Beaucoup d'entre nous (en particulier les résidents de maisons privées) aimeraient avoir leur propre générateur électrique personnel et être indépendants des structures communales existantes. Ce serait bien de mettre un moulin à vent dans votre cour ou de faire le toit de votre maison avec un panneau solaire et de ne pas laisser tomber le câblage. Et il semble que les technologies modernes peuvent fournir des appareils de production d'énergie décents (les panneaux solaires modernes ont déjà une efficacité acceptable et une durée de vie utile, il n'y a pas de commentaires critiques sur les éoliennes), mais les systèmes de stockage et de stockage d'énergie, le plus souvent représentés par des batteries rechargeables, présentent un certain nombre d'inconvénients importants (coût élevé , faible capacité, courte durée de vie, performances médiocres à basses températures, etc.). Et ces lacunes rendent le concept entier individuel,électricité renouvelable, peu attrayante pour les citoyens ordinaires.
Dans cet article, je propose de me familiariser avec le concept d'un dispositif individuel de stockage d'énergie à l'hydrogène, qui, dans une certaine perspective, peut remplacer les batteries classiques.

Remarques

Tous les schémas et images présentés sont exclusivement de nature conceptuelle, lors de la conception d'un modèle d'ingénierie, il sera nécessaire de réviser toutes les tailles et caractéristiques de conception des composants de l'appareil;
J'avoue que les analogues de l'appareil présenté sont décrits quelque part, il est même possible d'avoir des échantillons commerciaux, mais je n'ai rien trouvé de tel.

Concept général (principe de travail)

Malgré le fait que la conception s'est avérée très lourde, le principe de fonctionnement de l'appareil est assez simple. Le courant électrique provenant d'une source renouvelable (panneau solaire, éolienne, etc.) est fourni à deux chambres d'électrolyse (A), où l'oxygène / l'hydrogène commence à s'accumuler à la suite du processus d'électrolyse. L'oxygène / l'hydrogène résultant, à l'aide d'un compresseur (B), est pompé dans la chambre d'économie de gaz (C). De la chambre d'économie de gaz (C), de l'oxygène / hydrogène est fourni aux batteries de production d'électricité (E), après quoi, ne participant pas à la réaction oxygène / hydrogène, ainsi que l'eau obtenue à la suite de la réaction, est réinjectée dans la chambre d'économie de gaz. Le courant électrique obtenu grâce à la combinaison chimique de l'oxygène et de l'hydrogène est fourni au transformateur, puis à l'onduleur et à l'unité de commande de turbine / vanne de vidange (H).Depuis l'onduleur, un courant électrique est fourni au consommateur. L'eau accumulée dans la chambre d'économie de gaz, à travers le mécanisme de drainage (F), entre dans le réservoir de stockage (G) et retourne dans les chambres d'électrolyse.
De plus, je propose d'examiner plus en détail la mécanique des composants du système.

Chambre d'électrolyse

Le but principal est la production et l'accumulation primaire d'oxygène / hydrogène, et son transfert vers le compresseur.
Le courant électrique arrivant au contact (A) entre dans l'électrode (C) où commence le processus d'électrolyse de l'eau dans la chambre. Le gaz, s'accumulant progressivement dans la partie supérieure de la chambre et entrant directement dans le compresseur par le trou (E), repousse l'eau à travers le trou (B), dans le réservoir. Ainsi, l'accumulation primaire de gaz se produit, avant qu'il ne soit pompé dans la chambre d'économie de gaz par le compresseur. L'ensemble du processus d'accumulation de gaz primaire est contrôlé par un capteur optique (laser) (D), dont les relevés sont transmis à un dispositif de commande.

Compresseur

Le but principal est de pomper le gaz obtenu par électrolyse dans une chambre à économie de gaz.
Le gaz (oxygène / hydrogène) de la chambre d'électrolyse pénètre dans la chambre du compresseur par la vanne (A). Lorsque le gaz dans la chambre du compresseur est accumulé en quantité suffisante (un signal est reçu du capteur optique de la chambre d'électrolyse), le moteur électrique (F) est activé et au moyen du piston (C), le gaz accumulé est pompé dans la chambre d'économie de gaz via la vanne (B).
La présence d'un compresseur permet de créer une certaine pression dans la chambre d'économie de gaz, ce qui permet d'augmenter le rendement des cellules génératrices d'électricité.
Il est très important de calculer la conception du compresseur (puissance du moteur, rapport de démultiplication, volume de la chambre du compresseur, etc.) afin que le compresseur puisse fonctionner pleinement (créer la pression nécessaire) à partir de l'énergie d'une source d'énergie renouvelable.

Système de gestion de l'alimentation

L'objectif principal est de contrôler le processus de génération et d'accumulation de gaz (oxygène / hydrogène) résultant de l'électrolyse.
Dans l'état initial, le dispositif fournit la tension de la source d'alimentation (D) aux électrodes des chambres d'électrolyse (B). En conséquence, le gaz commence à se former et à s'accumuler dans les chambres d'électrolyse, et le niveau d'eau diminue progressivement. Dès que l'un des capteurs optiques de niveau d'eau (C) montre que la limite inférieure a été atteinte (c'est-à-dire qu'il y a suffisamment de gaz dans la chambre d'électrolyse), l'appareil doit couper l'alimentation en tension des chambres d'électrolyse (B) et utiliser l'un des moteurs du compresseur (A) en effectuant un cycle de piston complet. Si le niveau d'eau inférieur est atteint simultanément dans 2 chambres d'électrolyse, alors l'appareil doit assurer le fonctionnement séquentiel des compresseurs (sinon, la tension de la source peut ne pas être suffisante pour effectuer le cycle de fonctionnement du compresseur). Après avoir terminé le cycle du compresseur,l'appareil doit revenir à son état d'origine et appliquer une tension aux électrodes des chambres d'électrolyse.

Chambre d'économie de gaz

L'objectif principal est l'accumulation, le stockage et la fourniture de gaz (oxygène / hydrogène) aux batteries de production d'électricité.
Une chambre à économie de gaz est un cylindre avec un ensemble de trous à travers lesquels le gaz pénètre dans la chambre (C), est fourni aux batteries de production d'électricité (A) et renvoyé par elles (B), et l'eau est également évacuée du système (D). Le volume de la chambre à économie de gaz affecte directement proportionnellement la capacité du système à accumuler de l'énergie et n'est limité que par les dimensions physiques de la chambre elle-même.

Turbine

L'objectif principal est d'assurer la circulation du gaz (oxygène / hydrogène) dans les batteries de production d'électricité.
Le gaz de la chambre d'économie de gaz pénètre dans la chambre de l'appareil par l'ouverture (B). Ensuite, en utilisant les aubes de turbine (C) et la force centrifuge, le gaz est pompé dans la sortie (A). Le fonctionnement des aubes de turbine (C) est assuré par un moteur électrique (D) dont la puissance est fournie par le connecteur (E).
La turbine est peut-être le module le plus douteux de tout le concept. D'une part, ma maigre connaissance de la chimie indique que les réactifs en circulation pénètrent beaucoup mieux les réactions chimiques. En revanche, je n'ai trouvé ni confirmation ni réfutation du fait que la circulation active des gaz augmentera l'efficacité des cellules électrogénératrices. En fin de compte, j'ai décidé de fournir cet appareil dans la conception, mais son effet sur l'efficacité du système doit être vérifié.

Batterie génératrice d'énergie

L'objectif principal - fournit la génération de courant électrique à partir du processus de combinaison chimique de l'oxygène et de l'hydrogène.
L'oxygène et l'hydrogène, entrant dans les chambres correspondantes par les ouvertures (A) et (B), entrent dans une réaction chimique latente, tandis qu'un courant électrique est généré sur les électrodes (E), qui est transmis au consommateur par les contacts (F) et (G). En raison de la combinaison chimique de l'oxygène et de l'hydrogène, une grande quantité d'eau se formera dans la chambre à oxygène.
Peut-être l'appareil le plus intéressant. Pour préparer la conception de ce module, j'ai utilisé les informations publiques fournies sur le site Web de Honda (au moment de la rédaction, il y avait plusieurs liens, y compris des documents, mais au moment de la publication, un seul fonctionnait toujours).
Le principal problème est que Honda propose d'utiliser des plaques de platine [Pt] comme électrodes (E). Ce qui rend la structure entière d'un coût prohibitif. Mais je suis sûr qu'il est assez réaliste de trouver une composition chimique (folk) beaucoup moins chère pour les électrodes des cellules électrogénératrices. Dans les cas extrêmes, vous pouvez toujours brûler de l'hydrogène dans un moteur à combustion interne, mais en même temps, l'efficacité de l'ensemble de la structure diminuera considérablement, et la complexité et le coût augmenteront.

Système de drainage

L'objectif principal est d'assurer le retrait de l'eau des chambres à économie de gaz.
L'eau entrant par le trou (A) dans la chambre du système de drainage s'y accumule progressivement, ce qui est détecté par le capteur optique (B). Lorsque la chambre se remplit d'eau, le système de commande (D) ouvre la vanne (C) et l'eau sort par le trou (E).
Il est important de prévoir qu'en l'absence d'alimentation, la vanne doit se fermer (par exemple, en cas d'urgence). Sinon, une situation est possible lorsque de grands volumes d'hydrogène et d'oxygène tombent dans le puisard, où une détonation peut se produire.

Puisard d'eau

Le but principal est l'accumulation, le stockage et le dégazage de l'eau.
L'eau du système de drainage par les trous (B) entre dans la chambre où elle est dégazée par décantation. Le mélange libéré d'oxygène et d'hydrogène sort par l'évent (A). L'eau d'électrolyse décantée et prête à être envoyée aux chambres d'électrolyse par le trou (C).
Il est à noter que l'eau provenant du système de drainage sera très saturée en gaz (oxygène / hydrogène). Il est impératif de mettre en place des mécanismes de dégazage de l'eau avant son introduction dans les chambres d'électrolyse. Sinon, cela affectera l'efficacité et la sécurité du système.

Gestion de l'énergie (stabilisateur, onduleur)

L'objectif principal est de préparer l'électricité produite pour l'approvisionnement du consommateur, l'alimentation et le contrôle du système de drainage et des turbines.
La tension (A) des cellules génératrices d'énergie est fournie au transformateur / stabilisateur, où elle est alignée sur 12 volts. La tension stabilisée est fournie à l'onduleur et au système de contrôle des appareils internes. Dans l'onduleur, la tension de 12 volts de courant continu est convertie en 220 volts de courant alternatif (50 hertz), après quoi elle est fournie au consommateur (D).
Le dispositif de commande alimente le système de drainage (B) et les turbines (C). De plus, le dispositif surveille le fonctionnement de la turbine et lorsque la charge du consommateur augmente, il augmente la vitesse, stimulant l'intensité de la production d'énergie par des batteries génératrices d'électricité.

Caractéristiques opérationnelles

Lorsqu'il est devenu de moins en moins clair avec la mécanique de fonctionnement de l'appareil, je propose de considérer les caractéristiques (limites) du fonctionnement de l'installation.

L'installation doit toujours être dans une position perpendiculaire, par rapport à la force de gravité. Depuis l'attraction gravitationnelle (accumulation de gaz primaire, système de drainage, etc.) est largement utilisée dans la mécanique du système. Selon le niveau d'écart, à partir de cette condition, l'installation réduira le rendement, voire deviendra inopérante;
En gardant un œil sur le paragraphe précédent (pour les mêmes raisons), nous pouvons conclure que pour un fonctionnement normal de l'installation, elle doit être au repos (c'est-à-dire qu'elle doit être installée en permanence);
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Le design présenté dans l'article est la 1ère version de mon idée. Autrement dit, tout a la forme que j'ai conçue à l'origine. En conséquence, dans le processus de mise en œuvre du concept, j'ai vu certains défauts / erreurs, mais je n'ai pas refait le schéma (car cela conduirait à un processus continu et itératif d'améliorations / améliorations, et cet article ne serait pas publié). Mais je ne peux pas non plus passer à côté de ce qui m'a directement frappé, je vais donc décrire brièvement les lacunes qui doivent être corrigées.

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Par conséquent, si je n'ai pas commis d'erreurs fondamentales (par exemple, dans la conception d'une batterie génératrice d'électricité), j'obtiens un dispositif de stockage d'énergie simple de conception (et donc fiable) avec des dimensions relativement compactes (par rapport aux ampères / heures au volume), dépourvu de tout fonctionnement sérieux restrictions (par exemple, performances à basses températures ambiantes). De plus, les limitations décrites dans la section "Fonctionnalités opérationnelles" peuvent théoriquement être éliminées.
Malheureusement, en raison de diverses circonstances, je ne pourrai probablement pas assembler et tester l'appareil décrit. Mais j'espère que quelqu'un, un jour, commencera à faire et à vendre quelque chose comme ça, et je pourrai l'acheter.
Peut-être qu'il existe déjà des analogues de l'appareil décrit, mais je n'ai pas trouvé de telles informations (peut-être que je regardais mal).
En général, vers un avenir brillant et respectueux de l'environnement !!!

Stockage personnel d'hydrogène (concept)