Kaip pasigaminti vandenilio generatorių namams: praktiniai patarimai gaminant ir montuojant

Mes įpratę manyti, kad pats prieinamiausias kuras yra gamtinės dujos. Tačiau, pasirodo, jos turi vertą alternatyvą – vandenilį, gaunamą skaidant vandenį. Pradinę medžiagą šiam kurui gaminti gauname visiškai nemokamai. O jei dar vandenilio generatorių pasigaminsite patys, sutaupymas bus tiesiog stulbinantis. Tiesa?

Esame pasirengę pasidalinti su jumis vertinga informacija apie techninio įrenginio, skirto vandenilio gamybai, surinkimo variantus ir taisykles. Jūsų dėmesiui pateikto straipsnio išstudijavimas taps patikimo prietaiso pagaminimo garantija.

Tiems, kurie nori patys susikonstruoti pigaus, bet labai produktyvaus kuro generatorių, siūlome išsamią instrukciją. Pateikiame rekomendacijas dėl tinkamo eksploatavimo. Kaip informatyvūs priedai, vaizdžiai paaiškinantys veikimo principą, panaudotos nuotraukos ir vaizdo įrašai.

Vandenilio gavimo būdai

Vidurinės mokyklos chemijos pamokose kažkada būdavo aiškinama, kaip gauti vandenilį iš paprasto vandentiekio vandens, tekančio iš čiaupo. Chemijos srityje yra tokia sąvoka – elektrolizė. Būtent elektrolizės dėka atsiranda galimybė gauti vandenilį.

Paprasčiausias vandenilio įrenginys yra tam tikra talpykla, pripildyta vandens. Po vandens sluoksniu įtaisomi du plokšteliniai elektrodai. Prie jų tiekiama elektros srovė. Kadangi vanduo yra puikus elektros srovės laidininkas, tarp plokštelių susidaro mažos varžos kontaktas.

Srovė, einanti per mažą vandens varžą, skatina cheminę reakciją, kurios metu susidaro vandenilis.

Eksperimentinės vandenilio įrenginio schema, kuri seniau buvo nagrinėjama vidurinės mokyklos chemijos pamokų programoje. Kaip paaiškėja, šiuolaikiniams buitiniams poreikiams tos pamokos nebuvo beprasmės.

Atrodytų, viskas paprasta ir lieka visai nedaug – surinkti susidariusį vandenilį, kad jį panaudotume kaip energijos šaltinį. Tačiau chemijoje niekada neapsieinama be subtilių detalių.

Taip ir čia: jei vandenilis jungiasi su deguonimi, esant tam tikrai koncentracijai susidaro sprogstamasis mišinys. Šis momentas yra vienas iš kritinių reiškinių, ribojančių galimybes statyti pakankamai galingas namų stotis.

Vandenilio generatoriaus konstrukcija

Įprastai, statant vandenilio generatorius savo rankomis, pagrindu imama klasikinė Brauno įrenginio schema. Toks vidutinės galios elektrolizeris susideda iš grupės elementų, kurių kiekviename yra plokštelinių elektrodų grupė. Įrenginio galia priklauso nuo bendro plokštelinių elektrodų paviršiaus ploto.

Elementai įdedami į talpyklą, gerai izoliuotą nuo išorinės aplinkos. Ant rezervuaro korpuso išvedami atvamzdžiai vandens magistralei prijungti, vandenilio išvedimui, taip pat kontaktinė elektros prijungimo panelė.

Vandenilio generavimo aparatas, suprojektuotas pagal Brauno schemą. Pagal visus skaičiavimus šis įrenginys turėtų visiškai aprūpinti namų ūkį šiluma ir šviesa. Kitas klausimas – kokie gabaritai ir galios leis tai padaryti (+)

Brauno generatoriaus schemoje, be kita ko, numatytas vandens uždoris ir atbulinis vožtuvas. Šių elementų dėka užtikrinama įrenginio apsauga nuo vandenilio grįžtamojo srauto. Pagal tokią schemą teoriškai neatmetama galimybė surinkti vandenilio įrenginį, pavyzdžiui, kaimo namo šildymui organizuoti.

Vandenilinis namų šildymas

Surinkti vandenilio generatorių efektyviam namo šildymui – sumanymas, galbūt ne fantastinis, bet akivaizdžiai labai nuostolingas. Norint gauti reikiamą vandenilio kiekį namų katilinei, prireiks ne tik galingos elektrolizės įrenginio, bet ir didelio elektros energijos kiekio.

Namų sąlygomis gauto vandenilio panaudojimas suvartotai elektros energijai kompensuoti laikomas neracionaliu procesu.

Realus veikiantis vandenilio generatorius namų reikmėms. Vienintelis nuviliantis dalykas – tai tik eksperimentinis variantas, galintis tik parodyti, kaip iš kibirkšties kyla liepsna.

Nepaisant to, bandymai išspręsti problemą, kaip pasigaminti vandenilio generatorių namams savo rankomis, nesiliauja. Su vieno iš praktikoje išbandytų vandenilio katilo modelių veikimo principu ir konstrukcija supažindina straipsnis, su kuriuo rekomenduojame susipažinti.

Ir štai vieno iš sudėtingų variantų pavyzdys:

1. Paruošiamas sandarus patikimas indas.
2. Gaminami vamzdiniai arba plokšteliniai elektrodai.
3. Surenkama darbo įtampos ir srovės valdymo schema.
4. Gaminami papildomi darbo stoties moduliai.
5. Parenkami aksesuarai (žarnos, laidai, tvirtinimo detalės).

Žinoma, prireiks įrankių rinkinio, įskaitant specialią įrangą, pvz., osciloskopą ir dažniamatį. Apsirūpinus viskuo, ko reikia, galima tiesiogiai pradėti gaminti vandenilio šildymo įrenginį namams.

Projekto įgyvendinimas savo rankomis

Iš pradžių reikės pagaminti vandenilio generavimo elementą. Kuro elementas yra šiek tiek mažesnis už generatoriaus korpuso vidinius ilgio ir pločio matmenis. Aukštyje bloko su elektrodais dydis sudaro 2/3 pagrindinio korpuso aukščio.

Elementą galima pagaminti iš tekstolito arba organinio stiklo (sienelės storis 5–7 mm). Tam pagal matmenis supjaustomos penkios tekstolito plokštės. Iš jų suklijuojamas (epoksidiniais klijais) stačiakampis, kurio apatinė dalis lieka atvira.

Maždaug tokios organinio stiklo plokštės sudaro vandenilio generatoriaus kuro elemento korpusą. Tiesa, čia parodytas kiek kitoks inžinerinės minties variantas – skirtas surinkimui ir sujungimui varžtais.

Viršutinėje stačiakampio pusėje išgręžiamas reikiamas kiekis mažų skylių elektrodų plokščių kotams, viena maža skylė lygio jutikliui, ir viena 10–15 mm skersmens anga vandenilio išėjimui.

Stačiakampio viduje išdėstomos elektrodų plokštės, kurių kontaktiniai kotai išvedami pro viršutinės plokštės skyles už elemento ribų. Įrengiamas vandens lygio jutiklis ties 80% elemento užpildymo žyma. Visi perėjimai tekstolito plokštėje (išskyrus vandenilio išėjimą) užpilami epoksidiniais klijais.

Nuotraukoje pavaizduoto generatoriaus modulių konstrukcijos ypatybė – cilindrinė forma. Taip pat kitaip atlikti šio miniatiūrinio energijos šaltinio elektrodai.

Vandenilio išleidimo angą reikia įrengti su jungiamąja detale – pritvirtinti ją mechaniškai, naudojant sandariklį arba įklijuojant. Surinktas vandenilio gamybos elementas įdedamas į pagrindinį įrenginio korpusą ir išilgai viršutinio perimetro kruopščiai užsandarinamas (vėlgi galima naudoti epoksidinę dervą).

Taip buvo pasirinktas vandenilio generatoriaus korpusas kitam eksperimentiniam projektui. Paprasta idėja patraukia, tačiau šis variantas vargu ar tiks galingai stočiai, skirtaiprivataus namo patalpų šildymui.

Tačiau prieš įdedant elementą į vidų, generatoriaus korpusą reikia paruošti:

• padaryti vandens tiekimą dugno srityje;
• pagaminti viršutinį dangtį su tvirtinimo detalėmis;
• parinkti patikimą sandarinimo medžiagą;
• ant dangčio įrengti elektrinį gnybtų bloką;
• ant dangčio įrengti vandenilio kolektorių.

Dėl to turėtų būti gautas iš dalies paruoštas veikti vandenilio generatorius po to, kai:

1. Kuro elementas įkeltas į korpusą.
2. Elektrodai prijungti prie dangčio gnybtų bloko.
3. Vandenilio išleidimo jungiamoji detalė sujungta su vandenilio kolektoriumi.
4. Dangtis uždėtas ant korpuso per sandariklį ir pritvirtintas.

Beliks tik prijungti vandenį ir papildomus modulius.

Vandenilio generatoriaus priedai

Naminį vandenilio gamybos įrenginį būtina papildyti pagalbiniais moduliais. Pavyzdžiui, vandens tiekimo moduliu, kuris funkciškai sujungtas su generatoriaus viduje įrengtu lygio davikliu.

Paprasčiausią tokio modulio variantą sudaro vandens siurblys ir valdymo kontrolleris. Siurblys valdomas kontrollerio pagal daviklio signalą, atsižvelgiant į vandens lygį kuro elemento viduje.

Papildomi konstrukciniai elementai, kuriuos būtina įtraukti į bet kurios vandenilio stoties, net ir eksperimentinės, konstrukciją. Be automatikos, valdymo ir apsaugos įrenginių vandenilio generatoriaus negalima eksploatuoti.

Iš esmės taip pat pageidautina turėti įrenginį, reguliuojantį elektros srovės dažnį ir įtampos lygį, tiekiamus į kuro elemento darbinių elektrodų gnybtus. Mažiausiai elektros modulis turi būti aprūpintas įtampos stabilizatoriumi ir apsauga nuo srovės perkrovos.

Vandenilio kolektorius, paprasčiausiu pavidalu, atrodo kaip vamzdelis, kuriame įrengtas vožtuvas, manometras, atbulinis vožtuvas. Iš kolektoriaus vandenilis imamas per atbulinį vožtuvą ir faktiškai jau gali būti tiekiamas vartotojui.

Vandenilio kolektorius ir manometrinis matavimo prietaisas – neatskiriamos vandenilio įrenginio detalės, kurių dėka užtikrinamas dujų paskirstymas ir slėgio kontrolė.

Tačiau praktiškai viskas yra šiek tiek sudėtingiau. Vandenilis – sprogiosios dujos, turinčios aukštą degimo temperatūrą. Todėl tiesiog paimti ir įpumpuoti vandenilį į šildymo katilo sistemą kaip kurą – taip padaryti nepavyks.

Įrenginio kokybės kriterijai

Surinkti kokybišką, efektyvią ir produktyvią instaliaciją namų sąlygomis yra labai sudėtinga. Pavyzdžiui, net jei atsižvelgsime į tokį kriterijų kaip metalas, iš kurio gaminami elektrodiniai plokšteliai ar vamzdeliai, jau kyla rizika susidurti su problemomis.

Elektrodų ilgaamžiškumas priklauso nuo metalo rūšies ir jo savybių. Žinoma, galima naudoti tą patį nerūdijantį plieną, tačiau tokių elementų gyvavimo trukmė bus trumpa.

Tam tikra parodija vandenilio generatoriaus elektrodinių plokštelių. Paimtos plokštelės iš įprasto kintamojo kondensatoriaus, pagamintos iš aliuminio. Tokių elektrodų užteks lygiai pusvalandžiui darbo net nedidelėje eksperimentinėje sistemoje.

Svarbų vaidmenį atlieka ir montavimo matmenys. Reikalingi didelio tikslumo skaičiavimai, atsižvelgiant į reikiamą galią, vandens kokybę ir kitus parametrus.

Taigi, jei tarpas tarp darbinių elektrodų bus ne pagal apskaičiuotą vertę, vandenilio generatorius gali visiškai neveikti. Blogiausiu atveju galia, kuriai buvo atlikti skaičiavimai, bus kelis kartus mažesnė.

Net laido, jungiančio elektrodus su maitinimo šaltiniu, skerspjūvis turi reikšmės vandenilio generatoriaus įrenginyje. Tiesa, čia klausimas susijęs su saugiu įrenginio eksploatavimu. Nepaisant to, reikėtų atsižvelgti ir į šią konstrukcinę detalę namų gamybos variante.

Grįžtant prie saugaus sistemos eksploatavimo, taip pat reikia nepamiršti į konstrukciją įtraukti vadinamąjį vandens vožtuvą, neleidžiantį dujoms judėti atbuline kryptimi.

Nepaisant gana įspūdingo skaičiaus savadarbių vandenilio generatorių kūrimų, realiai efektyvaus varianto kol kas nėra. Visi modeliai nusileidžia gamyklinei įrangai.

Pramoninės gamybos generatorius

Pramoninės gamybos lygmeniu buitinių vandenilio generatorių gamybos technologijos palaipsniui įsisavinamos ir vystomos. Paprastai gaminamos namų naudojimo energetinės stotys, kurių galia neviršija 1 kW.

Toks aparatas skirtas vandenilio degalų gamybai nuolatinio veikimo režimu ne ilgiau kaip 8 valandas. Pagrindinė jų paskirtis – šildymo sistemų energijos tiekimas.

Taip pat kuriamos ir gaminamos instaliacijos, skirtos eksploatuoti kondominiumuose. Tai jau galingesnės konstrukcijos (5-7 kW), kurių paskirtis – ne tik šildymo sistemų energija, bet ir elektros gamyba. Toks kombinuotas variantas greitai populiarėja Vakarų šalyse ir Japonijoje.

Kombinuoti vandenilio generatoriai apibūdinami kaip sistemos su dideliu naudingumo koeficientu ir mažu anglies dioksido išmetimu.

Pavyzdys realiai veikiančios pramoniniu būdu pagamintos stoties, kurios galia iki 5 kW. Panašius įrenginius ateityje planuojama gaminti kotedžų ir kondominiumų aprūpinimui.

Rusijos pramonė taip pat pradėjo užsiimti šia perspektyvia kuro gavybos rūšimi. Visų pirma, „Norilsko nikelis“ įsisavina vandenilio įrenginių, taip pat buitinių, gamybos technologijas.

Planuojama naudoti pačius įvairiausius kuro elementų tipus kūrimo ir gamybos procese:

• protonų mainų membraniniai;
• ortofosforo rūgšties;
• protonų mainų metanoliniai;
• šarminiai;
• kietieji oksidiniai.

Tuo tarpu elektrolizės procesas yra grįžtamasis. Šis faktas rodo, kad yra galimybė gauti jau pašildytą vandenį nedeginant vandenilio.

Atrodo, kad tai dar viena idėja, už kurios užsikabinus galima pradėti naują aistrų ratą, susijusį su nemokama kuro gavyba namų katilui.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Eksperimentuojant namuose su savadarbiais modeliais, reikia pasiruošti pačių netikėčiausių rezultatų, bet neigiama patirtis – taip pat patirtis:

Vandenilio generatoriai namams, pagaminti savo rankomis, – tai kol kas projektas, egzistuojantis vienos idėjos lygmenyje. Praktiškai įgyvendintų savadarbių vandenilio generatorių projektų nėra, o tie, kurie pozicionuojami tinkle – jų autorių vaizduotės arba grynai teoriniai variantai.

Taigi belieka tikėtis tik pramoninio brangaus produkto, kuris žada pasirodyti jau artimiausioje ateityje.

O Jums žinomas originalus vandenilio generatoriaus modelis, neaprašytas straipsnyje? Galbūt Jūs norite pasidalinti vertinga informacija, kuri bus naudinga namų meistrams? Rašykite, prašau, komentarus žemiau esančiame bloke, talpinkite nuotraukas tema, išsakykite savo nuomonę.