Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

15 двигатель dearman на жидком азоте принцип работы

  • Все направления
  • RostecSkills
  • Авиационная отрасль
  • Антарктида
  • АРМИЯ-2021
  • Вакцина
  • Вирус
  • День науки
  • Законодательство
  • Инвестиции
  • Калибровка
  • Кафедра
  • Кинофестиваль
  • Коворкинг
  • Компьютерная программа
  • МАКС-2021
  • Мегасайенс
  • Медаль
  • Подарок
  • Прикладная механика
  • Природоподобные технологии
  • Проект
  • Профсоюз
  • Селекция
  • Термоядерная установка
  • ЦКП
  • ЧП
  • Ээроакустика
  • Ядерное топливо
  • Измерительное оборудование
  • Журнал
  • Естественные науки
  • Досуг
  • Изобретения и инновации
  • Импортозамещение
  • Искусственный интеллект
  • Испытания
  • Инфраструктура
  • Информационные системы
  • Интеллектуальная собственность
  • Доска почета
  • Дорожная карта
  • Дата
  • Двигателестроение
  • Гранты
  • Государственные премии
  • ГОСТ
  • День открытых дверей
  • День Победы
  • Документ
  • ДНК
  • Диссертации
  • День рождения
  • Исследования
  • История
  • Коронавирус
  • Коррозия
  • Кораблестроение
  • Конференция
  • Конкурс
  • Кортеж
  • Конгресс
  • Композиты
  • Кибербезопасность
  • Кино
  • Квалификация
  • Кадры
  • Итоги года
  • Кластер
  • Климат
  • Комментарий
  • Книги
  • Книга
  • Климатические испытания
  • Госконтракты
  • ГЛОНАСС
  • АРМИЯ-2017
  • АРМИЯ-2018
  • Арктика и Антарктика
  • Арктика
  • Аппаратура
  • АРМИЯ-2019
  • АРМИЯ-2020
  • Атомная энергетика
  • Атомный проект
  • Атомная отрасль
  • Атомная наука
  • Аспирантура
  • Анонс
  • Анализ
  • WorldSkills
  • Авиация и Авиастроение
  • Cудостроение
  • CERN
  • Atomskills
  • Автомобилестроение
  • Автомобили
  • Акция
  • Аккредитация
  • Аддитивные технологии
  • АГНЦ
  • Аттестация
  • Аудит
  • Время
  • Встреча
  • ВПК
  • Вирусология
  • Визит
  • Выставка
  • Выступление
  • Гидроавиасалон
  • Гидрометеорологическое обеспечение
  • Геном
  • Генетические технологии
  • Генетика
  • Вертолетостроение
  • ВАК
  • АЭС
  • БАК
  • Аэронавтика
  • Аэродинамика
  • Аурус
  • Бактерии
  • Бережливое производство
  • Буран
  • Благотворительность
  • Благодарность
  • Биотехнологии
  • Космос
  • Круглый стол
  • Культура
  • Лекция
  • МАГАТЭ
  • Магистратура
  • МАКС
  • Мастер-класс
  • Математика
  • Материаловедение
  • Материалы
  • Машиностроение
  • МБИР
  • Мега-сайенс
  • Медицина
  • Международное сотрудничество
  • Международные организации
  • Международные отношения
  • Международный проект
  • Мероприятия
  • Металлопродукция
  • Металлургия
  • Метрология
  • Микробы
  • Микрофотоэлектроника
  • Минобороны России
  • Мнение
  • Модернизация
  • Молодежная политика
  • Молодые специалисты
  • Монографии
  • Москва
  • МРТ
  • МС-21
  • Музей
  • Наблюдательный совет
  • Навигационная система
  • Награда
  • Назначение
  • Нанотехнологии
  • Наука
  • Наукометрия
  • Научная деятельность
  • Научная школа
  • Научное открытие
  • Научные журналы
  • Научные исследования
  • Научные школы
  • Нейтрино
  • НИР
  • НТС
  • Оборонная промышленность
  • Оборудование
  • Образование
  • Обучение
  • Общественная жизнь
  • Окружающая среда
  • ОПК
  • Оплата труда
  • Оптика
  • Отдых
  • Отчет
  • Охрана труда
  • Память
  • Паспортизация
  • Патент
  • Питание
  • Погода
  • Подведение итогов
  • Подготовка кадров
  • Политика и государство
  • Помощь
  • Праздник
  • Премии
  • Пресс-конференция
  • Приборостроение
  • Прогноз
  • Программа
  • Программное обеспечение
  • Продукция
  • Производство
  • Промышленный комплекс
  • Публикации
  • Рабочая группа
  • Радиация
  • Разработка
  • Ракетостроение
  • РАН
  • Растениеводство
  • Реактор
  • Рейтинг
  • Ректор
  • Реорганизация
  • Ресурсы
  • РЗМ
  • Робототехника
  • Сайт
  • Сварка
  • Сверхзвук
  • Сделка
  • Семинар
  • Сертификация
  • Симпозиум
  • Синклит
  • Синхротрон
  • СМИ
  • СМК
  • Собрание
  • Событие
  • Совещание
  • Соглашение
  • Соревнования
  • Сотрудничество
  • Социальные политика
  • Социальные программы
  • Спорт
  • Стандартизация
  • Стандартные образцы
  • Стандарты
  • Статус
  • Стипендия
  • Стратегия развития
  • Строительство
  • Судостроение
  • Термообработка
  • Технические условия
  • Техническое оснащение
  • Техническое перевооружние
  • Технологии
  • Технопарк
  • Технополис
  • Торжества
  • Транспорт
  • Турнир
  • Учения
  • Ученый совет
  • Федеральная программа
  • Фестиваль
  • Физика
  • Филиал
  • Фильм
  • Финансы
  • Форум
  • Фотовыставка
  • Фотоника
  • Фотоэлектроника
  • Химия
  • Цитаты
  • Цифровые технологии
  • Экипировка
  • Экологическая безопасность
  • Экология
  • Экскурсия
  • Экспедиция
  • Эксперемент
  • Эксперимент
  • Экспертный совет
  • Экспресс-тест
  • Энергетика
  • Эталоны
  • Юбилеи
  • Ядерная энергетика
  • Ядерные технологии

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Описание
    • 1.1 Цикл Карно
    • 1.2 Танки
  • 2 Транспортные средства с жидким азотом
    • 2.1 Выход выбросов
    • 2.2 Преимущества
    • 2.3 Недостатки
  • 3 Критические замечания
    • 3.1 Стоимость производства
    • 3.2 Плотность энергии жидкого азота
    • 3.3 Образование инея
    • 3.4 Безопасность
  • 4 См. Также
  • 5 Дальнейшее чтение
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Транспортные средства на жидком азоте

Транспортное средство, приводимое в движение жидким азотом, Жидкий воздух, был продемонстрирован в 1902 году.

В июне 2016 года в Лондоне, Великобритания, начнутся испытания парка транспортных средств для доставки еды в супермаркете J. Sainsbury: с использованием азотного двигателя Dearman для обеспечения мощности 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 двигателя при выключенном основном двигателе. [9]

Выход выбросов

Подобно другим технологиям хранения энергии, не связанным с сжиганием, транспортное средство с жидким азотом перемещает источник выбросов из выхлопной трубы транспортного средства в центральную электростанцию. При наличии источников, свободных от выбросов, чистое производство загрязняющих веществ может быть уменьшено. Меры по контролю за выбросами на центральной электростанции могут быть более эффективными и менее дорогостоящими, чем обработка выбросов широко разбросанных транспортных средств.

Преимущества

Транспортные средства на жидком азоте во многом сопоставимы с электрические транспортные средства, но используйте жидкий азот для хранения энергии вместо батарей. Их потенциальные преимущества перед другими автомобилями включают:

  • Подобно электромобилям, автомобили с жидким азотом в конечном итоге будут получать питание от электрической сети, что упрощает сосредоточение усилий на сокращении загрязнения из одного источника, в отличие от миллионов транспортных средств на дорогах.
  • Транспортировка топлива не потребуется из-за отключения электроэнергии от электросети. Это дает значительную экономическую выгоду. Загрязнение, возникающее при транспортировке топлива, будет устранено.
  • Снижение затрат на обслуживание
  • Резервуары с жидким азотом можно утилизировать или переработать с меньшим загрязнением, чем батареи.
  • Транспортные средства с жидким азотом не ограничены проблемами деградации, связанными с существующими аккумуляторными системами.
  • Резервуар можно заправлять чаще и быстрее, чем можно заряжать аккумуляторы, со скоростью заправки, сопоставимой с жидким топливом.
  • Может работать как часть комбинированный цикл трансмиссию в сочетании с бензиновым или дизельным двигателем, используя отходящее тепло от одного, чтобы запустить другой в турбосоединение система. Он даже может работать как гибридная система.

Недостатки

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.

Резервная система поддержания температуры на жидком азоте (back-up система)

Комплектация: для подключения резервной системы поддержания температуры на жидком азоте (back-up системы) понадобятся: емкость для хранения азота (сосуд Дьюара) с металлорукавом, жидкий азот и желательно тележка для сосуда Дьюара.

Объем сосуда Дьюара может быть различным, но нужно учитывать, что скорость испарения азота примерно 1,5 литра в день (т.е. сосуд на 50 литров испарится примерно за 33 дня). Для надежной работы системы можно подключать два сосуда Дьюара – основной и резервный.

Читать еще:  Что делать если троит двигатель на ниве

Емкость (сосуд Дьюара) может быть открытого типа (с откручивающейся крышкой), в этом случае для его наполнения жидким азотом металлорукав транспортного средства опускается на дно сосуда и наполняет сосуд жидким азотом, или закрытого типа (без крышки). У него есть разъем и вентиль, заправка азотом осуществляется путем присоединения металлорукава транспортного средства к разъему сосуда Дьюара, открывается вентиль и происходит заполнение сосуда азотом.

У емкости должен быть металлорукав для соединения с резервной системой морозильника. Металлорукав с одной стороны должен иметь разъем для подключения к сосуду Дьюара, а с другой стороны должен быть разъем 7/16-20UNF female flare (1/4”) для подключения к трубке морозильника (резервной системе), длину рукава также можно брать различную (как правило, металлорукав заказывают длиной 2 метра).

Принцип работы: в случае повышения/понижения температуры в камере морозильника относительно заданной автоматически включается back-up система – в камере морозильника открывается клапан, через который впрыскивается азот. Таким образом, температура в камере поддерживается на уровне примерно –135 °С. Время поддержания температуры – примерно 24 часа при объеме азота в сосуде Дьюара 100 л.

Доставка

Доставка осуществляется по всей России и странам СНГ. Возможен самовывоз со склада по адресу Московская область, г. Мытищи, 7-й Ленинский переулок, д.13. Доставка по Москве и Московской области осуществляется бесплатно.

Цена товара указана со склада в Москве и не включает расходы на доставку в другие города.

Вы можете выбрать способ доставки в личном кабинете, чтобы он автоматически указывался при оформлении всех последующих заказов. При выборе варианта «Транспортная компания по выбору клиента» укажите в комментариях транспортную компанию, с которой вы предпочитаете работать.

Точная стоимость доставки рассчитывается менеджером при подтверждении заказа в зависимости от весообъемных характеристик и дальности. Товары, требующие особого температурного режима, доставляются с соблюдением требуемых условий. Если в заказе есть прекурсоры, необходимо оформить официальное письмо об отпуске прекурсоров. (образец письма об отпуске прекурсоров)

Оплата

Компания Диаэм работает с юридическими и физическими лицами. После оформления заказа продавец-консультант сформирует счет и направит его вам по электронной почте и на страницу заказа в Личном кабинете на сайте. Вы также можете сами сформировать счет из Корзины, авторизовавшись на сайте. Счет оплачивается через банк. Вы можете оплатить товар в кассе Диаэм или любом отделении банка.

Для получения товара необходимо предоставление доверенности организации, а для получения товара при оплате физическим лицом необходим паспорт.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Описание
    • 1.1 Цикл Карно
    • 1.2 Танки
  • 2 Транспортные средства с жидким азотом
    • 2.1 Выход выбросов
    • 2.2 Преимущества
    • 2.3 Недостатки
  • 3 Критические замечания
    • 3.1 Стоимость производства
    • 3.2 Плотность энергии жидкого азота
    • 3.3 Образование инея
    • 3.4 Безопасность
  • 4 См. Также
  • 5 Дальнейшее чтение
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Удобрение меняет профессию

Химическое соединение, молекула которого состоит из одного атома азота и трех атомов водорода, называемое аммиаком (NH3), — вероятно, одно из самых известных веществ на Земле. Кто не знает про нашатырный спирт (водный аммиак) или азотные удобрения? Но мало кто осознаёт, что это ещё и источник энергии, пригодный для использования, в частности, в двигателях внутреннего сгорания. При этом требуемая доработка двигателя оказывается немногим сложнее и дороже, чем при переводе бензинового мотора на газовое топливо. Хотя по энергоёмкости единицы объёма жидкий безводный аммиак примерно вдвое уступает бензину и дизельному топливу, у него есть два неоспоримых преимущества: его можно добывать в буквальном смысле из воздуха и при его сгорании не образуется никаких токсичных соединений углерода, серы и т. п. — только азот и вода.

Энергоноситель

Использовать аммиак в качестве моторного топлива пробовали ещё 70 лет назад. Из-за острого дефицита дизельного топлива правительство Бельгии было вынуждено в 1943 г. выпустить на маршруты рейсовые автобусы, работающие на аммиаке и угольном газе. До окончания войны они успели пробежать десятки тысяч километров.

Еще одна замечательная особенность аммиака — высокое процентное содержание водорода. Как это ни парадоксально звучит, хранить и транспортировать водород в виде жидкого аммиака значительно удобнее и дешевле, чем в сжатом или сжиженном состоянии. В литре жидкого безводного аммиака содержится больше водородных атомов, чем даже в литре жидкого водорода. 37 МВт·ч энергии, которые можно высвободить при сжигании тонны водорода, «упаковываются» в 6,5 т аммиака, для хранения которых под давлением около 10 атм (давление перехода аммиака в жидкое состояние при комнатной температуре) потребуется резервуар из углеродистой стали еёмкостью 10 тыс. литров. Стоимость подобного резервуара в несколько раз меньше, чем баллонов высокого давления (свыше 200 атм), необходимых для хранения тонны сжатого водорода. Напомним, что водород требует применения специальных легированных сталей (чтобы оболочка баллона не теряла пластичности).

Другой вариант — хранение аммиака в огромных (30 тыс. м 3 ) рефрижераторных ёмкостях, охлаждаемых до температуры -33 °С, при которой он переходит в жидкое состояние под атмосферным давлением. Нетрудно заметить, она намного выше, чем -253 °С, необходимые для ожижения водорода, и, следовательно, достижима гораздо более простыми и дешёвыми средствами. Интересно, что в качестве хладагента для холодильной установки может применяться сам аммиак. Немаловажно также, что вся технология и инфраструктура производства и транспортировки аммиака как сырья для изготовления азотных удобрений давно и досконально отработаны.

Накопитель энергии

Мы уже не раз писали о том, что одна из главных задач, возникающих при организации энергоснабжения с помощью возобновляемых источников энергии (ВИЭ), — обеспечить его постоянство и бесперебойность. Все мы знаем, что солнце светит только днём и даёт хороший поток энергии только в безоблачную погоду, что ветер очень непостоянен, водообеспеченность рек зависит от осадков и т. д. Один из способов решения этой задачи — использовать энергию ВИЭ для производства топлива, с помощью которого в дальнейшем можно будет вырабатывать электроэнергию в то время, когда ВИЭ «пасуют». И аммиак — один из серьёзных претендентов на роль такого топлива.

Чтобы рассеять опасения насчёт того, что аммиак относится к классу опасных веществ (действительно, вдыхая его в больших количествах, можно в некоторых случаях получить паралич дыхания), назовём два обстоятельства. Во-первых, минимальную утечку аммиака, который имеет резкий запах, заметит даже самый нечувствительный к запахам человек. Во-вторых, аммиак почти вдвое легче воздуха, поэтому он быстро поднимается вверх, не оставляя, в отличие от других вредных газов, ядовитого облака вблизи земной поверхности.

Старый подход

Традиционно аммиак из воздуха и воды получают с применением сначала электролиза воды для получения водорода, затем — безотходного процесса Габера-Боша, когда смесь азота и водорода пропускают через нагретый катализатор под давлением около 1000 атм. При этом за счёт высокого давления равновесие в реакции N2+3H2 ↔ 2NH3 смещается вправо. Реакция образования аммиака из водорода и азота равновесная и экзотермическая (с выделением теплоты). При высоких температурах, необходимых для достижения приемлемой скорости реакции, равновесие смещается в сторону азота и водорода, из-за чего выход аммиака за один проход катализатора в промышленных условиях не превышает 14-16%. Поэтому образовавшуюся смесь охлаждают до температуры конденсации аммиака, жидкий аммиак отделяют сепаратором, а оставшуюся смесь водорода и азота направляют на рециркуляцию — вновь нагревают и пропускают через катализатор. Благодаря рециркуляции в процессе Габера-Боша теоретический выход аммиака составляет 100%. Несмотря на то, что реакция синтеза аммиака экзотермическая, процесс получается очень энергоёмким: средний расход электроэнергии на производство 1 т аммиака (без учёта электролиза) достигает 3200 кВт·ч. Энергия затрачивается на сжатие и нагрев смеси азота и водорода, а также частично рассеивается при охлаждении, необходимом для конденсации и отделения аммиака.

Читать еще:  Большое давление масла в двигателе на холостых

Новый стиль

Другой, более перспективный и экономически эффективный способ получения аммиака — так называемый твёрдотельный синтез, SSAS (Solid State Ammonia Synthesis), из водяного пара и воздуха. Здесь используется вариант обратимого твёрдооксидного топливного элемента (см. «Энерговектор» № 3/2014, с. 13) на основе трубок из протонопроводящей керамики. На одной и той же установке можно получать как аммиак из воздуха и воды с помощью электричества, так и электричество из аммиака. Проект пилотной установки такого рода разработан американской компанией Alaska Applied Sciences. Реализация проекта, по мнению авторов, позволит доказать более высокую эффективность твёрдотельного синтеза по сравнению с процессом Габера-Боша. Предполагается, что комплексная установка целиком разместится в одном перевозимом контейнере и сможет в зависимости от текущего состояния ВИЭ-генераторов либо синтезировать (на избытках вырабатываемой ими энергии) аммиак, накапливая его в резервуарах, либо генерировать из накопленного топлива недостающую энергию, подавая её в местную энергосеть. Полностью автономная необслуживаемая установка будет оснащена средствами сбора данных, системами SCADA и диспетчерского управления, чтобы обеспечить дистанционный мониторинг состояния оборудования и управление им из диспетчерского центра.

На все руки

На Аляске нет целостной энергосистемы, соединённой с Единой энергосистемой США и Канады (аналогичная картина наблюдается во многих отдалённых российских регионах). Многочисленные «островные» энергосети (причём не только на реальных океанских островах, но и на материке) часто не справляются с бесперебойной круглогодичной подачей потребителям необходимого количества электроэнергии. Кроме нескольких гидроэлектростанций, угольных ТЭС, солнечных и ветровых станций, электроэнергию для заполярного штата вырабатывают дизель-генераторы, а стоимость «северного завоза» дизельного топлива хорошо известна. Поэтому цена киловатт-часа на Аляске нередко зашкаливает за доллар, из-за чего многие местные жители вынуждены сводить потребление электроэнергии к минимуму.

Идея авторов проекта — с помощью энергии солнца и ветра снизить стоимость производства электроэнергии и по возможности обеспечить регулярную и бесперебойную её подачу, сведя при этом к минимуму вредные выбросы во внешнюю среду. Дополнительное преимущество такого подхода — возможность использования «чистого» аммиачного топлива не только для генерации электричества, но и для других целей, например, заправки доработанных лодочных моторов и привода различных механизмов. Во время испытаний в Калифорнии экспериментальный мотор более 1000 часов приводил в движение ирригационный насос, работая на смеси, состоящей из 75% аммиака и 25% пропана. Мощность этого шестицилиндрового мотора — около 100 л. с., КПД — порядка 50%.

Ещё одна интересная идея авторов проекта — размещать на морских и речных баржах крупные рефрижераторные аммиачные резервуары атмосферного давления, к которым будут подключены установки SSAS. Благодаря этому значительно упростится и удешевится доставка топлива в те районы, где оно в данный момент нужнее всего.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Описание
    • 1.1 Цикл Карно
    • 1.2 Танки
  • 2 Автомобили с жидким азотом
    • 2.1 Выход выбросов
    • 2.2 Преимущества
    • 2.3 Недостатки
  • 3 Критика
    • 3.1 Себестоимость продукции
    • 3.2 Плотность энергии жидкого азота
    • 3.3 Образование инея
    • 3,4 Безопасность
  • 4 Смотрите также
  • 5 дальнейшее чтение
  • 6 Рекомендации
  • 7 Внешние ссылки

Жидкий азот вырабатывается криогенными или реверсивными охладителями двигателя Стирлинга [1] [2] [3], которые сжижают основной компонент воздуха — азот (N 2 ). Охладитель может работать от электричества или за счет прямой механической работы от гидро- или ветряных турбин . Жидкий азот распределяется и хранится в изотермических емкостях . 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 транспортного средства. 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 для выработки электроэнергии. Жидкий азот также может использоваться в качестве охлаждающей жидкости для холодильников , электрооборудования и кондиционеров . Фактически потребление жидкого азота приводит к кипению и возврату азота в атмосферу .

В двигателе Дирмана азот нагревается путем объединения его с теплообменной жидкостью внутри цилиндра двигателя. [4] [5]

В 2008 году Патентное ведомство США выдало патент на газотурбинный двигатель, работающий на жидком азоте. [6] Турбина мгновенно расширяет жидкий азот, который впрыскивается в секцию высокого давления турбины, и расширяющийся газ объединяется с поступающим сжатым воздухом для создания высокоскоростного потока газа, который выбрасывается из задней части турбины. турбина. Полученный газовый поток можно использовать для привода генераторов или других устройств. Система не была продемонстрирована для питания электрических генераторов мощностью более 1 кВт [7], однако более высокая мощность может быть возможна.

Цикл Карно Редактировать

Хотя жидкий азот холоднее окружающей температуры, 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») окружающей 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 уравнения эффективности Карно , которое применяется ко всем тепловым двигателям.

Танки Редактировать

Резервуары для хранения жидкого азота должны быть спроектированы в соответствии со стандартами безопасности, подходящими для сосудов высокого давления , такими как ISO 11439 . [8]

Резервуар для хранения может быть выполнен из:

  • стали
  • алюминий
  • углеродное волокно
  • Кевлар
  • другие материалы или комбинации вышеперечисленного.
Читать еще:  Через сколько меняют масло после ремонта двигателя

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 инспекции. В очень больших резервуарах для LN2 иногда создается давление ниже 25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы облегчить перекачку жидкости в точке использования.

В 1902 году был продемонстрирован автомобиль Liquid Air , приводимый в движение жидким азотом .

В июне 2016 года в Лондоне, Великобритания, начнутся испытания парка транспортных средств для доставки еды в супермаркете J. Sainsbury: с использованием азотного двигателя Dearman для обеспечения мощности для охлаждения пищевых грузов, когда транспортное средство неподвижно и главный двигатель выключен. В настоящее время грузовые автомобили в основном имеют вторые дизельные двигатели меньшего размера для охлаждения двигателя при выключенном основном двигателе. [9]

Выход выбросов Редактировать

Подобно другим технологиям хранения энергии, не связанным с сжиганием, транспортное средство с жидким азотом перемещает источник выбросов из выхлопной трубы транспортного средства в центральную электростанцию. 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 дорогостоящими, чем обработка выбросов широко разбросанных транспортных средств.

Преимущества Редактировать

Транспортные средства на жидком азоте во многом сравнимы с электромобилями , но для хранения энергии используют жидкий азот вместо батарей. Их потенциальные преимущества перед другими автомобилями включают:

  • Подобно электромобилям, автомобили с жидким азотом в конечном итоге будут получать питание от электрической сети, что упрощает сосредоточение усилий на сокращении загрязнения из одного источника, в отличие от миллионов транспортных средств на дорогах.
  • Транспортировка топлива не потребуется из-за отключения электроэнергии от электросети. Это дает значительную экономическую выгоду. Загрязнение, возникающее при транспортировке топлива, будет устранено.
  • Снижение затрат на обслуживание
  • Резервуары с жидким азотом можно утилизировать или переработать с меньшим загрязнением, чем батареи.
  • Транспортные средства с жидким азотом не ограничены проблемами деградации, связанными с существующими аккумуляторными системами.
  • Резервуар можно заправлять чаще и быстрее, чем можно заряжать аккумуляторы, со скоростью заправки, сопоставимой с жидким топливом.
  • Он может работать как часть трансмиссии комбинированного цикла в сочетании с бензиновым или дизельным двигателем, используя отходящее тепло от одного двигателя для работы другого в системе с турбонаддувом . Он даже может работать как гибридная система.

Недостатки Редактировать

Главный недостаток — неэффективное использование первичной энергии. Энергия используется для сжижения азота, который, в свою очередь, обеспечивает работу двигателя. Любое преобразование энергии имеет потери. В автомобилях 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.

Себестоимость продукции Редактировать

Производство жидкого азота — энергоемкий процесс. Практические в настоящее время холодильные установки, производящие несколько тонн жидкого азота в день, работают примерно с 50% эффективности Карно . [10] В настоящее время излишки жидкого азота производятся как побочный продукт при производстве жидкого кислорода . [4]

Плотность энергии жидкого азота Редактировать

Любой процесс, основанный на фазовом изменении вещества, будет иметь гораздо меньшую плотность энергии, чем процессы, включающие химическую реакцию 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 удельная энергия 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 только 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 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 превышает плотность жидкого азота, используемого при КПД Карно. [11]

Чтобы двигатель изотермического расширения имел диапазон, сопоставимый с двигателем внутреннего сгорания, требуется изолированное бортовое хранилище емкостью 350 литров (92 галлона США). [11] Практический объем, но заметное увеличение по сравнению с типичным 50-литровым (13 галлонов 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.

Образование инея Редактировать

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, использование криогенного рабочего тела требует теплообменников для нагрева и охлаждения рабочего тела. 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. [11]

Безопасность Редактировать

Какой бы эффективной ни была изоляция топливного бака с азотом, неизбежны потери из-за 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, включая нефтепродукты, такие как асфальт. [12]

Поскольку коэффициент расширения жидкости и газа этого вещества составляет 1: 694, огромное количество силы может быть создано, если жидкий азот быстро испаряется. Во время инцидента в Техасском университете A&M в 2006 году устройства для сброса давления в резервуаре с жидким азотом были закрыты латунными заглушками. В результате танк катастрофически вышел из строя и взорвался. [13]

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector