Единый портал инновационной деятельности Самарской области
АНКЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Генератор водорода транспортной энергоустановки и устройство обогащения дизельного топлива водородом

Генератор водорода; транспортное средство; насыщение топлива водородом; экспериментальные исследования; альтернативные виды топлив

Рубрикатор ВИНИТИ

731, Транспорт
733, Транспорт

Наименование базовой организации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения»
Количество организаций: 1

Научный руководитель

Носырев Дмитрий Яковлевич
доктор технических наук
профессор
Число монографий: 6
Число учебно-методических изданий: 72
Число научных работ в зарубежных издательствах: 0
Число статей в журналах ВАК: 0
Число патентов: 229

Генератор водорода транспортной энергоустановки и устройство обогащения дизельного топлива водородом

Критические технологии

  • Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику.

Длительность проведения исследования

3–5 лет

Аннотационное описание сущности

В последние годы наряду с работами по созданию двигателей работающих на чистом водороде, появился интерес к использованию водорода в качестве добавки к традиционным жидким углеводородным топливам. В этом случае удается добиться улучшения экономичности ДВС и сокращения выброса токсичных компонентов выхлопа при минимальных переделках. Однако одной из проблем применения водорода в энергетических установках на транспорте, в том числе и на железнодорожном, является его размещение и хранение непосредственно на борту транспортного средства.
Выходом из сложившейся ситуации является получение водорода на борту транспортного средства с помощью бортового генератора водорода. Получаемый при этом водород направляется непосредственно в дизель локомотива. Это исключает необходимость применения на борту тепловоза разного рода накопительных систем для водорода.
Однако тут же возникает вопрос, какой наиболее приемлемый способ получения водорода необходимо применить при решении данной задачи, учитывая все ее нюансы с точки зрения минимальных энергозатрат, безопасности эксплуатации и технологичности применения водорода в тяжелых эксплуатационных условиях работы транспортных средств.
Из проведенного анализа известных на настоящее время основных способов получения водорода, учитывая все их преимущества и недостатки, следует, что наиболее просто реализуемым способом получения водорода на борту транспортного средства является щелочно-алюминиевый.
Реакция гидролиза описывается в этом случае уравнением: 2Al + 2NaOH + 2H2О→ 2NaAlO2 + 3H2↑. 
Процесс является экзотермическим и активно протекает при температурах ниже 100°С. При этом при достаточном количестве щелочи в исходном растворе продукты реакции также являются жидкими (раствор алюмината натрия в щелочной среде). Отсутствие нерастворимых продуктов реакции делает этот способ получения водорода предпочтительным для автономных энергетических установок с большим ресурсом работы. Кроме того, положительным достоинством способа является то, что в реакции выделяется весь водород, содержащийся в исходных компонентах.
Предложенный способ гидролиза алюминия раствором щелочи позволяет использовать генератор на борту транспортного средства. Таким образом, полученным водородом можно непосредственно насыщать дизельное топливо или подавать водород в виде добавки к топливу. Предложенное техническое решение позволяет повысить безопасность транспортного средства в целом за счет отсутствия в необходимости накопителей водорода и применения баллонной системы.
Весь процесс в генераторе протекает автоматически. В результате контакта жидкого реагента – водного раствора щелочи NaOH с алюминием происходит химическая реакция, в результате которой выделяется водород и тепло. Производительность генератора регулируется путем изменения концентрации водного раствора щелочи и путем изменения площади контакта с водным раствором щелочи NaOH. 
Полученный водород в качестве добавки к дизельному топливу может использоваться как для насыщения дизельного топлива водородом, так и добавки к основному топливу. Результаты расчетно-экспериментальных исследований показали что, насыщение дизельного топлива водородом в количестве 0,1% приводит к снижению удельного расхода топлива на 5 – 7%, уменьшению выбросов сажи на 30 – 50% и выбросов оксидов азота на 30 – 40%.

Научная новизна исследования

Научная новизна данного исследования заключается разработке химико-кинетической модели внутрицилиндровых процессов горения смеси дизельного топлива с добавками водорода и методики расчета количества продуктов сгорания полученной смеси.

Опубликованные результаты научного исследования

1. Разработка генератора водорода транспортной энергоустановки. Транспортное образование и наука: проблемы и перспективы: материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 175-летию российских железных дорог/ Самара - Уфа: СамГУПС, 2012. С.175-179.
2. Энергоустановка с водородовоздушным электрохимическим генератором. Материалы V Всероссийской научно-практ. конф. «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (25-27 февраля 2009 г., г. Самара). – Самара: СамГУПС, 2009. – С.209-213 
3. Повышение эффективности работы тепловозных энергоустановок путем применения добавок водорода. Материалы Международной научно-практ. конф. «Наука и образование транспорту» (5-7 октября 2009 г., г. Самара). – Самара: СамГУПС, 2009. – С.180-182.
4. Повышение точности регулирования производительности тепловозного генератора водорода с помощью устройства для измерения параметров в цилиндре дизеля. Актуальные проблемы развития транспортного комплекса: материалы IV международной научно-практической конференции (4-5 марта 2008 г., г. Самара). – Самара: СамГУПС, 2008. – С. 171-173.
5. Исследование кинетики процесса сгорания дизельного топлива и химико-кинетическая модель механизма его горения с добавками. Надежность железнодорожной техники и управление: материалы научно-практической конференции (11-12 апреля 2007г., г. Самара). – Самара: СамГУПС, 2007. – С.79-81.
6. Устройство для получения водорода на борту тепловоза. Надежность железнодорожной техники и управление: материалы научно-практической конференции (11-12 апреля 2007г., г. Самара). – Самара: СамГУПС, 2007. – С.75-78.
7. Получение водорода на борту тепловоза с использованием энергоаккумулирующих веществ. “Trans-Mech-Art-Chem” // Труды IV Международной научной студенческой конференции. - М.: МИИТ, 2006. – С. 155 – 159.

Сведения о наиболее близких исследованиях

1. М.М. Русаков и др., Водород и токсичность ДВС, Международный научно-технический семинар «Водородные технологии 21 века»,  С-Петербург, 1997.
2. М.М. Русаков и др., Результаты исследований токсичности отработавших газов автомобиля ОКА с системой добавки водорода, Материалы VI международного семинара, ВГТУ, Владимир, 1997.
3. М.М. Русаков и др., Снижение токсичности ДВС добавкой водорода, Сб. Материалов III научно-практического семинара ВГТУ, Владимир, 1994.

Планируемые результаты и практическая значимость

Проведение исследований по применению водорода непосредственно на борту тепловоза, создание системы автоматического управления и регулирования подачей водорода на всех режимах работы тепловоза. Разработка системы пожаро- и взрывобезопасности при применении генератора водорода на борту локомотива.

Форма передачи и организация внедрения результатов исследования


										

Финансирование работ со стороны федеральных целевых программ

Нет

Финансирование работ в рамках Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218

Нет

Финансирование работ в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований

Нет

Финансирование работ по контрактам, договорам, грантам, не указанных (ФЦП, 218, РФФИ)

Заказчики исследований: Хозяйственный договор с Департаментом технической политики ОАО «РЖД», функциональным заказчиком Дирекцией тяги (ЦТ) ОАО «РЖД»

Объем финансирования: 9900000

Связи по совместному развитию

Нет

Потребности по привлечению компетенций

Нет

Общее кол-во научных работников

0

Количество научных работников имеющих степень доктора наук

2

Количество научных работников имеющих степень кандидата наук

5

Общее количество вспомогательного и обслуживающего персонала

17

Наименование темы и номер гранта ведущей научной школы РФ

Необходима потребность в специалистах специализации по информационным системам и программированию в количестве 2 человек

Потребность в научных работниках в ближайшие 3 года и их специализация

Необходима потребность в специалистах специализации по информационным системам и программированию в количестве 2 человек

Потребность во вспомогательном и обслуживающем персонале в ближайшие 3 года

0

Общее количество единиц научного и лабораторного оборудования, используемого в исследовании

16

Наиболее значимое научное и лабораторное оборудование

1. Турбинные преобразователи расхода типа ТПР и DFM.
	2. Дизель-генераторная установка с дизелем с водяной системой охлаждения Д242. 
3. Силовое оборудование нагрузочного водяного реостата.
4. Газоанализатор АВТОТЕСТ 02.02П.
5. Дымомер МЕТА-01МП 0.43Т.
6. Электронный расходомер регулятора расхода газа Bronkhost EL-FLOW
7. Измеритель расхода ИРТ-04 - предназначен для измерения расхода топлива при испытаниях дизеля на стенде.

Количество средств вычислительной техники

1

Потребность в научном и лабораторном оборудовании с учетом прогноза развития исследования в ближайшие 3 года и плановой замены имеющегося оборудования

1. Газоанализатор.
2. Хроматограф переносной
3. Дымомер (для дизеля).

Текущая потребность в средствах вычислительной техники

Персональный компьютер

Используемое специализированное лицензионное программное обеспечение

Программное обеспечение для электронного расходомера регулятора расхода газа Bronkhost EL-FLOW

Текущая потребность в специализированном лицензионном программном обеспечении

1. Compas. 2. Ansis. 3. Solid Works.

Оценочная стоимость необходимого научного и лабораторного оборудования, средств вычислительной техники и программного обеспечения

1 500 000