WO2015012710A1 - Автомобиль на водороде без водорода на ботру - Google Patents

Автомобиль на водороде без водорода на ботру Download PDF

Info

Publication number
WO2015012710A1
WO2015012710A1 PCT/RU2013/000627 RU2013000627W WO2015012710A1 WO 2015012710 A1 WO2015012710 A1 WO 2015012710A1 RU 2013000627 W RU2013000627 W RU 2013000627W WO 2015012710 A1 WO2015012710 A1 WO 2015012710A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrogen
water
engine
generator
storage tank
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000627
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015012710A8 (ru
Inventor
Вячеслав Николаевич ХОВАНСКИЙ
Александр Леонидович БУРОВ
Вячеслав Васильевич КОЗЛЯКОВ
Валерий Сергеевич ТЕРЩУК
Азат Хасанович ХАЙРИ
Original Assignee
Хайтриб Корпорейшн Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хайтриб Корпорейшн Гмбх filed Critical Хайтриб Корпорейшн Гмбх
Priority to US14/907,154 priority Critical patent/US10260459B2/en
Priority to JP2016529741A priority patent/JP6347835B2/ja
Priority to PCT/RU2013/000627 priority patent/WO2015012710A1/ru
Priority to EP13890244.0A priority patent/EP3025891B1/en
Publication of WO2015012710A1 publication Critical patent/WO2015012710A1/ru
Publication of WO2015012710A8 publication Critical patent/WO2015012710A8/ru

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F02M25/12Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00Apparatus for generating gases
    • B01J7/02Apparatus for generating gases by wet methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K13/00Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units
    • B60K13/04Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units concerning exhaust
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K15/03006Gas tanks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/08Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F01N3/043Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids without contact between liquid and exhaust gases
    • F01N3/046Exhaust manifolds with cooling jacket
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/20Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/22Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K2015/03309Tanks specially adapted for particular fuels
    • B60K2015/03315Tanks specially adapted for particular fuels for hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/22Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a condensation chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/02Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for cooling the device
    • F01N2260/024Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for cooling the device using a liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/10Fuel manifold
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F02B2043/106Hydrogen obtained by electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to environmentally friendly road transport based on the use of energy-accumulating substances (EAS) and can be used not only in transport engineering, but also in power engineering to generate electrical energy using heat engines operating on hydrogen produced from aluminum composites when they interact with water.
  • EAS energy-accumulating substances
  • FIG. 1 The most famous example of a car on hydrogen is a car with a gas generator for the production of hydrogen based on the use of EAS, emit hydrogen during chemical interaction with water [1].
  • Automobile 1 shown in FIG. 1, in which hydrogen generator 3 is installed in the trunk of the engine to supply the piston engine 2 with hydrogen.
  • the design feature of the hydrogen generator 3 is shown in FIG. 2.
  • the hydrogen generator is a batch reactor.
  • the reactor has a cylindrical body with welded bottoms. In the upper bottom there are four fittings: for filling the EAS, water supply, removal of hydrogen and placement of thermocouples. In the bottom there is one fitting for unloading reaction products.
  • the distribution of the liquid in the powder layer is provided by an extensive channel system for its supply, consisting of a vertical channel with a diameter of 8 mm, the height of which in three places has three fittings with a diameter of 6 mm, ending with tips with cylindrical nozzles of 9 pieces with a diameter of 5 mm each.
  • the disadvantage of this generator device is the combination of the capacity of the EAS with the reaction zone, where the whole mass of the EAS participates in the chemical reaction, creating a high excess pressure, which leads to an increase in the mass of the reactor due to the increase in wall thickness. It should also be noted that to obtain the required consumption of hydrogen for powering the internal combustion engine, two reactors 3 are installed in the trunk, which require constant replenishment of their water.
  • SUPV hydrogen supply control system
  • FIG. 3 a hydrogen supply control system (SUPV) to the engine is proposed, which is shown in FIG. 3.
  • SUPV includes control valve solenoid valves 1, electric drive 2, solenoid valve 3, manifold 4, pipes 5, spacer 6, intake manifold 7 and engine 8.
  • SUPV works as follows.
  • the distributor for controlling the solenoid valves 1 by means of an electric drive 2 opens the corresponding solenoid valve 3, through which from the distribution manifold 4 hydrogen flows through pipelines 5 to the intake manifold 7 through spacer 6.
  • the disadvantage of this device is the inability to maintain the required composition of the combustible mixture when changing the mode of operation of the engine depending on the mode of movement of the vehicle.
  • the most environmentally friendly fuel is hydrogen.
  • the molar mass of aluminum M 27 g / mol, which is equal to 0.027 kg / mol.
  • the molar mass of hydrogen consisting of two atoms is 2 g / mol, which is 0.002 kg / mol, and the molar mass of water is 18 g / mol. From here we find that in all these reactions from two aluminum molecules three hydrogen molecules are obtained. This means that in the reaction, out of every 0.054 kg of aluminum and 0.054 water, 0.006 kg of hydrogen is obtained. In the second reaction of aluminum with water to obtain A1203, 0.054 kg of water is also involved. In the first reaction, the amount of water to produce 2A1 (OH) 3 will be two times more.
  • the purpose of this invention is to create an environmentally friendly car on hydrogen, obtained from the EAS, which is equipped with a closed system for supplying the reactor with a hydrogen generator hydrogen, obtained by condensation of water vapor from the exhaust gases, and quick-change cartridges consisting of a cylindrical body and a cover, installed elements in the form of plates of aluminum composites.
  • the car containing the internal combustion engine equipped with a liquid cooling system with a main radiator installed in front of the engine and a hydrogen generator based on the interaction of aluminum composites and water, placed in the trunk, is additionally equipped with an exhaust gas cooling system to autonomously supply the hydrogen generator with water by condensation water vapor in the exhaust gases.
  • the exhaust gas cooling system is connected to the engine exhaust manifold, consisting of an expander, a condenser made in the form of a gas-air heat exchanger and an accumulation tank for collecting condensate water and releasing non-condensed gases.
  • the storage tank through pipelines connected to a hydrogen generator, where
  • the hydrogen generator consists of individual reactors that are staggered in nests on the upper surface of the generator housing, made inside the body in the form of cylinders with an internal smooth surface and external fins, forming a cooling jacket between them, connected to an additional liquid cooling system, equipped with an additional a radiator and an autonomous pump, where an additional radiator is installed in front of the main radiator of the engine cooling system.
  • Individual reactors of the hydrogen generator are made in the form of quick-change cartridges consisting of a cylindrical body and a cover, with hydrogen-generating elements installed inside the body in the form of plates made of aluminum composites, where in the upper part of the body under the cover there are holes for water supply, and in the lower part of the body there is a mesh a filter to collect the reaction products for further processing and a hole for water drainage, and in the lid itself there are holes for the selection of hydrogen, which pipelines are connected to a hydrogen supply manifold to the engine.
  • the engine is equipped with an automatic engine control system that includes a water supply regulator, a hydrogen flow sensor, a hydrogen receiver and a hydrogen supply regulator. Regulation of the supply of the required amount of hydrogen for engine operation, depending on the driving mode of the vehicle, is carried out by automatic control of the water supply control valves. Water is supplied to the cartridges by a stepwise and dosed pumping from the storage tank with flow adjustment by feedback from a hydrogen flow sensor connected to the collector of the hydrogen generator and a regulator feeding it to the engine connected to the hydrogen flow sensor through a hydrogen receiver for leveling pulsations when hydrogen is supplied.
  • FIG. 1 shows the device of a car on hydrogen, selected in The prototype is a car 1, in which a hydrogen generator 3 is installed in the trunk to power a piston internal combustion engine 2 with hydrogen;
  • FIG. 2 shows a constructive section of a hydrogen generator, which is a batch reactor.
  • FIG. 3 shows the control system for supplying hydrogen to the engine, which includes a control valve for controlling solenoid valves 1, an electric drive 2, an electromagnetic valve 3, a distribution manifold 4, pipelines 5, a spacer 6, an intake manifold 7, and an engine 8.
  • FIG. 4 shows a device of a car on hydrogen without hydrogen on board, which consists of a piston engine 1, a main radiator 3 of a liquid engine cooling system, an automatic engine control system 4, a water supply regulator 5, a storage tank 8, an additional radiator 2 of a liquid cooling system of a hydrogen generator 6 , the water supply pump 7 and the exhaust gas cooling system 9 connected to the exhaust manifold 10.
  • FIG. 5 shows a functional diagram of the proposed vehicle equipped with a hydrogen generator, which includes an additional radiator 1 installed in front of the main radiator of the car, designed to cool the hydrogen generator, a piston internal combustion engine 2, exhaust manifold 3, and an expander 4 for condensing the water vapor of the exhaust gases , a hydrogen supply controller 5 to the intake nozzles, a hydrogen receiver 6 designed to reduce hydrogen supply pulsations, an flow sensor and hydrogen 7, condenser 8 of exhaust water vapor, a storage tank of water 9, a pump 10 for circulating coolant of a hydrogen generator, a hydrogen generator 11, quick-change cartridges 12 with plates based on aluminum composites, a water supply pump 13, a water supply regulator 14, a filter a closed water circulation system 15, an engine control system 16 with feedback on the hydrogen flow rate at the generator output, a hydrogen collection manifold 17 from the cartridges, and a circulating water collection manifold 18 through the cartridges.
  • a hydrogen generator which includes an additional radiator 1 installed in front of the main radiator of the car, designed
  • Curve 1 shows the dependence of the volume of released hydrogen at a NaOH concentration of 3.0 g / mol.
  • Curve 2 shows the dependence of the volume of released hydrogen at a NaOH concentration of 0.9 g / mol.
  • FIG. 7 shows a three-dimensional view of a hydrogen generator according to the patent for invention j4 "2407701.
  • FIG. 8 shows the constructive scheme of the hydrogen generator according to the patent for the invention N ° 2407701.
  • FIG. 9 shows the analysis of equivalent voltages of the reactor vessel at a hydrogen pressure of 1 MPa.
  • the implementation of the invention intended for a car on hydrogen is shown in FIG. 4.
  • the car consists of a piston engine 1, equipped with a radiator 3 of the engine cooling system, an automatic control system of the engine 4 for supplying hydrogen to the engine 1, which controls the water supply regulator 5 for producing hydrogen in the generator 6 depending on the vehicle’s driving cycle.
  • the car is equipped with an exhaust gas cooling system 9, which is connected to the exhaust manifold 10 of the engine 1.
  • FIG. 5 The principle of operation of the car is illustrated, presented in FIG. 5 functional diagram.
  • a car on hydrogen works as follows.
  • quick-change cartridges 12 are installed in the hydrogen generator 11.
  • the cartridge 12 is made in a cylindrical case, with hydrogen-generating elements installed inside the case in the form of plates of aluminum composites.
  • a strainer for collecting reaction products and their subsequent processing and a water outlet, which through the collector 18 and the filter of the closed water circulation system 15 enters the collection tank 9.
  • holes are made under the cover through which A distributed and dosed water supply is carried out through the cartridges by the water supply regulator 14.
  • Temperature control in the reaction zone of the generator 11 is carried out by circulating cooling water by the pump 10 through the liquid radiator 1 installed in front of the main radiator of the car.
  • Hydrogen supply controller 5 is distributed its supply to the injectors of the engine intake system 2.
  • the exhaust gas cooling system is connected instead of the standard exhaust system to the exhaust manifold 3, which consists of the expander 4 and the condenser 8, where condensation of water vapor from the exhaust gases occurs, the resulting condensate enters the storage water tank 9, in which the non-condensable gases are produced .
  • the hydrogen generator shown in FIG. 7 is a cylindrical container of the following sizes: 357 mm height, 180 mm diameter, maximum width in the upper part 201 mm.
  • the body (pos. 2) of the gas generator (Fig. 8) is made of stainless steel 300 mm high and 180 mm in diameter.
  • the thickness of the walls according to the technology of 0.6 mm.
  • a tightness in the upper part of the hull is used (it is not in the working drawing, since the safety margin is maintained due to thicker walls).
  • fittings pos. 11
  • On top of the main body will be closed easily removable lid (POS. 3), to which the handle (POS. 10) is welded on top for easy opening, and on the bottom center the fastener (POS. 4,5,6 and 7) for aluminum alloy plates with 10% caustic soda content (activated aluminum) (pos. 9).
  • a rubber gasket (pos. 8) is located between the main body of the tank and the cover to increase the tightness of the gas generator.
  • Plate fastener is made of Teflon or Plexiglas. In the fastening element, grooves 2.5 mm deep and 3 mm wide will be cut into which the plates of activated aluminum are inserted. The main requirements for the fastening element of the plates - ease of processing, low cost of production, the ability to withstand temperatures of more than 100 ° C.
  • Plates of activated aluminum are made of aluminum shavings, powder, sawdust, etc. with the addition to this mass of caustic soda by weight up to 10% of the total. Plates are made by stamping or pressing. Inside the plates should be aluminum frame LZ thin aluminum wire. The main requirements are the uniform distribution of caustic soda over the volume of the plate, the physical resistance of the plate to destruction under the action of pressure and high temperature.
  • the plates have dimensions of 100 mm height, 30 mm width, and 3 mm thickness.
  • the performance of an aluminum alloy is determined by the percentage of caustic soda in aluminum (not less than 10%), as well as the total surface area of the aluminum composite, and the temperature of the water fed to the reactor. Studies show that the higher the temperature of the water, the faster the reaction proceeds, and the greater the amount of hydrogen released in a given amount of time.
  • the hydrogen reactor operates at a pressure of 1.3 atmospheres (0.13 MPa). In the calculation of equivalent voltages, a value of 1 MPa was set, which is 8 times more than the working one. From the calculations in FIG. 9 shows that the maximum stresses are at the openings for fittings. The minimum voltage at the bottom, above, and on the ledge.
  • the system that produces hydrogen through the chemical reaction of water and aluminum composite has several degrees of protection against spontaneous ignition or explosion, as well as from the effects of external factors. Even in the event of a car accident, and, as a result of damage to the reactor, there will be no explosion.
  • the operating pressure in the reactor is 1.3 atmospheres. Due to the immediate consumption of hydrogen produced, it does not accumulate, but immediately burns in the engine or turbine. When the reactor is depressurized, all the water will flow out of it, and the hydrogen will stop produced.
  • This system may exist autonomously. It can be used both on automobiles and on other facilities as an installation for the production of hydrogen. To refuel a car, you only need to replace the cartridge with a composite of aluminum, and remove the spent aluminum hydroxide.
  • Aluminum hydroxide is a valuable raw material and can be used for the re-production of aluminum, or the manufacture of high-strength metal ceramics and parts.
  • the processing of aluminum hydroxide can be achieved through the use of excess capacity of hydro and nuclear power plants, which will make it even cheaper and more cost-effective.
  • the principle of operation of a car with a hydrogen installation is as follows: an aluminum composite cartridge is loaded into the reactor. When the engine starts, the water pump pumps water into the reactor. After that, immediately begins to produce hydrogen, which serves as fuel for the engine. After using up the aluminum composite, the car needs to be refilled. To do this, you need to remove the spent cartridge from the reactor, where the aluminum composite was, to remove the aluminum hydroxide, and insert a new cartridge with an aluminum composite. When refueling a hydrogen car, for safety reasons, the engine must be stopped. When the engine is stopped, water is automatically poured out of the reactor, and the chemical reaction stops.

Abstract

Изобретение относится к экологически чистому автомобилю на основе использования энергоаккумулирующих веществ. Автомобиль содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор водорода, установленный в багажнике, дополнительную систему охлаждения отработавших газов. Двигатель внутреннего сгорания оснащен жидкостной системой охлаждения с основным радиатором. Основной радиатор установлен перед двигателем. Дополнительная система охлаждения отработавших газов обеспечивает автономное снабжение генератора водорода водой за счет конденсации водяных паров в отработавших газах. Система охлаждения отработавших газов подключена к выпускному коллектору двигателя и состоит из расширителя, конденсатора. Конденсатор выполнен в виде газовоздушного теплообменника и накопительного бака для сбора конденсата воды и выпуска неконденсированных газов. Накопительный бак посредством трубопроводов подключен к генератору водорода, где подвод воды к последнему и ее циркуляция для интенсификации процесса выделения водорода осуществляется посредством насоса. Насос установлен внутри накопительного бака. Отвод воды от генератора в накопительный бак осуществляется через фильтр. Фильтр установлен в корпусе генератора. Технический результат заключается в повышении экологичности автомобиля.

Description

АВТОМОБИЛЬ НА ВОДОРОДЕ БЕЗ ВОДОРОДА НА БОРТУ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
(область применения изобретения)
Изобретение относится к экологически чистому автомобильному транспорту на основе использования энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ) и может быть использовано не только в транспортном машиностроении, но и в энергетическом машиностроении для получения электрической энергии с помощью тепловых двигателей, работающих на водороде, получаемом из алюминиевых композитов при взаимодействии их с водой.
2. Уровень техники
(сведения об известных аналогах изобретения с выделением из них аналога, близкого к изобретению (прототипа))
Наиболее известным примером автомобиля на водороде является автомобиль с газогенератором для производства водорода на основе использования ЭАВ, выделяющие водород при химическом взаимодействии с водой [1]. Автомобиль 1, представленный на фиг.1, в котором для питания поршневого двигателя 2 водородом, в багажнике установлен генератор водорода 3. Конструктивная особенность генератора водорода 3 представлена на фиг. 2. Генератор водорода представляет собой реактор периодического действия. Реактор имеет цилиндрический корпус с приваренными днищами. В верхнем днище имеются четыре штуцера: для засыпки ЭАВ, подачи воды, отвода водорода и размещения термопар. В нижнем днище один штуцер для выгрузки продуктов реакции. Распределение жидкости в слое порошка обеспечивается разветленной системой каналов для ее подачи, состоящей из вертикального канала диаметром 8 мм, по высоте которого в трех местах установлены три штуцера диаметром 6 мм, заканчивающиеся наконечниками с цилиндрическими соплами по 9 штук диаметром 5 мм в каждом.
Недостатком данного устройства генератора является совмещение емкости ЭАВ с реакционной зоной, где вся масса ЭАВ участвует в химической реакции, создавая высокое избыточное давление, что приводит к увеличению массы реактора из-за увеличения толщины стенки. Следует отметить также, что для получения необходимого расхода водорода для питания ДВС в багажнике установлены два реактора 3, которые требуют постоянного пополнения их водой.
Для управления подачей водорода в двигатель предложена система управления подачи водорода (СУПВ) в двигатель, представленная на фиг. 3. СУПВ включает в себя распределитель управления электромагнитными клапанами 1, привод электрический 2, электромагнитный клапан 3, коллектор распределительный 4, трубопроводы 5, проставку 6, коллектор впускной 7 и двигатель 8. СУПВ работает следующим образом. В зависимости от очередности наполнения цилиндра двигателя 8, распределитель управления электромагнитными клапанами 1 посредством привода электрического 2 открывает соответствующий электромагнитный клапан 3, через который из коллектора распределительного 4 водород поступает по трубопроводам 5 во впускной коллектор 7 через проставку 6.
Недостатком данного устройства является невозможность поддержания необходимого состава горючей смеси при изменении режима работы двигателя в зависимости от режима движения автомобиля.
3. Раскрытие изобретения
(сведения, раскрывающие суть изобретения)
Самое экологически чистое топливо - водород. Продуктом горения водорода является вода, как видно из уравнения этой химической реакции 2Н2 + 02 = 2Н20. Этот аспект и делает водород самым привлекательным видом топлива для автомобилей из всех существующих топлив на нашей планете.
Итак, при сгорании 1 кг Н2 выделяется 9 кг водяных паров. Известные технические решения устройства автомобилей, использующих ЭАВ, предполагают наличие запаса воды на борту автомобиля, что существенно увеличивает его массу. Например, для получения водорода из алюминия можно использовать свойство алюминия взаимодействовать с неконцентрированными кислотами:
соляной - 2А1 + 6НС1 = 2А1С13 + ЗН2;
серной - 2А1 + 3H2S04 = A12(S04)3 + ЗН2;
или с щелочами: 2А1 + 2NaOH + 2Н20 = 2NaA102 + ЗН2,
а при определённых условиях и с водой
2А1 + 6Н20 = 2А1(ОН)3 + ЗН2
или
2AI + ЗН20 = А1203 + ЗН2.
Известно, что молярная масса алюминия М=27 г/моль, что равно 0,027 кг/моль. Молярная масса водорода, состоящего из двух атомов составляет 2г/моль, что равно 0,002 кг/моль и молярная масса воды равна 18 г/моль. Отсюда получаем, что во всех этих реакциях из двух молекул алюминия получается три молекулы водорода. Значит, в реакции из каждых 0,054 кг алюминия и 0,054 воды получается 0,006 кг водорода. Во второй реакции алюминия с водой для получения А1203 также участвует 0,054 кг воды. В первой реакции количество воды для получения 2А1(ОН)3 будет участвовать в два раза больше. Несложными вычислениями получаем, что при химических реакциях с участием 1 кг алюминия и как минимум 1 кг воды получаем 0,111 кг водорода, объём которого при нормальных условиях составит 1,24 мЗ. Теперь посчитаем энергетическую ценность полученного водорода. Теплота сгорания водорода составляет 120 МДж/кг. Для полученного количества водорода количество энергии при его сгорании составит 13,32 МДж, что после перевода в более наглядные единицы измерения составит 3,7 кВт.ч. энергии. Если теплота сгорания бензина в среднем составляет 46 МДж/кг, то для замены энергии водорода, полученной из 1 кг алюминия понадобится 0,296 кг бензина.
Из этого следует, что для получения 1 кг Н2 эквивалентного 2,67 кг бензина необходимо 9 кг алюминия и минимум 9 кг воды, т.е. при сгорании водорода в двигателе образуется такое же количество воды (водяных паров), что и для его получения.
Целью данного изобретения является создание экологически чистого автомобиля на водороде, получаемого из ЭАВ, который оснащен замкнутой системой снабжения водой реактора генератора водорода, получаемой при конденсации водяных паров из отработавших газов, и быстрозаменяемыми картриджами, состоящие из цилиндрического корпуса и крышки, с установленными внутри корпуса водородогенерирующими элементами в виде пластин из алюминиевых композитов.
Указанная цель достигается следующим образом.
Автомобиль, содержащий двигатель внутреннего сгорания, оснащенный жидкостной системой охлаждения с основным радиатором, установленным перед двигателем и генератор водорода, работающий на основе взаимодействия алюминиевых композитов и воды, размещенный в багажнике, дополнительно снабжен системой охлаждения отработавших газов для автономного снабжения генератора водорода водой за счет конденсации водяных паров в отработавших газах. Система охлаждения отработавших газов подключена к выпускному коллектору двигателя, состоящая из расширителя, конденсатора, выполненного в виде газовоздушного теплообменника и накопительного бака для сбора конденсата воды и выпуска неконденсированных газов. Накопительный бак посредством трубопроводов подключен к генератору водорода, где
з подвод воды к последнему и ее циркуляция для интенсификации процесса вьщеления водорода осуществляется посредством насоса, установленного внутри накопительного бака, а отвод воды от генератора в накопительный бак, осуществляется через фильтр, установленный в корпусе генератора.
Генератор водорода состоит из индивидуальных реакторов, которые установлены в шахматном порядке в гнезда на верхней поверхности корпуса генератора, выполненные внутри корпуса в виде цилиндров с внутренней гладкой поверхностью и с внешним оребрением, образующие рубашку охлаждения между ними, подключенную к дополнительной жидкостной системе охлаждения, оснащенную дополнительным радиатором и автономным насосом, где дополнительный радиатор установлен перед основным радиатором системы охлаждения двигателя.
Индивидуальные реакторы генератора водорода выполнены в виде быстрозаменяемых картриджей, состоящих из цилиндрического корпуса и крышки, с установленными внутри корпуса водородогенерирующими элементами в виде пластин из алюминиевых композитов, где в верхней части корпуса под крышкой выполнены отверстия для подачи воды, а в нижней части корпуса установлен сетчатый фильтр для сбора продуктов реакции для их последующей переработки и отверстия для отвода воды, а в самой крышке выполнены отверстия для отбора водорода, которые посредством трубопроводов соединены с коллектором подачи водорода к двигателю.
Двигатель оснащен системой автоматического управления двигателем, включающей регулятор подачи воды, датчик расхода водорода, ресивер водорода и регулятор подачи водорода. Регулирование подачи необходимого количества водорода для работы двигателя в зависимости от режима движения автомобиля осуществляется посредством автоматического управления клапанами регулятора подачи воды. Подача воды к картриджам производится путем ступенчатой и дозированной подачей насосом из накопительного бака с корректировкой расхода посредством обратной связи от датчика расхода водорода, подключенного к коллектору генератора водорода и регулятора подачи его в двигатель, соединенного с датчиком расхода водорода через ресивер водорода, служащий для выравнивания пульсаций при, подаче водорода.
4. Краткое описание чертежей
(приводится перечень фигур с краткими пояснениями того, что на каждой из них изображено)
На фиг. 1 представлено устройство автомобиля на водороде, выбранного в качестве прототипа - автомобиль 1, в котором для питания поршневого двигателя внутреннего сгорания 2 водородом, в багажнике установлен генератор водорода 3.
На фиг. 2 представлен конструктивный разрез генератора водорода, который представляет собой реактор периодического действия.
На фиг. 3 представлена система управления подачи водорода в двигатель, которая включает в себя распределитель управления электромагнитными клапанами 1, привод электрический 2, электромагнитный клапан 3, коллектор распределительный 4, трубопроводы 5, проставку 6, коллектор впускной 7 и двигатель 8.
На фиг. 4 представлено устройство автомобиля на водороде без водорода на борту, которое состоит из поршневого двигателя 1, основного радиатора 3 жидкостной системы охлаждения двигателя, системы автоматического управления двигателем 4, регулятора подачи воды 5, накопительного бака 8, дополнительного радиатора 2 жидкостной системы охлаждения генератора водорода 6, насоса подачи воды 7 и системы охлаждения отработавших газов 9, подключенной к выпускному коллектору 10.
На фиг. 5 представлена функциональная схема предлагаемого устройства автомобиля, оснащенного генератором водорода, которая включает в себя дополнительный радиатор 1, установленный перед основным радиатором автомобиля, предназначенный для охлаждения генератора водорода, поршневой двигатель внутреннего сгорания 2, выпускной коллектор 3, расширитель 4 для конденсации водяных паров отработавших газов, регулятор 5 подачи водорода к форсункам впускной системы, ресивер водорода 6, предназначенный для снижения пульсаций подачи водорода, датчик расхода водорода 7, конденсатор 8 водяных паров отработавших газов, накопительный бак воды 9, насос 10 для циркуляции охлаждающей жидкости генератора водорода, генератор водорода 11, быстрозаменяемые картриджи 12 с пластинами на основе алюминиевых композитов, насос подачи воды 13, регулятор подачи воды 14, фильтр замкнутой системы циркуляции воды 15, система управления двигателем 16 с обратной связью по расходу водорода на выходе генератора, коллектор сбора водорода 17 от картриджей и коллектор 18 сбора циркулирующей воды через картриджи.
На фиг. 6 представлена зависимость объема выделившегося водорода от времени при Т=25С. Кривая 1 показывает зависимость объема выделившегося водорода при концентрации NaOH равной 3.0 г/моль. Кривая 2 показьшает зависимость объема выделившегося водорода при концентрации NaOH равной 0.9 г/моль.
На фиг. 7 представлен трехмерный вид генератора водорода по патенту на изобретение j4» 2407701.
На фиг. 8 представлена конструктивная схема генератора водорода по патенту на изобретение N° 2407701.
На фиг. 9 представлен анализ эквивалентных напряжений корпуса реактора при значении давления водорода равным 1 МПа.
5. Осуществление изобретения
(как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного назначения)
Реализация изобретения, предназначенного для автомобиля на водороде, представлена на фиг. 4. Автомобиль состоит из поршневого двигателя 1, оснащенного радиатором 3 системы охлаждения двигателя, системы автоматического управления двигателем 4 для подачи водорода в двигатель 1, которая управляет регулятором подачи воды 5 для получения водорода в генераторе 6 в зависимости от цикла движения автомобиля. Автомобиль оснащен системой охлаждения отработавших газов 9, которая подключена к выпускному коллектору 10 двигателя 1. В результате конденсации водяного пара, конденсат поступает в накопительный бак 8, где насосом подачи воды 7 через регулятор подачи воды 5 поступает в генератор водорода 6.
Принцип работы автомобиля поясняется, представленной на фиг. 5 функциональной схемой. Автомобиль на водороде работает следующим образом.
Перед началом эксплуатации автомобиля в генератор водорода 11 устанавливаются быстрозаменяемые картриджи 12. Картридж 12 выполнен в цилиндрическом корпусе, с установленными внутри корпуса водородогенерирующими элементами в виде пластин из алюминиевых композитов. В нижней части корпуса картриджа установлен сетчатый фильтр для сбора продуктов реакции и их последующей переработки и отверстия для отвода воды, которая через коллектор 18 и фильтр замкнутой системы циркуляции воды 15 поступает в накопительный бак 9. В верхней части корпуса под крышкой выполнены отверстия, через которые осуществляется распределенная и дозированная подача воды по картриджам регулятором подачи воды 14. При поступлении воды в картриджи начинается выработка водорода, который через специальные отверстия в крышке поступает в коллектор 17, где через датчик расхода водорода 7 поступает в ресивер водорода 6. В ресивере водорода 6 сглаживаются пульсации ступенчатой подачи водорода. Датчик расхода водорода 7 осуществляет обратную связь подачи воды в генератор 11 через систему управления двигателем 16 и регулятор подачи воды 14 посредством насоса 13.
Регулирование температуры в реакционной зоне генератора 11 осуществляется посредством циркуляции охлаждающей воды насосом 10 через радиатор жидкостный 1 , установленный перед основным радиатором автомобиля. Регулятором подачи водорода 5 осуществляется распределенная его подача к форсункам впускной системы двигателя 2.
Система охлаждения отработавших газов подключена вместо штатной системы выпуска отработавших газов к выпускному коллектору 3, которая состоит из расширителя 4 и конденсатора 8, где происходит конденсация водяных паров из отработавших газов, полученный конденсат поступает в накопительный бак воды 9, в котором производится и выпуск неконденсируемых газов.
Для указанных целей разработан сплав алюминия и едкого натра, благодаря которому оксидная плёнка на поверхности алюминия растворяется, и к поверхности алюминия открыт доступ для воды [2]. В качестве растворителя в данном сплаве используется щёлочь, а именно едкий натр (NaOH)
2А1 + 2NaOH + 10Н2О = 2Na[Al(OH)4(H20)2] + ЗН2.
Зависимость скорости выделения водорода от концентрации NaOH в растворе исследовали на образцах сплава алюминия следующего состава: А1 - 97,96 %; Си - 1 ,49 %; Мп - 0,53 %. В качестве примера на фиг. 6 приведены зависимости объема выделившегося водорода от времени. Эта зависимость была изучена на двух концентрациях NaOH. Было приготовлено два раствора с концентрациями NaOH 0,9 моль/л (мольные соотношения Al:NaOH=6:l) и 3 моль/л (мольные соотношения Al:NaOH=l :1). Температуру в реакторе поддерживали постоянной, равной 25°С.
Для вышеуказанного сплава был разработан экспериментальный газогенератор, который может производить до 700 л. водорода в час, на протяжении 8-и часов [3]. Генератор водорода, показанный на фиг. 7 представляет собой цилиндрическую ёмкость следующих размеров: 357 мм высота, 180 мм диаметр, максимальная ширина в верхней части 201 мм.
Корпус (поз. 2) газогенератора (фиг. 8) изготавливается из нержавеющей стали 300 мм высотой и 180 мм в диаметре. Толщина стенок по технологии 0,6 мм. Для усиления корпуса использована вьтуклость в верхней части корпуса (в рабочем чертеже отсутствует, т.к. запас прочности удерживается за счёт более толстых стенок). В корпусе имеются 4 отверстия, для последующего присоединения штуцеров (поз. 11) рабочего диаметра 1/2 дюйма. Сверху основной корпус будет закрывается легкосъемной крышкой (поз. 3), к которой приварены сверху ручка (поз. 10) для удобства открывания, а снизу по центру крепёжный элемент (поз. 4,5,6 и 7) для пластин из алюминиевого сплава с 10% содержанием едкого натра (активированный алюминий) (поз. 9).
Между основным корпусом бака и крышкой находится резиновая прокладка (поз. 8) для повышения герметичности газогенератора. Крепёжный элемент для пластин изготавливается из тефлона или оргстекла. В крепёжном элементе будут прорезаны пазы глубиной 2,5 мм и шириной 3 мм, в которые вставляются пластины активированного алюминия. Основные требования к крепёжному элементу пластин - лёгкость в обработке, дешевизна производства, способность выдержать температуру более 100 °С.
Пластины активированного алюминия изготавливаются из алюминиевой стружки, пудры, опилок и т.д. с добавлением в данную массу едкого натра по массе до 10% от общего количества. Пластины изготавливаются методом штамповки либо прессования. Внутри пластин должен находиться алюминиевый каркас лз тонкой алюминиевой проволоки. Основные требования - равномерность распределения едкого натра по объёму пластины, физическая устойчивость пластины к разрушению под действием давления и высокой температуры. Пластины имеют размеры 100 мм высота, 30 мм ширина, и 3 мм толщина.
Производительность алюминиевого сплава обуславливается процентным содержанием едкого натра в алюминии (не менее 10%), а также общей площадью поверхности композита алюминия, и температурой воды, подаваемой в реактор. Исследования показывают, что чем выше температура воды, тем быстрее протекает реакция, и тем большее количество водорода выделяется за заданное количество времени.
Реактор водорода работает при давлении 1,3 атмосферы (0,13 МПа). В расчете эквивалентных напряжений задавалось значение 1 МПа, что в 8 раз больше рабочего. Из расчетов на фиг. 9 видно, что максимальные напряжения находятся у отверстий для штуцеров. Минимальные напряжения у дна, сверху, и на выступе.
Система, производящая водород путём химической реакции воды и композита алюминия, имеет несколько степеней защиты от самопроизвольного возгорания или взрыва, а также от воздействия внешних факторов. Даже в случаи аварии автомобиля, и, как следствие повреждения реактора, не произойдет никакого взрыва. Рабочее давление в реакторе 1,3 атмосферы. Благодаря немедленному потреблению производимого водорода, он не скапливается, а сразу же сгорает в ДВС или на турбине. При разгерметизации реактора, из него вытечет вся вода, и водород перестанет вырабатываться.
Данная система может существовать автономно. Она может применяться как на автомобилях, так и на других объектах в качестве установки для производства водорода. Для заправки автомобиля необходимо лишь заменять картридж с композитом алюминия, и извлекать отработанную гидроокись алюминия.
Гидроокись алюминия является ценнейшим сырьём и может быть использована для повторного производства алюминия, или изготовления высокопрочных металл окерамических изделий и деталей. Переработка гидроокиси алюминия может осуществляться за счёт использования избыточных мощностей гидро- и атомных электростанций, что сделает её ещё более дешёвой и экономически выгодной.
Принцип работы автомобиля с водородной установкой заключается в следующем: в реактор загружается картридж композита алюминия. При запуске двигателя водяной насос закачивает воду в реактор. После этого немедленно начинает вырабатываться водород, который служит топливом для двигателя. После израсходования композита алюминия автомобиль необходимо заправить. Для этого требуется извлечь из реактора отработанный картридж, где находился композит алюминия, извлечь гидроокись алюминия, и вставить новый картридж с композитом алюминия. При заправке водородного автомобиля, в целях безопасности двигатель должен быть остановлен. При остановке двигателя, вода автоматически выливается из реактора, и химическая реакция прекращается.
Результаты представлены по научно-исследовательской работе, которая выполнена в рамках ФЦП Роснауки по Государственному контракту N° 02.516.11.6116 «Исследование и разработка технологий производства водорода на основе активированных алюминиевых композитов без редкоземельных металлов для энергетических установок».
Список использованных источников:
1. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев: Наукова думка, 1980. - С. 79-105 с.
2. Композит на основе алюминия для генерирования водорода и способ его получения. Патент на изобретение JTs 2410325, МПК С01ВЗ/08, Опубл. 27.01.2011, Бюл. Jfe 3.
3. Генератор для производства водорода. Патент на изобретение N° 2407701, МПК С01ВЗ/08, B01J/02, Опубл. 27.12.2010, Бюл. JNb 36.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Автомобиль, содержащий двигатель внутреннего сгорания, оснащенный жидкостной системой охлаждения с основным радиатором, установленным перед двигателем и генератор водорода, работающий на основе взаимодействия алюминиевых композитов и воды, размещенный в багажнике, отличающийся тем, что автомобиль дополнительно снабжен системой охлаждения отработавших газов для автономного снабжения генератора водорода водой за счет конденсации водяных паров в отработавших газах, которая подключена к выпускному коллектору двигателя, состоящей из расширителя, конденсатора, выполненного в виде газовоздушного теплообменника и накопительного бака для сбора конденсата воды и выпуска неконденсированных газов, который посредством трубопроводов подключен к генератору водорода, где подвод воды к последнему и ее циркуляция для интенсификации процесса выделения водорода осуществляется посредством насоса, установленного внутри накопительного бака, а отвод воды от генератора в накопительный бак, осуществляется через фильтр, установленный в корпусе генератора.
2. Автомобиль по п. 1, отличающийся тем, что генератор водорода состоит из индивидуальных реакторов, которые установлены в шахматном порядке в гнезда на верхней поверхности корпуса генератора, выполненные внутри корпуса в виде цилиндров с внутренней гладкой поверхностью и с внешним оребрением, образующим рубашку охлаждения между ними, подключенную к дополнительной жидкостной системе охлаждения, оснащенной дополнительным радиатором и автономным насосом, где дополнительный радиатор установлен перед основным радиатором системы охлаждения двигателя.
3. Автомобиль по п. 1, отличающийся тем, что генератор водорода оснащен индивидуальными реакторами, выполненными в виде быстрозаменяемых картриджей, состоящих из цилиндрического корпуса и крышки, с установленными внутри корпуса водородогенерирующими элементами в виде пластин из алюминиевых композитов, где в верхней части корпуса под крышкой выполнены отверстия для подачи воды, а в нижней части корпуса установлен
ю сетчатый фильтр для сбора продуктов реакции для их последующей переработки и отверстия для отвода воды, а в самой крышке выполнены отверстия для отбора водорода, которые посредством трубопроводов соединены с коллектором подачи водорода к двигателю.
4. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что двигатель оснащен системой автоматического управления двигателем, включающей регулятор подачи воды, датчик расхода водорода, ресивер водорода и регулятор подачи водорода, где регулирование подачи необходимого количества водорода для работы двигателя в зависимости от режима движения автомобиля осуществляется посредством автоматического управления клапанами регулятора подачи воды путем ступенчатой и дозированной подачи воды к картриджам насосом из накопительного бака с корректировкой расхода посредством обратной связи от датчика расхода водорода, подключенного к коллектору генератора водорода и регулятора подачи его в двигатель, соединенного с датчиком расхода водорода через ресивер водорода, служащий для выравнивания пульсаций при подаче водорода.
PCT/RU2013/000627 2013-07-22 2013-07-22 Автомобиль на водороде без водорода на ботру WO2015012710A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/907,154 US10260459B2 (en) 2013-07-22 2013-07-22 Hydrogen motor vehicle without hydrogen on board
JP2016529741A JP6347835B2 (ja) 2013-07-22 2013-07-22 車内に水素を搭載する必要のない水素走行車
PCT/RU2013/000627 WO2015012710A1 (ru) 2013-07-22 2013-07-22 Автомобиль на водороде без водорода на ботру
EP13890244.0A EP3025891B1 (en) 2013-07-22 2013-07-22 Car run on hydrogen without hydrogen on board

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000627 WO2015012710A1 (ru) 2013-07-22 2013-07-22 Автомобиль на водороде без водорода на ботру

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015012710A1 true WO2015012710A1 (ru) 2015-01-29
WO2015012710A8 WO2015012710A8 (ru) 2016-02-11

Family

ID=52393608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000627 WO2015012710A1 (ru) 2013-07-22 2013-07-22 Автомобиль на водороде без водорода на ботру

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10260459B2 (ru)
EP (1) EP3025891B1 (ru)
JP (1) JP6347835B2 (ru)
WO (1) WO2015012710A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017128498A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 楊中▲リョウ▼ 水素・酸素分離式エネルギー生成システム

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113931765B (zh) * 2021-09-01 2022-07-15 广西科技大学 一种汽车动力节能装置
WO2023136823A1 (en) * 2022-01-13 2023-07-20 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Energy conversion system with a continuous-flow metal-water reactor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001159372A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Takeshi Hatanaka 水素燃焼エンジンシステム、これにより駆動される車輌およびハイブリッド車輌
US20020070124A1 (en) * 1997-12-16 2002-06-13 Andrews Craig C. Water sources for automotive electrolyzers
US20070205111A1 (en) * 2005-10-31 2007-09-06 Nanscopic Technologies, Inc. Apparatus And Method For Producing Hydrogen
RU2407701C2 (ru) 2008-10-27 2010-12-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран Генератор для производства водорода
RU2410325C2 (ru) 2007-12-29 2011-01-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран Композит на основе алюминия для генерирования водорода и способ его получения

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3608660A (en) * 1969-02-03 1971-09-28 Combustion Power Smog-free automobile and method of operating same
JPH05302549A (ja) * 1992-04-27 1993-11-16 Aqueous Res:Kk エンジン駆動システム
US6332434B1 (en) * 1998-06-29 2001-12-25 Fatpower Inc. Hydrogen generating apparatus and components therefor
KR100434940B1 (ko) 2000-12-12 2004-06-10 한국기계연구원 저온 플라즈마 및 유전열을 이용하여 유해가스를 처리하기위한 촉매 반응기 및 그 처리방법
JP4203293B2 (ja) 2002-09-30 2008-12-24 本田技研工業株式会社 水素発生装置および水素発生装置を搭載した自動車
US7524342B2 (en) 2002-10-29 2009-04-28 William J. Brinkley, III Method and apparatus for generating hydrogen gas on demand from water with recovery of water and complete recycling of consumable material
US7040088B2 (en) * 2002-12-20 2006-05-09 Raymond Paul Covit Diesel engine exhaust purification system
JP2007191001A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Toyota Motor Corp 車両用冷却装置
US7951349B2 (en) 2006-05-08 2011-05-31 The California Institute Of Technology Method and system for storing and generating hydrogen
JP2009159802A (ja) * 2007-12-28 2009-07-16 Kobelco Kaken:Kk 自動車および燃料ステーション
US8671684B2 (en) * 2008-04-16 2014-03-18 Donald E. Moriarty Partially self-refueling zero emissions system
JP2009281200A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Toyota Motor Corp 水素エンジンを搭載した車両の制御装置
JP2010073325A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Enepakkusu:Kk 水素発生装置、燃料電池および発電システム
US8336508B2 (en) * 2008-09-17 2012-12-25 Timothy Huttner System and method for use with a combustion engine
US8424496B2 (en) * 2009-02-03 2013-04-23 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for starting a vehicle engine
US20110138793A1 (en) 2009-03-24 2011-06-16 Coletta Timothy C Internal combustion engine having a water injection system effective for improving fuel usage
JP5035358B2 (ja) * 2010-02-01 2012-09-26 株式会社日立製作所 エンジンシステム
JP2012046103A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Honda Motor Co Ltd 水素エネルギー車両

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020070124A1 (en) * 1997-12-16 2002-06-13 Andrews Craig C. Water sources for automotive electrolyzers
JP2001159372A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Takeshi Hatanaka 水素燃焼エンジンシステム、これにより駆動される車輌およびハイブリッド車輌
US20070205111A1 (en) * 2005-10-31 2007-09-06 Nanscopic Technologies, Inc. Apparatus And Method For Producing Hydrogen
RU2410325C2 (ru) 2007-12-29 2011-01-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран Композит на основе алюминия для генерирования водорода и способ его получения
RU2407701C2 (ru) 2008-10-27 2010-12-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран Генератор для производства водорода

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3025891A4
VARSHAVSKY I.L., ENERGY ACCUMULATING SUBSTANCES AND THEIR USE, 1980, pages 79 - 105

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017128498A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 楊中▲リョウ▼ 水素・酸素分離式エネルギー生成システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015012710A8 (ru) 2016-02-11
JP2016529436A (ja) 2016-09-23
US20160169163A1 (en) 2016-06-16
EP3025891B1 (en) 2020-10-07
EP3025891A4 (en) 2017-03-01
EP3025891A1 (en) 2016-06-01
JP6347835B2 (ja) 2018-06-27
US10260459B2 (en) 2019-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7951349B2 (en) Method and system for storing and generating hydrogen
US20070039815A1 (en) Hydrogen Energy Systems
US10329675B2 (en) Electrochemical reactor for producing oxyhydrogen gas
CN204118188U (zh) 集成式氢能制取存储和循环利用设备
Marques et al. Gibbs free energy (ΔG) analysis for the NaOH (sodium-oxygen-hydrogen) thermochemical water splitting cycle
US8984881B1 (en) Steam engine powered hydrogen oxygen generation system for an internal combustion engine
CN102300804A (zh) 用于制氢的方法、装置和燃料
WO2015012710A1 (ru) Автомобиль на водороде без водорода на ботру
CN102597327A (zh) 氢和氧的混合气体产生装置和使用该装置的内燃机
WO2014160301A1 (en) Method and apparatus for generating hydrogen from metal
KR20130100055A (ko) 재활용 액체 금속 시약을 이용한 조정된 요청 원위치 수소 발생 시스템 및 본 시스템에 사용된 방법
JP2009203456A (ja) 水電解ガス混合燃料の生成装置及び生成方法
CN102052196A (zh) 一种电控内燃机混合燃料能量高效利用方法及其装置
HUT69861A (en) Dviring device for using hydrogen and/or other gas or gasified fuel
CN104564438A (zh) 高热效醇类发电机组
CN105863764B (zh) 一种联合热力循环系统的方法
EP4114559A1 (en) Conversion of supercritical water energy into electrical power
JP3912978B2 (ja) 水素貯蔵・供給システムおよび水素貯蔵・供給装置ならびに水素貯蔵・供給用触媒
CN111525165A (zh) 一种用于固体氢生氢装置的氢气提纯过滤装置
CN102153048A (zh) 一种铝基复合物常温下连续可控制氢装置
AU2008314315A2 (en) Thermohydraulic method for increasing the pressure of diverse working fluids and application thereof
CN213924038U (zh) 一种缓压进水产氢系统
CN210366975U (zh) 一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器
RU2544652C2 (ru) Способ генерации водорода
RU104384U1 (ru) Энергоустановка с генератором водорода

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13890244

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016529741

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14907154

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013890244

Country of ref document: EP