Vodíkový kotel pro vytápění a techniku ​​kutilské výroby

Pokyny krok za krokem pro vytvoření topného kotle na vodíkové palivo

Vodíkový kotel je inovativní vědecké řešení, díky kterému je možné vytápět předměty s minimálními finančními náklady a vysokou účinností. Nepotřebuje údržbu a je spolehlivý v provozu, má však složitou konstrukci a klade vysoké nároky na kvalitu použitých komponentů. Je možné vyrobit kotel na vytápění vodíkového paliva vlastníma rukama?

Vlastnosti vodíku jako paliva

Vodík je nejlehčí plyn bez barvy a zápachu, který je desátým nejrozšířenějším chemickým prvkem na planetě. Je netoxický a nevylučuje škodlivé látky ani při spalovací reakci.

Jako palivo je výhodné používat vodík z následujících důvodů:

• vysoký přenos tepla (více než 121 MJ/kg) díky dosažení teploty +60000C při spalování,
• možnost snížení teploty spalování na + 3000 C, za použití katalyzátorů,
• bezpečnost v případě úniků v důsledku rychlého odpařování do atmosféry, protože jeho hmotnost je 14krát lehčí než vzduch,
• možnost těžby paliva kdekoli na světě,
• nenáročnost na použitý typ kotle.

Zařízení na vodíkový kotel

Vodíkový topný kotel se skládá z následujících konstrukčních prvků:

• výměník tepla,
• spalovací komory paliva
• elektrolyzér,
• nádrže na výrobu vodíku, ve kterých je umístěn elektrolyt,
• dvoustupňová ochranná jednotka, která zabraňuje vzniku řetězové reakce.

Zařízení na vodíkový kotel

Princip činnosti

Provoz kotle na vodíková paliva je realizován následovně:

1. V elektrolyzéru po příchodu elektrolytického roztoku a průchodu elektrického proudu dvěma ponořenými elektrodami začíná produkce plynu H2 a O2 a také vodní páry.
2. Směs plynů vstupuje do chemického separátoru, kde se odděluje vodík z celkového objemu. V tomto případě je vyčištěný plyn vypouštěn přes speciální ventil do další jednotky instalace bez možnosti zpětného zdvihu. Takové konstruktivní řešení umožňuje vyloučit výbuch při kontaktu vodíku se směsí vzduchu.
3. Přes ochranný blok vstupuje vyčištěný plyn do spalovací komory, ve které je umístěn výměník tepla. Při chemické reakci vodíku s kyslíkem za přítomnosti katalyzátoru dochází k ohřevu výměníku tepla, který obsahuje teplonosné médium používané v topném systému zařízení.
4. Plyn vyčerpaný po chemické reakci vstupuje opět do komory s elektrolytickým roztokem.

Nastavení topného výkonu se provádí díky přítomnosti v systému několika speciálních kanálů s katalyzátorem, které se během provozu kotle mohou účastnit chemické reakce nebo z ní být vyloučeny.

Kritéria výběru modelu

Vodíkový kotel pro dům musí být vybrán s ohledem na následující kritéria:

• topný výkon musí odpovídat požadavkům použitého topného systému a nosiče tepla a také zohledňovat plochu vytápěných prostor,
• rozměry spalovací komory musí být vybaveny potřebným počtem výměníků tepla, což vám umožní uspořádat několik topných okruhů,
• elektrická síť v objektu musí odolat příkonu elektrické energie kotle,
• všechny konstrukční prvky kotle musí být vyrobeny z vysoce kvalitních materiálů a mít dostatečnou rezervu bezpečnosti a odolnosti proti opotřebení,
• ochranná jednotka musí být certifikována a splňovat bezpečnostní normy.

Příklad vodíkového topného kotle

Funkce provozu

Důležitým rysem použití vodíkového paliva je nebezpečí jeho výbuchu při kontaktu se vzduchem. Proto je důležité dodržovat následující provozní pravidla:

• je nutné pravidelně sledovat teplotu čidel instalovaných na výměnících tepla a zabránit přehřátí nosiče tepla nad přípustné limity,
• je zakázáno provozovat kotel v režimech, které nejsou uvedeny výrobcem nebo mohou způsobit řetězovou reakci,
• při vzestupu tlaku plynu ve spalovací komoře je nutné provést opatření k jeho stabilizaci a zjistit příčiny těchto změn,
• pro nepřetržitý provoz kotle je třeba se postarat o stabilizované napájení,
• je důležité pravidelně měnit elektrolyzér a sledovat přívod vody.

Výhody a nevýhody

Volba ve prospěch kotlů na vodíkové palivo je odůvodněna následujícími výhodami:

• žádné emise škodlivých látek do ovzduší,
• teplo se uvolňuje během chemické reakce, která nevyžaduje plamen,
• vysoká účinnost tepelné instalace,
• žádný hluk v kotli,
• není nutná instalace komína, takže je možné kotel instalovat kdekoli v místnosti.

Se všemi výhodami vodíkových kotlů stojí za zvážení také jejich nevýhody:

• malý počet podniků zabývajících se výrobou a zkapalňováním vodíku,
• potřeba kontrolovat tlak ve vodíkové láhvi, aby se zabránilo výbuchu,
• vysoké požadavky na kvalitu montáže všech komponentů a také na materiály použité při výrobě,
• opravy a údržba vyžadují zapojení specialistů,
• potíže s hledáním podrobností
• vysoká spotřeba vody.

Se všemi výhodami vodíkových kotlů stojí za zvážení také obtížnost shánění dílů

Jak vyrobit vodíkový kotel vlastníma rukama?

Než si vyrobíte vodíkový kotel vlastníma rukama, musíte připravit následující materiály:

• vysoce legované nerezové plechy o tloušťce 2-4 mm,
• čištění vodního filtru,
• transparentní vysokotlaké plynové hadice o průměru 8 mm,
• uzavřená plastová nádoba o objemu 1,5-2 litrů,
• hadicová koncovka 8 mm,
• dva šrouby 150×6 mm, matice a podložky k nim,
• profilová trubka 20×20 mm a 40×40 mm.

Pro výrobu budete potřebovat následující nástroje:

• bruska s kotoučem na kov,
• šroubovák a vidlicový klíč na šrouby,
• závitové nástroje 6 mm,
• stavební nůž na řezání hadic,
• vrtačka se sadou vrtáků,
• svářečka.

K výrobě vodíkového kotle potřebujete brusku s kovovým kotoučem

Výrobní proces kotle lze kvalitativně rozdělit do následujících fází:

1. Vytvoření generátoru vodíku.
2. Výroba a montáž kotle.

Fáze vytvoření generátoru vodíku

Krok za krokem je vodíkový generátor vyroben následovně:

1. Ocelový plech nařežeme na pláty o rozměrech 50×50 mm v počtu 16 kusů. Jeden z rohů seřízneme pod úhlem 450 a do protějšího rohu vyvrtáme otvory o průměru 6 mm.
2. Na jeden šroub položíme desky a položíme je na obě strany s podložkami o tloušťce 1-2 mm. Zafixujeme je maticí. Na druhý šroub nasadíme zbylé pláty stejným způsobem. Ve výsledku získáme design, který připomíná dva radiátory, které lze zasunout do sebe tak, aby se desky nedotýkaly jejich povrchů.
3. Vezmeme plastovou nádobu a do jejího víka uděláme dva otvory pro šrouby tak, aby se desky chladiče daly umístit nad sebe a nedotýkaly se.
4. Na desku připevníme dva radiátory.
5. Vložíme konstrukci do kontejneru a připevníme ji ke šroubům. Současně jsou mezi víkem a tělem položena měkká pryžová těsnění pro zvýšení těsnosti nádoby.
6. Ve víku děláme dva 8mm otvory pro pryžové hadičky: jeden pro přívod vodíku a druhý pro vodu.
7. Do otvorů vložíme dvě trubky z ocelové trubky se závitem. Těsnění položíme na obě strany a připevníme je na matice.
8. Těsnost sestavy zkontrolujeme tak, že na jednu trubku připojíme kompresor, na druhou manometr. Načerpáme tlak 2 atmosféry a po dobu 30 minut sledujeme údaje na tlakoměru. Pokud se nezměnila, je montáž dokončena, jinak chyby vzniklé při těsnění odstraňujeme.
9. Kontrolujeme provozuschopnost generátoru za pracovních podmínek: na odbočné potrubí nainstalujeme zpětný ventil, připojíme k němu vodíkovou láhev, vodu na druhou a elektrický proud na dvě elektrody (dva šrouby chladiče).

Etapa tvorby a montáže kotle

Vodíkové kotle pro soukromý dům, určené pro vytápění, musí být vytvořeny krok za krokem takto:

1. Profilovou trubku 20×20 mm nařežeme bruskou na 8 dílů po 300 mm.
2. Trubku 40×40 mm nařežeme na 3 části: dvě 80 mm každá a jedna 200 mm.
3. V trubce 200 mm o průřezu 40 x 40 mm vyřízneme uprostřed délky ze dvou protilehlých stran otvory pro trubku 40 x 40 mm. Poté do otvorů v pravém úhlu vložíme trubky 40×40 mm dlouhé 80 mm a svaříme.
4. Na tři koncové části kříže přivaříme zátky, na čtvrtý záslepku s odbočnou trubkou pro připojení trubky s vodíkem.
5. Ve vzdálenosti 70-80 mm od středu kříže na každé jeho části vyvrtáme jeden otvor o průměru 10-14 mm. Budou tam čtyři otvory.
6. Trysky (podobné klasickým plynovým) navaříme do 4 připravených otvorů.
7. Ke každému koncovému dílu přivaříme dvě profilové trubky 20×20 mm tak, aby svíraly pravý úhel s rovinou kříže.
8. Z ocelového plechu vyřízneme tři stěny tělesa kotle 300×300 mm. Ve 2 z nich vytvoříme 4 otvory o průměru 20-30 mm v místě trysek a ve třetím – o průměru 10 mm.
9. Trubku o průměru 20-30 mm nařežeme na kusy dlouhé 50-60 cm a přivaříme je k menšímu ocelovému plechu uříznutému v osmém kroku.
10. Vezmeme trubku o průměru 20 mm s délkou o 30-40 mm menší, než je délka svařovaných trubek, a vyvrtáme do ní dva otvory nahoře a dole, aby bylo možné svařit.
11. Trubku přiložíme na ocelový plech s menšími otvory a svaříme.
12. Hotovou konstrukci otočíme a nainstalujeme druhý ocelový plech, přičemž trubky musí vstupovat do dříve vyrobených otvorů. Poté trubky přivaříme k plechu.
13. Na ocelový plech přivaříme konstrukci s hořákem.
14. Trysky pro cirkulaci chladicí kapaliny přivaříme k odpovídajícím otvorům v pouzdře.
15. Na přívodní potrubí instalujeme teplotní čidlo, na hořáku detektor plamene. Oba snímače propojujeme s automatickými ovladači nebo vizuálně-zvukovými varovnými systémy.
16. Zkontrolujeme těsnost pouzdra.
17. Poté z ocelových plechů vytvoříme vnější ochranné pouzdro vhodných rozměrů, do kterého umístíme všechny uzly konstrukce a spojíme je. Zvláštní pozornost je třeba věnovat těsnosti všech spojů a pečlivě ji dvakrát zkontrolovat. Na elektrody připojíme elektřinu. Provádíme zkušební provoz instalace.

Aby se urychlila chemická reakce v elektrolytickém článku, je nutné rozpustit zásadu nebo sůl ve vodě. Tím se zlepší vodivost vody a zvýší se výtěžek vodíku.

Kotle na vodík je docela možné vyrobit vlastníma rukama, protože téměř všechny díly lze bez problémů zakoupit v železářství. Potíže však vznikají při změně návrhu za účelem zlepšení výkonu, což vyžaduje zapojení specialistů do provádění složitých výpočtů. Vytváření kotlů bez promyšlení hlavních parametrů způsobí, že budou neefektivní a provozně nebezpečné.

Jak vyrobit vodíkový kotel vlastníma rukama

Podstatou tohoto typu ohřevu je chemická reakce elektrolýzy, při které se voda dělí na molekuly vodíku a kyslíku. V důsledku toho dochází ke vzniku Brownova plynu nebo, jak se také nazývá, výbušného plynu. Při této chemické reakci se uvolňuje teplo, které se využívá k ohřevu. Úpravou výkonu kotle dosáhnete požadované teploty v místnosti, kterou vytápíte.

Aby vodíkový ohřev fungoval, jsou nutné následující podmínky:

• Volný průtok vody. Zpravidla se používá voda z vodovodu, lze však použít i vodu destilovanou. Objem požadované kapaliny přímo závisí na výkonu kotle.
• Dostupnost elektřiny. K tomu, aby proces elektrolýzy mohl probíhat, je zapotřebí elektřina.

Toto zařízení je považováno za nejekologičtější ze všech způsobů vytápění, protože během provozu se uvolňuje pára, která nepoškozuje životní prostředí. A pro práci potřebujete jen přítomnost elektřiny a pro snížení nákladů je tu možnost pracovat ze solární energie, tedy čerpat energii přes solární panely.

Výhody a nevýhody ohřevu na vodík

1. Za jednu z nejviditelnějších výhod lze považovat nekonečné množství paliva, protože jim slouží voda. Pro výrobu tepla není potřeba těžit uhlí, palivové dříví nebo jiný přírodní zdroj.
   Nízká spotřeba elektrické energie
2. Nízká spotřeba elektrické energie. Například zařízení o výkonu 40 kW spotřebuje 0,44 kW za hodinu, vodíkový kotel je považován za nejekonomičtější, na rozdíl od jiných způsobů vytápění.
3. Vysoký stupeň šetrnosti k životnímu prostředí, neexistují žádné emise škodlivé pro životní prostředí, protože během provozu se uvolňuje pouze pára.
4. Vysoká účinnost cca 94 %, žádný jiný typ vytápění neposkytuje podobný přenos tepla.
5. Nízká hladina hluku během provozu.
6. Nevyžaduje instalaci komína a jeho následnou údržbu.
7. Není potřeba hořícího plamene.
8. Na instalaci a místo instalace jsou kladeny mnohem nižší požadavky než na plynové zařízení.

1. Nevýhodou je, že plyn, který se vyrábí, nemá barvu ani zápach a pokud unikne, bude extrémně obtížné jej odhalit. Teplota, při které se vznítí, je 540 stupňů, na základě toho je klasifikován jako výbušnina.
   Vývoj vodíku
2. Poměrně vysoké náklady.
3. Je velmi málo profesionálů, kteří testují a certifikují tlakové láhve.
4. Je nutné neustálé doplňování katalyzátoru.
5. Obtížnost shánění náhradních dílů je způsobena nízkou poptávkou na trhu.

Domácí instalační schéma

Neexistuje jednoznačné schéma zařízení, protože se může lišit v závislosti na konfiguraci s různými senzory.

Je však možné vyčlenit seznam nezbytných minimálních součástí tohoto zařízení:

1. Nádoba, která je naplněna kapalinou (elektrolytem).
   Sada desek pro elektrolyzér
2. Sada nerezových plátů, mezi kterými se bude působením elektřiny rozkládat voda na vodík a kyslík (elektrolyzér).
3. Bezpečnostní modul.
4. Spalovací komora.
5. Výměník tepla.

A celé to funguje následovně – do elektrolyzéru se dostává speciální kapalina, ve které se štěpením kapaliny pod vlivem elektrického proudu vyrábí plyn. Po spálení vzniká voda, která se vrací zpět do systému. Nádoba je vyrobena z vysoce legované oceli, použití tohoto materiálu je dáno jeho spolehlivostí.

Existuje technologická potřeba instalovat pojistný ventil pro uvolnění nadměrného tlaku ze systému. Vzniklý vodík pak vstupuje do spalovací komory. Po tepelné reakci s O2 plyn produkuje teplo, které proudí radiátorem do topného systému místnosti.

A kapalina, která se vytvořila v komoře, proudí speciální trubicí do nádoby s elektrolytem, ​​díky čemuž dochází k samovznícení pomocí recirkulace. Pro provozní bezpečnost jsou do tohoto schématu přidány také prvky ochranného automatického systému. Jako jsou snímače hladiny vody, snímače teploty, obtokové ventily, snímače tlaku v systému.

Návod na výrobu kotle na vodík

Abychom mohli vyrobit vodíkový kotel vlastníma rukama, potřebujeme generátor vodíku.

Domácí vodíkový kotel

K tomu potřebujete následující nástroj:

1. Kovový plech, vysoce legovaná nerezová ocel.
2. Zpětný ventil.
3. Šroub – 2 kusy, velikost 6 x 150, matice a podložky.
4. Kapalinový filtr.
5. Průhledná hadice nebo trubka o průměru 8 mm.
6. Nádoba, která se hermeticky uzavírá. Pro uchování potravin můžete použít plastovou nádobu o objemu 1,5 litru.
7. Hadicová armatura o průměru 8 mm.
8. Vhodný je nástroj na vyřezávání kovu, bruska na vyřezávání s řezným kotoučem.

Podívejme se podrobněji na to, jaký materiál musí být použit k výrobě domácího kotle. Doporučuje se vzít ocel 03 * 16H1, velikost je přibližně 0,6 x 0,6 metru, tloušťka je 2 mm – to bude stačit. Upozorňujeme, že je nutné použít nerezovou ocel, protože kov bude v kontaktu s kapalinou, konkrétně s alkálií. A zásadité prostředí je nejagresivnější.

Pojďme se podívat na proces sestavení krok za krokem. Vezměte ocelový plech, položte jej na rovný povrch a pomocí křídy vytvořte značení, musíme skončit s 16 obdélníky. Odřízněte je pomocí brusky, zkoste jeden roh každé desky, což je nezbytné pro připevnění našeho hořáku.

Na druhé straně naší desky vyvrtejte technické otvory pro zašroubování šroubů. Protože vyrábíme „mokrý“ elektrolyzér, vrtáme je pouze z jedné strany, všimněte si faktu, že naše zařízení je nejúčinnější a snadněji realizovatelné.

V našem případě je každá deska zcela ponořena v roztoku a v důsledku toho se celá jejich plocha účastní chemické reakce. Poté sestavte konstrukci z desky a šroubu. Chcete-li to provést, nasaďte první destičku na šroub a utáhněte ji podložkou na každé straně, otočte druhou destičku tak, aby byla seříznutou hranou u šroubu a upevněte ji na první destičku.

Aby se nedotýkaly, umístěte mezi každý z nich kus plastu. A pak stejným způsobem sestavte celou konstrukci. Pak musíme v nádobě udělat otvory o takové velikosti, aby tam šroub vstoupil. Vytvořenou konstrukci vložte do nádoby a upevněte ji. K utěsnění použijte těsnění.

Vyvrtejte otvor do krytu a připevněte k němu kyslíkovou trubici s tvarovkou, pro utěsnění spojů použijte silikon. Chcete-li zkontrolovat, jak pevně to dopadlo, foukejte do trubky, pokud je dosaženo těsnosti, pokračujte dalším krokem. Vytvořte druhý otvor, do kterého se bude nalévat voda.

Poté, co je vše smontováno, otestujte to, připojte k němu jakýkoli zdroj, zavřete zařízení, naplňte jej kapalinou, spusťte druhý konec do sklenice s kapalinou, abyste viděli bubliny. Pokud zvýšíte napětí, měl by se zvýšit počet bublin.

Začneme vyrábět samotný kotel:

• Vezměte kudrnatou trubku o průměru 20 x 20 mm, nakrájejte na 8 stejných segmentů po 30 cm.
• Pak je potřeba další trubka 40 x 40 mm, rozdělte ji na 3 segmenty, jeden 20 cm každý a dva 8 cm každý.
• Do trubky o průměru 20 cm udělejte dva otvory o průměru 4 cm, na koncích je vytvořte, přivařte k nim zbývající dvě trubky o průměru 8 cm.
• Na třech koncích přivařte zátky a na zbývajících koncích připevněte odbočnou trubku, kterou bude přiváděna směs vodíku.
• Poté určete střed kříže výsledné struktury, změřte 9 cm a z každého konce vytvořte otvory o průměru 15 mm. Měli byste mít 4 otvory.
  Vodíkové vytápění v soukromém domě
• Přivařte k nim trubky a nainstalujte trysky.
• Svařte 8 předem nařezaných částí potrubí. Ke každému konci kříže jsou v pravém úhlu přivařeny 2 trubky.
• Z ocelového plechu vystřihněte 3 čtvercové kusy. Do 2 z nich vyřízněte vždy čtyři otvory o průměru 2 a 1 cm, je nutné, aby tyto otvory opakovaly umístění trysek.
• Je třeba vzít trubku o průměru 20-30 mm a nařezat na menší trubičky po 40-45 cm, připevnit je ke čtverci a svařit.
• Pak potřebujeme trubku o průměru 18 cm, o 2,5 cm méně než svařované trubky. Po okrajích do ní udělejte jeden otvor. Přivařte k vystřiženému čtverci s menšími otvory. Otočte svařovanou konstrukci a nainstalujte 2. čtverec. Potrubí musí procházet vytvořenými otvory. Vše povařte.
• Svařte dříve smontovanou jednotku s hořákem.
• K dříve vyrobeným otvorům přivařte trubky pro cirkulaci kapaliny.
• Hotové zařízení zkontrolujte, pokud se někde najde netěsná pájka, opravte.
• Nainstalujte snímače tepla a plamene.

Nabízíme vám sledovat video o vytápění domu vodíkem: