Հեղուկ ազոտով տրանսպորտային միջոցներ

Հեղուկ ազոտով տրանսպորտային միջոցներ, տրանսպորտային միջոցներ, որոնք էներգիա են ստանում հատուկ բաքերում պահվող հեղուկ ազոտից։ Սովորաբար ազոտի շարժիչն աշխատում է հետևյալ կերպ. հեղուկ ազոտը ջերմացվում է ջերմափոխանակիչի մեջ՝ շրջակա օդից ջերմություն ստանալով, ապա գոլորշիացված ազոտը, որը փոխակերպվում է բարձր ճնշման գազի, մտնում է շարժիչի մեջ, որտեղ մխոցի կամ շարժիչի ռոտորի^{[Ն 1]} վրա ազդելով՝ նրան էներգիա է փոխանցում։

Հեղուկ ազոտով տրանսպորտային միջոցները ցուցադրվել են հանրության առջև, սակայն կոմերցիոն կիրառություն չեն ստացել։ Նման տրանսպորտային միջոցներից մեկը 1902 թվականին անգլո-ամերիկյան «Հեղուկ օդ» (անգլ.՝ Liquid Air) ընկերության ցուցադրած մեքենան էր։ Ըստ մշակող ընկերության հայտարարության` այս մեքենան կարող էր անցնել հարյուրավոր կիլոմետրեր մեկ լիցքավորմամբ։

Հեղուկ ազոտի էներգիան կարող է օգտագործվել նաև հիբրիդային համակարգերում, մասնավորապես էլեկտրամոբիլներում։ Բացի այդ` ռեկուպերատիվ^{[Ն 2]} արգելակման համակարգերը կարող են օգտագործվել նաև հեղուկ ազոտով աշխատող համակարգերի հետ կապակցմամբ։

Նկարագրություն

Հեղուկ ազոտը արտադրվում է Ստիռլինգի շարժիչի կրիոգեն կամ ռևերսային հովացուցիչների կողմից^[1]^[2]^[3], որոնք հեղուկացնում են օդի հիմնական բաղադրիչը՝ ազոտը (N₂): Հովացուցիչը կարող է աշխատել էլեկտրականությամբ կամ հիդրո կամ հողմային տուրբիններից ուղղակի մեխանիկական աշխատանքի հաշվին։ Հեղուկ ազոտը բաշխվում և պահվում է մեկուսացված տարաների մեջ։ Մեկուսացումը նվազեցնում է ջերմության հոսքը պահեստավորված ազոտի մեջ. դա անհրաժեշտ է, քանի որ շրջակա միջավայրի ջերմությունը հանգեցնում է հեղուկի եռացմանը, որն այնուհետեւ անցնում է գազային վիճակի։ Ներհոսող ջերմության նվազումը պակասեցնում է պահվող հեղուկ ազոտի կորուստը։ Պահպանման պահանջները խոչընդոտում են խողովակաշարերի օգտագործումը որպես տրանսպորտային միջոց։

Հեղուկ ազոտի սպառումն ըստ էության հակադարձ արտադրություն է։ Ստիռլինգի շարժիչը կամ կրիոգեն ջերմային շարժիչը տրանսպորտային միջոցների էլեկտրամատակարարման և էլեկտրաէներգիա արտադրելու միջոց է։ Հեղուկ ազոտ կարող է նաև ծառայել որպես ուղղակի հովացուցիչ հեղուկ սառնարանների, էլեկտրական սարքավորումների և օդորակիչների համար։ Փաստորեն, հեղուկ ազոտի սպառումը հանգեցնում է մթնոլորտի մեջ ազոտի եռալուն և ազոտի` մթնոլորտ վերադառնալուն։

Դիրմանի շարժիչի մեջ ազոտը տաքացվում է՝ այն համատեղելով շարժիչի գլանի ներսում գտնվող ջերմափոխանակման հեղուկի հետ^[4]^[5]։

Առավելություններ

Հեղուկ ազոտով ավտոմեքենաները բազմաթիվ պարամետրերով համեմատելի են էլեկտրամոբիլների հետ։ Նրանց առավելություններն այլ տեսակի ավտոմեքենաների համեմատությամբ հետևյալն են.

Ճիշտ այնպես, ինչպես էլեկտրամոբիլները, հեղուկ ազոտով մեքենաները կարող են ի վերջո էներգիա ստանալ էլեկտրական ցանցից, ինչն ավելի հեշտ է դարձնում էներգիայի աղբյուրների կողմից ստեղծված աղտոտիչների վերամշակման խնդիրը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ էլեկտրաէներգիան ստեղծվում է մեկ կամ մի քանի խոշոր աղբյուրների միջոցով (էլեկտրակայաններով), և, համապատասխանաբար, այդ աղբյուրներից աղտոտումն ավելի հեշտ է հավաքել և վերամշակել` ի տարբերություն ներկա իրավիճակի, երբ աղտոտումների պատճառ են դառնում միլիոնավոր մեքենաներ,որոնք երթևեկում են ճանապարհներով։
Վառելիքի տեղափոխում չի պահանջվում, քանի որ մեքենաները էներգիա են ստանում էլեկտրացանցից։ Սա թույլ է տալիս որոշակի շահում ստանալ էներգիայի արժեքի առումով և նվազեցնել շրջակա միջավայրի աղտոտումը նավթամթերքներով։
Տեխսպասարկման ցածր գին։
Շրջակա միջավայրի ավելի քիչ աղտոտվածություն հեղուկ ազոտի բաքերի վերամշակման կամ վերականգնման ժամանակ` համեմատած էլեկտրական մարտկոցների վերամշակման կամ վերականգնման հետ։
Հեղուկ ազոտով տրանսպորտային միջոցներին բնորոշ չեն էլեկտրական մարտկոցներով աշխատող համակարգերի շահագործման հետ կապված մաշվածության խնդիրները։
Էլեկտրական մարտկոցները լիցքավորելու համեմատությամբ հեղուկ ազոտի բաքերը կարող են շատ ավելի հաճախ ու արագ լցվել։ Այդ ցուցանիշով հեղուկ ազոտով մեքենաները համեմատելի են դիզելային վառելիքով կամ բենզինով աշխատող ավտոմեքենաների հետ։
Հեղուկ ազոտի համակարգերը կարող են գործել բենզինի կամ դիզելային շարժիչների հետ` օգտագործելով դրանց ջերմությունը, որը փոխանցվում է շրջակա միջավայրին։

Թերություններ

Մեծ նյութական ծախսեր

Հեղուկ ազոտի արտադրությունը էներգիայի ծախսատար գործընթաց է, ինչը հանգեցնում է հեղուկ ազոտի բարձր արժեքի^[փա՞ստ]:

Հեղուկ ազոտի էներգիայի ցածր խտություն

Նյութի փուլային անցման գործընթացի արդյունքում ստացված ցանկացած ապրանք, ի վերջո կունենա ավելի էներգիայի ցածր խտություն, քան քիմիական ռեակցիաների գործընթացի արդյունքում ստացված արտադրանքը։ Իր հերթին քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ստացված արտադրանքը ունի ավելի ցածր էներգետիկ խտություն, քան միջուկային փոխակերպումներ ունեցող նյութերը։ Հետևաբար, հեղուկ ազոտը` որպես էներգակիր, ունի էներգիայի ցածր խտություն։ Հեղուկ ածխաջրածնային վառելիքի համեմատ հեղուկ ազոտն ունի էներգիայի բարձր խտություն։ Սա կարևոր տեսանկյուն է, քանի որ էներգիայի բարձր խտությունն ավելի հարմար է դարձնում բաշխումը, փոխադրումը և վառելիքի ավելի հարմարավետ պահպանումը։ Իր հերթին հարմարավետությունը կարևոր գործոն է ապրանքի սպառողական հատկանիշների համար։ Նավթամթերքների պահպանման հարմարավետությունը դրանց ցածր արժեքի հետ համատեղ դրանք դարձնում է անգերազանցելի տեսակի սպառողական հատկանիշներով վառելիք։ Բացի այդ` բենզինը և դիզելային վառելիքը էներգիայի առաջնային աղբյուրներ են, որոնց համար էներգիայի մատակարարման և փոխադրման համար միջնորդ նյութեր չեն պահանջվում։

Հեղուկ թթվածնի ձևավորում

Քանի որ հեղուկ ազոտ N2-ն ունի 90.2K-ից ցածր ջերմաստիճան, ապա մթնոլորտային օդից կարող է թթվածին խտանալ։ Հեղուկ թթվածնի կաթիլները կարող են ընկնել շրջապատող տարբեր առարկաների վրա։ Բացի այդ՝ իր հերթին, հեղուկ թթվածինը կարող է հեշտությամբ և բավականին արագ արձագանքել օրգանական քիմիական նյութերին, ներառյալ այնպիսի նավթամթերքներ, ինչպիսին է ասֆալտը։

Հերմետիկության պահանջներ

Թափված կրիոգեն^{[Ն 3]} հեղուկը կարող է վտանգավոր լինել։ Մասնավորապես, հեղուկ ազոտի շփումը մարդու մարմնի մակերեսին կարող է հանգեցնել ցրտահարությունների։ Հեղուկ ազոտը որոշ նյութերի հետ շփման արդյունքում դրանք չափազանց փխրուն է դարձնում։

Սառեցում

Ի տարբերություն ներքին այրման շարժիչների՝ կրիոգեն համակարգերը, որոնք աշխատում են, մասնավորապես, հեղուկ ազոտով, պահանջում են ջերմափոխանակիչների առկայություն աշխատանքային հեղուկի ջեռուցման և սառեցման համար։ Մթնոլորտային օդի խոնավությունը կարող է սառչել ջերմափոխանակիչների մասերի և հանգույցների վրա, ինչը խանգարում է ջերմային հոսքերի ընթացքը։ Սառեցումը կանխելը պահանջում է համապատասխան ինժեներական խնդիրների լուծում և լրացուցիչ սարքավորումների տեղադրում։ Դա հանգեցնում է տրանսպորտային միջոցների զանգվածի ավելացմանը, կառուցվածքի բարդությանը, օգտակար գործողության գործակցի և արժեքի ավելացմանը։

Տես նաև

Գրականություն

C. A. Ordonez, M. C. Plummer, R. F. Reidy "Cryogenic Heat Engines for Powering Zero Emission Vehicles", Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 11–16, 2001, New York, NY.
Kleppe J.A., Schneider R.N., “A Nitrogen Economy”, Winter Meeting ASEE, Honolulu, HI, December, 1974.
Gordon J. Van Wylan and Richard F. Sontag, Fundamentals of Classical Thermodynamics SI Version 2nd Ed.

Նշումներ

↑ Մեքենաների և տուրբինների պտտվող մասը
↑ Վերադարձվող էներգիան կամ գործընթացի վրա ծախսված էներգիայի մի մասը
↑ Ցածր ջերմաստիճանի երևույթ կամ նյութ, որը հանգեցնում է ջերմաստիճանի նվազեցման (-120° C), սառեցնող խառնուրդ

Ծանոթագրություններ

↑ Balmer, Robert T. (2011). «14.15 Reversed Stirling Cycle Refrigeration». Modern Engineering Thermodynamics. Academic Press. ISBN 978-0-12-374996-3.(չաշխատող հղում)
↑ history of refrigeration with Stirling engines
↑ «Archived copy». Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ փետրվարի 3-ին. Վերցված է 2013 թ․ փետրվարի 11-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ արխիվը պատճենվել է որպես վերնագիր (link) Commercial Stirling engine cooling
↑ Raili Leino (2012 թ․ հոկտեմբերի 22). «Mullistava idea: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla». Tekniikka&Talous (ֆիններեն). Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ սեպտեմբերի 1-ին. Վերցված է 2012 թ․ հոկտեմբերի 22-ին.
↑ «The Technology». Dearman Engine Company. 2012. Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ հոկտեմբերի 22-ին.

Արտաքին հղումներ

Ուկրաինական կրիոավտոմոբիլ. բենզինի փոխարեն հեղուկ ազոտ Արխիվացված 2018-09-28 Wayback Machine // ХайВей, 21 октября 2008 [1] Արխիվացված 2022-03-05 Wayback Machine
Նշում LN2 մեքենայի մասին, Հյուսիսային Տեխասի համալսարանում հեղուկ ազոտով ավտոմեքենա, որն օգտագործում է կրիոգեն ջերմային շարժիչ. (անգլ.) LN2 Vehicle 1 — բիտա
Հեղուկ օդով վարվող մեքենայի մասին տեսանյութ, BBC-ի ռեպորտաժը (մեքենան ցուցադրված է՝ սկսած 52-րդ վայրկյանից)

[1] Մեքենաների և տուրբինների պտտվող մասը

[2] Վերադարձվող էներգիան կամ գործընթացի վրա ծախսված էներգիայի մի մասը

[8] Ցածր ջերմաստիճանի երևույթ կամ նյութ, որը հանգեցնում է ջերմաստիճանի նվազեցման (-120° C), սառեցնող խառնուրդ

[3] Balmer, Robert T. (2011). «14.15 Reversed Stirling Cycle Refrigeration». Modern Engineering Thermodynamics. Academic Press. ISBN 978-0-12-374996-3.(չաշխատող հղում)

[4] story of refrigeration with Stirling engines

[5] «Archived copy». Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ փետրվարի 3-ին. Վերցված է 2013 թ․ փետրվարի 11-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ արխիվը պատճենվել է որպես վերնագիր (link) Commercial Stirling engine cooling

[T&T-6] Raili Leino (2012 թ․ հոկտեմբերի 22). «Mullistava idea: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla». Tekniikka&Talous (ֆիններեն). Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ սեպտեմբերի 1-ին. Վերցված է 2012 թ․ հոկտեմբերի 22-ին.

[7] «The Technology». Dearman Engine Company. 2012. Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ հոկտեմբերի 22-ին.

[Ն 1]

[Ն 2]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[Ն 3]