Hydրածնային շարժիչ: Ինչպես է դա գործում և թերություններ

Ներքին այրման շարժիչները կտրուկ չէին հայտնվում որպես առանձին շարժիչներ: Փոխարենը, դասական շարժիչը առաջացավ ջերմային շարժիչների կատարելագործման և կատարելագործման արդյունքում: Կարդացեք այն մասին, թե ինչպես աստիճանաբար հայտնվեց այն միավորը, որը մենք սովոր ենք տեսնել մեքենաների գլխարկի տակ: առանձին հոդվածում.

Այնուամենայնիվ, երբ հայտնվեց ներքին այրման շարժիչով հագեցած առաջին մեքենան, մարդկությունը ստացավ ինքնագնաց մեքենա, որը ձիու նման անընդհատ սնուցում չէր պահանջում: 1885 թվականից ի վեր շարժիչներում շատ բան է փոխվել, բայց մի թերություն մնում է անփոփոխ: Բենզինի (կամ այլ վառելիքի) և օդի խառնուրդի այրման ժամանակ չափազանց շատ վնասակար նյութեր են արձակվում, որոնք աղտոտում են շրջակա միջավայրը:

Եթե ​​մինչ ինքնագնաց տրանսպորտային միջոցների հայտնվելը եվրոպական երկրների ճարտարապետները վախենում էին, որ մեծ քաղաքները կխեղդվեն ձիու մեջ, ապա այսօր մեգապոլիսների բնակիչները շնչում են կեղտոտ օդ:

Փոխադրումների բնապահպանական չափորոշիչների խստացումը տրանսպորտային միջոցների արտադրողներին ստիպում է զարգացնել ավելի մաքուր էլեկտրահաղորդիչ: Այսպիսով, շատ ընկերություններ հետաքրքրված են Anjos Jedlik- ի `նախկինում ստեղծված էլեկտրաքարշի ինքնագնաց սայլի տեխնոլոգիայով, որը հայտնվել է դեռ 1828 թվականին: Եվ այսօր այս տեխնոլոգիան այնքան ամուր է հաստատվել ավտոմոբիլային աշխարհում, որ ոչ մեկին չես զարմացնի էլեկտրական մեքենայով կամ հիբրիդով:

Բայց այն, ինչ իսկապես հուսադրող է, էլեկտրակայաններն են, որոնց միակ բացթողումը խմելու ջուրն է: Դա ջրածնային շարժիչ է:

Ի՞նչ է ջրածնի շարժիչը:

Սա շարժիչի մի տեսակ է, որն օգտագործում է ջրածինը որպես վառելիք: Այս քիմիական տարրի օգտագործումը կնվազեցնի ածխաջրածնային ռեսուրսների սպառումը: Նման կայանքների նկատմամբ հետաքրքրության երկրորդ պատճառը շրջակա միջավայրի աղտոտվածության նվազումն է:

Կախված նրանից, թե որ տեսակի շարժիչն է օգտագործվելու տրանսպորտում, դրա շահագործումը կտարբերվի դասական ներքին այրման շարժիչից կամ նույնական կլինի:

Կարճ պատմություն

Hydրածնի ներքին այրման շարժիչները հայտնվեցին նույն ժամանակահատվածում, երբ մշակվում և բարելավվում էր ICE սկզբունքը: Ֆրանսիացի ինժեներ և գյուտարար նախագծեց ներքին այրման շարժիչի իր տարբերակը: Վառելիքը, որը նա օգտագործել է իր զարգացման մեջ, ջրածինն է, որն ի հայտ է գալիս Հ-ի էլեկտրոլիզի արդյունքում₂Ա. 1807 թվականին հայտնվեց ջրածնի առաջին մեքենան:

Իսահակ Դե Ռիվազը 1807 թվականին արտոնագիր է ներկայացրել ռազմական տեխնիկայի տրակտորի ստեղծման համար: նա առաջարկեց ջրածինը օգտագործել որպես էներգաբլոկներից մեկը:

Էներգաբլոկը մխոց էր, իսկ դրա բռնկումը պայմանավորված էր բալոնում կայծի առաջացմամբ: Ueիշտ է, գյուտարարի առաջին ստեղծագործությանը անհրաժեշտ էր ձեռքի կայծեր առաջացնել: Ընդամենը երկու տարի անց նա վերջնականապես ավարտեց իր աշխատանքը, և ծնվեց ջրածնի առաջին ինքնաշարժը:

Սակայն այդ ժամանակ զարգացմանը նշանակություն չտրվեց, քանի որ բենզինն այնքան հեշտ չէ ձեռք բերել և պահեստավորել: Lրածնի շարժիչները գործնականում օգտագործվել են Լենինգրադում 1941-ի երկրորդ կեսից շրջափակման ընթացքում: Չնայած պետք է խոստովանենք, որ դրանք բացառապես ջրածնի միավորներ չէին: Սրանք սովորական ԳԱAZ ներքին այրման շարժիչներ էին, միայն նրանց համար վառելիք չկար, բայց այդ ժամանակ շատ գազ կար, քանի որ դրանք վառվում էին փուչիկներով:

80-ականների առաջին կեսին շատ երկրներ, ոչ միայն եվրոպական, այլև Ամերիկան, Ռուսաստանը և Japanապոնիան, ձեռնամուխ եղան փորձերի այս տեսակներին: Այսպիսով, 1982 թ.-ին, Կվանտ գործարանի և RAF ավտոմոբիլային ձեռնարկության համատեղ աշխատանքով, հայտնվեց համակցված շարժիչ, որը աշխատում էր ջրածնի և օդի խառնուրդի վրա, և որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործվում էր 5 կՎտ / ժամ մարտկոց:

Այդ ժամանակից ի վեր տարբեր երկրներ փորձեր են անում «կանաչ» տրանսպորտային միջոցներ մտցնել իրենց մոդելային շարքերում, բայց շատ դեպքերում այդպիսի մեքենաները կա՛մ մնում էին նախատիպերի կատեգորիայում, կա՛մ շատ սահմանափակ թողարկում ունեին:

Ինչպես է այն աշխատում

Քանի որ այսօր այս կատեգորիայի շատ շարժիչներ կան, յուրաքանչյուր դեպքում ջրածնի գործարանը կգործի ըստ իր սկզբունքի: Հաշվի առեք, թե ինչպես է գործում մեկ փոփոխություն, որը կարող է փոխարինել դասական ներքին այրման շարժիչին:

Նման շարժիչի մեջ վառելիքի բջիջները անպայման կօգտագործվեն: Դրանք մի տեսակ գեներատորներ են, որոնք ակտիվացնում են էլեկտրաքիմիական ռեակցիան: Սարքի ներսում ջրածինը օքսիդանում է, իսկ արձագանքի արդյունքն էլեկտրաէներգիա, ջրի գոլորշի և ազոտ է արտանետվում: Ածխածնի երկօքսիդը չի արտանետվում նման տեղադրման մեջ:

Նմանատիպ միավորի վրա հիմնված տրանսպորտային միջոցը նույն էլեկտրական մեքենան է, որի մեջ միայն մարտկոցը շատ ավելի փոքր է: Վառելիքի բջիջը բավականաչափ էներգիա է առաջացնում մեքենաների բոլոր համակարգերը գործարկելու համար: Միակ նախազգուշացումն այն է, որ գործընթացի սկզբից մինչև էներգիայի արտադրությունը կարող է տևել մոտ 2 րոպե: Բայց տեղադրման առավելագույն ելքը սկսվում է համակարգի տաքացումից հետո, ինչը տևում է մեկ քառորդ ժամից մինչև 60 րոպե:

Որպեսզի էլեկտրակայանը զուր չաշխատի, և անհրաժեշտ չէ տրանսպորտը նախապես պատրաստել ուղևորության համար, դրա մեջ տեղադրված է սովորական մարտկոց: Վարելիս այն վերալիցքավորվում է վերականգնման պատճառով, և դա անհրաժեշտ է բացառապես մեքենա գործարկելու համար:

Նման մեքենան հագեցած է տարբեր ծավալների գլանով, որի մեջ ջրածին է մղվում: Կախված վարման ռեժիմից, մեքենայի չափից և էլեկտրական տեղադրման հզորությունից ՝ մեկ կիլոգրամ գազը կարող է բավարար լինել 100 կիլոմետր ճանապարհորդության համար:

Hydրածնային շարժիչի տեսակները

Չնայած ջրածնային շարժիչների մի քանի փոփոխություններ կան, դրանք բոլորը բաժանվում են երկու տեսակի.

• Վառելիքի բջիջով միավորի տեսակը;
• Փոփոխված ներքին այրման շարժիչ, հարմարեցված ջրածնի վրա աշխատելու համար:

Եկեք քննարկենք յուրաքանչյուր տեսակ առանձին `որոնք են դրանց առանձնահատկությունները:

Powerրածնի վառելիքի բջիջների վրա հիմնված էլեկտրակայաններ

Վառելիքի բջիջը հիմնված է մարտկոցի սկզբունքի վրա, որում տեղի է ունենում էլեկտրաքիմիական գործընթաց: Hydրածնի անալոգի միակ տարբերությունը դրա բարձր արդյունավետությունն է (որոշ դեպքերում `ավելի քան 45 տոկոս):

Վառելիքի բջիջը մեկ պալատ է, որի մեջ տեղադրված են երկու տարրեր `կաթոդ և անոդ: Երկու էլեկտրոդները ծածկված են պլատինով (կամ պալադիումով): Նրանց միջեւ թաղանթ է տեղակայված: Այն խոռոչը բաժանում է երկու պալատի: Կաթոդով թթվածին մատակարարվում է խոռոչին, իսկ երկրորդին `ջրածինը:

Արդյունքում առաջանում է քիմիական ռեակցիա, որի արդյունքն է թթվածնի և ջրածնի մոլեկուլների համադրությունը էլեկտրաէներգիայի արտանետման հետ: Գործընթացի կողմնակի ազդեցությունն է `ազատված ջուրն ու ազոտը: Վառելիքի բջիջների էլեկտրոդները միացված են մեքենայի էլեկտրական շղթային, ներառյալ էլեկտրական շարժիչը:

Hydրածնի ներքին այրման շարժիչներ

Այս դեպքում, չնայած շարժիչը կոչվում է ջրածին, այն ունի նույնական կառուցվածք, ինչպես սովորական ICE- ն: Միակ տարբերությունն այն է, որ այրվում է ոչ թե բենզինը կամ պրոպանը, այլ ջրածինը: Եթե ​​մխոցը ջրածնով եք լցնում, ապա կա մեկ խնդիր. Այս գազը կնվազեցնի պայմանական միավորի արդյունավետությունը մոտ 60 տոկոսով:

Ահա ջրածնին անցնելու մի քանի այլ խնդիրներ `առանց շարժիչը արդիականացնելու.

• Երբ HTS- ն սեղմվում է, գազը քիմիական ռեակցիայի մեջ է մտնում այն ​​մետաղի հետ, որից պատրաստվում են այրման պալատը և մխոցը, և դա հաճախ կարող է պատահել նաև շարժիչի յուղի հետ: Դրա պատճառով այրման պալատում առաջանում է մեկ այլ միացություն, որը չի առանձնանում բարձրորակ այրման հատուկ ունակությամբ.
• Այրման պալատի բացերը պետք է կատարյալ լինեն: Եթե ​​ինչ-որ տեղ վառելիքի համակարգը գոնե նվազագույն արտահոսք ունի, տաք օբյեկտների հետ շփման ժամանակ գազը հեշտությամբ կբոցավառվի:

Շարժիչ Honda Clarity- ի համար

Այս պատճառներով ավելի գործնական է ջրածինը որպես վառելիք օգտագործել պտտվող շարժիչներում (որն է դրանց առանձնահատկությունը, կարդացեք) այստեղ) Նման ստորաբաժանումների ընդունման և արտանետման բազմազանությունները տեղակայված են միմյանցից առանձին, ուստի մուտքի գազը չի տաքանում: Եղեք այնպես, ինչպես շարժիչները արդիականացվում են ՝ շրջանցելու ավելի էժան և էկոլոգիապես մաքուր վառելիքի օգտագործման խնդիրները:

Որքա՞ն է վառելիքի բջիջների շահագործման ժամկետը:

Այսօր ամբողջ աշխարհում նման մեքենաները շատ հազվադեպ են, և դրանք դեռ սերիայում չեն, դժվար է ասել, թե էներգիայի այս աղբյուրը ինչ ռեսուրս ունի: Արհեստավորներն այս առումով դեռ փորձ չունեն:

Միակ բանը, որ կարելի է ասել, այն է, որ ըստ Toyota- ի ներկայացուցիչների, իրենց արտադրական մեքենայի վառելիքը `Mirai- ն ունակ է անխափան էներգիա արտադրել մինչև 250 հազար կիլոմետր: Այս նշաձողից հետո դուք պետք է վերահսկեք սարքի արդյունավետությունը: Եթե ​​դրա կատարողականը նկատելիորեն նվազել է, վառելիքի բջիջը փոխվում է լիազորված սպասարկման կենտրոնում: Trueիշտ է, պետք է ակնկալել, որ այս ընթացակարգի համար ընկերությունը կպահանջի արժանապատիվ գումար:

Ո՞ր ընկերություններն են արդեն ջրածնային մեքենաներ պատրաստում կամ պատրաստվում են պատրաստել:

Շատ ընկերություններ զբաղվում են էկոլոգիապես մաքուր էներգաբլոկի մշակմամբ: Ահա ավտո ապրանքանիշերը, որոնց նախագծման բյուրոյում արդեն կան աշխատանքային տարբերակներ, որոնք պատրաստ են շարքի:

• Mercedes-Benz- ը GLC F-Cell քրոսովեր է, որի վաճառքի սկիզբը հայտարարվել է 2018 թվականին, սակայն մինչ այժմ այն ​​ձեռք են բերել Գերմանիայի միայն մի քանի ձեռնարկություններ և նախարարություններ: Վերջերս ցուցադրվեց ջրածնի վառելիքի բջիջների տրակտոր `GenH2,
• Hyundai - Nexo նախատիպը ներկայացվել է երկու տարի առաջ;
• BMW- ն ջրածնի 7 -ի նախատիպն է, որը թողարկվել է հավաքման գծից: 100 օրինականոց խմբաքանակը մնաց փորձնական փուլում, բայց սա արդեն ինչ -որ բան է:

Ֆոնդային մեքենաների շարքում, որոնք հնարավոր է գնել ինչպես Ամերիկայում, այնպես էլ Եվրոպայում, համապատասխանաբար, Toyota- ի և Honda- ի Mirai- ի և Clarity- ի մոդելներն են: Մնացած ընկերությունների համար այս զարգացումը դեռ կա՛մ գծագրության տարբերակում է, կա՛մ որպես ոչ աշխատանքային նախատիպ:

toyota mirai

Honda հստակություն

Որքա՞ն արժի ջրածնով աշխատող մեքենան:

Rogenրածնային մեքենայի արժեքը պատշաճ է: Դրա պատճառը վառելիքի բջիջների (պալադիում կամ պլատին) էլեկտրոդները կազմող թանկարժեք մետաղներն են: Բացի այդ, ժամանակակից մեքենան հագեցած է անթիվ անվտանգության համակարգերով և էլեկտրական տարրերի շահագործման կայունացմամբ, ինչը նույնպես նյութական ռեսուրսներ է պահանջում:

Չնայած նման մեքենայի պահպանումը (մինչ վառելիքի բջիջների փոխարինումը) շատ ավելի թանկ չէ, քան վերջին սերունդների սովորական մեքենան: Երկրներ կան, որոնք հովանավորում են ջրածնի արտադրությունը, բայց նույնիսկ դա հաշվի առնելով ՝ դուք պետք է վճարեք միջինը 11 ու կես դոլար մեկ կիլոգրամ գազի համար: Կախված շարժիչի տեսակից, դա կարող է բավարար լինել մոտ հարյուր կիլոմետր հեռավորության վրա:

Ինչու՞ են ջրածնային մեքենաներն ավելի լավ, քան էլեկտրական մեքենաները:

Եթե ​​դուք վերցնում եք ջրածնի գործարան վառելիքի բջիջներով, ապա այդպիսի մեքենան նույնական կլինի էլեկտրական մեքենային, որը մենք սովոր ենք տեսնել ճանապարհներին: Միակ տարբերությունն այն է, որ էլեկտրական մեքենան լիցքավորվում է ցանցից կամ բենզալցակայանի տերմինալից: Hydրածնի տրանսպորտը ինքնին էլեկտրաէներգիա է առաջացնում:

Ինչ վերաբերում է նման մեքենաների ինքնարժեքին, դրանք ավելի թանկ են: Օրինակ, Tesla- ի հիմնական կազմաձևի մոդելները կարժենան 45 հազար դոլարից: Japanապոնիայից ջրածնի անալոգները կարելի է ձեռք բերել 57 հազար միավորի համար: Մինչդեռ բավարացիները իրենց մեքենաները վաճառում են «կանաչ» վառելիքով 50 XNUMX դոլար գնով:

Հաշվի առնելով գործնականությունը ՝ մեքենան ավելի հեշտ է լցնել բենզինով (կպահանջվի մոտ հինգ րոպե), քան կես ժամ սպասել (արագ լիցքավորմամբ, որը չի թույլատրվում բոլոր տեսակի մարտկոցների համար) կայանատեղիում: Սա ջրածնի բույսերի գումարածն է:

Մեկ այլ գումարած `վառելիքի բջիջները հատկապես կարիք չունեն սպասարկման, և նրանց աշխատանքային կյանքը բավականին մեծ է: Ինչ վերաբերում է էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներին, ապա դրանց հսկայական մարտկոցը կպահանջի փոխարինել մոտ հինգ տարի հետո `այն բանի շնորհիվ, որ այն ունի բազմաթիվ լիցքաթափման ցիկլեր: Frրտահարությունների ժամանակ էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների մարտկոցը լիցքաթափվում է շատ ավելի արագ, քան ամռանը: Բայց ջրածնի օքսիդացման արձագանքի տարրը դրանից չի տուժում և կայունորեն արտադրում է էլեկտրաէներգիա:

Ինչպիսի՞ն են ջրածնային մեքենաների հեռանկարները և ե՞րբ դրանք տեսնելու են ճանապարհին:

Եվրոպայում և ԱՄՆ-ում ջրածնային մեքենան արդեն կարելի է գտնել: Այնուամենայնիվ, նրանք դեռ գտնվում են հետաքրքրասիրության կատեգորիայում: Եվ այսօր շատ հեռանկարներ չկան:

Հիմնական պատճառը, որ տրանսպորտի այս տեսակը շուտով չի լցնի բոլոր երկրների ճանապարհները, արտադրական կարողությունների բացակայությունն է: Նախ անհրաժեշտ է հաստատել ջրածնի արտադրությունը: Ավելին, անհրաժեշտ է հասնել այնպիսի մակարդակի, որ բացի շրջակա միջավայրի բարյացակամությունից, այն նաև վառելիք լինի, որը մատչելի է վարորդների մեծ մասի համար: Բացի այս գազի արտադրությունից, անհրաժեշտ է կազմակերպել դրա փոխադրումը (չնայած դրա համար կարող եք ապահով կերպով օգտագործել մայրուղիները, որոնցով տեղափոխվում է մեթան), ինչպես նաև բազմաթիվ լցակայաններ վերազինել համապատասխան տերմինալներով:

Երկրորդ, յուրաքանչյուր ավտոարտադրող ստիպված կլինի լրջորեն արդիականացնել արտադրական գծերը, ինչը զգալի ներդրումներ է պահանջում: Համաշխարհային համաճարակի բռնկման պատճառով անկայուն տնտեսության պայմաններում քչերն են դիմելու նման ռիսկերի:

Եթե ​​նայեք էլեկտրական տրանսպորտի զարգացման տեմպին, ապա մասսայականացման գործընթացը տեղի ունեցավ շատ արագ: Այնուամենայնիվ, էլեկտրական մեքենաների ժողովրդականության պատճառը վառելիքի վրա խնայողություն կատարելու հնարավորությունն է: Եվ դա հաճախ դա է գնումների առաջին պատճառը, այլ ոչ թե շրջակա միջավայրը պահպանելու համար: Hydրածնի դեպքում հնարավոր չէ գումար խնայել (գոնե հիմա), քանի որ դրա արտադրության վրա շատ ավելի շատ էներգիա է ծախսվում:

Prosրածնային շարժիչների դրական և հիմնական թերությունները

Այսպիսով, եկեք ամփոփենք: Hydրածնի վառելիքի շարժիչների առավելությունները ներառում են հետևյալ գործոնները.

• Էկոլոգիապես մաքուր արտանետում;
• Էներգաբլոկի լուռ աշխատանք (էլեկտրական ձգում);
• Վառելիքի բջիջ օգտագործելու դեպքում հաճախակի սպասարկում չի պահանջվում.
• Արագ լիցքավորում;
• Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների համեմատ, շարժիչային համակարգը և էներգիայի աղբյուրը ավելի կայուն են գործում նույնիսկ սառեցման ջերմաստիճանում:

Չնայած զարգացումը չի կարելի նորույթ անվանել, այնուամենայնիվ, այն դեռևս ունի մի շարք թերություններ, որոնք դրդում են սովորական վարորդին զգուշորեն նայել դրան: Ահա դրանցից մի քանիսը.

• Որպեսզի ջրածինը բռնկվի, այն պետք է լինի գազային վիճակում: Սա որոշակի դժվարություններ է ստեղծում: Օրինակ, լույսի գազերը սեղմելու համար պահանջվում են հատուկ թանկարժեք կոմպրեսորներ: Կա նաև վառելիքի պատշաճ պահպանման և տեղափոխման խնդիր, քանի որ այն խիստ դյուրավառ է.
• Մխոցը, որը տեղադրվելու է մեքենայի վրա, պետք է պարբերաբար ստուգվի: Դրա համար ավտոմոբիլիստը պետք է այցելի մասնագիտացված կենտրոն, և դա լրացուցիչ ծախս է:
• Rogenրածնային մեքենան չի օգտագործում հսկայական մարտկոց, այնուամենայնիվ, տեղադրումը դեռ կշռում է պատշաճ կերպով, ինչը էապես ազդում է մեքենայի դինամիկ բնութագրերի վրա.
• Rogenրածին - բռնկվում է ամենափոքր կայծից, ուստի նման մեքենայի հետ կապված վթարը կուղեկցվի լուրջ պայթյունով: Հաշվի առնելով որոշ վարորդների անպատասխանատու վերաբերմունքը իրենց անվտանգության և ճանապարհային այլ օգտագործողների կյանքի նկատմամբ, այդպիսի տրանսպորտային միջոցները դեռ չեն կարող բաց թողնվել ճանապարհներին:

Հաշվի առնելով մարդկության հետաքրքրությունը մաքուր միջավայրի նկատմամբ, ակնկալվում է, որ առաջընթաց կգրանցվի «կանաչ» տրանսպորտի վերջնականացման հարցում: Բայց երբ դա տեղի ունենա, ժամանակը ցույց կտա:

Միևնույն ժամանակ, դիտեք Toyota Mirai- ի տեսանյութի տեսությունը.

Ապագան ջրածնի վրա՞ Toyota Mirai - Ամբողջական ակնարկ և տեխնիկական բնութագրեր | LiveFEED®

Հարցեր եւ պատասխաններ:

Ինչու է ջրածնային շարժիչը վտանգավոր: Ջրածնի խառնուրդի այրման ժամանակ շարժիչն ավելի շատ է տաքանում, քան բենզինի այրման ժամանակ։ Արդյունքում մեծ է մխոցների, փականների այրման և ագրեգատի գերբեռնվածության հավանականությունը:

Ինչպե՞ս լիցքավորել ջրածնային մեքենան: Նման մեքենան գազային վիճակում (հեղուկ կամ սեղմված գազ) լիցքավորվում է ջրածնով։ Վառելիքը պահելու համար այն սեղմում են մինչև 350-700 մթնոլորտ, իսկ ջերմաստիճանը կարող է հասնել -259 աստիճանի։

Ինչպե՞ս է աշխատում ջրածնի ներքին այրման շարժիչը: Մեքենան համալրված է մի տեսակ մարտկոցով։ Թթվածինն ու ջրածինը անցնում են հատուկ թիթեղներով։ Արդյունքը քիմիական ռեակցիա է ջրի գոլորշիների և էլեկտրականության արտազատմամբ: