Vesinikuküttekatel: ehitus + tööpõhimõte + valikukriteeriumid

Alternatiivenergeetika põhimõtted võidavad üha enam tarbijate tähelepanu. Seda soodustab suuresti traditsiooniliste energiakandjate tariifide tõus, samuti perioodilised häired teenuste turul.

Nendes oludes peetakse vesinikküttekatelt üheks kõige perspektiivikamaks taastuvkütusel töötavaks seadmeks, milleks on gaas H₂.

Enne sellise agregaadi ostmise otsustamist tuleb tutvuda selle tööpõhimõttega, hinnata vesiniku kasutamise eeliseid ja puudusi kütusena. Need küsimused oleme läbi uurinud ja üksikasjalikult artiklis esitanud.

Lisaks oleme välja toonud parameetrid, mida katla valikul arvestada, andnud kasutusnõuandeid ja koostanud ülevaate parimatest tehaste vesinikugeneraatoritest. Ise valmistamise huvilistele tuleb kasuks juhis agregaadi ise kokkupanemiseks.

Vesiniku omadused kütusena

Nagu eespool öeldud, on selliste agregaatide kütuseks vesinik, looduse kergemaid gaase, millel pole värvi ega lõhna. Selle eeliste hulka võib nimetada suurt soojushulka, mis vabaneb H₂ põlemisel (121 MJ/kg, samas kui propaani põlemisel eraldub ainult 40 MJ/kg).

Tavatingimustes põleb vesinik temperatuuril +2000°C, kuid katalüsaatori abil saab seda alandada +300°C-ni. See võimaldab valmistada katelde eelarvelisest terasest, mitte kallitest haruldastest muldmetallidest.

Vesinik on mittetoksiline, mis tagab selle ohutuse kasutamisel kodumajapidamises. Selle aine põletamisel tekivad veeaurud, mis parandavad ruumide mikrokliimat ega vaja korstnaid.

Vesiniku kasutamisel tuleb rangelt järgida ohutusnõudeid: gaasi ebaõige kasutamise või lahtise tulega kokkupuute korral võib toimuda hävitav plahvatus.

Puuduste hulka võib arvata vesiniku suurenenud plahvatusohu, eriti kui see seguneb õhu või hapnikuga, mis viib paukgaasi tekkeni.

Vesinikküttekatelde eelised ja puudused

Selliste seadmete tugevusteks on:

1. Täielik keskkonnasõbralikkus. Vee lagunemissaadused ei kahjusta atmosfääri, need on täiesti ohutud inimeste ja koduloomade tervisele.
2. Kõrge kasutegur, mis võib ulatuda 96%-ni. See on oluliselt kõrgem kui diisli, maagaasi või kivisöe kasutegur.
3. Loodusvarade kokkuhoid tänu alternatiivsete energiaallikate kasutamisele.
4. Saadavate kalorite madal hind. Selliste seadmete jaoks piisab veest ja vähesest elektrist.

Samas on sellistel seadmetel ka nõrkusi.

Miinustena tuleb välja tuua järgmised nüansid:

1. Nõudlikkus hoolduses. Maksimaalselt kõrge H₂ tootmistaseme saavutamiseks tuleb igal aastal vahetada metallplaadid. Lisaks elektroodide vahetamisele tuleb kavandatud energiakoguse tootmiseks regulaarselt lisada katalüsaatorit. Selle protseduuri sagedus sõltub võimsusest ja konkreetse mudeli omadustest.
2. Kõrge hind – tehasepaigaldise hind on vähemalt 350-400 €.
3. Plahvatusoht normeeritud rõhu tõustes katlas.
4. Vesinikuballoonide nappus – neid kohtab müügil üsna harva.
5. Piiratud valik. Kuna sellised kütteseadmed ei ole Venemaa turul eriti levinud, ei ole alati võimalik kiiresti leida sobivat mudelit ega ka pädevaid spetsialiste seadmete paigalduseks ja remondiks.
6. Kommunikatsioonide ühendamise vajadus. Seadme tööks on vajalik pidev ühendus elektrivarustusega elektrolüüsireaktsiooni läbiviimiseks, samuti veeallikaga, mille tarbimine sõltub seadme võimsusest.

Tuleb mainida, et tootjad pööravad suurt tähelepanu uutele tehnoloogiatele, püüavad täiustada vesinikukatelasid, kõrvaldades või minimeerides puudusi.

Kütteagregaadi tööpõhimõte

Tänu oma aktiivsusele ei esine H₂ puhtal kujul looduses, kuid seda on üsna lihtne eraldada tavalisest veest elektrolüüsi meetodil, mille käigus eraldub ka gaasiline hapnik.

Esitatud pildil on näha vesinikul töötava kütteseadme skemaatiline ülesehitus koos kõigi konstruktsioonielementide märkimisega (+)

Kütteseadme toimimiseks tuleb kõigepealt saada H₂. See toimub spetsiaalses sektsioonis, mis on ette nähtud sellise reaktsiooni toimumiseks. Mahutisse valatakse vedelik, millesse sukeldatakse metallplaadid.

Neile antakse spetsiaalselt valitud puhtusega elektrivool, mille mõjul eralduvad H₂ ja O₂, ning kõrvalsaadusena veeaur.

Saadud segu juhitakse läbi spetsiaalse seadme – keemilise separaatori, mille abil suudetakse eraldada vesinik, eraldades see muudest lisanditest. Puhastatud gaas juhitakse põletisse, millele on paigaldatud klapp.

See takistab H₂ liikumist teisele poole, mis hoiab ära plahvatuse. Samal ajal juhitakse hapnik ja veeaur teise süsteemi kaudu spetsiaalsesse mahutisse.

Edasi läbib gaasiline vesinik kaitseploki ja jõuab põlemiskambrisse. Siin reageerib see gaasiga katalüsaatori juuresolekul, mille tulemusena tekib soojus, mis läbi soojusvaheti suundub maja küttesüsteemi.

Kambris eraldunud veeaur naaseb spetsiaalse kanali kaudu elektrolüüdi reservuaari, kasutades seega retsirkulatsiooniprotsessi.

Võimsuse reguleerimine toimub spetsiaalselt varustatud kanalite abil, mille arv võib ulatuda kuueni. Iga sellise seadme sees on katalüsaator, tänu millele käivitub sisselülitamisel soojuse tootmise protsess.

Gaasivool, mis on kuumutatud temperatuurini 40°C, alustab liikumist põlemiskambris asuva soojusvaheti suunas.

Tänu eraldiseisvatele konstruktsioonidele võivad kanalid toimida üksteisest sõltumatult, mis võimaldab sisse lülitada ainult osa neist.

Vesiniku tootmise protsess tänapäevastes elektrolüüsiseadmetes on täielikult automatiseeritud. Ainus käsitsi teostatav protsess on vee valamine süsteemi.

Kaasaegsed mudelid on varustatud ka mitmesuguste seadmetega, näiteks veetaseme näitajate ja rõhuanduritega, mis võimaldab neil töötada automaatrežiimis ja reageerida kiiresti ettenägematutes olukordades.

Vesinikuseadme koostisosad

Vesinikul töötava küttesüsteemi ehitus on üsna lihtne.

Katel, mis toimib soojusvahetina, – on peamine element, kus toimub vesiniku tootmine.

Vesinikul töötavat katelt saab kokku panna kättesaadavatest elementidest ning selle tööks on vaja ainult tavalist või destilleeritud vett (+)

Elektrolüsaator – katla peamine tööosa, kus toimub elektrolüütiline reaktsioon, mis viib vee lagunemiseni H₂-ks ja O₂-ks. Element on veega täidetud reservuaar, millesse asetatakse metallist elektroodid, millel on maksimaalne voolujuhtivus.

Plaatidele on ühendatud juhtmed, mille kaudu toimub elektrivarustus.

Põleti – seade, mis aitab soojendada küttesüsteemis olevat soojuskandjat. See asub põlemiskambris, selle süütamiseks antakse säde.

Põleti klapp – spetsiaalne osa, mis asub seadme ülemises osas. Tänu sellele osale ületab H₂, mis on üles tõusnud, kergesti barjääri, mis on teistele eraldunud ainetele kättesaamatu, ja siseneb otse põletisse.

Tehases valmistatud vesinikukateldes on ette nähtud juhtplokk. Paneelil kuvatakse pinge- ja voolunäidud, võimsusregulaator ja teiste tööparameetrite seadistushoovad.

Torustik – kommunikatsioonid, mis väljuvad agregaadist ja mida kasutatakse soojuse juhtimiseks kõikidesse maja ruumidesse. Sidumiseks kasutatakse küttetorustikku läbimõõduga 25–32 mm. Paigaldamisel järgitakse põhireeglit: iga järgneva haru läbimõõt peab olema väiksem kui eelmisel.

Generaatorite valikukriteeriumid

Sellise tehnika soetamise otsustamisel on oluline pöörata tähelepanu järgmistele kriteeriumidele.

Võimsus. Tänapäevaste seadmete puhul võib selle näitaja väärtus oluliselt kõikuda, võimaldades valida optimaalse variandi nii väikese maja kui ka kahe- või kolmekorruselise hoone jaoks.

Vesinikukatelde kaasaegsete mudelite keskmine veekulu ei ole liiga suur. 24 tunni jooksul on seadme tööks vaja umbes 5,5 liitrit vett, mille arvel toodetakse 1,2–2 liitrit kütust.

Kontuuride arv. Vesinikul töötavatel seadmetel on tavaliselt paigaldatud kütekontuur. Mõnedel mudelitel on ette nähtud ka teise (soojendus) kontuuri lisapaigaldus.

Elektritarbimise tase. Tänapäeva tehnoloogiad võimaldavad saavutada suurepärast soojusvõimsust minimaalse elektrikasutusega. Erinevate generaatoritüüpide energiatarve varieerub vahemikus 1,2 kuni 3 kW tunnis.

Väike elektrikulu saavutatakse tänu sellele, et vesinikukatel ei tööta pidevalt, vaid ainult teatud toatemperatuuri hoidmiseks.

Toiteallikas. Kõik vesinikugeneraatorite sordid saab jagada kahte suurde kategooriasse: üks töötab gaasiga, teine elektrienergiaga.

Tootja. Parem eelistada kontrollitud tootjaid (Itaalia, USA). Tasub karta madala kvaliteediga tooteid, mida pakuvad kahtlased ettevõtted väga madalate hindadega.

Katla kasutusnõuanded

Agregaadi funktsionaalsuse parandamiseks on oluline järgida kaasasolevat juhendit. Seadme tööd saab täiustada, lisades täiendavaid osi (seejuures tuleb rangelt järgida ohutusreegleid).

Põletile paigaldatud leegiandur suurendab süsteemi ohutust. Leegi kustumisel lülitab seade automaatselt põletisse sissepääseva põlevgaasi, takistades selle sattumist ruumi.

Soojusvaheti sisemusse saab paigaldada spetsiaalseid andureid, mis võimaldavad jälgida vee soojenemise näitajate tõusu, ning täiendada põleti konstruktsiooni sulgarmatuuriga.

Piisab selle ühendamisest otse temperatuurianduriga, et katel automaatselt välja lülituks, kui kuumutus saavutab etteantud näidiku.

Samuti on kasulik paigaldada katla normitud jahutusseade.

Vesinikuseadmeid saab kasutada mitte ainult ainsa kütteseadmena majas, vaid neid saab kombineerida ka teiste küttesüsteemidega. Peamised soojusseadmed võivad sel juhul töötada madalatemperatuurilises režiimis.

Kui järgitakse kasutusnorme, teenib vesinikul töötav seade mitukümmend aastat. Kuigi selliste seadmete garantiiaeg on 15 aastat, võivad nad praktikas kvaliteetselt töötada 20-30 aasta jooksul.

Selliste seadmete parandamine ei valmista raskusi kogenud meistrile, kuna vesinikukatla põhimõtteline skeem ei erine kuigi palju teistel kütustel töötavatest analoogidest.

Top 5 tehase vesinikugeneraatorit

Esimene ettevõte, mis valmistas ja patenteeris vesinikkütusel katla tootmistehnoloogia, oli Itaalia ettevõte Giacomini. See on spetsialiseerunud seadmetele, mille aluseks on keskkonnasõbralikud energiatootmismeetodid: geotermilised pumbad, päikesepaneelid ja muud.

H2ydroGEM — katalüütiline põlemiskamber, mille igas düüsis on aine, mis kiirendab vesiniku põlemisreaktsiooni. Tänu sellele toimub protsess suhteliselt madalal temperatuuril.

Praegu toodavad selliseid mudeleid Ameerika, Hiina ja Euroopa ettevõtted, kuid nende valik ei ole kuigi lai võrreldes teistel kütustel töötavate kateldega.

Parimad tööstuslikud vesinikusüsteemide mudelid

Kõige populaarsemate mudelite hulgas võib märkida:

1. Megatank100 – võrguelektril töötav generaator. Sellel on usaldusväärne mitmetasandiline kaitse ülekuumenemise ja lühise eest, mis tagab ohutu ja produktiivse töö. Mudeli hind sõltub selle konfiguratsioonist.
2. STAR-2000 – kallis seade (>2000 €) suurepäraste tehniliste näitajatega. Hoolimata sellest, et see generaator tarbib minimaalselt energiat, suudab ta kütta ruumi pindalaga 251-300 ruutmeetrit.
3. Kingkar – võrgutöötav seade, millel on suurepärased tööomadused. Mudeli hind on üsna kõrge – umbes 1000 €, kuid see tasub end ära ökonoomse energiatarbimisega.
4. H2-2 – Itaalia tehnika klassist «extra» kõrge hinnaga (umbes 2500 €), mis võimaldab soojendada õhku suurtes ruumides (alates 300 m³ ja rohkem) minimaalse elektrikuluga.
5. Free Energy – kvaliteetsed seadmed demokraatliku hinnaga vahemikus 150–350 € (hind sõltub võimsusest ja muudest omadustest). Varustatud juhtplokiga, mis automatiseerib paljusid protsesse, mitmetasandilise pinge- ja rõhu reguleerimise anduriga.

On olemas ka teisi mudeleid erinevates hinnakategooriates.

Kuidas ise katelt valmistada

Küttegeneraatorid on üsna lihtsa konstruktsiooniga. Teatud oskustaseme juures on võimalik seade ise kokku panna. Samas, vesiniku segu plahvatusohu tõttu nõuab selline töö äärmist vastutust, teadmisi ohutustehnikast ja kogemusi sarnaste seadmete paigaldamisel.

Seadme ise valmistamisel ei saa vältida märkimisväärseid finantskulusid, kuna osa komponente on parem osta valmis kujul. Kõrge risk paneb mõtlema tehaseseadmete peale, millele tootjad annavad pikaajalisi garantiisid.

Vesinikboileri ise valmistamise protsessi saab jagada mitmeks etapiks.

Samm nr 1 – joonise tegemine ja materjalide ettevalmistamine. Esmalt tuleb internetist leida sarnaseid projekte, et nende põhjal kavandada seade, mis vastaks kõigile tingimustele ja võimalustele.

Tuleb täpselt arvutada kõik näitajad, ja eelkõige vajalik võimsus, ning otsustada materjalid, mida kasutatakse boileri valmistamiseks. Optimaalseks variandiks peetakse ferromagnetilisi sulameid, kuid täiesti sobib ka roostevabast terasest valmistatud mahuti.

Kuigi vesiniku küttegeneraatoril võivad olla erinevad konstruktsioonid, jäävad muutumatuks järgmised osad:

• 12-voldine energiaallikas;
• reservuaar, kus konstruktsioon asub;
• PWM-regulaator võimsusega vähemalt 30 A;
• mitu erineva läbimõõduga roostevabast terasest toru;
• terasleht;
• metallisaag;
• gaasipõleti – parem valmis, poest ostetud.

Samm 2 – elektrolüütide loomine. Plaatide valmistamiseks, millega elektrolüüsija varustatakse, tuleb võtta keskmise paksusega terasleht. Metallilõikurite, rauasae või muu tööriista abil lõigatakse see võrdseteks ribadeks, 18 või enam tükki (arv peab olema kindlasti paaris).

Igaühe tagaküljele tuleb puurida augud poltidele, mida on vaja, et hoida neid elemente elektrolüüdis täiesti liikumatult.

Kõik plaadid jagame anoodideks ja katoodideks; sõltuvalt sellest jagamisest ühendatakse nende külge juhtmed, mis edastavad vastavalt positiivseid ja negatiivseid laenguid.

Alalisvoolu kasutamine on tulemuslikum kui vahelduvvoolu kasutamine. Selle allikana on parim kasutada PWM-tüüpi generaatorit.

Samm nr 3 – elektrolüsaatori kokkupanek. Parim materjal selle elemendi valmistamiseks on roostevaba teras. Metallist keevitatakse usaldusväärne ristküliku- või ruudukujuline konstruktsioon, seejärel valatakse sinna vesi või H₂O segu katalüsaatoriga ning paigutatakse ettevalmistatud plaadid ühendatud juhtmetega.

Samm nr 4 – põleti ühendamine. Seadme ülemisse ossa paigaldatakse põleti – parem on kasutada ostetud mudelit, mida saab osta spetsialiseeritud poest.

Samm nr 5 – separaatori paigaldamine ja ühendamine, mis on vajalik vesiniku eraldamiseks gaaside segust.

Lõpuks paigaldatakse toru, mille kaudu H₂ tõuseb põletini, ning ühendatakse elemendid, mis juhivad soojust ja jaotavad seda üle kogu maja.

Milline vesi on parem – tavaline või destilleeritud

Üks küsimustest, mida vesinikukatelde omanikud sageli küsivad, puudutab seadmete tööks kasutatavat vett.

Destilleeritud vett vesinikukatelde jaoks võib osta poodidest või korraldada selle tootmist iseseisvalt, kasutades kõige lihtsamat seadet

Spetsialistide arvates näitavad tehase- või isetehtud seadmed parimaid tulemusi destilleeritud vee kasutamisel, millesse on lisatud väga väike kogus naatriumhüdroksiidi (10 liitri H₂O kohta – üks supilusikatäis).

Kuid vesinikukatel võib edukalt töötada ka kraaniveega, peaasi, et see ei sisaldaks raskmetallide soolasid.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool esitatud videol näete ülevaadet vesinikkütusel töötava gaasikatla mudelist, mille on tootnud tuntud Korea ettevõte DAEWOO.

Vesinikku nimetatakse mitte ilma põhjuseta tuleviku kütuseks: see gaas võib saada praktiliselt piiramatuks odava keskkonnasõbraliku kütuse ressursiks, mida saab kasutada erinevates seadmetes.

Tehases või iseseisvalt valmistatud vesinikkütusekatel võimaldab luua autonoomse küttesüsteemi. See aitab oluliselt vähendada kommunaalmakseid ja lahendab küsimuse mugava temperatuuri hoidmisest elutubades ja abiruumides.

Kas teil on kogemusi vesiniku kasutamisel kütusena? Kas soovite esitada küsimusi teema kohta või rääkida oma leiutisest? Palun kommenteerige publikatsiooni, osalege aruteludes ja jätke fotosid oma isetehtud seadmetest. Tagasiside plokk asub allpool.