Chaudière à hydrogène: appareil + principe de fonctionnement + critères de sélection

Les principes des énergies alternatives retiennent de plus en plus l'attention des consommateurs. À bien des égards, cela est facilité par l'augmentation des tarifs pour les transporteurs d'énergie traditionnels, ainsi que par les défaillances périodiques du marché des services.

Dans ces circonstances, une chaudière à hydrogène est considérée comme l'un des types d'appareils les plus prometteurs fonctionnant aux combustibles renouvelables, qui est le gaz H₂.

Avant de décider d'acheter une telle unité, il est nécessaire de se familiariser avec le principe de son fonctionnement, d'évaluer les avantages et les inconvénients de l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. Ces questions ont été étudiées par nous et sont décrites en détail dans l'article.

De plus, nous avons identifié les paramètres à prendre en compte lors du choix d'une chaudière, donné des conseils de fonctionnement et préparé un aperçu des meilleurs générateurs d'hydrogène d'usine. Ventilateurs d'instructions pratiques faites maison pour assembler l'unité de vos propres mains.

Propriétés de l'hydrogène comme carburant

Comme mentionné ci-dessus, le carburant de ces unités est l'hydrogène, le gaz le plus léger de la nature, manquant de couleur et d'odeur. Parmi ses avantages, on peut appeler une grande quantité de chaleur qui est libérée lors de la combustion de H₂ (121 MJ / kg, alors que seulement 40 MJ / kg sont libérés lors de la combustion du propane).

Dans des conditions normales, l'hydrogène brûle à une température de + 2000 ° C, mais à l'aide d'un catalyseur, il peut être réduit à + 300 ° C. Cela vous permet de fabriquer des chaudières en acier économique et non en métaux de terres rares coûteux.

L'hydrogène est non toxique, ce qui garantit la sécurité de son utilisation au quotidien. Lorsque cette substance est brûlée, la vapeur d'eau est obtenue qui améliore le microclimat intérieur et n'a pas besoin de cheminées.

Lors de l'utilisation de l'hydrogène, des règles de sécurité doivent être strictement respectées: si le gaz est mal utilisé ou en contact avec une flamme nue, une explosion destructrice peut se produire

Parmi les inconvénients, il y a l'explosivité accrue de l'hydrogène, en particulier lorsqu'il est mélangé à de l'air ou de l'oxygène, ce qui conduit à la formation de gaz détonant.

Avantages et inconvénients des chaudières à hydrogène

Les points forts de ces appareils sont:

1. Respect de l'environnement. Les produits de décomposition de l'eau ne nuisent pas à l'atmosphère, ils sont totalement sans danger pour les animaux humains et domestiques.
2. Haut niveau d'efficacitéqui peut atteindre 96%. Ceci est nettement supérieur à l'efficacité du diesel, du gaz naturel ou du charbon.
3. Économiser les ressources naturelles par application sources d'énergie alternatives.
4. Petit prix reçu des calories. Il y a suffisamment d'eau et d'électricité pour de tels appareils.

Dans le même temps, ces appareils présentent des faiblesses.

Parmi les inconvénients, citons les nuances suivantes:

1. Maintenance exigeante. Pour le plus haut degré de production possible de H₂, il est nécessaire de remplacer les plaques métalliques chaque année. En plus de remplacer les électrodes, un catalyseur doit être ajouté régulièrement pour produire la quantité d'énergie prévue. La fréquence de cette procédure dépend de la puissance, ainsi que des caractéristiques d'un modèle particulier.
2. Coût élevé - L'installation en usine coûtera pas moins de 35 à 40 000 roubles.
3. Risque d'explosion avec une augmentation de la pression normalisée dans la chaudière.
4. Carence en bouteille d'hydrogène - ils sont assez rarement vus en vente.
5. Choix limité. Ces appareils de chauffage n'étant pas trop courants sur le marché russe, il n'est pas toujours possible de trouver rapidement le bon modèle, ainsi que de trouver des spécialistes compétents pour l'installation et la réparation des équipements.
6. Le besoin de communication. Pour que l'appareil fonctionne, une connexion constante à l'alimentation électrique pour la réaction d'électrolyse, ainsi qu'à une source d'eau, dont le débit dépend de la puissance de l'appareil, est nécessaire.

Il convient de noter que les fabricants accordent une grande attention aux nouvelles technologies, s'efforcent d'améliorer les chaudières à hydrogène, en éliminant ou en minimisant les inconvénients.

Le principe de fonctionnement de l'unité de chauffage

En raison de son activité, H₂ sous sa forme pure, il ne se produit pas dans la nature, cependant, il est assez simple de l'isoler de l'eau ordinaire par électrolyse, tandis que de l'oxygène gazeux est également libéré.

Dans l'image présentée, vous pouvez voir un diagramme schématique de l'équipement de chauffage fonctionnant à l'hydrogène, indiquant tous les éléments structurels (+)

Pour que le chauffe-eau fonctionne, vous devez d'abord obtenir H₂. Cela a lieu dans un compartiment spécial réservé à une réaction similaire. Le liquide est versé dans le récipient où les plaques métalliques sont immergées.

Un courant électrique d'une pureté spécialement sélectionnée leur est envoyé, sous l'influence duquel H est libéré₂ et oh₂, et aussi comme sous-produit - la vapeur d'eau.

Le mélange résultant est passé à travers un dispositif spécial - un séparateur chimique, avec lequel il est possible d'isoler l'hydrogène, le séparant des autres impuretés. Le gaz purifié est fourni au brûleur sur lequel la vanne est montée.

Il entrave le mouvement de H₂ de l'autre côté, ce qui empêche une explosion. Dans ce cas, l'oxygène et la vapeur d'eau à travers un autre système tomberont dans un récipient spécial.

De plus, l'hydrogène gazeux traverse l'unité de protection et entre dans la chambre de combustion. Ici, il réagit avec le gaz en présence d'un catalyseur, à la suite duquel de la chaleur est générée, qui pénètre dans le système de chauffage domestique par un échangeur de chaleur.

La vapeur d'eau libérée dans la chambre par un canal spécialement affecté est renvoyée vers le réservoir d'électrolyte, utilisant ainsi le processus de recirculation.

Le réglage de la puissance s'effectue à l'aide de canaux spécialement équipés, dont le nombre peut atteindre six.Un catalyseur est contenu à l'intérieur de chacun de ces appareils, de sorte que lorsque vous l'allumez, le processus de génération de chaleur commence.

Le flux de gaz, chauffé à une température de 40 ° C, commence à se déplacer vers un échangeur de chaleur situé dans la chambre de combustion.

Grâce aux structures distinctes, les canaux peuvent agir indépendamment les uns des autres, ce qui vous permet de n'en inclure qu'une partie.

Le processus de production d'hydrogène dans les appareils d'électrolyse modernes est entièrement automatisé. Le seul processus manuel consiste à remplir le système d'eau.

Les modèles modernes sont également équipés de divers appareils, par exemple, des indicateurs de niveau d'eau et des capteurs de pression, ce qui leur permet de travailler en mode automatique et de réagir d'urgence dans des situations imprévues.

Composants d'une unité d'hydrogène

La conception d'un système de chauffage à l'hydrogène est assez simple.

Chaudièrejouer le rôle d'échangeur de chaleur est le principal élément de production d'hydrogène.

Une chaudière à hydrogène peut être assemblée à partir des éléments disponibles, et pour son fonctionnement, seule de l'eau ordinaire ou distillée est requise (+)

Électrolyseur - la partie active principale de la chaudière, où se produit une réaction électrolytique conduisant à la décomposition de l'eau en H₂ et oh₂. L'élément est un réservoir rempli d'eau, dans lequel sont placées des électrodes métalliques ayant une conductivité de courant maximale.

Les fils sont connectés aux plaques à travers lesquelles l'électricité est fournie.

Brûleur - un dispositif qui contribue au chauffage du liquide de refroidissement dans le système de chauffage. Situé dans la chambre de combustion, une étincelle est fournie pour l'allumer.

Vanne de brûleur - une pièce spéciale située en haut de l'appareil. Grâce à ce détail H₂, s'élevant, surmonte facilement une barrière inaccessible aux autres substances libérées et pénètre directement dans le brûleur.

Dans les chaudières à hydrogène d'usine, une unité de contrôle est fournie. Le panneau affiche des indicateurs de tension et de courant, un régulateur de puissance et des leviers pour régler d'autres paramètres

Pipeline - les communications qui partent de l'unité et sont utilisées pour fournir de la chaleur à toutes les pièces de la maison. Pour lier l'utilisation tuyaux de chauffage avec un diamètre de 25-32 mm. Lors de la pose, respectez la règle fondamentale: le diamètre de chaque branche suivante doit être inférieur à la précédente.

Critères de sélection du générateur

Lorsque vous décidez d'acheter une telle technique, il est important de prêter attention aux critères suivants.

Puissance. Pour les appareils modernes, la valeur de cet indicateur peut varier considérablement, ce qui vous permet de choisir la meilleure option pour une petite maison et un bâtiment de deux ou trois étages.

La consommation moyenne d'eau dans les modèles modernes de générateur n'est pas trop importante. Dans les 24 heures, pour le fonctionnement de l'appareil, environ 5,5 litres seront nécessaires, en raison de quoi 1,2-2 litres de carburant sont générés

Nombre de circuits. Sur les appareils fonctionnant à l'hydrogène, un circuit de chauffage est généralement installé. Dans certains modèles, une installation supplémentaire du deuxième circuit (de chauffage) est également fournie.

Consommation électrique. La technologie d'aujourd'hui permet d'atteindre une excellente production de chaleur en utilisant un minimum d'électricité. La consommation d'énergie de différents types de générateurs varie de 1,2 à 3 kW en 1 heure.

La faible consommation d'énergie est obtenue du fait que la chaudière à hydrogène ne fonctionne pas en continu, mais uniquement pour maintenir une certaine température dans la pièce.

Source d'alimentation. Toutes les variétés de générateurs d'hydrogène peuvent être divisées en deux grandes catégories: l'une fonctionne au gaz, l'autre à l'électricité.

Constructeur. Il vaut mieux préférer les fabricants de confiance (Italie, USA).Il faut se méfier des produits de mauvaise qualité proposés par des entreprises douteuses à des prix extrêmement bas.

Conseils d'utilisation de la chaudière

Pour améliorer la fonctionnalité de l'unité, il est important de respecter les instructions jointes. Vous pouvez améliorer le fonctionnement de l'appareil en ajoutant des détails supplémentaires (dans ce cas, vous devez suivre strictement les règles de sécurité).

Un détecteur de flamme monté sur le brûleur améliore la sécurité du système. Lorsque le feu s'éteint, l'appareil coupe automatiquement le flux de gaz combustible dans le brûleur, l'empêchant ainsi de pénétrer dans la pièce

Il est possible de monter des capteurs spéciaux dans la partie interne de l'échangeur de chaleur, qui permettent de suivre l'augmentation des indicateurs de chauffage de l'eau, ainsi que de compléter la conception du brûleur avec des vannes d'arrêt.

Connectez-le directement à capteur de températurede sorte que la chaudière s'arrête automatiquement dès que le chauffage atteint la valeur réglée.

Il est également utile d'installer un dispositif de refroidissement de chaudière standardisé.

Les appareils à hydrogène peuvent être utilisés non seulement comme seul équipement de chauffage dans la maison, mais également combinés avec d'autres systèmes de chauffage. Dans ce cas, les principales installations de chauffage peuvent fonctionner en mode basse température.

En cas de respect des normes de fonctionnement, une unité à hydrogène fonctionnera pendant plus d'une dizaine d'années. Bien que la période de garantie de ces appareils soit de 15 ans, en pratique, ils peuvent fonctionner efficacement pendant 20 à 30 ans.

La réparation de tels appareils ne sera pas difficile pour un artisan expérimenté, car le schéma électrique d'une chaudière à hydrogène n'est pas trop différent des analogues fonctionnant avec d'autres types de combustibles.

Top 5 des générateurs d'hydrogène d'usine

La première entreprise à fabriquer et à breveter une technologie de chaudière à hydrogène était une entreprise italienne Giacomini. Elle est spécialisée dans les appareils basés sur les méthodes environnementales de production d'énergie: pompes géothermiques, panneaux solaires et autres.

H2ydroGEM est une chambre de combustion catalytique, dans chaque corne dont il y a une substance qui accélère la réaction de combustion de l'hydrogène. Pour cette raison, le processus se produit à une température relativement basse.

Actuellement, ces modèles sont fabriqués par des sociétés américaines, chinoises et européennes, mais leur gamme n'est pas trop large par rapport aux chaudières fonctionnant avec d'autres types de combustibles.

Les meilleurs modèles d'usine de systèmes hydrogène

Parmi les modèles les plus populaires, on note:

1. MegaTank100 - générateur alimenté par l'électricité du réseau. Il dispose d'un système de protection multi-niveaux fiable contre la surchauffe et les courts-circuits, ce qui garantit un travail sûr et productif. Le coût du modèle dépend de sa configuration.
2. STAR-2000 - une unité chère (> 200 000 roubles) possède d'excellentes caractéristiques techniques. Malgré le fait que ce générateur consomme un minimum d'énergie, il est capable de chauffer une pièce d'une superficie de 251-300 mètres carrés.
3. Kingkar - un dispositif géré par réseau ayant d'excellentes propriétés de fonctionnement. Le coût du modèle est assez élevé - environ 100 000 roubles, mais il est remboursé par la consommation d'énergie économique.
4. H2-2 - Équipement italien de la classe "extra" à un prix élevé (environ 250 000 roubles). permettant de chauffer l'air dans de vastes espaces (à partir de 300 m³ et au-dessus) avec une consommation minimale d'électricité.
5. Énergie gratuite - appareils de haute qualité à un coût abordable dans la gamme de 15 à 35 mille roubles (le prix dépend de la puissance et d'autres caractéristiques). Équipé d'une unité de contrôle qui automatise de nombreux processus, d'un capteur à plusieurs niveaux pour la régulation de la tension et de la pression.

Il existe également d'autres modèles dans différentes catégories de prix.

Comment fabriquer soi-même une chaudière

Les générateurs de chauffage ont une construction assez légère. Avec un certain niveau de compétence, vous pouvez assembler l'appareil vous-même. En même temps, en raison de l'explosivité du mélange d'hydrogène, un tel travail nécessite une responsabilité extrême, une connaissance des procédures de sécurité et une expérience dans l'installation de tels dispositifs.

Avec la fabrication indépendante de l'appareil, il ne sera pas possible de se débarrasser des coûts financiers importants, car il est préférable d'acheter des pièces toutes faites des composants. Un risque élevé nous fait penser aux réglages d'usine pour lesquels les fabricants donnent des garanties à long terme.

Le processus de fabrication d'une chaudière à hydrogène de vos propres mains peut être divisé en plusieurs étapes.

Étape # 1 – exécution du dessin et préparation du matériel. Tout d'abord, des projets similaires devraient être trouvés sur Internet afin de penser à un montage basé sur eux qui répondrait à toutes les conditions et possibilités.

Il est nécessaire de calculer avec précision tous les indicateurs, et tout d'abord, la puissance requise, et également de décider des matériaux qui seront utilisés pour la fabrication de la chaudière. Les alliages ferromagnétiques sont considérés comme la meilleure option, mais un récipient en acier inoxydable convient parfaitement.

Bien que le chauffage d'un générateur d'hydrogène puisse avoir différentes conceptions, les détails suivants restent inchangés:

• Source d'alimentation 12 volts;
• réservoir où la structure sera située;
• Contrôleur PWM avec une puissance d'au moins 30 A;
• plusieurs tubes de différents diamètres en acier inoxydable;
• tôle d'acier;
• scie à métaux pour le métal;
• brûleur à gaz - Mieux fini, acheté au magasin.

Étape 2 – faire des électrolytes. Pour la fabrication de plaques, qui seront équipées d'un électrolyseur, vous devez prendre une tôle d'acier d'épaisseur moyenne. À l'aide de ciseaux pour le métal, une scie à métaux ou un autre outil, il est coupé en bandes égales en 18 pièces ou plus (le nombre doit être pair).

Depuis le pays de retour, dans chacun d'eux, il est nécessaire de percer des trous pour les boulons qui sont nécessaires pour maintenir ces éléments dans l'électrolyte complètement immobiles.

Nous divisons toutes les plaques en anodes et cathodes, en fonction de cette division, des fils sont respectivement connectés, transmettant des charges positives et négatives.

L'utilisation de courant continu est plus efficace que l'utilisation de courant alternatif. Il est préférable d'utiliser un générateur de type PWM comme source.

Étape numéro 3 – assemblage de cellules. Le meilleur matériau pour fabriquer cet élément est l'acier inoxydable. Une construction rectangulaire ou carrée robuste est soudée à partir de métal, après quoi de l'eau ou un mélange de H y est versé₂O avec un catalyseur, ainsi que des plaques préparées avec câblage connecté.

Étape 4 – connexion du brûleur. Un brûleur est monté dans la partie supérieure de l'appareil - il est préférable d'utiliser un modèle acheté, que vous pouvez acheter dans un magasin spécialisé.

Étape numéro 5 – installation et raccordement d'un séparateur, nécessaire à la libération d'hydrogène d'un mélange de gaz.

En conclusion, une conduite est posée le long de laquelle H₂ va monter au brûleur, et aussi les éléments qui éliminent la chaleur et la répartissent dans toute la maison sont connectés.

Quelle eau est meilleure - ordinaire ou distillée

L'une des questions que les propriétaires de chaudières à hydrogène posent souvent concerne l'eau utilisée pour faire fonctionner les appareils.

L'eau distillée pour le fonctionnement de la chaudière à hydrogène peut être achetée dans les magasins ou configurer sa production vous-même, en utilisant l'installation la plus simple

Selon les experts, les appareils fabriqués en usine ou faits maison affichent les meilleures performances lorsque vous travaillez sur de l'eau distillée, à laquelle très peu d'hydroxyde de sodium est ajouté (pour 10 litres de H2O - une cuillère à soupe).

Cependant, une chaudière à hydrogène peut également fonctionner avec succès avec de l'eau du robinet, l'essentiel est qu'elle ne contient pas de sels de métaux lourds.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans la vidéo ci-dessous, vous verrez un aperçu du modèle de chaudière à gaz fonctionnant à l'hydrogène, produite par la célèbre société coréenne DAEWOO.

L'hydrogène n'est pas sans raison appelé le carburant du futur: ce gaz peut devenir une ressource presque illimitée de carburant bon marché et respectueux de l'environnement, qui peut être utilisé dans différentes usines.

Une chaudière à hydrogène, fabriquée en usine ou seule, créera un système de chauffage autonome. Cela contribuera à réduire considérablement les paiements dans le logement et les services communaux, et décidera de maintenir une température confortable dans les salons et les buanderies.

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