В данном материале речь пойдет об отечественных разработках автомобилей на топливных элементах. Стоит отметить, что принципиального отличия (кроме внешнего вида) от западных образцов практически нет.
Первый отечественный экологически чистый автомобиль АНТЭЛ построен на базе ВАЗ-2131 "Нива". Аббревиатура "АНТЭЛ" как раз и означает "Автомобиль На Топливных ЭЛементах".
На смену первому АНТЭЛу пришел второй, а затем и третий. Главное отличие последней - на борту нет баллонов высокого давления, и заправлять ее надо обычным бензином.
В 2001 году только кузов пятидверной "Нивы" мог вместить громоздкую силовую установку на топливных элементах. Под капотом электродвигатель мощностью 25 кВт, батарея для разогрева и запуска энергоустановки и блок системы управления. Источник энергии - модернизированный электрохимический генератор "Фотон", созданный в свое время для решения космических задач. Его "упаковали" в просторный багажник бывшего вседорожника, ставшего переднеприводным электромобилем.
Баллоны с кислородом спрятали под задним сиденьем, а водородные, в которых газ под давлением 250 атмосфер, - непосредственно над генератором. Места для багажа не осталось. С пятью седоками в салоне масса машины вплотную приближалась к двум тоннам. При запасе водорода 60, а кислорода 36 л автомобиль развивал скорость до 80 км/ч и преодолевал 200 км без "заправки".
Это ВАЗ-2111, который и по начинке существенно отличается от первого АНТЭЛа. Новый электродвигатель переменного тока очень компактен, поэтому уместился в моторном отсеке вместе с энергоустановкой. Сама установка - уже не доработанная космическая батарея, а созданный специально для автомобиля водородно-воздушный электрохимический генератор. Кислород он берет из атмосферного воздуха, очищенного от примесей углекислоты.
Водородные баллоны разместили под пол багажника. Их суммарная емкость увеличена до 90 л, сжатых до 400 атмосфер. Это позволило довести запас хода до 350 км, что уже сравнимо с обычным автомобилем. Под подушкой заднего сиденья, где обычно расположен бензобак, размещены блоки систем управления источниками питания и электроприводом, а также буферная батарея. Ее задача - обеспечить разогрев и запуск энергоустановки и помогать ей при пиковых нагрузках. Багажник почти свободен. Его емкость - 350 л - несколько меньше штатного, так как пол чуть приподнят над водородными баллонами.
Второй АНТЭЛ получился легче почти на 300 кг, уложившись в снаряженную массу 1300 кг. Максимальная скорость выросла до 100 км/ч.
В проекте участвовали многие предприятия. Щелочные воздушно-водородные топливные элементы напряжением 240 вольт созданы совместно с Уральским электрохимическим комбинатом. Наряду с переходом от сжатого кислорода к атмосферному воздуху, почти в 20 раз снижено содержание драгоценных металлов в катализаторах и, соответственно, стоимость последних.
Рыбинская научно-исследовательская лаборатория разработала и изготовила компактный и легкий тяговый электродвигатель, КПД которого более 90% - на 20% выше первого двигателя. Новый электромотор вдвое легче и вчетверо мощнее. В режиме торможения автомобиля электродвигатель способен работать в режиме генератора, подзаряжая буферную батарею (рекурперация).
Совместно с ракетно-космической корпорацией "Энергия" созданы супербаллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер, и система очистки воздуха от присутствующего в нем СО2.
Питерская аккумуляторная компания "Ригель" сделала никель-металлогидридный аккумулятор напряжением 240 В и емкостью 10 А.ч. Он превосходит традиционные свинцово-кислотные по удельной энергоемкости в четыре раза. Эта батарея обеспечивает быстрый запуск энергоустановки и подключается к ней, увеличивая ее мощность в два раза при разгоне автомобиля.
Екатеринбургское НПО "Автоматика" разработало системы управления энергоустановкой и электроприводом, а поволжское отделение российской инженерной академии - электрический усилитель тормозов.
Более подробное описание с техническими характеристиками АНТЕЛ-1 и АНТЕЛ-2
В АНТЭЛ-3 водород планируют получать из бензина уже на борту автомобиля, поэтому заправляться он будет на обычных АЗС. Упразднят и водородные баллоны - все-таки не дело возить с собой газ под давлением 400 атмосфер. Да и заправка их - дело не простое и не такое уж быстрое. Вместо них - топливный процессор (или как его еще называют - реформер), реформирующий бензин в водород и углекислый газ. По расчетам, нововведения вместе с бензобаком увеличат массу автомобиля всего на 30 килограммов и впишутся во второй АНТЭЛ. Стандартный топливный бак объемом 45 л обеспечит ему запас хода почти в тысячу километров. При том, что из выхлопной трубы будут вылетать только вода и углекислый газ.
В планах автоВАЗа, также есть проект создания АНТЭЛ-4. К сожалению, технические подробности этого проекта неизвестны.
4. Схемы автомобилей АНТЭЛ-1 - АНТЭЛ-3 (показаны вместе для удобства сравнения):
Схема автомобиля АНТЭЛ-1 на водородно-кислородных элементах
Схема автомобиля АНТЭЛ-2 на водородно-воздушных топливных элементах
Схема автомобиля АНТЭЛ-3 на водородно-воздушных топливных элементах с топливным процессором (другое название топливного процессора - реформер)
Подборка материалов: Сергей Мишин
Выводы:
1. Технологии создания двигателей на топливных элементах во всех странах, где производятся автомобили, находятся приблизительно на одном уровне.
2. В российских разработках перепробовали все общеизвестные вариаты двигателей. Результат, приблизительно аналогичный западным образцам.
3. Космические технологии мало помогают в области автомобилестроения
В следующей части речь пойдет о самом интересном - смогут ли автомобили на топливных элементах заменить классические, с ДВС.
Ровно 55 лет назад, 12 апреля, весь мир очередной раз был потрясен событием, произошедшем в СССР - первым полетом человека в космос. Люди старшего возраста вспоминают, что это было как второй День Победы: все обнимались, целовались, кричали ура, в воздух летели головные уборы. Была настоящая радость и гордость!
Новоуральск, как оказалось, тоже очень тесно связан с космической программой Советского Союза и России. Причем, точек соприкосновения немало.
И первая из них - Уральский электрохимический комбинат.
Но да простят меня все читающие этот пост, тему связи комбината и космоса я оставлю на конец повествования, потому что вопрос это серьезный и требует внимательного прочтения.
Вторая точка - улицы Новоуральска, названные в честь космонавтов.
таких улиц у нас две - Гагарина и Комарова.
С 1948 до 1961 года улица Гагарина называлась Привокзальной. Улица Комарова изначально носила название Южный проезд, а в переименована была в 1967 году, когда погиб космонавт Владимир Комаров.
Третья точка - музеи, связанные с космонавтикой.
Первый музей, связанный с космонавтикой, был открыт в средней школе № 51. Школа, как известно, находилась на улице Гагарина. Пионерская дружина этой школы также носила имя Гагарина.
К сожалению, школа перестала существовать в 2006 году, весь коллектив школы № 51 был переведен в школу № 58. Музей тоже «переехал» в 58-ю школу, но многие «космические» экспонаты и фотографии были утеряны. Но то, что сохранилось, может представлять большой интерес не только для школьников, но и для всех жителей города.
Пионеры вели альбом, посвященный первому космонавту, собирали в него фотографии, интересную информацию, вырезки из газет, биографию Гагарина, цитаты, воспоминания.
В школе был отряд (ребята из 5 «А» класса), борющийся за право носить имя Героя Советского Союза Ю. А. Гагарина. Ребята составили красивый альбом, куда вносили все свои дела. На первых страничках альбома школьники красивым аккуратным почерком написали свой девиз, речевку, отрядную песню, интересные дела.
В музее сохранился и огромный альбом, в котором собраны информация и фотографии, посвященные открытию музея имени Ю. Гагарина. Случилось это торжественное мероприятие 17 декабря 1971 года. Весь альбом сделан вручную, но видно, с какой любовью школьники делали его. В альбоме можно найти информациюинформацию, что ребята переписывались с Валентиной Терешковой и женой первого космонавта Валентиной Гагариной.
Второй музей космонавтики находился в средней школе № 46. Здесь были и фотографии, и уникальные пленки с записью голосов покорителей космоса. Создавала этот музей Вера Дмитриева Шушурихина - участница знаменитого похода в Гжатск, где группа ребят встретилась с первым космонавтом (об этом интересном событии чуть позднее ). После этой встречи Вера (тогда еще восьмиклассница») просто «заболела» космической темой. Впоследствии, через 13 лет, она вновь посетила те места. Побывала она и в Калуге, где жил и творил Циолковский, была на открытии памятника Михаилу Янгелю. И везде собирала информацию, фотографии, предметы. К сожалению, школы № 46 и ее славных традиций больше не существует в городе. Школу закрыли в кризисные 90-е годы.
Была комната-музей и в техникуме. Комсомольская организация техникума носила имя Юрия Гагарина, поэтому в музейной комнате хранились материалы, посвященные космическим полетам. В этой комнате фотографировались лучшие студенты. Туда заглянул как-то приезжавший в наш город еще один герой советской космонавтики Василий Лазарев.
Школа № 51
Страницы альбома, посвященные Ю. Гагарину
Перекидной календарь 1962 года. Уже - портрет космонавта и ДАТА!
Муниципальный историко-краеведческий музей города Новоуральска, можно сказать, богат экспонатами, посвященными космонавтике. Экспонаты, имеющие самое непосредственное отношение к космонавтике, - это памятные монеты: 1 рубль «20 лет первого полета человека в космос» и 1 рубль «ХХ лет после первого полета первой женщины-космонавта В. В. Терешковой». Также в музее хранятся бюст Гагарина (гипс, автор Морозов В. Ф.), барельеф «Ю. А, Гагарина» (гипс, кожзаменитель, ваза с портретом Терешковой, сборник песен с нотами А. Пахмутовой «Созвездье Гагарина», значок «XXV лет «Восток-1». Ю. Гагарин», минерал гагаринит (порфир «Гагаринское небо»), фотографии Лазарева и Севасть-янова, посетивших наш город, а также портреты космонавтов.
Четвертая точка - это встречи с космонавтами.
Известно, что в Новоуральск приезжали два космонавта - Виталий Иванович Севастьянов (1972 г.) и Василий Григорьевич Лазарев (1975 г.)
Но самая удивительная встреча, о которой хочется поведать, состоялась летом 1961 года с Юрием Гагариным.
Когда-то мы с дочкой собирали материал о том, как Новоуральск связан с космосом, и узнали о знаменитой поездке учеников школы № 51 в Гжатск - на родину первого космонавта. Мы встретились с руководителем той поездки Верой Васильевной Смагиной, которая в красках рассказала об этом.
12 апреля 1961 года, когда все узнали о полете Гагарина, в школе была собрана линейка, после которой было принято решение поехать на родину космонавта. Были организованы несколько лучших пионеров. Написали письмо в Москву, но ответа не получили, и решили ехать наобум. Вспоминает Вера Васильевна, как в Москве ночевали в спортивных залах, как приступом брали партийные и комсомольские комитеты, чтобы получить адрес Гагариных. Они добились своего и поехали в Гжатск. Там познакомились с родителями Гагарина и с удивлением узнали, что завтра домой приедет сам Юрий Алексеевич. О такой удаче они даже не мечтали! На следующий день в честь приезда космонавта в городе был митинг, и ребятам с трудом удалось туда пробиться. О том, чтобы лично встретиться с Гагариным, не было и речи. Но опять повезло. Вечером они пошли к дому Гагариных, откуда вышел сам космонавт и уделил несколько минут нашим школьникам. Он пообщался с ними и даже сфотографировался.
Конечно, для детей это было настоящее событие, запомнившееся на всю жизнь. Что интересно, они до сих пор могут воссоздать каждую минуту той поездки и каждую секунду общения с космонавтом. Это было счастье! Причем все отмечают, что Юрий Гагарин вел себя вполне скромно (да и всем известно, что звездной болезни у него никогда не было, а слава его тяготила).
По инициативе учащихся школы № 51 улица Привокзальная, на которой находилось здание, была переименована в честь Гагарина.
Одна из участниц той поездки вспоминала, что Юрий Гагарин напсоледок им сказал: "Надо обязательно иметь мечту, исполнение которой будет зависеть только от тебя самого".
Возможно, многие, прочитав эти восторженные строки о встрече с первым космонавтом, скажут: "Ну и что такого?" Но не забывайте, что это был 1961 год, это были дети-пионеры, верящие в светлое будущее и понимающие значимость первого полета именно советского человека.
Наши школьники с Ю. Гагариным
Митинг в Гжатске,Ю посвященный приезду космонавта
Фото новоуральцев с родителями Гагарина
А это фото сделано еще одним жителем Новоуральска Евгением Гайдуковым. В то время он служил в Германии. В августе 1963 года, после полета В. Терешковой, семья Гагариных и первая женщина-космонавт посетили наших военнослужащих в Германии.
Итак, возвращаемся к первой и самой главной точке соприкосновения - Уральскому электрохимическому комбинату.
В августе 1964 года в СССР решено было осваивать лунную поверхность. Для этой цели нужны были особые источники энергии. Традиционные бортовые были недопустимо большого веса, а солнечные требовали постоянной ориентации на Солнце. Тогда-то и пришла идея подключить ученых и конструкторов комбината к созданию бортового источника тока для лунного орбитального корабля (ЛОК).
В 1970 году электрохимический генератор (ЭХГ), получивший условное название "Волна", был принят в качестве осоновного источника электроэнергии ЛОКа.
В апреле - июне 1972 года на полигоне Байконур были проведены испытания комплекса Н1-Л3 с системой энергопитания ЭХГ «Волна» на борту, а 23 ноября состоялся пуск этого комплекса. Полет продолжался 106,93 секунды, но за 7 секунд до расчетного времени произошло мгновенное разрушение насоса окислителя двигателя № 4 ракеты, которое привело к ее взрыву.
К сожалению, лунная программа была свернута, экспериментально-конструкторские работы были приостановлены.
Надо отметить, что злектрохимический генератор, созданный на УЭХК, был по-настоящему ценным предметом. Помимо электричества, от него поступали кислород для дыхания космонавтов, тепло для обогрева корабля, вода для бытовых нужд космонавтов (на космическом корабле всегда не хватает воды).
В 1976 году НПО «Энергия» поставило перед УЭХК новую задачу: разработать более мощный ЭХГ для комплектации системы энергопитания многоразового транспортного космического корабля «Буран». В процессе заключительных испытаний на «Буране» ЭХГ оказался на высоте. Но по ряду причин программа «Энергия-Буран» в НПО «Энергия» была свернута.
В июле 2009 года с космодрома «Плесецк» ракетой-носителем «Космос 3М» был выведен на орбиту спутник «Стерх», в систему энергопитания которого входят две никель-водородные аккумуляторные батареи, сконструированные и изготовленные на заводе электрохимических преобразователей (объекте 46) ОАО «УЭХК».
Таким образом, комбинат неплохо поработал на космическую программу. И хотя не всё было реализовано, можно смело сказать, что космос и УЭХК тесно связаны. Кстати, ЭХГ "Фотон" впоследствии был использован в железнодорожном деле.
В проекте "Волна" участвовала моя бабушка. Она подробно рассказала, как происходил процесс сборки электрохимического генератора. Сама она всего лишь выполняла одну из операций на ленте, но это была очень ответственная работа, потому что от каждого человека зависела целая космическая программа. И рабочие это понимали.
В Министерстве обороны много денег, а в корпорации «РосАтом» много супертехнологий. Да они просто созданы друг для друга - видимо решили в госкорпорации и полезли в свои интеллектуальные закрома. А там оказывается не только царь-бомбы, «кузькины матери» и ядерные реакторы, но и еще много чего интересного, скрывающегося под невзрачным термином «неядерное производство».
Так что же интересует военных? А интересует их электричество, вернее его получение в самых что ни на есть военно-полевых условиях, когда ничего нет, а вот электричество должно быть. Схожие условия, например в космосе. А тема электричества в космосе знакома российским атомщикам очень хорошо уже на протяжении почти полувека. Лунная Н-1 и орбитальный «Буран» (на фото вверху), все они имели на борту электрохимические преобразователи тока, небольшие электростанции, мощностью от 1 до 20 КВт.
"Буран" закрыли, а вот ЭХГ "Фотон" получил дальнейшее развитие.
1993-2001 - разработан высоковольтный ЭХГ (320В) мощностью 10 кВт (для СКБК, г.Санкт-Петербург);
1997-1999 г.г. - проведена модернизация ЭХГ «Фотон» с целью увеличения номинальной мощности с 10 до 25 кВт («Фотон-М») (для ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти);
2000-2002 г.г. - проведена модернизация ЭХГ «Фотон» с целью увеличения номинальной мощности с 25 до 40 кВт («Фотон-МВК») (для ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти);
2002-2004 г.г. - проведена модернизация ЭХГ «Фотон» с целью обеспечения работы ЭХГ на воздухе («Фотон-МВВ») (для ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти).
Автомобили были вполне подвижные, но уж слишком дорогие. Штучное производство ЭХГ задирало их стоимость до 300 000$.
Суть работы таких установок, до неприличия проста - с одной стороны подается водород, с другой кислород, а на выходе мы имеем дистиллированную воду и электричество.
На состоявшемся сегодня брифинге, один из руководителей предприятия-разработчика подтвердил, что работы в этом направлении активизированы. Проекты разработок энергоустановок на базе топливных элементов в интересах военного ведомства проходят качественный анализ. Однако ответить на вопрос, в каких именно целях эти установки будут использоваться, источник отказался.
Однако если углубиться в архивы, то можно прикинуть в каком направлении могут двигаться атомщики.
Кстати! Для непрерывного функционирования оборудования американских военных баз, в случае перебоев с электричеством, на их территории имеются резервные энергетические установки. Раньше эту роль выполняли дизельные генераторы, однако с недавнего времени Министерство обороны США стало искать им альтернативу. Оно руководствовалось доводами, что работающий дизель является слишком очевидной целью для потенциальной атаки, кроме того, он занимает много места, и для его роботы постоянно требуется держать запас топлива, которое также занимает внушительный объём. Как сообщает интернет-издание Earth Techling, наиболее подходящей кандидатурой на замену дизелям специалисты посчитали топливные элементы.
Спасибо за внимание.
Первый отечественный экологически чистый автомобиль АНТЭЛ построен на базе ВАЗ-2131 "Нива", вернее, этот автомобиль был носителем топливных элементов.
На смену первому АНТЭЛу пришел второй, а затем и третий. Главное отличие последней - на борту нет баллонов высокого давления, да и заправлять ее надо обычным бензином.
АНТЭЛ-1
В 2001 году только кузов пятидверной "Нивы" мог вместить громоздкую силовую установку на топливных элементах. Под капотом электродвигатель мощностью 25 кВт, батарея для разогрева и запуска энергоустановки и блок системы управления. Источник энергии - модернизированный электрохимический генератор "Фотон", созданный в свое время для решения космических задач. Его "упаковали" в просторный багажник бывшего вседорожника, ставшего переднеприводным электромобилем. Баллоны с кислородом спрятали под задним сиденьем, а водородные, в которых газ под давлением 250 атмосфер, - непосредственно над генератором. Места для багажа не осталось. С пятью седоками в салоне масса машины вплотную приближалась к двум тоннам. При запасе водорода 60, а кислорода 36 л автомобиль развивал скорость до 80 км/ч и преодолевал 200 км без "заправки".
АНТЭЛ-2
Это ВАЗ-2111 , который и по начинке существенно отличается от первого АНТЭЛа.
Новый электродвигатель переменного тока очень компактен, поэтому уместился в моторном отсеке вместе с энергоустановкой. Сама установка - уже не доработанная космическая батарея, а созданный специально для автомобиля водородно-воздушный электрохимический генератор. Кислород он берет из атмосферного воздуха, очищенного от примесей углекислоты.
Водородные баллоны разместили под пол багажника. Их суммарная емкость увеличена до 90 л, сжатых до 400 атмосфер. Это позволило довести запас хода до 350 км, что уже сравнимо с обычным автомобилем. Под подушкой заднего сиденья, где обычно расположен бензобак, размещены блоки систем управления источниками питания и электроприводом, а также буферная батарея. Ее задача - обеспечить разогрев и запуск энергоустановки и помогать ей при пиковых нагрузках. Багажник почти свободен. Его емкость - 350 л - несколько меньше штатного, так как пол чуть приподнят над водородными баллонами.
Второй АНТЭЛ получился легче почти на 300 кг, уложившись в снаряженную массу 1300 кг. Максимальная скорость выросла до 100 км/ч.
В проекте участвовали многие предприятия. Щелочные воздушно-водородные топливные элементы напряжением 240 вольт созданы совместно с Уральским электрохимическим комбинатом. Наряду с переходом от сжатого кислорода к атмосферному воздуху, почти в 20 раз снижено содержание драгоценных металлов в катализаторах и, соответственно, стоимость последних.
Рыбинская научно-исследовательская лаборатория разработала и изготовила компактный и легкий тяговый электродвигатель, КПД которого более 90% - на 20% выше первого двигателя. Новый электромотор вдвое легче и вчетверо мощнее. В режиме торможения автомобиля электродвигатель способен работать в режиме генератора, подзаряжая буферную батарею (рекурперация).
Совместно с ракетно-космической корпорацией "Энергия" созданы супербаллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер, и система очистки воздуха от присутствующего в нем СО 2 .
Питерская аккумуляторная компания "Ригель" сделала никель-металлогидридный аккумулятор напряжением 240 В и емкостью 10 А.ч. Он превосходит традиционные свинцово-кислотные по удельной энергоемкости в четыре раза. Эта батарея обеспечивает быстрый запуск энергоустановки и подключается к ней, увеличивая ее мощность в два раза при разгоне автомобиля.
Екатеринбургское НПО "Автоматика" разработало системы управления энергоустановкой и электроприводом, а поволжское отделение российской инженерной академии - электрический усилитель тормозов.
В АНТЭЛ-3 водород планируют получать из бензина уже на борту автомобиля, поэтому заправляться он будет на обычных АЗС.
Упразднят и водородные баллоны - все-таки не дело возить с собой газ под давлением 400 атмосфер. Да и заправка их - дело не простое и не такое уж быстрое. Вместо них - топливный процессор, реформирующий бензин в водород и углекислый газ. По расчетам, нововведения вместе с бензобаком увеличат массу автомобиля всего на 30 килограммов и впишутся во второй АНТЭЛ. Стандартный топливный бак объемом 45 л обеспечит ему запас хода почти в тысячу километров. При том, что из выхлопной трубы будут вылетать только вода и углекислый газ.
Схема автомобиля АНТЭЛ-1 на водородно-кислородных элементах