Udělejte si doma vodíkové topení.

Vodíkový kotel je inovativní vědecké řešení, které umožňuje vytápět předměty s minimálními finančními náklady a vysokou účinností. Nevyžaduje údržbu a je spolehlivý v provozu, má však složitou konstrukci a klade vysoké nároky na kvalitu použitých komponentů. Je možné vyrobit topný kotel na vodíkové palivo vlastníma rukama?

Vlastnosti vodíku jako paliva

Vodík je nejlehčí bezbarvý plyn bez zápachu, který je desátým nejrozšířenějším chemickým prvkem na planetě. Je netoxický a ani při hoření neuvolňuje škodlivé látky.

Je výhodné používat vodík jako palivo z následujících důvodů:

• vysoký přenos tepla (více než 121 MJ/kg) díky teplotě spalování dosahující +60000C,
• možnost snížení teploty spalování na +3000C, za použití katalyzátorů,
• bezpečnost v případě netěsností v důsledku rychlého odpařování do atmosféry, protože jeho hmotnost je 14krát lehčí než vzduch,
• schopnost těžit palivo kdekoli na planetě,
• nenáročnost na použitý typ kotle.

Konstrukce vodíkového kotle

Vodíkový topný kotel se skládá z následujících konstrukčních prvků:

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

Konstrukce vodíkového kotle

Princip činnosti

Provoz kotle na vodíková paliva je realizován takto:

1. V elektrolyzéru po vstupu 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, ve kterém se odděluje vodík z celkového objemu. V tomto případě je vyčištěný plyn vypouštěn přes speciální ventil do další jednotky instalace bez možnosti zpětného chodu. Toto konstrukční řešení umožňuje zabránit výbuchu při kontaktu vodíku se vzduchovou směsí.
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 se ohřívá výměník tepla, který obsahuje chladivo používané v topném systému zařízení.
4. Odpadní plyn po chemické reakci opět vstupuje do komory s elektrolytickým roztokem.

Topný výkon je nastaven 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 splňovat požadavky topného systému a použité chladicí kapaliny a také zohledňovat plochu vytápěného prostoru,
• rozměry spalovací komory musí být vybaveny požadovaným počtem výměníků tepla umožňujících uspořádání několika topných okruhů,
• elektrická síť v objektu musí odolat příkonu kotle,
• všechny konstrukční prvky kotle musí být vyrobeny z vysoce kvalitních materiálů a mít dostatečnou rezervu pevnosti a odolnosti proti opotřebení,
• Ochranná jednotka musí být certifikovaná 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 chladicí kapaliny nad povolené normy,
• je zakázáno provozovat kotel v režimech, které výrobce neuvádí nebo mohou způsobit řetězovou reakci,
• při zvýšení 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 jejich následujícími výhodami:

• žádné emise škodlivých látek do ovzduší,
• teplo se uvolňuje během chemické reakce, která nevyžaduje plamen,
• vysoká účinnost tepelné instalace,
• absence hluku při provozu kotle,
• není nutná žádná instalace komína, což umožňuje instalaci kotle 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 explozi,
• vysoké požadavky na kvalitu montáže všech komponentů a také na materiály použité při výrobě,
• opravy a údržba vyžadují zapojení specialistů,
• potíže s hledáním dílů,
• vysoká spotřeba vody.

Se všemi výhodami vodíkových kotlů stojí za zvážení také potíže s hledáním dílů

Jak vyrobit vodíkový kotel vlastníma rukama?

Před výrobou vodíkového kotle vlastníma rukama je třeba připravit následující materiály:

• vysoce legované nerezové plechy o tloušťce 2-4 mm,
• filtr na čištění vody,
• transparentní vysokotlaké plynové hadice o průměru 8 mm,
• uzavřená plastová nádoba o objemu 1,5-2 l,
• 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 kovovým kotoučem,
• šroubovák a vidlicový klíč na šrouby,
• nástroje na řezání závitů 6 mm,
• stavební nůž na řezání hadic,
• vrtačka se sadou vrtáků,
• svářečka.

K výrobě vodíkového kotle budete potřebovat brusku s kovovým kotoučem

Proces výroby kotle lze kvalitativně rozdělit do následujících fází:

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

Fáze vytvoření generátoru vodíku

Generátor vodíku se vyrábí krok za krokem takto:

1. Ocelový plech nařežeme na 50 kusů plátů 50×16 mm. Jeden z rohů seřízneme pod úhlem 450 a do protějšího rohu vyvrtáme otvory o průměru 6 mm.
2. Desky položíme na jeden šroub a položíme je na obě strany s podložkami o tloušťce 1-2 mm. Zafixujeme je maticí. Stejným způsobem položíme zbývající pláty na druhý svorník. Ve výsledku tak získáme design připomínající 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, aby se desky chladiče daly položit na sebe a nedotýkaly se.
4. Na desku připevníme dva radiátory.
5. Vložíme konstrukci dovnitř nádoby a zajistíme ji šrouby. Zároveň mezi víko a tělo vložíme těsnění z měkké pryže 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. Na obou stranách položíme těsnění a zajistíme je k maticím.
8. Těsnost sestavy zkontrolujeme tak, že na jednu trubku připojíme kompresor a na druhou manometr. Pumpujte tlak na 2 atmosféry a po dobu 30 minut sledujte údaje na tlakoměru. Pokud se nezměnila, je montáž dokončena, jinak chyby vzniklé při těsnění odstraňujeme.
9. Zkontrolujeme funkčnost generátoru za provozních podmínek: na potrubí nainstalujte zpětný ventil, připojte k němu vodíkovou láhev, vodu na druhou a elektrický proud na dvě elektrody (dva šrouby chladiče).

Fáze vytvoření a montáže kotle

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

1. Profilovou trubku 20×20 mm nařežeme bruskou na 8 kusů po 300 mm.
2. Trubku 40×40 mm nařežeme na 3 části: dvě 80 mm a jednu 200 mm.
3. Do trubky 200 mm s průřezem 40×40 mm uprostřed délky na dvou protilehlých stranách vyřízneme otvory pro trubku 40×40 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 a na čtvrtou zátku s 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. Získáte čtyři otvory.
6. Trysky (podobně jako klasické plynové) zavaříme 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 vyříznutému v osmém kroku.
10. Vezmeme trubku o průměru 20 mm s délkou o 30-40 mm kratší než je délka svařovaných trubek a vyvrtáme do ní dva otvory nahoře a dole, aby se dala svařit.
11. Trubku připevníme na ocelový plech s menšími otvory a svaříme.
12. Hotovou konstrukci otočíme a nainstalujeme druhý ocelový plech a trubky by měly zapadnout do dříve vytvořených otvorů. Poté trubky přivaříme k plechu.
13. Konstrukci s hořákem přivaříme k ocelovému plechu.
14. Trubky pro cirkulaci chladicí kapaliny přivaříme k odpovídajícím otvorům v pouzdře.
15. Na přívodní potrubí instalujeme teplotní čidlo, na hořáku detektor plamene. Oba senzory propojujeme s automatickými ovladači nebo vizuálními a zvukovými varovnými systémy.
16. Zkontrolujte těsnost krytu.
17. Poté z ocelových plechů vytvoříme vnější ochranný plášť vhodných rozměrů, do kterého umístíme všechny konstrukční prvky a spojíme je. Zvláštní pozornost je třeba věnovat těsnosti všech spojů a pečlivě ji dvakrát zkontrolovat. Na elektrody připojíme elektřinu. Provádíme zkušební provoz instalace.

Pro urychlení chemické reakce v elektrolyzéru je nutné rozpustit alkálie nebo sůl ve vodě. Tím se zlepší vodivost vody a zvýší se výtěžek vodíku.

Je docela možné vyrobit kotle na vodíková paliva 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 základních parametrů způsobí, že budou neúčinné a provozně nebezpečné.