Zafira HydroGen 1

Zafira HydroGen 1Schemat budowy Opla Zafira HydroGen 1
1    – elektryczny silnik napędowy
2    – ogniwo paliwowe
3    – chłodnica ogniwa
4    – nawadniacz elektrody ujemnej
5    – pompa wody
6    – zbiornik wody
7    – przetwornik napięcia
8    – nawadniacz elektrody dodatniej
9    – zbiornik układu chłodzenia
10    – pompa układu chłodzenia
11    – zbiornik wodoru
12- akumulator wspomagający układ energetyczny
13    – filtr powietrza wtłaczanego do ogniwa
14    – sprężarka tłocząca powietrze do ogniwa
15    – dopalacz gazowych produktów ubocznych

 

Projekt samochodu, napędzanego energią elektryczną produkowaną na jego pokładzie. Projekt otrzymał nazwę HydroGen 1, a pierwszym pojazdem tego typu jest odpowiednio zmodyfikowany Opel Zafira.
Zafira HydroGen 1 zamiast silnika spalinowego ma zamontowany z przodu zwarty zespół energetyczno-napędowy.

Przekrój 75-litrowego zbiornika paliwa samochodu HydroGenl. Ponieważ wodór jest gazem jednoatomowym, jego „przenikliwość” przez różnego rodzaju materiały jest duża, w konstrukcji zbiornika na ciekły wodór zastosowano nierdzewne blachy stalowe, dodatkowo walcowane na zimno dla „zagęszczenia” struktury powierzchni i zwiększenia jej „szczelności”. Konstrukcja zbiornika i połączonych z nim agregatów zapewnia utratę tylko 0,8-3% ilości zatankowanego wodoru na dobę. Wielkości te zależą od poziomu napełnienia zbiornika i temperatury otoczenia. Przykładowo układ paliwowy samochodu zasilanego benzyną traci 0,3-1,1% paliwa na dobę, a pojazdu zasilanego mieszaniną propan-butan 0,6-1,7%. Zbiornik na ciekły wodór (wodór w stanie ciekłym ma temperaturę -253°C) ma dwie powłoki, między którymi znajduje się osłona termiczna z mieszaniny włókien szklanych i bawełnianych. Zbiornik obsługiwany jest przez zespół urządzeń, znajdujących się pod uniesioną o 120 mm podłogą bagażnika Opla Zafiry. W przestrzeni tej zamontowano także sprężarkę, wtłaczającą powietrze do ogniwa oraz katalityczny dopalacz usuwający inne gazowe substancje toksyczne, które powstają w minimalnej ilości podczas pracy ogniwa, ponieważ ogniwo pobiera tlen z powietrza, a nie w postaci czystej ze specjalnego zbiornika

W jego skład wchodzą: pakiet ogniw paliwowych, urządzenia obsługujące ogniwo, przetwornica napięcia i elektryczny silnik z mechanizmem napędu przednich kół. W tylnej części samochodu pod siedzeniami ulokowano 75-litrowy zbiornik na ciekły wodór. Wnętrze pojazdu pozostało niezmienione, zmniejszyła się nieco objętość bagażnika – pod jego uniesioną podłogą zamontowano urządzenia sterujące zespołem paliwowym i energetycznym. W zawieszeniu nie wprowadzono modyfikacji, zastosowano tylko elektryczny napęd pompy wspomagania układu kierowniczego i podciśnieniowej pompy wspomagania hamulców.
Paliwo, z którego wytwarzany jest prąd elektryczny, czyli wodór, jest magazynowane w samochodzie w stanie ciekłym. Umożliwia to zabranie jego większej ilości niż przy sprężaniu i zapewnia bezpieczeństwo użycia na poziomie odpowiadającym zasilaniu benzyną.
Ogniwo paliwowe HydroGen 1 dostarcza, zależnie od obciążenia silnika, prąd o napięciu w zakresie 125-M80 V i mocy ok. 80 kW. Istnieje możliwość krótkotrwałego przeciążenia ogniwa i pobranie 120 kW mocy. Prąd stały z ogniwa zamieniany jest w przetwornicy na zmienny, którym zasilany jest trójfazowy silnik napędowy o mocy 55 kW. Osiągi silnika wystarczają, aby w pełni obciążona Zafira HydroGenl osiągała prędkość 140 km/h, a rozpędzanie do 100 km/h trwało 16 sekund. W pełni napełniony zbiornik pozwala na pokonanie dystansu 400 km. Pokazana w Brukseli Zafira z wodorowym ogniwem paliwowym HydroGen 1 była praktycznie przygotowana do małoseryjnej produkcji. Dopracowania wymagał jeszcze system nawadniania elektrod ogniwa i procedura uruchamiania zespołu energetycznego, który trwał ok. 7 minut. Tyle czasu potrzeba, aby ogrzać ogniwo do temperatury pracy, wytworzyć należyte ciśnienie powietrza w układzie podawania tlenu do ogniwa i uruchomić przetwornicę, zamieniającą płynny wodór ze zbiornika w gaz. Trwają też prace nad uproszczeniem sposobu tankowania wodoru. Obecnie napełnienie 75-litrowego zbiornika, w którym mieści się 5 kg wodoru, trwa na specjalnym stanowisku ok. 12 minut. Przewiduje się, że czas ten po zastosowaniu automatów będzie skrócony do 5 minut.
General Motors podjął współpracę z jednym z największych koncernów sektora paliwowego przy opracowaniu technologii produkcji, sposobów magazynowania, transportu i dystrybucji detalicznej wodoru w stanie ciekłym. Prowadzone są także działania mające na celu zwiększenie wydajności ogniwa. Pierwsze konstrukcje zasilane wodorem otrzymywanym z zamontowanego w Zafirze reaktora alkoholowego (1998 rok) miały wydajność 0,16 kW/kg. Wydajność rozwiązań pokazanych w czasie prezentacji w Brukseli 2000r,, pozwalających na praktyczne wykorzystanie tego źródła energii, wynosi 0,47 kW/kg.