Vandenilio šildymo katilas: įrenginys + veikimo principas + pasirinkimo kriterijai

Alternatyviosios energetikos principai vis labiau ir labiau užkariauja vartotojų dėmesį. Tam daugiausia prisideda tradicinių energijos išteklių tarifų augimas, taip pat periodiniai paslaugų rinkos sutrikimai.

Tokiomis aplinkybėmis vandenilio šildymo katilas laikomas vienu iš perspektyviausių įrenginių, veikiančių atsinaujinančiu kuru, kuris yra H₂ dujos.

Prieš priimant sprendimą įsigyti tokį agregatą, būtina susipažinti su jo veikimo principu, įvertinti vandenilio naudojimo kaip kuro privalumus ir trūkumus. Šiuos klausimus ištyrėme ir išsamiai išdėstėme straipsnyje.

Be to, nurodėme parametrus, į kuriuos verta atsižvelgti renkantis katilą, pateikėme eksploatavimo patarimus ir parengėme geriausių gamyklinių vandenilio generatorių apžvalgą. „Pasidaryk pats“ mėgėjams pravers agregato surinkimo savo rankomis instrukcija.

Vandenilio kaip kuro savybės

Kaip minėta anksčiau, tokių agregatų kuras yra vandenilis, lengviausios gamtoje dujos, neturinčios spalvos ir kvapo. Tarp jo privalumų galima paminėti didelį šilumos kiekį, kuris išsiskiria degant H₂ (121 MJ/kg, o degant propanui išsiskiria tik 40 MJ/kg).

Įprastomis sąlygomis vandenilis dega +2000°C temperatūroje, tačiau naudojant katalizatorių ją galima sumažinti iki +300°C. Tai leidžia gaminti katilus iš nebrangaus plieno, o ne iš brangių retųjų žemių metalų.

Vandenilis nėra toksiškas, todėl jį naudoti buityje yra saugu. Deginant šią medžiagą gaunami vandens garai, kurie gerina patalpų mikroklimatą ir nereikalauja dūmtraukių.

Naudojant vandenilį būtina griežtai laikytis saugos taisyklių: netinkamai naudojant dujas arba jas liečiant su atvira ugnimi gali įvykti destruktyvus sprogimas

Tarp trūkumų galima paminėti padidėjusį vandenilio sprogstamumą, ypač kai jis maišomas su oru arba deguonimi, o tai lemia sprogstamųjų dujų susidarymą.

Vandenilio katilų privalumai ir trūkumai

Stipriosios tokių įrenginių pusės yra:

1. Visiškas ekologiškumas. Vandens skilimo produktai nekenkia atmosferai, jie visiškai saugūs žmonių ir naminių gyvūnų sveikatai.
2. Aukštas naudingumo koeficientas, kuris gali siekti 96%.  Tai žymiai viršija dyzelino, gamtinių dujų ar anglies naudingumo koeficientą.
3. Gamtinių išteklių taupymas naudojant alternatyvius energijos šaltinius.
4. Nedidelė gaunamų kalorijų kaina. Tokiems įrenginiams pakanka vandens ir šiek tiek elektros.

Vis dėlto tokie įrenginiai turi ir silpnąsias puses.

Prie trūkumų reikia priskirti šiuos niuansus:

1. Dideli priežiūros reikalavimai. Norint pasiekti maksimaliai aukštą H₂ gamybos lygį, būtina kasmet keisti metalines plokštes. Be elektrodų keitimo, norint pagaminti planuotą energijos kiekį, reikia reguliariai įpilti katalizatoriaus. Šios procedūros dažnumas priklauso nuo galios ir konkrečios modelio savybių.
2. Aukštą kainą – gamyklinis įrenginys kainuos ne mažiau kaip 350-400 €.
3. Sprogimo pavojus padidėjus normuotam slėgiui katile.
4. Vandenilio balionų trūkumas – jų gana retai galima rasti prekyboje.
5. Ribotas pasirinkimas. Kadangi tokie šildymo prietaisai nėra labai paplitę Rusijos rinkoje, ne visada galima greitai rasti tinkamą modelį, taip pat surasti kompetentingus specialistus montavimui ir remontui.
6. Būtinybė prijungti komunikacijas. Prietaiso veikimui reikalingas nuolatinis jungimas prie elektros maitinimo, norint atlikti elektrolizės reakciją, taip pat prie vandens šaltinio, kurio sunaudojimas priklauso nuo prietaiso galios.

Būtina paminėti, kad gamintojai skiria daug dėmesio naujoms technologijoms, stengiasi tobulinti vandenilio katilus, šalindami arba sumažindami trūkumus.

Šildymo agregato veikimo principas

Dėl savo aktyvumo H₂ grynu pavidalu gamtoje nesutinkamas, tačiau jį gana paprasta išgauti iš paprasto vandens elektrolizės metodu, tuo pačiu metu išsiskiria ir dujinis deguonis.

Pateiktame paveikslėlyje galima pamatyti scheminį vandenilio šildymo įrenginio įtaisą, nurodant visus konstrukcijos elementus (+).

Šildymo prietaiso veikimui pirmiausia reikia gauti H₂. Tai vyksta specialiame skyriuje, skirtame tokiai reakcijai. Į konteinerį pilamas skystis, į kurį panardinamos metalinės plokštės.

Ant jų tiekiama specialiai parinkto grynumo elektros srovė, kurios poveikyje išsiskiria H₂ ir O₂, taip pat kaip šalutinis produktas – vandens garai.

Gautas mišinys praleidžiamas per specialų įrenginį – cheminį separatorių, kurio pagalba pavyksta išskirti vandenilį, atskiriant jį nuo kitų priemaišų. Išvalytos dujos tiekiamos į degiklį, ant kurio sumontuotas vožtuvas.

Jis trukdo H₂ judėjimui į kitą pusę, taip užkertant kelią sprogimui. Tuo tarpu deguonis ir vandens garai per kitą sistemą yra nukreipiami į specialų rezervuarą.

Toliau dujinis vandenilis praeina per apsaugos bloką ir patenka į degimo kamerą. Čia jis reaguoja su dujomis, esant katalizatoriui, dėl ko susidaro šiluma, kuri per šilumokaitį patenka į namų šildymo sistemą.

Kameroje išsiskyrę vandens garai specialiai skirtu kanalu grįžta į elektrolito rezervuarą, taip naudojant recirkuliacijos procesą.

Galia reguliuojama naudojant specialiai įrengtus kanalus, kurių skaičius gali siekti šešis. Kiekvieno iš šių prietaisų viduje yra katalizatorius, dėl ko įjungus pradedamas šilumos gamybos procesas.

Dujų srautas, įkaitęs iki 40°C temperatūros, pradeda judėti link šilumokaičio, esančio degimo kameroje.

Dėl atskirų konstrukcijų kanalai gali veikti nepriklausomai vienas nuo kito, todėl galima įjungti tik dalį jų.

Vandenilio gavimo procesas šiuolaikiniuose elektrolizės aparatuose yra visiškai automatizuotas. Vienintelis rankiniu būdu atliekamas procesas yra vandens įpylimas į sistemą.

Šiuolaikiniai modeliai taip pat aprūpinti įvairiais prietaisais, pavyzdžiui, vandens lygio indikatoriais ir slėgio davikliais, todėl jie gali dirbti automatiniu režimu ir skubiai reaguoti netikėtose situacijose.

Vandenilio įrenginio sudedamosios dalys

Vandenilio šildymo sistemos įtaisas yra pakankamai paprastas.

Katilas, atliekantis šilumokaičio vaidmenį, – tai pagrindinis elementas, kuriame vyksta vandenilio gamyba.

Vandeniliu veikiantį katilą galima surinkti iš prieinamų elementų, o jo darbui reikia tik paprasto arba distiliuoto vandens (+)

Elektrolizatorius – pagrindinė veikianti katilo dalis, kurioje vyksta elektrolitinė reakcija, skaidanti vandenį į H₂ ir O₂. Elementas yra rezervuaras, užpildytas vandeniu, į kurį dedami metaliniai elektrodai, pasižymintys maksimaliu srovės laidumu.

Prie plokštelių prijungti laidai, kuriais tiekiama elektra.

Degiklis – prietaisas, padedantis įkaitinti šilumnešį šildymo sistemoje. Yra krosnies kameroje, jo uždegimui tiekiama kibirkštis.

Degiklio vožtuvas – speciali detalė, esanti viršutinėje įrenginio dalyje. Šios detalės dėka H₂, pakilęs į viršų, lengvai įveikia barjerą, nepasiekiamą kitoms išsiskyrusioms medžiagoms, ir patenka tiesiai į degiklį.

Gamyklinėse vandenilio katiluose yra numatytas valdymo blokas. Skydelyje rodomi įtampos ir srovės rodikliai, galios reguliatorius ir kitų darbo parametrų nustatymo svirtys.

Vamzdynas – komunikacijos, kurios atsišakoja nuo agregato ir naudojamos šilumos tiekimui į visas namo patalpas. Apvadui naudojami šildymo vamzdžiai, kurių skersmuo 25–32 mm. Klojant laikomasi pagrindinės taisyklės: kiekvienos kitos atšakos skersmuo turi būti mažesnis nei ankstesnės.

Generatoriaus pasirinkimo kriterijai

Sprendžiant įsigyti tokią techniką, svarbu atkreipti dėmesį į šiuos kriterijus.

Galia. Šiuolaikinių prietaisų šio rodiklio vertė gali labai skirtis, todėl galima pasirinkti optimalų variantą tiek mažam namui, tiek dviejų ar trijų aukštų pastatui.

Vidutinis vandens suvartojimas šiuolaikiniuose generatorių modeliuose nėra per didelis. Per 24 valandas prietaiso veikimui reikės maždaug 5,5 litrų, iš kurių pagaminama 1,2–2 litrai kuro.

Kontūrų skaičius. Vandeniliu veikiančiuose prietaisuose paprastai įrengiamas šildymo kontūras. Kai kuriuose modeliuose taip pat numatytas papildomas antrojo (šildymo) kontūro montavimas.

Elektros energijos suvartojimo lygis. Dabartinės technologijos leidžia pasiekti puikų šilumos našumą naudojant minimalų elektros kiekį. Įvairių tipų generatorių energijos suvartojimas svyruoja nuo 1,2 iki 3 kW per 1 valandą.

Mažas elektros energijos suvartojimas pasiekiamas dėl to, kad vandenilio katilas veikia ne nuolat, o tik tam, kad palaikytų tam tikrą temperatūrą patalpoje.

Maitinimo šaltinis. Visas vandenilio generatorių rūšis galima suskirstyti į dvi dideles kategorijas: viena veikia dujomis, kita – elektra.

Gamintojas. Geriau teikti pirmenybę patikrintiems gamintojams (Italija, JAV). Reikėtų saugotis nekokybiškos produkcijos, kurią siūlo abejotinos įmonės itin žemomis kainomis.

Katilo eksploatavimo patarimai

Norint pagerinti agregato funkcionalumą, svarbu laikytis pridėtos instrukcijos. Prietaiso darbą galima patobulinti pridedant papildomų detalių (tai darant būtina griežtai laikytis saugos taisyklių).

Ant degiklio sumontuotas liepsnos jutiklis padidina sistemos saugumą. Užgesus liepsnai, prietaisas automatiškai blokuoja degiųjų dujų tiekimą į degiklį, taip užkertant kelią jų patekimui į patalpą.

Galima įmontuoti į šilumokaičio vidinę dalį specialius jutiklius, leidžiančius stebėti vandens šildymo rodiklių kilimą, taip pat papildyti degiklio konstrukciją uždarymo armatūra.

Pakanka ją tiesiogiai prijungti prie temperatūros jutiklio, kad katilas automatiškai išsijungtų, kai tik šildymas pasiekia nustatytą rodiklį.

Taip pat naudinga įrengti normuoto katilo aušinimo įtaisą.

Vandenilio įrenginiai gali būti naudojami ne tik kaip vienintelė šildymo įranga namuose, bet ir derinami su kitomis šildymo sistemomis. Pagrindiniai šiluminiai įrenginiai šiuo atveju gali veikti žemos temperatūros režimu.

Laikantis eksploatavimo normų, vandeniliu varomas agregatas tarnaus ne vieną dešimtmetį. Nors tokių įrenginių garantinis laikotarpis yra 15 metų, praktiškai jie gali kokybiškai veikti 20–30 metų.

Panašių aparatų remontas nebus sunkus patyrusiam meistrui, nes vandenilinio katilo principinė schema per daug nesiskiria nuo analogų, veikiančių kitų rūšių kuru.

Geriausi 5 gamykliniai vandenilio generatoriai

Pirmoji įmonė, pagaminusi ir patentavusi vandenilinio kuro katilo gamybos technologiją, buvo Italijos kompanija Giacomini. Ji specializuojasi aparatuose, kurių pagrindą sudaro ekologiniai energijos gavimo būdai: geoterminiai siurbliai, saulės baterijos ir kiti.

H2ydroGEM — katalizinė degimo kamera, kurios kiekviename degiklyje yra medžiaga, pagreitinanti vandenilio degimo reakciją. Dėl to procesas vyksta palyginti žemoje temperatūroje.

Šiuo metu panašius modelius gamina Amerikos, Kinijos ir Europos kompanijos, tačiau jų asortimentas nėra per platus, palyginti su kitų rūšių kuru veikiančiais katilais.

Geriausi gamykliniai vandenilio sistemų modeliai

Tarp populiariausių modelių paminėkime:

1. MegaTankas100 – generatorius, veikiantis elektra iš tinklo. Turi patikimą daugiapakopę apsaugos nuo perkaitimo ir trumpojo jungimo sistemą, o tai garantuoja saugų ir produktyvų darbą. Modelio kaina priklauso nuo jo komplektacijos.
2. STAR-2000 – brangus agregatas (>2000 €) pasižymi puikiomis techninėmis charakteristikomis. Nepaisant to, kad šis generatorius suvartoja mažiausiai energijos, jis gali šildyti patalpą, kurios plotas 251–300 kvadratinių metrų.
3. Kingkar – iš tinklo veikiantis prietaisas, turintis puikias darbo savybes. Modelio kaina yra gana aukšta – apie 1000 €, tačiau ji atsiperka dėl ekonomiško energijos suvartojimo.
4. H2-2 – itališka „ekstra“ klasės technika už aukštą kainą (maždaug 2500 €), leidžianti šildyti orą didelėse erdvėse (nuo 300 m³ ir daugiau) su minimaliu elektros suvartojimu.
5. Free Energy – kokybiški įrenginiai už prieinamą kainą nuo 150 iki 350 € (kaina priklauso nuo galios ir kitų charakteristikų). Turi valdymo bloką, automatizuojantį daugelį procesų, daugiapakopį įtampos ir slėgio reguliavimo jutiklį.

Taip pat yra ir kitų modelių skirtingose kainų kategorijose.

Kaip pasigaminti katilą savarankiškai

Šildymo generatoriai turi gana lengvą konstrukciją. Esant tam tikram įgūdžių lygiui, galima pats surinkti prietaisą. Tuo pačiu metu dėl vandenilio mišinio sprogumo toks darbas reikalauja ypatingos atsakomybės, saugos technikos žinių ir patirties montuojant tokius įrenginius.

Savarankiškai gaminant prietaisą nepavyks išvengti didelių finansinių išlaidų, nes kai kuriuos komponentus geriau įsigyti paruoštus. Didelė rizika verčia pagalvoti apie gamyklinius įrenginius, kuriems gamintojai suteikia ilgalaikes garantijas.

Vandenilio katilo gaminimo savo rankomis procesą galima suskirstyti į kelis etapus.

Žingsnis Nr. 1 – brėžinio parengimas ir medžiagų paruošimas. Pirmiausia reikia rasti internete panašių projektų, kad remiantis jais būtų galima sugalvoti prietaisą, atitinkantį visas sąlygas ir galimybes.

Būtina tiksliai apskaičiuoti visus rodiklius, ir pirmiausia reikiamą galią, taip pat išspręsti medžiagų, kurios bus naudojamos katilui pagaminti, klausimą. Optimaliu variantu laikomi feromagnetiniai lydiniai, tačiau visiškai tinka nerūdijančio plieno talpa.

Nors šildymo vandenilio generatorius gali turėti skirtingas konstrukcijas, nepakitusios lieka šios detalės:

• 12 voltų energijos šaltinis;
• rezervuaras, kuriame bus išdėstyta konstrukcija;
• PWM reguliatorius, kurio galia ne mažesnė kaip 30 A;
• kelios skirtingo skersmens nerūdijančio plieno vamzdeliai;
• plieno lakštas;
• metalo pjūklas;
• dujinis degiklis – geriau jau paruoštas, įsigytas parduotuvėje.

Žingsnis 2 – elektrolitų sukūrimas. Norint pagaminti plokštes, kuriomis bus aprūpintas elektrolizatorius, reikia paimti vidutinio storio plieno lakštą. Naudojant metalo žirkles, pjūklą ar kitą įrankį, jis supjaustomas į lygias juosteles, kurių kiekis yra 18 ir daugiau vienetų (skaičius turi būti būtinai lyginis).

Iš priešingos pusės kiekvienoje iš jų reikia išgręžti skyles varžtams, kurie bus reikalingi, kad šie elementai elektrolite būtų visiškai nejudrūs.

Visas plokštes skirstome į anodus ir katodus, pagal šį skirstymą prie jų prijungiami laidai, atitinkamai perduodantys teigiamus ir neigiamus krūvius.

Nuolatinės srovės naudojimas yra efektyvesnis nei kintamosios. Kaip jos šaltinį geriausia naudoti PWM tipo generatorių.

Žingsnis Nr.3 – elektrolizerio surinkimas. Geriausia medžiaga šiam elementui pagaminti yra nerūdijantis plienas. Iš metalo suvirinama tvirta stačiakampės arba kvadratinės formos konstrukcija, po to į ją pilamas vanduo arba H₂O mišinys su katalizatoriumi, taip pat išdėstomi paruošti plokštelės su prijungtais laideliais.

Žingsnis Nr.4 – degiklio prijungimas. Viršutinėje įrenginio dalyje montuojamas degiklis – geriau naudoti įsigytą modelį, kurį galima įsigyti specializuotoje parduotuvėje.

Žingsnis Nr.5 – separatoriaus montavimas ir prijungimas, kuris reikalingas vandenilio išskyrimui iš dujų mišinio.

Pabaigoje tiesiamas vamzdelis, kuriuo H₂ kils iki degiklio, taip pat prijungiami elementai, nukreipiantys šilumą ir paskirstantys ją po visą namą.

Kuris vanduo geresnis – įprastinis ar distiliuotas

Vienas iš klausimų, kurį dažnai užduoda vandenilinių katilų savininkai, liečia vandenį, naudojamą įrenginių darbui.

Distiliuoto vandens vandenilinio katilo darbui galima įsigyti parduotuvėse arba pradėti jo gamybą savarankiškai, naudojant paprasčiausią įrenginį.

Specialistų nuomone, geriausius rodiklius gamykliniai arba savadarbiai įrenginiai demonstruoja dirbdami su distiliuotu vandeniu, į kurį pridėta visai nedaug natrio hidroksido (10 litrų H₂O – vienas valgomasis šaukštas).

Tačiau vandenilinis katilas gali sėkmingai veikti ir su vandentiekio vandeniu, svarbiausia, kad jame nebūtų sunkiųjų metalų druskų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau pateiktame vaizdo įraše pamatysite dujinio katilo, veikiančio vandeniliniu kuru, pagaminto žinomos Korėjos kompanijos DAEWOO, modelio apžvalgą.

Vandenilis ne be pagrindo vadinamas ateities kuru: šios dujos gali tapti praktiškai beribiu pigaus, ekologiškai švaraus kuro šaltiniu, kurį galima naudoti įvairiuose įrenginiuose.

Vandeniliniu kuru varomas katilas, pagamintas gamyklinėmis sąlygomis arba savarankiškai, leis sukurti autonominę šildymo sistemą. Tai padės žymiai sumažinti mokėjimus už komunalines paslaugas, išspręs komfortiškos temperatūros palaikymo gyvenamosiose patalpose ir pagalbinėse patalpose klausimą.

Ar turite patirties naudojant vandenilį kaip kurą? Norite užduoti klausimų tema ar papasakoti apie savo išradimą? Prašome komentuoti publikaciją, dalyvauti diskusijose ir palikti savo savadarbių darbų nuotraukas. Atsiliepimų blokas yra žemiau.