Устройство и принцип работы водородного котла отопления

Принципы альтернативной энергетики привлекают все больше внимания потребителей. Во многом этому способствуют рост тарифов на традиционные энергоносители, а также периодические сбои на рынке услуг.

В этих условиях водородный отопительный котел считается одним из самых перспективных типов устройств, работающих на возобновляемом топливе, которым является газ H2.

Прежде чем принять решение о покупке такого агрегата, необходимо ознакомиться с принципом его работы, оценить преимущества и недостатки использования водорода в качестве топлива. Эти проблемы нами изучены и подробно описаны в статье.

Кроме того, мы обозначили параметры, которые следует учитывать при выборе котла, дали советы по эксплуатации и подготовили обзор лучших заводских генераторов водорода. Любителям самоделок понадобится инструкция по сборке агрегата своими руками.

Свойства водорода как топлива

Как было сказано выше, топливом для таких агрегатов является водород, самый легкий в природе газ, не имеющий цвета и запаха. Среди его преимуществ – большое количество тепла, которое выделяется при сгорании H2 (121 МДж / кг, в то время как при сгорании пропана выделяется только 40 МДж / кг).

В нормальных условиях водород горит при температуре + 2000 ° С, но с помощью катализатора ее можно снизить до + 300 ° С. Это позволяет изготавливать котлы из недорогой стали вместо дорогих редкоземельных металлов.

Водород нетоксичен, что обеспечивает безопасность его использования в повседневной жизни. При сжигании этого вещества получается водяной пар, что улучшает микроклимат в помещении и не требует наличия дымоходов.

При использовании водорода необходимо строго соблюдать правила безопасности: при неправильном использовании газа или при контакте с открытым огнем может произойти разрушительный взрыв

К недостаткам можно отнести повышенную взрывоопасность водорода, особенно когда он смешан с воздухом или кислородом, что приводит к образованию газообразного кислорода.

Преимущества и недостатки водородных котлов

Сильные стороны этих устройств:

  1. Полное уважение к окружающей среде. Продукты разложения воды не наносят вреда атмосфере, они полностью безопасны для здоровья людей и домашних животных.
  2. Высокий КПД, который может достигать 96%. Это значительно выше, чем эффективность дизельного топлива, природного газа или угля.
  3. Сохранение природных ресурсов за счет использования альтернативных источников энергии.
  4. Низкая стоимость получаемых калорий. Для таких устройств достаточно воды и немного электричества.

В то же время у таких устройств есть слабые места.

К недостаткам можно отнести следующие нюансы:

  1. Требовательный сервис. Для максимального производства H2 металлические пластины необходимо заменять ежегодно. В дополнение к замене электродов необходимо регулярно добавлять катализатор для выработки запланированного количества энергии. Частота этой процедуры зависит от мощности и характеристик конкретной модели.
  2. Высокая стоимость – заводская установка обойдется не менее 35-40 тысяч рублей.
  3. Риск взрыва из-за повышенного давления в котле.
  4. Не хватает баллонов с водородом – их редко можно найти в продаже.
  5. Ограниченный выбор. Поскольку такие отопительные приборы не очень распространены на российском рынке, не всегда удается быстро найти подходящую модель, а также найти грамотных специалистов по установке и ремонту оборудования.
  6. Необходимость обеспечения коммуникаций. Для работы устройства требуется постоянное подключение к электросети для проведения реакции электролиза, а также к источнику воды, расход которой зависит от мощности устройства.

Следует сказать, что производители уделяют большое внимание новым технологиям, стремятся усовершенствовать водородные котлы, устраняя или минимизируя недостатки.

Принцип работы отопительного агрегата

Из-за своей активности H2 не встречается в чистом виде в природе, однако довольно просто выделить его из обычной воды электролизом, при этом также выделяется газообразный кислород.

На представленном изображении представлена ​​схематическая конструкция водородного отопительного оборудования с указанием всех конструктивных элементов (+)

Для того, чтобы ТЭН заработал, сначала нужно получить Н2. Это происходит в специальном отсеке, предназначенном для протекания этой реакции. Жидкость переливается в емкость, куда погружаются металлические пластины.

На них подается электрический ток специально подобранной чистоты, под действием которого выделяются H2 и O2, а также водяной пар в качестве побочного продукта.

Полученная смесь пропускается через специальное устройство – химический сепаратор, с помощью которого можно выделить водород, отделив его от других примесей. Чистый газ подается в горелку, на которой установлен вентиль.

Он предотвращает движение H2 в обратном направлении, что предотвращает взрыв. В этом случае кислород и водяной пар будут отводиться через другую систему в специальный контейнер.

Кроме того, газообразный водород проходит через блок защиты и попадает в камеру сгорания. Здесь он вступает в реакцию с газом в присутствии катализатора, в результате чего выделяется тепло, которое через теплообменник подается в систему отопления дома.

Водяной пар, выделяющийся в камере, возвращается в бак с электролитом по специально подготовленному каналу, что позволяет использовать процесс рециркуляции.

Регулировка мощности осуществляется с помощью специально оборудованных каналов, количество которых может достигать шести. Каждое из этих устройств содержит внутри катализатор, поэтому при включении начинается процесс выделения тепла.

Поток газа, нагретый до температуры 40 ° C, начинает переходить к теплообменнику, расположенному в камере сгорания.

Благодаря раздельной структуре каналы могут действовать независимо друг от друга, что позволяет включать только часть из них.

Процесс производства водорода в современных электролизерах полностью автоматизирован. Единственный ручной процесс – заполнение системы водой

Современные модели также оснащены различными устройствами, например, указателями уровня воды и датчиками давления, что позволяет им работать в автоматическом режиме и оперативно реагировать на непредвиденные ситуации.

Компоненты водородной установки

Спроектировать систему водородного отопления достаточно просто.

Котел, выполняющий роль теплообменника, является основным элементом, в котором происходит производство водорода.

Водородный котел можно собрать из имеющихся элементов, а для его работы потребуется только обычная или дистиллированная вода (+)

Электролизер – это основная активная часть котла, где протекает электролитическая реакция, приводящая к разложению воды на H2 и O2. Элемент представляет собой резервуар с водой, в котором размещены металлические электроды с максимальной проводимостью тока.

Провода подключаются к пластинам, по которым подается электричество.

Горелка – это устройство, помогающее нагреть теплоноситель в системе отопления. Расположенная в камере сгорания, предусмотрена искра для ее воспламенения.

Клапан горелки – это специальная деталь, расположенная в верхней части агрегата. Благодаря этой детали поднявшийся наверх H2 легко преодолевает барьер, недоступный для других выбрасываемых веществ, и попадает прямо в горелку.

В заводских водородных котлах предусмотрен блок управления. На панели отображаются индикаторы напряжения и тока, регулятор мощности и рычаги для настройки других рабочих параметров

Трубопровод – коммуникации, которые выходят из агрегата и используются для обеспечения теплом всех помещений в доме. Для трубопроводов используются трубы отопления диаметром 25-32 мм. При кладке соблюдается основное правило: диаметр каждой последующей ветки должен быть меньше, чем у предыдущей.

Критерии выбора генератора

Принимая решение о покупке такого оборудования, важно обратить внимание на следующие критерии.

Власть. У современных устройств значение этого показателя может существенно различаться, что позволяет выбрать оптимальный вариант как для небольшого дома, так и для двух- или трехэтажного дома.

Средний расход воды в современных моделях генераторов не слишком высокий. В течение суток устройству для работы потребуется около 5,5 литров, благодаря чему вырабатывается 1,2-2 литра топлива

Количество очертаний. На устройствах, работающих на водороде, обычно устанавливают нагревательный контур. В некоторых моделях возможна дополнительная установка второго контура (подогрев.

Уровень потребления электроэнергии. Современные технологии позволяют добиться отличных тепловых характеристик при минимальном потреблении электроэнергии. Энергопотребление различных типов генераторов колеблется от 1,2 до 3 кВт в час.

Низкое энергопотребление достигается за счет того, что водородный котел работает не постоянно, а только для поддержания определенной температуры в помещении.

Источник питания. Все типы генераторов водорода можно разделить на две большие категории: одни работают на газе, другие – на электричестве.

Режиссер. Лучше отдавать предпочтение проверенным производителям (Италия, США). Следует опасаться некачественной продукции, которую предлагают сомнительные фирмы по крайне низким ценам.

Советы по эксплуатации котла

Чтобы улучшить функциональность устройства, важно следовать прилагаемым инструкциям. Можно улучшить работу устройства, добавив дополнительные детали (строго соблюдая правила безопасности).

Датчик пламени, установленный на горелке, повышает безопасность системы. Когда огонь гаснет, устройство автоматически прекращает подачу горючего газа в горелку, предотвращая его попадание в помещение

во внутренней части теплообменника могут быть установлены специальные датчики для контроля увеличения показателей нагрева воды, а также для дополнения конструкции горелки запорной арматурой.

просто подключите его напрямую к датчику температуры, чтобы котел автоматически выключился, как только нагрев достигнет установленного значения.

также полезно установить стандартный охладитель котла.

Водородные устройства можно использовать не только как единственное отопительное оборудование в доме, но и совмещать с другими системами отопления. В этом случае основные системы отопления могут работать в низкотемпературном режиме.

При соблюдении стандартов эксплуатации водородный агрегат проработает более десяти лет. Хотя гарантийный срок на такие устройства составляет 15 лет, на практике они могут эффективно работать 20-30 лет.

Ремонт таких устройств не составит труда для опытного мастера, так как принципиальная схема водородного котла не слишком отличается от аналогов, работающих на других видах топлива.

5 лучших заводских генераторов водорода

Первой компанией, которая разработала и запатентовала технологию производства водородного котла, была итальянская компания Giacomini. Он специализируется на устройствах, основанных на экологических методах производства энергии: геотермальные насосы, солнечные батареи и другие.

H2ydroGEM – это каталитическая камера сгорания, в каждом роге которой находится вещество, ускоряющее реакцию горения водорода. Благодаря этому процесс протекает при относительно низкой температуре

В настоящее время аналогичные модели выпускают американские, китайские, европейские компании, но их ассортимент не слишком широк по сравнению с котлами, работающими на других видах топлива.

Лучшие фабричные модели водородных систем

Среди наиболее популярных моделей отметим:

  1. MegaTank100 – это генератор, работающий от сети. Имеет надежную многоуровневую систему защиты от перегрева и короткого замыкания, что обеспечивает безопасную и продуктивную работу. Стоимость модели зависит от ее комплектации.
  2. STAR-2000 – дорогой агрегат (> 200 000 руб.) С прекрасными техническими характеристиками. Несмотря на то, что этот генератор потребляет минимум энергии, он способен обогреть помещение площадью 251-300 квадратных метров.
  3. Kingkar – это устройство с питанием от сети с отличными характеристиками. Стоимость модели довольно высока – около 100 тысяч рублей, но это компенсируется экономным расходом энергии.
  4. H2-2 – итальянские автомобили класса «экстра» по высокой цене (около 250 000 рублей), позволяющие обогревать воздух в больших помещениях (от 300 м3) с минимальным потреблением электроэнергии.
  5. Free Energy – качественные устройства по доступной стоимости в пределах от 15 до 35 тысяч рублей (цена зависит от мощности и других характеристик). Оснащен блоком управления, автоматизирующим многие процессы, многоуровневым датчиком регулирования напряжения и давления.

Есть и другие модели в разных ценовых категориях.

Как сделать котел своими руками

Теплогенераторы имеют довольно легкую конструкцию. При определенном уровне мастерства вы сможете собрать устройство самостоятельно. При этом из-за взрывоопасности водородной смеси такие работы требуют особой ответственности, знания техники безопасности и опыта установки подобных устройств.

Если изготовить устройство самостоятельно, от больших финансовых затрат не удастся избавиться, так как часть готовых комплектующих лучше покупать. Высокий риск предполагает наличие заводских мощностей, на которые производители предоставляют долгосрочные гарантии

Процесс изготовления водородного котла своими руками можно разделить на несколько этапов.

Шаг №1 – нанесение и подготовка материалов. Прежде всего, нужно найти в Интернете аналогичные проекты, чтобы придумать на их основе устройство, отвечающее всем условиям и возможностям.

необходимо точно рассчитать все показатели и, главное, необходимую мощность, а также определиться с материалами, которые будут использованы для изготовления котла. Лучшим вариантом считаются ферромагнитные сплавы, но вполне подойдет тара из нержавеющей стали.

Хотя генераторы водородного отопления могут иметь различную конструкцию, следующие детали остаются неизменными:

  • источник питания 12 вольт;
  • цистерна, где будет размещаться конструкция;
  • ШИМ-регулятор мощностью не менее 30 А;
  • несколько трубок разного диаметра из нержавеющей стали;
  • стальной лист;
  • ножовка по металлу;
  • газовая горелка: лучшая на рынке, покупается в магазине.

Шаг 2 – создание электролитов. Для изготовления пластин, которыми будет оснащаться электролизер, необходимо взять стальной лист средней толщины. Ножницами по металлу, ножовкой или другим инструментом его разрезают на равные полосы в количестве 18 и более штук (количество должно быть четным).

Из противоположной страны, в каждом из них необходимо просверлить отверстия под болты, которые будут служить для неподвижного удержания этих элементов в электролите.

Делим все пластины на аноды и катоды, в зависимости от этого деления к ним подключаются провода соответственно, пропускающие положительные и отрицательные заряды.

Использование постоянного тока более эффективно, чем использование переменного тока. Лучше всего использовать в качестве источника генератор типа ШИМ.

Шаг n. 3 – сборка электролизера. Лучший материал для изготовления этого элемента – нержавеющая сталь. Из металла сваривается надежная прямоугольная или квадратная конструкция, после чего заливается вода или смесь H2O с катализатором и укладываются подготовленные пластины с подключенной разводкой.

Шаг 4: Подключите горелку. В верхней части устройства монтируется горелка – лучше использовать коммерческую модель, которую можно приобрести в специализированном магазине.

Шаг 5: Установка и подключение сепаратора, необходимого для отделения водорода от газовой смеси.

Наконец, прокладывается труба, по которой Н2 будет подниматься к горелке, и подключаются элементы, отводящие тепло и распределяющие его по дому.

Какая вода лучше: обычная или дистиллированная

Один из вопросов, который часто задают себе владельцы водородных котлов, касается воды, используемой для работы устройств.

Дистиллированную воду для работы водородного котла можно приобрести в магазинах или запустить производство самостоятельно, воспользовавшись самой простой установкой

По мнению специалистов, заводские или самодельные устройства лучше всего работают при работе с дистиллированной водой, в которую добавлено совсем немного гидроксида натрия (на 10 литров H2O – одна столовая ложка).

Однако водородный котел может успешно работать с водопроводной водой, если он не содержит солей тяжелых металлов.

Выводы и полезные видео по теме

На видео ниже вы увидите обзор модели газового котла, работающего на водороде, производства известной корейской компании DAEWOO.

Не случайно водород называют топливом будущего: этот газ может стать практически неограниченным ресурсом экономичного и экологического топлива, которое можно использовать в различных установках.

Водородный котел, изготовленный на заводе или самостоятельно, создаст автономную систему отопления. Это поможет значительно снизить платежи в ЖКХ и решить проблему поддержания комфортной температуры в жилых и подсобных помещениях.

Есть ли у вас опыт использования водорода в качестве топлива? Вы хотите задать вопросы по теме или рассказать о своем изобретении? Комментируйте публикацию, участвуйте в обсуждениях и оставляйте фото своих самоделок. Блок обратной связи расположен ниже.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/kotly/vodorodnyj-kotel-otopleniya.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: