Muitos de nós (especialmente moradores de casas particulares) gostariam de ter nosso próprio gerador elétrico pessoal e ser independentes das estruturas comunitárias existentes. Seria bom colocar um moinho de vento em seu quintal ou fazer o telhado de sua casa com um painel solar e nem mesmo deixar a fiação baixa. E parece que as tecnologias modernas podem fornecer dispositivos decentes de geração de energia (as baterias solares modernas já têm eficiência aceitável e uma longa vida útil, não há comentários críticos sobre os moinhos de vento), mas os sistemas de armazenamento e armazenamento de energia, representados geralmente por baterias recarregáveis, apresentam uma série de desvantagens significativas (alto custo , baixa capacidade, vida útil curta, baixo desempenho a baixas temperaturas etc.). E essas deficiências tornam todo o conceito individual,energia renovável, pouco atraente para os cidadãos comuns.
Neste artigo, proponho me familiarizar com o conceito de um dispositivo individual de armazenamento de energia de hidrogênio, que, em alguma perspectiva, pode substituir as baterias clássicas.

Notas

Todos os esquemas e imagens apresentados são de natureza exclusivamente conceitual; ao projetar um modelo de engenharia, será necessário revisar todos os tamanhos e recursos de design dos componentes do dispositivo;
Admito que os análogos do dispositivo apresentado estejam descritos em algum lugar, é possível ter amostras comerciais, mas não encontrei nada parecido.

Conceito geral (princípio do trabalho)

Apesar de o design ter sido muito complicado, o princípio de operação do dispositivo é bastante simples. A corrente elétrica proveniente de uma fonte renovável (bateria solar, moinho de vento, etc.) é fornecida a duas câmaras de eletrólise (A), onde o oxigênio / hidrogênio começa a se acumular como resultado do processo de eletrólise. O oxigênio / hidrogênio resultante, usando um compressor (B), é bombeado para a câmara de economia de gás (C). A partir da câmara de economia de gás (C), o oxigênio / hidrogênio é fornecido às baterias geradoras de eletricidade (E), após o que, não participando da reação de oxigênio / hidrogênio, bem como a água obtida como resultado da reação, é devolvida à câmara de economia de gás. A corrente elétrica obtida como resultado da combinação química de oxigênio e hidrogênio é alimentada ao transformador, depois ao inversor e à unidade de controle da válvula de turbina / drenagem (H).A partir do inversor, uma corrente elétrica é fornecida ao consumidor. A água acumulada na câmara de economia de gás, através do mecanismo de drenagem (F), entra no tanque de armazenamento (G) e volta às câmaras de eletrólise.
Além disso, proponho considerar com mais detalhes a mecânica dos componentes do sistema.

Câmara de eletrólise

O principal objetivo é a produção e o acúmulo primário de oxigênio / hidrogênio e sua transferência para o compressor.
A corrente elétrica que chega ao contato (A) entra no eletrodo (C) onde começa o processo de eletrólise da água na câmara. O gás, acumulando-se gradualmente na parte superior da câmara e entrando diretamente no compressor através do orifício (E), empurra a água através do orifício (B), de volta ao tanque. Assim, o acúmulo primário de gás ocorre antes de ser bombeado para a câmara de economia de gás pelo compressor. Todo o processo de acumulação de gás primário é controlado por um sensor óptico (laser) (D), cujas leituras são transmitidas a um dispositivo de controle.

Compressor

O principal objetivo é bombear o gás obtido como resultado da eletrólise para uma câmara de economia de gás.
O gás (oxigênio / hidrogênio) da câmara de eletrólise entra na câmara do compressor através da válvula (A). Quando o gás na câmara do compressor é acumulado em quantidade suficiente (um sinal é recebido do sensor óptico da câmara de eletrólise), o motor elétrico (F) é ativado e, por meio do pistão (C), o gás acumulado é bombeado para a câmara de economia de gás através da válvula (B).
A presença do compressor permite criar uma certa pressão na câmara de economia de gás, o que permite aumentar a eficiência das células geradoras de eletricidade.
É muito importante calcular o projeto do compressor (potência do motor, relação de marchas, volume da câmara do compressor, etc.) para que o compressor possa operar completamente (criar a pressão necessária) a partir da energia de uma fonte de energia renovável.

Sistema de gerenciamento de energia

O principal objetivo é controlar o processo de geração e acumulação de gás (oxigênio / hidrogênio) obtido como resultado da eletrólise.
No estado inicial, o dispositivo fornece a tensão da fonte de energia (D) aos eletrodos das câmaras de eletrólise (B). Como resultado, o gás começa a se formar e a se acumular nas câmaras de eletrólise, e o nível da água diminui gradualmente. Assim que um dos sensores ópticos de nível de água (C) mostrar que o limite inferior foi atingido (ou seja, há gás suficiente na câmara de eletrólise), o dispositivo deve desligar a alimentação de tensão das câmaras de eletrólise (B) e usar um dos motores de compressores (A) completando um ciclo completo de pistão. Se o nível mais baixo de água for alcançado simultaneamente em 2 câmaras de eletrólise, o dispositivo deverá garantir a operação seqüencial dos compressores (caso contrário, a tensão da fonte pode não ser suficiente para concluir o ciclo do compressor). Depois de concluir o ciclo do compressor,o dispositivo deve retornar ao seu estado original e aplicar tensão aos eletrodos das câmaras de eletrólise.

Câmara de economia de gás

O principal objetivo é o acúmulo, armazenamento e fornecimento de gás (oxigênio / hidrogênio) às baterias geradoras de eletricidade.
Uma câmara de economia de gás é um cilindro com um conjunto de orifícios através dos quais o gás entra na câmara (C), é fornecido às baterias geradoras de eletricidade (A) e retornado delas (B), e a água também é removida do sistema (D). O volume da câmara de economia de gás afeta diretamente proporcionalmente a capacidade do sistema de acumular energia e é limitado apenas pelas dimensões físicas da própria câmara.

Turbina

O principal objetivo é garantir a circulação de gás (oxigênio / hidrogênio) nas baterias geradoras de energia.
O gás da câmara de economia de gás entra na câmara do dispositivo pela abertura (B). Então, usando as pás da turbina (C) e força centrífuga, o gás é bombeado para a saída (A). A operação das pás da turbina (C) é fornecida por um motor elétrico (D), cuja energia é fornecida através do conector (E).
A turbina é talvez o módulo mais duvidoso de todo o conceito. Por um lado, meu escasso conhecimento de química diz que os reagentes circulantes entram nas reações químicas muito melhor. Por outro lado, não encontrei confirmação ou refutação do fato de que a circulação ativa de gás aumentará a eficiência das células geradoras de eletricidade. No final, decidi fornecer esse dispositivo no design, mas seu efeito na eficiência do sistema deve ser verificado.

Bateria geradora de energia

O objetivo principal - fornece a geração de corrente elétrica a partir do processo de combinação química de oxigênio e hidrogênio.
O oxigênio e o hidrogênio, entrando nas câmaras correspondentes pelas aberturas (A) e (B), entram em uma reação química latente, enquanto uma corrente elétrica é gerada nos eletrodos (E), que é transmitida ao consumidor através dos contatos (F) e (G). Como resultado da combinação química de oxigênio e hidrogênio, uma grande quantidade de água se formará na câmara de oxigênio.
Talvez o dispositivo mais interessante. Ao preparar o design deste módulo, usei as informações públicas fornecidas no site da Honda (no momento em que escrevi, havia vários links, incluindo documentos, mas, no momento da publicação, apenas um continuava funcionando).
O principal problema é que a Honda propõe o uso de placas de platina [Pt] como eletrodos (E). O que torna toda a estrutura proibitivamente cara. Mas tenho certeza de que é bastante realista encontrar uma composição química (popular) muito mais barata para eletrodos de células geradoras de eletricidade. Em casos extremos, você sempre pode queimar hidrogênio em um motor de combustão interna, mas ao mesmo tempo a eficiência de toda a estrutura cairá significativamente e a complexidade e o custo aumentarão.

Sistema de drenagem

O principal objetivo é garantir a retirada de água das câmaras de economia de gás.
A água que entra pelo orifício (A) na câmara do sistema de drenagem acumula-se gradualmente nele, o que é detectado pelo sensor óptico (B). À medida que a câmara se enche de água, o sistema de controle (D) abre a válvula (C) e a água sai pelo orifício (E).
É importante prever que, na falta de energia, a válvula deve fechar (por exemplo, em caso de emergência). Caso contrário, é possível uma situação em que grandes volumes de hidrogênio e oxigênio caem no poço, onde pode ocorrer detonação.

Cárter de água

O principal objetivo é o acúmulo, armazenamento e desgaseificação da água.
A água do sistema de drenagem através dos orifícios (B) entra na câmara onde é desgaseificada por sedimentação. A mistura liberada de oxigênio e hidrogênio sai pela ventilação (A). A água sedimentada e pronta para eletrólise é fornecida às câmaras de eletrólise através do orifício (C).
Vale ressaltar que a água proveniente do sistema de drenagem ficará muito saturada com gás (oxigênio / hidrogênio). É imperativo implementar mecanismos para a desgaseificação da água antes que ela seja introduzida nas câmaras de eletrólise. Caso contrário, isso afetará a eficiência e a segurança do sistema.

Gerenciamento de energia (estabilizador, inversor)

O principal objetivo é preparar a eletricidade gerada para suprir o consumidor, fornecer energia e controlar o sistema de drenagem e as turbinas.
A tensão (A) das células geradoras de energia é fornecida ao transformador / estabilizador, onde é alinhada a 12 volts. A tensão estabilizada é fornecida ao inversor e ao sistema de controle de dispositivos internos. No inversor, a tensão de 12 volts de corrente contínua é convertida em 220 volts de corrente alternada (50 hertz), após o que é fornecida ao consumidor (D).
O dispositivo de controle fornece energia para o sistema de drenagem (B) e turbinas (C). Além disso, o dispositivo monitora o funcionamento da turbina e, quando a carga do consumidor aumenta, aumenta a velocidade, estimulando a intensidade da produção de energia das baterias geradoras de eletricidade.

Recursos operacionais

Quando se tornar cada vez menos claro o mecanismo de operação do dispositivo, proponho considerar os recursos (limitações) da instalação.

A instalação deve sempre estar em uma posição perpendicular, em relação à força da gravidade. Como a atração gravitacional (acumulação de gás primário, sistema de drenagem, etc.) é amplamente utilizada na mecânica do sistema. Dependendo do nível de desvio, dessa condição, a instalação reduzirá a eficiência ou até se tornará inoperante;
Observando o parágrafo anterior (pelas mesmas razões), podemos concluir que, para a operação normal da instalação, ela deve estar em repouso (ou seja, deve ser instalada permanentemente);
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O design apresentado no artigo é a 1ª versão da minha ideia. Ou seja, tudo tem a forma que eu originalmente concebi. Dessa forma, no processo de implementação do conceito, vi certas falhas / erros, mas não refiz o esquema (pois isso levaria a um processo interminável e iterativo de melhorias / melhorias, e este artigo não teria sido publicado). Mas também não posso ignorar o que me atingiu diretamente, então descreverei brevemente as deficiências que devem ser corrigidas.

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Como resultado, se eu não cometer erros fundamentais (por exemplo, no design de uma bateria geradora de eletricidade), recebo um dispositivo de armazenamento de energia de design simples (e, portanto, confiável) com dimensões relativamente compactas (em relação a amperes / horas a volume), desprovido de qualquer problema operacional sério. restrições (por exemplo, desempenho em baixas temperaturas ambientes). Além disso, as limitações descritas na seção "Recursos operacionais", teoricamente, podem ser eliminadas.
Infelizmente, devido a várias circunstâncias, provavelmente não vou conseguir montar e testar o dispositivo descrito. Mas espero que alguém, um dia, comece a vender e vender algo assim, e eu possa comprá-lo.
Talvez já existam análogos do dispositivo descrito, mas não encontrei essas informações (talvez estivesse parecendo mal).
Em geral, encaminhar para um futuro brilhante e ambientalmente amigável !!!

Armazenamento pessoal de hidrogênio (conceito)