Vodikov kotel za ogrevanje: zgradba + načelo delovanja + merila za izbiro

Načela alternativne energetike vse bolj pridobivajo pozornost potrošnikov. K temu v veliki meri prispeva rast tarif za tradicionalne vire energije ter občasne motnje na trgu storitev.

V teh okoliščinah se vodikov ogrevalni kotel obravnava kot ena najbolj obetavnih naprav, ki delujejo na obnovljivo gorivo, in ta plin je H₂.

Preden se odločite za nakup takšne naprave, se morate seznaniti z načelom njenega delovanja ter oceniti prednosti in slabosti uporabe vodika kot goriva. Ta vprašanja smo preučili in jih podrobno opisali v članku.

Poleg tega smo navedli parametre, ki jih je treba upoštevati pri izbiri kotla, podali nasvete za uporabo in pripravili pregled najboljših tovarniško izdelanih vodikovih generatorjev. Ljubiteljem domačih izdelkov bo koristilo navodilo za sestavo naprave z lastnimi rokami.

Lastnosti vodika kot goriva

Kot je bilo že omenjeno, je gorivo za tovrstne naprave vodik, najlažji plin v naravi, ki nima barve in vonja. Med njegove prednosti lahko štejemo veliko količino toplote, ki se sprosti pri zgorevanju H₂ (121 MJ/kg, medtem ko se pri gorenju propana sprosti le 40 MJ/kg).

V običajnih pogojih vodik gori pri temperaturi +2000 °C, vendar jo je s pomočjo katalizatorja mogoče znižati na +300 °C. To omogoča izdelavo kotlov iz cenovno ugodnega jekla, namesto iz dragih redkih zemeljskih kovin.

Vodik ni toksičen, kar zagotavlja varnost pri uporabi v gospodinjstvu. Pri zgorevanju te snovi nastane vodna para, ki izboljšuje mikroklimo v prostorih in ne potrebuje dimnikov.

Pri uporabi vodika je treba strogo upoštevati varnostna pravila: ob nepravilni uporabi plina ali stiku z odprtim ognjem lahko pride do uničujoče eksplozije.

Med slabosti lahko štejemo povečano eksplozivnost vodika, zlasti ko se meša z zrakom ali kisikom, kar vodi do nastanka pokalnega plina.

Prednosti in slabosti vodikovih kotlov

Močne strani tovrstnih naprav so:

1. Popolna okoljska neoporečnost. Produkti razgradnje vode ne škodujejo ozračju, popolnoma so varni za zdravje ljudi in domačih živali.
2. Visok izkoristek, ki lahko doseže 96%.  To je bistveno višje od izkoristka dizla, zemeljskega plina ali premoga.
3. Prihranek naravnih virov z uporabo alternativnih virov energije.
4. Nizka cena pridobljenih kalorij. Za tovrstne naprave zadostuje voda in malo elektrike.

Hkrati pa imajo tovrstne naprave tudi šibke točke.

Med slabosti je treba uvrstiti naslednje nianse:

1. Zahtevnost pri vzdrževanju. Za čim višjo stopnjo proizvodnje H₂ je treba vsako leto zamenjati kovinske plošče. Poleg zamenjave elektrod je treba za proizvodnjo načrtovane količine energije redno dodajati katalizator. Pogostost tega postopka je odvisna od moči in tudi od značilnosti določenega modela.
2. Visoko ceno – tovarniška naprava bo stala najmanj 350–400 €.
3. Nevarnost eksplozije ob povišanju normiranega tlaka v kotlu.
4. Pomanjkanje vodikovih jeklenk – na prodaj jih je mogoče najti precej redko.
5. Omejenost izbire. Ker tovrstne grelne naprave niso preveč razširjene na ruskem trgu, ni vedno mogoče hitro najti ustreznega modela, prav tako pa tudi najti usposobljene strokovnjake za montažo in popravilo opreme.
6. Potreba po priključitvi napeljav. Za delovanje naprave je potrebna stalna priključitev na električno napajanje za izvedbo elektrolize, pa tudi na vir vode, katere poraba je odvisna od moči naprave.

Treba je omeniti, da proizvajalci namenjajo veliko pozornosti novim tehnologijam ter si prizadevajo izboljšati vodikove kotle, pri čemer odpravljajo ali zmanjšujejo pomanjkljivosti.

Načelo delovanja ogrevalne naprave

Zaradi svoje aktivnosti H₂ v čisti obliki v naravi ne obstaja, vendar ga je dovolj preprosto izločiti iz navadne vode z elektrolizo, pri čemer se sprošča tudi plinasti kisik.

Na prikazani sliki si lahko ogledate shematično napravo ogrevalne opreme, ki deluje na vodik, z vsemi elementi konstrukcije (+).

Za delovanje grelne naprave je najprej treba pridobiti H₂. To se zgodi v posebnem predelu, namenjenem poteku tovrstne reakcije. V posodo se nalije tekočina, v katero so potopljene kovinske plošče.

Nanje se dovaja električni tok posebej izbrane čistosti, pod vplivom katerega se sproščata H₂ in O₂, ter kot stranski produkt – vodna para.

Dobljena mešanica se spušča skozi posebno napravo – kemični separator, s pomočjo katerega je mogoče izločiti vodik in ga ločiti od drugih primesi. Očiščen plin se dovaja v gorilnik, na katerem je nameščen ventil.

Preprečuje premikanje H₂ v drugo smer, kar preprečuje eksplozijo. Pri tem se kisik in vodna para preko drugega sistema odvajata v posebno posodo.

Nato plinasti vodik prehaja skozi zaščitni blok in vstopa v zgorevalno komoro. Tu reagira s plinom v prisotnosti katalizatorja, pri čemer nastane toplota, ki preko toplotnega izmenjevalnika vstopa v domači ogrevalni sistem.

Vodni hlapi, ki so se sprostili v komori, se po posebej namenjenem kanalu vračajo v rezervoar z elektrolitom, s čimer uporabljajo proces recirkulacije.

Prilagajanje moči se izvaja s pomočjo posebej opremljenih kanalov, katerih število lahko doseže šest. V vsakem od teh pripomočkov se nahaja katalizator, zaradi česar ob vklopu začne proces proizvodnje toplote.

Plinski tok, ki se je segrel na temperaturo 40°C, začne premikanje proti toplotnemu izmenjevalniku, ki se nahaja v zgorevalni komori.

Zahvaljujoč ločenim konstrukcijam lahko kanali delujejo neodvisno drug od drugega, kar omogoča vklop le dela njih.

Postopek pridobivanja vodika v sodobnih elektroliznih aparatih je popolnoma avtomatiziran. Edini postopek, ki se izvaja ročno, je dolivanje vode v sistem.

Sodobni modeli so opremljeni tudi z različnimi napravami, na primer kazalniki nivoja vode in tlačnimi senzorji, kar jim omogoča delovanje v avtomatskem načinu ter nujno ukrepanje v nepredvidenih situacijah.

Sestavni deli vodikove naprave

Naprava ogrevalnega sistema, ki deluje na vodik, je precej enostavna.

Kotel, ki igra vlogo toplotnega izmenjevalnika, – to je glavni element, kjer poteka proizvodnja vodika.

Kotel, ki deluje na vodik, je mogoče sestaviti iz dostopnih elementov, za njegovo delovanje pa je potrebna le navadna ali destilirana voda (+)

Elektrolizer – glavni delujoči del kotla, kjer poteka elektrolitska reakcija, ki vodi do razpada vode na H₂ in O₂. Element predstavlja rezervoar, napolnjen z vodo, v katerega so nameščene kovinske elektrode, ki imajo največjo prevodnost toka.

Na ploščice so priključene žice, po katerih poteka dovajanje elektrike.

Gorilnik – pripomoček, ki prispeva k segrevanju toplotnega nosilca v ogrevalnem sistemu. Nahaja se v kurilni komori, za njegov vžig se dovaja iskra.

Ventil gorilnika – poseben del, ki se nahaja v zgornjem delu naprave. Zahvaljujoč temu delu H₂, ki se je dvignil navzgor, zlahka premaga oviro, ki je drugim sproščenim snovem nedostopna, in vstopa neposredno v gorilnik.

V tovarniških vodikovih kotlih je predvidena krmilna enota. Na plošči so prikazani podatki o napetosti in toku, regulator moči in ročice za nastavljanje drugih delovnih parametrov.

Cevovod – komunikacije, ki odhajajo od agregata in se uporabljajo za dovajanje toplote v vse prostore hiše. Za povezovanje se uporabljajo ogrevalne cevi premera 25–32 mm. Pri polaganju je treba upoštevati osnovno pravilo: premer vsake naslednje veje mora biti manjši od prejšnje.

Merila za izbiro generatorjev

Ko se odločite za nakup takšne opreme, je pomembno, da upoštevate naslednje kriterije.

Moč. Pri sodobnih napravah se vrednost tega parametra lahko precej razlikuje, kar omogoča izbiro optimalne različice tako za majhno hišo kot za dvo- ali trinadstropno stavbo.

Povprečna poraba vode pri sodobnih modelih generatorja ni previsoka. V 24 urah bo za delovanje naprave potrebnih približno 5,5 litrov, s čimer se proizvede 1,2–2 litra goriva.

Število krogov. Na napravah, ki delujejo na vodik, je običajno nameščen ogrevalni krog. Pri nekaterih modelih je predvidena tudi dodatna namestitev drugega (grejalnega) kroga.

Stopnja porabe električne energije. Današnje tehnologije omogočajo odlično proizvodnjo toplote ob minimalni porabi elektrike. Poraba energije različnih vrst generatorjev se giblje od 1,2 do 3 kW na uro.

Nizka poraba električne energije je dosežena zato, ker vodikov kotel ne deluje neprekinjeno, ampak le za vzdrževanje določene temperature v prostoru.

Vir napajanja. Vse vrste vodikovih generatorjev lahko razdelimo v dve veliki kategoriji: ena deluje na plin, druga pa na elektriko.

Proizvajalec. Bolje je dati prednost preverjenim proizvajalcem (Italija, ZDA). Pazite se nekakovostnih izdelkov, ki jih ponujajo dvomljiva podjetja po izjemno nizkih cenah.

Nasveti za uporabo kotla

Za izboljšanje funkcionalnosti agregata je pomembno upoštevati priložena navodila. Delovanje naprave lahko izboljšate z dodajanjem dodatnih delov (pri tem je treba strogo upoštevati varnostna pravila).

Senzor plamena, nameščen na gorilniku, povečuje varnost sistema. Ko ogenj ugasne, naprava samodejno zapre dovod gorljivega plina v gorilnik in tako prepreči njegovo uhajanje v prostor.

V notranji del toplotnega izmenjevalnika je mogoče vgraditi posebne senzorje, ki omogočajo spremljanje povišanja temperature vode, ter dodatno opremiti konstrukcijo gorilnika z zapornimi armaturami.

Dovolj je, da jo neposredno priključite na temperaturni senzor, da se kotel samodejno izklopi, ko ogrevanje doseže nastavljeno vrednost.

Koristno je tudi namestiti napravo za normirano hlajenje kotla.

Vodikove naprave se lahko uporabljajo ne le kot edina ogrevalna oprema v hiši, ampak tudi v kombinaciji z drugimi ogrevalnimi sistemi. Glavne toplotne naprave v tem primeru lahko delujejo v nizkotemperaturnem načinu.

Ob upoštevanju pravil obratovanja bo vodikov agregat zdržal več desetletij. Čeprav je garancijska doba takšnih naprav 15 let, lahko v praksi kakovostno delujejo 20–30 let.

Popravilo takšnih naprav izkušenemu mojstru ne bo predstavljalo težav, saj se principialna shema vodikovega kotla ne razlikuje preveč od analogov, ki delujejo na druge vrste goriva.

Top 5 tovarniško izdelanih vodikovih generatorjev

Prvo podjetje, ki je izdelalo in patentiralo tehnologijo izdelave kotla na vodikovo gorivo, je bilo italijansko podjetje Giacomini. Specializira se za naprave, ki temeljijo na okolju prijaznih načinih pridobivanja energije: geotermalnih črpalkah, sončnih kolektorjih in drugih.

H2ydroGEM — katalitična zgorevalna komora, v vsakem gorilniku katere je snov, ki pospešuje reakcijo zgorevanja vodika. Zaradi tega proces poteka pri relativno nizki temperaturi.

Trenutno takšne modele izdelujejo ameriška, kitajska in evropska podjetja, vendar njihov izbor ni preveč širok v primerjavi s kotli, ki delujejo na druge vrste goriva.

Najboljši tovarniški modeli vodikovih sistemov

Med najbolj priljubljene modele sodijo:

1. MegaTank100 – generator, ki deluje na elektriko iz omrežja. Ima zanesljiv večstopenjski zaščitni sistem pred pregrevanjem in kratkimi stiki, kar zagotavlja varno in učinkovito delovanje. Cena modela je odvisna od njegove opreme.
2. STAR-2000 – dragocen agregat (več kot 2000 €) ima odlične tehnične lastnosti. Kljub temu, da ta generator porabi najmanj energije, lahko ogreva prostor s površino 251–300 kvadratnih metrov.
3. Kingkar – naprava, ki deluje iz omrežja, z odličnimi obratovalnimi lastnostmi. Cena modela je precej visoka – približno 1000 €, vendar se povrne z ekonomično porabo energije.
4. H2-2 – italijanska tehnika razreda »extra« po visoki ceni (približno 2500 €). Omogoča ogrevanje zraka v obsežnih prostorih (od 300 m³ in več) z minimalno porabo elektrike.
5. Free Energy – kakovostne naprave po dostopni ceni v območju 150–350 € (cena je odvisna od moči in drugih lastnosti). Opremljene so s krmilno enoto, ki avtomatizira številne procese, ter večstopenjskim senzorjem za uravnavanje napetosti in tlaka.

Obstajajo tudi drugi modeli v različnih cenovnih kategorijah.

Kako narediti kotel sami

Generatorji ogrevanja imajo dokaj lahko konstrukcijo. Ob znani ravni spretnosti je mogoče samostojno sestaviti napravo. Hkrati zaradi eksplozivnosti vodikove zmesi takšno delo zahteva izjemno odgovornost, poznavanje varnostne tehnike in izkušnje pri montaži podobnih naprav.

Pri samostojni izdelavi naprave se ne boste izognili znatnim finančnim stroškom, saj je bolje, da nekatere komponente kupite že pripravljene. Visoko tveganje vas prisili, da razmislite o tovarniških napravah, za katere proizvajalci dajejo dolgoročna jamstva.

Postopek izdelave vodikovega kotla z lastnimi rokami lahko razdelimo na več stopenj.

1. korak – izdelava načrta in priprava materialov. Najprej je treba na internetu poiskati podobne projekte, da na njihovi podlagi premislite o napravi, ki bi ustrezala vsem pogojem in možnostim.

Treba je natančno izračunati vse kazalnike, predvsem potrebno moč, ter rešiti vprašanje materialov, ki bodo uporabljeni za izdelavo kotla. Za optimalno možnost veljajo feromagnetne zlitine, vendar bo povsem ustrezala tudi posoda iz nerjavnega jekla.

Čeprav ima lahko vodikov generator ogrevanja različne izvedbe, ostajajo nespremenjeni naslednji deli:

• 12-voltni vir energije;
• rezervoar, v katerem bo nameščena konstrukcija;
• PWM-regulator z močjo najmanj 30 A;
• več cevk različnih premerov, izdelanih iz nerjavnega jekla;
• jeklena pločevina;
• žaga za kovino;
• plinski gorilnik – raje že pripravljen, kupljen v trgovini.

2. korak – izdelava elektrolitov. Za izdelavo plošč, s katerimi bo opremljen elektrolizer, je treba vzeti jekleno pločevino srednje debeline. S škarjami za kovino, žago ali drugim orodjem jo razrežemo na enake trakove v količini 18 ali več kosov (število mora biti nujno sodo).

Na nasprotni strani vsake od njih je treba izvrtati luknje za vijake, ki bodo potrebni, da bi ti elementi v elektrolitu ostali popolnoma nepremični.

Vse plošče razdelimo na anode in katode; glede na to razdelitev se nanje priključijo žice, ki prenašajo pozitiven oziroma negativen naboj.

Uporaba enosmernega toka je bolj učinkovita kot uporaba izmeničnega. Kot njegov vir je najbolje uporabiti generator tipa PWM.

Korak št. 3 – sestavljanje elektrolizerja. Najboljši material za izdelavo tega elementa je nerjavno jeklo. Iz kovine se zvari zanesljiva konstrukcija pravokotne ali kvadratne oblike, nato pa se vanjo vlije voda ali mešanica H₂O s katalizatorjem, ter namestijo pripravljene plošče s priključenimi žicami.

Korak št. 4 – priključitev gorilnika. V zgornjem delu naprave je nameščen gorilnik – najbolje je uporabiti kupljen model, ki ga lahko kupite v specializirani trgovini.

Korak št. 5 – montaža in priključitev separatorja, ki je potreben za ločevanje vodika iz mešanice plinov.

Na koncu se položi cev, po kateri se bo H₂ dvigal do gorilnika, ter priključijo elementi, ki odvajajo toploto in jo razporejajo po hiši.

Katera voda je boljša – običajna ali destilirana

Eno od vprašanj, ki jih pogosto postavljajo lastniki vodikovih kotlov, se nanaša na vodo, ki se uporablja za delovanje naprav.

Destilirano vodo za delovanje vodikovega kotla lahko kupite v trgovinah ali pa si njeno proizvodnjo uredite sami z uporabo preproste naprave.

Po mnenju strokovnjakov tovarniške ali lastno izdelane naprave najbolje delujejo z destilirano vodo, v katero je dodana zelo majhna količina natrijevega hidroksida (na 10 litrov H₂O – eno žlico).

Vendar pa lahko vodikov kotel uspešno deluje tudi z vodovodno vodo, pomembno je le, da ne vsebuje soli težkih kovin.

Zaključki in koristen video na to temo

V spodnjem videoposnetku si boste ogledali pregled modela plinskega kotla na vodikovo gorivo, ki ga proizvaja znano južnokorejsko podjetje DAEWOO.

Vodik ne brez razloga imenujejo gorivo prihodnosti: ta plin lahko postane skoraj neomejen vir poceni okolju prijaznega goriva, ki ga je mogoče uporabljati v različnih napravah.

Kotel na vodikovo gorivo, izdelan v tovarni ali samostojno, bo omogočil ustvarjanje avtonomnega ogrevalnega sistema. To bo pomagalo znatno zmanjšati stroške komunalnih storitev, rešilo vprašanje vzdrževanja udobne temperature v bivalnih prostorih in pomožnih prostorih.

Imate izkušnje z uporabo vodika kot goriva? Želite postaviti vprašanja o temi ali povedati o svojem izumu? Prosimo, komentirajte objavo, sodelujte v razpravah in pustite fotografije svojih izdelkov. Povratni obrazec se nahaja spodaj.