Войти
A Автомобиль на жидком азоте питается от жидкого азота, который хранится в резервуаре. Традиционные конструкции азотных двигателей работают за счет нагрева жидкого азота в теплообменнике теплообменника, извлечения тепла из окружающего воздуха и использования получаемого сжатого газа для работы поршневого или роторного двигателя. Были продемонстрированы автомобили, приводимые в движение жидким азотом, но они не используются в коммерческих целях. Одно из таких транспортных средств, Liquid Air, было продемонстрировано в 1902 году.
Движущая сила на жидком азоте также может быть включена в гибридные системы, например, аккумуляторная электрическая силовая установка и топливные баки для подзарядки. батареи. Такая система называется гибридной жидко-азотно-электрической двигательной установкой. Кроме того, рекуперативное торможение также может использоваться в сочетании с этой системой.
Одним из преимуществ транспортного средства с жидким азотом является то, что выхлопной газ представляет собой просто азот, компонент воздуха, и, таким образом, он не производит локального загрязнения воздуха в выхлопной трубе. выбросы. Это не делает его полностью свободным от загрязнения, поскольку энергия требовалась в первую очередь для сжижения азота, но этот процесс сжижения может быть удален от работы транспортного средства и, в принципе, может быть обеспечен энергией из возобновляемых источников или чистый источник энергии.
Жидкий азот генерируется криогенными или реверсивными охладителями двигателя Стирлинга, которые сжижают основной компонент воздуха, азот (N2). Охладитель может работать от электричества или за счет прямой механической работы от гидро или ветряных турбин. Жидкий азот распределяется и хранится в изотермических контейнерах. Изоляция снижает поток тепла в хранящийся азот; это необходимо, потому что тепло окружающей среды приводит к кипению жидкости, которая затем переходит в газообразное состояние. Уменьшение поступающего тепла снижает потери жидкого азота при хранении. Требования к хранению не позволяют использовать трубопроводы в качестве транспортных средств. Поскольку магистральные трубопроводы были бы дорогостоящими из-за требований к изоляции, было бы дорого использовать удаленные источники энергии для производства жидкого азота. Запасы нефти обычно находятся на большом расстоянии от места потребления, но могут передаваться при температуре окружающей среды.
Потребление жидкого азота - это, по сути, производство в обратном порядке. Двигатель Стирлинга или криогенный тепловой двигатель предлагает способ питания транспортных средств и средства выработки электроэнергии. Жидкий азот также может использоваться в качестве охлаждающей жидкости для непосредственного охлаждения холодильников, электрического оборудования и кондиционеров. Фактически потребление жидкого азота заключается в кипении и возврате азота в атмосферу.
. Азот нагревается путем объединения его с жидким теплообменником внутри цилиндра двигателя.
В 2008 году Патентное ведомство США выдало патент на газотурбинный двигатель, работающий на жидком азоте. Турбина мгновенно расширяет жидкий азот, который распыляется в секцию высокого давления турбины, и расширяющийся газ объединяется с поступающим сжатым воздухом для создания высокоскоростного потока газа, который выбрасывается из задней части турбины. Полученный газовый поток можно использовать для привода генераторов или других устройств. Система не была продемонстрирована для питания электрических генераторов мощностью более 1 кВт, однако более высокая мощность возможна.
Хотя жидкий азот холоднее температуры окружающей среды, двигатель с жидким азотом, тем не менее, является примером теплового двигателя. Тепловая машина работает за счет извлечения тепловой энергии из разницы температур между горячим и холодным резервуарами; в случае двигателя с жидким азотом «горячий» резервуар - это воздух из окружающей («комнатной температуры») среды, который используется для кипячения азота.
Таким образом, азотный двигатель извлекает энергию из тепловой энергии воздуха, и эффективность преобразования, с которой он преобразует энергию, может быть рассчитана по законам термодинамики с использованием Уравнение эффективности Карно, применимое ко всем тепловым двигателям.
Резервуары для хранения жидкого азота должны быть спроектированы в соответствии со стандартами безопасности, соответствующими сосудам высокого давления, таким как ISO 11439.
Жидкий азот. резервуар (Измир, Турция) Резервуар для хранения может быть изготовлен из:
волокнистые материалы значительно легче металлов, но, как правило, дороже. Металлические резервуары могут выдерживать большое количество циклов давления, но их необходимо периодически проверять на наличие коррозии. Жидкий азот, LN2, обычно транспортируется в изотермических цистернах объемом до 50 литров при атмосферном давлении. Эти резервуары, не находящиеся под давлением, не подлежат проверке. В очень больших резервуарах для LN2 иногда создается давление ниже 25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы облегчить перекачку жидкости в точке использования.
Транспортное средство, приводимое в движение жидким азотом, Liquid Air, было продемонстрировано в 1902 году.
В июне 2016 года начнутся испытания Лондон, Великобритания, парк транспортных средств для доставки еды в супермаркете J. Sainsbury: используется азотный двигатель Dearman для обеспечения энергии для охлаждения пищевых грузов, когда транспортное средство неподвижно и главный двигатель выключен. В настоящее время грузовые автомобили в основном имеют вторые меньшие дизельные двигатели для охлаждения при выключенном основном двигателе.
Как и другие технологии хранения энергии, не связанные с сгоранием, транспортное средство с жидким азотом замещает источник выбросов от выхлопной трубы автомобиля до центральной электростанции. При наличии источников, свободных от выбросов, чистое производство загрязняющих веществ может быть уменьшено. Меры по контролю выбросов на центральной электростанции могут быть более эффективными и менее затратными, чем обработка выбросов широко разбросанных транспортных средств.
Транспортные средства с жидким азотом во многих отношениях сравнимы с электромобилями, но для хранения энергии используют жидкий азот вместо батарей. Их потенциальные преимущества перед другими транспортными средствами включают:
Главный недостаток - неэффективное использование первичной энергии. Энергия используется для разжижения азота, который, в свою очередь, обеспечивает работу двигателя. Любое преобразование энергии имеет потери. Для автомобилей с жидким азотом электрическая энергия теряется в процессе сжижения азота.
Жидкий азот недоступен на общественных заправочных станциях; Однако у большинства поставщиков сварочного газа имеются системы распределения, а жидкий азот является побочным продуктом производства жидкого кислорода.
Производство жидкого азота - энергоемкий процесс. В настоящее время практические холодильные установки, производящие несколько тонн жидкого азота в день, работают примерно на 50% от эффективности Карно. В настоящее время излишки жидкого азота производятся как побочный продукт при производстве жидкого кислорода.
Любой процесс, основанный на фазовом переходе вещества, будет иметь гораздо более низкую плотности энергии, чем процессы, включающие химические реакции в веществе, которые, в свою очередь, имеют более низкие плотности энергии, чем ядерные реакции. Жидкий азот как накопитель энергии имеет низкую плотность энергии. Для сравнения: жидкое углеводородное топливо имеет высокую плотность энергии. Высокая плотность энергии делает логистику транспортировки и хранения более удобной. Удобство - важный фактор в принятии решения потребителями. Удобное хранение нефтяного топлива в сочетании с его низкой стоимостью привело к непревзойденному успеху. Кроме того, нефтяное топливо является первичным источником энергии, а не просто средством хранения и транспортировки энергии.
Плотность энергии, полученная из изобарной теплоты испарения азота и удельной теплоты в газообразном состоянии, которая теоретически может быть получена из жидкого азота при атмосферном давлении и температуре окружающей среды 27 ° C, составляет около 213 ватт-часов на килограмм ( Вт · ч / кг), в то время как обычно в реальных условиях можно достичь только 97 Вт · ч / кг. Для сравнения: 100–250 Вт · ч / кг для литий-ионной батареи и 3000 Вт · ч / кг для бензинового двигателя внутреннего сгорания, работающего с тепловым КПД 28%, что в 14 раз больше. плотность жидкого азота, используемая при КПД Карно.
Чтобы двигатель изотермического расширения имел диапазон, сравнимый с двигателем внутреннего сгорания, необходим изолированный бортовой резервуар для хранения на 350 литров (92 галлона США). Практичный объем, но заметное увеличение по сравнению с типичным 50-литровым (13 галлонами США) бензиновым баком. Добавление более сложных энергетических циклов снизит это требование и поможет обеспечить работу без замерзания. Однако коммерчески практических примеров использования жидкого азота для приведения в движение транспортных средств не существует.
В отличие от двигателей внутреннего сгорания, использование криогенной рабочей жидкости требует теплообменников для нагрева и охлаждения рабочей жидкости. Во влажной среде образование инея препятствует тепловому потоку и, таким образом, представляет собой техническую проблему. Чтобы предотвратить образование инея, можно использовать несколько рабочих жидкостей. Это добавляет циклы доливки, чтобы теплообменник не опускался ниже точки замерзания. Для обеспечения работы без замерзания потребуются дополнительные теплообменники, вес, сложность, потеря эффективности и расходы.
Какой бы эффективной ни была изоляция на топливном баке с азотом, она неизбежно будет потери от испарения в атмосферу. Если автомобиль хранится в плохо вентилируемом помещении, существует определенный риск того, что утечка азота может снизить концентрацию кислорода в воздухе и вызвать удушье. Поскольку азот - это газ без цвета и запаха, который уже составляет 78 процентов воздуха, такое изменение будет трудно обнаружить.
Криогенные жидкости опасны при проливании. Жидкий азот может вызвать обморожение и сделать некоторые материалы чрезвычайно хрупкими.
Поскольку жидкий N2 холоднее 90,2К, кислород из атмосферы может конденсироваться. Жидкий кислород может самопроизвольно и бурно реагировать с органическими химическими веществами, в том числе с нефтепродуктами, такими как асфальт.
Поскольку коэффициент расширения жидкости и газа этого вещества составляет 1: 694, огромное усилие может при быстром испарении жидкого азота. Во время инцидента в Техасском университете AM в 2006 году устройства для сброса давления резервуара с жидким азотом были закрыты латунными заглушками. В результате резервуар катастрофически сломался и взорвался.
