4. Аспекти застосування автомобільних гідридних акумуляторів водню

При оцінці можливості застосування того чи іншого гідрида в якості акумулятора водню для транспортної енергетичної установки з ДВЗ основною умовою є виділення необхідної кількості водню з гідрида на всіх режимах роботи двигуна.

Серед металогідридів мають місце як екзотермічні гідриди, що виділяють водень при підводить до них тепла, так і ендотермічні, що виділяють водень при умові їх охолодження. Перші є більш доцільними для застосування в транспортних енергоустановки з ДВЗ, оскільки для виділення водню з них може бути використана енергія, що виносяться в систему охолодження двигуна і енергія відпрацьованих газів. Застосування ендотермічною гідридів вимагало б встановлення додаткової системи з відповідним енергоспоживанням [7]. Гідриди FeTi-H₂, Mg₂Cu-H₃ як найбільш перспективні для транспортних енергетичних установок з ДВЗ відносяться до екзотермічної групи, тому доцільно провести аналіз енергетичного балансу на базі цих гідридів. Для низькотемпературного гідрида FeTi-H₂ може бути використана як енергія що виносяться до систему охолодження, так і енергія відпрацьованих газів, а для високотемпературних гідридів тільки енергія відпрацьованих газів. Так як ізотерм рівноважного тиску водню над гідридом, що відповідає 1,5 МПа, лежить в межах 250-300° С.

У загальному вигляді енергобалансу автомобільної енергоустановки з гідридним акумулятором водню може бути представлений у наступному вигляді (рис.4.1):

Рисунок 4.1 - Загальному вигляді енергобалансу автомобільної енергоустановки з гідридним акумулятором водню.

Незалежно від типу гідрида і способу підведення енергії для будь-якого режиму роботи двигуна повинна виконуватися наступного співвідношення:

?Q = Q_д?Q_S ? 0, (4.1)

де Q_{д -} енергія, що виносяться з ДВС в систему охолодження або з відпрацьованими газами;

Qs - енергія, підводима до гідриду для виділення необхідної кількості водню.

Проведемо аналіз для систем з низькотемпературних гідридом FeTiH₂ і підводом енергії з системи охолодження двигуна. Витрата енергії в водневим двигуном на одиницю потужності складає в середньому 12500 кДж/кВт. год. По експериментальним даними з охолоджуючої рідиною систем охолодження передає в навколишнє середовище в середньому 20% введеної з паливом енергії, тобто приблизно 2500 кДж/кВт. год. У той же час для виділення необхідної кількості водню, вважаючи, що Q_S = 14920 кДж / кг Н₂ треба підвести 1500 кДж/кВт. год., Що складає близько 60% від енергії, віддавати двигуном в систему охолодження. Таким чином, низькотемпературна гідрид FeTiH₂ може ефективно працювати в теплообмінне контурі з системою охолодження двигуна, забезпечуючи виділення водню в необхідних кількостях і з будь-яким тиском до 1,0-15 МПа. Крім цього, така система за рахунок відбору енергії з системи охолодження гідридом, дозволяє зменшити площу радіатора охолодження.

У системах з низькотемпературних гідридом і підводом енергії від відпрацьованих газів не може бути недоліку в енергії, оскільки з відпрацьованими газами двигуна виноситься в середньому близько 40% енергії палива, що складає близько 5,0 МДж/кВт. год., У той час як питома енергія десорбції водню всього лише 1,5 МДж / кВт. год. Надлишок енергії може бути легко погашений шляхом регулювання витрати відпрацьованих газів через гідридний акумулятор.

Високотемпературні гідриди магнієвої групи мають енергію освіти (енергія десорбції) від 30.103 до 39.103 кДж/кг Н₂, що більш ніж у два рази перевищує енергію десорбції низькотемпературних гідридів, незважаючи на це, енергія газів, достатня для виділення необхідної кількості водню. Як було показано вище, енергія відпрацьованих газів становить 5,0 МДж/кВт. год., а енергія десорбції навіть для гідрида МgH₂, (самого енергоємного) не перевищує 4,0 МДж/кВт. год. На перший погляд здається, що ніяких проблем для застосування високотемпературних гідридів в якості акумуляторів водню для транспортних ДВС не існує. Однак, це тільки на перший погляд, оскільки в наведеному балансі не врахована робоча температура гідрида. Тому при аналізі балансу енергії необхідно розглядати не повну енергію відпрацьованих газів, а диспонуємо, тобто ту частину енергії відпрацьованих газів, коли температура дорівнює або вище ізотерми гідрида при заданому рівноважному тиску водню. Для ДВЗ з зовнішнім сумішоутворення робочий тиск водню У системі живлення не повинно бути нижче 0,1-0,15 МПа, при внутрішньому сумішоутворення з подачею водню на такті випуску не менше 0,3-0,4 МПа і при внутрішньому сумішоутворення з подачею водню на такті стиснення не менше 1,5 МПа.