Жидкий азот для автомобилей

В ролике видно, что жидкий азот в отличие от кока-колы не привел к быстрой смерти машины. Через несколько минут после начала поездки стрелка указателя температуры охлаждающей жидкости уползла в холодную зону, а в салоне родстера, по словам автора видео, сильно похолодало. Двигатель при этом продолжал работать и выдержал весь тест-драйв. Спустя шесть часов машина благополучно завелась, но на щитке приборов загорелась лампочка check engine. В целом, автомобиль благополучно выдержал испытание жидким азотом, подвел итог эксперимента видеоблогер. Страшно представить, что он будет лить в топливные баки автомобилей в следующих роликах…

Жидкий азот довольно часто используется в кино, где он подается как эффективный мгновенный охладитель. Впрочем, на экране его свойства сильно преувеличены: за секунды охладить с помощью жидкого азота металлические детали до состояния ломкости невозможно.

• Весной этого года российский фотограф Михаил Крамер снял ремейк боевика «Терминатор 2» на движке игры GTA V и выложил фильм на Youtube, в нем есть в том числе знаменитая сцена охлаждения жидкого Терминатора азотом.

Источник статьи: http://www.zr.ru/content/news/910135-chto-budet-esli-zapravit-mashi/

Двигатель на жидком азоте — Liquid nitrogen engine

Жидкий носитель азот питается от жидкого азота , который хранится в резервуаре. Традиционные конструкции азотных двигателей работают за счет нагрева жидкого азота в теплообменнике , извлечения тепла из окружающего воздуха и использования полученного сжатого газа для работы поршневого или роторного двигателя. Были продемонстрированы автомобили, приводимые в движение жидким азотом, но они не используются в коммерческих целях. Один из таких автомобилей, Liquid Air, был продемонстрирован в 1902 году.

Двигательная установка на жидком азоте также может быть включена в гибридные системы, например, в аккумуляторную электрическую двигательную установку и топливные баки для подзарядки батарей. Такая система называется гибридной жидко-азотно-электрической двигательной установкой. Кроме того, в сочетании с этой системой можно использовать рекуперативное торможение .

Одним из преимуществ транспортного средства с жидким азотом является то, что выхлопные газы представляют собой просто азот, компонент воздуха, и, таким образом, они не вызывают локального загрязнения воздуха в выхлопных газах. 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 возобновляемой энергией или источником чистой энергии .

Содержание

Описание

Жидкий азот генерируется криогенными или реверсивными охладителями двигателя Стирлинга, 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 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 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 Dearman Engine азот нагревается путем объединения его с теплообменной жидкостью внутри цилиндра двигателя.

В 2008 году Патентное бюро 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. Образующийся 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.

Цикл Карно

Хотя жидкий азот холоднее, чем температура 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») 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

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

Резервуар может быть выполнен из:

Волокнистые материалы значительно легче металлов, но обычно дороже. Металлические резервуары могут выдерживать большое количество циклов давления, но их необходимо периодически проверять на предмет 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.

Автомобили с жидким азотом

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 питания 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.

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 выбросов на центральной электростанции могут быть более эффективными и менее дорогостоящими, чем обработка выбросов широко разбросанных транспортных средств.

Преимущества

Транспортные средства с жидким азотом 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 питаться от электросети, что облегчит 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 запуска другого в системе с турбонаддувом . 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.

Критика

Себестоимость продукции

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

Плотность энергии жидкого азота

Любой процесс, основанный на фазовом изменении вещества, будет иметь гораздо более низкие плотности 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 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 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 обычно в реальных условиях можно достичь только 97 Вт · ч / кг. Для сравнения: 100–250 Вт · ч / кг для литий-ионной батареи и 3 000 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.

Для того чтобы двигатель изотермического расширения имел диапазон, сопоставимый с двигателем внутреннего сгорания, требуется изолированное бортовое хранилище емкостью 350 литров (92 галлона США). Практичный объем, но заметно больше, чем у типичного бензобака объемом 50 литров (13 галлонов США). Добавление более сложных энергетических циклов снизит это требование и поможет обеспечить работу без замерзания. Однако коммерчески практических примеров использования жидкого азота для движения транспортных средств не существует.

Образование инея

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, следовательно, 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.

Безопасность

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 некоторый 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.

Так как степень 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 резервуара с жидким азотом были закрыты латунными заглушками. В результате танк катастрофически вышел из строя и взорвался.

Источник статьи: http://ru.qaz.wiki/wiki/Liquid_nitrogen_engine