Пневматическая машина
 | Эта статья , возможно, содержит непроверенные прогнозы , спекулятивные материалы или описания событий, которые могут не произойти . Информация должна быть проверяемой и основана на надежных опубликованных источниках . ( Август 2023 г. ) |
Пневматический автомобиль — это пневматический автомобиль, приводимый в движение сосудами под давлением, наполненными сжатым воздухом . Он приводится в движение за счет выпуска и расширения воздуха внутри двигателя, приспособленного для работы со сжатым воздухом . Автомобиль может приводиться в движение исключительно воздухом или в сочетании (как в гибридном электромобиле) с другими видами топлива, такими как бензин , дизельное топливо или электрическая установка с рекуперативным торможением .
В автомобилях со сжатым воздухом используется термодинамический процесс . Воздух охлаждается при расширении и нагревается при сжатии. Потери тепловой энергии в компрессоре и резервуаре снижают коэффициент мощности систем сжатого воздуха .
В 2020 году доктор Реза Ализаде Эврин из Технологического университета Онтарио разработал изотермический автомобиль на сжатом воздухе. [1] [2] В этом прототипе использовались воздушные резервуары низкого давления и система рекуперации отработанного воздуха для питания системы парафинового теплообменника . Его энергоэффективность достигла 74%. Это целых 90% эффективности литий-ионных электромобилей . Запас хода составлял 140 км. Эффективность и дальность действия могут быть увеличены за счет ряда практических улучшений. Например, объединение накопительного бака в шасси автомобиля, баков более высокого давления, новых роторных двигателей и более эффективного теплообменника. Кроме того, вес и стоимость резервуаров и пневматических деталей можно снизить за счет использования переработанных термопластов и биологического происхождения термопластов .
Эта технология может превратиться в недорогую и экологически чистую транспортную технологию. Энергию, транспортные средства и компрессоры можно легко производить децентрализованными методами, даже в рамках циркулярной промышленности . Использование пластика может позволить производить изделия с открытым исходным кодом с использованием числового управления , включая аддитивное производство . Сжатый воздух для таких транспортных средств можно легко производить с помощью обычных видов возобновляемой энергии . Например, многоступенчатые воздушные компрессоры и промежуточные охладители или гидравлические насосы могут быть прикреплены непосредственно к турбинам , гидроэлектростанциям , VAWT ветряным турбинам или двигателям Стирлинга с использованием солнечного концентратора . Прямое механическое сжатие позволяет избежать неэффективности Карно тепловых двигателей. Изолированное хранение сжатого воздуха позволяет избежать преобразования энергии и хранения аккумуляторов. В системах, основанных на тепле, может использоваться резервуар с расплавленными солями , нагретыми солнечной энергией, приводящий в движение теплообменник , а не бортовая система рекуперации тепла . Электрической энергии, электрических сетей и связанных с ними проблем можно было бы избежать.
Технология
[ редактировать ]Двигатели для сжатого воздуха
[ редактировать ]
Было несколько сомнительных заявлений с нераскрытой информацией. Двигатель «ди Пьетро» был частично протестирован с помощью САПР и программ анализа методом конечных элементов . Результаты были опубликованы Ярославом Звержовским из Лодзинского технологического университета в 2017 году. [3] Этот двигатель представляет собой лопастной двигатель с эксцентриковым валом, использующий низкое давление воздуха. [ нужны разъяснения ]
Баллоны со сжатым воздухом и безопасность при столкновении
[ редактировать ]
Резервуары должны быть спроектированы в соответствии со стандартами безопасности для сосудов под давлением . ISO 11439 — аналогичный стандарт для резервуаров со сжатым природным газом. [5]
Резервуары для хранения воздуха, используемые в автомобилях со сжатым воздухом, могут иметь низкое давление (9 атм) или высокое давление (240+ атм). Таким образом, они могут быть изготовлены из композитных материалов, таких как термопласты и термопласты, армированные волокном. [4] [6] Это может позволить снизить стоимость резервуаров. Его можно изготовить методом ротационного формования . Такие резервуары могут быть намного легче литий-железных батарей и на 70% легче стальных. Они устойчивы к ржавчине от воздуха, воды и конденсата. Они служат дольше при меньшем обслуживании.
Для дальнейшего снижения веса автомобиля сосуды под давлением можно использовать в качестве конструктивных частей шасси . были разработаны усовершенствованные сосуды под давлением 700 атмосфер Для водородных автомобилей . Краш-тесты показали хорошую безопасность. Баки из армированного волокном термопластика разрушаются только при столкновениях. Они не разбиваются и не взрываются. [7]
Водородные резервуары требуют «высокой прочности» для предотвращения разрывов и «высокой жесткости» для долговечности. Сила сопротивляется внешней силе. Жесткость сохраняет форму. Водородные топливные баки из углеродного волокна так же легки, как пластик, но в шесть раз прочнее стали и в четыре раза жестче. «Когда пуля пробивает резервуар с водородом, он не взрывается. Вместо этого водород вытекает через пулевое отверстие. В стандартном тесте на столкновение не было обнаружено даже малейшего количества водорода, поскольку он не утек». [7]
Производство и хранение сжатого воздуха
[ редактировать ]
Сжатый воздух также можно производить, подсоединив воздушный компрессор или гидравлический насос к ветряной турбине. [8] [9] или с помощью речной, приливной или волновой гидроэлектростанции . Все они напрямую преобразуют механическую энергию в пневматическую. Исключение электроэнергии из цикла обеспечивает более высокую общую эффективность. Также возможно использовать тепловую солнечную энергию с помощью параболического с линзой Френеля солнечного концентратора или концентратора для питания теплового двигателя Стирлинга . Это может привести к перемещению компрессора или насоса. Солнечная энергия Стирлинга более эффективна, чем солнечная паровая или фотоэлектрическая.
Выбросы
[ редактировать ]Автомобили со сжатым воздухом не имеют выбросов. Они также не требуют подключения к электросети. или Ветряная турбина другой возобновляемый источник энергии может напрямую приводить в действие воздушный компрессор или гидравлический насос . Автомобили, работающие на сжатом воздухе, не зависят от заправочных станций или электросети . Хотя централизованная инфраструктура может и не понадобиться, это вариант. Резервуар можно доставлять напрямую или использовать трубопровод. Сжатый воздух обычно фильтруется для защиты компрессорного оборудования. Поэтому выходящий воздух содержит очень мало взвешенной пыли. Некоторые системы могут выделять некоторое количество смазочных материалов, но дальнейшая разработка может уменьшить это количество с помощью безмасляных компрессоров и промежуточных охладителей.
Потребление ресурсов
[ редактировать ]Композитные сосуды под давлением и пневматические компоненты могут позволить автомобилям, работающим на сжатом воздухе, стать безотходной промышленностью . Материалы должны быть биологическими или переработанными . Электрическая энергия не используется, поэтому нет необходимости в таких металлах, как медь, железо, в магнитах и т. д.
Преимущества
[ редактировать ]Может происходить однократное преобразование механической энергии в пневматическую или гидравлическую энергию. [9] Таким образом, сжатый воздух может иметь высокую энергоэффективность при использовании механических возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины или гидроэнергетика. Преобразование тепловой энергии в механическую возможно, но менее эффективно из-за неэффективности преобразования Карно. Термическое хранение тепла от возобновляемого солнечного источника также возможно с использованием материала с фазовым переходом, такого как расплавленная соль .
Энергоэффективность изотермического прототипа автомобиля 2020 года составила 59,4% от литий-ионного автомобиля. [1] [2]
Технология сжатого воздуха адаптируется к возобновляемым источникам энергии и, возможно , к экономике замкнутого цикла , если на биологической основе можно использовать композиты или переработанные композиты. Таким образом, он более экологичный, чем электромобили . Например, гораздо меньше используются металлы или токсичные химические вещества в батареях . Централизованное производство и электросеть могут оказаться менее необходимыми.
Эффективности также способствует малый вес композитных сосудов под давлением по сравнению со стальными резервуарами или литий-ионными батареями . [6] Вес можно было бы еще уменьшить, если бы баки поддерживали шасси автомобиля. Пневматические двигатели также имеют меньший вес, чем электрические двигатели.
Заправка топливом возможна во многих местах, используя только энергию ветра, солнца или гидроэнергию для приведения в движение воздушного компрессора , гидравлического насоса или двигателя Стирлинга .
Пневматический привод обладает энергетической синергией, поскольку он хорошо подходит для автомобильной мехатроники . Многие автомобильные системы могут приводиться в действие небольшими пневматическими двигателями. Например, активная пневматическая подвеска , пневматическое рулевое управление или пневматические амортизаторы. [10] Расширение сжатого воздуха создает низкие температуры и может непосредственно обеспечивать кондиционирование воздуха или климат-контроль.
Системы рекуперации энергии с рекуперативной подвеской и рекуперативным торможением производят сжатый воздух низкого давления. Его можно хранить в сосуде под давлением .
Беспоршневые двигатели, работающие на сжатом воздухе, очень тихие. [11]
После аварий нет опасности возгорания , в отличие от систем, в которых используется топливо для сжигания или аккумуляторы большой мощности.
Пневматические двигатели снижают стоимость производства автомобилей, поскольку нет необходимости строить систему охлаждения, свечи зажигания, стартер или глушители.
Скорость саморазряда очень низкая по сравнению с аккумуляторами. Транспортное средство, работающее на сжатом воздухе, может оставаться неиспользованным в течение более длительного времени, чем электромобиль.
Они уменьшают или исключают использование опасных химикатов, таких как бензин, аккумуляторные кислоты и родственные металлы, такие как свинец.
Автомобили со сжатым воздухом безопаснее в следующих ситуациях:
- потенциально взрывоопасная рабочая атмосфера
- лесные пожары
- близость сильных магнитных электрических полей
- радиотихие зоны
Недостатки
[ редактировать ]Сжатый воздух имеет более низкую плотность энергии , чем жидкий азот или водород .
В то время как батареи в некоторой степени сохраняют свое напряжение на протяжении всего периода разрядки, а баки с химическим топливом обеспечивают одинаковую плотность мощности от первого до последнего литра, давление в баллонах со сжатым воздухом падает по мере откачивания воздуха. Существуют механические методы (например, бесступенчатые трансмиссии или вспомогательные двигатели) для уменьшения этого эффекта, но они увеличивают затраты.
Разработчики и производители
[ редактировать ]Различные компании инвестируют в исследования, разработку и внедрение автомобилей, работающих на сжатом воздухе. MDI Air Car дебютировал в Южной Африке в 2002 году. [12] Ожидалось, что он будет запущен в производство «в течение шести месяцев» в январе 2004 года. [13] По состоянию на 2022 год он не производился.
МДИ
[ редактировать ]MDI предложила линейку транспортных средств, состоящую из AIRPod , OneFlowAir, CityFlowAir, MiniFlowAir и MultiFlowAir. [14] Одной из главных инноваций этой компании является внедрение «активной камеры», представляющей собой отсек, который нагревает воздух (за счет использования топлива) с целью удвоения выработки энергии. [15] Это «нововведение» впервые было использовано в торпедах в 1904 году.
Тата Моторс
[ редактировать ]По состоянию на январь 2009 г. [update]Индийская Tata Motors компания . планировала выпустить автомобиль с пневматическим двигателем MDI в 2011 году [16] [17] В декабре 2009 года вице-президент Tata по инженерным системам подтвердил, что ограниченный запас хода и низкие температуры двигателя вызывают проблемы.
Tata Motors анонсировала в мае 2012 г. [18] что они оценили проект после этапа 1, «проверки технической концепции», и приступили к полному производству для индийского рынка. Tata перешла ко второму этапу, «завершив детальную разработку пневматического двигателя для конкретных транспортных средств и стационарных устройств». [19] [ ненадежный источник? ]
В феврале 2017 года доктор Тим Левертон, президент и руководитель отдела передового проектирования и разработки продуктов Tata, сообщил, что проект «начинает индустриализацию», и первые автомобили будут доступны к 2020 году. [20] Другие сообщения указывают на то, что Tata также возобновляет планы по созданию пневматической версии Tata Nano . [21] Ранее этот вопрос рассматривался в рамках сотрудничества с MDI. [22]
Инжинэйр Пти Лтд.
[ редактировать ]Engineair — австралийская компания. Она производила прототипы небольших транспортных средств с использованием роторного воздушного двигателя конструкции Анджело Ди Пьетро . Компания ищет коммерческих партнеров для использования своего двигателя. [23]
Пежо/Ситроен
[ редактировать ]Peugeot и Citroën объявили, что намерены построить автомобиль, использующий сжатый воздух в качестве источника энергии. Однако он использует гибридную систему. Бензиновый двигатель развивает скорость автомобиля более 70 км/ч или при исчерпанном баллоне со сжатым воздухом. [24] [25]
В январе 2015 года пришли неутешительные новости из Франции: PSA Peugeot Citroën отложила на неопределенный срок разработку своего многообещающего силового агрегата Hybrid Air, по-видимому, потому, что компания не смогла найти партнера по разработке, готового разделить огромные затраты на разработку системы. . Затраты на разработку оцениваются в 500 миллионов евро. Чтобы окупить эти затраты, объемы производства должны составить более 500 000 автомобилей в год. [26] Руководитель проекта покинул Peugeot в 2014 году. [27]
ВСУ
[ редактировать ]APUQ (Ассоциация содействия использованию квазитурбин) создала APUQ Air Car, автомобиль с приводом от квазитурбины . [28] [ ненадежный источник? ]
См. также
[ редактировать ]- Воздушный двигатель
- Зарядная станция
- Энергетический накопитель сжатого воздуха
- Пневматическая батарея
- Транспортные средства на сжатом воздухе
- Замена двигателя
- Подключаемый гибрид
- Пневматика
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Пневмоавтомобили для городского транспорта» . новости передовой науки. 7 сентября 2020 г. Проверено 7 сентября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с Эврин, Реза Ализаде; Динсер, Ибрагим (2020). «Экспериментальное исследование прототипа транспортного средства на сжатом воздухе с материалами фазового перехода для рекуперации тепла» . Хранение энергии . 2 (5). онлайн-библиотека.wiley. дои : 10.1002/est2.159 . S2CID 219020514 . Проверено 27 апреля 2020 г.
- ^ «Конструкция воздушного двигателя типа Ди Пьетро» . 18 июля 2017 г. Проверено 13 октября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Сосуды высокого давления из термопластичного композита для FCV» . www.compositsworld.com. 01 февраля 2015 г. Проверено 1 февраля 2015 г.
- ^ «Газовые баллоны – Баллоны высокого давления для бортового хранения природного газа в качестве топлива для автомобильной техники» . Исо.орг. 18 июля 2006 г. Проверено 13 октября 2010 г.
- ^ Jump up to: а б «Базовые баллоны высокого давления из термопластичных композитов» . пластик.гл. 01 мая 2014 г. Проверено 1 мая 2014 г.
- ^ Jump up to: а б «Резервуар с водородом: проверенная безопасность (OA-ICAES) система» . Hyundai Motor Group . Проверено 13 июля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Ветряной компрессор воздушного компрессора» . Проверено 13 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с «Открытая аккумуляторная система изотермического хранения энергии на сжатом воздухе (OA-ICAES)» . Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ «Автоматизированный пневматический бампер для безопасности транспортных средств» . 01.05.2012 . Проверено 1 мая 2014 г.
- ^ «Накачиваем бесшумный двигатель | GE News» .
- ^ Кевин Бонсор (25 октября 2005 г.). «Как будут работать автомобили с воздушным двигателем» . Как все работает . Проверено 25 мая 2006 г.
- ^ Робин Керноу (11 января 2004 г.). «Унесённые ветром» . «Санди Таймс» (Великобритания) . Лондон . Проверено 25 мая 2006 г.
- ^ Узнайте все об автомобилях со сжатым воздухом! Архивировано 20 мая 2013 г. в Wayback Machine .
- ^ «Активная камера МДИ» . Thefuture.net.nz. Архивировано из оригинала 7 мая 2011 г. Проверено 12 декабря 2010 г.
- ^ «Tata Air Car появится к 2011 году» . Популярная механика . Архивировано из оригинала 10 февраля 2010 г.
- ^ «Двигатель, использующий воздух в качестве топлива: компания Tata Motors и изобретатель технологии, французская компания MDI, подписывают соглашение» (пресс-релиз). Тата Моторс . 5 февраля 2007. Архивировано из оригинала 14 марта 2012 года . Проверено 14 июня 2012 г.
- ^ «Технология пневматического двигателя MDI протестирована на автомобилях Tata Motors» (пресс-релиз). Тата Моторс . 7 мая 2012. Архивировано из оригинала 9 мая 2013 года . Проверено 14 июня 2012 г.
- ^ Tata Motors вступает во второй этап разработки воздушных автомобилей Gizmag.com, 7 мая 2012 г.
- ^ «Проект Tata Motors по производству пневматического автомобиля все еще находится в стадии реализации и будет готов к запуску через 3 года» . Автопрофессионал . Проверено 24 августа 2017 г.
- ^ «Tata Nano может создать электрические, гибридные и пневматические варианты – отчет» . Блог индийских автомобилей. 25 января 2017 г. Проверено 23 августа 2017 г.
- ^ «Нано должен был работать на воздухе, на батарейках, но Ратан Тата не смог реализовать планы» . Индостан Таймс . 28 октября 2016 г. Проверено 23 августа 2017 г.
- ^ Мэтт Кэмпбелл (3 ноября 2011 г.). «Мотоцикл, который работает на воздухе» . Сидней Морнинг Геральд . Архивировано из оригинала 5 ноября 2011 года . Проверено 7 ноября 2011 г.
- ^ «Разработан гибридный автомобиль на сжатом воздухе» . Gas2.org. 18 февраля 2013 г. Проверено 8 сентября 2013 г.
- ^ Марк Картер. «Peugeot объявляет о планах выпустить гибридный автомобиль, работающий на сжатом воздухе, к 2016 году» . Проверено 30 мая 2015 г.
- ^ Дафф, Майк (26 января 2015 г.). «Спущенный: Peugeot Citroen откладывает свою воздушную гибридную технологию» . Автомобиль и водитель . Проверено 29 октября 2018 г.
- ^ Фансильбер, Максим Амио Дени (1 ноября 2015 г.). «PSA: гибридной воздушной революции не произойдет» . Les Echos (на французском языке) . Проверено 29 октября 2018 г.
- ^ «Ассоциация содействия использованию квазитурбин» . АПУК. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 26 января 2012 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Фэрли, Питер (ноябрь 2009 г.). «Сдувание воздушного автомобиля» . IEEE-спектр . Архивировано из оригинала 5 мая 2018 г. Проверено 23 ноября 2009 г.
- «Группа Scuderi представит предварительные результаты исследования воздушно-гибридных двигателей и обновленную информацию об испытаниях прототипа двигателя Scuderi на Вашингтонском автосалоне» . Конгресс зеленых автомобилей . Группа БиоЭйдж. 16 января 2010 г.