Almacenamiento personal de hidrógeno (concepto)
Muchos de nosotros (especialmente los residentes de casas particulares) quisiéramos tener nuestro propio generador eléctrico personal y ser independientes de las estructuras comunitarias existentes. Sería bueno poner un molino de viento en su patio o hacer que el techo de su casa fuera de un panel solar y ni siquiera dejar caer el cableado. Y parece que las tecnologías modernas pueden proporcionar dispositivos de generación de energía decentes (las baterías solares modernas ya tienen una eficiencia aceptable y una larga vida útil, no hay comentarios críticos sobre los molinos de viento), pero los sistemas de almacenamiento y almacenamiento de energía, más a menudo representados por baterías recargables, tienen una serie de inconvenientes significativos (alto costo , baja capacidad, corta vida útil, bajo rendimiento a bajas temperaturas, etc.). Y estas deficiencias hacen que todo el concepto sea individual,energía renovable, poco atractiva para los ciudadanos comunes.En este artículo, propongo familiarizarme con el concepto de un dispositivo individual de almacenamiento de energía de hidrógeno, que, en cierta perspectiva, puede reemplazar las baterías clásicas.Notas
- Todos los diagramas e imágenes presentados son exclusivamente de naturaleza conceptual, al diseñar un modelo de ingeniería, será necesario revisar todos los tamaños y características de diseño de los componentes del dispositivo;
- Admito que los análogos del dispositivo presentado se describen en alguna parte, incluso es posible tener muestras comerciales, pero no encontré nada parecido.
Concepto general (principio de trabajo)
A pesar de que el diseño resultó ser muy engorroso, el principio de funcionamiento del dispositivo es bastante simple. La corriente eléctrica que proviene de una fuente renovable (batería solar, molino de viento, etc.) se suministra a dos cámaras de electrólisis (A), donde el oxígeno / hidrógeno comienza a acumularse como resultado del proceso de electrólisis. El oxígeno / hidrógeno resultante, usando un compresor (B), se bombea a la cámara de ahorro de gas (C). Desde la cámara de ahorro de gas (C), se suministra oxígeno / hidrógeno a las baterías generadoras de electricidad (E), después de lo cual, al no participar en la reacción de oxígeno / hidrógeno, así como el agua obtenida como resultado de la reacción, se retroalimenta a la cámara de ahorro de gas. La corriente eléctrica obtenida como resultado de la combinación química de oxígeno e hidrógeno se suministra al transformador, luego al inversor y la unidad de control de la turbina / válvula de drenaje (H).Desde el inversor, se suministra una corriente eléctrica al consumidor. El agua acumulada en la cámara de ahorro de gas, a través del mecanismo de drenaje (F), ingresa al tanque de almacenamiento (G) y regresa a las cámaras de electrólisis.Además, propongo considerar con más detalle la mecánica de los componentes del sistema.Cámara de electrólisis
El propósito principal es la producción y acumulación primaria de oxígeno / hidrógeno, y su transferencia al compresor.La corriente eléctrica que llega al contacto (A) ingresa al electrodo (C) donde comienza el proceso de electrólisis del agua en la cámara. El gas, que se acumula gradualmente en la parte superior de la cámara y entra directamente al compresor a través del orificio (E), empuja el agua a través del orificio (B), de regreso al tanque. Por lo tanto, se produce la acumulación primaria de gas, antes de que el compresor la bombee a la cámara de ahorro de gas. Todo el proceso de acumulación de gas primario está controlado por un sensor óptico (láser) (D), cuyas lecturas se transmiten a un dispositivo de control.Compresor
El objetivo principal es bombear el gas obtenido como resultado de la electrólisis en una cámara de ahorro de gas.El gas (oxígeno / hidrógeno) de la cámara de electrólisis ingresa a la cámara del compresor a través de la válvula (A). Cuando el gas en la cámara del compresor se acumula en cantidad suficiente (se recibe una señal del sensor óptico de la cámara de electrólisis), el motor eléctrico (F) se activa y, por medio del pistón (C), el gas acumulado se bombea a la cámara de ahorro de gas a través de la válvula (B).La presencia del compresor le permite crear una cierta presión en la cámara de ahorro de gas, lo que permite aumentar la eficiencia de las celdas generadoras de electricidad.Es muy importante calcular el diseño del compresor (potencia del motor, relación de transmisión, volumen de la cámara del compresor, etc.) para que el compresor pueda funcionar completamente (crear la presión necesaria) a partir de la energía de una fuente de energía renovable.Sistema de gestión de energía
El objetivo principal es controlar el proceso de generación y acumulación de gas (oxígeno / hidrógeno) obtenido como resultado de la electrólisis.En el estado inicial, el dispositivo suministra el voltaje de la fuente de energía (D) a los electrodos de las cámaras de electrólisis (B). Como resultado, el gas comienza a formarse y acumularse en las cámaras de electrólisis, y el nivel del agua disminuye gradualmente. Tan pronto como uno de los sensores ópticos de nivel de agua (C) muestra que se ha alcanzado el límite inferior (es decir, hay suficiente gas en la cámara de electrólisis), el dispositivo debe apagar el suministro de voltaje a las cámaras de electrólisis (B) y utilizar uno de los motores del compresor (A) completando un ciclo de pistón completo. Si el nivel de agua más bajo se alcanza simultáneamente en 2 cámaras de electrólisis, entonces el dispositivo debe garantizar el funcionamiento secuencial de los compresores (de lo contrario, el voltaje de la fuente puede no ser suficiente para llevar a cabo el ciclo de funcionamiento del compresor). Después de completar el ciclo del compresor,El dispositivo debe volver a su estado original y aplicar voltaje a los electrodos de las cámaras de electrólisis.Cámara de ahorro de gas
El objetivo principal es la acumulación, almacenamiento y suministro de gas (oxígeno / hidrógeno) a las baterías generadoras de electricidad.Una cámara de ahorro de gas es un cilindro con un conjunto de agujeros a través del cual el gas ingresa a la cámara (C), se suministra a las baterías generadoras de electricidad (A) y se devuelve de ellas (B), y también se elimina el agua del sistema (D). El volumen de la cámara de ahorro de gas afecta directamente proporcionalmente la capacidad del sistema para acumular energía, y está limitado solo por las dimensiones físicas de la cámara.Turbina
El objetivo principal es garantizar la circulación de gas (oxígeno / hidrógeno) en las baterías generadoras de energía.El gas de la cámara de ahorro de gas ingresa a la cámara del dispositivo desde la abertura (B). Luego, utilizando las palas de la turbina (C) y la fuerza centrífuga, el gas se bombea a la salida (A). El funcionamiento de los álabes de la turbina (C) es proporcionado por un motor eléctrico (D), cuya potencia se suministra a través del conector (E).La turbina es quizás el módulo más dudoso de todo el concepto. Por un lado, mi escaso conocimiento de la química dice que los reactivos circulantes entran en las reacciones químicas mucho mejor. Por otro lado, no encontré confirmación ni refutación del hecho de que la circulación activa de gas aumentará la eficiencia de las células electrogeneradoras. Al final, decidí proporcionar este dispositivo en el diseño, pero su efecto sobre la eficiencia del sistema debería verificarse.Batería de generación de energía
El objetivo principal: proporciona la generación de corriente eléctrica a partir del proceso de combinación química de oxígeno e hidrógeno.El oxígeno y el hidrógeno, al ingresar a las cámaras correspondientes a través de las aberturas (A) y (B), entran en una reacción química latente, mientras que se genera una corriente eléctrica en los electrodos (E), que se transmite al consumidor a través de los contactos (F) y (G). Como resultado de la combinación química de oxígeno e hidrógeno, se formará una gran cantidad de agua en la cámara de oxígeno.Quizás el dispositivo más interesante. Al preparar el diseño de este módulo, utilicé la información pública proporcionada en el sitio web de Honda (al momento de escribir este documento, había varios enlaces, incluidos documentos, pero al momento de la publicación, solo uno seguía funcionando).El principal problema es que Honda propone utilizar placas de platino [Pt] como electrodos (E). Lo que hace que toda la estructura sea prohibitivamente costosa. Pero estoy seguro de que es bastante realista encontrar una composición química mucho más barata (popular) para los electrodos de las células electrogeneradoras. En casos extremos, siempre puede quemar hidrógeno en un motor de combustión interna, pero al mismo tiempo la eficiencia de toda la estructura disminuirá significativamente, y la complejidad y el costo aumentarán.Sistema de drenaje
El objetivo principal es garantizar la extracción de agua de las cámaras de ahorro de gas.El agua que ingresa a través del orificio (A) en la cámara del sistema de drenaje se acumula gradualmente en él, lo cual es detectado por el sensor óptico (B). A medida que la cámara se llena de agua, el sistema de control (D) abre la válvula (C) y el agua sale a través del orificio (E).Es importante prever que, en ausencia de energía, la válvula debe cerrarse (por ejemplo, en caso de emergencia). De lo contrario, es posible una situación cuando grandes volúmenes de hidrógeno y oxígeno caen en el sumidero, donde puede ocurrir la detonación.Sumidero de agua
El objetivo principal es la acumulación, almacenamiento y desgasificación del agua.El agua del sistema de drenaje a través de los agujeros (B), ingresa a la cámara donde se desgasifica por sedimentación. La mezcla liberada de oxígeno e hidrógeno sale a través del respiradero (A). Asentados y listos para la electrólisis, se suministra agua a las cámaras de electrólisis a través del orificio (C).Vale la pena señalar que el agua proveniente del sistema de drenaje estará muy saturada con gas (oxígeno / hidrógeno). Es imperativo implementar mecanismos para la desgasificación del agua antes de que se alimente a las cámaras de electrólisis. De lo contrario, afectará la eficiencia y la seguridad del sistema.Gestión de energía (estabilizador, inversor)
El objetivo principal es preparar la electricidad generada para el suministro al consumidor, alimentar y controlar el sistema de drenaje y las turbinas.El voltaje (A) de las celdas generadoras de energía se suministra al transformador / estabilizador, donde está alineado a 12 voltios. El voltaje estabilizado se suministra al inversor y al sistema de control de dispositivos internos. En el inversor, el voltaje de 12 voltios de corriente continua se convierte en 220 voltios de corriente alterna (50 hertzios), después de lo cual se suministra al consumidor (D).El dispositivo de control proporciona energía para el sistema de drenaje (B) y las turbinas (C). Además, el dispositivo monitorea el funcionamiento de la turbina y cuando aumenta la carga del consumidor, aumenta la velocidad, estimulando la intensidad de la producción de energía por las baterías generadoras de electricidad.Características operacionales
Cuando se ha vuelto cada vez menos claro con la mecánica del funcionamiento del dispositivo, propongo considerar las características (limitaciones) del funcionamiento de la instalación.- La instalación siempre debe estar en una posición perpendicular, en relación con la fuerza de la gravedad. Dado que la atracción gravitacional (acumulación de gas primario, sistema de drenaje, etc.) se usa ampliamente en la mecánica del sistema. Dependiendo del nivel de desviación, de esta condición, la instalación reducirá la eficiencia, o incluso dejará de funcionar;
- Con un ojo en el párrafo anterior (por las mismas razones), podemos concluir que para el funcionamiento normal de la instalación, debe estar en reposo (es decir, debe instalarse permanentemente);
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El diseño presentado en el artículo es la primera versión de mi idea. Es decir, todo tiene la forma que originalmente concebí. En consecuencia, en el proceso de implementación del concepto, vi ciertos defectos / errores, pero no rehice el esquema (ya que esto conduciría a un proceso interminable e iterativo de mejoras / mejoras, y este artículo no se habría publicado). Pero tampoco puedo pasar por lo que me llamó la atención, así que solo describiré brevemente las deficiencias que deben corregirse.- , , . , . . , ;
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Como resultado, si no cometí errores fundamentales (por ejemplo, en el diseño de una batería generadora de electricidad), obtengo un dispositivo de almacenamiento de energía que es simple en diseño (y por lo tanto confiable) con dimensiones relativamente compactas (en relación a amperios / horas a volumen), sin ningún funcionamiento operativo serio restricciones (por ejemplo, rendimiento a bajas temperaturas ambiente). Además, las limitaciones descritas en la sección "Características operativas", en teoría, pueden eliminarse.Desafortunadamente, debido a varias circunstancias, lo más probable es que no pueda ensamblar y probar el dispositivo descrito. Pero espero que alguien, algún día, comience a hacer y vender algo así, y pueda comprarlo.Quizás ya hay análogos del dispositivo descrito, pero no encontré esa información (tal vez estaba buscando mal).En general, ¡adelante hacia un futuro brillante y ecológico!Source: https://habr.com/ru/post/es387003/
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