Водородная установка на авто своими руками. Как сделать водородный генератор своими руками

Автомобилестроение является одним из самых перспективных направлений промышленности. Мировые концерны стремятся вкладывать немалые деньги в развитие новых технологий, которые в будущем должны улучшить эксплуатационные качества транспортных средств. Малейшее изменение в принципах работы автомобиля способно кардинально изменить его динамику, ходовые качества, а также уровень безопасности. При этом наиболее значительные перемены обещают альтернативные источники топлива и, в частности, авто на водороде, которые уже сегодня можно наблюдать в линейках передовых производителей. Несмотря на появление серийных моделей такого типа, конструкторы все еще находятся в поисках наилучшего применения водорода. Но тот факт, что внедрение данного топлива в алгоритм действия двигателя приносит целый ряд преимуществ, бесспорен.

Специфика водородных автомобилей

Далеко не всегда переход от традиционных технологий к новым решениям позволяет достичь улучшения качественных показателей эксплуатации транспорта. Так происходит с электромобилями, которые хоть и считаются экологически чистым и сравнительно экономным видом технического средства, но имеют много недостатков, среди которых неудовлетворительная динамика. В свою очередь, при условии сбалансированного устройства может сохранить и достоинства машин с классическими двигателями, и обеспечить несколько новых преимуществ. Интерес к данному виду топлива со стороны производителей обусловлен возможностью повышения экологичности транспорта, а также экономией энергоносителя. По сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания агрегаты на водороде практически не выбрасывают вредные вещества. Такого результата можно добиться лишь при условии полного избавления от традиционных моторов, а в этом случае будут заметны и сокращения в мощности.

Комбинация водорода и ДВС

На сегодняшний день автопроизводители используют несколько концепций применения водорода. Одной из самых распространенных является гибридный вариант, при котором происходит совмещение двигателя внутреннего сгорания и водородных элементов. Изначально концептуальные авто на водороде, выполненные с таким подходом, отличались невысокой мощностью. Однако последние разработки демонстрируют обратную ситуацию, когда силовой потенциал увеличивается на 10-15%. Но, опять же, повышение мощности нивелирует преимущество в виде экологической чистоты и стоимости содержания машины. Есть и другой негативный фактор от использования водорода в системе ДВС. В процессе эксплуатации топливо вступает в реакцию с элементами конструкции, что существенно сокращает рабочий ресурс материалов силового агрегата.

Технические характеристики машин на водороде

Первым серийником, который снабжался водородной силовой установкой, является четырехдверный седан Mirai от концерна Toyota. Разработчики использовали нестандартную конфигурацию, в которой основу начинки представляет электромотор, подключенный к преобразователю водорода. В итоге гибридная машина обеспечивает 151 л. с., максимальную скорость в 180 км/ч и разгон до «сотни» за 9 сек. При этом одна заправка позволяет преодолевать почти 500 км, что очень неплохо для первого авто на водороде. Технические характеристики водородных кроссоверов также впечатляют - например, Hyundai Intrado получил аккумулятор на 36 кВт*ч, обеспечивающий ход до 600 км. Но самое важное, что вредные выбросы в данном случае сведены к нулю. Компании уже сегодня предлагают водородные машины с привлекательными рабочими данными. Среди останавливающих этот прогресс факторов можно отметить лишь отсутствие инфраструктуры, позволяющей использовать новые технологии широкой массе потребителей.

Генераторы водорода

Пока крупные производители осваивают высокотехнологичные двигатели, задействующие водород в качестве источника энергообеспечения, в среднем звене наблюдается распространение вспомогательных генераторов, позволяющих перерабатывать топливные элементы данного типа. Поскольку основной целью использования новых видов топлива является повышение экологичности процесса и снижение стоимости питания, то в некоторых случаях для этого достаточно внедрить в конструкцию только соответствующий реактор. Такую функцию, в частности, выполняет на авто, который также называют газовым преобразователем. При этом существует две разновидности таких установок - с жидкими и сухими компонентами. С точки зрения эффективности, выгоднее второй вариант, так как жидкие элементы требуют больших объемов тока, повышая размеры батареи.

Принцип работы водородных реакторов

Положительные отзывы о водородных машинах

С точки зрения экологических организаций и самих производителей, преимущества использования водорода очевидны. Что касается конечного потребителя, то для него выгода от применения новых топливных элементов пока не так выражена. Тем не менее наиболее удачные образцы автомобилей такого типа демонстрируют экономию при эксплуатации, что в будущем может стать одним из главных факторов популярности данной техники. В плане динамических качеств и мощности генератор водорода для авто вызывает противоречивые суждения, но и тут есть положительные сдвиги. Рациональный расход топлива дает не только экономию, но и повышение производительности силовой установки - соответственно, в некоторых случаях повышается и мощность.

Негативные отзывы

Даже если дело касается передовых разработок в этой области, пользователям приходится сталкиваться с проблемами неразвитой инфраструктуры. Как и в случае с другими версиями гибридов, водородные машины требуют обслуживания на специальных станциях. Конечно, есть и модели, которые работают на растворах, поставляемых в баллонах. Но в данном случае отмечаются жесткие условия хранения, соблюдения которых требует водород на авто. Отзывы с критикой отдельно отмечают модернизированные машины, работавшие на традиционных двигателях. Дело в том, что интеграция водородных установок зачастую приводит к быстрому износу ближайших узлов и деталей.

Сравнение с альтернативными технологиями

Как отмечают специалисты, рано или поздно в мировом автопроме будут преобладать технологии, соответствующие высоким нормам экологической безопасности. Наряду с водородными концептами, на эту роль претендуют электромобили, различные гибриды, модели, работающие на жидком азоте и т. д. Но, в отличие от перечисленных концепций, тот же HHO-генератор водорода на авто является наиболее простым в технической реализации. Если для электродвигателя разработчикам приходится зачастую создавать новую конструкцию в пространстве с двигателем, то внедрение водородного реактора под силу любой современной автомастерской. Другое дело, что генератор нельзя рассматривать как самый лучший пример использования альтернативного топлива для транспорта.

Заключение

Водород в качестве источника для снабжения силовой установки транспорта использовали еще на заре появления первых автомобилей. Однако высокая производительность классических двигателей внутреннего сгорания затмила разработки такого рода. Собственно, и в наши дни по целому ряду параметров авто на водороде не способны конкурировать с привычными моделями. Актуальность же данного направления вызвана отсутствием загрязняющих атмосферу веществ. Есть и определенные преимущества в других нюансах эксплуатации, но они не являются принципиальными для производителей. Если же говорить о жертвах, на которые придется идти создателям водородных автомобилей, то они, скорее всего, ограничатся скромной мощностью и внесением конструкционных элементов, которые могут повлиять на эргономику.

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.

Мысль о том, что водоемы планеты буквально переполнены самым безупречным с точки зрения экологии топливом – водородом, — давно бередит умы ученых.

За все время было предложено немало решений, позволяющих получать этот газ в чистом виде.

Как выяснилось, добывать горючее из воды может каждый из нас при помощи простого процесса, называемого электролизом. Далее мы узнаем, как сделать водородный генератор своими руками для отопления.

Чистый водород выделяется в ходе разнообразных химических реакций, но такой способ его добычи является довольно сложным, а зачастую и слишком дорогим.

Исключение составляют технологические процессы, при которых газ образуется как побочный продукт, но такое его производство имеет пока мизерные объемы.

Гораздо проще выделять водород из воды, пропуская через нее электрический ток – этот процесс и называют электролизом. Сначала молекула Н2О распадается на атом водорода Н и гидроксогруппу ОН, затем происходит окончательное разделение кислорода и водорода.

Первый, имея отрицательный заряд, устремляется к аноду, второй – к катоду. Элементы накапливаются в виде пузырьков, которые, достигнув определенного размера, отрываются от электрода и всплывают. Далее кислород и водород без всякого разделения (эта смесь получила название «газа Брауна») поступают в горелку, где в процессе сжигания снова превращаются в воду. Чтобы подача готового продукта происходила без затруднений, водородные генераторы часто оборудуют воздушным дренажом.

Очевидно, что производительность установки будет возрастать с увеличением площади контакта между водой и электродами. По этой причине последние выполняют в виде пластин. Они собираются в конструкции, напоминающие стальные ребристые радиаторы отопления.

С целью увеличения производительности сегодня применяют цилиндрические электроды, а также имеющие более сложную форму.

Скорость выделения водорода зависит и от материала электродов.

Вместо меди или нержавеющей стали в современных «продвинутых» генераторах применяют особые сплавы, которые стоят достаточно дорого.

Еще одно условие – вода должна пропускать ток. Отметим, что в дистиллированном виде она является диэлектриком. Проводником электричества эту жидкость делают ионы, на которые распадаются растворенные в ней вещества, в первую очередь соли. Чем более крутым является раствор, тем лучше он будет пропускать ток.