Было бы здорово поставить у себя во дворе ветряную мельницу или сделать крышу дома из солнечной батареи и даже не прокладывать электропроводку.
И вроде бы современные технологии могут обеспечить достойные устройства по выработке электроэнергии (современные солнечные панели уже имеют приемлемый КПД и срок службы, а в отношении ветряков критических замечаний нет), но системы накопления и хранения электроэнергии, чаще всего представленные аккумуляторными батареями, имеют ряд существенных недостатков (высокая стоимость, малая емкость, малый срок службы, плохая работоспособность при низких температурах и т. д.).
И эти недостатки делают всю концепцию индивидуальных возобновляемых источников электроэнергии непривлекательной для обычных граждан.
В этой статье я предлагаю познакомиться с концепцией индивидуального накопителя водородной энергии, который в некоторой перспективе может заменить классические аккумуляторы.
Примечания
Все представленные схемы и изображения носят чисто концептуальный характер; при проектировании инженерной модели необходимо будет рассмотреть все размеры и конструктивные особенности компонентов устройства; Допускаю, что где-то описаны аналоги представленного устройства, возможно, даже есть коммерческие образцы, но ничего подобного я не нашел.Общая концепция (принцип работы)
Несмотря на то, что конструкция получилась весьма громоздкой, принцип работы устройства достаточно прост. Электрический ток, поступающий от возобновляемого источника (солнечная батарея, ветряная турбина и т.п.
), подается в две электролизные камеры (А), где в результате процесса электролиза начинает накапливаться кислород/водород. Полученный кислород/водород закачивается в газосберегающую камеру (С) с помощью компрессора (Б).
Из газосберегающей камеры (С) кислород/водород подается в электрогенерирующие батареи (Е), после чего не принявшие участие в реакции кислород/водород, а также вода, полученная в результате реакция стекает обратно в газосберегающую камеру.
Результирующий электрический ток от химического соединения кислорода и водорода подается в трансформатор, затем в инвертор и блок управления турбиной/сливным клапаном (Н).
От инвертора электрический ток подается потребителю.
Накопленная в газосберегающей камере вода через дренажный механизм (Ф) поступает в накопительную емкость (Г) и обратно в камеры электролиза.
Далее предлагаю более подробно рассмотреть механику работы компонентов системы.
Ээлектролизная камера 
Основное назначение – производство и первичное накопление кислорода/водорода и передача его в компрессор.
Электрический ток, поступающий на контакт (А), поступает на электрод (С), где начинается процесс электролиза воды в камере.
Газ, постепенно скапливаясь в верхней части камеры и поступая непосредственно в компрессор через отверстие (Е), выталкивает воду через отверстие (Б) обратно в бак.
Таким образом, происходит первоначальное накопление газа перед его закачкой компрессором в газосберегающую камеру.
Весь процесс первичного накопления газа контролируется оптическим (лазерным) датчиком (Д), показания которого передаются на устройство контроля.
Компрессор 
Основное назначение – закачка газа, полученного в результате электролиза, в газосберегающую камеру.
Газ (кислород/водород) из электролизной камеры поступает в камеру компрессора через клапан (А).
Когда газ в камере компрессора накапливается в достаточном количестве (сигнал об этом поступает от оптического датчика камеры электролиза), включается электродвигатель (Ф) и с помощью поршня (С) накопленный газ закачивается в газосберегающую камеру через клапан (Б).
Наличие компрессора позволяет создать определенное давление в газосберегающей камере, что позволяет повысить КПД электрогенерирующих ячеек.
Очень важно рассчитать конструкцию компрессора (мощность двигателя, передаточное число, объем камеры компрессора и т. д.) таким образом, чтобы компрессор мог полноценно работать (создавать необходимое давление) от энергии возобновляемого источника энергии.
Система управления питанием 
Основное назначение – управление процессом генерации и накопления газа (кислорода/водорода), получаемого в результате электролиза.
В исходном состоянии устройство подает напряжение от источника питания (Д) на электроды электролизных камер (Б).
В результате в камерах электролиза начинает образовываться и скапливаться газ, а уровень воды постепенно снижается.
Как только один из оптических датчиков уровня воды (С) покажет, что достигнут нижний предел (т.е.
в камере электролиза накопилось достаточно газа), прибор должен отключить подачу напряжения к камерам электролиза (Б) и включите один из двигателей компрессора (А), совершив один полный цикл работы поршня.
При достижении нижнего уровня воды одновременно в 2 электролизных камерах устройство должно обеспечивать последовательную работу компрессоров (в противном случае напряжения источника может не хватить для завершения рабочего цикла компрессора).
После завершения рабочего цикла компрессора устройство должно вернуться в исходное состояние и подать напряжение на электроды электролизных камер.
Газосберегающая камера 
Основное назначение – накопление, хранение и подача газа (кислорода/водорода) в электрогенераторные батареи.
Газосберегающая камера представляет собой цилиндр с набором отверстий, через которые газ поступает в камеру (В), подается к электрогенерирующим батареям (А) и возвращается из них (Б), а также обеспечивает удаление воды из система (Д).
Объем газосберегающей камеры напрямую влияет на способность системы накапливать энергию и ограничивается только физическими размерами самой камеры.
Турбина 
Основное назначение – обеспечение циркуляции газа (кислорода/водорода) в электрогенерирующих батареях.
Газ из газосберегающей камеры поступает в камеру устройства из отверстия (Б).
Далее с помощью лопаток турбины (С) и центробежной силы газ нагнетается в выпускное отверстие (А).
Лопатки турбины (С) приводятся в движение электродвигателем (D), питание которого осуществляется через разъем (Е).
Турбина, пожалуй, самый сомнительный модуль всей концепции.
С одной стороны, мои скудные познания в химии подсказывают мне, что циркулирующие реагенты гораздо лучше вступают в химические реакции.
С другой стороны, я не нашел ни подтверждения, ни опровержения того, что активная циркуляция газа повысит эффективность энергоблоков.
В итоге я решил включить это устройство в конструкцию, но нужно проверить его влияние на работоспособность системы.
? Батарея для производства электроэнергии 
Основная цель — выработка электрического тока в результате химического соединения кислорода и водорода.
Кислород и водород, попадая в соответствующие камеры через отверстия (А) и (Б), вступают в скрытую химическую реакцию, при этом на электродах (Е) образуется электрический ток, который передается потребителю через контакты (F) и (Г).
В результате химического соединения кислорода и водорода в кислородной камере образуется большое количество воды.
Пожалуй, самое интересное устройство.
При подготовке дизайна данного модуля я использовал общедоступную информацию, представленную на сайте компании.
Хонда (на момент написания статьи было несколько ссылок, в том числе на документы, но на момент публикации рабочей осталась только одна).
Основная проблема в том, что Хонда предлагает использовать платиновые [Pt] пластины в качестве электродов (Е).
Это делает всю конструкцию непомерно дорогой.
Но я уверен, что вполне можно найти гораздо более дешевый (народный) химический состав для электродов энергоблоков.
В крайнем случае, всегда можно сжечь водород в двигателе внутреннего сгорания, но в этом случае КПД всей конструкции существенно снизится, а сложность и стоимость возрастут.
Дренажная система 
Основное назначение – обеспечение отвода воды из газосберегающих камер.
Вода, попадающая через отверстие (А) в камеру дренажной системы, постепенно скапливается в ней, что фиксируется оптическим датчиком (Б).
Когда камера наполняется водой, система управления (D) открывает клапан (С), и вода выходит через отверстие (Е).
Важно следить за тем, чтобы при отсутствии питания клапан закрывался (например, в случае аварийной ситуации).
В противном случае возможна ситуация, когда в отстойник попадут большие объемы водорода и кислорода, где может возникнуть детонация.
Водяной отстойник 
Основное назначение – накопление, хранение и дегазация воды.
Вода из дренажной системы через отверстия (Б) поступает в камеру, где дегазируется путем отстаивания.
Выделившаяся смесь кислорода и водорода выходит через вентиляционное отверстие (А).
Отстоявшаяся и готовая к электролизу вода подается в камеры электролиза через отверстие (С).
Стоит отметить, что вода, поступающая из дренажной системы, будет сильно насыщена газом (кислородом/водородом).
Обязательно необходимо реализовать механизмы дегазации воды перед подачей ее в камеры электролиза.
В противном случае это повлияет на эффективность и безопасность системы.
Управление выработкой электроэнергии (стабилизатор, инвертор) 
Основное назначение – подготовка вырабатываемой электроэнергии к поставке потребителям, питание и управление дренажной системой и турбинами.
Напряжение (А), поступающее от силовых ячеек, поступает на трансформатор/стабилизатор, где выравнивается до 12 Вольт. Стабилизированное напряжение подается на инвертор и внутреннюю систему управления устройством.
В инверторе напряжение из 12 В постоянного тока преобразуется в 220 В переменного тока (50 Гц), после чего подается потребителю (Д).
Устройство управления обеспечивает питание дренажной системы (В) и турбин (С).
Более того, устройство контролирует работу турбины и при увеличении нагрузки со стороны потребителя увеличивает обороты, стимулируя интенсивность выработки энергии электрогенерирующими батареями.
Особенности эксплуатации Когда механика работы устройства стала более-менее понятной, предлагаю рассмотреть особенности (ограничения) работы установки.
- Установка всегда должна находиться в перпендикулярном положении относительно силы тяжести.
Потому что гравитационное притяжение широко используется в механике системы (первичное газоскопление, дренажная система и т.п.
).
В зависимости от степени отклонения от этого условия установка либо снизит КПД, либо вообще выйдет из строя;
- Глядя на предыдущий пункт (по тем же причинам), можно сделать вывод, что для нормальной работы установки она должна находиться в состоянии покоя (т. е.
должна быть установлена стационарно);
- Эксплуатация устройства должна осуществляться исключительно на открытом пространстве (вне помещения, на открытом воздухе).
Поскольку установка постоянно выделяет в замкнутом пространстве свободный кислород и водород, это приведет к скоплению и дальнейшей детонации этих газов.
Соответственно, эксплуатация устройства в закрытом пространстве небезопасна.
То есть все имеет тот вид, который я задумал изначально.
Соответственно, в процессе реализации концепции я увидел определенные недостатки/ошибки, но не стал переделывать схему (так как это привело бы к бесконечному, итеративному процессу доработок/улучшений, и эта статья никогда бы не была опубликована).
Но я тоже не могу пройти мимо того, что бросилось в глаза, поэтому просто кратко опишу те недостатки, которые обязательно нужно исправить.
- Так как диффузные процессы никто не отменял, то водород будет появляться и накапливаться в кислородной газосберегающей камере и, соответственно, аналогичные процессы будут происходить и в водородной камере.
В результате это приведет к детонации газа в соответствующей газосберегающей камере.
Эту ситуацию необходимо предусмотреть и добавить в конструкцию газосберегающих камер перегородки для гашения взрывной волны.
Также газосберегающие камеры должны быть оборудованы клапанами для выпуска газа при избыточном давлении;
- Представленная конструкция не имеет механизма индикации накопления энергии.
Соответственно, установка датчика давления в газосберегающей камере позволит отображать накопленную энергию (собственно газ, но поскольку на выходе мы получаем электричество, то энергия получается косвенно).
Также при достижении максимального расчетного давления в обеих газосберегающих камерах процесс газообразования можно остановить (чтобы установка не работала зря);
- Существующая конструкция форкамеры недостаточно эффективна.
Довольно много загрязненной воды попадет непосредственно в камеры электролиза, что отрицательно скажется на эффективности работы установки.
В идеальной ситуации конструкцию необходимо перепроектировать таким образом, чтобы циркуляция водорода и кислорода не пересекалась (т. е.
сделать два независимых контура).
В более простом варианте конструкцию водоотстойника следует сделать двухкамерной (возможно, даже трехкамерной);
- Если конструкцию и расположение компрессора оставить без изменений, то со временем в камере компрессора и околоклапанных трубках будет образовываться конденсат, что снизит эффективность работы компрессора (или вообще сделает его неработоспособным).
Поэтому как минимум компрессор следует перевернуть, а в идеале заменить механический компрессор, например, на пьезоэлектрический.
Более того, ограничения, описанные в разделе «Особенности работы», теоретически можно устранить.
К сожалению, в силу различных обстоятельств собрать и протестировать описываемое устройство я, скорее всего, не смогу.
Но я надеюсь, что когда-нибудь кто-нибудь начнет делать и продавать что-то подобное, и я смогу это купить.
Возможно аналоги описываемого устройства уже существуют, но я такой информации не нашел (возможно плохо искал).
В общем, вперед в светлое, экологически чистое будущее!!! Теги: #Компьютерное оборудование #Химия #Будущее здесь #физика #Экология #энергетические технологии
-
Как Загрузить Видео В Формате Mp4 На Сайт?
19 Oct, 24 -
Столица Электромобилестроения России.
19 Oct, 24 -
Ubuntu: 12 Миллионов Пользователей
19 Oct, 24 -
Инструменты Ocaml
19 Oct, 24 -
Сервер Apache Сильно Сдал Позиции
19 Oct, 24
