Водородный генератор для автомобиля / Hydrogen generator for car

Водородный генератор-это вид оборудования, при правильной установке которого можно снизить расхода топлива мотоцикла, легкового или грузового автомобиля, а также сократить количество вредных выбросов в атмосферу. При помощи батареи питания и генератора постоянного тока вода разлагается на кислород и водородный газ (HHO), который попадает в двигатель и потом выделяется в атмосферу. HHO улучшает качество сгорания топлива в цилиндре двигателя, увеличивает мощность автомобиля, очищает старые двигатели от отложений кокса, снижает количество вредных выбросов и расход топлива от 25%. Такой водородный генератор не трудно сделать самому, и детали стоят не слишком дорого.

Работу генератора можно оценить положительно, если он производит от 1.7 до 2.0 литров HHO газа в минуту при соответствующей токовой нагрузке.

Предупреждение: Если Вы решили использовать водородный генератор, Вы полностью несете за это ответственность. Ни сайт, ни автор этой статьи не несут ответственность за причиненный при использовании водородного генератора ущерб. Относительную безопасность при работе с генератором данного образца можно гарантировать только при условии, что Вы будете следовать нашим инструкциям. Только Вы несёте ответственность при работе с генератором.
Обеспечение безопасности
Прежде чем мы опишем принцип сборки генератора, Вы должны точно представлять себе, в каких целях Вы собираетесь использовать генератор.Если Вы решили сделать себе просто очень экономный транспорт прочтите статьювнимательно. Во-первых, HHO газ взрывоопасен. Если бы газ не имел этого свойства, он не способствовал бы снижению количества топлива на единицу пробега Вашего транспортного средства. Обращение с HHO газом требует внимательности и осторожности. Нужно точно убедиться, что газ поступает именно в двигатель и никуда более. Для этого нужно помнить несколько основных моментов. Во – первых, генератор должен производить водород, только когда двигатель запущен. Чтобы предотвратить аварийные ситуации, следует отключать питание от генератора. Однако, наличие устройства ручной системы переключений «включить/выключить» недостаточно , когда речь идёт о безопасности- можно забыть выключить подачу газа в двигатель. В этот момент генератор будет производить газ, который будет поступать в заглушенный двигатель. Когда мотор выключен, вы должны быть уверены, что генератор тоже выключен. Вместо того, чтобы напрямую соединить генератор и замок зажигания рекомендуется соединить стандартное автомобильное реле и датчик давления масла , тогда всё напряжение пойдёт на реле. Электропитание топливного насоса отключается автоматически, когда ключ зажигания отключен, это позволяет отключить питание от генератора.

На данном рисунке показано соединение HHO генератора. Между аккумулятором и проводкой устанавливается плавкий предохранитель или выключатель.

Вы можете использовать выключатель и светодиодный индикатор в сочетании с токоограничивающим резистором номиналом 680 Ом, индикатор может быть подключён напрямую к выключателю. Индикатор должен быть установлен внутри машины на передней панели машины.
Т.к контакты нормально замкнуты , они шунтируют светодиод , и поэтому он не горит. Если выключатель выключен, тогда лампочка индикатора будет загораться, чтобы показать, что выключатель работает.
Вы может видеть, что в генераторе содержатся металлические пластины, и электричество, проходя между пластинами через воду внутри генератора, вызывает реакцию трансформации воды в газ HHO. Одним из самых важных предохранительных устройств является барбарер (водяной клапан).

Здесь представлена модель сборки барборера. В нём находится емкость для воды. ННО газ проходит через дно барборерра и выходит на поверхность, газ скапливается на поверхности воды и затем поступает в двигатель через выпускную трубу, находящуюся над поверхностью воды. Чтобы предотвратить возможность попадания газа в двигатель, когда он выключен или охлаждается, в трубку между генератором и барборером устанавливается проточный клапан. Если в двигателе возникло возгорание, барборер препятствует распространению огня обратно через трубку и возгоранию газа в генераторе. Если генератор сделан с плотно закрытой, а не закручивающейся крышкой, то когда произойдёт возгорание газа и огонь пойдёт обратно в генератор, тогда он только выбьет крышку барборера и пламя остановится.
Барборерр –это дешёвое, простое устройство, которое следует установить. Он также позволяет освободить газ от испарений электролита, перед тем, как газ попадёт в двигатель.
Вы должны заметить, что провода, идущие к пластинам внутри электролизёра, соединяются ниже ватерлинии (линии уровня воды)внутри генератора. Это сделано , для того чтобы снизить возможность саморазьединения соединений при работе устройства и появления искрового заряда в заполненном HHOгазом пространстве выше уровня воды, соединение должно находится ниже ватерлинии настолько , насколько это возможно, чтобы предотвратить опасную ситуацию.

Водородный генератор сделан из полихлорвиниловой (PVC )трубы диаметром 10 см, двух крышек, нескольких металлических пластин, лент и других частей. Почти каждый может справиться со сборкой такого водородного генератора. Пластиковая трубка присоединяется к внешней стороне генератора, чтобы показывать уровень воды внутри генератора. Другое приспособление –это вставка, которая просматривается через барборер , она присоединяется к генератору и показывает движение газа из генератора.

Сборка барборера
В генераторе используется крепление из нержавеющей электростали, которое вы можете приобрести в любом магазине бытовой техники, и полоски (лента) из нержавеющей стали. Вы можете нарезать полоски из листа металла, Вы также можете вырезать их из ручек столовых приборов.

Пластины обшивки скреплены в группу из 8 близко расположенных пар. Вам нужно просверлить отверстия до диаметра, который подойдёт к размеру нейлоновых болтов.
Активные поверхности пластин – поверхности, которые находятся на расстоянии 1.6 миллиметра друг от друга, следует отшлифовать наждачной бумагой. Для этого поверхности расчерчены по x-образцу (шаблону), используется крупнозернистая наждачная бумага 36 степени зернистости.
Благодаря шлифовке наждачной бумагой образуются маленькие выемки с острой кромкой, которые целиком покрывают сторону каждой из пластинок. Находясь на такой поверхности, пузырьки HHO газа легко отделяются от неё, после образования. Это повышает площадь используемой поверхности пластины примерно на 40%. Если на пластинах генератора останутся отпечатки пальцев, то тем самым Вы уменьшите рабочую поверхность пластины, и это значительно приостановит генерацию газа. При работе с пластинами вам следует надевать чистые резиновые перчатки или очищать пластины от жира и пыли. Для этого протрите их хорошим растворителем, а затем смойте его дистиллированной водой. Однако, лучше всего использовать перчатки, т.к. постоянное использование химических растворов при очитке нежелательно для поверхностей из нержавеющей стали.

Набор из нержавеющих пластин монтируется внутри трубы диаметром 100 мм. Труба превращается в подходящий контейнер благодаря использованию полихлорвинилового клея. Клей нужен, чтобы защитить концевую пробку и закручивающуюся пробку на другом конце. Затем в контейнер вставляется газоснабжающая трубка, которая соединяется с коленом, расположенным на верхней крышке. На крышке просверлены 2 отверстия, чтобы соединить пластины и закрепить их болтами, как показано на предыдущем рисунке.

Мы должны убедиться, что наборы пластин плотно соединены с электрическими проводами, оба крышечных болта из нержавеющей стали расположены на более толстой горизонтальной части крышки и надёжно закреплены. Резиновая шайба или силиконовый герметик могут быть использованы в качестве уплотняющего материала на внешней стороне крышки. Можно также использовать шайбы из нержавеющей стали, на одной стороне которых есть резиновая вставка.

Т.к лента из нержавеющей стали, соединяющая пластины генератора с отрицательным выводом аккумулятора, присоединяется к центральной части набора пластин, необходимо её немного согнуть. Угол изгиба не важен, но лента должна занимать вертикальное положение, когда она соприкоснётся с электрическими пластинами.

В крышке нужно высверлить 2 крепёжных отверстия диаметром 8мм, чтобы вставить пластиковые болты для крепления пластин.
После года постоянного использования эти пластины останутся сияющими и не будут разрушены коррозией благодаря правильному использованию частей из нержавеющей стали. Две ленты были сделаны, чтобы прикрепить набор из пластин к закручивающейся крышке генератора. Эти ленты были вырезаны из кухонных инструментов или листа стали, они присоединяются к трём пластинам. Внешняя лента идёт через нижний конец набора пластин, который является основой пластин, и соединяется с обеими наружными пластинами, как показано на рисунке.

Пластины закреплены двумя болтами, которые вставляются в крепёжные отверстия на пластинах. Расстояние между каждой из 8 пар должно быть 1.6 мм. Это расстояние получается в результате использования шайб между парами. Важно, чтобы расстояние между парами было именно 1.6 мм, т. к. оно считается оптимальным для образования водорода в электролизёре. Соединение батареи необычно, т.к при этом некоторые пластины остаётся несоединёнными. Эти пары пластин называются нейтральными, они будут способствовать образованию газа, даже, несмотря на то, что они не подключены с помощью электрического соединения. Стальные гайки между пластинами заменяют в некотором роде электрическое соединение между пластинами. Набор пластин, сделанный таким образом, не требует слишком больших затрат, он компактен и надёжен.
Вы также можете сделать набор пластин из плоских листов стали, гофрированного нержавеющего металла или купить пластины в магазине.

Пластины прикреплены к закручивающейся крышке на верхней части генератора болтами, такой способ крепления способствует возникновению электрического соединения с болтами на наружной части крышки и в то же самое время обеспечивает герметическую изоляцию отверстий.
Другой важный момент — ленты, соединяющие крышку и набор пластин, должны быть изолированы, так чтобы ток не шёл между ними через водяной раствор электролита. Ленты, находящиеся под пластинами, тоже должны быть изолированными. Для изоляции лучше всего подходят термоусадочная упаковка. Если ни один из этих вариантов Вам не подходит, то вы можете обмотать пластины изоляционной лентой. Если Вы используете изоляционную ленту, то должны плотно наматывать её на пластины, немного растягивая её по мере того как Вы наматываете её. Та часть, которая находится под крышками, должна быть изолирована перед тем, как пластины будут собраны.

На хлорвиниловом корпусе для генератора расположены два коленных соединения, прикреплённых к корпусу; между трубами прикреплена часть трубы из прозрачной пластмассы, чтобы уровень воды внутри можно было определить, не открывая крышку. Если пространство ограничено, вы можете установить барборер отдельно.

Резьба колен труб диаметром 13 миллиметров, которые согнуты под углом 90 градусов, и расположены на концах трубы бароборера диаметром 2,54 см, заполнена силиконом. Это позволяет им служить дополнительным устройством для снятия давления, если газ воспламениться. Эта дополнительная деталь генератора нужна для обеспечения вашей безопасности.

При работе с генератором используется гидроксид калия (KOH) или, как его ещё называют, едкий калий. Вы можете использовать пищевую соду, т.к её можно найти почти в каждом доме, однако действие гидроксида калия будет длиться дольше и вода будет прозрачнее.
Для того чтобы количество гидроксида калия в генераторе было достаточным, наполните генератор дистиллированной водой, а затем постепенно в небольших количествах добавляйте гидроксид калия или соду , пока ток через генератор не будет приблизительно на 4 А ниже , чем рабочий ток в 20 А. Это позволяет генератору подогреваться, когда он вырабатывает больший ток, т. к. электролитная вода горячая. Приблизительное количество гидроксида калия — две полные чайные ложки. Очень важно использовать именно дистиллированную воду, т.к. в водопроводной воде есть примеси, которые закупоривают генератор. Нужно быть очень осторожным при работе с гидроксидом калия, т.к. это едкое вещество. Если гидроксид попадёт на кожу, немедленно смойте его большим количеством воды. При необходимости используйте уксус, который является кислотой, он нейтрализует гидроксид. При использовании пищевой соды Вы не столкнётесь с такими неприятностями.
Завершённый генератор выглядит следующим образом:

Генератор может быть сделан и из других материалов, которые Вы сочтёте более приемлемыми.

Последний этап – это соединение водородного генератора с двигателем. Обычно генератор устанавливается рядом с карбюратором или корпусом дроссельных заслонок таким образом, что короткая часть трубы может быть использована для соединения генератора с впускным устройством двигателя. Вы можете присоединить генератор к воздушной камере, где находится воздушный фильтр, или установить генератор во впускном канале. Чем ближе к корпусу дроссельных заслонок вы его установите, тем лучше, мы хотим уменьшить объём HHO газа, который находится перед впускной системой. Это сделано из соображений безопасности. Чем короче длина трубы в воздухоприёмнике , тем лучше. Из соображений безопасности, мы хотим ограничить количество открытого (свободного) газа HHO.

Как подключить водородный генератор к электро питанию автомобиля
Используйте провода и электрический кабель, рассчитанный на 20 А постоянного тока, не меньше. В данном случае лучше взять провод, который проводит больший ток; рекомендуется использовать части, которые будут проводить ток в 30 А . Проведите питание через цепь зажигания, так чтобы оно включалось только тогда, когда двигатель заработает. Реле номиналом 30 А следует установить, чтобы предотвратить повреждение цепи зажигания и переключателя, который не рассчитан на ток, превышающий 20 А. Убедитесь, что предохранитель рассчитан на предполагаемый ток (лучше всего на 30 А). Вы также можете использовать тумблер для дальнейшего контроля над системой. Из соображений безопасности можно подвести датчик давления масла к реле, для того чтобы устройство включалось, только тогда, когда двигатель запускается. Всё должно быть прочно. Любое неплотное соединение может спровоцировать выделение искры или высокой температуры и привести к возгоранию, таким образом убедитесь, что все соединения плотные, и будьте готовы часто проверять их , чтобы удостовериться, что все соединения соответствуют технике безопасности.
Заполнение генератора водой
Заполните генератор дистиллированной водой и добавьте туда пищевую соду или гидроксид калия, при использовании пищевой соды Вам придётся проделывать это чаще. Сначала , заполните водородный генератор дистиллированной водой на 6см ниже верхнего края. Добавьте в воду чайную ложку гидроксида калия (KOH), NaOH или соды, затем закройте крышку. На данный момент не следует плотно закрывать крышку. Соедините 12-вольтовый источник питания с разъёмами и подключите к генератору Вашего двигателя. Стремитесь получить ток в 16 А, когда генератор водорода охлаждён. Как только температура воды начнёт повышаться токовая тяга будет увеличиваться на 4 А, пока не достигнет 20 А. Именно по этому Вы должны получить ток в 16 А, когда генератор охлаждён. Если ток будет слишком большим, отлейте немного воды, которая находится внутри и влейте небольшое количество дистиллированной воды. Если ток слишком маленький, добавьте небольшое количество соды или гидроксида калия, пока ток не достигнет 16 А. Если генератор переполнится, то часть водного раствора электролита пойдёт по выпускной трубе, поэтому к генератору присоединена труба, которая показывает уровень водного раствора внутри генератора. Обычно генератор нужно заряжать раз в неделю, это зависит от того, как долго он находится в работающем состоянии. Добавьте дистиллированную воду, затем снова проверьте токовую нагрузку. Вы можете заметить снижение тока, когда Вы добавляете воду, это обычная ситуация. Небольшое количество соды или гидроксида калия испаряется из генератора и накапливается в испарениях, поэтому так часто приходится добавлять соду или гидроксид калия. С помощью воды в барборере HHO газ очищается от примесей. Мы рекомендуем вам установить амперметр, чтобы вы могли следить за током, когда генератор работает.

Установка водородного генератора
Чтобы установить генератор, выберете вентилируемое пространство в моторном отделении или возле переднего бампера перед радиатором. Автомобили отличаются друг от друга, поэтому вам следует выбрать наиболее приемлемый вариант для вашей машины. Для установки лучше всего подойдут пластиковые стяжки, но старайтесь не перетянуть их, иначе хлорвиниловая труба деформируется и треснет. Закрепите нижнюю часть генератора с помощью металлической скобы, используйте две пластиковые стяжки: одну – для верхней части генератора, другую – для нижней.
Из соображения безопасности не устанавливайте генератор в салоне автомобиля.
Выходной шланг и барборер
Барборер должен быть заполнен водой от 1/3 до 1/2. Для барборера подойдет водопроводная вода. Обратный клапан перед барборером предназначен для того, чтобы не допустить попадания воды из барборера обратно в генератор, когда он охлаждается и газ сжимается.
Удостоверьтесь, что уровень воды в барборере достаточный. Недостаточный уровень воды может привести к возгоранию. Вода в барборере служит защитным средством между аккумулированным газом HHO и впускным устройством двигателя. Установите выпускной шланг из барборера как можно ближе к карбюратору или корпусу дроссельных заслонок. Для этого сделайте соединительное отверстие внутри впускной трубы или воздушного фильтра. Шланг должен быть коротким, это делается, чтобы уменьшить количество HHO газа внутри шланга. Рекомендуется использовать 6-ти миллиметровую поликремневую трубу. Ниже представлен список всех деталей, которые потребуются для изготовления водородного генератора и барборера.

Хлорвиниловая труба диаметром 10,16 см 1 труба длиной 30,48 см составляет корпус генератора
крышка для хлорвиниловой трубы 1 Закрывает дно генератора
Закручивающаяся крышка для хлорвиниловой трубы 1 Закрывает верхнюю часть генератора
Выходной патрубок для быстрого соединения, согнутый под углом 90° 13/8” Можно приобрести в магазине бытовой техники
Патрубок для трубы-индикатора уровня воды Можно приобрести в магазине бытовой техники
Труба для индикации уровня воды размером 20,32 см Можно приобрести в магазине бытовой техники
Крышка выключателя из нержавеющей стали 16 Предназначена для соединения пластин
Ленты из нержавеющей стали длиной 30,48 см 2 Можно изготовить из столовых приборов : вилок, ложек
30 см прозрачная поликремневая труба с внутренним диаметром 3/4 дюйма Можно приобрести в магазине бытовой техники
Болты из нержавеющей стали (5/16 дюймов), длиной 1.25 дюймы 2 Предназначены для соединения лент с крышкой
Гайки или шайбы из нержавеющей стали (5/16 дюймов) 6 Предназначены для соединения лент с крышкой
Нейлоновый резьбовой стержень диаметром 5/16 дюймов
Нейлоновый резьбовой стержень диаметром 5/16 дюймов
Нейлоновые шайбы (5/16 дюймов) толщиной 4,06 см 1 упаковка
Нейлоновая(6/6) плоская шайба (5/16 дюймов)
Контргайки(5/16-45,72 см) толщиной 1/4” 20 упаковок
Парубок для барборера, согнутый под углом 90° 2
Предохранительный клапан 1
Труба (1/4 дюйма)
Полихлорвиниловый клей 1 тюбик Желательно такого же цвета как и труба
Неопреновая уплотнительная шайба 2
Обкладка для инструментов Это жидкий пластик, который используется для создания обкладок на ручках инструментов
Светодиод диаметром 10 мм 1 Красный, с клеммой
Резистор номиналом 470 Ом мощностью 0,25 Вт 1 Маркировка на корпусе резистора: жёлтая, фиолетовая, коричневая

Если Вы собираетесь установить водородный генератор в машине, Вам потребуется сенсорный регулятор или устройство контроля впрыска топлива, чтобы обеспечить более жёсткий контроль над системой. Вам также понадобится сенсорный регулятор кислорода.

что это, как работает, схема, фото, безопасность,

Водородный автомобиль считается самым экологичным транспортом наряду с электрокарами. Заправка авто на водородном топливе занимает считанные минуты, а «горючего» хватит на 400 км и более. А баллон водорода после использования оставляет после себя полведра чистой воды.

Почему же автомобильные концерны неохотно переходят на этот альтернативный источник энергии? Вопрос в стоимости и производстве этого газа.

В автомобилях с водородным двигателем применяются специальные топливные ячейки. Называются такие авто FCEV, что расшифровывается как Fuel Cell Electric Vehicles — электрокары с топливным элементом вместе батареи. Самая известная модель – это Toyota Mirai. А вообще многие модели есть только в виде концепта, серийно пока выпускается немного экземпляров.

В статье расскажу что это такое — водородный автомобиль, принцип работы и устройство, что такое водородный двигатель, плюсы и минусы авто на водороде, список моделей, ждёт ли будущее эта технология. Обещаю, будет интересно!

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

Риваз и его машина

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

Фото GM Electrovan

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

1. Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.
2. Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.
3. Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

• Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
• Огромный потенциал и возможные прибыли.
• Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
• Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

Недостатки водородного топлива:

• Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
• Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
• Высокая стоимость автомобиля.
• Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
• Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
• Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

• Нет вредных выбросов в атмосферу.
• Водородные двигатели практически не шумят.
• Быстрая заправка – менее 5 минут.
• Есть большой потенциал для развития.
• Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
• Высокий крутящий момент при начале движения.
• Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
• Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
• Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Опасен ли водород для человека?

Водород очень летуч, а также это легковоспламеняющийся газ, который хранить и перевозить следует предельно аккуратно. Сгорает он тоже довольно быстро. Например, газ в дирижабле «Гинденбург» полностью сгорел за полминуты, поэтому погибло только треть пассажиров.

Когда на дорогах появится большое количество водородных автомобилей, то надо будет ввести новые меры безопасности. Ведь при пробитии бака с водородом и наличием искр рядом газ может загореться. Поэтому в водородных автомобилях баки делают очень прочные, которые даже могут выдержать выстрел из крупнокалиберного пистолета. Поэтому при соблюдении правил безопасности, авто на водороде не опаснее бензиновых и дизельных моделей.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Этот вопрос не совсем правильный, поскольку автомобили на водородных ячейках и электробатарее считаются электромобилями. Всё зависит от того, чем заправляют машину – водородом или электричеством.

Водород в автомобиле применяют в двух вариантах: сжигание топлива в цилиндрах или подзарядка топливных элементов.

Главное отличие водородных топливных ячеек от батарей в том, что они служат очень много лет и не нуждаются в обслуживании. А батарея в электромобиле выходит из строя уже через 5 лет.

Как выглядит батарея в электрокаре

На холоде водородное транспортное средство включится без проблем, а аккумулятор электрического авто может полностью потерять заряд. Стоимость электрокаров дешевле, чем водородного: Toyota Mirai стоит 57 тыс. долл., а Tesla – от 45 тыс. долл. Водородные машины заправляются за считанные минуты, а электрокары – пару часов.

Теперь перейдём к устройству и принципу работы водородного авто, как он обеспечивает работу двигателя?

Как работает водородный автомобиль

Расскажу про то, как устроен автомобиль на примере популярной модели Toyota Mirai.

Не так давно, в 2013 году Тойота представила миру первый в мире серийный водородный автомобиль Mirai, который сам вырабатывает для себя электричество. В нём находится электрический двигатель, который имеет мощность 154 л. с. В Mirai находятся 370 топливных элементов, постоянный ток которых преобразуется в переменный, а напряжение при этом повышается до 650 В. Максимальная скорость Toyota Mirai 175 км/ч. Дополнительный аккумулятор собирает лишнюю энергию, который может при необходимости обеспечить питание небольшого дома. Запас хода этого автомобиля 500 км, а по факту – примерно 350 км. Для сравнения — электрокар Tesla Model S может пройти на одном заряде целых 540 км, но, к сожалению, зарядка занимает целых 1,5 часа.

Попов Андрей Геннадьевич

Автослесарь, стаж работы 19 лет

Задать вопрос

За несколько км пробега автомобиль Mirai вырабатывает стакан дистиллированной воды, которая вполне пригодна к употреблению (она с лёгким привкусом пластика).

А как работает топливный элемент, простыми словами? Автомобиль заправляется водородом. Он смешивается с платиновым катализатором и кислородом в электрохимической системе. В результате этой реакции вырабатывается электрический ток, который питает двигатель и аккумуляторную батарею. В результате реакции образуется вода или пар.

 

Мелехов Алексей Викторович

Автоэлектрик , стаж работы 9 лет

Задать вопрос

Топливные ячейки с протонообменными мембранами сразу же производят энергию, обеспечивают очень высокую мощность и мало нагреваются. Максимальный срок службы водородных ячеек 250 тыс. км пробега, которые при необходимости можно заменить.

А какое устройство и принцип работы водородного двигателя? Для работы применяют роторные ДВС, потому что стандартные поршневые двигатели быстро выходят из строя из-за влияния водорода на смазку и детали ДВС. Из-за высокой разницы между бензином и водородом перевести обычный двигатель непросто, особенно если это делать своими руками. Водород при горении вызывает перегрев клапанов, масла, поршней. Если нагрузку сделать очень высокую, то возникает детонация.

Решили эту задачу заменой чистого водорода на его смесь с бензином. Подача газа уменьшается при повышении крутящего момента, чтобы предотвратить перегрев деталей силового агрегата. Это применяется в таких моделях, как Mazda RX-8 Hydrogen RE и BMW Hydrogen 7, который был выпущен всего в 100 экземплярах. Здесь переключение между 2 типами топлива происходит автоматически. Но, несмотря на успешность эксперимента, всё равно имелись проблемы: сильно падала мощность авто, запаса водорода хватало всего на 200 км, а также из-за наличия бензина автомобиль не был признан экологически чистым.

Mazda RX-8 Hydrogen RE

Зачем в водородных автомобилях платина? Этот дорогой металл использовался в качестве катализатора, цена которого очень высока, что не может не отражаться на стоимости автомобиля. Хотя американские учёные уже создали катализатор на основе углеродных трубок, который стоит в 650 дешевле платины.

Таким образом, механизм работы водородного автомобиля похож на работу электромобилей. Всё дело только в источнике энергии.

Где заправляют водородные автомобили?

К сожалению, заправочных водородных станций в мире совсем мало. В 2018 г. их около 300, половина которых находится в Северной Америке, а другие – в Японии, Германии и Китае.

Кроме этого, существуют домашние и мобильные заправки. Они могут производить около тонны чистого водорода в год. Этого вполне хватит для заправки нескольких автомобилей в день. Топливо производится при помощи гидролиза воды, установку запускают только ночью, чтобы не нагружать электрическую сеть.

Автозаправки бывают 3 типов:

1. Малые. Они производят около 20 кг водорода в 24 часа. Хватит для полной заправки 5 легковых автомобилей.
2. Средние. Вырабатывают от 50 до 1250 кг топлива в сутки. Могут в день заправлять 250 стандартных машин или 25 грузовиков.
3. Промышленные. Производят более 2500 кг чистого водорода. Могут заправлять больше 500 легковушек в сутки.

Заправка состоит из компрессора, диспенсера, системы очистки, электрического лизёра, система хранения водорода. Топливо может производиться как при помощи электролиза воды, так и с помощью паровой конверсии метана.

Для того, чтобы заменить большую сеть бензиновых заправок на водородные, понадобится примерно 1,5 трлн. долларов. А стоимость одной водородной станции обойдётся в 2-3 млн. долл., но окупаемость её быстрее, чем для электрической станции из-за быстрой зарядки.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina h3 Speed

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

• Audi A7 h-tron quattro;
• Hyundai Tucson FCEV;
• Mazda RX-8 Hydrogen RE;
• Автобус Ford E-450;
• Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

• Focus FCV;
• Honda FCX;
• Nissan X-TRAIL FCV;
• Toyota Highlander FCHV;
• Volkswagen — space up!;
• Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
• Irisbus;
• Toyota FCHV-BUS;
• единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO₂), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.

Сколько раз прочитали статью:
1 348

Есть свое мнение или вопрос по теме статьи? Напиши свой комментарий ниже!

Система HHO DC-4L для легковых автомобилей

Объем двигателя до 4000 см3 Результат действия HHO систем: • Снижение расхода топлива от 20% до 50% • Увеличение мощности двигателя до 25% • Снижение выбросов CO, CO2, NOx, HC • Очищение от углеродистых отложений • Безопасное использование для двигателя • Понижение температуры двигателя • Эластичная работа двигателя • Продление срока службы двигателя   *Рекомендованная стоимость: 19000 RUB   *Разработано и сделано в Росссии

 

Водородная ННО система Sputnik.S – L4-12V

Это популярная HHO система, подходящая для автомобилей с объемом двигателя до 4 литров, работающих на бензине, газе или дизельном топливе. Эффективная конструкция обеспечивает максимально возможное производство ННО-газа (ограниченное только законами физики) при минимальном потреблении тока, рабочей температуре и стоимости.

Технические характеристики:
— Максимальный объем двигателя: до 4000 см3
— Максимальное производство HHO-газа: до 2-х литров в минуту
— Потребление тока: 1-20А/*13,5-15V (напряжение сети при работающем ДВС)
— Конфигурация электродов: 7 пластин (5 нейтральных)
— Класс компонентов из нержавеющей стали: 316L 
— Физический размер генератора: 20.3 x 17.3 x 3.5 cm
— Физический размер резервуара: 14 х 15 х 8,5 см

*В данный комплект входит все необходимое оборудование для установки на автомобиль.

*Установочное оборудование:
— Водородная ячейка (ННО генератор)
— Расширительный бак (резервуар для воды)
— Барботер / бабблер (сепаратор-осушитель ННО-газа)
— Фильтр тонкой очистки HHO-газа
— Клапан обратной вспышки (нейлон)
— Комплект соединительных фитингов (нейлон)
— Армированный ПВХ шланг — 3 метра
— Плавкая вставка (предогранитель с держателем)
— Комплект маркированных проводов — 4 метра
— Набор соединительных клемм и разъемов
— Аналоговый или цифровой амперметр
— Щелочной электролит — концентрат КОН (300 гр.)
— Удлинитель (расширитель) переднего кислородного датчика (*для бензиновых ДВС)

*Электронные компоненты:
— CCPWM — ШИМ контроллер тока
— MAP/MAF — корректор воздухомера (для бензиновых и дизельных двигателей с электронным впрыском топлива)

 

 Анкета для выбора и заказа HHO системы 

 

*Сайт не является публичной офертой, все материалы носят информационный характер.

начало большого пути / Блог компании Toshiba / Хабр

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м³ водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м³ водорода станции требуется до 2,5 м³ воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.