1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Кроме того, бак должен иметь разветвленную систему охлаждения с размерами слоев ~свободных частиц интерметаллида не более 2 — 3 см. Это усложняет его конструкцию. В последнее время в СССР и за рубежом разработаны композиционные материалы на основе частиц интерметаллидов,заключенных в матрицу из металлов с большой теплопроводностью (алюминия, меди). Ожидается, что применение этих материалов в контейнерах для хранения во- Рнс.
7.16. Влияние диаметра контейнера прн внешнем теплоотводе яа скоростьзаряд.ен прн р/р.= 1О/1: дяеметр трубия: Р— за см; О ь см: н — тз см; 17 — ю см; тт — М см дорода позволит существенно повысить эффективную теплопроводнзсть среды хранения, решить проблему уноса частиц и упростить конструкцию гидридного бака прн не.значительном его утяжелении. Поскольку для подачи водорода из гидридного бака в двигатель необходимо подогревать бак, требуются специальные мероприятия для обеспечения запуска двигателя из холодного состояния. Для этого на автомобиле может быть, например, предусмотрена система подогрева бака при неработающем двигателе или буферная емкость с газообразным водородом. Основнымн недостатками гидридных систем хранения являются большая масса сплава и болыпие времена перезарядки.
В условиях городской езды большая масса и!дридного бака приводит к заметным дополнительным затратам энергии. Если уменьшить массу гидридного бака 241 Рис. 7,17. Экспериментальный водородный автомобиль Фирмы Даймлер. Бенц с гидриднымн баками для хранения водорода Количество >нвдкого вс дорода в баке Основные показатели конструкц|м бака Операции прн закры. том баке Миннмальмое время заправка .'прн холодном баке, ман Среднее потребление воды, кг иа !хгнз По ерн °одорода прн открыточ бак», л в Лень Потери водорода прн заправке, % яол ной заправки Из готочи- тель Скорость испарения водорода, % в день Максимальное давление, к па Внутрен- «не объем, л Масса с топливом, кг Масса кг Внешний обьем, л Суха» масса, кг Темп рос та Время давяеяия, храпения, куза.ч' ч .
!40 300 )хр'згьк (ФРГ) 7.8 1!0 450 83,6 91,8 .150 1)Р)Уьй (ФР Г) хУР ЧЕК (ФРГ) н ьАЯ. (США) 120 103,5 8,5 178 385 !56,4 450 155 167 242 243 легкового йвтомобиля до 200 кг, то пробег автомобиля нй водородном топливе между заправками не может превышать 150 — 200 км. Приемлемое время перезарядки бака— около 10 мии — может быть достигнуто только при условии предварительного сжатия водорода до давлений, в 1Π— 50 раз превышающих равновесное, причем бак будет заполнен не на все 100 е)е его вместимости. Это вызывает дополннтельные затраты энергии на сжатие водорода и снижает эффективность использования топлива. Вместе с тем применение гидридных систем хранения водорода на борту автомобиля позволяет существенно улучшить использование теплоты отходящих газов и охлаждающей воды и повысить экономичность работы системы в целом.
Используя сочетание высокотемпературного и низко- температурного гидридов, работающих по схеме теплового насоса, можно создать эффективные системы регенерации теплоты, теплового аккумулирования, а также отопления и кондиционирования воздуха в салоне автомобиля. В связи с этим эффективность использования энергии топлива (т. е. КПД системы в целом) для автомобиля с гидридпым способом хранения водорода на борту может быть существенно повышена по сравнению с другими методами. Все указанные преимущества сохраняются для автомобилей, работающих на бензоводородном топливе с массовым содержанием водорода 10 — 15 о)о. В этом случае радикально снижается токсичность выбросов и повышается экономичность работы двигателя, масса гидридного бака оказы.
Т а б л н ц а 7,11. Характеристики экспериментальных криогенных вается относительно небольшой, его перезарядка существенно облегчена. По этим причинам применение гидридиых систем хранения водорода на борту автомобиля в настоящее время оказывается наиболее эффективным для автомобилей, работающих на бензоводородном топливе прп использовании водорода в качестве добавки. В настоящее время в СССР, ФРГ, США созданы опытные образцы таких автомобилей различных типов (рис. 7.17). Конструкции криогенных автомобильных баков для жидкого водорода и опытные образцы автомобилей на жидком водороде разработаны в СССР, США, ФРГ и Японии.
Характеристики экспериментальных криогенных баков, созданных в ФРГ н США, приведены в табл. 7.11 по данным [150, 151]. Эти баки были установлены на автомоби- водородных баков для автотранспорта Рис. 7.18. Экснервментальный водородный автомобиль Лес-Аламосской лаборатории (США) с криогенным баком для хранения жидкого водорода в оборудование для завравки бака и,идким водородом, разработанное в ФРГ лях Бьюик-Центурия, БМВ-518 и БМВ.520, переоборудованных для работы на жидком водороде. Испытания этих автомобилей проводились в США (Лос-Аламосская научная лаборатория 1АБЕ) и ФРГ (Исследовательский космический центр ПртУ( К и Институт двигателей ЕКЕЛЬ).
Использовалась экспериментальная станция для заправки жидким водородом, разработанная ЭРЧ( К (рис. 7.18). Испытания проводились для различных ездовых циклов. - Одновременно были проведены всесторонние испытания жидководородных баков в различных режимах нх работы, а также систем заправки жидким водородом. Как видно из данных табл. 7.11, лучшие современные экспериментальные образцы жидководородных баков пока далеки от совершенства.
Время хранения водорода в закрытом баке ограничено из-за нарастания давления. При длительной стоянке автомобиля бак должен быть открыт, однако при этом по соображениям безопасности заправленный автомобиль не может находиться в закрытом помещении (гараже), если не будут приняты меры по предотвращению попадания водорода в помещение. В качестве таких мер предлагается сжигать выходящий водород при низкой температуре на каталитической панели или установить на автомобилеЭХГ,которыйвовремя стоянок будет осуществлять подзарядку аккумуляторов за счет теряемого из бака водорода.
Суммарные потери топлива для жидководородного автомобиля весьма велики. Если учесть, что по существующим оценкам на штуцере завода- 244 ожижителя жидкий водород в не очень отдаленной перспективе будет стоить во всяком случае не менее 800 руб т-', то с учетом коэффициента использованин К -0,5 стоимость жидкого водорода на борту автомобиля составит бол~~ 1600 руб.т ', что приводит прп массовом использовании к очень высокой стоимоств перевозок.
Потери водорода на борту автомобиля при длительных стоянках еще более удорожают перевозка и ограничивают сферу применения жидководородных автомобилей. Внедрение жидкого водорода в качестве топлива в автотранспорт требует решения и многих других весьма трудных проблем, связанных с эксплуатацией жидководородных баков, систем заправки, двигателя и автомобиля в целом, в том числе и проблем обеспечения безопасности, Несмотря на существенный прогресс в решении отдельных задач в последнее время, в целом решение проблемы использования жидкого водорода в качестве топлива в автотранспорте в настоящее время весьма далеко от завершения.
Естественным и, по-видимому, наиболее рациональным путем вовлечения водорода как топлива в автотранспорт является использование его на первом этапе в качестве добавок к углеводородным топливам, По мере накопления опыта его использования и разработки необходимой технологии будет решаться вопрос о целесообразности и этапности более широкого внедрения водорода и различных искусственных топлив на его основе. 7.б. Перспективы применения жидкого водорода в авиации В тоящее время потребление топлива гражданскои нас авиацией растет быстрее, чем потребление любы дру н по та. В 1976 г. коммерческий воздушный флот США насчитывал около 2600 самолетов из и 10 % — широкофюзеляжных. На долю этих самолетов приходилось 25% общего объема перевозок и около 25% о щего расх б асхода топлива. К 1985 г.
по прогнозам авиа- 8300 сатранспорт тный парк западных стран возрастет до с 3 млн. т в 1969 г. молетов. Грузовые перевозки возрастут с 3 млн. т в 34 . 1985 г., общее число пассажиров, перевози- 0 млн. чел. мых на всех линиях США, к 1985 г. достигнет 74 мл . в год. В !978 . на долю авиации в США приходилось около Г. б ь 5 % общего потребления нефти, к 2000 г. потребност авиации США в топливе возрастет примерно в 10 раз.
245 В недалеком ем по потреблению топлива авиа-, ция сравняется с ранспортом. Есчи в 1970 г. в США чвиация потребаяла 12,5 то годового расхода топлива на все виды транспорта, то по прогнозам к 1985 г. доля авиации в потреблении топлива возрастет до 26,8 то, а к 2000 г.— до 32,5 о(о 11531. Одновременно с резким возрастанием потребления топлива ожидается и возрастание вредного воздействия авиации на окружающую среду, связанного в основном с выбросами окислов углерода (СО и СО2), окислов азота и разрушением озонного слоя нижней части стратосферы 11541. В нашей стране ожидаемый к 1990 г.
рост авиаперевозок приведет к возрастанию потребности в авиационном топливе (керосине, бензине) как для авиации народнохозяйственного применения и на местных воздушных линиях, так и (главным образом) на внутрисоюзных и международных магистральных авиалиниях средней и болыпой (8.102 км и более) протяженности. Запланированное ускоренное развитие промышленности в Сибири и на востоке страны приведет к дальнейшему быстрому росту объема и дальности авиаперевозок, а следовательно, и к росту потребности в топливе для авиации.
В настоящее время при переработке нсфти выход авиационных топлив (керосинов) составляет около 5 ог'„бензинов — около 47 $ и дизельного топлива — около 25 %. Если вести переработку нефти таким образом, чтобы обеспечить максимальный выход авиационного топлива, то можно довести его примерно до 17 огго, однако при этом выход бензина уменьшиться до 18, а дизельного топлива— до 20 о1о 11551, т. е. увеличение производства авиационного топлива путем изменения процессов нефтепереработки не может быть обеспечено без ущерба для выработки других видов моторных топлив. Таким образом, с развитем авиации и истощением дешевых ресурсов нефти все более острыми становятся задачи поиска альтернативных авиационных топлив, обеспечивающих дальнейшее развитие авиации без резкого возрастания потребления нефти и уменьшающих вредное воздействие авиации на окружающую среду.
В последние годы в работах отечественных и зарубежных авторов в качестве наиболее перспективной альтернативы для замены нефтяных топлив в авиации детально изучается жидкий водород 1153 — 1571. В качестве авиационного топлива жидкий водород обладает как рядом важных преимугцеств по сравнению с современными и другими 246 йозможными йерспективными авиационными топливамн (например, сжиженным метаном), так и существенными недостатками, затрудняющими его немедаенное использование 11561. Теплота сгорания жидкого водорода нз единицу массы в 2,8 раза превышает теплоту сгорания керосина, а его теплопоглощающая способность в 30 раз выше, чем керосина. Характеристики горения водорода лучше, чем керосина или метана. Высокая теплота сгорания водорода позволяет значительно уменьшить массу необходимого запаса топлива на борту самолета, уменьшить взлетную массу самолета при задзнной дальности полета и массе полезного груза, уменьшить размеры и массу двигателей, упростить и облегчить конструкцию шасси, уменьшить удельную нагрузку на крыло и размеры крыла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
