Waterstofverwarmingsketel: apparaat + werkingsprincipe + selectiecriteria

De principes van alternatieve energie krijgen steeds meer de aandacht van consumenten.Dit is grotendeels te wijten aan de stijging van de tarieven op traditionele energiebronnen, maar ook aan periodieke verstoringen op de dienstenmarkt.

Onder deze omstandigheden wordt een waterstofverwarmingsketel beschouwd als een van de meest veelbelovende typen apparaten die werken op hernieuwbare brandstof, namelijk H-gas₂.

Voordat u besluit een dergelijke eenheid aan te schaffen, moet u vertrouwd raken met het principe van de werking ervan en de voor- en nadelen van het gebruik van waterstof als brandstof evalueren. Deze problemen zijn door ons bestudeerd en in detail beschreven in het artikel.

Daarnaast hebben we parameters geïdentificeerd waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een ketel, bedieningstips gegeven en een overzicht opgesteld van de beste in de fabriek gemaakte waterstofgeneratoren. Fans van zelfgemaakte producten zullen de instructies voor het met hun eigen handen monteren van het apparaat nuttig vinden.

Eigenschappen van waterstof als brandstof

Zoals hierboven vermeld, is de brandstof voor dergelijke eenheden waterstof, het lichtste gas in de natuur, kleurloos en geurloos. Een van de voordelen is de grote hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de verbranding van H₂ (121 MJ/kg, terwijl bij de verbranding van propaan slechts 40 MJ/kg vrijkomt).

Onder normale omstandigheden verbrandt waterstof bij een temperatuur van +2000°C, maar met behulp van een katalysator kan dit worden teruggebracht tot +300°C.Hierdoor kunnen ketels worden gemaakt van goedkoop staal in plaats van van dure zeldzame aardmetalen.

Waterstof is niet giftig, waardoor het veilig te gebruiken is in het dagelijks leven. Wanneer deze stof wordt verbrand, ontstaat er waterdamp, wat het microklimaat binnenshuis verbetert en er geen schoorstenen nodig zijn.

Bij het gebruik van waterstof moeten de veiligheidsregels strikt in acht worden genomen: als het gas verkeerd wordt gebruikt of in contact komt met open vuur, kan er een vernietigende explosie optreden

Nadelen zijn onder meer de verhoogde explosiviteit van waterstof, vooral wanneer het wordt gemengd met lucht of zuurstof, wat leidt tot de vorming van detonerend gas.

Voor- en nadelen van waterstofketels

De sterke punten van dergelijke apparaten zijn:

1. Volledig milieuvriendelijk. Waterafbraakproducten zijn niet schadelijk voor de atmosfeer; ze zijn volkomen veilig voor de gezondheid van mensen en huisdieren.
2. Hoog niveau van efficiëntie, die 96% kan bereiken. Dit is aanzienlijk hoger dan het rendement van diesel, aardgas of steenkool.
3. Natuurlijke hulpbronnen besparen door het gebruik alternatieve energiebronnen.
4. Lage prijs calorieën ontvangen. Voor dergelijke apparaten zijn water en een beetje elektriciteit voldoende.

Tegelijkertijd hebben dergelijke apparaten ook zwakke punten.

De nadelen omvatten de volgende nuances:

1. Onderhoudsvereisten. Voor een zo hoog mogelijke H-productie₂Jaarlijks moeten de metalen platen vervangen worden. Naast het vervangen van de elektroden moet er regelmatig een katalysator worden toegevoegd om de geplande hoeveelheid energie te produceren. De frequentie van deze procedure hangt af van het vermogen en van de kenmerken van een bepaald model.
2. Hoge kosten — fabrieksinstallatie kost niet minder dan 35-40 duizend roebel.
3. Explosiegevaar wanneer de genormaliseerde druk in de ketel toeneemt.
4. Tekort aan waterstofcilinders - Ze worden vrij zelden in de uitverkoop gevonden.
5. Beperkte keuze. Omdat dergelijke verwarmingsapparaten niet erg gebruikelijk zijn op de Russische markt, is het niet altijd mogelijk om snel een geschikt model te vinden en competente specialisten te vinden voor de installatie en reparatie van apparatuur.
6. De behoefte aan communicatie. Om het apparaat te kunnen gebruiken, hebt u een constante verbinding met de stroomvoorziening nodig om de elektrolysereactie uit te voeren, evenals met een waterbron, waarvan de stroom afhangt van de kracht van het apparaat.

Het is noodzakelijk om te vermelden dat fabrikanten veel aandacht besteden aan nieuwe technologieën en ernaar streven waterstofketels te verbeteren, waardoor de nadelen worden geëlimineerd of geminimaliseerd.

Werkingsprincipe van de verwarmingseenheid

Vanwege zijn activiteit H₂ Het wordt in zijn pure vorm niet in de natuur aangetroffen, maar het is vrij eenvoudig om het uit gewoon water te isoleren door middel van elektrolyse, waarbij ook zuurstofgas vrijkomt.

In de gepresenteerde afbeelding ziet u een schematisch ontwerp van verwarmingsapparatuur die op waterstof werkt, met vermelding van alle structurele elementen (+)

Om het verwarmingsapparaat te laten functioneren, is het eerst nodig om H₂. Dit gebeurt in een speciaal compartiment dat gereserveerd is voor een dergelijke reactie. Vloeistof wordt in de container gegoten, waarin metalen platen worden ondergedompeld.

Ze worden voorzien van een elektrische stroom van speciaal geselecteerde zuiverheid, onder invloed waarvan H vrijkomt₂ en over₂, evenals waterdamp als bijproduct.

Het resulterende mengsel wordt door een speciaal apparaat geleid - een chemische scheider, met behulp waarvan het mogelijk is waterstof te isoleren en te scheiden van andere onzuiverheden. Het gezuiverde gas wordt naar de brander gevoerd, waarop een klep is geïnstalleerd.

Het voorkomt beweging H₂ in de andere richting, waardoor een explosie wordt voorkomen. In dit geval worden zuurstof en waterdamp via een ander systeem in een speciale container vrijgegeven.

Vervolgens passeert waterstofgas de beschermingseenheid en komt de verbrandingskamer binnen. Hier reageert het met gas in de aanwezigheid van een katalysator, wat resulteert in de vorming van warmte, die via een warmtewisselaar het verwarmingssysteem van het huis binnendringt.

De waterdamp die vrijkomt in de kamer wordt via een speciaal daarvoor bestemd kanaal teruggevoerd naar het reservoir met de elektrolyt, waardoor gebruik wordt gemaakt van het recyclingproces.

Vermogensaanpassing wordt uitgevoerd met behulp van speciaal uitgeruste kanalen, waarvan het aantal zes kan bereiken. Elk van deze apparaten bevat een katalysator aan de binnenkant, waardoor, wanneer ingeschakeld, het proces van het genereren van warmte begint.

De gasstroom, verwarmd tot een temperatuur van 40°C, begint zich te verplaatsen naar de warmtewisselaar in de verbrandingskamer.

Dankzij afzonderlijke ontwerpen kunnen de kanalen onafhankelijk van elkaar werken, waardoor je slechts een deel ervan kunt inschakelen.

Het proces van het produceren van waterstof in moderne elektrolyse-apparaten is volledig geautomatiseerd. Het enige handmatige proces is het gieten van water in het systeem

Moderne modellen zijn ook uitgerust met verschillende apparaten, bijvoorbeeld waterniveau-indicatoren en druksensoren, waardoor ze automatisch kunnen werken en dringend kunnen reageren in onvoorziene situaties.

Onderdelen van een waterstoffabriek

Het ontwerp van een verwarmingssysteem dat op waterstof werkt, is vrij eenvoudig.

Boiler, dat de rol van een warmtewisselaar speelt, is het belangrijkste element waar waterstofproductie plaatsvindt.

Een ketel die op waterstof werkt, kan worden samengesteld uit beschikbare elementen en voor de werking ervan is alleen gewoon of gedestilleerd water nodig (+)

Elektrolyseapparaat - het belangrijkste actieve deel van de ketel, waar de elektrolytische reactie plaatsvindt, wat leidt tot de ontbinding van water in H₂ en over₂. Het element is een reservoir gevuld met water waarin metalen elektroden worden geplaatst die een maximale stroomgeleiding hebben.

De platen zijn verbonden met draden waardoor elektriciteit wordt geleverd.

Brander - een apparaat dat de koelvloeistof in het verwarmingssysteem helpt verwarmen. Gelegen in de verbrandingskamer wordt een vonk geleverd om deze te ontsteken.

Brander klep - een speciaal onderdeel aan de bovenkant van het apparaat. Dankzij dit detail H₂, die naar boven stijgt, overwint gemakkelijk de barrière die ontoegankelijk is voor andere vrijkomende stoffen en komt rechtstreeks in de brander terecht.

Fabriekswaterstofketels zijn uitgerust met een besturingseenheid. Het paneel toont spannings- en stroomindicatoren, een vermogensregelaar en hendels voor het instellen van andere bedrijfsparameters

Pijpleiding - communicatie die zich uitstrekt vanaf de unit en wordt gebruikt om warmte aan alle kamers van het huis te leveren. Gebruikt voor omsnoering verwarmingsbuizen diameter 25-32mm. Bij het leggen wordt de fundamentele regel in acht genomen: de diameter van elke volgende tak moet kleiner zijn dan die van de vorige.

Selectiecriteria voor generatoren

Wanneer u besluit dergelijke apparatuur aan te schaffen, is het belangrijk om aandacht te besteden aan de volgende criteria.

Stroom. Met moderne apparaten kan de waarde van deze indicator aanzienlijk variëren, waardoor u de beste optie kunt kiezen voor zowel een klein huis als een gebouw met twee of drie verdiepingen.

Het gemiddelde waterverbruik in moderne generatormodellen is niet te hoog. Binnen 24 uur heeft het apparaat ongeveer 5,5 liter nodig om te werken, wat 1,2-2 liter brandstof oplevert

Aantal circuits. Op apparaten die op waterstof werken, is meestal een verwarmingscircuit geïnstalleerd. Sommige modellen bieden ook een extra installatie van een tweede (verwarmings)circuit.

Niveau elektriciteitsverbruik. De huidige technologieën maken het mogelijk om uitstekende warmteprestaties te bereiken met een minimum aan elektriciteit. Het energieverbruik van verschillende typen generatoren varieert van 1,2 tot 3 kW per 1 uur.

Een laag energieverbruik wordt bereikt doordat de waterstofketel niet continu werkt, maar alleen om een ​​bepaalde temperatuur in de kamer te handhaven.

Stroomvoorziening. Alle typen waterstofgeneratoren zijn in twee grote categorieën in te delen: de ene draait op gas, de andere op elektriciteit.

Fabrikant. Het is beter om de voorkeur te geven aan bewezen fabrikanten (Italië, VS). U moet op uw hoede zijn voor producten van lage kwaliteit die door dubieuze bedrijven tegen extreem lage prijzen worden aangeboden.

Tips voor het gebruik van de ketel

Om de functionaliteit van het apparaat te verbeteren, is het belangrijk om de meegeleverde instructies te volgen. U kunt de werking van het apparaat verbeteren door extra onderdelen toe te voegen (u moet de veiligheidsregels strikt volgen).

Een op de brander geïnstalleerde vlamsensor verhoogt de veiligheid van het systeem.Wanneer het vuur uitgaat, sluit het apparaat automatisch de stroom brandbaar gas naar de brander af, waardoor wordt voorkomen dat dit de kamer binnendringt

U kunt speciale sensoren in de binnenkant van de warmtewisselaar installeren om de toename van de waterverwarmingssnelheden te controleren, en het branderontwerp aanvullen met afsluiters.

Sluit hem eenvoudig rechtstreeks aan temperatuursensorzodat de ketel automatisch uitschakelt zodra de verwarming het setpoint bereikt.

Het is ook handig om een ​​apparaat voor genormaliseerde ketelkoeling te installeren.

Waterstofapparaten kunnen niet alleen als enige verwarmingsapparatuur in huis worden gebruikt, maar ook in combinatie met andere verwarmingssystemen. In dit geval kunnen de hoofdverwarmingseenheden in de lagetemperatuurmodus werken.

Als de bedrijfsnormen worden nageleefd, zal een waterstofaangedreven eenheid tientallen jaren dienst doen. Hoewel de garantieperiode voor dergelijke apparaten 15 jaar bedraagt, kunnen ze in de praktijk 20-30 jaar efficiënt werken.

Het repareren van dergelijke apparaten zal niet moeilijk zijn voor een ervaren technicus, omdat het basisontwerp van een waterstofketel niet veel verschilt van analogen die op andere soorten brandstof werken.

Top 5 fabriekswaterstofgeneratoren

Het eerste bedrijf dat de technologie voor de productie van een waterstofbrandstofketel vervaardigde en patenteerde, was een Italiaans bedrijf Giacomini. Het is gespecialiseerd in apparaten die gebaseerd zijn op milieuvriendelijke methoden voor het opwekken van energie: geothermische pompen, zonnepanelen en andere.

H2ydroGEM is een katalytische verbrandingskamer, waarvan elke hoorn een stof bevat die de verbrandingsreactie van waterstof versnelt.Hierdoor vindt het proces plaats bij een relatief lage temperatuur

Momenteel worden vergelijkbare modellen vervaardigd door Amerikaanse, Chinese en Europese bedrijven, maar hun assortiment is niet erg breed vergeleken met ketels die op andere soorten brandstof werken.

De beste fabrieksmodellen van waterstofsystemen

Onder de meest populaire modellen merken we op:

1. MegaTank100 – een generator die draait op elektriciteit uit het netwerk. Het heeft een betrouwbaar beveiligingssysteem op meerdere niveaus tegen oververhitting en kortsluiting, wat een veilige en productieve werking garandeert. De kosten van het model zijn afhankelijk van de configuratie.
2. STAR-2000 – een dure eenheid (>200.000 roebel) heeft uitstekende technische kenmerken. Ondanks het feit dat deze generator minimale energie verbruikt, kan hij een kamer van 251-300 vierkante meter verwarmen.
3. Koningkar – een apparaat op netvoeding met uitstekende prestatie-eigenschappen. De kosten van het model zijn vrij hoog: ongeveer 100 duizend roebel, maar dit wordt gecompenseerd door een zuinig energieverbruik.
4. H2-2 – Italiaanse uitrusting van “extra” klasse tegen een hoge prijs (ongeveer 250.000 roebel). waardoor lucht in grote ruimtes (vanaf 300 m2) verwarmd kan worden³ en hoger) met minimaal elektriciteitsverbruik.
5. Gratis energie – apparaten van hoge kwaliteit tegen een betaalbare prijs in het bereik van 15-35 duizend roebel (de prijs is afhankelijk van het vermogen en andere kenmerken). Uitgerust met een besturingseenheid die veel processen automatiseert, een spannings- en drukregelsensor met meerdere niveaus.

Er zijn ook andere modellen in verschillende prijscategorieën.

Hoe je zelf een ketel maakt

Verwarmingsgeneratoren hebben een vrij lichtgewicht ontwerp. Met een bepaald vaardigheidsniveau kan dat zet het apparaat zelf in elkaar. Tegelijkertijd vereisen dergelijke werkzaamheden, vanwege de explosiviteit van het waterstofmengsel, extreme verantwoordelijkheid, kennis van veiligheidsmaatregelen en ervaring met het installeren van dergelijke apparaten.

Als u het apparaat zelf vervaardigt, kunt u niet van aanzienlijke financiële kosten afkomen, omdat het beter is om sommige componenten kant-en-klaar aan te schaffen. Een hoog risico doet u nadenken over fabrieksinstallaties, waarvoor fabrikanten langdurige garanties bieden

Het proces van het met uw eigen handen maken van een waterstofketel kan in verschillende fasen worden verdeeld.

Stap 1 — uitvoering van de tekening en voorbereiding van materialen. Allereerst zou je soortgelijke projecten op internet moeten vinden om ze te gebruiken om na te denken over een apparaat dat aan alle voorwaarden en mogelijkheden zou voldoen.

Het is noodzakelijk om alle indicatoren, en vooral het vereiste vermogen, nauwkeurig te berekenen en ook te beslissen over de materialen die zullen worden gebruikt om de ketel te maken. Ferromagnetische legeringen worden als de beste optie beschouwd, maar een container van roestvrij staal is zeer geschikt.

Hoewel verwarmingswaterstofgeneratoren verschillende ontwerpen kunnen hebben, blijven de volgende details ongewijzigd:

• 12 volt stroombron;
• de tank waar de constructie zal worden geplaatst;
• PWM-controller met een vermogen van minimaal 30 A;
• meerdere buizen met verschillende diameters gemaakt van roestvrij staal;
• staalplaat;
• ijzerzaag voor metaal;
• gasbrander - beter voorbereid, gekocht in een winkel.

Stap 2 — aanmaak van elektrolyten. Om de platen te maken waarmee de elektrolyseur zal worden uitgerust, moet u een staalplaat van gemiddelde dikte nemen.Met een metalen schaar, een ijzerzaag of een ander gereedschap wordt het in gelijke stroken van 18 of meer stukken gesneden (het aantal moet even zijn).

Aan de andere kant is het in elk van hen noodzakelijk om gaten te boren voor de bouten die nodig zijn om deze elementen volledig bewegingloos in de elektrolyt te houden.

We verdelen alle platen in anoden en kathoden, afhankelijk van deze verdeling zijn er draden op aangesloten, die respectievelijk positieve en negatieve ladingen overbrengen.

Het gebruik van gelijkstroom is efficiënter dan het gebruik van wisselstroom. Het is het beste om een ​​PWM-type generator als bron te gebruiken.

Stap 3 — elektrolyzer montage. Het beste materiaal voor de vervaardiging van dit element is roestvrij staal. Een betrouwbare rechthoekige of vierkante structuur wordt van metaal gelast, waarna er water of een mengsel van H in wordt gegoten₂O met de katalysator, en er worden ook voorbereide platen met aangesloten bedrading geplaatst.

Stap 4 — brander aansluiting. Aan de bovenkant van het apparaat is een brander gemonteerd - het is beter om een ​​gekocht model te gebruiken, dat u in een gespecialiseerde winkel kunt kopen.

Stap #5 — installatie en aansluiting van de afscheider, wat nodig is om waterstofgassen uit een mengsel te scheiden.

Tenslotte wordt er een buis gelegd waardoor H₂ zal naar de brander stijgen, en ook elementen die warmte afvoeren en door het huis verspreiden zijn aangesloten.

Welk water is beter: gewoon of gedistilleerd?

Een van de vragen die eigenaren van waterstofketels vaak stellen, betreft het water dat wordt gebruikt om de apparaten te laten werken.

Gedestilleerd water voor de werking van een waterstofketel kan in de winkels worden gekocht of u kunt de productie ervan zelf opzetten met behulp van een eenvoudige installatie

Volgens deskundigen laten fabrieks- of zelfgemaakte apparaten de beste prestaties zien bij het werken met gedestilleerd water, waaraan heel weinig natriumhydroxide is toegevoegd (één eetlepel per 10 liter H2O).

Een waterstofketel kan echter ook met succes functioneren op leidingwater, het belangrijkste is dat deze geen zouten van zware metalen bevat.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de onderstaande video ziet u een overzicht van een model van een gasboiler die op waterstofbrandstof werkt, geproduceerd door het beroemde Koreaanse bedrijf DAEWOO.

Waterstof wordt niet voor niets de brandstof van de toekomst genoemd: dit gas kan een vrijwel onbeperkte bron van goedkope, milieuvriendelijke brandstof worden die in diverse installaties kan worden ingezet.

Met een waterstofbrandstofketel, vervaardigd in een fabriek of onafhankelijk, kunt u een autonoom verwarmingssysteem creëren. Dit zal helpen om de betalingen voor huisvesting en gemeentelijke diensten aanzienlijk te verminderen, en zal het probleem van het handhaven van een comfortabele temperatuur in woonkamers en bijkeukens oplossen.

Heeft u ervaring met het gebruik van waterstof als brandstof? Wilt u vragen stellen over het onderwerp of praten over uw uitvinding? Reageer op het bericht, neem deel aan discussies en laat foto's achter van uw zelfgemaakte producten. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.