Brintkedel til opvarmning: konstruktion + funktionsprincip + udvælgelseskriterier

Principperne for alternativ energi vinder i stigende grad forbrugernes opmærksomhed. Dette skyldes i høj grad stigningen i takster for traditionelle energikilder samt periodiske forstyrrelser på servicemarkedet.

Under disse omstændigheder betragtes brintkedlen til opvarmning som en af de mest lovende typer enheder, der arbejder med vedvarende brændstof, nemlig gas H₂.

Før du beslutter dig for at købe en sådan enhed, skal du sætte dig ind i dens funktionsprincip, vurdere fordele og ulemper ved at bruge brint som brændstof. Disse spørgsmål er blevet undersøgt af os og er detaljeret beskrevet i artiklen.

Derudover har vi angivet parametre, du bør overveje, når du vælger en kedel, givet driftstips og udarbejdet en oversigt over de bedste fabriksfremstillede brintgeneratorer. Gør-det-selv-entusiaster vil have gavn af vejledningen til at samle enheden selv.

Egenskaber ved brint som brændstof

Som nævnt ovenfor er brændstoffet til sådanne enheder brint, den letteste gas i naturen, uden farve og lugt. Blandt dets fordele kan nævnes den store mængde varme, der frigives ved forbrænding af H₂ (121 MJ/kg, mens der ved forbrænding af propan kun frigives 40 MJ/kg).

Under normale forhold brænder brint ved en temperatur på +2000°C, men med en katalysator kan den sænkes til +300°C. Dette gør det muligt at fremstille kedler af billigt stål i stedet for dyre sjældne jordarters metaller.

Brint er ikke-giftigt, hvilket sikrer sikker brug i hjemmet. Ved forbrænding af dette stof dannes vanddamp, som forbedrer indeklimaet og ikke kræver skorstene.

Ved brug af brint skal sikkerhedsreglerne nøje overholdes: ved forkert brug af gassen eller kontakt med åben ild kan der forekomme en ødelæggende eksplosion.

Blandt ulemperne kan nævnes brints øgede eksplosionsfare, især når det blandes med luft eller ilt, hvilket fører til dannelse af knaldgas.

Fordele og ulemper ved brintkedler

Styrkerne ved sådanne enheder er:

1. Fuld miljøvenlighed. Nedbrydningsprodukterne af vand skader ikke atmosfæren og er fuldstændig sikre for menneskers og husdyrs sundhed.
2. Høj effektivitet, der kan nå op til 96%. Dette er betydeligt højere end virkningsgraden for diesel, naturgas eller kul.
3. Besparelse af naturressourcer ved anvendelse af alternative energikilder.
4. Lav pris på de opnåede kalorier. Til sådanne enheder er vand og lidt elektricitet nok.

Samtidig har sådanne enheder også svage sider.

Til ulemperne skal følgende nuancer medregnes:

1. Krævende vedligeholdelse. For at opnå den højest mulige produktion af H₂ skal metalpladerne udskiftes hvert år. Ud over udskiftning af elektroderne skal der regelmæssigt tilsættes katalysator for at producere den planlagte mængde energi. Hyppigheden af denne procedure afhænger af effekten samt af de specifikke egenskaber ved den pågældende model.
2. Høj pris – en fabriksinstallation koster mindst 2333-2667 kr.
3. Eksplosionsfare ved forhøjet normeret tryk i kedlen.
4. Mangel på brintflasker – de ses sjældent til salg.
5. Begrænset udvalg. Da sådanne varmeapparater ikke er særligt udbredte på det russiske marked, er det ikke altid muligt hurtigt at finde en passende model samt kompetente specialister til installation og reparation af udstyret.
6. Behov for tilslutning af forsyninger. For at enheden kan fungere, kræves en konstant tilslutning til strømforsyning for at udføre elektrolyse-reaktionen samt en vandkilde, hvis forbrug afhænger af enhedens effekt.

Det skal nævnes, at producenterne lægger stor vægt på ny teknologi og stræber efter at forbedre brintkedlerne ved at eliminere eller minimere ulemper.

Funktionsprincip for varmeenheden

På grund af sin aktivitet forekommer H₂ ikke i ren form i naturen, men det er ret enkelt at udskille det fra almindeligt vand ved elektrolyse, hvorved der også frigives gasformig oxygen.

På det viste billede kan man se en skematisk opstilling af varmeudstyr, der arbejder med brint, med angivelse af alle konstruktionselementer (+)

For at varmeapparatet kan fungere, skal der først fremstilles H₂. Dette sker i et særligt rum, der er afsat til denne reaktion. I beholderen hældes væske, hvori metalpladerne nedsænkes.

Der påføres en elektrisk strøm med specielt tilpasset renhed, under hvis påvirkning der frigives H₂ og O₂, samt som et biprodukt – vanddamp.

Den opnåede blanding ledes gennem en særlig anordning – en kemisk separator, hvorved det lykkes at udskille brinten og adskille den fra andre urenheder. Den rensede gas tilføres til brænderen, hvorpå der er monteret en ventil.

Det forhindrer H₂ i at bevæge sig til den anden side, hvilket forhindrer en eksplosion. Samtidig ledes ilt og vanddamp gennem et andet system til en speciel beholder.

Derefter passerer gasformigt brint gennem en beskyttelsesenhed og kommer ind i forbrændingskammeret. Her reagerer det med gas i nærvær af en katalysator, hvorved der dannes varme, som via en varmeveksler føres til husets varmesystem.

Vanddamp, der frigives i kammeret, vender tilbage til elektrolytbeholderen via en særligt udpeget kanal og udnytter dermed recirkulationsprocessen.

Effektregulering sker ved hjælp af specialudstyrede kanaler, hvor antallet kan være op til seks. Inde i hver af disse anordninger er der en katalysator, så varmeproduktionsprocessen starter, når de tændes.

Gasstrømmen, der er opvarmet til 40°C, begynder at bevæge sig mod varmeveksleren, der er placeret i forbrændingskammeret.

Takket være separate konstruktioner kan kanalerne fungere uafhængigt af hinanden, hvilket gør det muligt kun at tænde nogle af dem.

Processen til fremstilling af brint i moderne elektrolyseapparater er fuldt automatiseret. Den eneste manuelle proces er at fylde vand i systemet.

Moderne modeller er også udstyret med forskellige instrumenter, såsom vandstandsmålere og tryksensorer, hvilket gør dem i stand til at arbejde i automatisk tilstand og reagere nødstilfælde i uforudsete situationer.

Bestanddele af brintanlægget

Konstruktionen af et varmesystem, der kører på brint, er ret enkel.

Kedlen, der fungerer som varmeveksler, – er hovedelementet, hvor brinten produceres.

En brintdrevet kedel kan samles af tilgængelige elementer, og til dens drift kræves kun almindeligt eller destilleret vand (+)

Elektrolysator – den vigtigste aktive del af kedlen, hvor den elektrolytiske reaktion finder sted, der fører til spaltning af vand til H₂ og O₂. Elementet er en beholder fyldt med vand, hvori der placeres metalelektroder med maksimal elektrisk ledningsevne.

Til pladerne er der tilsluttet ledninger, som leverer elektricitet.

Brænder – en anordning, der opvarmer varmebæreren i varmesystemet. Den er placeret i fyrkammeret, og der tilføres en gnist for at antænde den.

Brænderventil – en speciel del placeret i den øverste del af enheden. Takket være denne del kan H₂, der er steget op, let passere en barriere, som andre frigivne stoffer ikke kan, og kommer direkte ind i brænderen.

I fabriksfremstillede brintkedler er der en styreenhed. På panelet vises spændings- og strømindikatorer, effektregulator og håndtag til justering af andre arbejdsparametre.

Rørledning – kommunikationer, der forgrener sig fra enheden og bruges til at levere varme til alle rum i huset. Til tilslutning bruges varmeledninger med diameter 25-32 mm. Ved lægning overholdes grundreglen: diameteren af hver efterfølgende forgrening skal være mindre end den foregående.

Kriterier for valg af generatorer

Når du beslutter dig for at købe et sådant udstyr, er det vigtigt at være opmærksom på følgende kriterier.

Effekt. Hos moderne apparater kan værdien af denne indikator variere betydeligt, hvilket gør det muligt at vælge det optimale valg både til et lille hus og til to- eller treetagers bygninger.

Det gennemsnitlige vandforbrug i moderne generatormodeller er ikke særlig stort. I løbet af 24 timer vil der være behov for cirka 5,5 liter vand til apparatets drift, hvoraf der dannes 1,2-2 liter brændstof.

Antal kredsløb. På apparater, der kører på brint, er der normalt installeret et varmekredsløb. I nogle modeller er der også mulighed for montering af et andet (varme) kredsløb.

Elforbrugsniveau. Dagens teknologi gør det muligt at opnå fremragende varmeydelse med minimal elektricitet. Energiforbruget for forskellige generatortyper varierer fra 1,2 til 3 kW i timen.

Det lave elforbrug opnås ved, at brintkedlen ikke kører kontinuerligt, men kun for at opretholde en bestemt temperatur i rummet.

Strømkilde. Alle typer brintgeneratorer kan opdeles i to store kategorier: én kører på gas, den anden på elektricitet.

Producent. Det er bedre at foretrække pålidelige producenter (Italien, USA). Man skal være på vagt over for produkter af dårlig kvalitet, der tilbydes af tvivlsomme virksomheder til ekstremt lave priser.

Råd om drift af kedlen

For at forbedre enhedens funktionalitet er det vigtigt at følge den medfølgende vejledning. Man kan forbedre apparatets ydeevne ved at tilføje ekstra dele (men skal strengt følge sikkerhedsreglerne).

Flammesensoren monteret på brænderen øger systemets sikkerhed. Når flammen slukkes, lukker enheden automatisk for tilførslen af brændbar gas til brænderen og forhindrer dermed, at den trænger ind i rummet.

Man kan installere specielle sensorer inde i varmeveksleren til at overvåge stigningen i vandopvarmningsindikatorerne samt supplere brænderens konstruktion med afspærringsventiler.

Det er tilstrækkeligt at tilslutte den direkte til temperaturføleren, så kedlen automatisk slukker, når opvarmningen når den indstillede værdi.

Det er også nyttigt at installere en enhed til reguleret afkøling af kedlen.

Brint-enheder kan bruges ikke kun som det eneste varmeudstyr i hjemmet, men også kombineres med andre varmesystemer. De primære varmeanlæg kan i dette tilfælde fungere i lavtemperaturtilstand.

Hvis driftsnormerne overholdes, vil en brintdrevet enhed holde i flere årtier. Selvom garantiperioden for sådanne enheder er 15 år, kan de i praksis fungere godt i 20-30 år.

Reparation af sådanne apparater vil ikke være svært for en erfaren håndværker, da det grundlæggende kredsløb i en brintkedel ikke adskiller sig væsentligt fra analoger, der kører på andre brændstoftyper.

Top 5 fabriksfremstillede brintgeneratorer

Den første virksomhed, der fremstillede og patenterede teknologien til en brintkedel, var det italienske firma Giacomini. Det specialiserer sig i apparater baseret på miljøvenlige energimetoder: geotermiske varmepumper, solpaneler og andre.

H2ydroGEM er et katalytisk forbrændingskammer, hvor der i hver brænder er et stof, der accelererer brintforbrændingsreaktionen. Takket være dette foregår processen ved en relativt lav temperatur.

I øjeblikket fremstilles sådanne modeller af amerikanske, kinesiske og europæiske virksomheder, men deres sortiment er ikke særlig bredt sammenlignet med kedler, der kører på andre brændstoftyper.

De bedste fabriksmodeller af brintanlæg

Blandt de mest populære modeller bemærker vi:

1. MegaTank100 – en generator, der kører på netstrøm. Den har et pålideligt flerlagsbeskyttelsessystem mod overophedning og kortslutning, hvilket sikrer sikker og produktiv drift. Prisen på modellen afhænger af dens konfiguration.
2. STAR-2000 – dyr enhed (>13.333 kr) har fremragende tekniske specifikationer. På trods af at denne generator forbruger et minimum af energi, er den i stand til at opvarme et rum på 251-300 kvadratmeter.
3. Kingkar – et netstrømsdrevet apparat med fremragende arbejdsegenskaber. Prisen på modellen er ret høj – omkring 6.667 kr, men den opvejes af økonomisk energiforbrug.
4. H2-2 – Italiensk udstyr af 'extra' klasse til en høj pris (cirka 16.667 kr), der gør det muligt at opvarme luft i store rum (fra 300 m³ og opefter) med minimalt elforbrug.
5. Free Energy – kvalitetsenheder til en overkommelig pris fra 1000 til 2333 kr (prisen afhænger af effekt og andre egenskaber). Udstyret med en styreenhed, der automatiserer mange processer, og en flertrins sensor til regulering af spænding og tryk.

Der findes også andre modeller i forskellige prisklasser.

Sådan laver du en kedel selv

Varmegeneratorer har en forholdsvis enkel konstruktion. Hvis du har et vist niveau af færdigheder, kan du samle apparatet selv. Samtidig kræver dette arbejde, på grund af brintblandingens eksplosionsfare, ekstremt ansvar, kendskab til sikkerhedsforanstaltninger og erfaring med montering af sådanne enheder.

Ved selvbygning af apparatet undgår man ikke betydelige økonomiske omkostninger, da nogle komponenter bedst købes færdige. Den høje risiko får en til at overveje fabriksfremstillede enheder, som producenterne giver langvarige garantier på.

Processen med at lave en brintkedel selv kan opdeles i flere trin.

Trin nr. 1 – udførelse af tegning og klargøring af materialer. Først og fremmest bør man finde lignende projekter på internettet for på baggrund af dem at udtænke en anordning, der opfylder alle betingelser og muligheder.

Det er nødvendigt at beregne alle parametre nøjagtigt, især den nødvendige effekt, samt at afgøre spørgsmålet om materialer, der skal bruges til kedlen. Ferromagnetiske legeringer anses for at være det optimale valg, men en beholder af rustfrit stål er også helt acceptabel.

Selvom varmebrintgeneratorer kan have forskellige konstruktioner, forbliver følgende dele uændrede:

• 12-volts energikilde;
• beholder, hvor konstruktionen skal placeres;
• PWM-regulator med en effekt på mindst 30 A;
• flere rør i forskellige diametre, fremstillet af rustfrit stål;
• stålplade;
• metalsav;
• gasbrænder – helst en færdig, købt i butikken.

Trin 2 – fremstilling af elektrolytter. For at lave pladerne, som elektrolyseapparatet skal udstyres med, skal man tage en stålplade af middeltykkelse. Med metalsaks, sav eller andet værktøj skæres den i lige store strimler, mindst 18 stykker (antallet skal være lige).

På bagsiden af hver strimmel skal der bores huller til boltene, der skal holde disse elementer helt ubevægeligt i elektrolytten.

Alle plader opdeles i anoder og katoder; afhængigt af denne opdeling tilsluttes ledninger, der henholdsvis overfører positive og negative ladninger.

Brug af jævnstrøm er mere effektivt end brug af vekselstrøm. Som kilde til jævnstrøm er det bedst at bruge en generator af PWM-typen.

Trin nr. 3 – samling af elektrolysøren. Det bedste materiale til fremstilling af dette element er rustfrit stål. Af metal svejses en robust konstruktion i rektangulær eller kvadratisk form, hvorefter der hældes vand eller en blanding af H₂O med katalysator i, og de forberedte plader med tilsluttede ledninger placeres.

Trin nr. 4 – tilslutning af brænderen. I toppen af enheden monteres en brænder – det er bedst at bruge en købt model, som kan købes i en specialbutik.

Trin nr. 5 – montering og tilslutning af separatoren, som er nødvendig for at udskille brinten fra gasblandingen.

Afslutningsvis lægges et rør, ad hvilket H₂ vil stige op til brænderen, og der tilsluttes elementer, der leder varmen væk og fordeler den i hele huset.

Hvilket vand er bedst – almindeligt eller destilleret

Et af de spørgsmål, som ejere af brintkedler ofte stiller, vedrører det vand, der bruges til at drive enhederne.

Destilleret vand til brug i en brintkedel kan købes i butikker eller produceres selv ved hjælp af en simpel opsætning

Ifølge eksperter opnår fabriksfremstillede eller hjemmelavede enheder de bedste resultater, når de kører på destilleret vand med en lille smule natriumhydroxid tilsat (1 spiseskefuld pr. 10 liter H₂O).

Dog kan en brintkedel også fungere godt med postevand, så længe det ikke indeholder salte af tungmetaller.

Konklusioner og nyttig video om emnet

I videoen nedenfor kan du se en gennemgang af en model af en gaskedel, der kører på brintbrændstof, fremstillet af det kendte koreanske firma DAEWOO.

Brint kaldes med rette fremtidens brændstof: denne gas kan blive en næsten uendelig ressource af billigt, miljøvenligt brændstof, som kan bruges i forskellige anlæg.

En kedel på brintbrændstof, fremstillet på fabrik eller selvbygget, vil gøre det muligt at skabe et autonomt varmesystem. Dette kan reducere betalinger til forsyningsselskaberne betydeligt og løse spørgsmålet om at opretholde en behagelig temperatur i stuer og bryggers.

Har du erfaring med at bruge brint som brændstof? Ønsker du at stille spørgsmål om emnet eller fortælle om din opfindelse? Kommenter venligst indlægget, deltag i diskussioner, og efterlad billeder af dine gør-det-selv-projekter. Feedback-blokken findes nedenfor.