Caldaia a idrogeno: dispositivo + principio di funzionamento + criteri di selezione

I principi dell'energia alternativa stanno attirando sempre più l'attenzione dei consumatori. Per molti aspetti ciò è facilitato dall'aumento delle tariffe per i vettori energetici tradizionali, nonché da periodici guasti nel mercato dei servizi.

In queste circostanze, una caldaia per riscaldamento a idrogeno è considerata uno dei tipi più promettenti di dispositivi che funzionano con carburanti rinnovabili, che è il gas H₂.

Prima di decidere di acquistare tale unità, è necessario acquisire familiarità con il principio del suo funzionamento, per valutare i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo dell'idrogeno come combustibile. Queste domande sono studiate da noi e sono descritte in dettaglio nell'articolo.

Inoltre, abbiamo identificato i parametri che dovrebbero essere considerati nella scelta di una caldaia, fornito suggerimenti sul funzionamento e preparato una panoramica dei migliori generatori di idrogeno in fabbrica. Appassionati di istruzioni pratiche fatte in casa per assemblare l'unità con le proprie mani.

Proprietà dell'idrogeno come combustibile

Come accennato in precedenza, il carburante per tali unità è l'idrogeno, il gas più leggero in natura, privo di colore e odore. Tra i suoi vantaggi può essere chiamato una grande quantità di calore che viene rilasciato durante la combustione di H₂ (121 MJ / kg, mentre durante la combustione del propano vengono rilasciati solo 40 MJ / kg).

In condizioni normali, l'idrogeno brucia a una temperatura di + 2000 ° C, ma con l'aiuto di un catalizzatore può essere ridotto a + 300 ° C. Ciò consente di realizzare caldaie in acciaio economico e non in costosi metalli delle terre rare.

L'idrogeno è atossico, il che garantisce la sicurezza del suo utilizzo nella vita di tutti i giorni. Quando questa sostanza viene bruciata, si ottiene vapore acqueo che migliora il microclima interno e non necessita di camini.

Quando si utilizza l'idrogeno, è necessario osservare rigorosamente le norme di sicurezza: se il gas viene utilizzato in modo errato o a contatto con una fiamma aperta, può verificarsi un'esplosione distruttiva

Tra gli svantaggi vi è la maggiore esplosività dell'idrogeno, specialmente quando viene miscelato con aria o ossigeno, il che porta alla formazione di gas detonante.

Vantaggi e svantaggi delle caldaie a idrogeno

I punti di forza di tali dispositivi sono:

1. Piena compatibilità ambientale. I prodotti di decomposizione dell'acqua non danneggiano l'atmosfera, sono completamente sicuri per la salute delle persone e degli animali domestici.
2. Alto livello di efficienzache può raggiungere il 96%. Questo è significativamente superiore all'efficienza di diesel, gas naturale o carbone.
3. Risparmio di risorse naturali attraverso l'applicazione fonti di energia alternativa.
4. Prezzo basso ha ricevuto calorie. C'è abbastanza acqua e un po 'di elettricità per tali dispositivi.

Allo stesso tempo, tali dispositivi presentano punti deboli.

Tra gli svantaggi ci sono le seguenti sfumature:

1. Manutenzione impegnativa. Per il più alto grado possibile di produzione di H.₂, è necessario sostituire le piastre metalliche ogni anno. Oltre a sostituire gli elettrodi, è necessario aggiungere regolarmente un catalizzatore per produrre la quantità di energia pianificata. La frequenza di questa procedura dipende dalla potenza, nonché dalle caratteristiche di un particolare modello.
2. Alto costo - L'installazione in fabbrica avrà un costo non inferiore a 35-40 mila rubli.
3. Pericolo di esplosione con un aumento della pressione normalizzata nella caldaia.
4. Carenza di bombole di idrogeno - sono visti raramente in vendita.
5. Scelta limitata. Poiché tali dispositivi di riscaldamento non sono troppo comuni sul mercato russo, non è sempre possibile trovare rapidamente il modello giusto, nonché trovare specialisti competenti per l'installazione e la riparazione delle apparecchiature.
6. La necessità di comunicazioni. Perché il dispositivo funzioni, è necessario un collegamento costante all'alimentazione per la reazione di elettrolisi, nonché a una fonte d'acqua, la cui portata dipende dalla potenza del dispositivo.

Va notato che i produttori prestano grande attenzione alle nuove tecnologie, si sforzano di migliorare le caldaie a idrogeno, eliminando o minimizzando gli svantaggi.

Il principio di funzionamento dell'unità di riscaldamento

A causa della sua attività, H₂ nella sua forma pura non si presenta in natura, tuttavia è abbastanza semplice isolarlo dall'acqua ordinaria per elettrolisi, mentre viene liberato anche ossigeno gassoso.

Nell'immagine presentata, è possibile vedere un diagramma schematico delle apparecchiature di riscaldamento funzionanti a idrogeno, che indica tutti gli elementi strutturali (+)

Perché il riscaldatore funzioni, per prima cosa è necessario ottenere H₂. Ciò avviene in uno scompartimento speciale riservato a una reazione simile. Il liquido viene versato nel contenitore in cui sono immerse le piastre metalliche.

Viene alimentata una corrente elettrica di purezza appositamente selezionata, sotto l'influenza di cui viene rilasciato H.₂ e oh₂e anche come sottoprodotto: vapore acqueo.

La miscela risultante viene fatta passare attraverso un dispositivo speciale: un separatore chimico, con il quale è possibile isolare l'idrogeno, separandolo da altre impurità. Il gas purificato viene fornito al bruciatore sul quale è montata la valvola.

Ostacola il movimento di H₂ dall'altro lato, che impedisce un'esplosione. In questo caso, l'ossigeno e il vapore acqueo attraverso un altro sistema cadranno in un contenitore speciale.

Inoltre, l'idrogeno gassoso passa attraverso l'unità di protezione ed entra nella camera di combustione. Qui, reagisce con il gas in presenza di un catalizzatore, a seguito del quale viene generato calore, che entra nel sistema di riscaldamento domestico attraverso uno scambiatore di calore.

Il vapore acqueo rilasciato nella camera attraverso un canale appositamente allocato viene restituito al serbatoio dell'elettrolita, utilizzando quindi il processo di ricircolo.

La regolazione della potenza viene eseguita utilizzando canali appositamente attrezzati, il cui numero può raggiungere i sei.All'interno di ciascuno di questi dispositivi è contenuto un catalizzatore, in modo che quando lo si accende, inizia il processo di generazione del calore.

Il flusso di gas, riscaldato a una temperatura di 40 ° C, inizia a spostarsi verso uno scambiatore di calore situato nella camera di combustione.

Grazie alle strutture separate, i canali possono agire indipendentemente l'uno dall'altro, il che consente di includerne solo una parte.

Il processo di produzione dell'idrogeno nei moderni apparecchi per elettrolisi è completamente automatizzato. L'unico processo manuale è quello di riempire il sistema di acqua.

I modelli moderni sono inoltre dotati di vari dispositivi, ad esempio indicatori di livello dell'acqua e sensori di pressione, che consentono loro di lavorare in modalità automatica e di rispondere urgentemente in situazioni impreviste.

Componenti di un'unità di idrogeno

La progettazione di un sistema di riscaldamento a base di idrogeno è abbastanza semplice.

calderonesvolgere il ruolo di scambiatore di calore è l'elemento principale in cui viene prodotto l'idrogeno.

Una caldaia alimentata a idrogeno può essere assemblata dagli elementi disponibili e per il suo funzionamento è necessaria solo acqua ordinaria o distillata (+)

Elettrolizzatore - la principale parte attiva della caldaia, in cui si verifica una reazione elettrolitica, che porta alla decomposizione dell'acqua in H₂ e oh₂. L'elemento è un serbatoio riempito con acqua, in cui sono posizionati elettrodi metallici che hanno la massima conduttività di corrente.

I cavi sono collegati alle piastre, attraverso le quali viene fornita l'elettricità.

bruciatore - un dispositivo che contribuisce al riscaldamento del liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento. Situato nella camera di combustione, viene fornita una scintilla per accenderla.

Valvola del bruciatore - una parte speciale situata nella parte superiore del dispositivo. Grazie a questo dettaglio H₂sollevandosi, supera facilmente una barriera inaccessibile ad altre sostanze rilasciate ed entra direttamente nel bruciatore.

Nelle caldaie a idrogeno di fabbrica è fornita un'unità di controllo. Il pannello visualizza indicatori di tensione e corrente, un regolatore di potenza e leve per l'impostazione di altri parametri

conduttura - comunicazioni che partono dall'unità e sono utilizzate per fornire calore a tutti gli ambienti della casa. Per legare l'uso tubi di riscaldamento con un diametro di 25-32 mm. Durante la posa, osservare la regola fondamentale: il diametro di ogni ramo successivo dovrebbe essere inferiore a quello precedente.

Criteri di selezione del generatore

Quando si decide di acquistare tale tecnica, è importante prestare attenzione ai seguenti criteri.

potere. Per gli apparecchi moderni, il valore di questo indicatore può variare in modo significativo, il che consente di scegliere l'opzione migliore sia per una piccola casa che per un edificio a due, tre piani.

Il consumo medio di acqua nei moderni modelli del generatore non è troppo elevato. Entro 24 ore, per il funzionamento del dispositivo, saranno necessari circa 5,5 litri, a causa dei quali vengono generati 1,2-2 litri di carburante

Numero di circuiti. Su apparecchi alimentati a idrogeno, di solito è installato un circuito di riscaldamento. In alcuni modelli è prevista anche un'installazione aggiuntiva del secondo circuito (di riscaldamento).

Consumo di elettricità. La tecnologia odierna consente di ottenere un'emissione di calore eccellente utilizzando un minimo di elettricità. Il consumo di energia di vari tipi di generatori varia da 1,2 a 3 kW in 1 ora.

Il consumo di energia basso è ottenuto a causa del fatto che la caldaia dell'idrogeno non funziona continuamente, ma soltanto per mantenere una certa temperatura nella stanza.

Fonte di alimentazione. Tutte le varietà di generatori di idrogeno possono essere divise in due grandi categorie: una funziona dal gas, l'altra dall'elettricità.

fabbricante. È preferibile preferire produttori di fiducia (Italia, Stati Uniti).Dovresti stare attento ai prodotti di scarsa qualità offerti da imprese dubbie a prezzi estremamente bassi.

Suggerimenti per il funzionamento della caldaia

Per migliorare la funzionalità dell'unità, è importante attenersi alle istruzioni allegate. È possibile migliorare il funzionamento del dispositivo aggiungendo ulteriori dettagli (in questo caso, è necessario seguire rigorosamente le regole di sicurezza).

Un rilevatore di fiamma montato sul bruciatore migliora la sicurezza del sistema. Quando il fuoco si spegne, il dispositivo interrompe automaticamente il flusso di gas combustibile nel bruciatore, impedendo così l'ingresso nella stanza

È possibile montare sensori speciali nella parte interna dello scambiatore di calore, che consentono di tracciare l'aumento degli indicatori di riscaldamento dell'acqua, oltre a integrare il design del bruciatore con valvole di intercettazione.

Basta collegarlo direttamente a sensore di temperaturain modo che la caldaia si spenga automaticamente non appena il riscaldamento raggiunge il valore impostato.

È anche utile installare un dispositivo di raffreddamento standardizzato della caldaia.

I dispositivi a idrogeno possono essere utilizzati non solo come unica apparecchiatura di riscaldamento in casa, ma anche combinati con altri sistemi di riscaldamento. I principali impianti di riscaldamento in questo caso possono funzionare in modalità bassa temperatura.

In caso di rispetto degli standard operativi, un'unità alimentata a idrogeno funzionerà per più di una dozzina di anni. Sebbene il periodo di garanzia per tali dispositivi sia di 15 anni, in pratica possono funzionare in modo efficiente per 20-30 anni.

La riparazione di tali dispositivi non sarà difficile per un artigiano esperto, poiché lo schema circuitale di una caldaia a idrogeno non è troppo diverso dagli analoghi che funzionano con altri tipi di carburante.

I 5 migliori generatori di idrogeno in fabbrica

La prima azienda a produrre e brevettare una tecnologia per caldaie a idrogeno fu un'azienda italiana Giacomini. È specializzata in dispositivi basati su metodi ambientali per la generazione di energia: pompe geotermiche, pannelli solari e altri.

H2ydroGEM è una camera di combustione catalitica, in ciascuna tromba di cui è presente una sostanza che accelera la reazione di combustione dell'idrogeno. Per questo motivo, il processo si verifica a una temperatura relativamente bassa.

Attualmente, tali modelli sono prodotti da società americane, cinesi ed europee, ma la loro gamma non è troppo ampia rispetto alle caldaie che funzionano con altri tipi di carburante.

I migliori modelli di fabbrica di sistemi a idrogeno

Tra i modelli più popolari, notiamo:

1. MegaTank100 - generatore alimentato da elettricità dalla rete. Ha un affidabile sistema multilivello di protezione contro surriscaldamento e corto circuito, che garantisce un lavoro sicuro e produttivo. Il costo del modello dipende dalla sua configurazione.
2. STAR-2000 - un'unità costosa (> 200.000 rubli) ha eccellenti caratteristiche tecniche. Nonostante il fatto che questo generatore consumi un minimo di energia, è in grado di riscaldare una stanza con una superficie di 251-300 metri quadrati.
3. Kingkar - un dispositivo gestito in rete con eccellenti proprietà di lavoro. Il costo del modello è piuttosto elevato - circa 100 mila rubli, ma è rimborsato dal consumo energetico economico.
4. H2-2 - Attrezzature italiane della classe "extra" ad un prezzo elevato (circa 250.000 rubli). permettendo di riscaldare l'aria in ampi spazi (da 300 m³ e oltre) con un consumo minimo di elettricità.
5. Energia libera - dispositivi di alta qualità a un costo accessibile nell'intervallo 15-35 mila rubli (il prezzo dipende dalla potenza e da altre caratteristiche). Dotato di un'unità di controllo che automatizza molti processi, un sensore multi-livello per la regolazione di tensione e pressione.

Esistono anche altri modelli in diverse categorie di prezzo.

Come fare da soli una caldaia

I generatori di riscaldamento hanno una costruzione abbastanza leggera. Con un certo livello di abilità, puoi farlo assemblare il dispositivo da soli. Allo stesso tempo, a causa dell'esplosività della miscela di idrogeno, tale lavoro richiede estrema responsabilità, conoscenza delle procedure di sicurezza ed esperienza nell'installazione di tali dispositivi.

Con la produzione indipendente del dispositivo, non sarà possibile eliminare i costi finanziari sostanziali, poiché è meglio acquistare parti già pronte dei componenti. L'alto rischio ci fa pensare alle impostazioni di fabbrica per le quali i produttori offrono garanzie a lungo termine.

Il processo di creazione di una caldaia a idrogeno con le tue mani può essere suddiviso in più fasi.

Passaggio n. 1 – esecuzione del disegno e preparazione dei materiali. Prima di tutto, progetti simili dovrebbero essere trovati su Internet per pensare a un dispositivo basato su di essi che soddisferebbe tutte le condizioni e possibilità.

È necessario calcolare con precisione tutti gli indicatori e, prima di tutto, la potenza richiesta e anche decidere i materiali che verranno utilizzati per la fabbricazione della caldaia. Le leghe ferromagnetiche sono considerate l'opzione migliore, ma un contenitore in acciaio inossidabile è abbastanza adatto.

Sebbene il riscaldamento di un generatore di idrogeno possa avere design diversi, i seguenti dettagli rimangono invariati:

• Fonte di alimentazione a 12 volt;
• serbatoio in cui verrà posizionata la struttura;
• Controller PWM con una potenza di almeno 30 A;
• diversi tubi di diverso diametro in acciaio inossidabile;
• lamiera di acciaio;
• seghetto per metallo;
• bruciatore a gas - Meglio rifinito, acquistato presso il negozio.

Passaggio 2 – fare elettroliti. Per la fabbricazione di piastre, che saranno dotate di un elettrolizzatore, è necessario prendere una lamiera di acciaio di medio spessore. Usando le forbici per metallo, un seghetto o un altro strumento, viene tagliato in strisce uguali in una quantità di 18 o più pezzi (il numero deve essere pari).

Dal paese di ritorno, in ciascuno di essi è necessario praticare i fori per i bulloni necessari per mantenere questi elementi nell'elettrolita completamente immobili.

Dividiamo tutte le piastre in anodi e catodi, a seconda di questa divisione i fili sono collegati a loro, rispettivamente, trasmettendo cariche positive e negative.

L'uso della corrente continua è più efficace dell'uso della corrente alternata. È meglio utilizzare un generatore di tipo PWM come sorgente.

Passo numero 3 – assemblaggio di celle. Il materiale migliore per realizzare questo elemento è l'acciaio inossidabile. Una robusta costruzione rettangolare o quadrata viene saldata dal metallo, dopo di che viene versata acqua o una miscela di H₂O con un catalizzatore, nonché piastre preparate con cablaggio collegato.

Passaggio 4 – collegamento del bruciatore. Un bruciatore è montato nella parte superiore del dispositivo: è meglio utilizzare un modello acquistato, che è possibile acquistare in un negozio specializzato.

Passo numero 5 – installazione e collegamento di un separatore, necessario per il rilascio di idrogeno da una miscela di gas.

In conclusione, viene posato un tubo lungo il quale H₂ salirà al bruciatore e anche gli elementi che rimuovono il calore e lo distribuiscono in tutta la casa sono collegati.

Quale acqua è migliore - ordinaria o distillata

Una delle domande poste spesso dai proprietari di caldaie a idrogeno riguarda l'acqua utilizzata per il funzionamento dei dispositivi.

L'acqua distillata per il funzionamento della caldaia a idrogeno può essere acquistata nei negozi o configurata da solo, utilizzando l'installazione più semplice

Secondo gli esperti, i dispositivi di fabbrica o fatti in casa mostrano le migliori prestazioni quando si lavora su acqua distillata, a cui viene aggiunto pochissimo idrossido di sodio (per 10 litri di H2O - un cucchiaio).

Tuttavia, una caldaia a idrogeno può anche funzionare correttamente con acqua di rubinetto, la cosa principale è che non contiene sali di metalli pesanti.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video qui sotto vedrai una panoramica del modello di una caldaia a gas alimentata a idrogeno, prodotta dalla famosa società coreana DAEWOO.

L'idrogeno non è senza ragione chiamato il combustibile del futuro: questo gas può diventare una risorsa quasi illimitata di combustibile ecologico a basso costo, che può essere utilizzato in diversi impianti.

Una caldaia a idrogeno, fabbricata in fabbrica o da sola, creerà un sistema di riscaldamento autonomo. Ciò contribuirà a ridurre significativamente i pagamenti nei servizi abitativi e comunali e risolverà il problema di mantenere una temperatura confortevole nei salotti e nei locali di servizio.

Hai esperienza nell'uso dell'idrogeno come combustibile? Vuoi porre domande su un argomento o parlare della tua invenzione? Commenta la pubblicazione, partecipa alle discussioni e lascia le foto dei tuoi prodotti fatti in casa. Il blocco di feedback si trova sotto.