Kết quả thí nghiệm cho thấy được (nồng độ chất xúc tác; điện áp và cường độ dòng điện là 3 yếu tố đc xem là quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng khí HHO tạo ra).
3.4.2. Đánh hiểu quả kinh tế sử dụng hệ thống sinh khí HHO
Dựa vào cơ sở lý thuyết ta có:
- Phương trình phản ứng:
Theo Định luật bảo toàn khối lượng, khi điện phân 1 kg H2O sẽ thu được 1kg hỗn hợp H2 và O2.
Mặt khác:
Cứ 18kg H2O → 2kg H2 và 16kg O2 Nếu 1kg H2O → xkg H2 và ykg O2
Suy ra: 1.2 0,111( ) 18 x kg ; 1.16 0,889( ) 18 y kg
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 56
- Th tích khí thốt ra ở điều kiện tiêu chu n
Ở điều kiện tiêu chuẩn, thể tích khí thốt ra từ q trình điện phân 1kg nước được tính tốn như sau: 2 1000 .22, 4 .22, 4 1244( ) 18 H V n l 2 1000 .22, 4 .22, 4 622( ) 18.2 O V n l
Như vậy, ở điều kiện này, 1 lít nước sản xuất được tối đa 1.866 lít HHO.
- Khối lượng riêng trung bình của khí HH hydro và oxy):
+ Khi điện phân 1 mol H2O (tức là 18 gam H2O) 2 2 1/ 2 2
H OH O
1 mol 1 mol 0,5 mol 18 gam 2 gam 16 gam
+ Phần trăm thể tích của 2 khí H2 và O2 trong hỗn hợp:
0 0 0 0 2 0 0 1 .100 66, 67 1,5 H 0 0 0 0 2 0 0 0,5 .100 33,33 1,5 O
+ Khối lượng phân tử trung bình (gọi tắt là khối lượng trung bình) ở điều kiện tiêu chuẩn của hỗn hợp khí H2 và O2 3 66, 67.2 33,33.32 1 . 0,54( / m ) 100 22, 4 kg
- Chi phí sản xuất 1.866 lít khí HHO
Theo bảng thí nghiệm (bảng 3.1), với 22(g/l) KOH ở công suất p = 52,8w thì điện phân được 250(ml/p) khí HHO
Suy ra mất thời gian 7464 phút (tương đương 124 giờ) để điện phân hết 1 lít nước.
+ Điện năng tiêu thụ
w p t. 0, 0528.1246,54(kw h/ )
Nếu bỏ qua giá thành đầu tư thiết bi ban đầu thì để sản xuất được 1.866 lít HHO ở điều kiện tiêu chuẩn cần 1 lít nước cất. Trong đó, giá thành 1 lít nước cất là 6.000
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 57
đồng, điện năng tiêu thụ là 6,54 kW điện, lượng dung dịch điện phân cần thiết là 22 gram =15.000 đồng, tính mức giá điện bình qn 1.500 đồng/kWh. Tổng cộng chi phí cho việc sản xuất 1.866 lít HHO là 30.810 đồng. Vậy cứ mỗi lít khí HHO có giá 16 đồng.
3.4.3. Đánh giá về yếu tố kỹ thuật
Bộ sinh khí HHO được thiết kế phù hợp cho việc lắp đặt ở cốp xe gắn máy Lead 110cc. Để đảm bảo an tồn cho việc bố trí trên xe, chúng tôi sẽ tận dụng khoan chứa của cốp xe để lắp đặt và đồng thời trang bị các thiết bị đảm bảo an tồn như: cơng tắc áp suất (hình PL.3), van chống cháy ngược (van một chiều) (hinh PL.4) nhằm đảm bảo an tồn cho bộ sinh khí khi hoạt động, tránh cháy nổ.
3.5. Tổng kết chƣơng 3
Trên cơ sở phần nội dung đã trình bày ở trên, có thể rút ra một số kết luận tóm tắt chương 3 như sau:
1. Xác định đối tượng nghiên cứu, đưa ra được các sở lý thuyết về tính chất để tiến hành lên ý tưởng cho việc tính tốn và thiết kế..
2. Hoàn thành việc nghiên cứu thiết kế, lên sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của bộ sinh khí HHO.
3. Tìm hiểu, giới thiệu các hệ thống tham gia điều khiển hoạt động của bộ sinh khí được lắp đặt. Xác định vai trị, cách đấu nối lắp đặt và nguyên lý hoạt động của các hệ thống này.
4. Hoàn thành thử nghiệm, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tạo khí. .
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 58
KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận
Để tận dụng ưu điểm của nhiên liệu hydro là cháy nhanh, trị số ốc tan cao, giới hạn cháy rộng, khí thải sạch và đồng thời khắc phục nhược điểm nhiệt trị mol của hydro thấp làm cho việc tích trữ nhiên liệu khó khăn. Đề tài đã nghiên cứu phương pháp tạo khí HHO bằng phương pháp điện phân nước để cung trực tiếp trên động cơ xe, nhằm sử dụng khí này như một chất xúc tác để tăng tốc độ cháy, giúp cháy triệt để nâng cao hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải. Qua các nồi dung đã nghiên cứu và thực hiện, có thể tóm tắt lại các vấn đề đã được giải quyết như sau:
1. Đưa ra được giải pháp sản xuất khí HHO bằng phương pháp điện phân nước. Từ đó hồn thành lên kế hoạch nghiên cứu thiết kế hệ thống tạo và cung cấp khí hydroxy (HHO) phù với động cơ xe gắn máy Lead 110cc bằng phần mềm Autocad.
2. Đồ án đã hoàn thành thiết kế, chế tạo hê thống sản xuất khí HHO bằng phương pháp điện phân nước sử dụng trực tiếp trên xe để cung cấp cho động cơ.
3. Hồn thành mơ phỏng sơ đồ ngun lý hoạt động của hệ thống sản xuất khí HHO bằng phần mềm powerpoint.
4. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về tính năng hoạt động của bộ sinh khí cho thấy sự phù hơp của mơ hình nghiên cứu và độ tin cậy của các dữ liệu trong báo cáo đồ án.
5. Đồ án đã góp phần mở ra một triển vọng mới trong việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch một cách hiệu quả và giảm ô nhiễm môi trường thơng qua việc bổ sung khí HHO vào đường nạp của động cơ và vận hành động cơ ở chế độ hỗn hợp nhạt. Đây là mô giải pháp có tính thực tiễn và có thể ứng dụng trên nhiều loaị động cơ xe máy dùng chế hịa khí khác nhau.
Phƣơng hƣớng phát triển
Đề tài có thể tiếp tục nghiên cứu phát triển theo các hướng sau đây:
- Nghiên cứu kích thước bộ sinh khí HHO phù hợp và bố trí hệ thống nhiên liệu trên xe gắn máy thẩm mỹ hơn.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 59
[1] Heywood, J. B. (1997). Motovehicle Emissions Control: Past Achievements, Future Prospects. IMechE-The Institution of Engineering, Singapore.
[2] Phạm Minh Tuấn (2009). Khí thải động cơ và ơ nhiễm mơi trường. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Shayler, P. J., Hayden, D. J. and Ma, T. (1999). Exhaust System Heat Transfer and Catalytic Converter Performance. SAE paper 1999-01-0453.
[4] A Kowalewicz and M Wojtyniak. (2005). Alternative fuels and their application to combustion engines. Proc. IMechE. Vol. 219 Part D: J. Automobile Engineering.
[5] Ali M. Pourkhesalian, Amir H. Shamekhi, Farhad Salimi (2010). Alternative fuel and gasoline in an SI engine: A comparative study of performance and emissions characteristics. Fuel 89, 1056–1063.
[6] Ghazi A. Karim (2003). Hydrogen as a spark ignition engine fuel. International Journal of Hydrogen Energy 28, p569 – 577.
[7] Changwei Ji, Shuofeng Wang, (2009). Effect of hydrogen addition on combustion and
[8] emissions performance of a spark ignition gasoline engine at lean conditions, International Journal of Hydrogen Energy, 34, p7823 – 7834.
[9] Toru Miyamoto, Hirokazu Hasegawa, Masato Mikami, Naoya Kojima, Hajime Kabashima,
[10] Yasuhiro Urata, (2011). Effect of hydrogen addition to intake gas on combustion and exhaust emission characteristics of a diesel engine. International Journal of Hydrogen Energy, 36, p13138-13149.
[11] Anand, Shakti Soni, Nakul Aggarwal (2015). Analysis of a Hydrogen Fueled Internal Combustion Engine. International Journal of Enhanced Research in Science, Technology & Engineering, Vol. 4 Issue 7, p.236-243.
[12] Jack Dempsey (2001). Hydrogen Fuel Cell Engines and Related Technologies- Module 3: Hydrogen use in internal combustion engines. College of the Desert, Palm Desert, CA, USA.
[13] Welch A., Mumford D., Munshi S., Holsbery J., Boyer D., Younhins M., Jung H. (2008). Challenges in developing hydrogen direct injection technology for internal combustion engines. SAE paper 2008-01-2379.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 60
hydrogen engine dynamometer development. SAE paper 2002-01-0242.
[15] Natkin R.J., Tang X., Boyer B., Oltmans B., Denlinger A., Heffel J.W. (2003). Hydrogen IC engine boosting performance and NOx study. SAE paper 2003-01- 0631.
[16] Verhelst S., P. Maesschalck, N. Rombaut, R. Sierens, (2009). Efficiency comparison between hydrogen and gasoline on a bi-fuel hydrogen/gasoline engine. International Journal of Hydrogen Energy, 34, p2504 – 2510.
[17] Li D.J, Guo L.S. (1996). Combustion of hydrogen-air mixture and NOx formation. Journal of Combustion Science and Technology, 2, p209-214.
[18] Zuo-yu Sun, Fu-Shui Liu, Xing-hua Liu, Bai-gang Sun, Da-Wei Sun, (2012). Research and development of hydrogen fuelled engines in China. International Journal of Hydrogen Energy, 37, p664 – 681.
[19] Sebastian Verhelst, Thomas Wallner (2009). Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, Vol.35, Issue 6, p490–527.
[20] Sopena C., P.M. Dieguez, D. Sainz, J.C. Urroz, E. Guelbenzu, L.M. Gandı (2010). Conversion of a commercial spark ignition engine to run on hydrogen: Performance comparison using hydrogen and gasoline. International Journal of Hydrogen Energy, 35, p1420-1429.
[21] Van Blarigan P. and J. 0. Keller. (1998) A hydrogen fuelled internal combustion engine designed For single speed/power operation. Int. J. Hyrlvogen Energy, 23, p603-609.
[22] Tien Ho, Vishy Karri, Daniel Lim, Danny Barret, (2008 ). An investigation of engine performance parameters and artificial intelligent emission prediction of hydrogen powered car. International Journal of Hydrogen Energy, 33, p3837 – 3846.
[23] Gomes Antunes J. M., R. Mikalsen, A.P. Roskilly (2009). An experimental study of a direct injection compression ignition hydrogen engine. International Journal of Hydrogen Energy, 34, p6516 – 6522.
[24] S. A. Musmar and A. A. Al-Rousan, "Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines,". journal of Fuel and Energy, vol. 90, pp. 3066- 3070, 2011.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 61
introducing HHO gas into intake manifold," International Journal of Hydrogen, vol. 35, pp. 12930-12935, August 2003.
[26] F. Ma, Y. Wang, Study on the extension of lean operation limit through hydrogen enrichment in a natural gas spark-ignition engine, Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008) 1416–1424.
[27] Rajasekaran T.1, Duraiswamy K.2, Bharathiraja M.1 and Poovaragavan S. CHARACTERISTICS OF ENGINE AT VARIOUS SPEED CONDITIONS BY MIXING OF HHO WITH GASOLINE AND LPG. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. VOL. 10, NO. 1, JANUARY 2015.
[28] ] F. Ma, S. Ding, Y. Wang, M. Wang, L. Jiang, N. Naeve, et al, Performance and emission characteristics of a Spark-Ignition (SI) Hydrogen-Enriched Compressed Natural Gas (HCNG) engine under various operating conditions including idle conditions, Energy Fuels 23 (2009) 3113–3118.
[29] F. Ma, Y. Wang, H. Liu, Y. Li, J. Wang, S. Ding, Effects of hydrogen addition on cycle-by-cycle variations in a lean burn natural gas spark-ignition engine, Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008) 823–831.
[30] F. Ma, H. Liu, Y. Wang, Y. Li, J. Wang, S. Zhao, Combustion and emission characteristics of a port-injection HCNG engine under various ignition timings, Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008) 816–822.
[31] Nofriyandi. R, (2014), Gas HHO application on a 150cc motorcycle, S2 Thesis, Department of Mechanical Engineering, Graduate program ITS, Surabaya (in Indonesia).
[32] Aminudin, A. And Sudarmanta, B., The performance improved of Sinjai engine bi-fuel system (gasolinecompressed natural gas) with adjusted of injection duration and air fuel ratio, Proceedings of the Graduate National CONFERENCE XIV - ITS, 2014 (in Indonesia).
[33] E. Leelakrishnan and H. Suriyan, "Performance and emission characteristics of Brown's gas enriched air in spark ignition engine," International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, vol. 2, no. 2, pp. 393-404, February 2013.
[34] F. Ma, Y. Wang, H. Liu, Y. Li, J. Wang, S. Zhao, Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine, Int. J. Hydrogen Energy 32 (2007) 5067–5075.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 62
a hybrid hydrogen–gasoline engine at lean burn limits, Int. J. Hydrogen Energy 35 (2010) 1453– 1462.
[36] F. Ma, J. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Li, H. Liu, et al, Influence of different volume percent hydrogen/natural gas mixtures on idle performance of a CNG engine, Energy Fuels 22 (2008) 1880–1887.
[37] F. Ma, Y. Wang, M. Wang, H. Liu, J. Wang, S. Ding, et al, Development and validation of a quasi-dimensional combustion model for SI engines fuelled by HCNG with variable hydrogen fractions, Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008) 4863–4875.
[38] A.A. Al-Rousan, Reduction of fuel consumption in gasoline engines by introducing HHO gas into intake manifold, Int. J. Hydrogen Energy 35 (2010) 12930–12935.
[39] S.e.A. Musmar, A.A. Al-Rousan, Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines, Fuel 90 (10) (2011) 3066–3070.
[40] A.C. Yilmaz, E. Uludamar, K. Aydin, Effect of hydroxy (HHO) gas addition on performance and exhaust emissions in compression ignition engines, Int. J. Hydrogen Energy 35 (2010) 11366–11372.
[41] K.V. Shivaprasad, S. Raviteja, P. Chitragar, G.N. Kumar, Experimental investigation of the effect of hydrogen addition on combustion performance and emissions characteristics of a spark ignition high speed gasoline engine, Procedia Technol. 14 (2014) 141–148.
[42] S. Wang, C. Ji, Cyclic variation in a hydrogen-enriched sparkignition gasoline engine under various operating conditions, Int. J. Hydrogen Energy 37 (2012) 1112–1119.
[43] A. Boretti, Comparison of fuel economies of high efficiency diesel and hydrogen engines powering a compact car with a flywheel based kinetic energy recovery systems, Int. J. Hydrogen Energy 35 (2010) 8417–8424.
[44] S. Wang, C. Ji, B. Zhang, Starting a spark-ignited engine with the gasoline– hydrogen mixture, Int. J. Hydrogen Energy 36 (2011) 4461–4468.
[45] S. Wang, C. Ji, B. Zhang, X. Liu, Realizing the part load control of a hydrogen- blended gasoline engine at the wide open throttle condition, Int. J. Hydrogen Energy 39 (2014) 7428–7436.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 63
ignited gasoline engine blended with hydrogen and hydrogen–oxygen mixtures, Energy 36 (2011) 5832–5837.
[47] S. Wang, C. Ji, J. Zhang, B. Zhang, Improving the performance of a gasoline engine with the addition of hydrogen–oxygen mixtures, Int. J. Hydrogen Energy 36 (2011) 11164–11173.
[48] C. Ji, B. Zhang, S. Wang, Enhancing the performance of a spark-ignition methanol engine with hydrogen addition, Int. J. Hydrogen Energy 38 (2013) 7490–7498.
[49] Browns gas (2008), What exactly is it, by Chris Eckman
Phụ lục
Phụ lục
Hình PL1.1 Sơ đồ các phương pháp sản xuất khí H2 và HHO
Phụ lục
Phụ lục
Phụ lục
Phụ lục
Phụ lục
Phụ lục
Lưu lượng kế là một thiết bị chỉ thị cho người dùng biết lượng chất đi qua ống trên một đơn vị thời gian (lít/phút, m3/phút, m3/giờ,…)
Phụ lục
Thơng số kỹ thuật
- Áp suất làm việc: 0,1 ~ 1.0 Mpa (10kg)
- Nhiệt độ: -5~60 độ C
- Loại điều chỉnh: điều chỉnh áp suất
- Công suất tối đa: 100 VA
- Số xung tối đa mỗi phút: 200
- Điện áp cách điện: 1500 V
- Kết nối: ren ngoài
- Bảo vệ: IP54
- Nguồn điện : 220v/110v/24v/12v
Hình PL.3 Cơng tắc áp suất chống nước 3 chân 1Mpa QPF-1
Phụ lục 4. Van một chiều
Van một chiều khí nén là thiết bị có thể cho phép khí nén lưu thơng qua máy nén khí theo một hướng và ngăn khơng khí nén chảy ngược trở lại, giúp máy nén và các bộ phận khác giữ áp suất ổn định
Hình PL.4 Van một chiều dùng cho khí nén
Phụ lục
Đồng hồ này được sử dụng để đo và hiển thị điện áp, dịng điện của tải. Thơng số kỹ thuật:
- Nguồn điện hoạt động: 4 ~ 20 VDC
- Khoảng đo áp: 0 ~ 100VDC
- Độ phân giải: 0.1VDC
- Khoảng đo dòng: 0 ~ 10A
- Sai số: 0.1A
- Dòng tiêu thụ : < 20mA
- Tốc độ lấy mẫu : 100ms
- Loại màn hình hiển thị : LED 7 đoạn 0.28", màu đỏ hiển thị điện áp , màu xanh dương hiển
thị dòng điện.
- Có thể chỉnh sai số của đồng hồ bằng hai biến trở căn chỉnh áp và dòng trên đồng hồ với
thiết bị đo chuẩn.
- Kích thước: 48 x 29 x 21mm
Phụ lục
Hình PL.6 Mạch PWM
Phụ lục 7. Một số hình ảnh lắp đặt và thử nghiệm mơ hình thực tế
Phụ lục
Hình PL7.2 Bộ sinh khí HHO
Hình PL7.3 Thử nghiệm bằng phương pháp cho khí vào lý nước
Phụ lục
Hình PL7.4 Thử nghiệm bằng phương pháp đốt cháy khí
Phụ lục 8. Mô phỏng sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất khí HHO