수소 엔진. 작동 원리 및 단점

내연 기관은 극적으로 별도의 파워 트레인으로 나타나지 않았습니다. 오히려 클래식 모터는 열 엔진의 개선과 개선의 결과로 탄생했습니다. 우리가 자동차 후드 아래에서 보던 유닛이 어떻게 점차 나타 났는지 읽어보십시오. 별도의 기사에서.

그러나 내연 기관이 장착 된 최초의 자동차가 등장하자 인류는 말처럼 지속적인 먹이를 필요로하지 않는 자율 주행 차를 받았다. 1885 년 이후 모터에서 많은 것이 바뀌었지만 한 가지 단점은 변하지 않았습니다. 가솔린 (또는 기타 연료)과 공기의 혼합물을 연소하는 동안 환경을 오염시키는 너무 많은 유해 물질이 방출됩니다.

자체 추진 차량이 출현하기 전에 유럽 국가의 건축가들은 대도시가 말똥에 익사 할 것을 두려워했다면 오늘날 거대 도시의 주민들은 더러운 공기를 마시고 있습니다.

운송에 대한 환경 표준이 강화됨에 따라 차량 제조업체는 더 깨끗한 파워 트레인을 개발해야합니다. 그래서 많은 회사들이 1828 년에 등장한 전기 견인 용 자체 추진 카트 인 Anjos Jedlik의 이전에 개발 된 기술에 관심을 갖게되었습니다. 그리고 오늘날이 기술은 자동차 세계에서 확고하게 자리 잡았 기 때문에 전기 자동차 나 하이브리드를 사용하는 사람을 놀라게하지 않을 것입니다.

그러나 정말 고무적인 것은 발전소입니다. 유일한 방출은 식수입니다. 그것은 수소 엔진입니다.

수소 엔진이란?

수소를 연료로 사용하는 엔진입니다. 이 화학 원소를 사용하면 탄화수소 자원의 고갈을 줄일 수 있습니다. 이러한 설비에 관심을 갖는 두 번째 이유는 환경 오염의 감소입니다.

운송에 사용되는 모터 유형에 따라 작동은 기존의 내연 기관과 다르거 나 동일합니다.

간략한 역사

수소 내연 기관은 ICE 원리가 개발되고 개선되는시기에 나타났습니다. 프랑스 엔지니어이자 발명가가 자신의 내연 기관 버전을 설계했습니다. 그가 개발에 사용한 연료는 수소이며, 이는 수소의 전기 분해 결과로 나타납니다.₂A. 1807 년에 최초의 수소 차가 등장했습니다.

1807 년 Isaac De Rivaz는 군사 장 비용 트랙터 개발을위한 특허를 출원했습니다. 동력 장치 중 하나로서 그는 수소 사용을 제안했습니다.

동력 장치는 피스톤이었고 점화는 실린더에 스파크가 형성 되었기 때문입니다. 사실, 발명가의 첫 번째 창조에는 수동 스파크 생성이 필요했습니다. 불과 XNUMX 년 만에 그는 작업을 마무리했고 최초의 자체 추진 수소 차량이 탄생했습니다.

그러나 당시 가스는 휘발유만큼 구하고 저장하는 것이 쉽지 않기 때문에 개발이 중요하지 않았습니다. 수소 모터는 1941 년 하반기 봉쇄 기간 동안 레닌 그라드에서 실제로 사용되었습니다. 그러나 우리는 이것이 전적으로 수소 단위가 아니라는 것을 인정해야합니다. 이들은 일반 GAZ 내연 기관이었고 연료는 없었지만 풍선으로 연료를 공급했기 때문에 그 당시에는 많은 가스가있었습니다.

80 년대 상반기에는 유럽뿐만 아니라 미국, 러시아, 일본을 비롯한 많은 국가에서 이러한 유형의 설치를 실험했습니다. 그래서 1982 년 Kvant 공장과 RAF 자동차 기업의 공동 작업으로 수소와 공기의 혼합물로 작동하는 결합 모터가 등장했으며 5kW / h 배터리가 에너지 원으로 사용되었습니다.

그 이후로 여러 국가에서 "친환경"차량을 모델 라인에 도입하려는 시도가 있었지만, 대부분의 경우 이러한 차량은 프로토 타입 범주에 남아 있거나 매우 한정판이었습니다.

원리

오늘날이 범주의 많은 작동 모터가 있기 때문에 수소 플랜트는 각 개별 사례에서 자체 원리에 따라 작동합니다. 고전적인 내연 기관을 대체 할 수있는 하나의 수정이 어떻게 작동하는지 고려하십시오.

이러한 모터에서는 연료 전지가 반드시 사용됩니다. 그들은 전기 화학 반응을 활성화하는 일종의 발전기입니다. 장치 내부에서 수소가 산화되고 반응의 결과로 전기, 수증기 및 질소가 방출됩니다. 이러한 설비에서는 이산화탄소가 배출되지 않습니다.

유사한 장치를 기반으로 한 차량은 동일한 전기 자동차이며 배터리 만 훨씬 더 작습니다. 연료 전지는 모든 차량 시스템을 작동하기에 충분한 에너지를 생성합니다. 유일한주의 사항은 프로세스 시작부터 에너지 생성까지 약 2 분 정도 걸릴 수 있다는 것입니다. 그러나 설치의 최대 출력은 시스템이 예열 된 후 시작되며 60/XNUMX 시간에서 XNUMX 분까지 걸립니다.

발전소가 헛되이 작동하지 않고 여행을 위해 사전에 운송을 준비 할 필요가 없도록 기존 배터리가 설치됩니다. 운전 중 회복으로 인해 재충전되며 자동차 시동에만 필요합니다.

이러한 자동차에는 수소가 펌핑되는 다른 부피의 실린더가 장착되어 있습니다. 주행 모드, 자동차 크기 및 전기 설비의 힘에 따라 100km의 주행에 XNUMXkg의 가스가 충분할 수 있습니다.

수소 엔진 유형

수소 엔진에는 몇 가지 변형이 있지만 모두 두 가지 유형으로 나뉩니다.

• 연료 전지가있는 장치 유형;
• 수소에서 작동하도록 개조 된 내연 기관.

각 유형을 개별적으로 고려해 보겠습니다. 기능은 무엇입니까?

수소 연료 전지 기반 발전소

연료 전지는 전기 화학 공정이 일어나는 배터리의 원리를 기반으로합니다. 수소 유사체의 유일한 차이점은 효율이 높다는 것입니다 (경우에 따라 45 % 이상).

연료 전지는 음극과 양극의 두 가지 요소가 배치 된 단일 챔버입니다. 두 전극 모두 백금 (또는 팔라듐)으로 코팅되어 있습니다. 그들 사이에 멤브레인이 있습니다. 공동을 두 개의 챔버로 나눕니다. 산소는 음극과 함께 공동에 공급되고 수소는 두 번째에 공급됩니다.

결과적으로 화학 반응이 발생하며 그 결과 산소와 수소 분자가 전기 방출과 결합됩니다. 이 과정의 부작용은 물과 질소 방출입니다. 연료 전지 전극은 전기 모터를 포함한 자동차의 전기 회로에 연결됩니다.

수소 내연 기관

이 경우 엔진을 수소라고하는데 기존 ICE와 구조는 동일하다. 유일한 차이점은 타는 것은 가솔린이나 프로판이 아니라 수소라는 것입니다. 실린더에 수소를 채우면 한 가지 문제가 있습니다.이 가스는 기존 장치의 효율을 약 60 %까지 감소시킵니다.

다음은 엔진을 업그레이드하지 않고 수소로 전환 할 때 발생하는 몇 가지 다른 문제입니다.

• HTS가 압축되면 가스는 연소실과 피스톤이 만들어지는 금속과 화학 반응을 일으키며 종종 엔진 오일에서도 발생할 수 있습니다. 이 때문에 연소실에서 다른 화합물이 형성되며 잘 연소하는 특별한 능력이 다르지 않습니다.
• 연소실의 틈새는 완벽해야합니다. 연료 시스템에 최소한의 누출이있는 곳에서는 뜨거운 물체와 접촉 할 때 가스가 쉽게 점화됩니다.

혼다 클래리티용 엔진

이러한 이유로 회전 모터에서 수소를 연료로 사용하는 것이 더 실용적입니다 (그 기능은 무엇입니까? 여기에). 이러한 장치의 흡기 및 배기 매니 폴드는 서로 분리되어 있으므로 입구의 가스가 가열되지 않습니다. 더 저렴하고 환경 친화적 인 연료를 사용하는 문제를 피하기 위해 엔진이 현대화되고 있습니다.

연료 전지의 수명은 얼마나됩니까?

오늘날 전 세계적으로 그러한 자동차는 매우 드물며 아직 시리즈에 포함되지 않았 으므로이 에너지 원이 어떤 자원을 가지고 있는지 말하기가 어렵습니다. 장인들은이 점에 대해 아직 경험이 없습니다.

말할 수있는 유일한 것은 Toyota 담당자에 따르면 생산 차량 Mirai의 연료 전지가 최대 250km의 에너지를 중단 없이 생성할 수 있다는 것입니다. 이 마일스톤 이후에는 장치의 효율성을 모니터링해야 합니다. 성능이 현저히 저하된 경우 공인 서비스 센터에서 연료 전지를 교체하십시오. 사실, 회사가 이 절차에 대해 상당한 금액을 받을 것으로 예상해야 합니다.

어떤 회사가 이미 수소 차를 만들고 있거나 만들 예정입니까?

많은 회사가 환경 친화적 인 전원 장치 개발에 참여하고 있습니다. 다음은 이미 작업 옵션이 있고 시리즈에 들어갈 준비가 된 디자인 국의 자동차 브랜드입니다.

• 메르세데스-벤츠는 2018년 판매 개시가 발표된 GLC F-Cell 크로스오버지만 지금까지 독일의 몇몇 기업과 부처에서만 인수했다. 프로토 타입 수소 연료 전지 트랙터 유닛 인 GenH2가 최근에 공개되었습니다.
• 현대 - Nexo 프로토타입은 XNUMX년 전에 소개되었습니다.
• BMW는 조립 라인에서 출시된 수소 수소 7의 프로토타입입니다. 실험 단계에 100 사본의 배치가 남아 있었지만 이것은 이미 무언가입니다.

미국과 유럽에서 구입할 수있는 재고 차량 중에는 각각 Toyota와 Honda의 Mirai 및 Clarity 모델이 있습니다. 나머지 회사의 경우이 개발은 여전히 ​​도면 버전이거나 작동하지 않는 프로토 타입입니다.

토요타 미라이

혼다 선명도

수소 차의 가격은 얼마입니까?

수소 자동차의 비용은 적당합니다. 그 이유는 연료 전지 전극 (팔라듐 또는 백금)의 일부인 귀금속 때문입니다. 또한 현대 자동차에는 수많은 보안 시스템과 전기 요소의 작동 안정화가 장착되어 있으며 재료 자원도 필요합니다.

이러한 자동차의 유지 관리 (연료 전지가 교체되는 순간까지)는 최신 세대의 일반 자동차보다 훨씬 비싸지 않습니다. 수소 생산을 후원하는 국가가 있지만 이것으로도 가스 11kg 당 평균 XNUMX 달러를 지불해야합니다. 엔진 유형에 따라 이것은 약 XNUMXkm의 거리에 충분할 수 있습니다.

수소 차가 전기차보다 나은 이유는 무엇입니까?

연료 전지가있는 수소 발전소를 가져 가면 그러한 자동차는 우리가 도로에서 보던 전기 자동차와 동일 할 것입니다. 유일한 차이점은 전기 자동차가 네트워크 또는 주유소의 터미널에서 충전된다는 것입니다. 수소 수송 자체가 전기를 생산합니다.

그러한 자동차의 비용은 더 비쌉니다. 예를 들어, 기본 Tesla 모델의 가격은 45 달러입니다. 일본의 수소 유사체는 57 단위로 구입할 수 있습니다. 반면 바이에른 사람들은 50 달러의 가격에 "친환경"연료로 자동차를 판매합니다.

실용성을 고려하면 주차장에서 XNUMX 분 (고속 충전으로 모든 유형의 배터리에 허용되지 않음)을 기다리는 것보다 가스로 자동차에 연료를 보급하는 것이 더 쉽습니다 (약 XNUMX 분 소요). 이것이 수소 식물의 장점입니다.

또 다른 플러스-연료 전지는 특히 유지 보수가 필요하지 않으며 작동 수명이 상당히 큽니다. 전기 자동차의 경우 충 방전주기가 많기 때문에 약 XNUMX 년 내에 거대한 배터리를 교체해야합니다. 서리에서는 전기 자동차의 배터리가 여름보다 훨씬 빠르게 방전됩니다. 그러나 수소 산화 반응의 요소는 이것으로 고통받지 않고 안정적으로 전기를 생산합니다.

수소 차의 전망은 무엇이며 언제 도로에서 볼 수 있습니까?

유럽과 미국에서는 이미 수소 차를 찾을 수 있습니다. 그러나 그들은 여전히 ​​호기심 범주에 있습니다. 그리고 오늘날에는 전망이 거의 없습니다.

이러한 유형의 운송이 곧 모든 국가의 도로를 채우지 못하는 주된 이유는 생산 능력이 부족하기 때문입니다. 첫째, 수소 생산의 확립이 필요하다. 또한 환경 친 화성 외에도 대부분의 운전자가 연료를 사용할 수있는 수준에 도달해야합니다. 이 가스의 생산 외에도 운송을 조직하고 (이를 위해 메탄이 운송되는 고속도로를 안전하게 사용할 수 있지만) 많은 주유소에 적절한 터미널을 장비해야합니다.

둘째, 각 자동차 제조업체는 상당한 투자가 필요한 생산 라인을 심각하게 현대화해야합니다. 글로벌 전염병의 발생으로 불안정한 경제에서 그러한 위험을 감수하는 사람은 거의 없습니다.

전기 운송의 발전 속도를 보면 대중화 과정이 매우 빠르게 진행되었습니다. 그러나 전기 자동차가 인기를 얻은 이유는 연료를 절약 할 수 있기 때문입니다. 그리고 이것은 종종 그들이 구입하는 첫 번째 이유이며 환경 보존을 위해서가 아닙니다. 수소의 경우 훨씬 더 많은 에너지 자원이 소비되기 때문에 (적어도 지금은) 돈을 절약 할 수 없습니다.

수소 엔진의 장단점

그래서 요약 해 봅시다. 수소 연료 엔진의 장점은 다음과 같습니다.

• 환경 친화적 배출;
• 전원 장치의 조용한 작동 (전기 견인)
• 연료 전지를 사용하는 경우 잦은 유지 보수가 필요하지 않습니다.
• 빠른 급유;
• 전기 자동차에 비해 추진 시스템과 에너지 원은 동결 온도에서도보다 안정적으로 작동합니다.

개발이 참신하다고 할 수는 없지만 일반 운전자가 조심스럽게 바라 보도록 유도하는 많은 단점이 있습니다. 그중 일부는 다음과 같습니다.

• 수소가 점화 되려면 기체 상태 여야합니다. 이것은 특정 어려움을 만듭니다. 예를 들어, 가벼운 가스를 압축하려면 값 비싼 특수 압축기가 필요합니다. 또한 가연성이 높기 때문에 연료의 적절한 보관 및 운송에도 문제가 있습니다.
• 차에 설치할 실린더는 주기적으로 점검해야합니다. 이를 위해 운전자는 전문 센터를 방문해야하며 이는 추가 비용입니다.
• 수소 자동차는 거대한 배터리를 사용하지 않지만 설치 무게는 여전히 적당하므로 차량의 동적 특성에 큰 영향을 미칩니다.
• 수소-약간의 불꽃에서 발화하므로 그러한 자동차와 관련된 사고는 심각한 폭발을 동반합니다. 자신의 안전과 다른 도로 사용자의 삶에 대한 일부 운전자의 무책임한 태도를 감안할 때 이러한 차량은 아직 도로에 방출 될 수 없습니다.

깨끗한 환경에 대한 인류의 관심을 감안할 때 "친환경"운송을 마무리하는 문제에 돌파구가 생길 것으로 기대할 수 있습니다. 그러나 이런 일이 발생하면 시간 만이 알 수 있습니다.

그 동안 Toyota Mirai의 비디오 리뷰를 시청하십시오.

수소의 미래? Toyota Mirai - 전체 검토 및 사양 | 라이브피드®

질의 응답 :

수소 엔진이 위험한 이유는 무엇입니까? 수소 혼합물이 연소되는 동안 엔진은 가솔린 연소보다 더 많이 가열됩니다. 결과적으로 피스톤, 밸브가 소손되고 장치에 과부하가 걸릴 가능성이 높습니다.

수소차에 연료를 보급하는 방법? 이러한 자동차는 기체 상태(액화 또는 압축 가스)의 수소로 연료를 공급받습니다. 연료를 저장하기 위해 350-700 기압으로 압축되며 온도는 -259도에 이릅니다.

수소 내연 기관은 어떻게 작동합니까? 자동차에는 일종의 배터리가 장착되어 있습니다. 산소와 수소는 특수 판을 통과합니다. 그 결과 수증기와 전기가 방출되는 화학 반응이 일어납니다.