1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 43
Текст из файла (страница 43)
е, в криогенной схеме. Это наглядно иллюстрируется данными по различным топливным системам, приведенным к энергетичес- кому эквиваленту, обеспечивающему пробег 400 км [1701: Веивив Сжатыя Жидкий мян, водород водород О >>> 17 10 00 Р,Б ОЛ Ю!Лх Масса топлива, кг 53,05 Объем топлива, и' 0,07 Масса бака, кг 13,06 Объем бака, и' 0,08 Обшая масса топливной 67 !3,4 13,4 181 1,0 0,19 0 23 1361 18! 45,4 1,53 0,28 0,25 !95 227 Применение газообразного водорода отличается простотоп, однако не получило распространения из-за низкого энергозапа- 174 Рнс. 4.22.
Влияние температуры топливно-воздушной смеси Т на границы устойчивой работы дизельного двигателя на водороде: ББ > — детаааци»; З вЂ” василаиеаеиие Б,а са, вызванного небольшой плотностьк> «,Б топлива, и большой массы топливного контейнера. Использование водорода 20 в сжиженном состоянии более эффек тивно, однако имеет свои сложности, особенно при его хранении и транс- 40 порте. Температура кипения водорода равна — 252,8 еС, поэтому при транспорте и хранении жидкого водо- 700 7«О ую 470 !БР(к рода первостепенное значение имеет тепловая изоляция. Жидкий водород обычно транспортируют и хранят в специальных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено специальной изоляцией.
Наиболее распространены высоковакуумная, вакуумно-порошковая и многослойная низкотемпературные тепловые изоляции; используют и комбинированные изоляции, например многослойно-порошковую. При конструировании оборудования для хранения и транспорта жидкого водорода необходимо учитывать, что в условиях глубокого холода прочностные характеристики большинства металлов и сплавов улучшаются, а ударная вязкость резко уменьшается. Для практической реализации более приемлемы схемы, в которых используют промежуточный носитель водорода. Водород в этом варианте сохраняется в химически связанном виде и при необходимости извлекается из соединения с помощью термического, химического либо термохимического воздействия В настоящее время наибольшее внимание привлекают твердые носители водорода — гидриды металлов и их сплавы. Главным преимуществом гидридов металлов является возможность повышения энергетической плотности водорода; кроме того, они безопасны при хранении и эксплуатации.
В случае термического разложения гидрида металла возможно его повторное использование, так как при пропускании водорода при повышенном давлении происходит «зарядка» гидридного источника. Обратимость гндридных соединений позволяет на их основе изготавливать аккумуляторы водорода, в частности для питания автомобильных двигателей. В случае железотитанового гидрида РеТ(Нт при рабочей температуре около 20 'С давление в емкости для хранения находится в пределах О,3 †,9 МПа в зависимости от концентрации водорода.
Энергия, необходимая для выделения водорода из РеТ)Н, может быть подведена из системы охлаждения дви- 175 1 Рнс. 4,23, , 3. Схема системы питания жидким водородом автомобиля "Па1- зпп В-210". з — о 1 — дппгатсль; 2-ппускныа нлапаны; 3 — подвод водорода; б —; 5 с — регулятор; — манометр; — уронпамар; 7 — запрааочпый клайан; б — прадолраннтальный клапан; 2 — раз ыаная мембрана; !б — тсплообманннк; и — насос; 12 — лодародный баа; !3 — запойный клапан; Ы вЂ” вакуумный прнаол гателя.
Хорошие условия для теплопередачи достигаются в цилиндрических емкостях большой длины и малого диаметра. Давление, возникающее при нагреве железотитанового ги ч (п и 80 — 1 ( ри — 00 С), может быть непосредственно использовано гидридч для подачи водорода в цилиндры, например в случае дизельного двигателя.
Объемная энергоемкость гидридов находится на уровне жидкого водорода, благодаря чему объем «гидридного» бака меньше объема криогенного бака для жидкого водорода. Масса же самого блока примерно на порядок выше по отношению к жидкому водороду из-за значительной плотности металлического носителя. Перспективным напрааленнем развития гидрндных систем хранения аоы н гидриднымн коыдорода является сочетание аккумуляторов с разлнчнымн ги понентами, например на основе железотитаноаого сплава и магния.
Ннзкотемпературный компонент обеспечивает запуск дангателя, а высоко ур, характеризующийся более высоким содержанием ао оро а аысокотемпераосноан ю абот . С у р бо у. Согласно расчетам, прн такой комбинации двух аккумулятороа общей массой 200 кг и суммарной емкостью 30 — 73 л пробег автомобиля при одной заправке состаант около 400 км. Н а автомобиле «Ра1зпп В-210» с двигателем рабочим объемом 1,4 л и а=9,5 [17!] криогенный бак массой 120 кг вместимостью 230 л размещается в багажнике. Водород под давлением 0,4 — 0,5 МПа подается во впускной патрубок с помощью клапанного механизма, приводимого в действие дополнительным кулачковым валом (рис.
4.23). Клапан впрыска водорода открывается одновременно с впускным клапаном двигателя и закрывается через 90' поворота коленчатого вала. Д. измен ения расхода водорода установлен двухступенчатый ревала. Для дуктор с двумя игольчатыми клапанами. Проходное сечение 170 Рис. 4.24. Схема гидридно-криогенной системы питания водородом аатомобиля "Сьечго!егп 1 — крноганмый бак с жидким водородом; 2 — запрапочный трубопровод.„ 3 — злсптрокла. пан; б — раснаар; 5 — каталнтнчсскнй дажпгаталь; б — регулятор, 1 — гплрндный анпумулятор; б — отрабатапшна газы первого клапана поддерживается в соответствии с оборотамн двигателя с помощью вакуумного привода, а второго — механическим приводом от педали акселератора. Низкотемпературная изоляция топливных магистралей обеспечивает температуру водорода в точке впрыска порядка †130 'С, что позволяет значительно повысить наполнение цилиндров.
Общая масса системы питания жидким водородом составляет 150 кг, Средний расход сжиженного водорода непосредственно двигателем составляет 22 л, а с учетом потерь при хранении и заправке— около 25 л на 100 км, что обеспечивает полный пробег автомобиля порядка 1000 км. В пересчете на бензиновый эквивалент топливная экономичность автомобиля составляет 5,7— 6,5 л/100 км. При испытаниях автомобиля по городскому ездовому циклувотработавшихгазах содержалось 0,05 г [СН], О,!8 г СО и 2,56 г НО на ! км пробега.
На «водородной» модификации автомобиля «СЬетго!е!» (рис 4.24) использована комбинированная гидридно-криогенная система питания. Двигатель запускается на жидком водороде с включением водородного аккумулятора после стабилизации теплового режима, причем для подогрева гидрида служиг вода из системы охлаждения. Избыток газовой фазы в баке жидкого водорода расходуется на подзарядку гидридного аккумулятора, что позволяет поз!костью ликвидировать утечки низ- !77 ! 2 — 459 п„ипа пап пап Рис. 4.25. Уиииерсальиая характеристика водородного двигателя: Ре — среднее эффективное давление цикла; ив частота еращения; — — нэолииии к.
п. дд — — — — иаолинии коэффициента иэбмтка иоэ- духа ппп 5ПП 7ПП аппп кокипящего компонента. Гидридиый аккумулятор представляет собой стальной контейнер, заполненный 400 кг РеТ!Нм обеспечивающего хранение 6,4 кг водорода. При нагреве аккумуляи тора до 70'С получается ян1,3 кг/ /ч водорода под давлением 1 — 2 МПа. В криогенном баке массой 41 кг содержится 3,8 кг водорода. Основные элементы гидрид- 7ППП но-криогенной системы питания размещены в багажнике автомобиля. Опытные образцы водородных дизелей созданы в лаборатории института Мусаши (Япония) [172!. Для организации рабочего процесса дизеля водород непосредственно впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия под давлением 8 МПа с помощью специальной форсунки с гидравлическим приводом от штатного топливного насоса высокого давления. Для воспламенения смеси служит керамическая калильная свеча с встроенным вольфрамовым электронагревателем, Электронагреватель включается на режимах пуска и прогрева двигателя, на остальных режимах свеча обеспечивает температуру 1170 — 1270 К за счет выделяющегося при сгорании топлива тепла.
Благодаря комплексу конструктивных мероприятий при работе на водороде сохранена мощность двигателя на уровне базового дизеля при относительно высоких показателях энергетической эффективности (рис. 4.25). Для обеспечения приемлемого запаса хода (не мене. 300 км) водород используют в жидком виде, при этом он подается в дизель специальным насосом высокого давления. Хранят водород в криогенном баке с заправочной емкостью по водороду 82 дм'. Бак массой 35 кг изготовлен из легированной стали, оборудован вакуумно-порошковой изоляцией. В связи с низкой температурой жидкого водорода в топливном насосе высокого давления дизеля использованы специальные материалы, В частности, гильза изготовлена из легированной стали, а рабочая поверхность плунжера имеет полиамидное покрытие.
Недостатки данной конструкции водородного автомобиля — сложность заправки криогенным компонентом, низ- кий ресурс работы водородного насоса и большие потери водорода (до 12 — 15%). В связи с техническими проблемами и высокой стоимостью перевода автомобиля на чистый водород в последние годы работы в этой области развиваются главным образом в направлении создания двигателя с комбинированным бензино-водородным питанием, а также создания водородно-метанольного двигателя, работающего на водородсодержащих продуктах термокаталитической конверсии метанола.
Благодаря активирующей добавке водорода появляется возможность работы двигателя на переобедненных топливно-воздушных смесях в области частичных нагрузок и режиме холостого хода. Зависимость предела обеднения смеси аоо от добавки водорода носит следующий характер: Содержание Нх, 0 1О 20 40 !00 уо !масс.) а,е 1,12 1,67 2,5 3,34 5,0 Более совершенной и широко испытанной конструкцией является бензино-водородный автомобиль кМегзедез Вепз 280 ТЕ» (рис. 4.26). Для аккумулирования водорода используют металлогидрид ЕеТ!Н„хподогреваемый водой, которая, в сноху очередь, нагревается в специальном теплообменняке за счег тепла отработавших газов. Выделяющийся водород проходиг фильтр для очистки от частиц металлического носителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
