Vodíkový topný kotel: zařízení + princip činnosti + kritéria výběru

Principy alternativní energie si stále více získávají pozornost spotřebitelů.Je to z velké části způsobeno zvýšením tarifů na tradiční zdroje energie a také pravidelnými výpadky na trhu služeb.

Za těchto okolností je vodíkový topný kotel považován za jeden z nejslibnějších typů zařízení pracujících na obnovitelném palivu, kterým je plyn H₂.

Než se rozhodnete pro nákup takové jednotky, musíte se seznámit s principem jejího fungování a zhodnotit výhody a nevýhody použití vodíku jako paliva. Tyto problémy byly námi studovány a podrobně popsány v článku.

Kromě toho jsme identifikovali parametry, které je třeba zohlednit při výběru kotle, poskytli jsme provozní tipy a připravili recenzi nejlepších továrně vyrobených vodíkových generátorů. Fanoušci domácích produktů najdou užitečné pokyny pro sestavení jednotky vlastníma rukama.

Vlastnosti vodíku jako paliva

Jak bylo uvedeno výše, palivem pro takové jednotky je vodík, nejlehčí plyn v přírodě, bez barvy a zápachu. Mezi jeho výhody patří velké množství tepla, které se uvolňuje při spalování H₂ (121 MJ/kg, zatímco při spalování propanu se uvolňuje pouze 40 MJ/kg).

Za normálních podmínek vodík hoří při teplotě +2000°C, ale pomocí katalyzátoru jej lze snížit až na +300°C.To umožňuje vyrábět kotle z levné oceli spíše než z drahých kovů vzácných zemin.

Vodík je netoxický, díky čemuž je bezpečné ho používat v každodenním životě. Při spalování této látky vzniká vodní pára, která zlepšuje vnitřní mikroklima a nevyžaduje komíny.

Při používání vodíku je třeba přísně dodržovat bezpečnostní pravidla: při nesprávném použití plynu nebo kontaktu s otevřeným plamenem může dojít k destruktivní explozi

Mezi nevýhody patří zvýšená výbušnost vodíku, zejména při jeho smíchání se vzduchem nebo kyslíkem, což vede ke vzniku detonačního plynu.

Výhody a nevýhody vodíkových kotlů

Silné stránky takových zařízení jsou:

1. Zcela šetrné k životnímu prostředí. Produkty rozkladu vody nepoškozují ovzduší, jsou zcela bezpečné pro zdraví lidí a domácích zvířat.
2. Vysoká úroveň účinnosti, která může dosáhnout 96 %. To je výrazně vyšší než účinnost nafty, zemního plynu nebo uhlí.
3. Úspora přírodních zdrojů prostřednictvím používání alternativní zdroje energie.
4. Nízká cena přijatých kalorií. Na taková zařízení stačí voda a trocha elektřiny.

Zároveň mají taková zařízení i slabiny.

Nevýhody zahrnují následující nuance:

1. Požadavky na údržbu. Pro co nejvyšší produkci H₂, musí být kovové desky vyměněny každý rok. Kromě výměny elektrod je nutné pravidelně přidávat katalyzátor, aby se vyrobilo plánované množství energie. Frekvence tohoto postupu závisí na výkonu a také na vlastnostech konkrétního modelu.
2. Vysoká cena — tovární instalace bude stát ne méně než 35–40 tisíc rublů.
3. Nebezpečí výbuchu při zvýšení normalizovaného tlaku v kotli.
4. Nedostatek vodíkových lahví - V prodeji se vyskytují poměrně zřídka.
5. Omezený výběr. Vzhledem k tomu, že taková topná zařízení nejsou na ruském trhu příliš běžná, není vždy možné rychle najít vhodný model a také najít kompetentní specialisty na instalaci a opravy zařízení.
6. Potřeba komunikace. Pro provoz zařízení potřebujete stálé připojení k napájení pro provádění elektrolýzní reakce a také ke zdroji vody, jejíž průtok závisí na výkonu zařízení.

Je nutné zmínit, že výrobci věnují velkou pozornost novým technologiím a snaží se vodíkové kotle zdokonalovat, eliminovat či minimalizovat nevýhody.

Princip činnosti topné jednotky

Díky své aktivitě H₂ V přírodě se nevyskytuje v čisté formě, ale je docela snadné ho izolovat z obyčejné vody elektrolýzou, při které se také uvolňuje plynný kyslík.

Na uvedeném obrázku můžete vidět schematický návrh topného zařízení pracujícího na vodík s vyznačením všech konstrukčních prvků (+)

Aby topné zařízení fungovalo, je nejprve nutné získat H₂. To se děje ve speciálním oddělení vyhrazeném pro takovou reakci. Kapalina se nalije do nádoby, do které jsou ponořeny kovové desky.

Jsou napájeny elektrickým proudem speciálně zvolené čistoty, pod jehož vlivem se uvolňuje H₂ a asi₂stejně jako vodní pára jako vedlejší produkt.

Výsledná směs prochází speciálním zařízením - chemickým separátorem, pomocí kterého je možné izolovat vodík a oddělit jej od ostatních nečistot. Vyčištěný plyn se přivádí do hořáku, na kterém je instalován ventil.

Brání pohybu H₂ v opačném směru, což zabrání výbuchu. V tomto případě se kyslík a vodní pára uvolňují do speciální nádoby jiným systémem.

Dále plynný vodík prochází ochrannou jednotkou a vstupuje do spalovací komory. Zde reaguje s plynem za přítomnosti katalyzátoru, čímž vzniká teplo, které se přes výměník tepla dostává do systému vytápění domu.

Vodní pára uvolněná v komoře se vrací speciálně určeným kanálem do zásobníku s elektrolytem, ​​čímž se využívá proces recyklace.

Nastavení výkonu se provádí pomocí speciálně vybavených kanálů, jejichž počet může dosáhnout šesti. Každé z těchto zařízení obsahuje uvnitř katalyzátor, díky kterému se po zapnutí spustí proces generování tepla.

Proud plynu ohřátý na teplotu 40°C se začíná pohybovat směrem k výměníku tepla umístěnému ve spalovací komoře.

Díky samostatným konstrukcím mohou kanály fungovat nezávisle na sobě, což umožňuje zapnout pouze část z nich.

Proces výroby vodíku v moderních elektrolýzních zařízeních je plně automatizovaný. Jediným ručním procesem je nalévání vody do systému

Moderní modely jsou také vybaveny různými zařízeními, například indikátory hladiny vody a tlakovými senzory, což jim umožňuje pracovat automaticky a naléhavě reagovat v nepředvídaných situacích.

Komponenty vodíkové elektrárny

Konstrukce topného systému na vodík je poměrně jednoduchá.

Kotel, který plní roli tepelného výměníku, je hlavním prvkem, kde dochází k produkci vodíku.

Kotel na vodík lze sestavit z dostupných prvků a pro jeho provoz je potřeba pouze obyčejná nebo destilovaná voda (+)

Elektrolyzér - hlavní aktivní část kotle, kde dochází k elektrolytické reakci vedoucí k rozkladu vody na H₂ a asi₂. Prvek je nádržka naplněná vodou, do které jsou umístěny kovové elektrody, které mají maximální proudovou vodivost.

Desky jsou připojeny k drátům, kterými je přiváděna elektřina.

Hořák - zařízení, které pomáhá ohřívat chladicí kapalinu v topném systému. Ve spalovací komoře se nachází jiskra, která ji zapálí.

Ventil hořáku - speciální část umístěná v horní části zařízení. Díky tomuto detailu H₂, stoupající nahoru, snadno překoná bariéru nepřístupnou pro ostatní uvolňované látky a vstupuje přímo do hořáku.

Tovární vodíkové kotle jsou vybaveny řídící jednotkou. Panel zobrazuje indikátory napětí a proudu, regulátor výkonu a páčky pro nastavení dalších provozních parametrů

Potrubí - komunikace, které vycházejí z jednotky a slouží k zásobování teplem všech místností domu. Používá se pro páskování topné trubky průměr 25-32 mm. Při pokládce je dodržováno základní pravidlo: průměr každé následující větve by měl být menší než průměr předchozí.

Kritéria výběru generátoru

Při rozhodování o nákupu takového zařízení je důležité věnovat pozornost následujícím kritériím.

Napájení. U moderních zařízení se hodnota tohoto ukazatele může výrazně lišit, což vám umožňuje vybrat nejlepší možnost jak pro malý dům, tak pro dvou nebo třípodlažní budovu.

Průměrná spotřeba vody u moderních modelů generátorů není příliš vysoká. Během 24 hodin bude zařízení potřebovat k provozu přibližně 5,5 litru, což vygeneruje 1,2-2 litry paliva

Počet okruhů. Na zařízeních pracujících na vodík je obvykle instalován topný okruh. Některé modely poskytují také dodatečnou instalaci druhého (topného) okruhu.

Úroveň spotřeby elektřiny. Dnešní technologie umožňují dosáhnout vynikajícího tepelného výkonu při minimální spotřebě elektrické energie. Spotřeba energie různých typů generátorů se pohybuje od 1,2 do 3 kW za 1 hodinu.

Nízké spotřeby energie je dosaženo díky tomu, že vodíkový kotel nepracuje nepřetržitě, ale pouze pro udržení určité teploty v místnosti.

Zdroj napájení. Všechny typy generátorů vodíku lze rozdělit do dvou velkých kategorií: jeden běží na plyn, druhý na elektřinu.

Výrobce. Je lepší upřednostňovat osvědčené výrobce (Itálie, USA). Měli byste si dát pozor na nekvalitní produkty nabízené pochybnými společnostmi za extrémně nízké ceny.

Tipy pro používání kotle

Pro zlepšení funkčnosti jednotky je důležité dodržovat přiložené pokyny. Činnost zařízení můžete zlepšit přidáním dalších dílů (musíte přísně dodržovat bezpečnostní pravidla).

Čidlo plamene nainstalované na hořáku zvyšuje bezpečnost systému.Když oheň zhasne, zařízení automaticky uzavře přívod hořlavého plynu do hořáku, čímž zabrání jeho vstupu do místnosti

Do vnitřku tepelného výměníku můžete instalovat speciální čidla pro sledování nárůstu rychlosti ohřevu vody a také doplnit konstrukci hořáku o uzavírací ventily.

Jednoduše jej připojte přímo k senzor teplotyaby se kotel automaticky vypnul, jakmile topení dosáhne nastavené hodnoty.

Je také užitečné instalovat zařízení pro normalizované chlazení kotle.

Vodíková zařízení lze použít nejen jako jediné topné zařízení v domě, ale také v kombinaci s jinými topnými systémy. V tomto případě mohou hlavní topné jednotky pracovat v nízkoteplotním režimu.

Při dodržení provozních norem bude jednotka na vodíkový pohon sloužit desítky let. Přestože záruční doba na taková zařízení je 15 let, v praxi mohou efektivně fungovat 20-30 let.

Oprava takových zařízení nebude pro zkušeného technika obtížná, protože základní konstrukce vodíkového kotle se příliš neliší od analogů pracujících na jiných typech paliva.

Top 5 továrních generátorů vodíku

První společností, která vyrobila a patentovala technologii výroby kotle na vodíková paliva, byla italská společnost Giacomini. Specializuje se na zařízení založená na ekologických metodách výroby energie: geotermální čerpadla, solární panely a další.

H2ydroGEM je katalytická spalovací komora, jejíž každý roh obsahuje látku, která urychluje spalovací reakci vodíku.Díky tomu proces probíhá při relativně nízké teplotě

V současné době vyrábí podobné modely americké, čínské a evropské společnosti, ale jejich sortiment není příliš široký ve srovnání s kotli na jiné druhy paliva.

Nejlepší tovární modely vodíkových systémů

Mezi nejoblíbenější modely zaznamenáváme:

1. MegaTank100 – generátor na elektřinu ze sítě. Má spolehlivý víceúrovňový ochranný systém proti přehřátí a zkratu, který zaručuje bezpečný a produktivní provoz. Cena modelu závisí na jeho konfiguraci.
2. STAR-2000 – drahá jednotka (> 200 000 rublů) má vynikající technické vlastnosti. Navzdory skutečnosti, že tento generátor spotřebovává minimální energii, je schopen vytápět místnost 251-300 metrů čtverečních.
3. Kingkar – zařízení napájené ze sítě s vynikajícími výkonnostními vlastnostmi. Náklady na model jsou poměrně vysoké - asi 100 tisíc rublů, ale jsou kompenzovány ekonomickou spotřebou energie.
4. H2-2 – Italské vybavení třídy „extra“ za vysokou cenu (přibližně 250 000 rublů). umožňující ohřev vzduchu ve velkých prostorech (od 300 m³ a výše) s minimální spotřebou elektřiny.
5. Energie zdarma – vysoce kvalitní zařízení za dostupnou cenu v rozmezí 15–35 tisíc rublů (cena závisí na výkonu a dalších vlastnostech). Vybaveno řídicí jednotkou, která automatizuje mnoho procesů, víceúrovňovým senzorem regulace napětí a tlaku.

Existují i ​​další modely v různých cenových kategoriích.

Jak vyrobit kotel sami

Vytápěcí generátory mají poměrně lehkou konstrukci. S určitou úrovní dovedností můžete sestavte zařízení sami. Zároveň vzhledem k výbušnosti vodíkové směsi taková práce vyžaduje mimořádnou odpovědnost, znalost bezpečnostních opatření a zkušenosti s instalací takových zařízení.

Pokud si zařízení vyrábíte sami, nebudete se moci zbavit značných finančních nákladů, protože je lepší zakoupit některé komponenty hotové. Vysoké riziko vás nutí přemýšlet o továrních instalacích, na které výrobci poskytují dlouhodobé záruky

Proces výroby vodíkového kotle vlastníma rukama lze rozdělit do několika fází.

Krok 1 — provedení výkresu a přípravy materiálů. V první řadě byste si měli najít podobné projekty na internetu, abyste je mohli využít k zamyšlení nad zařízením, které by splňovalo všechny podmínky a možnosti.

Je nutné přesně vypočítat všechny ukazatele a především požadovaný výkon a také rozhodnout o materiálech, které budou použity k výrobě kotle. Feromagnetické slitiny jsou považovány za nejlepší možnost, ale nádoba vyrobená z nerezové oceli je docela vhodná.

Přestože generátory na ohřev vodíku mohou mít různé konstrukce, následující podrobnosti zůstávají nezměněny:

• 12voltový zdroj energie;
• nádrž, kde bude struktura umístěna;
• PWM regulátor s výkonem minimálně 30 A;
• několik trubek různých průměrů vyrobených z nerezové oceli;
• ocelový plát;
• pila na kov;
• plynový hořák - lépe připravené, zakoupené v obchodě.

Krok 2 — tvorba elektrolytů. Chcete-li vyrobit desky, kterými bude elektrolyzér vybaven, musíte vzít ocelový plech střední tloušťky.Pomocí nůžek na kov, pilky nebo jiného nástroje se nařeže na stejné proužky po 18 nebo více kusech (počet musí být sudý).

Na druhou stranu v každém z nich je nutné vyvrtat otvory pro šrouby, které budou potřeba k tomu, aby tyto prvky držely zcela nehybně v elektrolytu.

Všechny desky dělíme na anody a katody, podle tohoto rozdělení jsou k nim připojeny vodiče, které přenášejí kladný a záporný náboj.

Použití stejnosměrného proudu je efektivnější než použití střídavého proudu. Jako zdroj je nejlepší použít generátor typu PWM.

Krok č. 3 — sestava elektrolyzéru. Nejlepším materiálem pro výrobu tohoto prvku je nerezová ocel. Spolehlivá obdélníková nebo čtvercová konstrukce je svařena z kovu, poté se do ní nalije voda nebo směs H₂O s katalyzátorem a jsou také umístěny připravené desky s připojenou kabeláží.

Krok #4 — připojení hořáku. V horní části zařízení je namontován hořák - je lepší použít zakoupený model, který lze zakoupit ve specializovaném obchodě.

Krok #5 — instalace a připojení separátoru, který je nutný k oddělení vodíkových plynů ze směsi.

Nakonec je položena trubka, kterou H₂ bude stoupat k hořáku a jsou také připojeny prvky, které odebírají teplo a rozvádějí ho po celém domě.

Která voda je lepší – běžná nebo destilovaná?

Jedna z otázek, kterou si majitelé vodíkových kotlů často kladou, se týká vody používané k provozu zařízení.

Destilovanou vodu pro provoz vodíkového kotle lze zakoupit v obchodech nebo si její výrobu můžete nastavit sami pomocí jednoduché instalace

Tovární nebo podomácku vyrobené přístroje podle odborníků vykazují nejlepší výkon při práci s destilovanou vodou, do které bylo přidáno velmi málo hydroxidu sodného (jedna polévková lžíce na 10 litrů H2O).

Vodíkový kotel však může úspěšně fungovat i na vodovodní vodě, hlavní je, že neobsahuje soli těžkých kovů.

Závěry a užitečné video k tématu

Ve videu níže uvidíte přehled modelu plynového kotle na vodíkové palivo, který vyrábí slavná korejská společnost DAEWOO.

Vodík není bezdůvodně nazýván palivem budoucnosti: tento plyn se může stát téměř neomezeným zdrojem levného paliva šetrného k životnímu prostředí, které lze použít v různých zařízeních.

Kotel na vodíkové palivo, vyrobený v továrně nebo nezávisle, vám umožní vytvořit autonomní topný systém. To pomůže výrazně snížit platby za bydlení a komunální služby a vyřeší problém udržování příjemné teploty v obytných místnostech a technických místnostech.

Máte zkušenosti s používáním vodíku jako paliva? Chcete se ptát na dané téma nebo mluvit o svém vynálezu? Prosím komentujte příspěvek, zapojte se do diskuzí a zanechte fotky svých domácích produktů. Blok zpětné vazby je umístěn níže.