Kā pagatavot ūdeņraža ģeneratoru mājām pašrocīgi: praktiski padomi izgatavošanai un montāžai

Mēs esam pieraduši uzskatīt dabasgāzi par vispieejamāko kurināmā veidu. Taču izrādās, tai ir cienīga alternatīva – ūdeņradis, ko iegūst, sadalot ūdeni. Izejvielu šīs degvielas ražošanai mēs iegūstam pilnīgi bez maksas. Un, ja vēl ūdeņraža ģeneratoru izgatavojat pašrocīgi, ietaupījums būs vienkārši satriecošs. Vai ne tā?

Mēs esam gatavi dalīties ar Jums vērtīgā informācijā par variantiem un noteikumiem tehniskas iekārtas montāžai, kas paredzēta ūdeņraža ražošanai. Jūsu uzmanībai piedāvātā raksta izpēte garantēs nekļūdīgi darbojošās ierīces izgatavošanu.

Tiem, kuri vēlas pašu rokām uzbūvēt lētas, bet ļoti produktīvas degvielas ģeneratoru, mēs piedāvājam izsmeļoši izklāstītu instrukciju. Sniedzam ieteikumus par pareizu ekspluatāciju. Kā informatīvi papildinājumi, kas uzskatāmi izskaidro darbības principu, izmantotas foto-pielikumi un video.

Ūdeņraža iegūšanas metodes

Vidusskolas ķīmijas stundās kādreiz tika skaidrots, kā iegūt ūdeņradi no parasta krāna ūdens. Ķīmijā ir tāds jēdziens – elektrolīze. Pateicoties elektrolīzei, ir iespējams iegūt ūdeņradi.

Vienkāršākā ūdeņraža iekārta ir tvertne, kas piepildīta ar ūdeni. Zem ūdens slāņa novietoti divi plākšņu elektrodi. Tiem pievada elektrisko strāvu. Tā kā ūdens ir lielisks elektrības vadītājs, starp plāksnēm izveidojas kontakts ar mazu pretestību.

Strāva, kas iet cauri mazajai ūdens pretestībai, veicina ķīmiskās reakcijas veidošanos, kuras rezultātā rodas ūdeņradis.

Eksperimentālas ūdeņraža iekārtas shēma, kas agrāk tika pētīta vidusskolas ķīmijas stundu programmā. Kā izrādās, mūsdienu ikdienas vajadzību praksei šīs stundas nebija liekas.

Likās, ka viss ir vienkārši un atliek pavisam nedaudz – savākt izveidojušos ūdeņradi, lai to izmantotu kā enerģijas nesēju. Bet ķīmijā nekad neiztiek bez smalkām detaļām.

Tā arī šeit: ja ūdeņradis savienojas ar skābekli, pie noteiktas koncentrācijas veidojas sprādzienbīstams maisījums. Šis moments ir viens no kritiskajiem faktoriem, kas ierobežo iespējas būvēt pietiekami jaudīgas mājas stacijas.

Ūdeņraža ģeneratora konstrukcija

Lai pašu rokām būvētu ūdeņraža ģeneratorus, parasti par pamatu ņem klasisko Brauna iekārtas shēmu. Šāds vidējas jaudas elektrolīzers sastāv no šūnu grupas, kurā katra satur plākšņu elektrodu grupu. Iekārtas jaudu nosaka plākšņu elektrodu kopējais virsmas laukums.

Šūnas ievieto tvertnē, kas ir labi izolēta no ārējās vides. Uz rezervuāra korpusa izvadītas pieslēgvietas ūdensvada pievienošanai, ūdeņraža izvadei, kā arī elektrības pieslēguma kontaktpanelis.

Ūdeņraža ģenerēšanas aparāts, kas projektēts pēc Brauna shēmas. Pēc visiem aprēķiniem, šai iekārtai pilnībā būtu jānodrošina mājsaimniecība ar siltumu un gaismu. Cits jautājums – kādi izmēri un jauda to ļaus izdarīt (+).

Brauna ģeneratora shēma paredz arī ūdens aizvara un pretvārsta klātbūtni. Ar šo elementu palīdzību tiek organizēta iekārtas aizsardzība pret ūdeņraža pretplūsmu. Pēc šīs shēmas teorētiski nav izslēgta ūdeņraža iekārtas montāža, piemēram, lauku mājas apkures organizēšanai.

Ūdeņraža apkure mājā

Samontēt ūdeņraža ģeneratoru efektīvai mājas apkurei – iespējams, nav fantastisks pasākums, taču acīmredzami ārkārtīgi nerentabls. Lai iegūtu nepieciešamo ūdeņraža daudzumu mājas katlumājai, ir vajadzīga ne tikai jaudīga elektrolīzes iekārta, bet arī ievērojams elektroenerģijas daudzums.

Kompensācija iztērētās elektrības ar mājas apstākļos iegūto ūdeņradi šķiet neracionāls process.

Reāli darbojošs ūdeņraža ģenerators mājas vajadzībām. Vienīgais, kas sagādā vilšanos – tas ir tikai eksperimentāls variants, kas spēj vien parādīt, kā no dzirksteles rodas liesma.

Tomēr mēģinājumi atrisināt uzdevumu, kā pašu spēkiem izgatavot ūdeņraža ģeneratoru mājai, nebeidzas. Ar darbības principu un uzbūvi vienam no praksē pārbaudītajiem ūdeņraža katla modeļiem iepazīstinās raksts, ar kuru iesakām iepazīties.

Un, lūk, piemērs vienam no mokošajiem variantiem:

1. Tiek sagatavota hermētiska, uzticama tvertne.
2. Tiek izgatavoti cauruļveida vai plāksnveida elektrodi.
3. Tiek samontēta darba sprieguma un strāvas vadības shēma.
4. Tiek izgatavoti papildu moduļi darba stacijai.
5. Tiek izvēlēti aksesuāri (šļūtenes, vadi, stiprinājumi).

Protams, būs nepieciešams instrumentu komplekts, ieskaitot īpašu aprīkojumu, piemēram, oscilogrāfu un frekvences mērītāju. Kad viss nepieciešamais ir sagādāts, var tieši ķerties pie ūdeņraža apkures iekārtas izgatavošanas mājai.

Projekta realizācija pašrocīgi

Vispirms jāizgatavo ūdeņraža ģenerēšanas šūna. Degvielas šūnas ārējie izmēri ir nedaudz mazāki par ģeneratora korpusa iekšējiem garuma un platuma izmēriem. Augstuma ziņā bloka ar elektrodiem izmērs ir 2/3 no pamata korpusa augstuma.

Šūnu var izgatavot no tekstolīta vai organiskā stikla (sienas biezums 5-7 mm). Šim nolūkam pēc izmēriem tiek sagrieztas piecas tekstolīta plāksnes. No tām ar epoksīda līmi tiek salīmēts taisnstūris, kura apakšējā daļa paliek vaļēja.

Aptuveni šādas organiskā stikla plāksnes veido ūdeņraža ģeneratora degvielas šūnas korpusu. Tiesa, šeit parādīts nedaudz atšķirīgs inženiertehniskā risinājuma variants – ar montāžu un skrūvju stiprinājumu.

Taisnstūra augšpusē izurbj vajadzīgo skaitu mazu caurumu elektrodu plākšņu kātiņiem, vienu mazu caurumu līmeņa sensoram, kā arī vienu caurumu 10-15 mm diametrā ūdeņraža izvadei.

Taisnstūra iekšpusē izvieto elektrodu platīna plāksnes, kuru kontaktu kātiņus izvada caur augšējās plāksnes caurumiem ārpus šūnas. Uzstāda ūdens līmeņa sensoru pie 80% šūnas piepildījuma atzīmes. Visas pārejas tekstolīta plāksnē (izņemot ūdeņraža izvadi) aizpilda ar epoksīda līmi.

Attēlā redzamā ģeneratora moduļu konstrukcijas īpatnība – cilindriska izpildījuma forma. Arī šī miniatūrā enerģijas avota elektrodi ir izgatavoti citādāk.

Ūdeņraža izvades atveri jāaprīko ar šuceri – mehāniski piestiprināt to, izmantojot blīvējumu vai ielīmēt. Samontētā ūdeņraža ģenerēšanas šūna ievietota ierīces galvenajā korpusā, un augšējais perimetrs rūpīgi jānoblīvē (atkal var izmantot epoksīda sveķus).

Tādējādi ūdeņraža ģeneratora korpuss tika izvēlēts nākamajam eksperimentālajam projektam. Vienkāršā ideja piesaista, taču diez vai šis variants derēs jaudīgai stacijai, kas paredzēta privātmājas telpu apkurei.

Bet pirms šūnas ievietošanas iekšpusē, ģeneratora korpuss ir jāsagatavo:

• izveidot ūdens padevi dibena apgabalā;
• izgatavot augšējo vāku ar stiprinājumiem;
• izvēlēties uzticamu blīvējuma materiālu;
• uz vāka novietot elektrisko spaiļu bloku;
• uz vāka novietot ūdeņraža kolektoru.

Rezultātā jāiegūst daļēji darbībai gatavs ūdeņraža ģenerators pēc tam, kad:

1. Degvielas šūna ievietota korpusā.
2. Elektrodi pievienoti vāka spaiļu blokā.
3. Ūdeņraža izvades šucers savienots ar ūdeņraža kolektoru.
4. Vāks uzstādīts uz korpusa caur blīvējumu un nostiprināts.

Atliks tikai pieslēgt ūdeni un papildu moduļus.

Papildinājumi ūdeņraža ģeneratoram

Pašdarināta ūdeņraža iegūšanas ierīce jāpapildina ar palīgmoduļiem. Piemēram, ūdens padeves moduli, kas funkcionāli apvienots ar ģeneratora iekšpusē uzstādītu līmeņa sensoru.

Vienkāršā veidā šāds modulis sastāv no ūdens sūkņa un vadības kontrollera. Sūkni kontrolleris vada atbilstoši sensora signālam, atkarībā no ūdens līmeņa degvielas šūnas iekšpusē.

Papildu konstruktīvie elementi, kas jāiekļauj jebkuras ūdeņraža stacijas, pat eksperimentālās, konstrukcijā. Bez automātikas, kontroles un aizsardzības ierīcēm ūdeņraža ģeneratoru nevar ekspluatēt.

Būtībā vēlams arī, lai būtu ierīce, kas regulē elektriskās strāvas frekvenci un sprieguma līmeni, kas tiek padots uz degvielas šūnas darba elektrodu spailēm. Vismaz elektriskajam modulim jābūt aprīkotam ar sprieguma stabilizatoru un aizsardzību pret pārslodzi pēc strāvas.

Ūdeņraža kolektors vienkāršākajā veidā izskatās kā caurule, kurā atrodas ventilis, manometrs, pretvārsts. No kolektora ūdeņraža uzņemšana notiek caur pretvārstu un faktiski jau var tikt padota patērētājam.

Ūdeņraža kolektors un manometriskais mērinstruments – neatsveramas ūdeņraža iekārtas detaļas, pateicoties kurām tiek nodrošināta gāzes sadale un spiediena kontrole.

Taču praksē viss ir nedaudz sarežģītāk. Ūdeņradis – sprādzienbīstama gāze ar augstu degšanas temperatūru. Tāpēc vienkārši paņemt un iesūknēt ūdeņradi apkures katla sistēmā kā degvielu – tā neizdosies.

Iekārtas kvalitātes kritēriji

Salikt kvalitatīvu, efektīvu un produktīvu iekārtu mājas apstākļos ir ārkārtīgi sarežģīti. Piemēram, pat ņemot vērā tādu kritēriju kā metāls, no kura izgatavo elektrodu plāksnes vai caurules, jau pastāv risks saskarties ar problēmām.

Elektrodu izturība ir atkarīga no metāla veida un tā īpašībām. Protams, var izmantot to pašu nerūsējošo tēraudu, taču šādu elementu kalpošanas laiks būs īss.

Sava veida ūdeņraža ģeneratora elektrodu plākšņu parodija. Plāksnes ir ņemtas no parasta maiņkondensatora, kas izgatavotas no alumīnija. Šādu elektrodu pietiek tieši pusstundai darba pat nelielas eksperimentālas sistēmas sastāvā.

Būtiska loma ir arī montāžas izmēriem. Nepieciešami aprēķini ar augstu precizitāti attiecībā uz nepieciešamo jaudu, ūdens kvalitāti un citiem parametriem.

Tā, ja spraugas lielums starp darba elektrodiem būs ārpus aprēķinātās vērtības, ūdeņraža ģenerators var nedarboties vispār. Sliktākajā gadījumā jauda, uz kuru tika veikts aprēķins, būs vairākas reizes mazāka.

Pat vada šķērsgriezumam, kas savieno elektrodus ar barošanas avotu, ir nozīme ūdeņraža ģeneratora ierīcē. Tomēr šeit runa ir par ierīces drošu ekspluatāciju. Neskatoties uz to, ir jāņem vērā arī šī konstrukcijas detaļa mājas versijā.

Atgriežoties pie sistēmas drošas ekspluatācijas, nedrīkst aizmirst arī par tā sauktā ūdens aizbīdņa ieviešanu konstrukcijā, kas novērš gāzes pretējo kustību.

Neskatoties uz diezgan iespaidīgo paštaisītu ūdeņraža ģeneratoru izstrāžu skaitu, reāli efektīva varianta pagaidām nav. Visi modeļi ir zemāki par rūpnīcas aprīkojumu.

Rūpnieciski ražots ģenerators

Rūpnieciskās ražošanas līmenī pakāpeniski tiek apgūtas un attīstītas sadzīves ūdeņraža ģeneratoru izgatavošanas tehnoloģijas. Parasti tiek ražotas mājsaimniecības enerģijas stacijas, kuru jauda nepārsniedz 1 kW.

Šāda ierīce ir paredzēta ūdeņraža degvielas ražošanai nepārtrauktas darbības režīmā ne ilgāk par 8 stundām. To galvenais mērķis ir apkures sistēmu energoapgāde.

Tiek izstrādātas un ražotas arī iekārtas ekspluatācijai kondominiju sastāvā. Tās ir jaudīgākas konstrukcijas (5-7 kW), kuru mērķis ir ne tikai apkures sistēmu enerģētika, bet arī elektrības ražošana. Šāds kombinētais variants strauji gūst popularitāti Rietumvalstīs un Japānā.

Kombinētie ūdeņraža ģeneratori tiek raksturoti kā sistēmas ar augstu efektivitāti un nelielu oglekļa dioksīda emisiju.

Piemērs reāli darbojošai rūpnieciski ražotai stacijai ar jaudu līdz 5 kW. Līdzīgas iekārtas nākotnē plānots izgatavot, lai aprīkotu kotedžas un kondominijus.

Arī Krievijas rūpniecība sākusi nodarboties ar šo perspektīvo kurināmā ieguves veidu. Proti, «Norilskas niķelis» apgūst ūdeņraža iekārtu ražošanas tehnoloģijas, tostarp sadzīves iekārtas.

Tiek plānots izmantot visdažādākos kurināmā elementu veidus izstrādes un ražošanas procesā:

• protonu apmaiņas membrānas;
• ortofosforskābju;
• protonu apmaiņas metanola;
• sārmainie;
• cietvielu oksīda.

Tikmēr elektrolīzes process ir atgriezenisks. Šis fakts norāda, ka pastāv iespēja iegūt jau uzkarsētu ūdeni, nesadedzinot ūdeņradi.

Šķiet, tā ir vēl viena ideja, kurai pieķeroties var uzsākt jaunu kaislību loku, kas saistītas ar bezmaksas kurināmā ieguvi mājas katlam.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Eksperimentējot mājās ar paštaisītiem modeļiem, jāsagatavojas visnegaidītākajiem rezultātiem, bet negatīva pieredze – arī ir pieredze:

Pašu rokām izgatavoti ūdeņraža ģeneratori mājai – tas pagaidām ir projekts, kas pastāv tikai idejas līmenī. Praktiski īstenotu paštaisītu ūdeņraža ģeneratoru projektu nav, un tie, kas tiek pozicionēti tīmeklī, ir to autoru iztēles vai tīri teorētiski varianti.

Tātad atliek paļauties tikai uz rūpniecisku dārgu produktu, kas sola parādīties jau tuvākajā nākotnē.

Vai Jums ir zināms oriģināls ūdeņraža ģeneratora modelis, kas nav aprakstīts rakstā? Varbūt Jūs vēlaties dalīties ar vērtīgu informāciju, kas noderēs mājas meistariem? Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā, ievietojiet fotoattēlus par tēmu, izsakiet savu viedokli.