Если производство H 2 требуется в промышленных масштабах, не обойтись без высоких энергетических затрат.

Чтобы повысить рентабельность производства, требуется применение возможностей ядерной энергетики. Чтобы избежать рисков, ученые пытаются найти альтернативы такому варианту.

Перемещение и хранение требует применения дорогих материалов и механизмов высокого качества.

Нельзя забывать и о других сложностях, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации:

• Взрывоопасность. При утечке газа в закрытом помещении и наличии небольшой энергии для протекания реакции возможен взрыв. Если воздух чрезмерно нагрет, это только усугубляет ситуацию. Высокая проникаемость H 2 приводит к тому, что газ попадает в выхлопной коллектор. Вот почему применение роторного мотора считается более предпочтительным.
• При хранении водорода применяются емкости, имеющей большой объем, а также системы, исключающие улетучивание газа. Кроме того, используются устройства, исключающие механическое повреждение емкостей. Если для грузовых машин, водного или пассажирского транспорта эта особенность не имеет большого значения, легковая машина теряет ценные кубометры.
• При больших нагрузках и высокой температуре H 2 провоцирует разрушение элементов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) и смазки в двигателе. Использование специальных сплавов и смазочных материалов приводит к повышению стоимости производства водородных двигателей.

Будущее водородных двигателей

Применение H 2 открывает большие перспективы и не только в автомобильной сфере. Водородные двигатели активно применяются на ж/д транспорте, на самолетах и вертолетах. Также они устанавливаются на вспомогательной технике.

Интерес к разработке таких моторов проявляют многие концерны, о которых уже упоминалось выше - Тойота, БМВ, Фольксваген, Дженерал Моторс и другие.

Уже сегодня на дорогах встречаются реальные автомобили, которые работают на водороде. Многие из них рассмотрены выше - БМВ 750i Hydrogen, Хонда FSX, Тойота Mirai и другие.

К работе подключились почти все крупные концерны, которые пытаются найти свою нишу на рынке.

Главным недостатком остается высокая цена H 2 , нехватка АЗС, а также дефицит квалифицированных работников, способных обслуживать такую технику. Если имеющиеся проблемы удастся решить, машины с водородными двигателями обязательно появятся на наших дорогах.

Конкурирующие технологии

Внимание к моторам на водороде развеивается по той причине, что у технологии имеются конкуренты.

Вот только некоторые из них:

Можно ли сделать своими руками?

Технология работы двигателя на газ известна давно, и многие концерны достигли успехов в вопросе внедрения водородных двигателей. Над совершенствованием классического ДВС задумались и народные умельцы.

Суть заключается в подаче в камеру сгорания специального газа. Такое устройство носит название системы Брауна. При этом бензин также подается в двигатель, но смешивается с газом, что обеспечивает лучшее горение.

В результате появляется водяной пар, очищающий клапана и поршни двигателя от нагара, улучшающий характеристики мотора и повышающий его ресурс.

Чтобы своими руками разложить воду на газ, требуется катализатор, дистиллят, электроды и электричество.

Конструкция собирается из подручных материалов. Допускается применение одной банки, но лучше использовать шесть.

После вырезаются пластинки и объединяются по принципу крест-накрест. Далее они обматываются проволокой и крепятся на крышке. Важно, чтобы электроды не замыкались между собой.

На последнем этапе банки заполняются электролитом и катализатором. Такая схема может работать на любом автомобиле.

Если же говорить о полноценном водородном двигателе, то в гаражных условиях сделать его конечно же не получится из-за сложности технологии.

Многие владельцы машин ищут способы экономии топлива. Кардинально решить этот вопрос позволит водородный генератор для автомобиля. Отзывы тех, кто установил себе это устройство, позволяют говорить о существенном снижении затрат при эксплуатации транспорта. Так что тема достаточно интересная. Ниже пойдёт речь о том, как сделать водородный генератор собственными силами.

ДВС на водородном топливе

На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.

Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:

• идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
• большое выделение тепла при сгорании газа;
• абсолютная экологическая безопасность - отработавшие газы превращаются в воду;
• выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
• способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.

Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.

Газ Брауна

Сегодня водородные генераторы у автолюбителей приобретают популярность. Однако это не совсем то, о чем шла речь выше. Путём электролиза вода превращается в так называемый газ Брауна, который и добавляют к топливной смеси. Основная задача, которую решает этот газ, - полное сгорание топлива. Это и служит увеличением мощности и снижением расхода топлива на приличный процент. Некоторым механикам удалось добиться экономии на 40 %.

Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.

Универсальная схема водородного генератора

Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.

Но можно собрать такую систему и самостоятельно - сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:

1. Установки для электролиза воды.
2. Накопительного резервуара.
3. Улавливателя влаги из газа.
4. Электронного блока управления (модулятора тока).

Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.

Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.

Реактор

От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.

Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.

Типы установок

На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:

Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.

Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.

Необходимая производительность

Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.

Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна - она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.

Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.

Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: "Трасса" и "Город".

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна - не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Пока без обычного топлива не обойтись

В мире есть несколько экспериментальных моделей, которые полностью работают на газе Брауна. Однако технические решения пока ещё не достигли своего совершенства. Простым жителям планеты такие системы недоступны. Поэтому пока автолюбителям остаётся довольствоваться «кустарными» разработками, которые дают возможность сократить затраты на топливо.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.