Caldaia per riscaldamento a idrogeno: dispositivo + principio di funzionamento + criteri di selezione

I principi dell’energia alternativa attirano sempre più l’attenzione dei consumatori.Ciò è in gran parte dovuto all’aumento delle tariffe sulle risorse energetiche tradizionali, nonché alle periodiche interruzioni nel mercato dei servizi.

In queste circostanze, una caldaia per il riscaldamento a idrogeno è considerata uno dei tipi più promettenti di dispositivi che funzionano con combustibile rinnovabile, ovvero il gas H₂.

Prima di decidere di acquistare una tale unità, è necessario familiarizzare con il principio del suo funzionamento e valutare i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo dell'idrogeno come combustibile. Questi problemi sono stati studiati da noi e descritti in dettaglio nell'articolo.

Inoltre, abbiamo identificato i parametri che dovrebbero essere presi in considerazione quando si sceglie una caldaia, fornito suggerimenti operativi e preparato una revisione dei migliori generatori di idrogeno prodotti in fabbrica. Gli appassionati di prodotti fatti in casa troveranno utili le istruzioni per assemblare l'unità con le proprie mani.

Proprietà dell'idrogeno come combustibile

Come accennato in precedenza, il carburante per tali unità è l'idrogeno, il gas più leggero in natura, incolore e inodore. Tra i suoi vantaggi vi è la grande quantità di calore rilasciata durante la combustione dell'H₂ (121 MJ/kg, mentre la combustione del propano rilascia solo 40 MJ/kg).

In condizioni normali l'idrogeno brucia ad una temperatura di +2000°C, ma con l'aiuto di un catalizzatore può essere ridotto a +300°C.Ciò consente di realizzare caldaie con acciaio economico anziché con costosi metalli delle terre rare.

L’idrogeno non è tossico, il che lo rende sicuro da usare nella vita di tutti i giorni. Quando questa sostanza viene bruciata, si produce vapore acqueo, che migliora il microclima interno e non necessita di camini.

Quando si utilizza l'idrogeno è necessario rispettare rigorosamente le norme di sicurezza: se il gas viene utilizzato in modo errato o entra in contatto con una fiamma libera, può verificarsi un'esplosione distruttiva

Gli svantaggi includono la maggiore esplosività dell'idrogeno, soprattutto quando è miscelato con aria o ossigeno, che porta alla formazione di gas detonante.

Vantaggi e svantaggi delle caldaie a idrogeno

I punti di forza di tali dispositivi sono:

1. Completamente rispettoso dell'ambiente. I prodotti della decomposizione dell'acqua non danneggiano l'atmosfera e sono completamente sicuri per la salute delle persone e degli animali domestici.
2. Alto livello di efficienza, che può raggiungere il 96%. Questo è significativamente superiore all’efficienza del diesel, del gas naturale o del carbone.
3. Risparmiare risorse naturali attraverso l'uso risorse di energia alternativa.
4. Prezzo basso calorie ricevute. Per tali dispositivi sono sufficienti acqua e un po’ di elettricità.

Allo stesso tempo, questi dispositivi presentano anche dei punti deboli.

Gli svantaggi includono le seguenti sfumature:

1. Requisiti di manutenzione. Per la massima produzione possibile di H₂, le piastre metalliche devono essere sostituite ogni anno. Oltre a sostituire gli elettrodi, è necessario aggiungere regolarmente un catalizzatore per produrre la quantità di energia prevista. La frequenza di questa procedura dipende dalla potenza e dalle caratteristiche di un particolare modello.
2. Costo alto — L'installazione in fabbrica costerà almeno 35-40 mila rubli.
3. Pericolo di esplosione quando la pressione normalizzata nella caldaia aumenta.
4. Carenza di bombole di idrogeno - Si trovano abbastanza raramente in vendita.
5. Scelta limitata. Poiché tali dispositivi di riscaldamento non sono molto comuni sul mercato russo, non è sempre possibile trovare rapidamente un modello adatto, nonché trovare specialisti competenti per l'installazione e la riparazione delle apparecchiature.
6. La necessità di comunicazioni. Per il funzionamento del dispositivo è necessario un collegamento costante alla rete elettrica per effettuare la reazione di elettrolisi, nonché ad una fonte d'acqua, il cui flusso dipende dalla potenza del dispositivo.

È necessario ricordare che i produttori prestano grande attenzione alle nuove tecnologie e si sforzano di migliorare le caldaie a idrogeno, eliminando o minimizzando gli svantaggi.

Principio di funzionamento dell'unità riscaldante

Per la sua attività H₂ Non si trova in natura nella sua forma pura, ma è abbastanza facile isolarlo dall'acqua normale mediante elettrolisi, che rilascia anche ossigeno gassoso.

Nell'immagine presentata puoi vedere un disegno schematico delle apparecchiature di riscaldamento funzionanti a idrogeno, indicando tutti gli elementi strutturali (+)

Perché il dispositivo di riscaldamento funzioni è necessario prima ottenere H₂. Ciò avviene in uno scomparto speciale riservato a tale reazione. Il liquido viene versato nel contenitore in cui sono immerse le piastre metalliche.

Sono forniti con una corrente elettrica di purezza appositamente selezionata, sotto l'influenza della quale viene rilasciato H₂ e a proposito di₂, così come il vapore acqueo come sottoprodotto.

La miscela risultante viene fatta passare attraverso un dispositivo speciale: un separatore chimico, con l'aiuto del quale è possibile isolare l'idrogeno, separandolo da altre impurità. Il gas purificato viene fornito al bruciatore, sul quale è installata una valvola.

Impedisce il movimento H₂ nell'altra direzione, il che impedisce un'esplosione. In questo caso, l'ossigeno e il vapore acqueo vengono rilasciati in un contenitore speciale attraverso un altro sistema.

Successivamente, l'idrogeno gassoso passa attraverso l'unità di protezione ed entra nella camera di combustione. Qui reagisce con il gas in presenza di un catalizzatore, provocando la formazione di calore, che entra nell'impianto di riscaldamento domestico attraverso uno scambiatore di calore.

Il vapore acqueo rilasciato nella camera viene restituito attraverso un canale appositamente predisposto al serbatoio con l'elettrolita, utilizzando così il processo di riciclo.

La regolazione della potenza viene effettuata utilizzando canali appositamente attrezzati, il cui numero può raggiungere sei. Ciascuno di questi dispositivi contiene al suo interno un catalizzatore, grazie al quale, quando acceso, inizia il processo di generazione di calore.

Il flusso di gas, riscaldato alla temperatura di 40°C, inizia a dirigersi verso lo scambiatore di calore posto nella camera di combustione.

Grazie a design separati, i canali possono funzionare indipendentemente l'uno dall'altro, il che consente di attivarne solo una parte.

Il processo di produzione dell'idrogeno nei moderni dispositivi di elettrolisi è completamente automatizzato. L'unico processo manuale è versare acqua nel sistema

I modelli moderni sono inoltre dotati di vari dispositivi, ad esempio indicatori del livello dell'acqua e sensori di pressione, che consentono loro di funzionare automaticamente e di rispondere urgentemente in situazioni impreviste.

Componenti di un impianto a idrogeno

La progettazione di un sistema di riscaldamento funzionante a idrogeno è abbastanza semplice.

Caldaia, che svolge il ruolo di scambiatore di calore, è l'elemento principale in cui avviene la produzione di idrogeno.

Una caldaia funzionante a idrogeno può essere assemblata con gli elementi disponibili e per il suo funzionamento è necessaria solo acqua normale o distillata (+)

Elettrolizzatore - la parte attiva principale della caldaia, dove avviene la reazione elettrolitica, che porta alla decomposizione dell'acqua in H₂ e a proposito di₂. L'elemento è un serbatoio pieno d'acqua in cui sono posizionati elettrodi metallici che hanno la massima conduttività di corrente.

Le piastre sono collegate a fili attraverso i quali viene fornita l'elettricità.

Bruciatore - un dispositivo che aiuta a riscaldare il liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento. Situato nella camera di combustione, viene fornita una scintilla per accenderlo.

Valvola del bruciatore - una parte speciale situata nella parte superiore del dispositivo. Grazie a questo dettaglio H₂, risalendo verso l'alto, supera facilmente la barriera inaccessibile alle altre sostanze liberate ed entra direttamente nel bruciatore.

Le caldaie a idrogeno di fabbrica sono dotate di un'unità di controllo. Il pannello visualizza indicatori di tensione e corrente, un regolatore di potenza e leve per l'impostazione di altri parametri operativi

Tubatura - comunicazioni che si estendono dall'unità e vengono utilizzate per fornire calore a tutte le stanze della casa. Utilizzato per la reggiatura tubi di riscaldamento diametro 25-32 mm. Durante la posa si osserva la regola fondamentale: il diametro di ciascun ramo successivo deve essere inferiore a quello del precedente.

Criteri di scelta del generatore

Quando si decide di acquistare tali apparecchiature, è importante prestare attenzione ai seguenti criteri.

Energia. Con i dispositivi moderni, il valore di questo indicatore può variare in modo significativo, il che consente di scegliere l'opzione migliore sia per una piccola casa che per un edificio a due o tre piani.

Il consumo medio di acqua nei moderni modelli di generatori non è troppo elevato. Entro 24 ore, il dispositivo avrà bisogno di circa 5,5 litri per funzionare, che generano 1,2-2 litri di carburante

Numero di circuiti. Sui dispositivi che funzionano a idrogeno, solitamente è installato un circuito di riscaldamento. Alcuni modelli prevedono anche l'installazione aggiuntiva di un secondo circuito (di riscaldamento).

Livello di consumo di elettricità. Le tecnologie odierne consentono di ottenere eccellenti prestazioni termiche utilizzando un minimo di elettricità. Il consumo energetico di diversi tipi di generatori varia da 1,2 a 3 kW per 1 ora.

Il basso consumo energetico si ottiene grazie al fatto che la caldaia a idrogeno non funziona continuamente, ma solo per mantenere una certa temperatura nella stanza.

Alimentazione elettrica. Tutti i tipi di generatori di idrogeno possono essere suddivisi in due grandi categorie: uno funziona a gas, l'altro a elettricità.

Produttore. È meglio preferire produttori affermati (Italia, USA). Dovresti diffidare dei prodotti di bassa qualità offerti da aziende dubbie a prezzi estremamente bassi.

Consigli per l'utilizzo della caldaia

Per migliorare la funzionalità dell'unità, è importante seguire le istruzioni incluse. È possibile migliorare il funzionamento del dispositivo aggiungendo parti aggiuntive (è necessario seguire rigorosamente le norme di sicurezza).

Un sensore di fiamma installato sul bruciatore aumenta la sicurezza dell'impianto.Quando il fuoco si spegne, il dispositivo interrompe automaticamente il flusso di gas infiammabile nel bruciatore, impedendone l'ingresso nell'ambiente

È possibile installare sensori speciali all'interno dello scambiatore di calore per monitorare l'aumento della velocità di riscaldamento dell'acqua, nonché integrare il design del bruciatore con valvole di intercettazione.

Basta collegarlo direttamente a termometroin modo che la caldaia si spenga automaticamente non appena il riscaldamento raggiunge il set point.

È utile anche installare un dispositivo per il raffreddamento normalizzato della caldaia.

I dispositivi a idrogeno possono essere utilizzati non solo come unico apparecchio di riscaldamento della casa, ma anche in combinazione con altri sistemi di riscaldamento. In questo caso, le unità di riscaldamento principali possono funzionare in modalità a bassa temperatura.

Se verranno rispettati gli standard operativi, un’unità alimentata a idrogeno durerà decenni. Sebbene il periodo di garanzia per tali dispositivi sia di 15 anni, in pratica possono funzionare in modo efficiente per 20-30 anni.

Riparare tali dispositivi non sarà difficile per un tecnico esperto, poiché il design di base di una caldaia a idrogeno non è molto diverso dagli analoghi che funzionano con altri tipi di carburante.

I 5 migliori generatori di idrogeno di fabbrica

La prima azienda a produrre e brevettare la tecnologia per la produzione di una caldaia a idrogeno è stata un'azienda italiana Giacomini. È specializzato in dispositivi basati su metodi ecologici di generazione di energia: pompe geotermiche, pannelli solari e altri.

H2ydroGEM è una camera di combustione catalitica, ciascuna delle quali contiene una sostanza che accelera la reazione di combustione dell'idrogeno.Per questo motivo, il processo avviene a una temperatura relativamente bassa

Attualmente modelli simili sono prodotti da aziende americane, cinesi ed europee, ma la loro gamma non è molto ampia rispetto alle caldaie che funzionano con altri tipi di combustibile.

I migliori modelli di fabbrica di sistemi a idrogeno

Tra i modelli più apprezzati segnaliamo:

1. MegaTank100 – un generatore che funziona con l'elettricità della rete. Dispone di un affidabile sistema di protezione multilivello contro il surriscaldamento e i cortocircuiti, che garantisce un funzionamento sicuro e produttivo. Il costo del modello dipende dalla sua configurazione.
2. STELLA-2000 – un’unità costosa (>200.000 rubli) ha ottime caratteristiche tecniche. Nonostante questo generatore consumi una quantità minima di energia, è in grado di riscaldare una stanza di 251-300 metri quadrati.
3. Kingkar – un dispositivo alimentato da rete con eccellenti proprietà prestazionali. Il costo del modello è piuttosto elevato: circa 100 mila rubli, ma è compensato da un consumo energetico economico.
4. H2-2 – Attrezzatura italiana di classe “extra” ad un prezzo elevato (circa 250.000 rubli). permettendo il riscaldamento dell'aria in ampi spazi (da 300 m³ e superiori) con un consumo elettrico minimo.
5. Energia gratis – dispositivi di alta qualità a un prezzo accessibile compreso tra 15 e 35 mila rubli (il prezzo dipende dalla potenza e da altre caratteristiche). Dotato di un'unità di controllo che automatizza molti processi, un sensore multilivello di regolazione della tensione e della pressione.

Esistono anche altri modelli in diverse categorie di prezzo.

Come realizzare una caldaia da solo

I generatori di riscaldamento hanno un design abbastanza leggero. Con un certo livello di abilità, puoi assemblare il dispositivo da soli. Allo stesso tempo, a causa dell'esplosività della miscela di idrogeno, tale lavoro richiede estrema responsabilità, conoscenza delle precauzioni di sicurezza ed esperienza nell'installazione di tali dispositivi.

Se produci tu stesso il dispositivo, non sarai in grado di sbarazzarti di costi finanziari significativi, poiché è meglio acquistare alcuni componenti già pronti. L'alto rischio fa pensare alle installazioni in fabbrica, per le quali i produttori forniscono garanzie a lungo termine

Il processo di realizzazione di una caldaia a idrogeno con le proprie mani può essere suddiviso in più fasi.

Passo 1 — esecuzione del disegno e preparazione dei materiali. Prima di tutto, dovresti trovare progetti simili su Internet per usarli per pensare a un dispositivo che soddisfi tutte le condizioni e capacità.

È necessario calcolare con precisione tutti gli indicatori e, soprattutto, la potenza richiesta, nonché decidere i materiali che verranno utilizzati per realizzare la caldaia. L'opzione migliore è considerata le leghe ferromagnetiche, ma un contenitore in acciaio inossidabile è abbastanza adatto.

Sebbene i generatori di idrogeno per il riscaldamento possano avere design diversi, i seguenti dettagli rimangono invariati:

• Fonte di alimentazione da 12 volt;
• il serbatoio dove sarà collocata la struttura;
• Controller PWM con una potenza di almeno 30 A;
• diversi tubi di diverso diametro in acciaio inossidabile;
• foglio d'acciaio;
• seghetto per metallo;
• bruciatore - meglio preparato, acquistato in un negozio.

Passo 2 — creazione di elettroliti. Per realizzare le piastre di cui sarà dotato l'elettrolizzatore, è necessario prendere una lamiera di acciaio di medio spessore.Utilizzando delle forbici metalliche, un seghetto o un altro attrezzo, si taglia in strisce uguali di 18 o più pezzi (il numero deve essere pari).

D'altra parte, in ciascuno di essi è necessario praticare dei fori per i bulloni che saranno necessari per mantenere questi elementi completamente immobili nell'elettrolita.

Dividiamo tutte le piastre in anodi e catodi; a seconda di questa divisione, ad essi sono collegati i fili, che trasmettono rispettivamente cariche positive e negative.

L'utilizzo della corrente continua è più efficiente rispetto all'utilizzo della corrente alternata. È meglio utilizzare come sorgente un generatore di tipo PWM.

Passaggio n.3 — gruppo elettrolizzatore. Il materiale migliore per la fabbricazione di questo elemento è l'acciaio inossidabile. Una struttura affidabile di forma rettangolare o quadrata viene saldata dal metallo, dopo di che viene versata acqua o una miscela di H₂O con il catalizzatore e vengono posizionate anche le piastre preparate con il cablaggio collegato.

Passaggio n.4 — collegamento del bruciatore. Nella parte superiore del dispositivo è montato un bruciatore: è meglio utilizzare un modello acquistato, che può essere acquistato presso un negozio specializzato.

Passaggio n.5 — installazione e collegamento del separatore, necessario per separare i gas idrogeno da una miscela.

Infine, viene posato un tubo attraverso il quale H₂ salirà al bruciatore e saranno collegati anche gli elementi che asportano il calore e lo distribuiscono in tutta la casa.

Quale acqua è migliore: normale o distillata?

Una delle domande che spesso si pongono i possessori di caldaie a idrogeno riguarda l’acqua utilizzata per far funzionare gli apparecchi.

L'acqua distillata per il funzionamento di una caldaia a idrogeno può essere acquistata nei negozi oppure è possibile impostarne la produzione da soli utilizzando una semplice installazione

Secondo gli esperti, i dispositivi fabbricati in fabbrica o fatti in casa dimostrano le migliori prestazioni quando si lavora con acqua distillata, alla quale è stata aggiunta pochissimo idrossido di sodio (un cucchiaio per 10 litri di H2O).

Tuttavia, una caldaia a idrogeno può funzionare con successo anche con l'acqua del rubinetto, l'importante è che non contenga sali di metalli pesanti.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Nel video qui sotto vedrai una panoramica di un modello di caldaia a gas funzionante con combustibile a idrogeno, prodotto dalla famosa azienda coreana DAEWOO.

Non senza ragione l'idrogeno è definito il carburante del futuro: questo gas può diventare una risorsa quasi illimitata di carburante economico ed ecologico che può essere utilizzato in vari impianti.

Una caldaia a idrogeno, prodotta in fabbrica o in modo indipendente, consentirà di creare un sistema di riscaldamento autonomo. Ciò contribuirà a ridurre significativamente i pagamenti per gli alloggi e i servizi comunali e risolverà il problema del mantenimento di una temperatura confortevole nei soggiorni e nei locali di servizio.

Qualche esperienza sull'uso dell'idrogeno come combustibile? Vuoi fare domande sull'argomento o parlare della tua invenzione? Per favore commenta il post, partecipa alle discussioni e lascia le foto dei tuoi prodotti fatti in casa. Il blocco di feedback si trova di seguito.