химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

СЧ -со СО О СО 00 юо ю СЧ О СЧ —' СО О СЧ — '—? СЧ о ю ОО —.

о 00. о о to о -о О Ю ¦* 00 · о СЧ СЧ СЧ · СЧ со —. о СО 00 00 ю СО сп о со О 00 СЧ со

о 5,0— 5,1 _ ю ю ю о сч сч ю ю ю СО Ю ??, СО СО т}, 1,05 3,5

? га

е

а ·- ?

%+ «+

1 ? ? м

~ ?? а

5_ я со

Ь ?? ч

? о о

??

» о ?? Ь о о и W й Sco go % о сч с ОО

ta?T ? f>CN

о «ta

¦из

?-. ?-, ·* ·* Ci, Cl,

a.

..ГЕ-

л-5

?—) и.

О

m

?> °

я 2

пЬ _

? ,, ?? re ? ?? О

^ to

О >.

го CJ й,

aD,

I §3

S к с ^

s ff> ci.

LQ о

a,

g ? < *

et <->? s _,

¦sip

раторий проводятся стендовые испытания работы таких систем хранения в сочетании с различными автомобильными двигателями. По данным этих испытаний использование метанола в качестве «жидкого гидрида» с последующим получением водорода или смеси СО+Нг на борту автомобиля более эффективно, чем прямое использование метанола в качестве автомобильного топлива [122, 136].

В настоящее время наиболее продвинуты исследования и разработки гидридных и криогенных баков для хранения водорода на борту автомобиля. В табл. 7.10 приве-

ло

Рис. 7.15. Влияние давления водорода на скорость зарядки гидридного бака: Отношения р/р,; О —80/1; ?— 40/1; X—20/1; ? —10/1; V-5/1

0 10 го 30 40 50 60 70 ТГ,ман

дены данные о некоторых гидридных баках, созданных к 1982 г. в различных лабораториях мира. Разработка и создание гидридных баков сопряжены с решением ряда трудных технических задач (см. § 7.3).

При работе или перезарядке бака фактором, лимитирующим скорость выделения или поглощения водорода, является теплообмен в слоях частиц интерметаллида, а не кинетика сорбции — десорбции на отдельных частицах. В связи с этим вопросы организации эффективного теплообмена приобретают первостепенное значение. Применяются как внутренние, так и внешние системы нагрева и охлаждения бака. Скорость перезарядки зависит также от того, насколько давление водорода в контейнере при зарядке превышает равновесное, соответствующее температуре частиц интерметаллида. На рис. 7.15, 7.16 приведены кривые перезарядки трубчатого контейнера с гидридом в зависимости от отношения pHJps(t) при практически

постоянном темпе охлаждения и в зависимости от диаметра трубы (т. е. от темпа охлаждения массы частиц интерметаллида) прн постоянном pHJps(T) [118]. Из приведенных данных следует, что для обеспечения приемлемых. 240

Времен Перезарядки гидридных баков необходимо существенно повышать давление водорода при заправке, что приводит к дополнительным затратам энергии на сжатие водорода. 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-

I ?_?_?—?—?—?—?—

0 10 20 30 40 50 ВО 70Т,мин

Рис. 7.16. Влияние диаметра контейнера при внешнем

теплоотводе на скорость зарядчн при р/р,= 10/1:

Диаметр трубки: П — 2,5 см; О —5 см; X —7,5 см; V—10 см; ? — 15 см

дорода позволит существенно повысить эффективную теплопроводность среды хранения, решить проблему уноса частиц и упростить конструкцию гидридного бака при незначительном' 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.

Основными недостатками гидридных систем хранения являются большая масса сплава и большие времена перезарядки. В условиях городской езды большая масса гидридного бака приводит к заметным дополнительным затратам энергии. Если уменьшить массу гидридного бака

241

легкового автомобиля до 200 кг, fo пробег автомобили на водородном топливе между заправками не может превышать 150—200 км. Приемлемое время перезарядки бака — около 10 мин — может быть достигнуто только при условии предварительного сжатия водорода до давлений, в 10—50 раз превышающих равновесное, причем бак будет заполнен не на все 100 % его вместимости. Это вызывает дополнительные 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 низкотемпературного 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 гидридным 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 %. В этом случае радикально снижается токсичность выбросов и повышается экономичность работы двигателя, масса гидридного бака оказы-

Таблнца7.11. Характеристики экспериментальных криогенных

Количество жидкого водорода в баке Основные показатели конструкции бака

Изготовитель Масса, кг Объем, л Внутренний объем, л Внешний объем, л Сухая масса, кг Масса с топливом, кг Максимальное давление, кПа

DFVLR (ФРГ) 7,8 110 -n.140 -4.300 83,6 91,8 450

DFVLR (ФРГ) DFVLR (ФРГ) и LASL (США) 8,5 120 -n.150 -n.300 95 103,5 450

11 155 178 385 156,4 167 450

242

вается относительно небольшой, его перезарядка существенно облегчена. По этим причинам применение гидридных систем хранения водорода на борту автомобиля в настоящее время оказывается наиболее эффективным для автомобилей, работающих на бензоводородном топливе при использовании водорода в качестве добавки. В настоящее время в СССР, ФРГ, США созданы опытные образцы таких автомобилей различных типов (рис. 7.17).

Рис. 7.17. Экспериментальный водородный автомобиль фирмы Даймлер-Бенц с гидрид-нымн баками для хранения водорода

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 и США, приведены в табл. 7.11 по данным [150, 151]. Эти баки были установлены на автомоби-

водородных баков для автотранспорта

Операции том Теш роста давления, кПа.ч"1 при закры-баке Время хранения, ч Скорость испарения водорода, % в день Потери водорода при открытом баке, л в день Среднее потребление воды, кг иа 1 кг Н, Минимальное время заправки ~при холодном баке, мин Потери водорода прн заправке, % пол ной заправки

21—45,5 10—21 10 11 1,6 9 8—12—хо-

лодный бак,

20—теплый

бак

20—45 10—22 8 9,6 1,6 8 —

4,3—4,6 45—48 4 6,2 1,6 -n.10 9—холодны

бак,

21—теплый

бак

243

Рис. 7.18. Экспериментальный водородный автомобиль Лос-Аламос-ской лаборатории (США) с криогенным баком для хранения жидкого водорода и оборудование для заправки бака жидким 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 LASL) и ФРГ (Исследовательский космический центр DFVLR и Институт двигателей FKFS). Использовалась экспериментальная станция для заправки жидким водородом, разработанная DFVLR (рис. 7.18). Испытания проводились для различных ездовых циклов. "Одновременно были проведены всесторонние испытания жидководородных баков в различных режимах их 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 автомобиле ЭХГ, который во время 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-1, то с учетом коэффициента использования ККсп~0,5 стоимость жидкого водорода на борту автомобиля составит более 1600 руб-т^1, что приводит при массовом использовании к очень высокой стоимости перевозок. Потери водорода на борту автомобиля при длительных стоянках еще более удорожают перевозки 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 использовани

страница 48
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
твердотопливные пиролизные котлы
косметические контактные линзы со зрачком купить
получение сертификата валютного кассира в новосибирске
дерматолог детский в юао

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(08.12.2016)