Nghiên cứu và thiết kế thiết bị tạo hydrogen ứng dụng trên động cơ xăng

• Tác giả: Trần Nguyễn Minh Châu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn A
• Trường học: Trường Đại Học Bình Dương
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thiết Kế Thiết Bị Tạo Hydrogen Cho Động Cơ Xăng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Dương

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 1.1. Khái niệm về môi chất công tác của động cơ
• 1.2. Nhiên liệu sử dụng trong động cơ đốt trong hiện nay
• 1.2.1. Nhiên liệu khí
• 1.2.2. Nhiên liệu lỏng
• 1.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG HYDROGEN LÀM NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 2.1. Nhiên liệu hydrogen cho động cơ xăng
• 2.1.1. Khái niệm về hydrogen
• 2.1.2. Tính chất của hydrogen
• 2.1.3. Động cơ xăng dùng nhiên liệu hydro
• 2.2. Điều chế hydro sử dụng trong động cơ đốt trong
• 2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2. Phương pháp khí hóa sinh khối
• 2.2.3. Phương pháp biến đổi nhiệt hóa cồn hoặc nhiên liệu hydrocarbons
• 2.2.4. Phương pháp biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu với hơi nước
• 2.2.5. Phương pháp oxi hóa không hoàn toàn nguyên liệu
• 2.2.6. Phương pháp biến đổi hóa cacbuahydro với CO2
• 2.2.7. Phương pháp điện phân nước
• 2.3. Tích trữ, vận chuyển hydrogen
• 2.3.1. Vấn đề về tích trữ và vận chuyển hydrogen
• 2.3.2. Tạo khí hydrogen ngay trên xe
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ BỘ TẠO HYDRO VÀ ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình điện phân
• 3.2. Thành phần hydro và oxy xảy ra trong quá trình điện phân. Thể tích khí thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn
• 3.3. Khối lượng riêng trung bình của khí giàu hydrogen
• 3.4. Cơ sở thiết kế bộ điện phân. Thiết kế thiết bị điện phân nước kiềm
• 3.4.1. Thiết kế tấm đế
• 3.4.2. Tấm gioăng (Tấm đệm kín)
• 3.4.3. Chất điện phân
• 3.5. Sơ đồ hoạt động của máy điện phân
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KIỂM TRA VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TẠO KHÍ GIÀU HYDRO
• 4.1. Thử nghiệm hoạt động của thiết bị điện phân kiềm
• 4.1.1. Ảnh hưởng của điện áp cấp vào
• 4.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH
• 4.2. Ứng dụng nhiên liệu hydro trên động cơ xăng
• 4.2.1. Động cơ thử nghiệm
• 4.2.2. Phương pháp điều khiển bằng phương pháp cấp khí trên đường ống nạp
• 4.2.3. Tính toán sơ bộ lượng hỗn hợp lượng không khí cung cấp cho động cơ
• 4.3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HẠN CHẾ VÀ PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI, KIẾN NGHỊ
• Hạn chế và hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Động cơ đốt trong vẫn là nguồn động lực chính trong giao thông, mặc dù ô tô điện đang dần phổ biến. Tuy nhiên, ô tô điện gặp nhiều thách thức như giá thành cao và cơ sở hạ tầng chưa phát triển. Do đó, động cơ đốt trong vẫn chiếm ưu thế. Việc sử dụng động cơ này đang đối mặt với hai vấn đề lớn: ô nhiễm khí thải và an ninh năng lượng. Các nhà sản xuất ô tô đã cải tiến công nghệ để giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm nhiên liệu. Nhiên liệu thay thế như LPG và CNG đã được ứng dụng, nhưng vẫn phát thải độc hại. Hydrogen là một lựa chọn tiềm năng, có thể cải thiện ô nhiễm và công suất động cơ. Tuy nhiên, việc tạo ra và lưu trữ hydrogen vẫn là thách thức lớn. Khóa luận này tập trung vào việc thiết kế thiết bị tạo hydrogen cho động cơ xăng, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của hydrogen trong động cơ đốt trong.

II. Mục tiêu phương pháp và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và chế tạo bộ tạo khí hydrogen, đánh giá hiệu suất và khả năng ứng dụng của hydrogen trong động cơ xăng. Phương pháp nghiên cứu bao gồm tìm hiểu tài liệu, tính toán thiết kế và thực nghiệm. Đối tượng nghiên cứu là bộ tạo khí hydrogen và động cơ xăng. Nghiên cứu sẽ đánh giá các phương pháp điều chế khí hydrogen, trong đó phương pháp điện phân được ưu tiên do tính đơn giản và hiệu quả. Việc đánh giá hiệu suất của bộ tạo khí hydrogen sẽ giúp xác định khả năng thay thế xăng bằng hydrogen, từ đó mở rộng ứng dụng trong các chế độ vận hành khác nhau.

III. Cơ sở lý thuyết ứng dụng hydrogen làm nhiên liệu động cơ đốt trong

Hydrogen có tính chất đặc biệt, có thể sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng. Việc điều chế hydrogen có thể thực hiện qua nhiều phương pháp như điện phân nước, khí hóa sinh khối, và oxi hóa không hoàn toàn. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, nhưng điện phân nước được xem là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất. Việc tích trữ và vận chuyển hydrogen cũng là một thách thức lớn, đòi hỏi các giải pháp công nghệ tiên tiến. Sử dụng hydrogen trong động cơ xăng không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn cải thiện hiệu suất động cơ. Nghiên cứu này sẽ đánh giá khả năng ứng dụng hydrogen trong động cơ xăng và tác động của nó đến hiệu suất vận hành.

IV. Tính toán thiết kế bộ tạo hydrogen và ứng dụng trên động cơ đốt trong

Thiết kế bộ tạo hydrogen dựa trên nguyên lý điện phân nước, trong đó nước được phân tách thành hydrogen và oxy. Các thông số như điện áp, nồng độ dung dịch NaOH sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tạo khí hydrogen. Thiết kế bộ điện phân cần đảm bảo tính hiệu quả và an toàn trong quá trình hoạt động. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể tối ưu hóa lượng khí hydrogen sản sinh. Việc ứng dụng hydrogen vào động cơ xăng sẽ được thực hiện qua việc điều chỉnh hệ thống nạp khí, từ đó đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu hydrogen so với xăng truyền thống.

V. Kiểm tra và thử nghiệm thiết bị tạo khí giàu hydrogen

Thử nghiệm thiết bị điện phân kiềm cho thấy ảnh hưởng của điện áp và nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất tạo khí hydrogen. Kết quả cho thấy rằng tăng điện áp sẽ làm tăng lượng khí hydrogen sản sinh, tuy nhiên cần phải cân nhắc đến nhiệt độ và độ ổn định của dung dịch. Việc ứng dụng hydrogen trên động cơ xăng đã được thực hiện qua các thử nghiệm thực tế, cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí thải. Kết quả thử nghiệm cho thấy động cơ sử dụng hỗn hợp xăng và hydrogen có hiệu suất cao hơn so với động cơ chỉ sử dụng xăng.