Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Генератор водорода для системы отопления: собираем действующую установку своими руками

Система впрыска в наше время

Интересно теперь узнать, как обстоят дела с водяным впрыском в настоящее время. После 2005 года особого интереса к системе никто не проявлял. Но, как и ранее, требовалось лишь немного времени, чтобы кто-то вновь вспомнил про воду с метаном.

И это оказалась компания BMW. Причём они использовали впрыск не для увеличения мощности, как это происходило ранее, а для уменьшения уровня потребления топлива.

Первопроходцем стал автомобиль BMW M4, использующийся в качестве машины безопасности в рамках мотогонок серии MotoGP. На его двигателе использовалась обычная форсунка. Она подавала жидкость в коллектор. Но у баварцев был ещё и другой опытный мотор с 3 цилиндрами, турбиной и рабочим объёмом 1,5 литра. Здесь применялась более продвинутая технология.

Смешивание воды с горючим происходило за счёт работы насоса высокого давления производства Bosch, который включался в работу только тогда, когда обороты мотора превышали отметку в 4 тысячи единиц. Смесь топлива и воды с метаном, двигаясь через форсунку, проникала внутрь камеры сгорания. Это позволило повысить мощность от начальной 201 л.с. до 215 лошадок. Параллельно увеличилась устойчивость к детонации, что дало возможность использовать степень сжатия на 9,5 к 1, а уже 11,0 к 1. Инженеры отметили также общее улучшение отдачи при работе мотора на низких и средних оборотах.

Водяной бак на машине, оснащённый подогревом, имел объём 7 литров. В стандартных условиях расход смеси воды и спирта составлял 1,5 литра на каждые 100 километров пути. Потому водителю требовалось заправляться через 500 км.

Но инженеры BMW не были бы собой, если бы не придумали выход из ситуации. Они учли, что во время работы системы кондиционирования в автомобиле образуется достаточно большое количество конденсата. Эту жидкость они заставили сливаться в бак. Так удалось сэкономить около 8% топлива на 100 километров при движении автомобиля в условиях смешанного цикла. В теории такая система может идеально работать с гибридными приводами. Но в баварском автоконцерне пока на этот счёт ничего не говорят.

Двигатели, оснащённые системой водометанового впрыска, запускают в серийное производство. Причём автомобили с такими силовыми установками будут поставлять в Россию. Большинство плюсом появления подобных систем заключается в том, что моторы станут менее требовательными к качеству топлива. Если быть точнее, то к его октановому числу. То есть для BMW будет вполне достаточно заправлять автомобиль неплохим АИ95.

Безопасность установки

Многие умельцы устанавливают пластины в пластиковых ёмкостях. Экономить не нужно на этом. Необходим бачок из нержавеющего металла. Если он отсутствует, можно применять конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем варианте стоит использовать качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Благодаря этому водородные резервные электростанции на автомобильном транспорте просят высококачественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Температурный датчик жидкости для работы, давления и амперметр лишними не будут в конструкции установки

Большое внимание нужно уделить водяному замку на выходе из реактора. Он жизненно нужен

Если случится воспламенение смеси, такой клапан устранит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отапливания жилых и помещений на производстве, действующий на тех же принципах, выделяется в пару раз большей работоспособностью реактора. В данных установках отсутствие водяного замка представляет смертельную опасность. Водородные резервные электростанции на машинах в целях оснащения неопасной и надёжной работы системы также рекомендуется обустроить таким клапаном обратного типа.

Инструкция: как сделать водородный генератор своими руками

Для изготовления топливной ячейки возьмём наиболее совершенную «сухую» схему электролизёра с использованием электродов в виде пластин из нержавеющей стали. Представленная ниже инструкция демонстрирует процесс создания водородного генератора от «А» до «Я», поэтому лучше придерживаться очерёдности действий.

Схема топливной ячейки «сухого» типа

Изготовление корпуса топливной ячейки. В качестве боковых стенок каркаса выступают пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Надо понимать, что размер аппарата напрямую влияет на его производительность, однако, и затраты на получение HHO будут выше. Для изготовления топливной ячейки оптимальными будут габариты устройства от 150х150 мм до 250х250 мм.
В каждой из пластин просверливают отверстие под входной (выходной) штуцер для воды. Кроме того, потребуется сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для соединения элементов реактора между собой.

Воспользовавшись угловой шлифовальной машиной, из листа нержавеющей стали марки 316L вырезают пластины электродов. Их размеры должны быть меньше габаритов боковых стенок на 10 – 20 мм. Кроме того, изготавливая каждую деталь, необходимо оставлять небольшую контактную площадку в одном из углов. Это понадобится для соединения отрицательных и положительных электродов в группы перед их подключением к питающему напряжению.
Для того чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку надо обработать мелкой наждачной бумагой с обеих сторон.
В каждой из пластин сверлят два отверстия: сверлом диаметром 6 — 7 мм — для подачи воды в пространство между электродами и толщиной 8 — 10 мм — для отвода газа Брауна. Точки сверлений рассчитывают с учётом мест установки соответствующих подводящих и выходного патрубков.

Начинают сборку генератора. Для этого в оргалитовые стенки устанавливают штуцеры подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательно герметизируют при помощи автомобильного или сантехнического герметика.

После этого в одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают шпильки, после чего начинают укладку электродов.

Пластины нержавеющей стали отделяют от боковых поверхностей реактора при помощи уплотнительных колец, которые можно сделать из силикона, паронита или другого материала

Важно только, чтобы его толщина не превышала 1 мм. Такие же детали используют в качестве дистанционных прокладок между пластинами

В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки отрицательных и положительных электродов были сгруппированы в разных сторонах генератора.

После укладки последней пластины устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывают второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию скрепляют при помощи шайб и гаек. Выполняя эту работу, обязательно следят за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.

При помощи полиэтиленовых шлангов генератор подключают к ёмкости с водой и бабблеру.
Контактные площадки электродов соединяют между собой любым способом, после чего к ним подключают провода питания.

На топливную ячейку подают напряжение от ШИМ-генератора, после чего производят настройку и регулировку аппарата по максимальному выходу газа HHO.

Для получения газа Брауна в количестве, достаточном для отопления или приготовления пищи, устанавливают несколько генераторов водорода, работающих параллельно.

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

Главным препятствием для внедрения новой технологии является чрезмерные расходы на получение водородного топлива, а также на приобретение комплектующих материалов.

Возникают проблемы и с хранением H2. Так, для удерживания газа в требуемом состоянии требуется температура на уровне -253 градусов Цельсия.

Простейший способ получения водорода — электролиз воды. Если производство H2 требуется в промышленных масштабах, не обойтись без высоких энергетических затрат.

Чтобы повысить рентабельность производства, требуется применение возможностей ядерной энергетики. Чтобы избежать рисков, ученые пытаются найти альтернативы такому варианту.

Перемещение и хранение требует применения дорогих материалов и механизмов высокого качества.

Нельзя забывать и о других сложностях, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации:

  • Взрывоопасность. При утечке газа в закрытом помещении и наличии небольшой энергии для протекания реакции возможен взрыв. Если воздух чрезмерно нагрет, это только усугубляет ситуацию. Высокая проникаемость H2 приводит к тому, что газ попадает в выхлопной коллектор. Вот почему применение роторного мотора считается более предпочтительным.
  • При хранении водорода применяются емкости, имеющей большой объем, а также системы, исключающие улетучивание газа. Кроме того, используются устройства, исключающие механическое повреждение емкостей. Если для грузовых машин, водного или пассажирского транспорта эта особенность не имеет большого значения, легковая машина теряет ценные кубометры.
  • При больших нагрузках и высокой температуре H2 провоцирует разрушение элементов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) и смазки в двигателе. Использование специальных сплавов и смазочных материалов приводит к повышению стоимости производства водородных двигателей.

Возможность установки системы на автомобиль

Автомобилистов интересует вопрос относительно возможности установки системы впрыска воды с метаном в двигатель своими руками. Возможность такая есть.

Существует множество самодельных схем по реализации водяной системы впрыска, где в ход идут такие приспособления как медицинские шприцы, капельницы и прочие фактически подручные средства. Их монтируют во впускной коллектор, располагая за заслонкой дросселя. Но самое интересное здесь то, что системы оказываются вполне рабочими и достаточно эффективными.

В итоге автовладелец получает некоторый прирост мощности и увеличение крутящего момента. Но за всеми этими преимуществами не стоит забывать о существовании одного весомого недостатка. Заключается он в том, что самодельные системы попросту заставляют заливать воду в больших объёмах внутрь коллектора. Жидкость при этом не распыляется. В итоге взвесь происходит неравномерное распределение по цилиндрам. То есть в одних цилиндрах будет смесь обеднённая, в других нормальная. А это прямой путь к неравномерной работе всего двигателя. Если количество воды превысит критические отметки, гидроудара будет практически не избежать.

Если вы готовы потратить на модернизацию больше денег, тогда есть смысл обратиться в специализированные тюнинг-ателье. Здесь продаются комплекты, куда входят:

  • бачок для смеси воды со спиртом;
  • насос высокого давления (выдаёт от 5 до 10 бар);
  • электронный блок управления, отвечающий за работу насоса;
  • форсунки для впрыска жидкости.

Наиболее дорогостоящие системы предусматривают использование регулирующего клапана. Он контролирует давление и следит за объёмами воды, которые поступают в мотор.

Такая система работает по достаточно простому принципу. Блок управления подключается к автомобильному датчику, который отвечает на расход воздуха силового агрегата. Блок считывает и анализирует полученные параметры, определяет оптимальное количество воды и подаёт её путём передачи соответствующей команды исполнительному устройству. В данном случае это насос высокого давления.

Хотя система кажется предельно простой, не стоит забывать о некоторых возникающих сложностях. Водяной впрыск будет осуществляться только в условиях определённого режима работы силовой установкой. Зачастую такие системы функционируют, когда обороты двигателя преодолевают отметку в 3000 оборотов в минуту. Также дополнительное оборудование практически не будет контролировать подачу смеси воды со спиртом. Она только даёт команды, чтобы насос высокого давления включался или выключался. Единственным ограничителем количества поступающей воды становится только форсунка. Потому к её выбору следует подходить предельно внимательно.

Есть ещё один немаловажный момент. Пока управляющий блок передаёт команду насосу за включение, пока насос запустится и начнёт перекачивать жидкость, наблюдается определённая задержка по времени между отправкой сигнала на впрыск и непосредственно самим впрыском. От этого страдает вся система, поскольку снижается эффективность её работы на двигателе.

В итоге мнения относительно форсировки путём использования водяной смеси с метаном расходятся. Но можно сказать, что в настоящее время это достаточно дорогостоящее удовольствие, которое выглядит необычно и многих автомобилистов попросту пугает даже одним своим названием. Люди не могут понять, как это вода может повышать мощность.

Как вы поняли из всего рассмотренного ранее, система действительно работает и приносит определённые плоды. Но предела совершенству нет. Пока подобное форсирование воспринимают как некую экзотику, имеющую множество подводных камней и вопросов, остающихся без ответа.

Удастся ли как-то повысить эффективность, сделать систему доступнее и массово внедрить её в автопроизводство, говорить сложно. При нынешних альтернативных способах форсировки и повышения отдачи двигателей водяной впрыск не выглядит самым предпочтительным. Но ситуация может меняться с течением времени.

Нельзя исключать, что через несколько лет кто-то снова вспомнит про водяной впрыск, придумает новый способ применения системы и реализует её на своих автомобилях. И тогда все скажут, что вода действительно работает, и все захотят себе установить подобное решение. Но пока ситуация складывается не в пользу водяного впрыска.

Главные плюсы и минусы водородных моторов

Основные достоинства, которыми обладают водородные двигатели:

  • высокий уровень экологичности, так как продуктом его сгорания выступает водяной пар. При сгорании водорода происходит ещё и выгорание моторного масла, однако количество токсичных выхлопов при этом в несколько раз меньше, чем при сгорании бензинового или «тяжёлого» топлива;
  • высокий КПД, который в разы превосходит таковой в классических силовых установках, функционирующих на дизельном или бензиновом топливе;
  • относительная конструктивная простота, а также отсутствие дорогостоящих и ненадёжных систем топливоподачи, которые к тому же опасны;
  • бесшумность.

Несмотря на ряд существенных преимуществ, водородные моторы имеют достаточное количество недостатков:

  • высокая цена и сложность получения чистого водорода;
  • неразвитая инфраструктура автозаправочных станций, способных осуществить дозаправку водородом;
  • отсутствие международных стандартов транспортировки и применения водородного горючего;
  • высокая цена топливных компонентов и обслуживания водородных двигателей;
  • трудности, связанные с хранением водородного горючего. Учёные до сих пор не пришли к единому знаменателю касательно материала, который необходимо использовать при изготовлении баков для хранения горючего водорода;
  • увеличение общей массы машины за счёт наличия водородного двигателя, который заметно тяжелее ныне распространённых бензиновых и дизельных моторов.

Мой генератор водорода на автомобиль собственными руками

Не пришлось по нраву?

Резервные электростанции HHO применяют электричество от аккумулятора автомобиля для генерирования водорода из воды и активизируются исключительно при вождении. Водород никогда не скапливается: получившийся газ немедленно подается в мотор, где перемешивается с имеющимся топливом.http://www.халява-здесь.рф/

Смесь топлива и HHO горит намного эффективнее, уменьшая расход горючего и кол-во производимых в воздух опасных веществ.

Экономия достигается путем наиболее полного сгорания топлива, т.к. простое сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания происходит малоэффективно всего на 30%-50%, другие 50-70% — вылетают в трубу в прямом смысле данного слова.
Система мотор на водороде M-Eco способна смело экономить 20%, 30% и более топлива, а еще в зависимости от погодных условий, стиля езды, скорости и др. факторов экономия достигает 65%. Также, для двигателей на бензине предоставляется возможность смело перейти с бензина АИ-98 или

АИ-95 на.АИ-92, АИ-80, а это ещё экономия

7-15 % на 1 литр. Многие легковые модели автомашин могут смело ездить применяя АИ-80 одновременно с системой M-Eco авто на воде как альтернативные виды топлива

В силу того, что газ в виде HHO (атомы водорода и кислорода, альтернативные виды топлива) при возгорании выдаёт в 5 раза больше энергии, чем простое горючее в двигателях, можно получить КПД из двигателей от 7% до 40% больше за счёт хорошего горения топлива, просто добавь H2O.http://www.халява-здесь.рф

Мотор не прекращает работу мягче, уменьшается уровень вибрации, и становится более отзывчивым на малых скоростях и невысоких оборотах. Обычными словами прежний автомобиль становится ощутимо моложе и энергичнее

Что важно в условиях города езды, а еще при грузоперевозке

Принцип работы

Более сотни лет лучшие инженерные умы работают над тем, чтобы увеличить отдачу от двигателя. Сначала они действовали по предельно простому принципу. Мощность достигалась путём увеличения объёмов двигателя и количества цилиндров. Но это было экономически нецелесообразно. Потребовалось искать новые пути повышения отдачи от ДВС, не требующие увеличения размеров или веса самого двигателя.

В результате появились турбонагнетатели, компрессоры, разные системы непосредственного и распределённого впрыска, регулируемые фазы, обновлённые цилиндропоршневые группы и многое другое. Сравнительно недавно в паре с ДВС начали работать электродвигатели, которые сумели ещё добавить мощности. И многие были уверены, что повышать отдачу уже некуда. Предел достигнут.

Но тут вспомнили о водяном впрыске или о системе впрыска воды в двигатель. Чаще всего её применяют на двигателях высокофорсированного типа с целью улучшить их основные характеристики. Тут хочется понять, как именно она работает и за счёт чего происходит прирост мощности двигателя.

Выделяют несколько разных систем впрыска, отличия между которыми заключаются преимущественно в местах размещения. Для впрыска воды на впускном коллекторе устанавливается дополнительная специальная форсунка. Именно она отвечает за подачу во впускной тракт двигателя специальной смеси, состоящей из воды и метана. Она перемешивается с топливовоздушной смесью, идущей непосредственно в камеру сгорания. То есть не совсем справедливо называть систему водяным впрыском, но это звучит куда интереснее и интригующе.

Также следует понять, почему используется именно такая смесь, то есть вода и спирт. Подобная жидкость отличается способностью замерзать при более низких температурах, нежели обычная вода. Плюс комбинация спирта и воды получает лучшие свойства рассеивания, что позволяет создавать равномерные смеси и уменьшать текущую температуру в зоне впускного коллектора.

Форсунка подаёт мелкодисперсные капли, тем самым происходит охлаждение жидкости, дающее возможность увеличивать степень сжатия и уменьшать скорость горения внутри цилиндров. Отсюда следует ещё одно преимущество в виде уменьшения рисков детонации.

Дополнительно стоит отметить влияние фактора снижения температуры при горении топлива и воды на химические процессы, протекающие внутри камеры сгорания. На выходе получается меньшая концентрация вредных выбросов и углекислого газа.

Но не стоит думать, что система обладает исключительно одними достоинствами. Ничего идеального не существует. И в случае с водяным впрыском нашлись свои минусы.

  • Отработавший газ характеризуется увеличенной концентрацией углеводородов, которые не успевают сгорать. Это в некоторой степени влияет на повышение расхода горючего;
  • При движении на небольшой скорости или в момент, когда дроссельная заслонка открыта полностью, двигатели, работающие на такой смеси, могут вести себя нестабильно;
  • Жидкость зачастую неравномерно распределяется по цилиндрам. В итоге в некоторых из них оказывается обеднённая топливо-водяная смесь. Для решения такой проблемы можно использовать индивидуальные форсунки под каждый цилиндр, которые будут управляться через ЭБУ;
  • Система с водяным впрыском допускает использование исключительно дистиллированной воды. Если взять обычную воду, то находящиеся в ней примеси начнут создавать нагар в камере сгорания, что приведёт к заметному снижению моторесурса.

Последний аргумент заслуживает особого внимания. Да, первое время при работе на обычной воде никаких существенных изменений вы не заметите. Но со временем образуется большое количество отложений, словно накипь внутри чайника. То есть именно такое можно увидеть внутри цилиндров своего двигателя, если не заливать очищенную дистиллированную воду.

Современные автомобили с водородными двигателями

Возможность применения двигателей на водородном топливе заинтересовала многих производителей. В результате в автомобильной индустрии появляется все больше машин, работающих на данном газе.

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

  • Компания Тойота выпустила автомобиль Fuel Cell Sedan. Для устранения проблем с дефицитом пространства в салоне и багажном отсеке емкости с водородным топливом размещены на полу транспортного средства. Fuel Cell Sedan предназначен для перевозки людей, а его стоимость составляет 67.5 тысяч долларов.
  • Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen7 — до 229 км/час.
  • Honda Clarity — автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут.
  • «Монстр» от Дженерал Моторс показан в октябре 2016 года. Особенность автомобиля заключается в невероятной надежности, что подтверждено проведенными исследованиями армией США. Во время испытаний транспортное средство прошло больше 3 миллионов километров.
  • Концерн Тойота выпустил на рынок водородную модель Mirai. Продажи начались еще в 2014 году на территории Японии, а в США — с октября 2015 года. Время на заправку Mirai составляет пять минут, а запас хода на одной заправке 502 км. ФОТО 21 22 Недавно представители концерна заявили, что планируют внедрять данную технологию не только в легковой транспорт, но и в вилочные погрузчики и даже грузовики. 18 колесный грузовик уже тестируется в Лос-Анжелесе.
  • Производитель Лексус планирует свой вариант автомобиля с водородным двигателем в 2020 году, поэтому о транспортном средстве известно мало подробностей.
  • Компания Ауди представила концепт H-tron Quattro в Детройте. По заверению производителя машина может проехать на одном баке около 600 км, а набрать скорость до 100 км/час удается за 7,1 секунду. Машина имеет «виртуальную» кабину, заменяющую стандартную приборную панель.
  • БМВ в сотрудничестве с Тойотой планирует выпуск своего водородного транспортного средства к 2020 году. Производитель заверяет, что запас хода новой модели составляет больше 480 км, а дозаправка будет занимать до 5 минут.
  • В 2013 году в компании Форд заявили, что активное производство водородных двигателей начнется уже к концу 2017 года при сотрудничестве с Ниссан и Мерседес-Бенц. Но реализовать задуманное на практике пока не удается — работники концерна находятся на этапе разработки.
  • Мерседес-Бенц на Франкфуртском автосалоне представил внедорожник GLC, который появится на рынке в конце 2019 года. Авто комплектуется аккумулятором на 9,3 кВт*ч, а запас хода составляет 436 км. Максимальная скорость ограничивается электроникой на уровне 159 км/час.
  • Nikola Motor представила грузовой автомобиль с водородным двигателем, имеющий запас хода от 1287 до 1931 км. Стоимость нового автомобиля составит 5-7 тысяч долларов за аренду в месяц. Выпуск планируется начать с 2020 года.
  • Производитель Хендай создал новую линейку Tucson. На сегодняшний день произведено и реализовано 140 машин. Бренд Hyundai Genesis представил свой автомобиль с водородным двигателем GV Впервые транспортное средство было представлено в Нью-Йорке, но его производство пока не планируется.
  • Великобритания тоже не отстает в плане новых технологий. В стране уже можно арендовать водородный автомобиль Riversimple Rasa на три или шесть месяцев. Машина весит чуть больше 500 кг и способна проехать на одной заправке около 500 км.
  • Дизайнерский дом Pininfarina создал машину на водородном топливе H2 Speed. Особенность авто заключается в способности ускорятся до сотни всего за 3,4 секунды, а максимальная скорость — 300 км/час. Время на заправку составляет всего три минуты. Стоимость новой модели достигает 2,5 млн. долларов.

Автомобиль, передвигающийся на воде: что это

Многие задумывались над вопросом — почему человечество не может поменять своего отношения к технологической составляющей жизни? Ведь полезные ископаемые можно использовать более продуманными способами. Речь не идёт о распространённых чистых экологических технологиях — ветровых электростанциях, использовании энергии приливов или тепла вулканов. Мы говорим о революционных технологиях, для которых использование полезных ископаемых — позавчерашний день.

Например, таким прорывом может стать двигатель, работающий на воде. Такую технологию человечество разрабатывает со времён появления двигателя внутреннего сгорания. Ещё в 1916 году один предприимчивый товарищ по имени Луис Энрихт поднял вопрос о двигателе, использующем энергию жидкости. По заверениям Луиса, он разработал некий секретный «эликсир», который преобразовывал жидкость в топливо для силового агрегата.

Во время демонстрации чудо-средства изобретатель налил в бензобак авто обычной питьевой воды и добавил в неё содержимое пузырька. Публика чрезвычайно впечатлилась увиденным результатом. Поражён был даже Генри Форд. Он хотел презентовать Луису Энрихту один из своих автомобилей. Но горе-изобретатель оказался шарлатаном, за что был посажен в тюрьму, где и умер.

С инженерной точки зрения, автомобиль на воде — транспортное средство, которое приводится в движение двигателем, работающим на чистой воде. К ним не относятся:

  1. Паровые силовые агрегаты.
  2. Автомобили, где вода помещается в систему впрыска для охлаждения цилиндров. Она в таких моделях не только охлаждает двигатель, но и уменьшает детонацию, увеличивает степень сжатия.
  3. Водородные транспортные средства. Несмотря на то, что водород содержит необходимые частицы, чтобы их извлечь требуется электролиз. В ходе реакции вода расщепляется на атомы кислорода и водорода. Последний подаётся в топливный элемент, где сгорает. Получается, что транспортное средство приводит в движение водород.
  4. Силовые агрегаты с добавлением воды. Это так называемый газ Брауна. Технология была запатентована ещё в середине ХХ века и завоевала определённую популярность. Вода также проходит реакцию электролиза, после чего пар подаётся в камеру сгорания. В итоге увеличивается КПД, а количество вредных выхлопов в атмосферу снижается.

Но всё это нельзя назвать двигателем, работающим на чистой воде.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа —способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

  • НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ. В отличие от КПД стандартного двигателя, они показывают лучшие результаты. На испытании первого автобуса топливные элементы показали КПД в 57%. Сегодня такие устройства тестируются многими производителями автомобилей — Хонда, Форд, Ниссан, Фольксваген и другими.
  • НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ. На современном этапе больше 60% транспорта на ж/д — тепловозы. Сегодня водородные поезда разрабатываются во многих странах — Японии, Дании, США и Германии.
  • НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ. Водородные топливные элементы наиболее востребованы на подводных лодках. Активные работы в этом направлении ведутся в Германии и Испании, а в роли заказчиков выступают другие страны, среди которых Италия, Греция, Израиль.
  • В АВИАЦИИ. Первые самолеты на водородном двигателе появились еще в 80-х годах прошлого века. На современном этапе новый вид топлива применяется для создания беспилотных летательных аппаратов (в том числе вертолетов).

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Двигатель на водородном топливе

Есть две перспективы. Первая (краткосрочная) — необходимо добиться большей эффективности использования нефтетоплива, долгосрочная — решением может стать переключение транспортных средств с бензиновых/дизельных двигателей на электрические топливные элементы (электрохимические генераторы), работающие на водороде, которые никогда не разряжаются. Бесшумные, не загрязняющие окружающую среду, это одни из самых экологически чистых источников энергии, когда-либо разработанных. Разберёмся, как они работают.

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

  1. Использовать двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В процессе сжигания нефотетоплива вырабатывается тепло, благодаря чему транспортное средство может ехать.
  2. Электромобили работают совершенно по-другому. Там используются аккумуляторы, которые подают электроэнергию на электродвигатели, напрямую приводящие в движение колеса.

Есть гибридные автомобили, сочетающие оба варианта, водитель может переключатся между ними в соответствии с условиями вождения. Устройство водородного двигателя — нечто среднее между ДВС и аккумулятором. Он вырабатывает энергию, используя топливо из бака (газообразный водород под давлением, а не бензин или дизель). Процесса сжигания нет, H2 химически соединяется с кислородом из воздуха, образуя воду. Высвобождаемое электричество используется для питания электродвигателя. Никаких выхлопных газов.

Что происходит внутри

В основе принципа действия водородного двигателя лежит электрохимическая реакция. Состав топливного элемента — это три основные части:

  • положительно (желтая) и отрицательно (сиреневая) заряженные клеммы;
  • электролит (серый).

Электричество возникает следующим образом:

  1. Газообразный H2 из резервуара подаётся к положительному полюсу. Поскольку вещество взрывоопасно, бак должен быть чрезвычайно прочным.
  2. Кислород из воздуха (голубые капли) идёт по второй трубке.
  3. Положительная клемма металлическая (платина или палладий). Достигая катализатора, атомы H2 распадаются на ионы и электроны.
  4. Положительно заряженные протоны притягиваются к отрицательному полюсу, двигаясь к нему через электролит. Последний представляет собой тонкую полимерную мембрану.
  5. Электроны проходят через внешнюю цепь.
  6. Приходит в действие электродвигатель, заставляющий колёса автомобиля двигаться.
  7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом путём химической реакции, которая производит воду.
  8. Выхлоп — водяной пар.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока есть запасы H2 и O2. Поскольку воздух всегда доступен, единственный ограничивающий фактор — количество водорода H2 в баке.

ДВС на водородном топливе

В течении многих лет идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания Для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Англии ещё в первой половине 40-ых годов девятнадцатого века запатентовали двигатель, который работает на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале 20 века в качестве движущей установки собственных знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, которые работают на водороде.

Формированию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого столетия. Однако с его завершением водородные резервные электростанции быстро были забыты. И это не обращая внимания на множество положительных качеств если сравнивать с традиционным топливом:

  • совершенная возгораемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что предоставляет шанс лёгкого пуска мотора при любой температуре воздуха;
  • большое тепловыделение при горении газа;
  • безусловная безопасность в экологическом плане – отработавшие газы превращаются в воду;
  • выше в 4 раза скорость сгорания если сравнивать с бензиновой смесью;
  • способность смеси работать без детонации при большой степени сжатия.

Ключевой технической основой, являющейся непреодолимой преградой в применении водорода в качестве топлива машин стала невозможность поместить большое количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бачка для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна вычеркивать возможность малейшей утечки. В жидком виде нужна криогенная установка. Данный вариант также мало осуществим на автомобиле.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации