Укр АН ИПМ отд водородной энергетики

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ
ПРОБЛЕМ МАШИНОСТРОЕНИЯ
им. А. Н. Подгорного

 ОТДЕЛ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Руководитель отдела:
доктор технических наук

Соловей Виктор Васильевич

E-mail: solovey@ipmach.kharkov.ua

    Отдел создан в 1974 г. на базе отделения водородной энергетики. Отделу принадлежит приоритет в становлении и разработке концепции развития научного направления – Металлогидридная техника и технология. В составе отдела 2 доктора и 8 кандидатов наук. По тематике отдела опубликовано 12 монографий, 478 статей. Результаты исследований защищены 96 патентами и авторскими свидетельствами.

Основные научные направления

• Развитие направлений нетрадиционной энергетики, проблемы, связанные с разработкой электрохимических источников энергии
• Разработка новых методов оценки теплофизических свойств альтернативных топлив и анализ рабочих процессов в энергетических и теплоиспользующих установках
• Разработка теории гидридных преобразователей
• Разработка научных основ создания экологически чистых двигателей внутреннего сгорания
• Совершенствование рабочих процессов поршневых транспортных двигателей, работающих на нетрадиционных видах топлива
• Разработка технологий конвертирования дизелей и двигателей Отто в газодизели и газовые двигатели с искровым зажиганием
• Совершенствование методов и технологий повышения экономичности и нейтрализации отработавших газов транспортных двигателей
• Создание дизельных энергоустановок с замкнутым циклом
• Разработка новых методов описания теплофизических свойств альтернативных топлив и металлогидридов
• Исследование комплексных характеристик макроструктуры дисперсной фазы газожидкостных потоков в энергетических и технологических установках
• Разработка и создание макетных образцов измерительных приборов, используемых в самых различных отраслях промышленности и для научных исследований

Направления фундаментальных исследований

• Термодинамика неравновесных процессов получения и использования водорода
• Теоретические основы металлогидридной энерготехнологической переработки водорода
• Создание и оптимизация термодинамических циклов с металлогидридными энергопреобразователями
• Физическое и математическое моделирование процессов взаимодействия водорода с гидридообразующими материалами
• Электрохимические и плазменные технологии получения водорода
• ДВС на альтернативных топливах
• Теплофизические свойства альтернативных топлив
• Прочность и ресурс ДВС
• Электрофизические методы повышения эффективности ДВС

Направления прикладных исследований

• Создание широкого спектра металлогидридных установок, обеспечивающих эффективное использование водорода в порошковой металлургии, в технологиях получения новых материалов, в электрофизических установках большой мощности, в технологиях получения промышленных газов, в криогенной и водородоожижительной технике
• Разработка системы бортового аккумулирования и подачи водорода на основе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза гидридообразующих материалов, обеспечивающих необходимую динамику и высокие энергетические характеристики генерируемого водорода
• Плазмохимическая технология, получения водорода из углеводородсодержащего сырья, позволяющая утилизировать широкий спектр отходов, образующихся в промышленности, сельском хозяйстве и коммунально-бытовой сфере
• Разработка конструкций обратимых электролизных ячеек, обеспечивающих в рамках одного агрегата получение водорода и кислорода за счет потребления электрической энергии и генерацию электроэнергии при подаче указанных газов в режиме топливного элемента
• Разработка и создание образцов топливной аппаратуры, нейтрализаторов токсичности ДВС, работающих на альтернативных моторных топливах
• Разработка технологий перевода ДВС на альтернативные топлива
• Разработка инструментария экспериментальной проверки результатов расчетных исследований

Завершенные разработки

Водородные накопители для установок, использующих возобновляемые источники энергии (энергии солнца и ветра)

Водородные металлогидридные аккумуляторы для транспортных установок (обобщённая информация)

Технологическая металлогидридная система ТМГС

Системы хранения, очистки и программированного напуска водорода для источников ионов физико-энергетических установок специального назначения

Аккумулятор-нагнетатель водорода лабораторный «Омега»

Опытно-промышленный образец термосорбционного компрессора водорода КМ-15-10

Термосорбционный компрессор ТСК-300-2,5

Сорбционные камеры для подачи дейтерия

Транспортные источники изотопов водорода

Система заправки транспортных источников водорода

Система напуска смесей изотопов водорода для токамаков ТСП

Аккумулятор водорода типа А-1,5

Система хранения и подачи водорода

Топливная аппаратура газодизелей и газовых двигателей

Технология конвертирования четырехтактных дизелей средней мощности в газовые двигатели

Пакет программ «Термодинамические свойства и фазовые равновесия в много-компонентных газовых и газоконденсатных смесях»

Система нейтрализации отработавших газов дизельных двигателей

Измеритель перепада давления газа с электрическим выходным сигналом и защитой от перегрузки по давлению

Система диагностики дисперсных газожидкостных (капельных) потоков

Тепловой солнечный коллектор с селективным покрытием

Расчетно-экспериментальная оценка ресурса поршней быстроходных двигателей внутреннего сгорания

Магнитный модификатор дизельного топлива

Фундаментальные исследования

Установлен и изучен изотопический эффект снижения потенциалов ионизации электронным ударом молекул водорода, десорбированных с поверхности гидридов (дейтеридов) полиметаллической композиции состава Zr55V40Fe5+3%B2O3 и дана его количественная оценка.

Создана теория трансформации энергии с помощью металлогидридных энергопреобразователей и построения новых термодинамических циклов водородных энергохолодильных установок с термохимическим сжатием рабочего тела.

Получены новые данные о механизме энергомассопереноса, термодинамических и теплофизических характеристик процессов нестационарного взаимодействия водорода с металлогидридом, полученные с использованием теории решения обратных задач теплопроводности и идентификации теплофизических характеристик дисперсных систем.

Разработана технология электролиза воды, базирующаяся на принципе циклической генерации водорода и кислорода под повышенным давлением.

 Разработаны научные основы использования в дизельных двигателях альтернативных газообразных топлив. В результате проведенных аналитических исследований установлены и предложены к реализации принципы конвертации дизелей. Проведен большой объем теоретических исследований по использованию в дизельных двигателях в качестве альтернативного топлива водорода. В результате были определены границы безопасной работы дизеля на смеси дизельного топлива и водорода. Разработанная методика позволила определить качество рабочего процесса с помощью предложенного оригинального метода расчета смесеобразования, которая позволила исключить использование большинства эмпирических формул. Была разработана математическая модель смесеобразования и сгорания альтернативных топлив в дизельном двигателе.

Предложена и реализована, в качестве основного рабочего метода, оригинальная модифицированная схема термодинамической теории возмущений (МТВ). Определение комплекса теплофизических свойств АТ проведено в рамках различных расчетных методик, использующих единую вычислительную процедуру МТВ. Предложенные методики расчетов применимы в широких диапазонах состояний, имеют низкие погрешности, основаны на данных о межмолекулярных взаимодействиях и не содержат подгоночных параметров и эмпирических корреляций.

Разработаны математические модели теплового и напряженно-деформированного состояния деталей цилиндропоршневой группы быстроходных двигателей. В моделях учтены особенности конструкции деталей, условия их работы, т.е. характер эксплуатационных нагрузок и режимов двигателей и др.

Разработаны научные основы и принципиальные схемы аппаратурного решения системы диагностики и контроля дисперсных характеристик.

Разработаны и изготовлены макетный образец информационно-измерительного комплекса с комплексом координатных устройств.

Разработана методика проведения исследования макроструктуры двухфазных потоков.

Проведены исследования дисперсных характеристик факелов распыливания форсунками различного класса и выданы рекомендаций по их усовершенствованию.

Прикладные исследования

Разработаны методы получения водорода, базирующиеся на комплексном использовании электрической энергии и химического потенциала исходных продуктов в частности углеводородсодержащих веществ, для получения экологически чистого энергоносителя водорода.

Создан действующий образец электролизера высокого давления. Относительная простота конструкции электролизера, пониженные требования к качеству потребляемой энергии (может быть использована некондиционная электрическая энергия), позволяют использовать его в качестве генераторов-накопителей водорода в установках, работающих за счет потребления возобновляемых источников энергии (солнца и ветра) (ссылка 4).

Созданы конструкции электролизных ячеек, работающих в режиме топливного элемента и разработан метод, позволяющий сохранить активность электродных материалов на достаточно высоком уровне и расширяющий перечень материалов пригодных для конструирования топливных элементов. Он связан с реализацией технологии, обеспечивающей поддержание активности на заданном уровне электродных материалов, путем выбора режимов работы, обеспечивающих способность электрохимических систем к саморегенерации.

Созданы металлогидридные установки нового поколения, обеспечивающие эффективное использование водорода в порошковой металлургии, в технологиях получения новых материалов, в электрофизических установках большой мощности, в технологиях получения промышленных газов, в криогенной и водородоожижительной технике.

Разработаны методы баротермохимического воздействия на нефтяные пласты с целью повышения дебита скважин. Технология прошла апробацию в реальных условиях различных климатических зон от Сибири до юга Украины. В результате эффективность работы скважин повышается в 3-4 раза.

Усовершенствование программы расчета рабочего цикла ДВС на базе двухзонной модели сгорания.

Разработана технология получения бензоспиртовых смесей для использования в двигателях с искровым зажиганием.

Проведены эксплуатационные исследования двигателей с искровым зажиганием на бензоспиртовых топливах. Доводка рабочих процессов и оценка эффективности.