1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Образования других вредных выбросов, типичных для современных автомобилей (СО, СН, 50,), при использовании водорода не происходит, что дает возможность создания практически экологически чистого автомобильного двигателя. Результаты многочисленных испытаний показывают, что современные автомобильные двигатели могут работать на водород, ороде, однако для реализации всех его преимуществ, по мнению ряда авторов, необходимы существенные ст1руктивные изменения двигателя: увеличение степени сжатия до допустимой для водорода 1: 14, организация мероприятий по предотвращению преждевременного воспламенения, обратных вспышек, детонации, уменьшение угла опережения зажигания, изменение системы питания с учетом возможности увеличения а, изменение системы регулирования и ряд других 1145 †15. Менее радикальные изменения двигателя необходимы при использовании водорода в качестве добавки к обычнйм топливам. Широкие концентрационные пределы вос- 231 00~ Рис.
7Л4, Зависимость выбросов СН и 140„ от иагрузки двигателя для 0 разных топлив: 00 00,Чз % — — бензнн; — — — — — зононол; з г о . — бзнзнн+зононол 0 00 00 232 йламбианйя я воздухе, высокая скорость сгорания, малая энергия воспламенения, большие значения коэффициентов диффузии делают водород идеальной добавкой к обычным топливам, инициирующей процесс сгорания бедных угле- водородно-воздушных смесей. При этом достигается улучшение топливной экономичности двигателя н резко снижается уровень токсичности отработавших газов.
Модификация бензинового двигателя при использовании водорода в качестве добавки минимальна и касается в основном систем питания и регулирования. Испытания современных автомобильных двигателей при их работе на бензоводородовоздушиых смесях (массовое содержание водорода в бензине 5 — 15 ~/о) показали, что выбросы окиси углерода снижаются с 4 — ! до менее чем 0,1 %, существенно уменьшаются выбросы углеводородов и (при работе на частичных нагрузках) окислов азота.
Для дизельных двигателей снижаются также выбросы сажи. На рис, 7.14 приведены результаты испытаний двигателя автомобиля «Москвич-412», выполненных в Институте проблем машиностроения АН УССР. Видно, что выбРосы окислов азота пРи нагРУзках У;(80 с1с пРи Работе на бензоводородовоздушной смеси меньше, а при Я,)80 7о больше, чем при работе на бензовоздушной, В условиях города автомобильный двигатель около 20 с(о времени работает на холостом ходу и подавляющую часть времени — при ~,,(80о7с В связи с этим применение добавок водорода к обычным топливам на практике будет приводить к радикальному снижению суммарных выбросов как СО и СН, так и 1нО .
В связи с возможностью работы на бедных смесях применение добавки водорода в количестве 5 — 10 чс позволит в условиях города сократить расход бензина на 20 — 30 с(о и повысить топливную экономичность двигателя на 10 — 15 ф, 11441. Перевод автотранспорта на 0сн, водородное топливо илн на смеси водорода с обычными топливами связан с решением 0,0о многих достаточно сложных проблем. Наиболее важной и ! сложной является проблема размещения на автомобиле запаса водорода, необходимого для обеспечения требуемого пробега.
Водород можно транспортировать на автомобиле либо в газообразном (в баллонах под давлением), либо в сжиженном (в криогенных баках), либо в связанном твердофазном (гидрнды металлов) и жидком (химнческие соединения) состояниях. Сравнение этих способов и анализ возможности их применения для автомобилей различного назначения проводятся обычно по нескольким показателям массе системы хранения водорода, объему бака, рабочим параметрам объема хранения, потерям топлива на различных этапах от момента его производства до заполнения бака автомобиля, потерям в процессе использования, затратам первичной энергии на выработку и подготовку топлива до его использования и в процессе использования, включая перевозку топлива на автомобиле, а также по некоторым другим показателям, Некоторые наиболее важные показатели различных методов хранения водорода на борту автомобиля приведены в табл.
7.9. Следует отметить, что из перечисленных в табл. 7.9 методов в настоящее время хорошо освоено лишь хранение водорода в стальных баллонах под давлением„остальные методы находятся в стадии разработки и освоения. Рассмотрим возможности использования различных систем хранения на примере автомобиля ЗИЛ-130.
Напомним, что для серийного автомобиля ЗИЛ-130 грузоподъемностью 5 т запас энергии в бензиновом баке вместимостью 170 л составляет 5,4.10а кДж, а пробег— около 410 км. Для обеспечения на водороде такого же пробега, как на бензине, автомобилю ЗИЛ-130 потребуется при одинаковом термическом КПД запас водорода 45,3 кг. Для перевозки на автомобиле водорода в газообразном состоянии под давлением 10 МПа могут быть использова-, ны стандартные стальные баллоны высокого давления емкостью 55 л и массой 56 кг. Отноц1ение массы тары баллонов к массе водорода составляет 116,8, поэтому общая масса баллонов, необходимых для размешения 45,3 кг водорода, достигает 5325 кг, т. е, превышает полезную грузоподъемность этого автомобиля. Даже при снижении требований к пробегу автомобиля в 2 раза (до 205 км) масса баллонов с водородом все еще будет составлять около 50 тс полезной грузоподъемности, т.
е. будет чрезмерно велика. Перевозка водородного топлива на автомобиле в газообразном состоянии в таких баллонах, как 18 — 12 233 рода ин борту автомобиля Показатели среды хранения хь оо ББ Хи ни 3., и и Показатель сис- темы хранения Затраты яераичной энергии Рабочие аараметры Й оЦ ~~и Д о и щ з а И.' ч а « вй йс' й и й „-'-". бйч е' ь„ 8гл и и н. "к о -о и и, л з- ою ги е а Метод хранения и од и Жидкий волород в крыугениом баке 14.5 — !б б — 7,5 71 100 33,3 20 — 24 0„3 — О,б 0,4 10 при хс лодиом баке, 30 при теплом баке !О О,! — 0,4 31.5 — Зб Газообразный,водород в баллонах: стальных 80 — 115 53.3 О,!5 †,З 75-120 9-18 100 Практически ие ограяичево То исе 0.8 — 0,9Б 0,8-0,95 0,8 — 0,95 0.8 — 0,9 0.8 — 0,9 0,8 — 0,9 15 — 30 10-20 !О 20 Темпера- тура оиру- жающе8 среды 80 — 109 9 — 18 0,!Б — ОЗ 45 — 60 160 армированных алюми.
ниеаых из композитных материалов Гядриды интерметаллидозг нязгогеипературные (РеТВ высокотемпературные (МБ, МЗЮ! композиция РеТ!. МОИН Жидкис соединения врдо. рода (метанол! 15 — 30 10-20 1О 19 1б — 30 !З 0,3 20 10 !0,5 — !2 10 — 12 П вЂ” 12 3,18 1,75 ,! — 3 0,14 2,33 — 1, 01 3,38 — 2,69 23 — 50 7 — 3,2 101-81 О. 32 — 0„27 15 — ЗО О,! — 3 О,! — 3 >НВ-ООО 250-600 10 100 60 — 80 2. 5-4 12,5 0,25 О,О" 2,5 — 4 15 10 — 1Б 10,3 -ь0,9 0,1 йзб Таблица 7.9. Характеристики различных методов хранения водо видим, неприемлема.
Этот метод может стать конкурентоспособным лишь при условии изготовления гораздо более легких баллонов высокого давления. Для баллонов из композитных материалов с массовым показателем 16 кг на 1 кг Н, масса системы хранения сосгавнг 725 кг, а занимаемый ею объем — около 2,5 мз при давлении в баллонах 20 МПа. Такая система хранения уже могла бы быть использована при некоторой модификации автомобиля. Экспериментальные образцы таких баллонов созданы в последнее время и использованы в нескольких образцах опытных автомобилей на природном газе и водороде.
Можно перевозить водород в криогенном баке прн температуре не более 20 К. Вместимость такого бака для размещения тех же 45,3 кг водорода составит минимум 640 л, т. е. будет более чем в 3,5 раза больше, чем бензинового. Масса бака (при удельной массе 7,4 кг на 1 кг Н,) составит около 335 кг. Общая масса криогенного бака с водородом (380 кг) хотя и велика, но все же допустима. Криогенные баки с )гспехом были применены иа 3з4 некоторых экспериментальных образцах автомобилей на водородном топливе, построенных в США.
Типичным примером является построенный в 1975 г. автомобиль «Датсун В210» с криогенным баком вместимостью 230 л (16,3 кг водорода) под давлением 0,5 МПа. Этот бак имеет массу 120 кг, что соответствует 7,35 кг массы бака на 1 кг Нз. В настоящее время в различных странах мира созданы образцы автомобилей с криогенным хранением водорода на борту. Минимальный массовый показатель в известных сегодня разработках составляет около 6 кг на 1 кг Нз.
По оптимистическим оценкам этот показатель может быть доведен до 4,5 кг массы бака на 1 кг Н,. Водород может находиться на автомобиле в химически связанном состоянии — в виде соединений, легко отдающих водород при изменении внешних условий, например температуры контейнера, нлн в специальном реакторе. Такимн соединениями могут быть гидриды металлов интерметаллидов или жидкие соединения, например аммиак, метанол и т.
и. 1б* Перспективные для использования в автомобильном транспорте гидриды должны обладать следующими свойствами; иметь высокое отношение полезной массы водорода к полной массе устройства, содержащего гидрид; быть удобными для отбора водорода из гидрпда и зарядки гидридного контейнера; быть экономически доступными для массового применения. Рассмотрим некоторые примеры. Контейнер с гидридом Еа%зНЖ содержащий 0,5 кг Н,, имеет массу 40 — 45 кг (в том числе 35 кг гидрида), т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
