Svépomocný vodíkový kotel na vytápění: plyn a voda, výroba

Pokud chcete vytápět svůj dům co nejefektivněji, aniž byste museli utrácet spoustu peněz za energii, měli byste zvážit možnost alternativního topného zařízení. Vodíkový kotel nevyžaduje složitou údržbu. Je spolehlivý a odolný, ale má poměrně složitý design. Všechny součásti jednotky musí být vysoce kvalitní. Navzdory tomu lze vodíkové topné zařízení vyrábět ručně.

• Klady a zápory vodíkových topných kotlů
• Princip činnosti vodíkového kotle a jeho schéma
• Typy vodíkových kotlů
• Pravidla pro výběr vodíkového topného kotle
• Bezpečnostní opatření a provozní vlastnosti
• Domácí vodíkový kotel

Klady a zápory vodíkových topných kotlů

Protože se vodík používá jako palivo v topných zařízeních, zvažte výhody nosiče energie:

1. Vodík v lahvích lze zakoupit v jakékoli oblasti země.
2. Topné systémy využívající vodík ke svému provozu nevyžadují lidský zásah, protože se jedná o uzavřený cyklus.
3. Hlavní výhodou je dostupná cena paliva.
4. Množství uvolněné tepelné energie je 121 MJ/kg, což je mnohem více než stejné číslo pro propan, který je 40 MJ/kg.

Stojí za to připomenout nevýhody vodíkového paliva:

• hladina hluku při provozu starého kotle je vysoká;
• při překročení standardního tlaku vzniká výbušná situace;
• jednotka spotřebovává hodně vody;
• v některých lokalitách je obtížné koupit vodíkové lahve;
• U starších instalací je nutné vyrobit samostatný komín pro ohřátou páru uvolňovanou při katalytické reakci.

Výhody vodíkových kotlů jsou následující:

1. Jednotka nevypouští škodlivé sloučeniny do atmosféry.
2. Vodík nehoří, ale při interakci s kyslíkem vydává teplo. Voda vzniká jako výsledek katalytické reakce.
3. Při teplotě chladicí kapaliny pouze 40 stupňů jsou tepelné ztráty vyloučeny.
4. Při provozu kotle dochází k chemické reakci, která probíhá bez použití otevřeného plamene.
5. Moderní vodíkové kotle se vyznačují tichým provozem a nevyžadují samostatný komín, protože ohřátá pára a voda jsou okamžitě dodávány do topného systému. Díky tomu lze jednotku instalovat kdekoli.

Nevýhody vodíkových jednotek jsou spojeny se zvýšenými požadavky na kvalitu všech komponent a jednotek. Chcete-li provést servis a opravu zařízení, budete muset zapojit odborníky. Je poměrně obtížné najít náhradní díly pro topná zařízení.

Princip činnosti vodíkového kotle a jeho schéma

Vytápění domů vodíkovými kotli bylo vynalezeno v Itálii nedávno. Dříve se vědci pokoušeli vytvořit domácí kotel využívající vodík, ale nebylo možné vyrobit jednotku z konvenčních materiálů, protože spalovací teplota vodíku je velmi vysoká.

Proces ohřevu je jednoduchý a přehledný – topný kotel má speciální nádrž naplněnou vodíkem, při zahřátí na 300 stupňů dochází k interakci plynu s kyslíkem. Reakcí vzniká pára a voda, které jsou přiváděny do topného systému obytného domu.

Princip fungování vodíkového topného zařízení je následující:

• Do speciálního elektrolyzéru je přiváděn elektrolytický roztok, který při průchodu elektrodami podporuje tvorbu vodní páry, kyslíku a vodíku.
• Směs plynů vstupuje do separátoru, kde se odděluje vodík z celkové hmoty. Vyčištěný plyn je přiváděn do další jednotky přes speciální ventil. Navíc plyn nemá žádný zpětný tok, což snižuje pravděpodobnost vytvoření výbušné situace na nulu.
• Dále je vodík přiváděn do spalovací komory s výměníkem tepla. Zde vodík reaguje s kyslíkem za pomoci katalyzátoru. V důsledku toho se tepelný výměník s chladicí kapalinou uvnitř zahřívá.
• Výfukové plyny jsou přiváděny zpět do elektrolytové komory.

Pro regulaci výkonu jsou v topném zařízení instalovány kanály se speciálním katalyzátorem. V tomto případě může být katalyzátor použit v chemické reakci nebo z ní vyloučen.

Typy vodíkových kotlů

Jakýkoli vodíkový topný kotel funguje na stejném principu jako všechny jednotky. Jediný rozdíl mezi nimi je v síle, materiálu, ze kterého je pouzdro vyrobeno, a dalších drobných vlastnostech.

Jako příklad se podívejme na technické vlastnosti dvou kotlů americké výroby (modely Star 1000 a HNO):

1. Spotřeba energie obou generátorů je 1,2-3 kW/h.
2. Obě zařízení spotřebují 5,5 litru vody denně.
3. Během dne je každé zařízení schopno vygenerovat 1,2–2 litry paliva.
4. Oba typy topných zařízení jsou vhodné pro vytápění místnosti o rozloze ne větší než 250 m².
5. Životnost je minimálně 15 let.
6. Zařízení mají dva okruhy. Jeden okruh je topný a druhý topný.
7. Cena jednotek se pohybuje od 3 do 3,5 tisíce dolarů.

Důležité! Generátor vodíku nepracuje nepřetržitě. Zapne se, když teplota v místnosti klesne pod nastavenou prahovou hodnotu, takže spotřebuje málo elektřiny.

Pravidla pro výběr vodíkového topného kotle

Při výběru vodíkového kotle věnujte pozornost následujícím kritériím:

• počet vrstevnic;
• napájení zařízení;
• výrobce;
• množství spotřebované elektřiny.

Výkon vodíkového topného zařízení začíná od 27 W. Neexistuje žádný horní limit výkonu. K vytápění domu můžete použít několik malých kotlů nebo nainstalovat jednu výkonnou jednotku.

Odborníci doporučují při výběru vodíkového ohřívače dodržovat následující pravidla:

1. Kapacita kotle musí odpovídat použité topné síti a vlastnostem chladicí kapaliny. Zohledňuje se také velikost vytápěné plochy.
2. Pokud se plánuje uspořádání několika topných okruhů, musí rozměry spalovací komory umožňovat instalaci dalších výměníků tepla.
3. Dům musí mít funkční elektrickou síť, která odolá výkonu topného zařízení.
4. Všechny součásti a díly kotle musí být vysoce kvalitní a odolné.
5. Zařízení musí být certifikováno a mít potřebný bezpečnostní systém.

Bezpečnostní opatření a provozní vlastnosti

Vodíkový topný kotel musí být správně provozován.

Při jeho používání prosím dodržujte následující pravidla:

• Není možné samostatně modernizovat nebo předělávat vodíkové topné zařízení. To zvyšuje pravděpodobnost úniku vodíku. Při kontaktu se vzduchem vytváří výbušnou situaci.
• Nainstalujte teplotní čidla do výměníku tepla. To vám umožní ovládat stupeň ohřevu vody. Pravidelně kontrolujte teplotu a zabraňte přehřátí chladicí kapaliny.
• Neprovozujte topná zařízení v režimech a podmínkách, které nejsou poskytovány výrobcem. To by mohlo vést k nechtěné řetězové reakci.
• Nainstalujte uzavírací ventily na hořákové zařízení a připojte je k teplotnímu čidlu. To v případě potřeby umožní chlazení kotle.
• Pokud se tlak plynu ve spalovací komoře kriticky zvýší, je nutné zjistit důvod takového zvýšení a přijmout opatření ke stabilizaci provozu.
• Sledujte přívod vody a pravidelně měňte roztok elektrolytu.

Důležité! Při správném a pečlivém provozu vydrží vodíkové topné zařízení až 30 let, čímž se zdvojnásobí záruční doba.

Domácí vodíkový kotel

K sestavení kotle budete potřebovat plechy z vysoce legované nerezové oceli tloušťky 2-4 mm, vodní filtr, plynové hadice o průměru 8 mm z průhledného materiálu, určené pro vysoký tlak. Připravte si také dvojici šroubů s podložkami a maticemi o rozměru 150×6 mm, hadicovou armaturu o průměru 0,8 cm, utěsněnou plastovou nádobu o objemu 1,5-2 litrů a profilovou trubku o průřezu 4×4 cm a 2×2 cm.

Budou zapotřebí následující nástroje:

• svařovací stroj;
• bruska s nástavcem na řezání kovů;
• stavební nůž;
• vrták s vrtáky;
• vidlicový klíč;
• šroubovák;
• zařízení pro řezání závitů o průměru 6 mm.

Nejprve vyrobíme generátor vodíku v následujícím pořadí:

1. Z ocelového plechu vyřízneme 16 plátů o rozměrech 5×5 cm U každého plátu uřízneme jeden roh pod úhlem 45 stupňů a do druhého rohu, který se nachází naproti, vyvrtáme otvor 6 mm.
2. Desky položíme na šroub střídavě s podložkami. Vše zajistíme maticí. Vyrábíme dva takové šrouby. Výsledkem jsou dva radiátory, které lze zasunout do sebe.
3. Do víka plastové nádoby vyřízneme dva otvory pro šrouby. V tomto případě by desky chladiče měly být umístěny nad sebou, ale neměly by se dotýkat.
4. Desky připevníme k víku a nainstalujeme víko tak, aby strana s radiátory byla uvnitř nádoby. Pro lepší utěsnění umístíme pod víko gumové těsnění.
5. Ve víku uděláme další dva otvory pro ohebné hadičky pro přívod vody a vodíku. Průměr otvorů je 8 mm.
6. Do otvorů vložíme ocelové závitové trubky. Po obou stranách položíme těsnění a zajistíme je maticemi.
7. Nyní je třeba zkontrolovat těsnost nádoby. K tomu připojíme na jednu trubku manometr a na druhou kompresor. Zvyšujeme tlak na 2 atm. do půl hodiny. Pokud se tlak nemění, pouzdro je utěsněno.
8. Zkontrolujeme, jak funguje generátor. Na jednu odbočnou trubku nainstalujeme zpětný ventil a připojíme plynovou láhev. Do druhého potrubí přivádíme vodu a k elektrodám připojujeme proud.

Nyní začneme vyrábět kotel:

• Profilovou trubku 2×2 cm nařežeme na 8 kusů o délce 30 cm.
• Trubku 4×4 cm rozřízneme na 3 díly. Jeden z nich je dlouhý 20 cm a další dva jsou dlouhé 8 cm.
• Do 20 cm dlouhé trubky vyřízneme na obou koncích otvory pro stejné trubky. Do nich vložíme 8 cm dlouhé kusy a svaříme.
• Na tři konce příčníku nainstalujeme zátky a na čtvrtý nasadíme zátku s odbočnou trubkou.
• Od středu příčníku ustoupíme 7-8 cm a na každý díl vyvrtáme otvor o průměru 1-1,4 cm.
• Plynové vstřikovače přivaříme do čtyř připravených otvorů.
• Ke každému konci příčníku přivaříme pár profilových trubek 2×2 cm. Měly by svírat pravý úhel s příčníkem.
• Z ocelového plechu vyřízneme tři polotovary o rozměrech 30×30 cm Ve dvou polotovarech vyřízneme 4 otvory o průměru 0,2-0,3 cm. Do třetího kusu uděláme dírky o průměru 1 cm.
• Trubku o průřezu 2-3 cm nařežeme na kusy dlouhé 50 cm a přivaříme je k předem vyříznutému ocelovému plechu (velikost 30×30 cm).
• V trubce o průřezu 2 cm a délce o 3-4 cm kratší, než je délka dříve svařovaných trubek, vyvrtáme otvor ve spodní a horní části.
• Trubku svaříme na ocelový plech 30×30 cm s otvory menšího průměru.
• Konstrukci otočíme a připevníme k ní druhý ocelový plech. Kromě toho musí trubky lícovat s otvory.
• Na ocelovou konstrukci přivaříme hořák.
• Potrubí pro průtok chladicí kapaliny přivaříme k požadovaným otvorům v karoserii.
• Na přívodní potrubí instalujeme teplotní čidlo. Na hořák připevníme detektor plamene. Oba senzory propojujeme s ovladači nebo vizuálními a zvukovými výstražnými systémy.
• Nezapomeňte zkontrolovat těsnost pouzdra.

Poté musíte vyrobit ochranný vnější plášť vhodných rozměrů. Také jej svaříme z ocelových plechů a do karoserie namontujeme všechny konstrukční prvky a správně je spojíme. Pečlivě zkontrolujte těsnost všech spojů. Přiveďte proud na elektrody a spusťte kotel v testovacím režimu. Jako katalyzátor používáme zásadu nebo sůl rozpuštěnou ve vodě. Katalyzátor je potřebný pro zvýšení výkonu plynu a zlepšení vodivosti vody.