Peiriant hydrogen. Sut mae'n gweithio ac anfanteision

Nid oedd peiriannau tanio mewnol yn ymddangos fel powertrains ar wahân yn ddramatig. Yn hytrach, daeth y modur clasurol o ganlyniad i fireinio a gwella peiriannau gwres. Darllenwch am sut yr ymddangosodd yr uned, yr ydym wedi arfer ei gweld o dan y cwfl ceir, yn raddol. mewn erthygl ar wahân.

Fodd bynnag, pan ymddangosodd y car cyntaf gyda pheiriant tanio mewnol, derbyniodd y ddynoliaeth gerbyd hunan-yrru nad oedd angen ei fwydo'n gyson, fel ceffyl. Mae llawer o bethau wedi newid mewn moduron er 1885, ond mae un anfantais yn ddigyfnewid. Yn ystod hylosgi cymysgedd o gasoline (neu danwydd arall) ac aer, mae gormod o sylweddau niweidiol yn cael eu rhyddhau sy'n llygru'r amgylchedd.

Cyn dyfodiad cerbydau hunan-yrru, roedd penseiri gwledydd Ewropeaidd yn ofni y byddai dinasoedd mawr yn boddi mewn tail ceffylau, heddiw mae trigolion megacities yn anadlu aer budr.

Mae safonau amgylcheddol tynhau ar gyfer cludo yn gorfodi gweithgynhyrchwyr cerbydau i ddatblygu powertrain glanach. Felly, dechreuodd llawer o gwmnïau ymddiddori yn nhechnoleg Anjos Jedlik a grëwyd yn flaenorol - trol hunan-yrru ar dynniad trydan, a ymddangosodd yn ôl ym 1828. A heddiw mae'r dechnoleg hon wedi hen sefydlu mor gadarn yn y byd modurol fel na fyddwch chi'n synnu unrhyw un sydd â char trydan neu hybrid.

Ond yr hyn sy'n wirioneddol galonogol yw'r gweithfeydd pŵer, a'r unig ryddhad ohono yw dŵr yfed. Mae'n injan hydrogen.

Beth yw injan hydrogen?

Math o injan yw hwn sy'n defnyddio hydrogen fel tanwydd. Bydd defnyddio'r elfen gemegol hon yn lleihau disbyddu adnoddau hydrocarbon. Yr ail reswm dros y diddordeb mewn gosodiadau o'r fath yw lleihau llygredd amgylcheddol.

Yn dibynnu ar ba fath o fodur fydd yn cael ei ddefnyddio wrth gludo, bydd ei weithrediad yn wahanol i'r injan hylosgi mewnol clasurol neu'n union yr un fath.

Hanes Byr

Ymddangosodd peiriannau tanio mewnol hydrogen yn yr un cyfnod pan oedd yr egwyddor ICE yn cael ei datblygu a'i gwella. Dyluniodd peiriannydd a dyfeisiwr Ffrengig ei fersiwn ei hun o beiriant tanio mewnol. Y tanwydd a ddefnyddiodd yn ei ddatblygiad yw hydrogen, sy'n ymddangos o ganlyniad i electrolysis H.₂A. Yn 1807, ymddangosodd y car hydrogen cyntaf.

Fe wnaeth Isaac De Rivaz ym 1807 ffeilio patent ar gyfer datblygu tractor ar gyfer offer milwrol. fel un o'r unedau pŵer, awgrymodd ddefnyddio hydrogen.

Piston oedd yr uned bŵer, ac roedd y tanio ynddo oherwydd ffurfio gwreichionen yn y silindr. Yn wir, roedd angen cynhyrchu gwreichionen â llaw er mwyn creu'r dyfeisiwr cyntaf. Ar ôl dwy flynedd yn unig, cwblhaodd ei waith, a ganed y cerbyd hydrogen hunan-yrru cyntaf.

Fodd bynnag, ar yr adeg honno, ni roddwyd pwys ar ddatblygiad, oherwydd nid yw nwy mor hawdd ei gael a'i storio â gasoline. Defnyddiwyd moduron hydrogen yn ymarferol yn Leningrad yn ystod y blocâd o ail hanner 1941. Er, rhaid i ni gyfaddef nad unedau hydrogen yn unig oedd y rhain. Peiriannau tanio mewnol GAZ cyffredin oedd y rhain, dim ond nad oedd unrhyw danwydd ar eu cyfer, ond roedd digon o nwy bryd hynny, gan eu bod yn cael eu tanio gan falŵns.

Yn hanner cyntaf yr 80au, ymrwymodd llawer o wledydd, nid yn unig yn Ewrop, ond hefyd America, Rwsia a Japan, i arbrofi gyda'r math hwn o osodiad. Felly, ym 1982, gyda gwaith ar y cyd ffatri Kvant a menter ceir yr RAF, ymddangosodd modur cyfun, a oedd yn rhedeg ar gymysgedd o hydrogen ac aer, a defnyddiwyd batri 5 kW / h fel ffynhonnell ynni.

Ers hynny, bu gwahanol wledydd yn ceisio cyflwyno cerbydau "gwyrdd" i'w llinellau model, ond yn y rhan fwyaf o achosion roedd ceir o'r fath naill ai'n aros yn y categori prototeip neu wedi cael argraffiad cyfyngedig iawn.

Sut mae'n gweithio

Ers heddiw mae yna lawer o moduron gweithredol y categori hwn, ym mhob achos unigol bydd y gwaith hydrogen yn gweithredu yn unol â'i egwyddor ei hun. Ystyriwch sut mae un addasiad yn gweithio a all ddisodli'r peiriant tanio mewnol clasurol.

Mewn modur o'r fath, bydd celloedd tanwydd yn bendant yn cael eu defnyddio. Maent yn fath o eneraduron sy'n actifadu adwaith electrocemegol. Y tu mewn i'r ddyfais, mae hydrogen yn cael ei ocsidio, a chanlyniad yr adwaith yw rhyddhau trydan, anwedd dŵr a nitrogen. Nid yw carbon deuocsid yn cael ei ollwng mewn gosodiad o'r fath.

Mae cerbyd wedi'i seilio ar uned debyg yr un cerbyd trydan, dim ond y batri ynddo sy'n llawer llai. Mae'r gell tanwydd yn cynhyrchu digon o egni i weithredu'r holl systemau cerbydau. Yr unig gafeat yw y gall gymryd tua 2 funud o ddechrau'r broses i gynhyrchu ynni. Ond mae uchafswm allbwn y gosodiad yn dechrau ar ôl i'r system gynhesu, sy'n cymryd rhwng chwarter awr a 60 munud.

Fel nad yw'r gwaith pŵer yn gweithio'n ofer, ac nid oes angen paratoi'r cludiant ar gyfer y daith ymlaen llaw, mae ganddo batri confensiynol. Wrth yrru, caiff ei ailwefru oherwydd ei adfer, ac mae ei angen yn unig ar gyfer cychwyn car.

Mae gan gar o'r fath silindr o wahanol gyfrolau, y mae hydrogen yn cael ei bwmpio iddo. Yn dibynnu ar y dull gyrru, maint y car a phwer y gosodiad trydanol, gall un cilogram o nwy fod yn ddigon ar gyfer 100 cilomedr o deithio.

Mathau o beiriannau hydrogen

Er bod sawl addasiad i beiriannau hydrogen, maent i gyd yn disgyn i ddau fath:

• Math o uned gyda chell tanwydd;
• Peiriant tanio mewnol wedi'i addasu, wedi'i addasu i weithio ar hydrogen.

Gadewch i ni ystyried pob math ar wahân: beth yw eu nodweddion.

Gweithfeydd pŵer yn seiliedig ar gelloedd tanwydd hydrogen

Mae'r gell tanwydd yn seiliedig ar egwyddor batri, lle mae proses electrocemegol yn digwydd. Yr unig wahaniaeth rhwng yr analog hydrogen yw ei effeithlonrwydd uwch (mewn rhai achosion, mwy na 45 y cant).

Mae'r gell tanwydd yn siambr sengl lle mae dwy elfen yn cael eu gosod: y catod a'r anod. Mae'r ddau electrod wedi'u gorchuddio â phlatinwm (neu palladium). Mae pilen rhyngddynt. Mae'n rhannu'r ceudod yn ddwy siambr. Mae ocsigen yn cael ei gyflenwi i'r ceudod gyda'r catod, a chyflenwir hydrogen i'r ail.

O ganlyniad, mae adwaith cemegol yn digwydd, a'i ganlyniad yw'r cyfuniad o foleciwlau ocsigen a hydrogen â rhyddhau trydan. Sgil-effaith y broses yw rhyddhau dŵr a nitrogen. Mae'r electrodau celloedd tanwydd wedi'u cysylltu â chylched drydanol y car, gan gynnwys y modur trydan.

Peiriannau hylosgi mewnol hydrogen

Yn yr achos hwn, er bod yr injan yn cael ei galw'n hydrogen, mae ganddo strwythur union yr un fath ag ICE confensiynol. Yr unig wahaniaeth yw nad gasoline na phropan sy'n llosgi, ond hydrogen. Os ydych chi'n llenwi'r silindr â hydrogen, yna mae un broblem - bydd y nwy hwn yn lleihau effeithlonrwydd uned gonfensiynol tua 60 y cant.

Dyma ychydig o broblemau eraill gyda newid i hydrogen heb uwchraddio'r injan:

• Pan fydd yr HTS wedi'i gywasgu, bydd y nwy yn mynd i adwaith cemegol gyda'r metel y mae'r siambr hylosgi a'r piston yn cael ei wneud ohono, ac yn aml gall hyn ddigwydd hefyd gydag olew injan. Oherwydd hyn, mae cyfansoddyn arall yn cael ei ffurfio yn y siambr hylosgi, nad yw'n wahanol o ran gallu arbennig i losgi'n dda;
• Rhaid i'r bylchau yn y siambr hylosgi fod yn berffaith. Os oes gan y system danwydd o leiaf ychydig o ollyngiadau, bydd y nwy yn tanio yn hawdd wrth ddod i gysylltiad â gwrthrychau poeth.

Peiriant ar gyfer Honda Clarity

Am y rhesymau hyn, mae'n fwy ymarferol defnyddio hydrogen fel tanwydd mewn peiriannau cylchdro (beth yw eu nodwedd, darllenwch yma). Mae maniffoldiau cymeriant a gwacáu unedau o'r fath wedi'u lleoli ar wahân i'w gilydd, felly nid yw'r nwy yn y gilfach yn cynhesu. Boed hynny fel y bo, tra bod yr injans yn cael eu moderneiddio er mwyn osgoi'r problemau o ddefnyddio tanwydd rhatach a mwy ecogyfeillgar.

Pa mor hir yw oes gwasanaeth celloedd tanwydd?

Ledled y byd heddiw, mae ceir o'r fath yn brin iawn, ac nid ydyn nhw eto yn y gyfres, mae'n anodd dweud pa adnodd sydd gan ffynhonnell ynni benodol. Nid oes gan y crefftwyr unrhyw brofiad yn hyn o beth eto.

Yr unig beth y gellir ei ddweud yw, yn ôl datganiadau cynrychiolwyr Toyota, bod cell danwydd eu car cynhyrchu Mirai yn gallu cynhyrchu ynni hyd yn ddi-dor hyd at 250 mil cilomedr. Ar ôl y garreg filltir hon, mae angen i chi fonitro effeithiolrwydd y ddyfais. Os yw ei berfformiad wedi gostwng yn amlwg, mae'r gell tanwydd yn cael ei newid mewn canolfan wasanaeth awdurdodedig. Yn wir, dylid disgwyl y bydd y cwmni'n cymryd swm gweddus ar gyfer y weithdrefn hon.

Pa gwmnïau sydd eisoes yn gwneud neu'n mynd i wneud ceir hydrogen?

Mae llawer o gwmnïau'n ymwneud â datblygu uned bŵer sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd. Dyma'r brandiau ceir, yn y ganolfan ddylunio y mae yna opsiynau gweithio ohonyn nhw eisoes, yn barod i fynd i gyfresi:

• Mae Mercedes-Benz yn groesfan GLC F-Cell, y cyhoeddwyd dechrau ei werthu yn 2018, ond hyd yn hyn dim ond ychydig o fentrau a gweinidogaethau'r Almaen sydd wedi'i gaffael. Dadorchuddiwyd tractor celloedd tanwydd hydrogen prototeip, GenH2, yn ddiweddar;
• Hyundai - Prototeip Nexo a gyflwynwyd ddwy flynedd yn ôl;
• Mae BMW yn brototeip o'r hydrogen Hydrogen 7, a ryddhawyd o'r llinell ymgynnull. Arhosodd y swp o 100 copi yn y cyfnod arbrofol, ond mae hyn eisoes yn rhywbeth.

Ymhlith y ceir stoc y gellir eu prynu yn America ac yn Ewrop mae'r modelau Mirai ac Eglurder o Toyota a Honda, yn y drefn honno. I weddill y cwmnïau, mae'r datblygiad hwn yn dal i fod naill ai yn y fersiwn arlunio, neu fel prototeip nad yw'n gweithio.

toyota mirai

Eglurder Honda

Faint mae car sy'n cael ei bweru gan hydrogen yn ei gostio?

Mae cost car hydrogen yn weddus. Y rheswm am hyn yw'r metelau gwerthfawr sy'n rhan o electrodau celloedd tanwydd (palladium neu blatinwm). Hefyd, mae gan gar modern systemau diogelwch dirifedi a sefydlogi gweithrediad elfennau trydanol, sydd hefyd angen adnoddau materol.

Er nad yw cynnal a chadw car o'r fath (nes bod y celloedd tanwydd yn cael eu newid) yn llawer mwy costus na char confensiynol y cenedlaethau diweddaraf. Mae yna wledydd sy'n noddi cynhyrchu hydrogen, ond hyd yn oed o ystyried hyn, bydd yn rhaid i chi dalu 11 doler a hanner y cilogram o nwy ar gyfartaledd. Yn dibynnu ar y math o injan, gall hyn fod yn ddigon am bellter o tua chant cilomedr.

Pam mae ceir hydrogen yn well na cheir trydan?

Os cymerwch beiriant hydrogen â chelloedd tanwydd, yna bydd car o'r fath yn union yr un fath â'r car trydan yr ydym wedi arfer ei weld ar y ffyrdd. Yr unig wahaniaeth yw bod y car trydan yn cael ei wefru o'r rhwydwaith neu o derfynell mewn gorsaf nwy. Mae cludo hydrogen ei hun yn cynhyrchu trydan iddo'i hun.

O ran cost ceir o'r fath, maent yn ddrytach. Er enghraifft, bydd y modelau Tesla sylfaenol yn costio rhwng $ 45 mil. Gellir prynu analogau hydrogen o Japan ar gyfer 57 mil o unedau. Ar y llaw arall, mae Bafariaid yn gwerthu eu ceir ar danwydd "gwyrdd" am bris o 50 mil o ddoleri.

Os cymerwn i ystyriaeth ymarferoldeb, mae'n haws ail-lenwi'r car â nwy (bydd yn cymryd tua phum munud) nag aros hanner awr (gyda chodi tâl cyflym, na chaniateir ar gyfer pob math o fatris) yn y maes parcio. Dyma fantais planhigion hydrogen.

Peth arall yw nad oes angen cynnal a chadw celloedd tanwydd yn arbennig, ac mae eu bywyd gwaith yn eithaf mawr. Fel ar gyfer cerbydau trydan, bydd angen amnewid eu batri enfawr mewn tua phum mlynedd oherwydd bod ganddo lawer o feiciau rhyddhau gwefr. Mewn tymheredd rhewllyd, mae'r batri mewn cerbydau trydan yn cael ei ollwng yn gynt o lawer nag yn yr haf. Ond nid yw'r elfen ar adwaith ocsidiad hydrogen yn dioddef o hyn ac mae'n cynhyrchu trydan yn sefydlog.

Beth yw'r rhagolygon ar gyfer ceir hydrogen a phryd y cânt eu gweld ar y ffordd?

Yn Ewrop a'r Unol Daleithiau, gellir dod o hyd i'r car hydrogen eisoes. Fodd bynnag, maent yn dal i fod yn y categori chwilfrydedd. A heddiw prin yw'r rhagolygon.

Y prif reswm na fydd y math hwn o gludiant yn llenwi ffyrdd pob gwlad yn fuan yw'r diffyg galluoedd cynhyrchu. Yn gyntaf, mae angen sefydlu cynhyrchiad hydrogen. Ar ben hynny, mae'n angenrheidiol cyrraedd y fath lefel fel ei fod, yn ogystal â chyfeillgarwch amgylcheddol, hefyd yn danwydd sydd ar gael i'r mwyafrif o fodurwyr. Yn ogystal â chynhyrchu'r nwy hwn, mae angen trefnu ei gludo (er ar gyfer hyn gallwch ddefnyddio'r priffyrdd y mae methan yn cael eu cludo ar eu cyfer yn ddiogel), yn ogystal ag arfogi terfynellau priodol i lawer o orsafoedd llenwi.

Yn ail, bydd yn rhaid i bob automaker foderneiddio llinellau cynhyrchu o ddifrif, sy'n gofyn am fuddsoddiad sylweddol. Mewn economi ansefydlog oherwydd dechrau epidemig byd-eang, ychydig fydd yn cymryd risgiau o'r fath.

Os edrychwch ar gyflymder datblygiad trafnidiaeth drydan, digwyddodd y broses boblogeiddio yn gyflym iawn. Fodd bynnag, y rheswm dros boblogrwydd ceir trydan yw'r gallu i arbed ar danwydd. Ac yn aml dyma'r rheswm cyntaf pam eu bod yn cael eu prynu, ac nid er mwyn gwarchod yr amgylchedd. Yn achos hydrogen, ni fydd yn bosibl arbed arian (o leiaf nawr), oherwydd mae llawer mwy o ynni'n cael ei wario ar ei gynhyrchu.

Manteision a phrif anfanteision peiriannau hydrogen

Felly, i grynhoi. Mae manteision peiriannau tanwydd hydrogen yn cynnwys y ffactorau canlynol:

• Allyriadau sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd;
• Gweithrediad distaw yr uned bŵer (tyniant trydan);
• Yn achos defnyddio cell danwydd, nid oes angen cynnal a chadw aml;
• Ail-lenwi â thanwydd cyflym;
• O'i gymharu â cherbydau trydan, mae'r system gyriant a'r ffynhonnell ynni yn gweithredu'n fwy sefydlog hyd yn oed mewn tymereddau rhewi.

Er na ellir galw'r datblygiad yn newydd-deb, serch hynny, mae ganddo nifer o ddiffygion o hyd sy'n cymell y modurwr cyffredin i edrych arno'n ofalus. Dyma rai ohonyn nhw:

• Er mwyn i hydrogen danio, rhaid iddo fod mewn cyflwr nwyol. Mae hyn yn creu rhai anawsterau. Er enghraifft, mae angen cywasgwyr drud arbennig i gywasgu nwyon ysgafn. Mae problem hefyd gyda storio a chludo tanwydd yn iawn, gan ei fod yn fflamadwy iawn;
• Bydd angen gwirio'r silindr, a fydd yn cael ei osod ar y car, o bryd i'w gilydd. I wneud hyn, bydd angen i'r modurwr ymweld â chanolfan arbenigol, ac mae hon yn gost ychwanegol;
• Mewn car hydrogen, ni ddefnyddir batri enfawr, fodd bynnag, mae'r gosodiad yn dal i bwyso'n weddus, sy'n effeithio'n sylweddol ar nodweddion deinamig y cerbyd;
• Hydrogen - yn cynnau ar y wreichionen leiaf, felly bydd ffrwydrad difrifol yn cyd-fynd â damwain yn ymwneud â char o'r fath. O ystyried agwedd anghyfrifol rhai gyrwyr tuag at eu diogelwch eu hunain a bywydau defnyddwyr eraill y ffordd, ni ellir rhyddhau cerbydau o'r fath ar y ffyrdd eto.

O ystyried diddordeb y ddynoliaeth mewn amgylchedd glanach, gallwn ddisgwyl y bydd datblygiad arloesol yn y mater o gwblhau'r cludiant "gwyrdd". Ond pan fydd hyn yn digwydd, dim ond amser a ddengys.

Yn y cyfamser, gwyliwch yr adolygiad fideo o'r Toyota Mirai:

Dyfodol ar hydrogen? Toyota Mirai - ADOLYGIAD LLAWN a Manylebau | LiveFEED®

Cwestiynau ac atebion:

Pam mae injan hydrogen yn beryglus? Yn ystod hylosgiad y gymysgedd hydrogen, mae'r injan yn cynhesu mwy nag yn ystod hylosgi gasoline. O ganlyniad, mae tebygolrwydd uchel o losgi pistonau, falfiau a gorlwytho'r uned.

Sut i ail-lenwi car hydrogen? Mae car o'r fath yn cael ei danio â hydrogen mewn cyflwr nwyol (nwy hylifedig neu gywasgedig). I storio tanwydd, mae wedi'i gywasgu i 350-700 atmosffer, a gall y tymheredd gyrraedd -259 gradd.

Sut mae injan hylosgi mewnol hydrogen yn gweithio? Mae'r car wedi'i gyfarparu â math o batri. Mae ocsigen a hydrogen yn pasio trwy blatiau arbennig. Y canlyniad yw adwaith cemegol gyda rhyddhau anwedd dŵr a thrydan.