Vetnisvél. Hvernig það virkar og gallar

Brennsluvélar virtust ekki verulega aðskildar aflrásir. Frekar kom klassíski mótorinn til vegna fínpússunar og endurbóta á hitavélum. Lestu um hvernig einingin, sem við erum vön að sjá undir húddinu á bílum, birtist smám saman. í sérstakri grein.

En þegar fyrsti bíllinn með innri brennsluvélinni birtist fékk mannkynið sjálfknúið ökutæki sem þurfti ekki stöðuga fóðrun eins og hestur. Margt hefur breyst í mótorum síðan 1885 en einn galli er óbreyttur. Við brennslu blöndu af bensíni (eða öðru eldsneyti) og lofti losna of mörg skaðleg efni sem menga umhverfið.

Ef arkitektar evrópskra ríkja óttuðust áður en sjálfknúnir ökutæki komu, að stórborgir myndu drukkna í hrossaskít, í dag anda íbúar stórborga óhreinu lofti.

Að herða umhverfisstaðla fyrir flutninga neyða framleiðendur ökutækja til að þróa hreinna aflrás. Svo, mörg fyrirtæki fengu áhuga á áður búið tækni Anjos Jedlik - sjálfknúinn kerra með rafknúnum togkrafti, sem birtist aftur árið 1828. Og í dag hefur þessi tækni fest sig í sessi í bílaheiminum að þú munt ekki koma neinum á óvart með rafbíl eða blending.

En það sem virkilega er hvetjandi eru virkjanirnar, eina losunin er neysluvatn. Það er vetnisvél.

Hvað er vetnisvél?

Þetta er tegund hreyfils sem notar vetni sem eldsneyti. Notkun þessa efnaþáttar mun draga úr eyðingu kolvetnisauðlinda. Önnur ástæðan fyrir áhuga á slíkum mannvirkjum er að draga úr umhverfismengun.

Það fer eftir því hvaða mótortegund verður notuð við flutning, en notkun hennar mun vera frábrugðin klassískri brunahreyfli eða vera eins.

Stutt saga

Brennsluvélar fyrir vetni komu fram á sama tíma þegar verið var að þróa og bæta ICE meginregluna. Franskur verkfræðingur og uppfinningamaður hannaði sína eigin útgáfu af brunahreyfli. Eldsneytið sem hann notaði við þróun sína er vetni sem birtist vegna rafgreiningar á H₂A. Árið 1807 birtist fyrsti vetnisbíllinn.

Isaac De Rivaz árið 1807 lagði fram einkaleyfi fyrir þróun dráttarvélar fyrir hergögn. sem einn af orkueiningunum lagði hann til að nota vetni.

Rafmagnseiningin var stimpla og kveikjan í henni stafaði af því að neisti myndaðist í hólknum. Að vísu þurfti fyrstu sköpun uppfinningamannsins að búa til neista kynslóð. Eftir aðeins tvö ár lauk hann verkum sínum og fyrsta sjálfknúna vetnisbifreiðin fæddist.

En á þeim tíma var þróunin ekki mikilvæg, vegna þess að gas er ekki eins auðvelt að fá og geyma og bensín. Vetnisvélar voru nánast notaðar í Leníngrad við hindrunina frá seinni hluta árs 1941. Þó við verðum að viðurkenna að þetta voru ekki eingöngu vetniseiningar. Þetta voru venjulegar GAZ-brunavélar, aðeins það var ekkert eldsneyti fyrir þær, en það var nóg af bensíni á þeim tíma, þar sem þær voru knúnar áfram með loftbelgjum.

Á fyrri hluta níunda áratugarins tóku mörg lönd, og ekki aðeins evrópsk, heldur einnig Ameríka, Rússland og Japan að gera tilraunir með uppsetningu af þessu tagi. Svo, árið 80, með sameiginlegu starfi Kvant verksmiðjunnar og RAF bifreiðafyrirtækisins, birtist samsettur mótor sem keyrði á blöndu af vetni og lofti og 1982 kW / klst rafhlaða var notuð sem orkugjafi.

Síðan þá hefur verið reynt af mismunandi löndum að koma „grænum“ ökutækjum inn í líkanalínur sínar en í flestum tilfellum voru slíkir bílar annað hvort áfram í frumgerðaflokknum eða höfðu mjög takmarkaða útgáfu.

Hvernig það virkar

Þar sem í dag eru margir mótorar í þessum flokki, vetnisverksmiðjan mun starfa samkvæmt eigin meginreglu í hverju tilfelli. Hugleiddu hvernig ein breyting virkar sem getur komið í stað klassískrar brunahreyfils.

Í slíkum mótor verða eldsneytisfrumur örugglega notaðar. Þeir eru eins konar rafala sem virkja rafefnafræðileg viðbrögð. Inni í tækinu er vetni oxað og afleiðing viðbragðsins er losun rafmagns, vatnsgufu og köfnunarefnis. Koldíoxíði er ekki losað við slíka uppsetningu.

Ökutæki byggt á svipaðri einingu er sama rafknúna ökutækið, aðeins rafhlaðan í henni er mun minni. Eldsneyti klefi býr til næga orku til að stjórna öllum kerfum ökutækja. Eini fyrirvarinn er sá að frá upphafi ferlisins til orkuöflunar getur það tekið um það bil 2 mínútur. En hámarksafköst uppsetningarinnar hefjast eftir upphitun kerfisins, sem tekur frá stundarfjórðungi upp í 60 mínútur.

Svo að virkjunin virki ekki til einskis, og það er ekki nauðsynlegt að undirbúa flutninginn fyrir ferðina fyrirfram, er sett upp venjuleg rafhlaða í hana. Við akstur er það endurhlaðið vegna endurheimtar og það er eingöngu þörf til að ræsa bíl.

Slíkur bíll er búinn strokka með mismunandi rúmmáli, sem vetni er dælt í. Það fer eftir akstursstillingu, stærð bílsins og afl rafmagnsins, eitt kíló af bensíni getur dugað fyrir 100 kílómetra ferð.

Tegundir vetnisvéla

Þrátt fyrir að það séu nokkrar breytingar á vetnisvélum falla þær allar í tvær gerðir:

• Tegund eininga með eldsneyti;
• Breytt brunahreyfill, aðlagaður til að vinna á vetni.

Við skulum skoða hverja tegund fyrir sig: hverjir eru eiginleikar þeirra.

Virkjanir byggðar á vetniseldsneytisfrumum

Eldsneyti klefi er byggt á meginreglunni um rafhlöðu, þar sem rafefnafræðilegt ferli á sér stað. Eini munurinn á vetnis hliðstæðu er meiri skilvirkni þess (í sumum tilvikum meira en 45 prósent).

Eldsneyti klefi er eitt hólf þar sem tvö frumefni eru sett: bakskautið og rafskautið. Báðar rafskautin eru húðuð úr platínu (eða palladíum). Himna er staðsett milli þeirra. Það skiptir holrúminu í tvö herbergi. Súrefni er veitt í holrýmið með bakskautinu og vetni er veitt í það síðara.

Fyrir vikið eiga sér stað efnahvörf, sem afleiðingin er samsetning súrefnis og vetnisameinda með losun rafmagns. Aukaverkun ferlisins er vatn og köfnunarefni sem losna. Bensínfrumurafskautin eru tengd rafrás bílsins, þar með talin rafmótorinn.

Brennsluvélar með vetni

Í þessu tilfelli, þó að vélin sé kölluð vetni, hefur hún sömu uppbyggingu og hefðbundin ís. Eini munurinn er sá að það er ekki bensín eða própan sem brennur heldur vetni. Ef þú fyllir hólk með vetni, þá er eitt vandamál - þetta gas mun draga úr skilvirkni hefðbundinnar einingar um 60 prósent.

Hér eru nokkur önnur vandamál við að skipta yfir í vetni án þess að uppfæra vélina:

• Þegar HTS er þjappað fer gasið í efnahvörf við málminn sem brennsluhólfið og stimplinn eru úr og oft getur þetta einnig gerst með vélolíu. Vegna þessa myndast annað efnasamband í brennsluhólfinu, sem er ekki mismunandi í sérstökum hæfileika til að brenna vel;
• Bilin í brennsluhólfinu verða að vera fullkomin. Ef einhvers staðar hefur eldsneytiskerfið að minnsta kosti lágmarksleka mun gasið auðveldlega kvikna við snertingu við heita hluti.

Vél fyrir Honda Clarity

Af þessum ástæðum er heppilegra að nota vetni sem eldsneyti í snúningshreyfla (hver er eiginleiki þeirra, lestu hér). Inntaks- og útblástursgreinar slíkra eininga eru staðsettar aðskildar frá hvor annarri, þannig að gasið við inntakið hitnar ekki. Vertu eins og það getur, meðan verið er að nútímavæða vélarnar til að sniðganga vandamálin við að nota ódýrara og umhverfisvænna eldsneyti.

Hve langur er endingartími eldsneytisfrumna?

Um allan heim í dag eru slíkir bílar mjög sjaldgæfir, og þeir eru ekki ennþá í röðinni, það er erfitt að segja til um hvaða auðlind tiltekin orkugjafi hefur. Handverksmennirnir hafa enga reynslu í þessum efnum ennþá.

Það eina sem hægt er að segja er að samkvæmt forsvarsmönnum Toyota er eldsneyti klefi framleiðslubílsins þeirra Mirai fær um að framleiða orku allt að 250 þúsund kílómetra. Eftir þennan tímamót þarftu að fylgjast með árangri tækisins. Ef afköst hennar hafa minnkað verulega er eldsneytisfrumunni breytt í viðurkenndri þjónustumiðstöð. Að vísu ætti maður að búast við því að fyrirtækið muni taka viðeigandi upphæð fyrir þessa aðferð.

Hvaða fyrirtæki eru nú þegar að framleiða eða ætla að búa til vetnisbíla?

Mörg fyrirtæki taka þátt í þróun umhverfisvænrar raforkueiningar. Hérna eru farartækjamerkin, í hönnunarskrifstofunni sem nú þegar eru starfskostir fyrir, tilbúnir til að fara í röð:

• Mercedes-Benz er GLC F-Cell crossover, en upphaf sölunnar var tilkynnt árið 2018, en hingað til hafa aðeins nokkur fyrirtæki og ráðuneyti Þýskalands eignast það. Frumgerð vetniseldsneyti dráttarvélar, GenH2, var nýlega kynnt;
• Hyundai - Nexo frumgerð kynnt fyrir tveimur árum;
• BMW er frumgerð vetnis vetnisins 7 sem losnaði úr færibandinu. 100 eintaka lotan var eftir á tilraunastigi, en þetta er nú þegar eitthvað.

Meðal hlutabifreiða sem hægt er að kaupa bæði í Ameríku og í Evrópu eru Mirai og Clarity gerðirnar frá Toyota og Honda. Fyrir restina af fyrirtækjunum er þessi þróun enn annað hvort í teiknaútgáfunni, eða sem frumgerð sem ekki vinnur.

toyota mirai

Skýrleiki Honda

Hvað kostar vetnisknúinn bíll?

Kostnaður við vetnisbíl er sæmilegur. Ástæðan fyrir þessu eru góðmálmarnir sem eru hluti af rafskautum eldsneytisfrumna (palladium eða platínu). Einnig er nútímabíll búinn með óteljandi öryggiskerfum og stöðugleika í rekstri rafmagnsþátta, sem einnig krefst efnislegra auðlinda.

Þó svo að viðhald á slíkum bíl (þangað til skipt er um eldsneytisfrumur) er ekki mikið dýrara en venjulegur bíll síðustu kynslóða. Það eru lönd sem styrkja framleiðslu vetnis, en jafnvel með þessu verður þú að greiða að meðaltali 11 og hálfan dollara fyrir hvert kíló af bensíni. Það fer eftir gerð vélarinnar, þetta getur dugað í um það bil hundrað kílómetra vegalengd.

Af hverju eru vetnisbílar betri en rafbílar?

Ef þú tekur vetnisverksmiðju með eldsneytisfrumum, þá verður slíkur bíll eins og rafbíllinn sem við erum vön að sjá á vegum. Eini munurinn er sá að rafbíllinn er hlaðinn frá netinu eða frá flugstöð á bensínstöð. Vetnisflutningar sjálfir framleiða rafmagn fyrir sig.

Varðandi kostnaðinn við slíka bíla þá eru þeir dýrari. Til dæmis munu grunngerðir Tesla kosta frá $ 45 þúsund. Hægt er að kaupa vetnis hliðstæður frá Japan fyrir 57 þúsund einingar. Bæjarar selja aftur á móti bíla sína á „grænu“ eldsneyti á genginu 50 $.

Ef við tökum tillit til hagkvæmni er auðveldara að taka eldsneyti á bílinn með bensíni (það tekur um það bil fimm mínútur) en að bíða í hálftíma (með hraðhleðslu, sem er ekki leyfilegt fyrir allar gerðir rafhlöður) á bílastæðinu. Þetta er plús vetnisplöntur.

Annar plús er að eldsneytisfrumur þurfa ekki sérstaklega viðhald og starfsævi þeirra er ansi mikil. Eins og fyrir rafknúin ökutæki, þá þarf stóra rafhlöðu þeirra að skipta um eftir fimm ár vegna þess að það hefur marga hleðsluúthleðsluferla. Í frosti losnar rafhlaðan í rafknúnum ökutækjum mun hraðar en á sumrin. En frumefnið um hvarf vetnisoxunar þjáist ekki af þessu og framleiðir stöðugt rafmagn.

Hverjar eru horfur á vetnisbílum og hvenær sjást þeir á veginum?

Í Evrópu og Bandaríkjunum er þegar hægt að finna vetnisbílinn. Samt sem áður eru þeir í forvitnisflokknum. Og í dag eru litlar horfur.

Helsta ástæðan fyrir því að þessi tegund flutninga mun ekki fljótt fylla vegi allra landa er skortur á framleiðslugetu. Í fyrsta lagi er nauðsynlegt að koma á vetnisframleiðslu. Þar að auki er nauðsynlegt að ná slíku stigi að auk umhverfisvænleika sé það einnig eldsneyti í boði fyrir flesta ökumenn. Til viðbótar við framleiðslu þessa bensíns er nauðsynlegt að skipuleggja flutning þess (þó að fyrir þetta sé hægt að nota hraðbrautirnar sem metanið er flutt um) ásamt því að útbúa margar bensínstöðvar með viðeigandi skautanna.

Í öðru lagi verður hver framleiðandi að nútímavæða framleiðslulínur, sem krefst talsverðrar fjárfestingar. Í óstöðugu hagkerfi vegna braust út alþjóðlegan faraldur munu fáir taka slíka áhættu.

Ef þú horfir á þróunarhraða rafmagnsflutninga átti vinsældarferlið sér stað mjög hratt. Ástæðan fyrir vinsældum rafbíla er þó hæfileikinn til að spara eldsneyti. Og þetta er oft fyrsta ástæðan fyrir því að þeir eru keyptir, og ekki vegna varðveislu umhverfisins. Þegar um er að ræða vetni verður ekki hægt að spara peninga (að minnsta kosti núna), því miklu meiri orkuauðlindum er varið til að framleiða það.

Kostir og helstu ókostir vetnisvéla

Svo skulum við draga saman. Kostir vetnisdrifinna véla eru eftirfarandi þættir:

• Umhverfisvæn losun;
• Þögul notkun orkueiningarinnar (rafdrif);
• Ef um eldsneytisfrumu er að ræða er ekki krafist tíðar viðhalds;
• Hratt eldsneyti
• Samanborið við rafknúin ökutæki starfa framdrifskerfi og orkugjafi stöðugra, jafnvel við frostmark.

Þrátt fyrir að ekki sé hægt að kalla þróunina nýjung, engu að síður, hefur hún samt ýmsa annmarka sem fá venjulegan ökumann til að líta á hana með varúð. Hér eru nokkrar af þeim:

• Til að vetni kvikni verður það að vera í loftkenndu ástandi. Þetta skapar ákveðna erfiðleika. Til dæmis þarf sérstaka dýra þjöppu til að þjappa léttum lofttegundum. Það er líka vandamál með rétta geymslu og flutning eldsneytis, þar sem það er mjög eldfimt;
• Reglulega þarf að athuga strokkinn, sem settur verður upp á bílinn. Fyrir þetta þarf bílstjórinn að heimsækja sérhæfða miðstöð og þetta er aukakostnaður;
• Í vetnisbíl er risastór rafhlaða ekki notuð, en uppsetningin vegur samt sæmilega, sem hefur veruleg áhrif á kraftmikla eiginleika ökutækisins;
• Vetni - kviknar við minnsta neista, svo óhöpp sem fylgja slíkum bíl fylgja alvarleg sprenging. Í ljósi ábyrgðarlegrar afstöðu sumra ökumanna til eigin öryggis og lífs annarra vegfarenda er ekki hægt að sleppa slíkum ökutækjum enn á vegina.

Miðað við áhuga mannkynsins á hreinu umhverfi er gert ráð fyrir að bylting verði gerð í útgáfunni um að ganga frá „grænu“ flutningunum. En þegar þetta gerist mun tíminn leiða í ljós.

Í millitíðinni, horfðu á myndbandsupprifjun Toyota Mirai:

Framtíð í vetni? Toyota Mirai - ALLAR UMsagnir og sérstakur | LiveFEED®

Spurningar og svör:

Af hverju er vetnisvél hættuleg? Við bruna vetnisblöndunnar hitnar vélin meira en við brennslu bensíns. Þar af leiðandi eru miklar líkur á brennslu á stimplum, lokum og ofhleðslu á einingunni.

Hvernig á að fylla á vetnisbíl? Slíkur bíll er knúinn vetni í loftkenndu ástandi (fljótandi eða þjappað gas). Til að geyma eldsneyti er það þjappað í 350-700 andrúmsloft og hitastigið getur náð -259 gráðum.

Hvernig virkar vetnisbrunavél? Bíllinn er búinn eins konar rafhlöðu. Súrefni og vetni fara í gegnum sérstakar plötur. Afleiðingin er efnahvörf með losun vatnsgufu og rafmagns.