Предисловие.
Среди всех #альтернативных видов топлива и способов выработки энергии #водород является самым перспективным. Он может использоваться как непосредственно в #двигатель внутреннего сгорания , так и в #топливных элементах.
Данный носитель энергии, один из немногих который при сгорании не выделяет парниковых газов, а его единственной эмиссией является вода. Водород можно получать различными способами, включая #электролиз воды. Учитывая запасы воды на земле, водород можно считать возобновляемым ресурсом, таким как солнечную энергию. Однако сейчас самый распространённый способ #генерации энергии — это бензин, дизель (или мазут в речной морской индустрии). В последние годы есть попытки изменить данную ситуацию, в основном в связи с новым экологическими законами. Особенно это актуально в Европе, т.к. с начала 2010 года Европа активно развивает перспективное решение для сокращения выбросов и преобразование в возобновляемые источники энергии — это добавление газообразного водорода к существующим двигателям внутреннего сгорания.
Изображение из интернетВодород при сгорании не даёт вредных выбросов парниковых газов, легко воспламеняется, и горит в семь раз быстрее, чем бензин или дизельное топливо.
Также некоторые учёные утверждают, что добавленные в топливо водород с кислородом оказывают на процесс сгорания каталитическое действие. Основополагающим принципом является, то что гремучий газ или #ННО увеличивает однородность топливовоздушной смеси, и что из-за высокой скорости пламени, меньше потерь тепла на стенках цилиндра, что приводит к более высокой эффективности. Кроме того, смена горения от медленного, диффузного горения на быстрое, увеличивает #термодинамическую эффективность процесса.
История исследований добавления водорода в бензиновые ДВС.
Фото из интернетИспользование водорода в качестве добавки в бензиновые и #дизельный двигатель не является недавним открытием. Первые за эту идею уцепились учёные из #NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, США), ещё в 60х годах в рамках развития лунной программы они проводили испытания добавления водорода на серийных автомобилях Ford с бензиновыми двигателями. Их стратегия строилась на том, что водород в космосе самый распространённый элемент и почему бы его не использовать в виде топлива?
Документ NASA, J.F.Cassidy, 1977Однако первые открытые (несекретные) научные труды и патенты датируются 1974 годом. Они были опубликованы учёными Hoehn и Dowdy. Затем команда учёных из NASA в 1977 году опубликовали статью по этому же вопросу (J.F.Cassidy, 1977 ссылка на документ). Оба документа приводят тесты, выполненные на бензиновых двигателях, и эти первые результаты применения технологии добавления водорода в топливовоздушную смесь ДВС, очень интересны.
Hoehn исследовал использование водорода в качестве топливной добавки для запуска бензиновых двигателей в суровых условиях. Он обнаружил, что добавление смеси водорода и кислорода 15% (по весу) от общего количества топлива приводит к смеси с уменьшенным пределом воспламеняемости и уменьшением рабочей точки двигателя в отношении коэффициента эквивалентности.
Рисунок 2.1: рассчитанные пределы воспламеняемости для смеси водородного бензина [Hoehn, 1974]Предел воспламеняемости на рисунке 2.1 выражается через коэффициент эквивалентности. Соотношение эквивалентности топлива и воздуха определяется как отношение топливо-воздух, деленное на стехиометрическое соотношение топливо-воздух (уравнение 2.1). это обозначается греческой буквой phi (φ) и является обратной величиной лямбда (λ), отношение эквивалентности воздуха к топливу:
Уравнение 2.2Из рисунка 2.1 видно, что предел обедненной воспламеняемости бензина с добавлением смеси водорода 15% по весу смещается от φ = 0,57 до φ = 0,2. Рабочая точка проектирования двигателя сдвигается от φ = 0,94 при чистом бензине до φ = 0,57 с добавлением водорода. Работа при φ = 0,57 с чистым бензином в качестве топлива приведет к детонации двигателя и пропуску зажигания.
Фото Шевроле Chevrolet Camaro Z28 из интернетЭкспериментальные испытания Hoehn проводил в 1973 на Шевроле Chevrolet Camaro Z28 1971 г.в. с V8 5,7-литровым двигателем на диностенде и на прямой дороге. Данные тесты показали, что на частичной нагрузке (крейсерской скорости) при добавлении 15% водорода, расход топлива (в сроки потребления энергии на милю за тонну веса транспортного средства) сократились на 35-40%. Выбросы СО и NOx так же уменьшились с аналогичными процентами при частичной нагрузке, но выбросы НС значительно увеличились.
Это было связано с работой на очень обедненных смесях и последующим риском осечки и несгоревшего HC.
Исследования NASA (Cassidy, 1977) в основном были сосредоточены на повышении эффективности за счет расширения рабочего диапазона на обедненной смеси бензинового двигателя за счет добавления водорода. Кэссиди провел обзор литературы по работе двигателя на обедненной смеси и обнаружил, что топливо с низким пределом воспламеняемости на обедненной смеси и высокой скоростью пламени может обеспечить низкие выбросы выхлопных газов и повышенную эффективность. В качестве такого топлива был определен водород. Проведённые испытания для определения пламени показали, рис 2.2
Рисунок 2.2: Видимая турбулентная скорость пламени как функция коэффициента эквивалентности при 2140 об / мин и 27 кВт [Cassidy, 1977]Из рисунка 2.2 видно, что смесь водород / бензин (7% чистого водорода по массе) имеет большую скорость пламени при всех соотношениях эквивалентности (хотя эффект выше при более низком φ), с более низким уровнем предела воспламеняемости. Предел воспламеняемости бензина находится в отношении избытка воздуха (λ) 1,54 (φ = 0,65) и при добавлении 7% чистого водорода этот предел увеличивается до 1,82 (φ = 0,55). Кэссиди также обнаружил значительное сокращение задержки зажигания с добавлением водорода, которое он объяснил более эффективным тепловым свойством водорода. По-видимому, эти свойства уменьшают тепловые потери от ядра развивающегося пламени и ускорение выделения тепла (см. рис. 2.3 ниже).
Рисунок 2.3: Задержка зажигания как функция отношения эквивалентности при 2140 об / мин и 27 кВт [Cassidy, 1977]Что касается общего потребления энергии, Кэссиди обнаружил, что минимальное потребление энергии одинаково для каждого топлива, однако эта точка имеет место быть при более низком эквивалентном соотношении со смесью водород / бензин по сравнению с чистым бензином.
Как упоминалось ранее, исследование Хен и Кэссиди было посвящено только бензиновым двигателям, теперь давайте рассмотрим эффект на дизельных двигателях.
Водород с дизельными двигателями.
Давайте рассмотрим свойства дизельного топлива и водорода представленные в таблице 2.1. Как упоминалось ранее в (Cassidy, 1977), некоторые из этих свойств делают водород эффективным для добавления к другому топливу, например к такому как дизельное топливо.
Таблица 2-1: свойства водорода и дизельного топливаОдним из основных преимуществ водорода является то, что он не выделяет каких-либо опасных загрязняющих веществ, таких как углеводород (HC), окись углерода (CO), диоксид серы (SO2), тяжелые металлы, дым и твердые частицы (ТЧ). Это связано с отсутствием углерода и серы в водороде.
Однако, чистый водород без кислорода имеет высокие пределы воспламеняемости и низкую энергию воспламенения, что затрудняет его сжигание. Хорошая диффузионность водорода в воздухе приводит к образованию гомогенных воздушных зарядов, благодаря этому мы получаем очень высокую скорость пламени по сравнению с дизелем, это положительно влияет на процесс горения. Более быстрое сгорание означает большее и быстрое пиковое давление, что может привести к более эффективному ходу мощности поршня.
Высокая температура самовоспламенения водорода может рассматриваться как проблема, так и преимущество. В дизельных двигателях это позволяет использовать простой и дешевый способ смешивания с впускным воздухом вместо добавления дополнительных топливных форсунок в цилиндр. Однако это означает, что водород будет воспламеняться только от самого горящего дизельного топлива. Это увеличивает задержку воспламенения водорода и точность, с которой можно управлять этим воспламенением. В двигателях с искровым зажиганием это не проблема.
В Европе на данный момент добавлением водорода и кислорода к дизельным и бензиновым двигателям занимается множество мелких и несколько крупных компаний, которые работают на уровне правительства в больших масштабах. Есть несколько небольших компаний и частных лиц, которые предоставляют небольшие наборы или инструкции по созданию такого комплекта, который может быть установлен в легковых автомобилях. Они утверждают, что их продукт сокращает потребление топлива.
Лидеры рынка в Европе и США.
Карта расположения центров водородной очистки FlexFuel®Франция FlexFuel® (https://www.flexfuel-company.com/decalaminage/)
Это компания, и продукт, который они продают FlexFuel décalaminage, его можно установить в бензиновый или дизельный автомобиль. Кроме того, они предлагают услугу по очистке внутренних деталей двигателя внутреннего сгорания и имеют широкую сеть партнёров. Они используют смесь водорода и кислорода, получаемые в результате реакции электролиза. Они утверждают, что добавление этой смеси в процесс горения через входной воздух будет приводят к более полному сгоранию и, следовательно, к сокращению выбросов. Они гарантируют: Декальнаминация - это решение, которое позволяет снизить расход топлива до 15%, уменьшить выброс загрязняющих веществ до 50% и снизить риск поломки. 10% снижение расхода топлива.
Карта расположения центров водородной очистки Сarbon СleaningАмериканская компания Сarbon Сleaning (https://www.carboncleaningusa.com/ ) делает подобное оборудование, она фокусируется только на очистке водородом небольших двигателей легкового автотранспорта. По их словам, это работает следующим образом: Нагревающий эффект водорода позволяет повысить температуру горения, чтобы вызвать пиролиз, по сути, химическую реакцию, которая служит для удаления, сжигания, распада и устранения отложений углерода. Для установки просто вставьте шланг станции очистки в воздухозаборник, а затем подсоедините зажимы к положительным и отрицательным клеммам аккумулятора автомобиля.
Применение смеси водорода и кислорода (или ННО) в других отраслях.
Другим применением газа «HHO» является резка стали и других материалов используя пламенную резку. Голландская компания FEY (Free E Yourself, http://www.freeeyourself.com/) разработала резак с использованием газа «HHO» , этот метод является более быстрым, чистым и требуется меньше кислорода, чем обычные ацетиленовые факелы (поскольку сам газ содержит кислород). Одной из ключевых особенностей данной технологии, являться то, что Газ производится путем электролиза, как говориться «по необходимости». Т.е. данная разработка исключает транспортировку баллонов с водородом и кислородом и содержание хранилищ для особо опасных газов. Данное оборудование позволяет в два раза увеличить скорость плазменной резки , что позволяет получить гораздо более гладкую поверхность, чем при резке в среде с азотом. Кроме того, в этом случае наклонные бороздки сильнее загибаются назад и имеют большую четкость.
Европейский сайт www.watergas.nu собрал информацию о водородных проектах и даёт ссылки на компании, которые в настоящее время работают с водородом (или «гидроксигеном / HHO-газом») в различных направления его применения.
Понравилась статья ставьте лайки, оставляйте комментарии.
ССЫЛКИ НА НАШИ ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОДОРОДНОЙ ОЧИСТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ:
- Обзор оборудования на рынке. Советы по выбору оборудования водородной очистки ДВС(ссылка на статью в ).
- Испытания технологии в Казанском Национальном Исследовательском Техническом Университете (ссылка на статью в ).
- Восстановление водородом двигателя Опель (ссылка на статью в ).
- Очистка катализатора VW (ссылка на статью в ).
- Эксперимент в лаборатории Водородинг™: что происходит в двигателе при добавлении ННО (ссылка на статью в ).
- Водородинг™ корпоративного транспорта
Необходимо иметь в виду, что Водородинг™ может производиться только на оборудовании компании Водородинг™ специалистами этой же компании. В противном случае клиента обманывают! Не доверяйте свои деньги и автомобиль обманщикам!
Влиться в наше команду и стать локомотивом уникальной технологии в своем городе можно подав заявку на сайте о франшизе Водородинга™ - www.vodoroding-sale.ru
Больше интересных статей здесь: Дизель.
Источник статьи: Научные исследования добавления Водорода и Кислорода в бензиновые и дизельные двигатели. .