يرغب الكثير منا (وخاصة سكان المنازل الخاصة) في الحصول على مولد كهربائي شخصي خاص بنا وأن نكون مستقلين عن الهياكل المجتمعية القائمة. سيكون من اللطيف وضع طاحونة هوائية في حديقتك أو جعل سقف منزلك خارج الألواح الشمسية ولا حتى ترك الأسلاك. ويبدو أن التقنيات الحديثة يمكن أن توفر أجهزة توليد طاقة لائقة (البطاريات الشمسية الحديثة لديها بالفعل كفاءة مقبولة وعمر خدمة طويل ، ولا توجد تعليقات انتقادية على طواحين الهواء) ، لكن أنظمة تخزين الطاقة وتخزينها ، والتي يتم تمثيلها غالبًا بواسطة بطاريات قابلة لإعادة الشحن ، لديها عدد من العوائق الكبيرة (التكلفة العالية ، قدرة منخفضة ، عمر خدمة قصير ، أداء ضعيف في درجات حرارة منخفضة ، إلخ.). وهذه العيوب تجعل المفهوم بأكمله فرديًا ،الطاقة المتجددة ، غير جذابة للمواطنين العاديين.
في هذه المقالة ، أقترح التعرف على مفهوم جهاز تخزين طاقة الهيدروجين الفردي ، والذي ، من منظور ما ، يمكن أن يحل محل البطاريات الكلاسيكية.

ملاحظات

جميع الرسوم البيانية والصور المعروضة ذات طبيعة مفاهيمية حصرية ، عند تصميم نموذج هندسي ، سيكون من الضروري مراجعة جميع الأحجام وميزات التصميم لمكونات الجهاز ؛
أعترف أن نظائر الجهاز المعروض موصوفة في مكان ما ، حتى أنه من الممكن الحصول على عينات تجارية ، لكنني لم أجد شيئًا مثلها.

المفهوم العام (مبدأ العمل)

على الرغم من حقيقة أن التصميم تبين أنه مرهق للغاية ، فإن مبدأ تشغيل الجهاز بسيط للغاية. يتم توفير التيار الكهربائي القادم من مصدر متجدد (البطارية الشمسية ، طاحونة هوائية ، إلخ) لغرفتي التحليل الكهربائي (أ) ، حيث يبدأ الأكسجين / الهيدروجين في التراكم نتيجة لعملية التحليل الكهربائي. يتم ضخ الأكسجين / الهيدروجين الناتج ، باستخدام ضاغط (B) ، في غرفة توفير الغاز (C). من الغرفة الموفرة للغاز (C) ، يتم تزويد الأكسجين / الهيدروجين إلى بطاريات توليد الكهرباء (E) ، وبعد ذلك ، لا يتم المشاركة في تفاعل الأكسجين / الهيدروجين ، وكذلك الماء الذي يتم الحصول عليه نتيجة للتفاعل ، يتم إعادته إلى غرفة توفير الغاز. يتم توفير التيار الكهربائي الذي تم الحصول عليه نتيجة للتركيب الكيميائي للأكسجين والهيدروجين إلى المحول ، ثم إلى العاكس ووحدة التحكم في صمام التوربين / الصرف (H).من العاكس ، يتم توفير تيار كهربائي للمستهلك. يدخل الماء المتراكم في غرفة توفير الغاز ، من خلال آلية الصرف (F) ، خزان التخزين (G) ويعود إلى غرف التحليل الكهربائي.
علاوة على ذلك ، أقترح النظر بمزيد من التفصيل في آليات مكونات النظام.

غرفة التحليل الكهربائي

الغرض الرئيسي هو إنتاج وتراكم الأكسجين / الهيدروجين الأساسي ، ونقله إلى الضاغط.
يدخل التيار الكهربائي الذي يصل إلى جهة الاتصال (أ) القطب (ج) حيث تبدأ عملية التحليل الكهربائي للماء في الغرفة. الغاز ، الذي يتراكم تدريجياً في الجزء العلوي من الغرفة ويدخل مباشرة إلى الضاغط من خلال الثقب (E) ، يدفع الماء من خلال الثقب (B) ، مرة أخرى إلى الخزان. وبالتالي ، يحدث التراكم الأولي للغاز قبل ضخه في غرفة موفرة للغاز بواسطة الضاغط. يتم التحكم في العملية الكاملة لتراكم الغاز الأساسي بواسطة مستشعر ضوئي (ليزر) (D) ، يتم إرسال قراءاته إلى جهاز تحكم.

ضاغط

الغرض الرئيسي هو ضخ الغاز الناتج عن التحليل الكهربائي في غرفة موفرة للغاز.
يدخل الغاز (الأكسجين / الهيدروجين) من غرفة التحليل الكهربائي إلى غرفة الضاغط من خلال الصمام (A). عندما يتم تراكم الغاز في غرفة الضاغط بكمية كافية (يتم استقبال إشارة من المستشعر البصري لغرفة التحليل الكهربائي) ، يتم تنشيط المحرك الكهربائي (F) وعن طريق المكبس (C) ، يتم ضخ الغاز المتراكم في غرفة توفير الغاز من خلال الصمام (B).
يسمح لك وجود الضاغط بخلق ضغط معين في الغرفة الموفرة للغاز ، مما يسمح بزيادة كفاءة خلايا توليد الكهرباء.
من المهم جدًا حساب تصميم الضاغط (قوة المحرك ، ونسبة التروس ، وحجم غرفة الضاغط ، وما إلى ذلك) بحيث يمكن للضاغط أن يعمل بشكل كامل (يخلق الضغط اللازم) من طاقة مصدر الطاقة المتجددة.

نظام إدارة الطاقة

الغرض الرئيسي هو التحكم في عملية توليد وتراكم الغاز (الأكسجين / الهيدروجين) الذي يتم الحصول عليه نتيجة التحليل الكهربائي.
في الحالة الأولية ، يمد الجهاز جهد مصدر الطاقة (D) إلى أقطاب غرف التحليل الكهربائي (B). ونتيجة لذلك ، يبدأ الغاز في التكوين والتراكم في غرف التحليل الكهربائي ، وينخفض مستوى الماء تدريجيًا. بمجرد أن يظهر أحد أجهزة استشعار مستوى الماء البصري (C) أنه تم الوصول إلى الحد الأدنى (أي هناك ما يكفي من الغاز في غرفة التحليل الكهربائي) ، يجب أن يقوم الجهاز بإيقاف التيار الكهربائي لغرف التحليل الكهربائي (B) واستخدام أحد محركات الضاغط (A) من خلال استكمال دورة مكبس واحدة كاملة. إذا تم الوصول إلى مستوى الماء الأدنى في وقت واحد في حجرتين للتحليل الكهربائي ، فيجب أن يضمن الجهاز التشغيل المتسلسل للضواغط (وإلا ، قد لا يكون جهد المصدر كافياً لتنفيذ دورة تشغيل الضاغط). بعد الانتهاء من دورة الضاغط ،يجب أن يعود الجهاز إلى حالته الأصلية ويطبق الجهد الكهربائي على أقطاب غرف التحليل الكهربائي.

غرفة توفير الغاز

الغرض الرئيسي هو تراكم وتخزين وتوريد الغاز (الأكسجين / الهيدروجين) إلى بطاريات توليد الكهرباء.
الحجرة الموفرة للغاز عبارة عن أسطوانة بها مجموعة من الثقوب يدخل من خلالها الغاز إلى الحجرة (C) ، ويتم تزويدها بالبطاريات المولدة للكهرباء (A) وإعادتها منها (B) ، ويتم أيضًا إزالة الماء من النظام (D). يؤثر حجم الغرفة الموفرة للغاز بشكل مباشر نسبيًا على قدرة النظام على تراكم الطاقة ، ولا يقتصر إلا على الأبعاد المادية للغرفة نفسها.

عنفة

الغرض الرئيسي هو ضمان تداول الغاز (الأكسجين / الهيدروجين) في بطاريات توليد الطاقة.
يدخل الغاز من غرفة توفير الغاز إلى غرفة الجهاز من الفتحة (B). ثم باستخدام شفرات التوربين (C) وقوة الطرد المركزي ، يتم ضخ الغاز في المخرج (A). يتم تشغيل شفرات التوربينات (C) بواسطة محرك كهربائي (D) ، يتم توفير طاقته من خلال الموصل (E).
ربما يكون التوربين هو الوحدة الأكثر إثارة للشك في المفهوم بأكمله. من ناحية ، تقول معرفتي الضئيلة بالكيمياء أن الكواشف المتداولة تدخل التفاعلات الكيميائية بشكل أفضل. من ناحية أخرى ، لم أجد تأكيدًا أو دحضًا لحقيقة أن دوران الغاز النشط سيزيد من كفاءة خلايا توليد الكهرباء. في النهاية ، قررت توفير هذا الجهاز في التصميم ، ولكن يجب التحقق من تأثيره على كفاءة النظام.

بطارية لتوليد الطاقة

الغرض الرئيسي - يوفر توليد التيار الكهربائي من عملية الجمع الكيميائي للأكسجين والهيدروجين.
يدخل الأكسجين والهيدروجين إلى الغرف المقابلة من خلال الفتحات (A) و (B) ، في تفاعل كيميائي كامن ، بينما يتم توليد تيار كهربائي على الأقطاب الكهربائية (E) ، والتي يتم إرسالها إلى المستهلك من خلال جهات الاتصال (F) و (G). نتيجة للمزيج الكيميائي للأكسجين والهيدروجين ، ستتشكل كمية كبيرة من الماء في غرفة الأكسجين.
ربما الجهاز الأكثر إثارة للاهتمام. عند إعداد تصميم هذه الوحدة ، استخدمت المعلومات العامة المقدمة على موقع هوندا الإلكتروني (في وقت كتابة هذا التقرير ، كانت هناك عدة روابط ، بما في ذلك الوثائق ، ولكن في وقت النشر ، بقي واحد فقط يعمل).
المشكلة الرئيسية هي أن هوندا تقترح استخدام ألواح البلاتين كقطب كهربائي (E). مما يجعل الهيكل بأكمله باهظ الثمن. لكنني متأكد من أنه من الواقعي تمامًا العثور على تركيبة كيميائية (شعبية) أرخص كثيرًا لأقطاب الخلايا المولدة للكهرباء. في الحالات القصوى ، يمكنك دائمًا حرق الهيدروجين في محرك احتراق داخلي ، ولكن في نفس الوقت ستنخفض كفاءة الهيكل بأكمله بشكل كبير ، وسيزداد التعقيد والتكلفة.

نظام الصرف الصحي

الغرض الرئيسي هو ضمان سحب المياه من الغرف الموفرة للغاز.
تتراكم المياه التي تدخل من خلال الفتحة (A) في حجرة نظام الصرف تدريجيًا فيها ، والتي يتم اكتشافها بواسطة المستشعر البصري (B). عندما تمتلئ الغرفة بالماء ، يفتح نظام التحكم (D) الصمام (C) ويخرج الماء من خلال الفتحة (E).
من المهم أن تنص على أنه في حالة عدم وجود الطاقة ، يجب إغلاق الصمام (على سبيل المثال ، في حالة الطوارئ). خلاف ذلك ، يمكن حدوث موقف عندما تسقط كميات كبيرة من الهيدروجين والأكسجين في الحوض ، حيث يمكن أن يحدث التفجير.

حوض الماء

الغرض الرئيسي هو تراكم وتخزين وإزالة الغاز من الماء.
يدخل الماء من نظام الصرف عبر الثقوب (B) إلى الغرفة حيث يتم تفريغها عن طريق الترسيب. يخرج الخليط الذي تم إطلاقه من الأكسجين والهيدروجين من خلال فتحة التهوية (A). يتم توفير المياه المستقرة وجاهزة للتحليل الكهربائي لغرف التحليل الكهربائي من خلال الفتحة (C).
تجدر الإشارة إلى أن المياه القادمة من نظام الصرف ستكون مشبعة بالغاز (الأكسجين / الهيدروجين). من الضروري تنفيذ آليات إزالة الغاز من الماء قبل أن يتم إدخاله في غرف التحليل الكهربائي. خلاف ذلك ، سوف يؤثر على كفاءة وسلامة النظام.

إدارة الطاقة (المثبت ، العاكس)

الغرض الرئيسي هو إعداد الكهرباء المولدة لتزويد المستهلك بالطاقة والتحكم في نظام الصرف والتوربينات.
يتم توفير الجهد (A) من خلايا توليد الطاقة إلى المحول / المثبت ، حيث يتم محاذاة 12 فولت. يتم توفير الجهد المستقر إلى العاكس ونظام التحكم في الأجهزة الداخلية. في العاكس ، يتم تحويل الجهد من 12 فولت من التيار المباشر إلى 220 فولت من التيار المتناوب (50 هرتز) ، وبعد ذلك يتم توفيره للمستهلك (D).
يوفر جهاز التحكم الطاقة لنظام الصرف (B) والتوربينات (C). علاوة على ذلك ، يراقب الجهاز تشغيل التوربين ، وعندما يزيد الحمل من المستهلك ، فإنه يزيد من السرعة ، مما يحفز كثافة إنتاج الطاقة عن طريق بطاريات توليد الكهرباء.

الميزات التشغيلية

عندما أصبح أقل وضوحًا بشكل متزايد مع آليات تشغيل الجهاز ، أقترح النظر في ميزات (قيود) تشغيل التثبيت.

يجب أن يكون التثبيت دائمًا في وضع عمودي ، بالنسبة لقوة الجاذبية. منذ الجاذبية الجاذبية (تراكم الغاز الأساسي ، ونظام الصرف ، وما إلى ذلك) يستخدم على نطاق واسع في ميكانيكا النظام. اعتمادًا على مستوى الانحراف ، من هذه الحالة ، سيقلل التثبيت من الكفاءة ، أو حتى يصبح غير فعال ؛
مع مراعاة الفقرة السابقة (لنفس الأسباب) ، يمكننا أن نستنتج أنه للتشغيل العادي للتثبيت ، يجب أن يكون في حالة راحة (أي يجب تثبيته بشكل دائم) ؛
( , ). . . , , . , , .

التصميم المقدم في المقالة هو النسخة الأولى من فكرتي. أي أن كل شيء له الشكل الذي تصورته في الأصل. وفقًا لذلك ، في عملية تنفيذ المفهوم ، رأيت بعض العيوب / الأخطاء ، لكنني لم أعيد المخطط (لأن هذا سيؤدي إلى عملية تحسينات / تحسينات متكررة لا نهاية لها ، ولن يتم نشر هذه المقالة). ولكن لا يمكنني أيضًا تجاوز ما أصابني مباشرةً ، لذا سأصف بإيجاز أوجه القصور التي يجب إصلاحها.

, , . , . . , ;
. ( , . . , ). , , ( );
. , . , , (. . ). , ( );
, , , ( ). , , , , , , .

ونتيجة لذلك ، إذا لم أرتكب أخطاء أساسية (على سبيل المثال ، في تصميم بطارية مولدة للكهرباء) ، أحصل على جهاز تخزين طاقة بسيط التصميم (وبالتالي موثوق به) بأبعاد مضغوطة نسبيًا (فيما يتعلق بالأمبير / ساعة إلى الحجم) ، خالية من أي عمليات تشغيل خطيرة القيود (على سبيل المثال ، الأداء في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة). علاوة على ذلك ، يمكن إزالة القيود الموضحة في قسم "الميزات التشغيلية" ، من الناحية النظرية.
لسوء الحظ ، نظرًا لظروف مختلفة ، لن أتمكن على الأرجح من تجميع الجهاز الموصوف واختباره. ولكن آمل أن يبدأ شخص ما في يوم من الأيام في بيع شيء من هذا القبيل ، ويمكنني شراؤه.
ربما هناك بالفعل نظائرها للجهاز الموصوف ، لكنني لم أجد مثل هذه المعلومات (ربما كنت أبحث بشكل سيء).
بشكل عام ، إلى الأمام نحو مستقبل مشرق وصديق للبيئة !!!

تخزين الهيدروجين الشخصي (المفهوم)