Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Водень практично ідеальний вид палива, але проблема полягає в тому, що він на нашій планеті зустрічається тільки у вигляді сполук з іншими хімічними елементами. Частка «чистого» речовини в атмосфері становить не більше 0, 00005%. З огляду на такі реалії, стає актуальним питання про водневому генераторі. Розглянемо принцип роботи такого пристрою, його конструктивні особливості, сферу застосування і можливість самостійного виготовлення.

Опис і принцип роботи водневого генератора

Є кілька методик виділення водню і з інших речовин, перерахуємо найбільш поширені:

  1. Електроліз, дана методика найбільш проста і може бути реалізована в домашніх умовах. Через водний розчин, що містить сіль, пропускається постійний електричний струм, під його впливом відбувається реакція, яку можна описати таким рівнянням: 2NaCl + 2H 2 O → 2NaOH + Cl 2 + H 2 ↑. В даному випадку приклад наведено для розчину звичайної кухонної солі, що не найкращий варіант, оскільки виділяється хлор є отруйною речовиною. Зауважимо, що отриманий таким способом водень найбільш чистий (близько 99, 9%).
  2. Шляхом пропускання водяної пари над кам'яновугільним коксом, нагрітим до температури 1000 ° С, при таких умовах протікає наступна реакція: Н 2 О + С ⇔ СО ↑ + H 2 ↑.
  3. Видобуток з метану шляхом конверсії з водяною парою (необхідна умова для реакції - температура 1000 ° С): СН 4 + Н 2 О ⇔ СО + 3Н 2. Другий варіант - окислення метану: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2СО + 4Н 2.
  4. У процесі крекінгу (переробки нафти) водень виділяється як побічний продукт. Зауважимо, що в нашій країні все ще практикується спалювання цієї речовини на деяких нафтопереробних заводах через відсутність необхідного обладнання або достатнього попиту.

З перерахованих варіантів останній найменш витратний, а перший найбільш доступний, саме він покладений в основу більшості генераторів водню, в тому числі і побутових. Їх принцип дії полягає в тому, що в процесі пропускання струму через розчин, позитивний електрод притягує негативні іони, а електрод з протилежним зарядом - позитивні, в результаті відбувається розщеплення речовини.

Приклад електролізу на розчині хлориду натрію

Конструктивні особливості і пристрій генератора водню

Якщо з отриманням водню проблем зараз практично немає, то його транспортування і зберігання до сих пір залишається актуальним завданням. Молекули цієї речовини настільки малі, що можуть проникати навіть крізь метал, що несе певну загрозу безпеки. Зберігання в абсорбувати вигляді поки не відрізняється високою рентабельністю. Тому найбільш оптимальний варіант - генерація водню безпосередньо перед його використанням у виробничому циклі.

Для цієї мети виготовляються промислові установки для генерації водню. Як правило, це електролізери мембранного типу. Спрощена конструкція такого пристрою і принцип роботи наведено нижче.

Спрощена схема водневого генератора мембранного типу

позначення:

  • А - трубка для відводу хлору (Cl 2).
  • B - відведення водню (Н 2).
  • З - анод, на якому відбувається наступна реакція: 2CL - → CL 2 + 2е -.
  • D - катод, реакцію на ньому можна описати таким рівнянням: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 + ОН -.
  • Е - розчин води і хлористого натрію (Н 2 О & NaCl).
  • F - мембрана;
  • G - насичений розчин хлористого натрію і освіту каустичної соди (NaОН).
  • H - відведення розсолу і розведеної каустичної соди.
  • I - введення насиченого розсолу.
  • J - кришка.

Конструкція побутових генераторів значно простіше, оскільки в більшості своїй вони не виробляють чистий водень, а виробляють газ Брауна. Так прийнято називати суміш кисню і водню. Цей варіант найбільш практичний, не потрібно розділяти водень і кисень, то можна значно спростити конструкцію, а значить і зробити її дешевше. Крім цього отриманий газ спалюється в міру його вироблення. Зберігати та накопичувати його в домашніх умовах не тільки проблематично, але й небезпечно.

Конструкція водневої осередки побутового електролізера

позначення:

  • а - трубка для відводу газу Брауна;
  • b - впускний колектор подачі води;
  • з - герметичний корпус;
  • d - блок пластин електродів (анодів і катодів), з встановленими між ними ізоляторами;
  • e - вода;
  • f - датчик рівня води (підключається до блоку управління);
  • g - фільтр водовідділенням;
  • h - підведення живлення, що подається на електроди;
  • i - датчик тиску (подає сигнал блоку управління при досягненні порогового рівня);
  • j - запобіжний клапан;
  • k - відведення газу з запобіжного клапана.

Характерна особливість таких пристроїв - використання блоків електродів, оскільки не потрібно сепарування водню і кисню. Це дозволяє зробити генератори досить компактними.

Блоки електродів для установки, яка виробляє газ Брауна

Сфери застосування водневого генератора

З огляду на проблеми, пов'язані з транспортуванням та зберіганням водню, такі пристрої затребувані в виробництвах, де наявність цього газу вимагає технологічний цикл. Перелічимо основні напрямки:

  1. Виробництва, пов'язані з синтезом хлороводню.
  2. Виготовлення палива для ракетних двигунів.
  3. Створення добрив.
  4. Виробництво нітриду водню (аміаку).
  5. Синтез азотної кислоти.
  6. У харчовій промисловості (для отримання твердих жирів з рослинних масел).
  7. Обробка металу (зварювання та різання).
  8. Відновлення металів.
  9. Синтез метилового спирту
  10. Виготовлення соляної кислоти.
Основні сфери застосування генераторів водню в промисловості

Незважаючи на те, що виробництво водню в процесі переробки нафти дешевше, ніж його отримання шляхом електролізу, як вже зазначалося вище, виникають складнощі з транспортуванням газу. Будувати небезпечні хімічні виробництва, безпосередньо, поруч з переробними нафту заводами не завжди дозволяє екологічна обстановка. Крім цього водень, отриманий шляхом електролізу, значно чистіше, ніж при крекінгу нафти. У зв'язку з цим на промислові водневі генератори завжди високий попит.

побутове застосування

У побуті також є застосування водню. В першу чергу це автономні опалювальні системи. Але тут деякі особливості. Установки по виробництву чистого водню коштують значно дорожче, ніж генератори газу Брауна, останні навіть можна зібрати самостійно. Але при організації опалення будинку необхідно враховувати, що температура горіння газу Брауна значно вище, ніж у метану, тому буде потрібно спеціальний котел, який трохи дорожче звичайного.

Паливний котел повинен мати відповідну мітку

В інтернеті можна зустріти чимало статей, в яких написано, що для гримучого газу можна використовувати звичайні котли, це робити категорично не можна. У кращому випадку вони швидко вийдуть з ладу, а в гіршому можуть стати причиною сумних або навіть трагічних наслідків. Для суміші Брауна передбачені спеціальні конструкції з більш термостійким соплом.

Необхідно зауважити, що рентабельність опалювальних систем на основі водневих генераторів викликає великий сумнів зважаючи на низький ККД. У таких системах є подвійні втрати, по-перше, в процесі генерації газу, по-друге, при нагріванні води в котлі. Дешевше для опалення відразу нагрівати воду в електричному бойлері.

Не менш спірна реалізація для побутового використання, при якій газом Брауна збагачують бензин в паливній системі двигуна автомобіля з метою економії.

Застосування генератора ННО в авто

позначення:

  • а - генератор ННО (прийняте позначення для газу Брауна);
  • b - відведення газу в камеру сушіння;
  • з - відсік для видалення водяної пари;
  • d - повернення конденсату в генератор;
  • е - подача осушенного газу в повітряний фільтр паливної системи;
  • f - автомобільний двигун;
  • g - підключення до акумулятора і електрогенератори.

Потрібно зауважити, що в деяких випадках така система навіть працює (якщо її зібрати правильно). Але точні параметри, коефіцієнт приросту потужності, відсоток економії ви не знайдете. Ці дані сильно розмиті, і достовірність їх викликає сумніви. Знову ж таки не зрозуміле питання, наскільки зменшиться ресурс двигуна.

Але попит породжує пропозиції, в інтернетах можна знайти докладні креслення таких пристосувань та інструкцію щодо їх підключення. Є і готові моделі, зроблені в країні Висхідного Сонця.

Робимо найпростіший генератор водню своїми руками крок за кроком

Розповімо, як можна зробити саморобний генератор для отримання суміші водню і кисню (НБО). Його потужності на опалення будинку не вистачить, але для газового пальника для різання металу кількість отриманого газу буде достатнім.

Мал. 8. Схема газового пальника

позначення:

  • а - сопло пальника;
  • b - трубки;
  • c - водні затвори;
  • d - вода;
  • е - електроди;
  • f - герметичний корпус.

В першу чергу робимо електролізер, для цього нам знадобиться герметична ємність і електроди. В якості останніх використовуємо сталеві пластини (їх розмір вибираємо довільно, залежно від бажаної продуктивності), прикріплені до діелектричних основи. З'єднуємо між собою всі пластини кожного з електродів.

Коли електроди готові їх треба зміцнити в ємності таким чином, щоб місця підключення проводів харчування були вище передбачуваного рівня води. Провід від електродів йдуть до блоку живлення на 12 вольт або автомобільного акумулятора.

У кришці ємності робимо отвір під трубку для виходу газу. Як водяних затворів можна використовувати звичайні скляні банки ємністю 1 літр. Заповнюємо їх на 2/3 водою і підключаємо до електролізерів і пальнику, як показано на малюнку 8.

Пальник краще взяти готову, оскільки не кожен матеріал може витримати температуру горіння газу Брауна. Підключаємо її до виходу останнього водного затвора.

Наповнюємо електролізер водою, в яку додана звичайна кухонна сіль.

Подаємо напругу на електроди і перевіряємо роботу пристрою.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик