Caldera de calefacció d'hidrogen: dispositiu + principi de funcionament + criteris de selecció

Els principis de les energies alternatives estan guanyant cada cop més l'atenció dels consumidors.Això es deu en gran part a l'augment de les tarifes dels recursos energètics tradicionals, així com a les interrupcions periòdiques del mercat de serveis.

En aquestes circumstàncies, una caldera de calefacció d'hidrogen es considera un dels tipus de dispositius més prometedors que funcionen amb combustible renovable, que és el gas H.₂.

Abans de decidir comprar una unitat d'aquest tipus, cal que us familiaritzeu amb el principi del seu funcionament i avalueu els avantatges i els desavantatges d'utilitzar l'hidrogen com a combustible. Aquests problemes han estat estudiats per nosaltres i descrits amb detall a l'article.

A més, vam identificar els paràmetres que s'han de tenir en compte a l'hora d'escollir una caldera, vam oferir consells de funcionament i vam preparar una revisió dels millors generadors d'hidrogen fabricats en fàbrica. Els aficionats als productes casolans trobaran útils les instruccions per muntar la unitat amb les seves pròpies mans.

Propietats de l'hidrogen com a combustible

Com s'ha esmentat anteriorment, el combustible d'aquestes unitats és l'hidrogen, el gas més lleuger de la naturalesa, incolor i inodor. Entre els seus avantatges hi ha la gran quantitat de calor que s'allibera durant la combustió de H₂ (121 MJ/kg, mentre que la combustió de propà només allibera 40 MJ/kg).

En condicions normals, l'hidrogen es crema a una temperatura de +2000 °C, però amb l'ajuda d'un catalitzador es pot reduir a +300 °C.Això permet que les calderes es facin d'acer barat en lloc de metalls cars de terres rares.

L'hidrogen no és tòxic, el que fa que sigui segur d'utilitzar a la vida quotidiana. Quan es crema aquesta substància, es produeix vapor d'aigua, que millora el microclima interior i no requereix xemeneies.

Quan s'utilitza hidrogen, s'han d'observar estrictament les normes de seguretat: si el gas s'utilitza incorrectament o entra en contacte amb una flama oberta, es pot produir una explosió destructiva.

Els desavantatges inclouen l'augment de l'explosivitat de l'hidrogen, especialment quan es barreja amb aire o oxigen, la qual cosa condueix a la formació de gas detonant.

Avantatges i desavantatges de les calderes d'hidrogen

Els punts forts d'aquests dispositius són:

1. Totalment respectuós amb el medi ambient. Els productes de descomposició de l'aigua no perjudiquen l'atmosfera; són completament segurs per a la salut de les persones i els animals de companyia.
2. Alt nivell d'eficiència, que pot arribar al 96%. Això és significativament superior a l'eficiència del gasoil, el gas natural o el carbó.
3. Estalvi de recursos naturals mitjançant l'ús fonts d'energia alternatives.
4. Preu baix calories rebudes. Per a aquests dispositius, n'hi ha prou amb aigua i una mica d'electricitat.

Al mateix temps, aquests dispositius també tenen debilitats.

Els desavantatges inclouen els següents matisos:

1. Requisits de manteniment. Per obtenir la major producció d'H possible₂, les plaques metàl·liques s'han de substituir cada any. A més de substituir els elèctrodes, s'ha d'afegir regularment un catalitzador per produir la quantitat d'energia prevista. La freqüència d'aquest procediment depèn de la potència, així com de les característiques d'un model concret.
2. Alt cost - la instal·lació de fàbrica costarà no menys de 35-40 mil rubles.
3. Perill d'explosió quan augmenta la pressió normalitzada a la caldera.
4. Falta de cilindres d'hidrogen - Es troben molt poques vegades a la venda.
5. Elecció limitada. Com que aquests dispositius de calefacció no són molt comuns al mercat rus, no sempre és possible trobar ràpidament un model adequat, així com trobar especialistes competents per a la instal·lació i reparació d'equips.
6. La necessitat de les comunicacions. Per fer funcionar el dispositiu, necessiteu una connexió constant a la font d'alimentació per dur a terme la reacció d'electròlisi, així com a una font d'aigua, el flux de la qual depèn de la potència del dispositiu.

Cal esmentar que els fabricants presten molta atenció a les noves tecnologies i s'esforcen per millorar les calderes d'hidrogen, eliminant o minimitzant els inconvenients.

Principi de funcionament de la unitat de calefacció

Per la seva activitat H₂ No es troba a la natura en la seva forma pura, però és bastant fàcil aïllar-lo de l'aigua normal mitjançant electròlisi, que també allibera gas oxigen.

A la imatge presentada es pot veure un disseny esquemàtic d'equips de calefacció que funcionen amb hidrogen, indicant tots els elements estructurals (+)

Perquè el dispositiu de calefacció funcioni, primer cal obtenir H₂. Això passa en un compartiment especial reservat per a aquesta reacció. El líquid s'aboca al recipient, en el qual s'hi submergeixen plaques metàl·liques.

S'alimenten amb un corrent elèctric de puresa especialment seleccionada, sota la influència del qual s'allibera H₂ i sobre₂, així com el vapor d'aigua com a subproducte.

La mescla resultant es fa passar per un dispositiu especial: un separador químic, amb l'ajuda del qual és possible aïllar l'hidrogen, separant-lo d'altres impureses. El gas purificat es subministra al cremador, on s'instal·la una vàlvula.

Impedeix el moviment H₂ en l'altra direcció, que evita una explosió. En aquest cas, l'oxigen i el vapor d'aigua s'alliberen en un recipient especial mitjançant un altre sistema.

A continuació, el gas hidrogen passa per la unitat de protecció i entra a la cambra de combustió. Aquí reacciona amb gas en presència d'un catalitzador, donant lloc a la formació de calor, que entra al sistema de calefacció de la llar a través d'un intercanviador de calor.

El vapor d'aigua alliberat a la cambra és retornat a través d'un canal especialment designat al dipòsit amb l'electròlit, utilitzant així el procés de reciclatge.

L'ajust de potència es realitza mitjançant canals especialment equipats, el nombre dels quals pot arribar a sis. Cadascun d'aquests dispositius conté un catalitzador a l'interior, pel qual, quan s'encén, s'inicia el procés de generació de calor.

El flux de gas, escalfat a una temperatura de 40°C, comença a desplaçar-se cap a l'intercanviador de calor situat a la cambra de combustió.

Gràcies a dissenys separats, els canals poden funcionar de manera independent els uns dels altres, cosa que us permet activar només una part d'ells.

El procés de producció d'hidrogen en dispositius d'electròlisi moderns està totalment automatitzat. L'únic procés manual és abocar aigua al sistema

Els models moderns també estan equipats amb diversos dispositius, per exemple, indicadors de nivell d'aigua i sensors de pressió, que els permeten funcionar automàticament i respondre amb urgència en situacions imprevistes.

Components d'una planta d'hidrogen

El disseny d'un sistema de calefacció que funciona amb hidrogen és bastant senzill.

Caldera, que fa el paper d'intercanviador de calor, és l'element principal on es produeix la producció d'hidrogen.

Una caldera que funciona amb hidrogen es pot muntar a partir dels elements disponibles, i per al seu funcionament només es necessita aigua ordinària o destil·lada (+)

Electrolitzador - la part activa principal de la caldera, on es produeix la reacció electrolítica, que condueix a la descomposició de l'aigua en H₂ i sobre₂. L'element és un dipòsit ple d'aigua en el qual es col·loquen elèctrodes metàl·lics que tenen la màxima conductivitat de corrent.

Les plaques estan connectades a cables a través dels quals es subministra electricitat.

Cremador - un dispositiu que ajuda a escalfar el refrigerant del sistema de calefacció. Situat a la cambra de combustió, es subministra una espurna per encendre-la.

Vàlvula del cremador - una peça especial situada a la part superior del dispositiu. Gràcies a aquest detall H₂, pujant al cim, supera fàcilment la barrera inaccessible a altres substàncies alliberades i entra directament al cremador.

Les calderes d'hidrogen de fàbrica estan equipades amb una unitat de control. El panell mostra indicadors de tensió i corrent, un regulador de potència i palanques per configurar altres paràmetres de funcionament

Gasoducte - comunicacions que s'estenen des de la unitat i s'utilitzen per subministrar calor a totes les estances de l'habitatge. S'utilitza per a corretges canonades de calefacció diàmetre 25-32 mm. En posar-se, s'observa la regla fonamental: el diàmetre de cada branca posterior ha de ser menor que el de l'anterior.

Criteris de selecció del generador

Quan decidiu comprar aquest equip, és important parar atenció als criteris següents.

Poder. Amb els dispositius moderns, el valor d'aquest indicador pot variar significativament, cosa que us permet triar la millor opció tant per a una casa petita com per a un edifici de dos o tres pisos.

El consum mitjà d'aigua en els models de generadors moderns no és massa elevat. En 24 hores, el dispositiu necessitarà aproximadament 5,5 litres per funcionar, que genera 1,2-2 litres de combustible

Nombre de circuits. En els dispositius que funcionen amb hidrogen, normalment s'instal·la un circuit de calefacció. Alguns models també proporcionen la instal·lació addicional d'un segon circuit (de calefacció).

Nivell de consum elèctric. Les tecnologies actuals permeten aconseguir un excel·lent rendiment tèrmic mentre s'utilitza un mínim d'electricitat. El consum d'energia dels diferents tipus de generadors varia d'1,2 a 3 kW per 1 hora.

S'aconsegueix un baix consum d'energia a causa del fet que la caldera d'hidrogen no funciona contínuament, sinó només per mantenir una determinada temperatura a l'habitació.

Font d'alimentació. Tots els tipus de generadors d'hidrogen es poden dividir en dues grans categories: un funciona amb gas i l'altre amb electricitat.

Fabricant. És millor preferir fabricants provats (Itàlia, EUA). Hauríeu de desconfiar dels productes de baixa qualitat que ofereixen empreses dubtoses a preus extremadament baixos.

Consells per utilitzar la caldera

Per millorar la funcionalitat de la unitat, és important seguir les instruccions incloses. Podeu millorar el funcionament del dispositiu afegint peces addicionals (heu de seguir estrictament les normes de seguretat).

Un sensor de flama instal·lat al cremador augmenta la seguretat del sistema.Quan el foc s'apaga, el dispositiu tanca automàticament el flux de gas inflamable al cremador, evitant així que entri a l'habitació.

Podeu instal·lar sensors especials a l'interior de l'intercanviador de calor per controlar l'augment de les velocitats d'escalfament de l'aigua, així com complementar el disseny del cremador amb vàlvules de tancament.

Simplement connecteu-lo directament a sensor de temperaturade manera que la caldera s'apaga automàticament tan bon punt la calefacció arriba al punt de consigna.

També és útil instal·lar un dispositiu per a la refrigeració normalitzada de la caldera.

Els dispositius d'hidrogen es poden utilitzar no només com a únic equip de calefacció a la casa, sinó també en combinació amb altres sistemes de calefacció. En aquest cas, les unitats de calefacció principals poden funcionar en mode de baixa temperatura.

Si s'observen els estàndards de funcionament, una unitat alimentada amb hidrogen servirà durant dècades. Tot i que el període de garantia d'aquests dispositius és de 15 anys, a la pràctica poden funcionar de manera eficient durant 20-30 anys.

Reparar aquests dispositius no serà difícil per a un tècnic experimentat, ja que el disseny bàsic d'una caldera d'hidrogen no és massa diferent dels anàlegs que funcionen amb altres tipus de combustible.

Els 5 millors generadors d'hidrogen de fàbrica

La primera empresa que va fabricar i patentar la tecnologia per a la fabricació d'una caldera de combustible d'hidrogen va ser una empresa italiana Giacomini. Està especialitzada en dispositius basats en mètodes respectuosos amb el medi ambient de generació d'energia: bombes geotèrmiques, plaques solars i altres.

H2ydroGEM és una cambra de combustió catalítica, cada banya de la qual conté una substància que accelera la reacció de combustió de l'hidrogen.Per això, el procés es produeix a una temperatura relativament baixa

Actualment, models similars són fabricats per empreses nord-americanes, xineses i europees, però la seva gamma no és molt àmplia en comparació amb les calderes que funcionen amb altres tipus de combustible.

Els millors models de fàbrica de sistemes d'hidrogen

Entre els models més populars destaquem:

1. MegaTank100 – un generador que funciona amb electricitat de la xarxa. Disposa d'un sistema de protecció multinivell fiable contra el sobreescalfament i els curtcircuits, que garanteix un funcionament segur i productiu. El cost del model depèn de la seva configuració.
2. ESTRELLA-2000 – una unitat cara (>200.000 rubles) té unes característiques tècniques excel·lents. Tot i que aquest generador consumeix energia mínima, és capaç d'escalfar una habitació de 251-300 metres quadrats.
3. Kingkar - Un dispositiu alimentat per xarxa amb excel·lents propietats de rendiment. El cost del model és bastant alt: uns 100 mil rubles, però es compensa amb un consum econòmic d'energia.
4. H2-2 – Equip italià de classe “extra” a un preu elevat (uns 250.000 rubles). permetre escalfar l'aire en grans espais (a partir de 300 m³ i superior) amb un consum elèctric mínim.
5. Energia Lliure – dispositius d'alta qualitat a un preu assequible en el rang de 15-35 mil rubles (el preu depèn de la potència i altres característiques). Equipat amb una unitat de control que automatitza molts processos, un sensor de regulació de pressió i tensió multinivell.

També hi ha altres models en diferents categories de preus.

Com fer una caldera tu mateix

Els generadors de calefacció tenen un disseny bastant lleuger. Amb un cert nivell d'habilitat, pots munta el dispositiu tu mateix. Al mateix temps, a causa de l'explosivitat de la mescla d'hidrogen, aquest treball requereix una responsabilitat extrema, coneixements de precaucions de seguretat i experiència en la instal·lació d'aquests dispositius.

Si fabriqueu el dispositiu vosaltres mateixos, no podreu desfer-vos de costos financers importants, ja que és millor comprar alguns dels components ja fets. L'alt risc fa pensar en instal·lacions de fàbrica, per a les quals els fabricants ofereixen garanties a llarg termini

El procés de fabricació d'una caldera d'hidrogen amb les vostres pròpies mans es pot dividir en diverses etapes.

Pas 1 — execució del dibuix i preparació de materials. En primer lloc, hauríeu de trobar projectes similars a Internet per poder utilitzar-los per pensar en un dispositiu que compleixi totes les condicions i capacitats.

Cal calcular amb precisió tots els indicadors i, sobretot, la potència requerida, i també decidir els materials que s'utilitzaran per fer la caldera. Els aliatges ferromagnètics es consideren la millor opció, però un recipient d'acer inoxidable és molt adequat.

Tot i que els generadors d'hidrogen de calefacció poden tenir dissenys diferents, els detalls següents romanen sense canvis:

• Font d'alimentació de 12 volts;
• el dipòsit on s'ubicarà l'estructura;
• Controlador PWM amb una potència d'almenys 30 A;
• diversos tubs de diferents diàmetres d'acer inoxidable;
• xapa d'acer;
• serra per a metalls;
• cremador de gas - millor preparat, comprat en una botiga.

Pas 2 — creació d'electròlits. Per fer les plaques amb les quals estarà equipat l'electrolitzador, cal agafar una xapa d'acer de gruix mitjà.Amb unes tisores metàl·liques, una serra de metall o una altra eina, es talla en tires iguals de 18 o més peces (el nombre ha de ser parell).

D'altra banda, en cadascuna d'elles cal fer forats per als cargols que seran necessaris per subjectar aquests elements completament immòbils a l'electròlit.

Dividim totes les plaques en ànodes i càtodes; depenent d'aquesta divisió, s'hi connecten cables, que transmeten càrregues positives i negatives respectivament.

L'ús de corrent continu és més eficient que l'ús de corrent altern. El millor és utilitzar un generador de tipus PWM com a font.

Pas #3 — conjunt d'electrolitzadors. El millor material per a la fabricació d'aquest element és l'acer inoxidable. Una estructura fiable de forma rectangular o quadrada està soldada a partir de metall, després de la qual s'aboca aigua o una barreja d'H.₂O amb el catalitzador, i també es col·loquen plaques preparades amb cablejat connectat.

Pas #4 — connexió del cremador. Un cremador està muntat a la part superior del dispositiu; és millor utilitzar un model comprat, que es pot comprar a una botiga especialitzada.

Pas #5 — instal·lació i connexió del separador, que és necessari per separar els gasos d'hidrogen d'una mescla.

Finalment, es col·loca un tub a través del qual H₂ pujarà al cremador, i també es connecten elements que eliminen la calor i la distribueixen per tota la casa.

Quina aigua és millor: normal o destil·lada?

Una de les preguntes que solen fer els propietaris de calderes d'hidrogen és l'aigua utilitzada per fer funcionar els aparells.

L'aigua destil·lada per al funcionament d'una caldera d'hidrogen es pot comprar a les botigues o podeu configurar-ne la producció vosaltres mateixos mitjançant una instal·lació senzilla

Segons els experts, els aparells de fàbrica o casolans demostren el millor rendiment quan es treballa amb aigua destil·lada, a la qual s'ha afegit molt poc hidròxid de sodi (una cullerada per cada 10 litres d'H2O).

Tanmateix, una caldera d'hidrogen també pot funcionar amb èxit amb aigua de l'aixeta, el més important és que no conté sals de metalls pesants.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Al vídeo següent veureu una visió general d'un model d'una caldera de gas que funciona amb combustible d'hidrogen, produïda per la famosa empresa coreana DAEWOO.

L'hidrogen no és sense raó anomenat el combustible del futur: aquest gas pot esdevenir un recurs gairebé il·limitat de combustible barat i respectuós amb el medi ambient que es pot utilitzar en diverses instal·lacions.

Una caldera de combustible d'hidrogen, fabricada en fàbrica o independentment, us permetrà crear un sistema de calefacció autònom. Això ajudarà a reduir significativament els pagaments en habitatges i serveis comunitaris, i solucionarà el problema de mantenir una temperatura còmoda a les sales d'estar i als safareigs.

Alguna experiència utilitzant l'hidrogen com a combustible? Vols fer preguntes sobre el tema o parlar del teu invent? Si us plau, comenta la publicació, participa en debats i deixa fotos dels teus productes casolans. El bloc de comentaris es troba a continuació.