Chaudière à hydrogène : dispositif + principe de fonctionnement + critères de choix

Les principes des énergies alternatives attirent de plus en plus l’attention des consommateurs.Cela est dû en grande partie à l’augmentation des tarifs sur les ressources énergétiques traditionnelles, ainsi qu’aux perturbations 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 au combustible renouvelable, à savoir le gaz H.₂.

Avant de décider d'acheter une telle unité, vous devez vous familiariser avec le principe de son fonctionnement et évaluer les avantages et les inconvénients de l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. Ces questions ont été étudiées par nos soins et décrites en détail dans l'article.

De plus, nous avons identifié les paramètres à prendre en compte lors du choix d'une chaudière, fourni des conseils de fonctionnement et préparé une revue des meilleurs générateurs d'hydrogène fabriqués en usine. Les amateurs de produits faits maison trouveront utiles les instructions pour assembler l'appareil de leurs propres mains.

Propriétés de l'hydrogène comme carburant

Comme mentionné ci-dessus, le combustible de ces unités est l’hydrogène, le gaz le plus léger de la nature, incolore et inodore. Parmi ses avantages figurent la grande quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du H.₂ (121 MJ/kg, alors que la combustion du propane ne dégage que 40 MJ/kg).

Dans des conditions normales, l'hydrogène brûle à une température de +2 000°C, mais à l'aide d'un catalyseur, il peut être réduit à +300°C.Cela permet aux chaudières d'être fabriquées à partir d'acier bon marché plutôt qu'à partir de métaux de terres rares coûteux.

L’hydrogène n’est pas toxique, ce qui permet de l’utiliser en toute sécurité au quotidien. Lorsque cette substance est brûlée, de la vapeur d'eau est produite, ce qui améliore le microclimat intérieur et ne nécessite pas de cheminée.

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

Les inconvénients incluent 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. Totalement respectueux de l'environnement. Les produits de décomposition de l'eau ne nuisent pas à l'atmosphère, ils sont totalement sans danger pour la santé des personnes et des animaux domestiques.
2. Haut niveau d'efficacité, qui peut atteindre 96 %. C’est nettement supérieur à l’efficacité du diesel, du gaz naturel ou du charbon.
3. Sauver les ressources naturelles par l'utilisation sources d'énergie alternatives.
4. Bas prix calories reçues. Pour de tels appareils, de l'eau et un peu d'électricité suffisent.

Dans le même temps, ces dispositifs présentent également des faiblesses.

Les inconvénients incluent les nuances suivantes :

1. Exigences d'entretien. Pour une production de H la plus élevée possible₂, les plaques métalliques doivent être remplacées chaque année. En plus du remplacement des 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 ne coûtera pas moins de 35 000 à 40 000 roubles.
3. Risque d'explosion lorsque la pression normalisée dans la chaudière augmente.
4. Pénurie de bouteilles d'hydrogène - On les trouve assez rarement en vente.
5. Choix limité. Étant donné que de tels appareils de chauffage ne sont pas très courants sur le marché russe, il n'est pas toujours possible de trouver rapidement un modèle approprié, ni de trouver des spécialistes compétents pour l'installation et la réparation des équipements.
6. Le besoin de communication. Pour faire fonctionner l'appareil, vous avez besoin d'une connexion constante à l'alimentation électrique pour effectuer la réaction d'électrolyse, ainsi qu'à une source d'eau dont le débit dépend de la puissance de l'appareil.

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

Principe de fonctionnement de l'unité de chauffage

De par son activité H₂ On ne le trouve pas dans la nature sous sa forme pure, mais il est assez facile de l'isoler de l'eau ordinaire par électrolyse, qui libère également de l'oxygène gazeux.

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

Pour que le dispositif de chauffage fonctionne, il faut au préalable obtenir H₂. Cela se produit dans un compartiment spécial réservé à une telle réaction. Le liquide est versé dans le récipient dans lequel sont immergées des plaques métalliques.

Ils sont alimentés par un courant électrique d'une pureté spécialement sélectionnée, sous l'influence duquel H est libéré₂ Et à propos₂, ainsi que de la vapeur d'eau comme sous-produit.

Le mélange résultant passe à travers un dispositif spécial - un séparateur chimique, à l'aide duquel il est possible d'isoler l'hydrogène, en le séparant des autres impuretés. Le gaz purifié est fourni au brûleur, sur lequel une vanne est installée.

Il empêche le mouvement H₂ dans l'autre sens, ce qui évite une explosion. Dans ce cas, l'oxygène et la vapeur d'eau sont libérés dans un récipient spécial via un autre système.

Ensuite, l’hydrogène gazeux traverse l’unité de protection et pénètre dans la chambre de combustion. Ici, il réagit avec le gaz en présence d'un catalyseur, entraînant la formation de chaleur qui pénètre dans le système de chauffage domestique via un échangeur de chaleur.

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

Le réglage de la puissance s'effectue à l'aide de canaux spécialement équipés, dont le nombre peut atteindre six. Chacun de ces appareils contient un catalyseur à l'intérieur, grâce auquel, lorsqu'il est allumé, le processus de génération de chaleur démarre.

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

Grâce à des conceptions distinctes, les chaînes peuvent fonctionner indépendamment les unes des autres, ce qui permet d'en activer seulement une partie.

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

Les modèles modernes sont également équipés de divers dispositifs, par exemple des indicateurs de niveau d'eau et des capteurs de pression, qui leur permettent de fonctionner automatiquement et de réagir de manière urgente en cas de situations imprévues.

Composants d'une usine d'hydrogène

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

Chaudière, qui joue le rôle d'échangeur de chaleur, est le principal élément où se produit la production d'hydrogène.

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

Électrolyseur - la principale partie active de la chaudière, où se produit la réaction électrolytique conduisant à la décomposition de l'eau en H₂ Et à propos₂. L'élément est un réservoir rempli d'eau dans lequel sont placées des électrodes métalliques ayant une conductivité de courant maximale.

Les plaques sont reliées à des fils par lesquels l'électricité est fournie.

Brûleur - un dispositif qui permet de chauffer le liquide de refroidissement dans le système de chauffage. Située dans la chambre de combustion, une étincelle est fournie pour l'enflammer.

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

Les chaudières à hydrogène d'usine sont équipées d'une unité de contrôle. Le panneau affiche des indicateurs de tension et de courant, un régulateur de puissance et des leviers pour régler d'autres paramètres de fonctionnement

Pipeline - les communications qui s'étendent à partir de l'unité et servent à fournir de la chaleur à toutes les pièces de la maison. Utilisé pour le cerclage tuyaux de chauffage diamètre 25-32 mm. Lors de la pose, la règle fondamentale est respectée : le diamètre de chaque branche suivante doit être inférieur à celui de la précédente.

Critères de sélection du générateur

Au moment de décider d’acheter un tel équipement, il est important de prêter attention aux critères suivants.

Pouvoir. Avec les appareils modernes, la valeur de cet indicateur peut varier considérablement, ce qui vous permet de choisir la meilleure option aussi bien pour une petite maison que pour un immeuble de deux ou trois étages.

La consommation moyenne d'eau des modèles de générateurs modernes n'est pas trop élevée. Dans les 24 heures, l'appareil aura besoin d'environ 5,5 litres pour fonctionner, ce qui génère 1,2 à 2 litres de carburant.

Nombre de circuits. Sur les appareils fonctionnant à l'hydrogène, un circuit de chauffage est généralement installé. Certains modèles prévoient également l'installation supplémentaire d'un deuxième circuit (de chauffage).

Niveau de consommation d'électricité. Les technologies actuelles permettent d'obtenir d'excellentes performances thermiques tout en utilisant un minimum d'électricité. La consommation d'énergie des différents types de générateurs varie de 1,2 à 3 kW par heure.

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

Source de courant. Tous les types de générateurs d’hydrogène peuvent être divisés en deux grandes catégories : l’un fonctionne au gaz, l’autre fonctionne à l’électricité.

Fabricant. Il vaut mieux privilégier les fabricants de confiance (Italie, USA). Vous devez vous 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'appareil, il est important de suivre les instructions fournies. Vous pouvez améliorer le fonctionnement de l'appareil en ajoutant des pièces supplémentaires (vous devez respecter strictement les règles de sécurité).

Un capteur de flamme installé sur le brûleur augmente la sécurité du système.Lorsque le feu s'éteint, l'appareil coupe automatiquement le flux de gaz inflammable dans le brûleur, l'empêchant ainsi de pénétrer dans la pièce

Vous pouvez installer des capteurs spéciaux à l'intérieur de l'échangeur de chaleur pour surveiller l'augmentation des taux de chauffage de l'eau, ainsi que compléter la conception du brûleur avec des vannes d'arrêt.

Connectez-le simplement directement à capteur de températureafin que la chaudière s'éteigne automatiquement dès que le chauffage atteint le point de consigne.

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

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

Si les normes de fonctionnement sont respectées, une unité alimentée à l’hydrogène servira pendant des décennies. 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 technicien expérimenté, car la conception de base d'une chaudière à hydrogène n'est pas trop différente de celle de ses analogues fonctionnant avec d'autres types de combustible.

Top 5 des générateurs d’hydrogène d’usine

La première entreprise à fabriquer et à breveter la technologie de fabrication d'une chaudière à hydrogène était une entreprise italienne. Giacomini. Elle est spécialisée dans les dispositifs basés sur des méthodes de production d'énergie respectueuses de l'environnement : pompes géothermiques, panneaux solaires et autres.

H2ydroGEM est une chambre de combustion catalytique dont chaque cornet contient une substance qui accélère la réaction de combustion de l'hydrogène.De ce fait, le processus se déroule à une température relativement basse.

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

Les meilleurs modèles d'usine de systèmes à hydrogène

Parmi les modèles les plus populaires on note :

1. MégaTank100 – un groupe électrogène fonctionnant à l’électricité du réseau. Il dispose d'un système de protection fiable à plusieurs niveaux contre la surchauffe et les courts-circuits, qui garantit un fonctionnement sûr et productif. Le coût du modèle dépend de sa configuration.
2. STAR-2000 – une unité coûteuse (>200 000 roubles) présente d'excellentes caractéristiques techniques. Malgré le fait que ce générateur consomme un minimum d'énergie, il est capable de chauffer une pièce de 251 à 300 mètres carrés.
3. Kingkar – un appareil alimenté sur secteur avec d'excellentes propriétés de performance. Le coût du modèle est assez élevé - environ 100 000 roubles, mais il est compensé par une consommation d'énergie économique.
4. H2-2 – Équipement italien de classe « extra » à un prix élevé (environ 250 000 roubles). permettant de réchauffer l'air dans de grands espaces (à partir de 300 m³ et plus) avec une consommation électrique minimale.
5. Énergie gratuite – des appareils de haute qualité à un prix abordable compris entre 15 000 et 35 000 roubles (le prix dépend de la puissance et d'autres caractéristiques). Equipé d'une unité de contrôle qui automatise de nombreux processus, d'un capteur de régulation de tension et de pression à plusieurs niveaux.

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

Comment fabriquer soi-même une chaudière

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

Si vous fabriquez l'appareil vous-même, vous ne pourrez pas vous débarrasser de coûts financiers importants, car il est préférable d'acheter certains composants prêts à l'emploi. Un risque élevé fait penser aux installations d'usine, pour lesquelles les fabricants offrent 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 des matériaux. Tout d'abord, vous devriez trouver des projets similaires sur Internet afin de les utiliser pour réfléchir à un appareil qui remplirait toutes les conditions et capacités.

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

Bien que les générateurs d'hydrogène chauffants puissent avoir des conceptions différentes, les détails suivants restent inchangés :

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

Étape 2 — création d'électrolytes. Pour réaliser les plaques dont sera équipé l'électrolyseur, il faut prendre une tôle d'acier d'épaisseur moyenne.À l'aide de ciseaux à métal, d'une scie à métaux ou d'un autre outil, il est découpé en bandes égales de 18 morceaux ou plus (le nombre doit être pair).

D'autre part, dans chacun d'eux, il est nécessaire de percer des trous pour les boulons qui seront nécessaires pour maintenir ces éléments complètement immobiles dans l'électrolyte.

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

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

Étape 3 — ensemble électrolyseur. Le meilleur matériau pour la fabrication de cet élément est l’acier inoxydable. Une structure fiable de forme rectangulaire ou carrée est soudée à partir de métal, après quoi de l'eau ou un mélange de H y est versé₂O avec le catalyseur, et des plaques préparées avec le câblage connecté sont également placées.

Étape 4 — raccordement du brûleur. Un brûleur est monté en haut de l'appareil - il est préférable d'utiliser un modèle acheté, qui peut être acheté dans un magasin spécialisé.

Étape #5 — installation et raccordement du séparateur, qui est nécessaire pour séparer les gaz hydrogène d’un mélange.

Enfin, un tube est posé à travers lequel H₂ montera jusqu'au brûleur, et des éléments qui évacuent la chaleur et la distribuent dans toute la maison sont également connectés.

Quelle eau est la meilleure – ordinaire ou distillée ?

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

L'eau distillée pour le fonctionnement d'une chaudière à hydrogène peut être achetée en magasin ou vous pouvez configurer vous-même sa production à l'aide d'une installation simple

Selon les experts, les appareils fabriqués en usine ou artisanaux démontrent les meilleures performances lorsqu'ils travaillent avec de l'eau distillée, à laquelle très peu d'hydroxyde de sodium a été ajouté (une cuillère à soupe pour 10 litres d'H2O).

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

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

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

Ce n’est pas pour rien que l’hydrogène est 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 diverses installations.

Une chaudière à hydrogène combustible, fabriquée en usine ou en autonomie, vous permettra de créer un système de chauffage autonome. Cela contribuera à réduire considérablement les paiements pour le logement et les services communaux et résoudra le problème du maintien d'une température confortable dans les salons et les buanderies.

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