Caldera de calentamiento de hidrógeno: dispositivo + principio de funcionamiento + criterios de selección

Los principios de la energía alternativa cada vez más llaman la atención de los consumidores. En muchos aspectos, esto se ve facilitado por el aumento de las tarifas para los transportistas de energía tradicionales, así como por las interrupciones periódicas en el mercado de servicios.

En estas circunstancias, una caldera de calentamiento de hidrógeno se considera uno de los tipos de dispositivos más prometedores que funcionan con combustibles renovables, que es el gas H₂.

Antes de decidirse a comprar una unidad de este tipo, es necesario familiarizarse con el principio de su funcionamiento, para evaluar las ventajas y desventajas del uso de hidrógeno como combustible. Estas preguntas han sido estudiadas por nosotros y se describen en detalle en el artículo.

Además, identificamos los parámetros que deben tenerse en cuenta al elegir una caldera, brindamos consejos sobre el funcionamiento y preparamos una descripción general de los mejores generadores de hidrógeno de fábrica. Fans de instrucciones caseras y prácticas para armar la unidad con sus propias manos.

Propiedades del hidrógeno como combustible.

Como se mencionó anteriormente, el combustible para tales unidades es hidrógeno, el gas más ligero de la naturaleza, que carece de color y olor. Entre sus ventajas se puede llamar una gran cantidad de calor que se libera durante la combustión de H₂ (121 MJ / kg, mientras que solo se liberan 40 MJ / kg durante la combustión de propano).

En condiciones normales, el hidrógeno arde a una temperatura de + 2000 ° C, pero con la ayuda de un catalizador se puede reducir a + 300 ° C. Esto le permite fabricar calderas de acero económico y no de metales caros de tierras raras.

El hidrógeno no es tóxico, lo que garantiza la seguridad de su uso en la vida cotidiana. Cuando se quema esta sustancia, se obtiene vapor de agua que mejora el microclima interior y no necesita chimeneas.

Cuando se usa hidrógeno, se deben observar estrictamente las reglas de seguridad: si el gas se usa incorrectamente o en contacto con una llama abierta, una explosión destructiva

Entre las desventajas están el aumento de la explosividad del hidrógeno, especialmente cuando se mezcla con aire u oxígeno, lo que conduce a la formación de gas detonante.

Ventajas y desventajas de las calderas de hidrógeno.

Los puntos fuertes de tales dispositivos son:

1. Total respeto al medio ambiente. Los productos de descomposición del agua no dañan la atmósfera, son completamente seguros para la salud de las personas y las mascotas.
2. Alto nivel de eficienciaque puede alcanzar el 96%. Esto es significativamente más alto que la eficiencia del diesel, el gas natural o el carbón.
3. Ahorro de recursos naturales. a través de la aplicación fuentes alternativas de energía.
4. Precio bajo Recibió calorías. Hay suficiente agua y algo de electricidad para tales dispositivos.

Al mismo tiempo, tales dispositivos tienen debilidades.

Entre las desventajas incluyen los siguientes matices:

1. Mantenimiento exigente. Para el mayor grado posible de producción de H₂, es necesario reemplazar las placas de metal cada año. Además de reemplazar los electrodos, se debe agregar un catalizador regularmente para producir la cantidad de energía planificada. La frecuencia de este procedimiento depende de la potencia, así como de las características de un modelo en particular.
2. Alto costo - La instalación de fábrica costará no menos de 35-40 mil rublos.
3. Peligro de explosión con un aumento en la presión normalizada en la caldera.
4. Deficiencia del cilindro de hidrógeno - rara vez se ven a la venta.
5. Elección limitada. Dado que tales dispositivos de calefacción no son demasiado comunes en el mercado ruso, no siempre es posible encontrar rápidamente el modelo correcto, así como encontrar especialistas competentes para la instalación y reparación de equipos.
6. La necesidad de comunicaciones.. Para que el dispositivo funcione, es necesaria una conexión constante a la fuente de alimentación para la reacción de electrólisis, así como a una fuente de agua, cuyo caudal depende de la potencia del dispositivo.

Cabe señalar que los fabricantes prestan gran atención a las nuevas tecnologías, se esfuerzan por mejorar las calderas de hidrógeno, eliminando o minimizando las desventajas.

El principio de funcionamiento de la unidad de calentamiento.

Debido a su actividad, H₂ en su forma pura no ocurre en la naturaleza, sin embargo, es bastante simple aislarlo del agua ordinaria por electrólisis, mientras que también se libera oxígeno gaseoso.

En la imagen presentada, puede ver un diagrama esquemático del equipo de calefacción que funciona con hidrógeno, que indica todos los elementos estructurales (+)

Para que el calentador funcione, primero debe obtener H₂. Esto tiene lugar en un compartimento especial reservado para que ocurra una reacción similar. Se vierte líquido en el recipiente donde se sumergen las placas de metal.

Se les suministra una corriente eléctrica de pureza especialmente seleccionada, bajo la influencia de la cual se libera H₂ y oh₂, y también como subproducto: vapor de agua.

La mezcla resultante se pasa a través de un dispositivo especial: un separador químico, con el cual es posible aislar el hidrógeno, separándolo de otras impurezas. El gas purificado se suministra al quemador en el que está montada la válvula.

Obstruye el movimiento de H₂ al otro lado, lo que evita una explosión. En este caso, el oxígeno y el vapor de agua a través de otro sistema caerán en un recipiente especial.

Además, el hidrógeno gaseoso pasa a través de la unidad de protección y entra en la cámara de combustión. Aquí, reacciona con el gas en presencia de un catalizador, como resultado de lo cual se genera calor, que ingresa al sistema de calefacción del hogar a través de un intercambiador de calor.

El vapor de agua liberado en la cámara a través de un canal especialmente asignado se devuelve al tanque de electrolitos, utilizando así el proceso de recirculación.

El ajuste de potencia se lleva a cabo utilizando canales especialmente equipados, cuyo número puede llegar a seis.Dentro de cada uno de estos dispositivos hay un catalizador, de modo que cuando lo enciende, comienza el proceso de generación de calor.

La corriente de gas, calentada a una temperatura de 40 ° C, comienza a moverse hacia un intercambiador de calor ubicado en la cámara de combustión.

Gracias a las estructuras separadas, los canales pueden actuar independientemente uno del otro, lo que le permite incluir solo una parte de ellos.

El proceso de producción de hidrógeno en los modernos aparatos de electrólisis está completamente automatizado. El único proceso manual es llenar el sistema con agua.

Los modelos modernos también están equipados con varios dispositivos, por ejemplo, indicadores de nivel de agua y sensores de presión, lo que les permite trabajar en modo automático y responder con urgencia en situaciones imprevistas.

Componentes de una unidad de hidrógeno.

El diseño de un sistema de calefacción a base de hidrógeno es bastante simple.

Calderadesempeñar el papel de un intercambiador de calor es el elemento principal donde se produce el hidrógeno.

Una caldera de hidrógeno se puede ensamblar a partir de los elementos disponibles, y para su funcionamiento solo se requiere agua ordinaria o destilada (+)

Electrolizador - La parte activa principal de la caldera, donde se produce una reacción electrolítica, que conduce a la descomposición del agua en H₂ y oh₂. El elemento es un depósito lleno de agua, en el que se colocan electrodos metálicos que tienen una conductividad de corriente máxima.

Los cables están conectados a las placas, a través de las cuales se suministra electricidad.

Quemador - un dispositivo que contribuye al calentamiento del refrigerante en el sistema de calefacción. Ubicado en la cámara de combustión, se suministra una chispa para encenderlo.

Válvula de quemador - una parte especial ubicada en la parte superior del dispositivo. Gracias a este detalle H₂Al levantarse, supera fácilmente una barrera inaccesible a otras sustancias liberadas y entra directamente en el quemador.

En las calderas de hidrógeno de fábrica, se proporciona una unidad de control. El panel muestra indicadores de voltaje y corriente, un regulador de potencia y palancas para configurar otros parámetros.

Tubería - comunicaciones que salen de la unidad y se utilizan para suministrar calor a todas las habitaciones de la casa. Para el uso de atar tubos de calentamiento con un diámetro de 25-32 mm. Al colocar, observe la regla fundamental: el diámetro de cada rama posterior debe ser menor que la anterior.

Criterios de selección de generador

Al decidir comprar una técnica de este tipo, es importante prestar atención a los siguientes criterios.

Poder. Para los electrodomésticos modernos, el valor de este indicador puede variar significativamente, lo que le permite elegir la mejor opción tanto para una casa pequeña como para un edificio de dos o tres pisos.

El consumo promedio de agua en los modelos modernos del generador no es demasiado grande. Dentro de las 24 horas, para la operación del dispositivo, se necesitarán aproximadamente 5.5 litros, debido a que se generan 1.2-2 litros de combustible

Numero de circuitos. En los aparatos que funcionan con hidrógeno, generalmente se instala un circuito de calefacción. En algunos modelos, también se proporciona una instalación adicional del segundo circuito (calefacción).

Consumo de electricidad. La tecnología actual hace posible lograr una excelente salida de calor utilizando un mínimo de electricidad. El consumo de energía de varios tipos de generadores varía de 1.2 a 3 kW en 1 hora.

El bajo consumo de energía se logra debido al hecho de que la caldera de hidrógeno no funciona continuamente, sino solo para mantener una cierta temperatura en la habitación.

Fuente de poder. Todas las variedades de generadores de hidrógeno se pueden dividir en dos grandes categorías: una funciona con gas y la otra con electricidad.

Fabricante. Es mejor preferir fabricantes de confianza (Italia, EE. UU.).Debe tener cuidado con los productos de baja calidad ofrecidos por empresas dudosas a precios extremadamente bajos.

Consejos de operación de calderas

Para mejorar la funcionalidad de la unidad, es importante cumplir con las instrucciones adjuntas. Puede mejorar el funcionamiento del dispositivo agregando detalles adicionales (en este caso, debe seguir estrictamente las reglas de seguridad).

Un detector de llama montado en el quemador mejora la seguridad del sistema. Cuando el fuego se extingue, el dispositivo corta automáticamente el flujo de gas combustible hacia el quemador, evitando así que entre en la habitación.

Es posible montar sensores especiales en la parte interna del intercambiador de calor, que permiten rastrear el aumento de los indicadores de calentamiento de agua, así como complementar el diseño del quemador con válvulas de cierre.

Solo conéctelo directamente a sensor de temperaturapara que la caldera se apague automáticamente tan pronto como la calefacción alcance el valor establecido.

También es útil instalar un dispositivo de enfriamiento de caldera estandarizado.

Los dispositivos de hidrógeno pueden usarse no solo como el único equipo de calefacción en la casa, sino también combinados con otros sistemas de calefacción. Las plantas de calor principales en este caso pueden funcionar en modo de baja temperatura.

En caso de que se cumplan las normas de funcionamiento, una unidad alimentada por hidrógeno servirá durante más de una docena de años. Aunque el período de garantía para dichos dispositivos es de 15 años, en la práctica pueden funcionar de manera eficiente durante 20-30 años.

La reparación de tales dispositivos no será difícil para un artesano experimentado, ya que el diagrama del circuito de una caldera de hidrógeno no es muy diferente de los análogos que funcionan con otros tipos de combustible.

Los 5 mejores generadores de hidrógeno de fábrica

La primera empresa en fabricar y patentar una tecnología de caldera de combustible de hidrógeno fue una empresa italiana Giacomini. Se especializa en dispositivos basados ​​en métodos ambientales de generación de energía: bombas geotérmicas, paneles solares y otros.

H2ydroGEM es una cámara de combustión catalítica, en cada bocina de la cual hay una sustancia que acelera la reacción de combustión de hidrógeno. Debido a esto, el proceso ocurre a una temperatura relativamente baja.

Actualmente, estos modelos son fabricados por compañías estadounidenses, chinas y europeas, pero su rango no es demasiado amplio en comparación con las calderas que funcionan con otros tipos de combustible.

Los mejores modelos de fábrica de sistemas de hidrógeno.

Entre los modelos más populares, observamos:

1. MegaTank100 - generador alimentado por electricidad de la red. Cuenta con un sistema confiable de protección multinivel contra sobrecalentamiento y cortocircuito, que garantiza un trabajo seguro y productivo. El costo del modelo depende de su configuración.
2. STAR-2000 - una unidad costosa (> 200,000 rublos) tiene excelentes características técnicas. A pesar de que este generador consume un mínimo de energía, puede calentar una habitación con un área de 251-300 metros cuadrados.
3. Kingkar - un dispositivo operado en red que tiene excelentes propiedades de trabajo. El costo del modelo es bastante alto: alrededor de 100 mil rublos, pero se reembolsa por el consumo económico de energía.
4. H2-2 - Equipo italiano de la clase "extra" a un alto precio (alrededor de 250,000 rublos). permitiendo calentar el aire en grandes espacios (desde 300 m³ y superior) con un consumo mínimo de electricidad.
5. Energía libre - dispositivos de alta calidad a un costo asequible en el rango de 15-35 mil rublos (el precio depende de la potencia y otras características). Equipado con una unidad de control que automatiza muchos procesos, un sensor multinivel para regulación de voltaje y presión.

También hay otros modelos en diferentes categorías de precios.

Cómo hacer una caldera tú mismo

Los generadores de calefacción tienen una construcción bastante ligera. Con un cierto nivel de habilidad, puedes ensamble el dispositivo usted mismo. Al mismo tiempo, debido a la explosividad de la mezcla de hidrógeno, dicho trabajo requiere una responsabilidad extrema, conocimiento de los procedimientos de seguridad y experiencia en la instalación de dichos dispositivos.

Con la fabricación independiente del dispositivo, no será posible deshacerse de los costos financieros sustanciales, ya que es mejor comprar partes prefabricadas de los componentes. El alto riesgo nos hace pensar en configuraciones de fábrica para las cuales los fabricantes dan garantías a largo plazo.

El proceso de hacer una caldera de hidrógeno con sus propias manos se puede dividir en varias etapas.

Paso # 1 – ejecución del dibujo y preparación de materiales. En primer lugar, se deben encontrar proyectos similares en Internet para pensar en un dispositivo basado en ellos que satisfaga todas las condiciones y posibilidades.

Es necesario calcular con precisión todos los indicadores y, en primer lugar, la potencia requerida, y también decidir sobre los materiales que se utilizarán para la fabricación de la caldera. Las aleaciones ferromagnéticas se consideran la mejor opción, pero un recipiente de acero inoxidable es bastante adecuado.

Aunque calentar un generador de hidrógeno puede tener diferentes diseños, los siguientes detalles permanecen sin cambios:

• Fuente de alimentación de 12 voltios;
• embalse donde se ubicará la estructura;
• Controlador PWM con una potencia de al menos 30 A;
• varios tubos de diferentes diámetros de acero inoxidable;
• chapa de acero;
• sierra para metales;
• quemador de gas - Mejor acabado, comprado en la tienda.

Paso 2 – haciendo electrolitos. Para la fabricación de placas, que estarán equipadas con un electrolizador, debe tomar una lámina de acero de espesor medio. Usando tijeras para metal, una sierra para metales u otra herramienta, se corta en tiras iguales en una cantidad de 18 o más piezas (el número debe ser par).

Desde el país de retorno, en cada uno de ellos es necesario perforar los pernos necesarios para mantener estos elementos en el electrolito completamente inmóviles.

Dividimos todas las placas en ánodos y cátodos, dependiendo de esta división los cables están conectados a ellos, respectivamente, transmitiendo cargas positivas y negativas.

Usar corriente continua es más eficiente que usar corriente alterna. Es mejor usar un generador de tipo PWM como fuente.

Paso número 3 – ensamblaje celular. El mejor material para hacer este elemento es el acero inoxidable. Una construcción robusta rectangular o cuadrada se suelda de metal, después de lo cual se vierte agua o una mezcla de H₂O con un catalizador, así como placas preparadas con cableado conectado.

Paso 4 – conexión del quemador. Se instala un quemador en la parte superior del dispositivo; es mejor usar un modelo comprado, que puede comprar en una tienda especializada.

Paso número 5 – instalación y conexión de un separador, que es necesario para la liberación de hidrógeno de una mezcla de gases.

En conclusión, se coloca una tubería a lo largo de la cual H₂ se elevará al quemador, y también se conectarán elementos que eliminen el calor y lo distribuyan por toda la casa.

Qué agua es mejor: ordinaria o destilada

Una de las preguntas que suelen hacer los propietarios de calderas de hidrógeno es sobre el agua utilizada para operar los dispositivos.

El agua destilada para el funcionamiento de la caldera de hidrógeno se puede comprar en las tiendas o configurar su producción usted mismo, utilizando la instalación más simple

Según los expertos, los dispositivos caseros o de fábrica muestran el mejor rendimiento cuando se trabaja con agua destilada, a la que se agrega muy poco hidróxido de sodio (por 10 litros de H2O, una cucharada).

Sin embargo, una caldera de hidrógeno también puede funcionar con éxito con agua del grifo, lo principal es que no contiene sales de metales pesados.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

En el siguiente video, verá una descripción general del modelo de una caldera de gas alimentada por combustible de hidrógeno, producida por la famosa compañía coreana DAEWOO.

El hidrógeno no es sin razón llamado el combustible del futuro: este gas puede convertirse en un recurso casi ilimitado de combustible barato respetuoso con el medio ambiente, que puede utilizarse en diferentes plantas.

Una caldera de combustible de hidrógeno, fabricada en la fábrica o por sí sola, creará un sistema de calefacción autónomo. Esto ayudará a reducir significativamente los pagos en la vivienda y los servicios comunales, y decidirá mantener una temperatura confortable en las salas de estar y los servicios públicos.

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