Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

Как работает газогенератор на дровах и угле. Чертежи газогенераторной установки для двигателя внутреннего сгорания. Как сделать газген для автомобиля своими руками.

Особенности

Электростанция на дровах – изобретение далеко не новое, но современные технологии позволили несколько улучшить разработанные раньше устройства. Причем для получения электроэнергии используется несколько разных технологий.
Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

К тому же, понятие «на дровах» несколько не точное, поскольку для функционирования такой станции подойдет любое твердое топливо (дрова, щепа, паллеты, уголь, кокс), в общем все, что может гореть.

Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

Сразу отметим, что дрова, а точнее процесс их сгорания, выступает только в качестве источника энергии, обеспечивающего функционирование устройства, в котором происходит генерация электричества.

Основными достоинствами таких электростанций является:

  • Возможность использовать самое разное твердое топливо и его доступность;
  • Получение электроэнергии в любом месте;
  • Использование разных технологий позволяет получать электроэнергию с самыми разными параметрами (достаточной только для обычной подзарядки телефона и до запитки промышленного оборудования);
  • Может выступать и в качестве альтернативы, если перебои подачи электроэнергии – обычное дело, а также основным источником электричества.

Схема газогенератора и принцип работы

Углерод – это основа всей биомассы нашей планеты, в том числе древесины и различных углей, в который превратились спрессованные растения за миллионы лет. В отопительных котлах и двигателях внутреннего сгорания (ДВС) мы сжигаем углеводороды, добываемые из недр земли: метан, пропан и бензин. Они дорожают с каждым годом, заставляя домашних умельцев искать новые пути с помощью старых изобретений. Одно из них – автомобили с газогенераторами на дровах, появившиеся в начале прошлого столетия.

Легковой автомобиль с газогенераторной установкойВ первой половине 20-го века дровяными агрегатами оснащались легковые и грузовые авто

Суть идеи в том, чтобы путем пиролиза получать из дерева газообразную горючую смесь, состоящую из нескольких соединений на основе углерода:

  • угарный газ (СО);
  • водород в свободном виде (Н2);
  • всем известный метан (СН4);
  • другие углеводородные соединения (общая формула — CnHm).

Примечание. Основным горючим компонентом смеси является окись углерода СО, доля остальных веществ из приведенного перечня невелика. Присутствуют в ней и другие газы, называемые балластными, – азот, углекислый газ (СО2) и водяной пар. Данные о процентном соотношении веществ в конечном продукте и его теплотворной способности представлены в таблице:

Составляющие пиролизного газа – таблицаДля выделения газообразного топлива служит пиролизный газогенератор на дровах (иначе – газген), чье устройство показано на схеме. Это закрытая емкость с колосниками, заполняемая твердым топливом через верхний бункер, вместо дымохода – патрубок выхода газовой смеси. Принцип работы газгена следующий:

  1. Розжиг и горение массива дров происходит снизу, над колосниками. В камеру через фурмы вдувается воздух в ограниченном количестве (35% от нужного для полного сжигания объема).
  2. В зоне горения выделяется большое количество тепла и в результате реакции кислорода с углеродом образуется углекислота СО2. Содержание угарного газа и других воспламеняющихся веществ здесь невелико.
  3. В зоне восстановления (газификации) под воздействием высокой температуры углекислый газ насыщается углеродом из древесины и превращается в горючее соединение – СО. Здесь же происходит разложение водяного пара и образование свободного водорода.
  4. Раскаленные газы, проходя через верхние слои топлива, подсушивают дерево и заставляют его превращаться в полукокс (сухая перегонка), благодаря чему выделяется больше углерода.
  5. Газовая смесь покидает корпус газгена и отправляется на последующую очистку для подачи в двигатель внутреннего сгорания или котел.

Чертеж газогенераторной установки прямого действияФункциональная схема газогенератора прямого процесса

Для справки. Восстановление углекислоты (преобразование в СО) протекает с поглощением тепла, выделяемого в процессе горения. Кстати, между зонами нет четких границ и на чертеже они показаны условно.

Схема горизонтального процесса газификацииПринцип горизонтальной газификации – смесь горючих газов выходит через боковой патрубок генератора

Для ясности мы описали генерацию горючего путем прямого процесса газификации, когда массив топлива движется навстречу воздушному потоку. Существуют и другие способы – обращенный процесс (воздух продувается сверху вниз) и горизонтальный метод, показанный выше на схеме газогенератора. Если вы хотите подробно разобраться в теоретических моментах, предлагаем посмотреть следующее видео:

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ, ПРИМЕРЫ АВТО НА ДРОВАХ

Несмотря на медленное продвижение темы газогенераторных машин, история таких разработок весьма богатая. Так, еще в 1823 году российский изобретатель Овцын И.И. разработал аппарат для перегонки древесины. В его основу легла самая обычная «термолампа».

Главной особенностью установки стало применение в ней главных продуктов пиролиза — светильного газа, уксусной кислоты и дегтя, а также древесного угля.

Почти через сорок лет (в 1860 году) свой вклад в науку сделал Этьен Ленуар — бельгийский официант с инженерными «наклонностями». Именно он первым приобрел патент на ДВС, функционирующий на светильном газе.

Этьен Ленуар

Еще через два года установка новоиспеченного гения появилась на 8-местном открытом омнибусе.

Но в 1878 году, когда публике был представлен более мощный 4-тактный двигатель на газе Николаса Отто, разработка Этьена Ленуара быстро забылась. При этом у нового устройства был более высокий КПД: 16% у Отто против 5% у Ленуара.

Николас Отто

Еще через два десятка лет, в 1883 году (от 1860 года), появилась новая концепция сочетания обычного ДВС и газогенератора.

Английскому ученому Э. Даусону удалось объединить два устройства в одной коробке.

Получившийся аппарат можно было смело устанавливать на любую технику и спокойно эксплуатировать. Со временем разработка Э. Даусона получила название «газа Даусона».

В 1891 году отличился Яковлев Евгений (лейтенант Российского флота). Ему удалось выстроить целый завод по производству керосиновых и газовых моторов. Местом для строительства стал Санкт-Петербург.

Яковлев Евгений лейтенант Российского флота

Со временем завод прекратил существований из-за невозможности устоять в конкуренции с бензиновыми и дизельными моторами.

1900-й можно смело назвать годом выпуска первого газогенераторного автомобиля, использующего древесный уголь и дерево в виде топлива.

Аппарат был разработан во Франции Фредериком Уинслоу Тейлором, а патент удалось получить немного позже (в 1901 году).

Фредерик Уинслоу Тейлор

В последующем появлялись все новые и более интересные разработки в данной сфере. Так, в 1919 году Георг Имберт (инженер французского происхождения) разработал газогенератор обращенного типа.

Принципиальная схема

Уже в 1921 году появились первые автомобили с моторами, работающими на данном принципе. Именно тогда возникли предположения о вероятной конкуренции газогенераторного авто с дизельными или бензиновыми моторами.

Со временем отличилась и Германия, где в период войны получили распространение не только дровяные газогенераторы, но и устройства, способные работать на специальных брикетах, состоящих из буроугольной пыли и крошки.

Газогенераторные автомобили Германии

Первые грузовые авто с газогенераторами были весьма медлительными — им едва ли удавалось достичь скорости в 20 километров в час.

Несмотря на это, к 1938 году популярность газогенераторных авто была настолько большой, что общее число таких машин насчитывалось около девяти тысяч.

Грузовые авто с газогенераторами

Еще через три года (к 1941 году) их число возросло еще в пятьдесят раз. К примеру, в той же Германии количество машин «на дровах» выросло до 300 тысяч экземпляров.

Старался не отставать и Советский Союз. Здесь первые испытания газогенераторных авто прошло в 1928 году. В машине был задействован мотор Наумова и шасси Фиат-15.

Фиат-15 с газогенератором

Еще через шесть лет был организован первый большой пробег машин с газогенераторными моторами от Москвы до Ленинграда и обратно.

В «забеге» принимали участие автомобили ЗИС-5 и ГАЗ-АА. Успех мероприятия послужил принятию в 1936 году специального постановления СНК СССР о разработке газогенераторных тракторов и машин.

ГАЗ – АА.

ГАЗ АА с газогенератором

ЗИС – 5.

ЗИС 5 с газогенератором

Первая партия новых газогенераторных машин появилась на дорогах СССР в 1936 году.

Производство осуществлялось на двух заводах — Горьковском (ГАЗ-42) и на ЗИС (заводе имени Сталина).

ГАЗ-42 с газогенератором

Спустя пять лет был налажен выпуск газогенераторных моторов для тракторов и машин ЗИС.

Трактор с газогенератором

К недостаткам силовых узлов можно было отнести множественные заводские дефекты, высокую скорость износа металла, минимальную мощность и так далее.

С другой стороны, газогенераторные установки очень помогли в войну и активно применялись в тылу.

Преимущества и недостатки системы

Газогенераторы исключительно удобны в использовании. Если агрегат сделан правильно, с соблюдением всех требований техники безопасности, в него можно загружать топливо очень редко. Например, загружать в камеру дрова можно только один раз в день, а если в качестве топлива используется древесный уголь, достаточно будет и одного раза в неделю.

Промышленная модель газогенератора

Промышленные модели бытовых древесных газогенераторов исключительно удобны и безопасны, однако стоимость такого устройства обычно бывает очень высокой

Но это относится, скорее, к устройствам промышленного изготовления. Конечно, работу самодельного газогенератора следует тщательно контролировать. Температура горячего газа может быть очень высокой, опасность возникновения пожара также существенно возрастает.

Древесина – доступный материал. В загрузочную камеру газогенератора можно подавать и дрова, и щепу, и прессованные опилки, и любые отходы древесной промышленности, и целлюлозосодержащие материалы. Прекрасно подходит в качестве топлива сухой и легкий древесный уголь. Если размеры бункера позволяют, в него можно загружать дрова даже без предварительной колки, целиком.

Топливо для газогенератора

Для сжигания в газогенераторе подходят практически любые материалы, содержащие целлюлозу, но важно не забывать о приемлемом уровне влажности такого топлива, чтобы повысить эффективность работы прибора

Полученный в результате горения продукт, горючий газ, можно использовать для решения различных задач: обогрева дома, работы ДВС автомобиля, даже для выработки электроэнергии. Но стоит вспомнить и о “минусах” этого полезного устройства.

Для начала, промышленная модель газогенератора, надежная, безопасная и удобная, стоит достаточно дорого. Не всякий владелец дома или дачи может позволить себе подобный агрегат. Но и создание самодельного газогенератора даже из подручных материалов может вылиться в кругленькую сумму.

Не всегда можно использовать для него любые подручные материалы. Все части агрегата должны быть очень прочными и способными переносить высокую температуру. В обязательном порядке понадобится сварочный аппарат, а также навыки работы с ним. Металл придется и резать, и варить.

Топливо для газогенератора

Топливо для древесного газогенератора должно иметь такие размеры и конфигурацию, которые позволят ему свободно перемещаться вниз по бункеру к камере сгорания

Рассчитывая, во что обойдется создание самодельного газогенератора на опилках, следует учесть и расходные материалы. Понадобится чугун для создания колосника, вполне возможно, что для изготовления крышки придется найти или купить специальную рессору.

Необходимы также жаропрочные прокладки для люков, для соединения отдельных элементов устройства и т.п. Перед изготовлением газогенератора нужно тщательно все просчитать.

Еще одна статья расходов на газогенератор – это электроэнергия, которая необходима для принудительной подачи воздуха в камеру сгорания. Если по какой-то причине электричество будет отключено, газогенератор не сможет работать.

Такая ситуация недопустима, поскольку снижение температуры горения может привести к загрязнению устройства дегтем. В результате придется останавливать процесс, чистить газогенератор, а потом запускать его снова.

Хотя кажется, что загрузить газогенератор можно чуть ли не любым топливом, все же следует помнить, что оно должно постепенно, по мере сгорания, опускаться вниз по бункеру. Поэтому дрова для генератора следует подготовить, разрубив их на более-менее одинаковые по размеру элементы.

Что же представляет собой данный агрегат

То, что оборудование этого класса привлекает все большее количество потребителей объясняется в первую очередь наиболее низкой ценой на топливо, если сравнивать с бензином и дизелем. Кроме того, работающие на газе генераторы являются одними из наиболее экологически чистых, что вполне соответствует требованиям современного покупателя.

Как сделать газогенератор своими руками: изготовление самодельного устройстваГазогенератор

Есть отличия у этого агрегата и в конструктивном плане. Он состоит из следующих блоков:

  • Двигателя;
  • Альтернатора;
  • Технологической обвязки.

Наличие последнего узла, включающего в себя устройства управления и обслуживания, позволило добиться стабильной работы оборудования в соответствии с запросами потребителя. Многие модели имеют стабилизаторы выходного тока и микропроцессорные узлы, что гарантирует не только высокое качество вырабатываемой электроэнергии, но и возможность мониторинга работы двигателя. На сегодняшний день некоторые из газовых генераторов способны одновременно производить энергию и тепло. Именно они более всего интересуют современного потребителя.

Видеоинструкция как перевести автомобиль на дрова

В видео рассказывается как имея автомобиль с бензиновым двигателем, доступ к “свалке”, не хитрый инструмент можно пикап “заправлять” дровами. Всё наглядно и просто, посмотрев это видео и применив расчеты из старых, советских книг можно сделать свой газовый генератор для собственных нужд с максимально возможным КПД.

Изготовление газгена для автомобиля

Перед тем как сделать работоспособный газогенератор для автомобиля, предлагаем ознакомиться с некоторыми рекомендациями:

  1. Организовать подачу силового газа в современном авто с инжектором – задача непростая. Придется менять настройки контроллера (прошивку), иначе мотор на древесном топливе работать не будет. Нужна машина со старой системой топливоподачи – карбюратором.
  2. Чем больше мощность и рабочий объем двигателя, тем выше производительность должна быть у газогенератора. Соответственно, он вырастет в размерах.
  3. Чтобы уместить установку в багажник легкового авто, потребуется вырезать часть днища. Если вы не хотите затрагивать кузов, то сразу планируйте ставить дровяной генератор с фильтрами и охладителем на прицеп.
  4. Для изготовления камеры газификации, где температура превышает 1000 °С, применяйте низкоуглеродистую толстую сталь (4—5 мм).
  5. Чтобы уменьшить содержание смол в газовой смеси, делайте камеру с горловиной, как это показано на чертеже.

Чертеж газогенераторной пиролизной установки

Важный момент. Не стоит увеличивать диаметр камеры газификации (на чертеже он равен 340 мм) с целью добиться большей производительности. Прирост получится мизерный, а качество переработки древесины ухудшится. А вот высоту 183 см выдерживать не обязательно, разве что вы поставите агрегат на прицеп или на раму грузовика. Топливный бункер и зольник можно укоротить.

Для сборки внутренней части автомобильного газогенератора (бункера) сгодится старый пропановый баллон, ресивер от грузовика КаМАЗ или толстостенная труба. Учитывая, что диаметр стального сосуда равен 300 мм, остальные размеры нужно пропорционально уменьшить. Исключение – камера газификации, ее минимальный диаметр составляет 140 мм. На кожух и крышку генератора пойдет металл толщиной 1.5 мм. Последняя уплотняется графитно-асбестовым шнуром.

Радиаторы охлаждения для газогенератораВарианты охладителей горючей смеси из автомобильного радиатора и батареи отопления

Сопутствующие агрегаты – фильтры и охладители – делаются так:

  1. Циклон сварите из отработавшего огнетушителя или отрезка трубы диаметром 10 см, как это изображено на чертеже. Входной патрубок приделайте сбоку, выпускной – сверху.
  2. Охладитель силового газа лучше сделать из стальных труб в виде змеевика. Есть и другие варианты: использование старых конвекторов, батарей отопления и радиаторов.
  3. Фильтр тонкой очистки изготовьте из любой цилиндрической емкости (например, бочки), наполненной базальтовым волокном.

Чертеж самодельного фильтра для газогенератора

Более детальную информацию о сборке газогенератора своими силами вы получите, посмотрев видео:

Для розжига и запуска газгена вам потребуется вентилятор в виде улитки, устанавливаемый в моторном отсеке (для испытаний сойдет и бытовой пылесос). К нему требование простое: детали, соприкасающиеся с газовой смесью, должны быть металлическими. Топливная магистраль, ведущая к карбюратору, прокладывается под днищем авто и выполняется из стальной трубы.

Для справки. Если вместо дров использовать древесный уголь, то примесей на выходе газогенератора будет значительно меньше, что хорошо для двигателя. Такое топливо выжигается из дерева по простой технологии – в закрытой бочке или яме.

Установка газгена в багажник автомобиляБункер для древесного угля помещается в багажник «Жигулей»

Подключение и запуск ДВС

Поскольку теплотворная способность генерируемого из дров топлива гораздо ниже, чем у бензина, то для нормальной работы мотора соотношение воздух/горючее нужно изменить. Для этого придется смастерить смеситель и поставить его на впускном тракте. Простейший вид смесителя – воздушная заслонка, управляемая тягой из салона.

Система подачи древесного газа в двигатель

Завести холодный мотор на дровах – та еще задачка. Поэтому не стоит полностью отказываться от бензина, а подавать его только во время запуска, а потом переходить на горючее, вырабатываемое газгеном. Чтобы реализовать переключение на разные виды топлива, изготовьте смеситель по схеме, предложенной в книге И. С. Мезина «Транспортные газогенераторы»:

Схема подачи генераторного газа в ДВС

Примечание. В этой же книге вы найдете массу полезной информации касательно получения газообразного топлива из различных видов древесины и угля.

Теперь про особенности пуска и работы ДВС на древесине и угле:

  • размер дров, загружаемых в бункер, не должен превышать 6 см;
  • сырую древесину применять нельзя, поскольку вся выделяемая теплота уйдет на испарение воды и процесс пиролиза будет крайне вялым;
  • розжиг производится через специальное отверстие с обратным клапаном при включенном вентиляторе не позже чем за 20 минут до поездки;
  • мощность мотора снижается примерно на 50% по сравнению с ездой на бензине;
  • из предыдущего пункта вытекает, что ресурс работы двигателя на самодельном горючем тоже уменьшается.

Примечательно, что после кратковременных стоянок машина спокойно заводится от газгена, без перехода на бензин. После длительного простоя потребуется 5—10 минут на повторный розжиг установки. Как происходит запуск двигателя авто от самодельного газогенератора на дровах, смотрите в следующем видеоматериале:

Способ №3

Для реализации следующего способа необходимо подготовить трубку из нержавейки на 4.25 дюйма (14 сантиметров в длину) и бак на пять галлонов. Вместо трубы можно использовать старый огнетушитель.

Далее алгоритм действий выглядит следующим образом:

В качестве прокладки можно использовать силиконовую прокладку, с помощью которой можно эффективно заделать все имеющиеся трещины и швы;Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

в баке вырезается дверца такого размера, чтобы в нее могли попасть руки для уборки старого пепла. После делается небольшая дверца (из другого бака). Фиксацию дверцы можно организовать с помощью специальных крепежей;

Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

Схема

Другие схемы, которые смогут вам помочь в изготовлении газогенератора.

Схема газогенератора ЗИС 21

Чертеж газоренератора

Очередной образец.

Электростанция на дровах своими руками, паровой двигатель, принцип Пельтье

Ценная информация по газогенераторам

Иногда ожидания владельцев частных домов, задумавшихся о приобретении или самостоятельном изготовлении газогенератора, оказываются слишком радужными по сравнению с реальной ситуацией.

Бытует мнение, что КПД газогенератора, составляющее около 95%, значительно превышает КПД обычного напольного газового котла, который достигает 60-70%. Эти цифры в целом верны, но сравнивать их некорректно.

Из чего можно сделать древесный газогенератор

В изготовлении самодельного газогенератора используются отслужившие газовые баллоны, бидоны, кухонная утварь и т.д. Практически бесплатное устройство экономно расходует не самое дорогое топливо при довольно высокой производительности

Первый показатель отражает эффективность производства горючего газа, а второй – количество тепла, полученного при работе котла. В обоих случаях сгорает древесина, но результат этого процесса качественно различается. Если в дальнейшем полученный путем пиролизного сгорания древесины горючий газ будет использован для обогрева жилища, такое сравнение можно будет провести.

Стоит помнить также, что самодельные газогенераторы, хотя они и могут работать с высокой отдачей, редко бывают столь же эффективными, как и промышленные модели. Этот момент следует учесть еще на этапе проектирования агрегата и расчетов стоимости проекта и его ожидаемой эффективности.

Если необходимость создания газогенератора обусловлена только желанием улучшить систему отопления дома, стоит обратить внимание на похожее устройство – пиролизный котел, который работает на очень схожих принципах. Главное его отличие от газогенератора состоит в том, что полученный газ немедленно сжигается, а полученная энергия используется для подогрева теплоносителя в системе отопления дома.

В таком устройстве монтируют дополнительную камеру сгорания, в которую необходимо организовать отдельную подачу воздуха. Если же нужно обогревать дом с помощью газогенератора, понадобится еще выбрать конвектор для отопления. Это увеличит расходы на модернизацию или обустройство отопления. Необходимо просчитать, стоит ли в таком случае овчинка выделки?

Важный момент – правильное обслуживание газогенератора в процессе его эксплуатации. Реклама утверждает, что это универсальное устройство, в котором сгорает все: от опилок до свежесрубленного дерева.

Но реклама умалчивает о том факте, что при загрузке влажного сырья количество полученного горючего газа может сократиться на 25% или больше.

Древесный уголь для газогенератора

Лучшее топливо для бытового газогенератора – древесный уголь. При его сжигании не тратится слишком много энергии на испарение избыточной влаги, что позволяет получить максимальное количество горючего газа

Оптимальным топливом для газогенератора, по мнению специалистов, является древесный уголь. При его сгорании на испарение влаги уходит минимальное количество энергии, что позволяет ускорить процессы пиролиза.

Владельцы автотранспорта могут рассчитывать на газогенератор не только для обогрева, но и для работы своего транспортного средства. действительно, в Европе немало автомобилистов вполне успешно приспособили свой транспорт для работы на дровах. Но чаще всего это компактные и прочные устройства, изготовленные из тонкой и прочной нержавеющей стали.

Стоимость таких агрегатов, даже изготовленных самостоятельно, совсем не маленькая. В российских реалиях газогенераторы для автомобилей изготавливают из подручных средств и устанавливают на грузовой автотранспорт.

Эффект от их работы невысок, обычно наличию такого агрегата сопутствуют такие явления как длительный розжиг, необходимость постоянной работы двигателя на высоких или средних оборотах, что способствует его скорому износу.

Автомобильный газогенератор

Для автомобиля лучше всего использовать качественный газогенератор, выполненный из прочной нержавеющей стали, имеющий относительно небольшой вес и компактные размеры

Интересный вариант использования газогенератора в частных домовладениях – использование горючего газа для домашней электростанции. Реализуют такой проект с помощью дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Запуск оборудования и советы по эксплуатации

Перед запуском газогенератора необходимо камеру сгорания очистить от пепла. Проверить открытие заслонки дымохода — она должна быть открыта наполовину. После этого производится закладка древесины и ее воспламенение. Эти действия схожи с действиями при топки обычных домашних печей.

Для увеличения срока службы аппарата рекомендуется регулярно проводить чистку камеры сгорания и дымоходов. Если этого не выполнять, то очень скоро один из элементов газогенератора выйдет из строя из-за перегрева. Для того чтобы осуществлять контроль за температурой, устанавливают датчики в верхней части котла и в середине трубопровода.

Герметичность также играет важную роль. Так как попадание влаги может привести к погашению огня, и излишек воздуха снизит давление в системе.

Чтобы ваш самодельный газогенератор на дровах работал правильно, необходимо обязательно отрегулировать подачу воздуха, отвод газов и другие процессы. Лучше всего при изготовлении агрегата использовать чертежи, основанные на инженерных расчетах, учитывающих такие показатели, как площадь сгорания топлива и т. п.

Некоторые умельцы вышли из положения другим образом: они сделали копию газогенератора, который уже успешно работает, точно соблюдая все пропорции. Готовый дровяной газогенератор можно установить как вне жилого дома, так и в подвальном помещении.

  • Автор: Олеся
  • Распечатать
Оцените статью:

(6 голосов, среднее: 3 из 5)

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...