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

Els principis d’energia alternativa estan cada cop més en l’atenció dels consumidors. En molts aspectes, això es veu facilitat per l’augment de les tarifes per als transportistes d’energia tradicionals, així com per interrupcions periòdiques del mercat de serveis.

En aquestes circumstàncies, es considera una caldera de calefacció d’hidrogen com un dels tipus més prometedors d’aparells que funcionen amb combustibles renovables, que és el gas H₂.

Abans de decidir comprar aquesta unitat, cal familiaritzar-se amb el principi del seu funcionament, per avaluar els avantatges i els inconvenients d’utilitzar l’hidrogen com a combustible. Aquestes preguntes han estat estudiades per nosaltres i es descriuen detalladament a l’article.

A més, vam identificar els paràmetres que s’han de tenir en compte a l’hora de triar una caldera, vam donar consells sobre el funcionament i vam preparar una visió general dels millors generadors d’hidrogen de fàbrica. Aficionats a les instruccions casolanes per muntar la unitat amb les vostres pròpies mans.

Propietats de l’hidrogen com a combustible

Com s'ha esmentat anteriorment, el combustible per a aquestes unitats és l'hidrogen, el gas més lleuger de la natura, sense color i olor. Entre els seus avantatges es pot anomenar una gran quantitat de calor que s’allibera durant la combustió de H₂ (121 MJ / kg, mentre que només es van alliberar 40 MJ / kg durant la combustió de propà).

En condicions normals, l’hidrogen crema a una temperatura de + 2000 º C, però amb l’ajut d’un catalitzador es pot reduir a + 300 ºC. Això permet fabricar calderes d’acer de pressupost i no de metalls costosos de terres rares.

L’hidrogen no és tòxic, cosa que garanteix la seguretat del seu ús en la vida quotidiana. Quan es crema aquesta substància, s’obté vapor d’aigua que millora el microclima interior i no necessita xemeneies.

Quan s’utilitza hidrogen, s’han de respectar les regles de seguretat estrictament: si s’utilitza el gas de forma incorrecta o en contacte amb una flama oberta, es produeix una explosió destructiva

Entre els inconvenients hi ha la major explosivitat de l’hidrogen, sobretot quan es barreja amb l’aire o l’oxigen, cosa que condueix a la formació de gas detonant.

Avantatges i desavantatges de les calderes d’hidrogen

Els punts forts d'aquests dispositius són:

1. Total amabilitat ambiental. Els productes de descomposició de l’aigua no perjudiquen l’ambient, són completament segurs per a la salut de les persones i de les mascotes.
2. Alt nivell d’eficiènciaque 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 aplicació fonts d’energia alternatives.
4. Preu baix calories rebudes Hi ha suficient aigua i una mica d’electricitat per a aquests dispositius.

Al mateix temps, aquests dispositius tenen debilitats.

Entre els menys inclouen els matisos següents:

1. Manteniment exigent. Per al màxim grau de producció possible d’H₂, cal substituir les plaques metàl·liques cada any. A més de substituir els elèctrodes, cal 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 determinat.
2. Alt cost - La instal·lació de la fàbrica tindrà un cost inferior a 35-40 mil rubles.
3. Risc d'explosió amb un augment de la pressió normalitzada a la caldera.
4. La deficiència del cilindre d’hidrogen - són poques vegades a la venda.
5. Elecció limitada. Com que aquests aparells de calefacció no són massa habituals al mercat rus, no sempre és possible trobar ràpidament el model adequat, ni trobar especialistes competents per a la instal·lació i reparació d'equips.
6. La necessitat de comunicacions. Perquè el dispositiu funcioni, és necessària una connexió constant amb l’alimentació per a la reacció d’electròlisi, així com amb una font d’aigua, el cabal de la qual depèn de la potència del dispositiu.

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

El principi de funcionament de la unitat de calefacció

Degut a la seva activitat, H₂ en la seva forma pura no es produeix a la natura, però és força senzill aïllar-la de l’aigua ordinària mitjançant electròlisi, mentre que l’oxigen gasós també s’allibera.

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

Perquè el calefactor funcioni, primer heu d’aconseguir H₂. Es produeix en un compartiment especial reservat per a que es produeixi una reacció similar. S'aboca líquid al contenidor on estan immerses les plaques metàl·liques.

Se’ls alimenta un corrent elèctric d’una puresa especialment seleccionada, sota la influència del qual es deixa anar H₂ i Oh₂, i també com a subproducte: el vapor d’aigua.

La barreja resultant es passa a través d’un dispositiu especial: un separador químic, amb el qual és possible aïllar hidrogen, separant-lo d’altres impureses. El gas purificat es subministra al cremador sobre el qual es munta la vàlvula.

Obstrueix el moviment de H₂ a l’altra banda, que impedeix una explosió. En aquest cas, l’oxigen i el vapor d’aigua a través d’un altre sistema cauran en un recipient especial.

A més, l’hidrogen gasós passa per la unitat de protecció i entra a la cambra de combustió. Aquí, reacciona amb gas en presència d’un catalitzador, com a conseqüència del qual es genera calor, que entra al sistema de calefacció de la llar mitjançant un intercanviador de calor.

El vapor d’aigua alliberat a la cambra mitjançant un canal especialment assignat es retorna al dipòsit de l’electròlit, emprant així el procés de recirculació.

L’ajustament de potència es realitza mitjançant canals especialment equipats, el nombre dels quals pot arribar als sis.Es conté un catalitzador dins de cadascun d’aquests dispositius, de manera que quan l’enceneu s’inicia el procés de generació de calor.

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

Gràcies a les estructures separades, els canals poden actuar de manera independent els uns dels altres, cosa que permet incloure-ne només una part.

El procés de producció d’hidrogen en els aparells d’electròlisi moderns està totalment automatitzat. L’únic procés manual és omplir d’aigua el sistema.

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

Components d'una unitat d'hidrogen

El disseny d’un sistema de calefacció basat en hidrogen és bastant senzill.

CalderaEl paper d’intercanviador de calor és l’element principal on es produeix l’hidrogen.

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

Electròlisi - la part activa principal de la caldera, on es produeix una reacció electrolítica, donant lloc a la descomposició de l’aigua en H₂ i Oh₂. L’element és un dipòsit ple d’aigua, en el qual es col·loquen elèctrodes metàl·lics que tenen la màxima conductivitat de corrent.

Els cables es connecten a les plaques a través de les quals es subministra electricitat.

Cremador - un dispositiu que contribueixi a l'escalfament del refrigerant al sistema de calefacció. Situada a la cambra de combustió, es proporciona una espurna per encendre-la.

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

A les calderes d’hidrogen de fàbrica, hi ha una unitat de control. El tauler mostra indicadors de tensió i corrent, un regulador de potència i palanques per establir altres paràmetres

Oleoducte - comunicacions que surten de la unitat i s’utilitzen per subministrar calor a totes les habitacions de la casa. Per utilitzar-la canonades de calefacció amb un diàmetre de 25-32 mm. Quan poseu, observeu la regla fonamental: el diàmetre de cada branca posterior ha de ser inferior a l’anterior.

Criteris de selecció de generadors

A l’hora de decidir comprar aquesta tècnica, és important parar atenció als criteris següents.

Potència. Per als electrodomèstics moderns, el valor d’aquest indicador pot variar significativament, cosa que permet escollir la millor opció tant per a una casa petita com per a un edifici de dos plantes.

El consum mitjà d’aigua als models moderns del generador no és massa gran. En un termini de 24 hores, per al funcionament del dispositiu, es necessitaran aproximadament 5,5 litres, a causa dels quals es generen 1,2-2 litres de combustible

Nombre de circuits. En electrodomèstics amb hidrogen, se sol instal·lar un circuit de calefacció. En alguns models, també es proporciona una instal·lació addicional del segon circuit (calefacció).

Consum d’electricitat. La tecnologia actual permet obtenir una excel·lent producció de calor amb un mínim d’electricitat. El consum d’energia de diversos tipus de generadors varia d’1,2 a 3 kW en 1 hora.

S’obté un consum baix d’energia a causa del fet que la caldera d’hidrogen no funciona de manera continuada, sinó només per mantenir una temperatura determinada a l’habitació.

Font d’energia. Totes les varietats de generadors d’hidrogen es poden dividir en dues grans categories: una funciona a partir del gas, l’altra de l’electricitat.

Fabricant. És millor preferir fabricants de confiança (Itàlia, EUA).Vostè ha de tenir precaució dels productes de mala qualitat que ofereixen les empreses dubtoses a preus molt baixos.

Consells de funcionament de la caldera

Per millorar la funcionalitat de la unitat, és important complir amb les instruccions adjuntes. Podeu millorar el funcionament del dispositiu afegint detalls addicionals (en aquest cas, heu de seguir estrictament les normes de seguretat).

Un detector de flames muntat al cremador millora la seguretat del sistema. Quan el foc s’extingeix, el dispositiu tanca automàticament el flux de gas combustible al cremador, impedint que aquest entri a l’habitació

És possible muntar sensors especials a la part interna de l'intercanviador de calor, que permeten fer un seguiment de l'augment d'indicadors de calefacció d'aigua, a més de complementar el disseny del cremador amb vàlvules d'apagada.

Simplement connecteu-lo directament a Sensor de temperaturade manera que la caldera s'apaga automàticament tan aviat com la calefacció arriba al valor establert.

També és útil instal·lar un dispositiu normalitzat de refrigeració de caldera.

Els aparells d'hidrogen es poden utilitzar no només com a únics equips de calefacció de la casa, sinó també combinats amb altres sistemes de calefacció. Les centrals de calor principals en aquest cas poden funcionar en mode de baixa temperatura.

En cas que es compleixin els estàndards de funcionament, una unitat d’hidrogen funcionarà durant més d’una dotzena d’anys. Tot i que el període de garantia per a aquests dispositius és de 15 anys, a la pràctica poden funcionar de manera eficient durant 20-30 anys.

La reparació d’aquests dispositius no serà difícil per a un artesà experimentat, ja que el diagrama de circuit d’una caldera d’hidrogen no és massa diferent dels anàlegs que funcionen en altres tipus de combustible.

5 principals generadores d’hidrogen de fàbrica

La primera empresa a fabricar i patentar una tecnologia de calderes d’hidrogen va ser una empresa italiana Giacomini. S'especialitza en dispositius basats en mètodes ambientals de generació d'energia: bombes geotèrmiques, plaques solars i altres.

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

Actualment, aquests models són fabricats per empreses europees, xineses i europees, però el seu abast no és massa ampli en comparació amb les calderes que funcionen amb altres tipus de combustible.

Els millors models de fabricació de sistemes d’hidrogen

Entre els models més populars, destaquem:

1. MegaTank100 - generador alimentat per electricitat de la xarxa. Compta amb un sistema fiable de diversos nivells de protecció contra sobreescalfament i curtcircuit, que garanteix un treball productiu i segur. El cost del model depèn de la seva configuració.
2. STAR-2000 - una unitat cara (> 200.000 rubles) presenta unes característiques tècniques excel·lents. Tot i que aquest generador consumeix un mínim d’energia, és capaç d’escalfar una habitació amb una superfície de 251-300 metres quadrats.
3. Kingkar - un dispositiu de xarxa que tingui excel·lents propietats de treball. El cost del model és bastant elevat - uns 100 mil rubles, però es reemborsa amb un consum econòmic d’energia.
4. H2-2 - Equipament italià de la classe "extra" a un preu elevat (uns 250.000 rubles). permetent escalfar aire en amplis espais (des de 300 m³ i superior) amb un consum mínim d’electricitat.
5. L’energia lliure - Dispositius d'alta qualitat a un cost assequible que oscil·la entre 15 i 35 mil rubles (el preu depèn de la potència i d'altres característiques). Equipat amb una unitat de control que automatitza molts processos, un sensor de diversos nivells per a la regulació de tensió i pressió.

També hi ha altres models en diferents categories de preus.

Com fer vostè mateix una caldera

Els generadors de calefacció tenen una construcció bastant lleugera. Amb un cert nivell d’habilitat, podeu munteu el dispositiu tu mateix. Al mateix temps, a causa de l'explosivitat de la barreja d'hidrogen, aquest treball requereix una responsabilitat extrema, coneixement dels procediments de seguretat i experiència en la instal·lació d'aquests dispositius.

Amb la fabricació independent del dispositiu, no serà possible desfer-se dels costos financers considerables, ja que és millor comprar alguns components a punt. Un risc elevat ens fa pensar en la configuració de fàbrica per a la qual els fabricants ofereixen garanties a llarg termini.

El procés de fer 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, hauríem de trobar projectes similars a Internet per pensar en un equipament basat en ells que compleixin totes les condicions i possibilitats.

Cal calcular amb precisió tots els indicadors i, en primer lloc, la potència necessària i també decidir els materials que s’utilitzaran per a la fabricació de la caldera. Es consideren els aliatges ferromagnètics la millor opció, però un contenidor d’acer inoxidable és força adequat.

Tot i que l'escalfament d'un generador d'hidrogen pot tenir diferents dissenys, els detalls següents es mantenen sense canvis:

• Font d’alimentació de 12 volts;
• embassament 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;
• serralada de metall;
• cremador de gas - Millor acabat, comprat a la botiga.

Pas 2 – fabricant electròlits. Per a la fabricació de plaques, que estaran equipades amb electrolitzador, heu d’agafar una xapa d’acer de gruix mitjà. Utilitzant unes tisores per a metall, serradura o altra eina, es talla a tires iguals en una quantitat de 18 o més peces (el nombre ha de ser parell).

Des del país de retorn, a cadascun d’ells és necessari foradar forats per als cargols que es necessiten per subjectar aquests elements a l’electròlit completament immòbils.

Dividim totes les plaques en ànodes i càtodes, depenent d’aquesta divisió els cables connectats a elles respectivament, transmetent càrregues positives i negatives.

L’ús de corrent directe és més eficaç que l’ús de corrent altern. El millor és utilitzar un generador de tipus PWM com a origen.

Pas 3 – muntatge cel·lular. El millor material per fabricar aquest element és l’acer inoxidable. S’ha soldat amb metall una robusta construcció rectangular o quadrada, després de la qual s’aboca aigua o una barreja d’H₂O amb un catalitzador, així com 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 adquirit, que podeu adquirir a una botiga especialitzada.

Pas 5 – instal·lació i connexió d’un separador, que és necessari per a l’alliberament d’hidrogen d’una barreja de gasos.

En conclusió, es col·loca una canonada al llarg de la qual H₂ pujaran al cremador i també es connecten elements que eliminen la calor i la distribueixen per tota la casa.

Quina aigua és millor: ordinària o destil·lada

Una de les preguntes que solen fer els propietaris de calderes d’hidrogen és sobre l’aigua que s’utilitza per fer funcionar els dispositius.

L’aigua destil·lada per al funcionament de la caldera d’hidrogen es pot adquirir a les botigues o configurar la seva producció tu mateix, mitjançant la instal·lació més senzilla

Segons els experts, els aparells de fàbrica o de casa mostren el millor rendiment quan es treballa amb aigua destil·lada, a la qual s’afegeix molt poc hidròxid de sodi (per a 10 litres d’H2O - una cullerada).

Tot i això, una caldera d’hidrogen també pot funcionar amb èxit amb l’aigua de l’aixeta, el principal és que no conté sals de metalls pesants.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Al vídeo següent, podreu veure una visió general del model d’una caldera de gas alimentada per hidrogen, produïda per la famosa empresa coreana DAEWOO.

L’hidrogen no és sense raó que s’anomena combustible del futur: aquest gas pot convertir-se en un recurs gairebé il·limitat de combustible barat que respecta el medi ambient, que es pot utilitzar en diferents plantes.

Una caldera de combustible d’hidrogen, fabricada a la fàbrica o pròpia, crearà un sistema de calefacció autònom. Això ajudarà a reduir significativament els pagaments dels habitatges i serveis comunitaris i resoldrà el problema de mantenir una temperatura còmoda a les sales d’estar i als safareigs.

Teniu experiència utilitzant hidrogen com a combustible? Voleu fer preguntes sobre un tema o explicar-vos la vostra invenció? Si us plau, comenteu la publicació, participeu en discussions i deixeu fotos dels vostres productes casolans El bloc de comentaris es troba a sota.