Dispositivo e princípio de operação de uma caldeira de aquecimento a hidrogênio

Os princípios da energia alternativa estão ganhando cada vez mais a atenção dos consumidores. De muitas maneiras, isso é facilitado pelo aumento de tarifas para fontes tradicionais de energia, bem como por interrupções periódicas no mercado de serviços.

Nestas circunstâncias, a caldeira de aquecimento a hidrogênio é considerada como um dos tipos mais promissores de dispositivos que operam com combustível renovável, que é o gás H₂.

Antes de decidir comprar tal unidade, é necessário familiarizar-se com o princípio de sua operação, avaliar as vantagens e desvantagens de usar hidrogênio como combustível. Essas questões são estudadas por nós e apresentadas em detalhes no artigo.

Além disso, delineamos os parâmetros que devem ser levados em consideração na hora de escolher uma caldeira, damos conselhos sobre a operação e preparamos uma visão geral dos melhores geradores de hidrogênio fabricados na fábrica. Fãs de unidade de montagem manual manual de instruções caseira com as próprias mãos.

Propriedades do hidrogênio como combustível

Como mencionado acima, o combustível para esses agregados é o hidrogênio, o gás mais fácil da natureza, que não tem cor e cheiro. Entre suas vantagens estão uma grande quantidade de calor que é liberada durante a combustão de H₂ (121 MJ / kg, enquanto a queima de propano produz apenas 40 MJ / kg).

Em condições normais, o hidrogênio queima a uma temperatura de + 2000 ° C, mas com a ajuda de um catalisador pode ser reduzido para + 300 ° C. Isso possibilita a fabricação de caldeiras a partir de aço de baixo custo e não de metais caros de terras raras.

O hidrogênio não é tóxico, o que garante a segurança de seu uso na vida cotidiana. Quando esta substância é queimada, é produzido vapor de água, o que melhora o clima interior e não necessita de chaminés.

As desvantagens incluem o aumento de explosividade do hidrogênio, especialmente quando misturado com ar ou oxigênio, o que leva à formação de gás detonante.

Vantagens e desvantagens de caldeiras de hidrogênio

Os pontos fortes desses dispositivos são:

1. Completa simpatia ambiental. Os produtos de decomposição da água não prejudicam a atmosfera, são completamente seguros para a saúde das pessoas e dos animais de estimação.
2. Alta eficiênciaque pode chegar a 96%. Isto é significativamente maior do que a eficiência do diesel, gás natural ou carvão.
3. Salvando recursos naturais devido à aplicação fontes alternativas de energia.
4. Baixo preço calorias. Para tais dispositivos, bastante água e um pouco de eletricidade.

Ao mesmo tempo, esses dispositivos têm pontos fracos.

Entre as desvantagens devem incluir as seguintes nuances:

1. Serviço exigente. Para o maior grau possível de saída H₂, é necessário substituir as placas de metal a cada ano. Além de substituir os eletrodos, um catalisador deve ser adicionado regularmente para produzir a quantidade planejada de energia. A frequência deste procedimento depende da potência, bem como das características de um modelo particular.
2. Alto custo - a configuração de fábrica custará não menos do que 35-40 mil rublos.
3. Perigo de explosão com o aumento da pressão normalizada na caldeira.
4. Falta de cilindros de hidrogênio - eles raramente são encontrados à venda.
5. Escolha limitada. Como tais aquecedores não são muito comuns no mercado russo, nem sempre é possível encontrar rapidamente um modelo adequado, bem como encontrar especialistas competentes para a instalação e reparação equipamento.
6. A necessidade de fornecer comunicações. Para operar o dispositivo, é necessário ter uma conexão permanente com a fonte de alimentação para a implementação da reação de eletrólise, bem como para a fonte de água, cuja taxa de fluxo depende da potência do dispositivo.

É necessário mencionar que os fabricantes prestam muita atenção às novas tecnologias, buscam melhorar as caldeiras de hidrogênio, eliminando ou minimizando as desvantagens.

O princípio de funcionamento da unidade de aquecimento

Devido à sua atividade H₂ Não é encontrado em sua forma pura na natureza, mas é suficiente simplesmente isolá-lo da água comum por eletrólise, enquanto o oxigênio gasoso também é liberado.

Para o aquecedor funcionar, primeiro você precisa obter H₂. Isso ocorre em um compartimento especial designado para a ocorrência de uma reação semelhante. O líquido é derramado no recipiente onde as placas de metal são imersas.

Eles são fornecidos com corrente elétrica de pureza especialmente selecionada, sob a influência da qual H é liberado.₂ e ai₂bem como um subproduto - vapor de água.

A mistura resultante é passada através de um dispositivo especial - um separador químico, com o qual é possível isolar o hidrogênio, separando-o de outras impurezas. O gás purificado é alimentado ao queimador, no qual a válvula é instalada.

Evita o movimento de H₂ na outra direção que impede uma explosão. Neste caso, oxigênio e vapor de água através de outro sistema cairão em um recipiente especial.

Em seguida, o gás hidrogênio passa através da unidade de proteção e entra na câmara de combustão. Aqui ele reage com o gás na presença de um catalisador, como resultado de que o calor é gerado, que através do permutador de calor entra no sistema de aquecimento da casa.

O vapor de água libertado na câmara é devolvido através de um canal dedicado ao reservatório de electrólito, utilizando assim o processo de recirculação.

O ajuste de potência é realizado usando canais especialmente equipados, cujo número pode chegar a seis. Um catalisador está contido em cada um desses dispositivos, de modo que quando ligado, o processo de geração de calor é iniciado.

O fluxo de gás, aquecido a uma temperatura de 40 ° C, começa a mover-se para o permutador de calor localizado na câmara de combustão.

Devido às estruturas separadas, os canais podem agir independentemente uns dos outros, o que permite incluir apenas uma parte deles.

Os modelos modernos também são equipados com vários dispositivos, por exemplo, indicadores de nível de água e sensores pressão, o que lhes permite trabalhar em modo automático e responder urgentemente a imprevistos situações.

Componentes de uma planta de hidrogênio

O sistema de dispositivos para aquecimento, funcionando com hidrogênio, é bastante simples.

Caldeirão, desempenhando o papel de um trocador de calor, é o principal elemento onde ocorre a produção de hidrogênio.

Electrolizador - a parte ativa principal da caldeira, onde a reação eletrolítica ocorre, levando à decomposição da água em H₂ e ai₂. O elemento é um tanque cheio de água, no qual são colocados eletrodos de metal, que têm a máxima condutividade da corrente.

Os fios são conectados às placas pelas quais o fornecimento de eletricidade é realizado.

Queimador - um dispositivo que contribui para o aquecimento do refrigerante no sistema de aquecimento. Ele está localizado na câmara de combustão, uma faísca é fornecida para inflamar.

Válvula do queimador - Uma peça especial localizada na parte superior do dispositivo. Graças a este detalhe H₂, subindo até o topo, supera facilmente a barreira inacessível a outras substâncias liberadas e entra diretamente no queimador.

Pipeline - comunicações que partem da unidade e são usadas para fornecer calor a todas as áreas da casa. Para uso de cintas tubos de aquecimento com um diâmetro de 25-32 mm. Ao colocar siga a regra fundamental: o diâmetro de cada ramificação subseqüente deve ser menor que o anterior.

Critérios de seleção de geradores

Ao decidir comprar tal técnica, é importante prestar atenção aos seguintes critérios.

Poder. Nos dispositivos modernos, o valor deste indicador pode variar consideravelmente, o que permite escolher a melhor opção para uma pequena casa e para um edifício de dois, três andares.

Número de contornos. Nos dispositivos que operam com hidrogênio, geralmente é instalado um circuito de aquecimento. Em alguns modelos, também é fornecida uma instalação adicional do segundo circuito (aquecimento).

Nível de consumo de energia. A tecnologia de hoje nos permite alcançar um excelente desempenho térmico ao usar um mínimo de eletricidade. O consumo de energia de vários tipos de geradores varia de 1,2 a 3 kW por 1 hora.

Baixo consumo de energia é conseguido devido ao fato de que a caldeira de hidrogênio não funciona de forma contínua, mas apenas para manter uma certa temperatura na sala.

Fonte de energia. Todos os tipos de geradores de hidrogênio podem ser divididos em duas grandes categorias: um é alimentado por gás e o outro por eletricidade.

Fabricante. É melhor preferir fabricantes comprovados (Itália, EUA). É necessário ter medo dos produtos de baixa qualidade oferecidos por empresas duvidosas a preços extremamente baixos.

Dicas de Operação da Caldeira

Para melhorar a funcionalidade da unidade, é importante seguir as instruções anexas. É possível melhorar o funcionamento do dispositivo adicionando detalhes adicionais (aqui, as regras de segurança devem ser rigorosamente seguidas).

Você pode instalar sensores especiais no interior do trocador de calor para monitorar o aumento do aquecimento da água, bem como para complementar o projeto do queimador com válvulas de parada.

Basta ligá-lo diretamente para sensor de temperaturapara que a caldeira seja desligada automaticamente assim que o aquecimento atingir o ponto de ajuste.

Também é útil instalar um dispositivo para o resfriamento normalizado da caldeira.

No caso de conformidade com os padrões de funcionamento da unidade, trabalhando com hidrogênio, servirá mais de uma dúzia de anos. Embora o período de garantia de tais dispositivos seja de 15 anos, na prática eles podem funcionar bem por 20 a 30 anos.

A reparação de tais dispositivos não será difícil para um mestre experiente, uma vez que o conceito de uma caldeira de hidrogênio não é muito diferente dos análogos que operam em outros tipos de combustível.

5 geradores de hidrogênio de fábrica

A primeira empresa que fabricou e patenteou a tecnologia para a fabricação de caldeiras a hidrogênio foi a italiana. Giacomini. Ela é especializada em dispositivos baseados em métodos ecológicos de produção de energia: bombas geotérmicas, painéis solares e outros.

Atualmente, esses modelos são fabricados por empresas americanas, chinesas e européias, no entanto, seu alcance não é muito grande em comparação com caldeiras que operam em outros tipos combustível.

Os melhores modelos de fábrica de sistemas de hidrogênio

Entre os modelos mais populares, notamos:

1. MegaTank100 - gerador, alimentado por eletricidade da rede. Possui um confiável sistema multi-nível de proteção contra superaquecimento e curto-circuito, o que garante um trabalho seguro e produtivo. O custo do modelo depende da sua configuração.
2. STAR-2000 - uma unidade cara (> 200.000 rublos) possui excelentes características técnicas. Apesar do fato de que este gerador consome um mínimo de energia, é capaz de aquecer uma sala de 251 a 300 metros quadrados.
3. Kingkar - Um aparelho operado pela rede com excelentes propriedades de trabalho. O custo do modelo é bastante alto - cerca de 100 mil rublos, mas é reembolsado pelo consumo de energia econômico.
4. H2-2 - Equipamento italiano extra-classe a um preço elevado (cerca de 250.000 rublos). permitindo aquecer o ar em grandes espaços (a partir de 300 m³ e acima) com consumo mínimo de eletricidade.
5. Energia livre - dispositivos de alta qualidade a um custo democrático na faixa de 15-35 mil rublos (o preço depende da potência e outras características). Equipado com uma unidade de controle que automatiza muitos processos, controle de tensão e pressão do sensor multinível.

Existem também outros modelos em diferentes categorias de preço.

Como fazer uma caldeira você mesmo

Geradores de aquecimento têm design bastante fácil. Com um certo nível de habilidade você pode monte o dispositivo você mesmo. Ao mesmo tempo, devido à explosividade da mistura de hidrogênio, esse trabalho exige responsabilidade extraordinária, conhecimento de engenharia de segurança e experiência de instalação de tais dispositivos.

O processo de fazer sua própria caldeira de hidrogênio pode ser dividido em várias etapas.

Etapa 1 – desenho e preparação de materiais. Em primeiro lugar, projetos similares devem ser encontrados na Internet, a fim de desenvolver em sua base um dispositivo que satisfaça todas as condições e possibilidades.

É necessário calcular com precisão todos os indicadores, e acima de tudo, a potência necessária, bem como decidir sobre os materiais que serão utilizados para fabricar a caldeira. A melhor opção é considerada ligas ferromagnéticas, mas é uma capacidade bastante adequada, feita de aço inoxidável.

Embora um gerador de hidrogênio possa ter projetos diferentes, os seguintes detalhes permanecem os mesmos:

• Fonte de energia de 12 volts;
• tanque onde a estrutura será localizada;
• Controlador PWM com capacidade de pelo menos 30 A;
• vários tubos de diâmetros diferentes, feitos de aço, aço inoxidável;
• chapa de aço;
• serrote;
• queimador a gás - Melhor pronto, comprado na loja.

Passo 2 – produção de eletrólitos. Para o fabrico de placas, que serão equipadas com um eletrolisador, é necessário levar uma folha de aço de espessura média. Usando uma tesoura para metal, uma serra ou outra ferramenta, ela é cortada em tiras iguais na quantidade de 18 ou mais peças (o número deve ser necessariamente uniforme).

Do país inverso em cada um deles é necessário fazer furos para os parafusos que serão necessários para manter estes elementos no eletrólito completamente estacionários.

Todas as placas são divididas em ânodos e catodos, dependendo desta divisão, os fios são conectados a eles, respectivamente, transmitindo cargas positivas e negativas.

O uso de corrente contínua é mais eficaz que o uso de corrente alternada. Como sua fonte, é melhor usar um gerador de tipo PWM.

Etapa número 3 – montagem de células. O melhor material para a fabricação deste elemento é o aço inoxidável. Uma construção sólida de forma quadrada ou retangular é soldada de metal, após o que água ou uma mistura de H é despejada nela.₂O com o catalisador, e também as placas preparadas com os condutores conectados são colocadas.

Passo 4 – conexão do queimador. Um queimador é montado na parte superior do dispositivo - é melhor usar o modelo de compra, que pode ser comprado em uma loja especializada.

Etapa número 5 – instalação e conexão de um separadorque é necessário para a separação do hidrogênio de uma mistura de gases.

Finalmente, um tubo é colocado em que H₂ vai subir para o queimador, e também conectar os elementos que removem o calor e distribuí-lo por toda a casa.

Qual água é melhor - simples ou destilada?

Uma das perguntas que os proprietários de caldeiras a hidrogênio frequentemente perguntam é sobre a água usada para operar os dispositivos.

De acordo com especialistas, a melhor fábrica de desempenho ou dispositivos caseiros demonstram quando se trabalha em água destilada, à qual é adicionado muito pouco hidróxido de sódio (para 10 litros de H2O - uma tabela colher).

No entanto, a caldeira de hidrogênio pode funcionar com sucesso na água da torneira, o principal é que não contém sais de metais pesados.

Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

No vídeo abaixo, você verá uma visão geral do modelo de uma caldeira a gás operando com combustível hidrogênio, produzido pela famosa empresa coreana DAEWOO.

Não é sem razão que o hidrogênio é chamado de combustível do futuro: esse gás pode se tornar um recurso quase ilimitado de combustível barato e ecológico que pode ser usado em diferentes instalações.

Uma caldeira a hidrogênio, fabricada de fábrica ou de forma independente, permitirá que você crie um sistema de aquecimento autônomo. Isso ajudará a reduzir significativamente os pagamentos em habitação e serviços comunitários, decidir sobre a manutenção de uma temperatura confortável em salas de estar e salas de serviço.

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