Tryckluftsfordon
Ett tryckluftfordon ( CAV ) är en transportmekanism som drivs av tankar med trycksatt atmosfärisk gas och som drivs av frigöring och expansion av gasen i en pneumatisk motor .
CAV har funnit tillämpning i torpeder , lok som används i situationer där standardlok är en fara och tidiga prototypubåtar .
Tryckluftsfordon fungerar enligt en termodynamisk process där luft kyls ner när den expanderar och värms upp när den komprimeras och det är termiska energiförluster som dränerar kapacitetsfaktorn, dock med den senaste utvecklingen inom isotermisk tryckluftsenergilagring ICAES-anläggningar, tryckluft lagring har nått 4 gånger kapacitetsfaktorn för litiumjonbatterier med 2,7Mj/kg eller 3,6Mj/m3 och 2020 har det skett utvecklingar inom ICAV -bilar eller isotermiska tryckluftsfordon publicerade av Dr. Reza Alizade Evrin från Ontario Tech University med en första prototyp som använder lågtryckslufttankar och frånluftsåtervinning för att driva ett paraffinvärmeväxlarsystem med en global energieffektivitet på 74 % ( når 73 %-90 % verkningsgrad för litiumjonelbilar ) med en räckvidd på 140 km . Denna effektivitet och räckvidd kan ökas genom att använda lagringstank som fordonschassistruktur, högtryckstankar, nya roterande motorer och en mer effektiv värmeväxlare, detta genombrott tillsammans med tillgången på återvunnen och biobaserad termoplast för tankar och pneumatiska komponenter och förnybar energi innebär att denna teknik kan utgöra grunden för en fri grön transportrevolution med decentralisering av energi och cirkulär industri med tillverkning av numeriska styrmaskiner med öppen källkod inklusive additiv tillverkning medan flerstegs luftkompressorer och kylare eller hydraulpumpar kan anslutas direkt till VAWT - vindturbiner , stirling motor med en parabol- eller fresnellins solkoncentrator eller flod-, tidvatten-, vågvattenkraftsturbin utan behov av elektrisk energi eller elnät eller energiomvandlingsineffektivitet eller ytterligare energilagring, även istället för ombord värmeåtervinningssystem kan det användas ett påfyllningsbart smält salt ( från fresnellins eller parabolisk koncentrerad solenergi ) reservoar i ett värmeväxlarsystem .
Tryckluftsframdrivning kan också ingå i hybridsystem, till exempel med batteridriven elektrisk framdrivning . Denna typ av system kallas hybrid-pneumatisk elektrisk framdrivning. Dessutom regenerativ bromsning också användas i samband med detta system.
Tryckluftsmotorer
I princip kan vilken pneumatisk motor som helst användas för ett tryckluftsfordon, men vissa motorer har utvecklats specifikt för denna applikation och/eller har specifika fördelar.
di pietro motor
Det har förekommit flera tvivelaktiga påståenden med hemlig information. "di pietro"-motorn har dock testats delvis med CAD och finita elementanalysprogram och publicerad i vetenskapliga artiklar av Jarosław Zwierzchowski från Lodz University of Technology 2017, vilket är en excentrisk axelvingemotor som använder lågt lufttryck.
Flytande kolv
En annan ny motor som skulle kunna anpassas till tryckluft är Liquidpiston rotationsmotor.
Tryckluftstankar och kollisionssäkerhet
Tankarna måste utformas enligt säkerhetsstandarder som är lämpliga för ett tryckkärl , såsom ISO 11439 .
Tryckkärlen eller luftlagringstanken som kan användas i tryckluftfordon kan vara gjorda av lågtryck (9 atm) eller högtryck (+240 atm), och kan vara gjorda av kompositmaterial som termoplast och fiberarmerad termoplast, det vill säga att priset kan sjunka genom att använda återvunnen eller biobaserad termoplast med rotationsgjutning och de är mycket lättare än litium-järnbatterier och 70% lättare jämfört med ståltankar, dessutom har de längre livslängd och behöver inte mycket underhåll.
För att minska fordonets vikt ytterligare kan lufttankarna användas som strukturell lagring så att tanken är huvuddelen av fordonets chassi samtidigt som man använder lämplig stötisolering, men fiberförstärkta termoplasttankar har bara brister vid kollision och exploderar inte. Framstegen inom tryckkärl för fordon har utvecklats för vätgasfordon med högt kompressionstryckkärl, detta är ett citat från hyundais webbsida som har skapat Hyundai Nexus med 700 atm-tankar och gynnsamma krocktester.
Vätgastankar kräver 'High Strength' för att förhindra brott och 'High Stiffness' för hållbarhet. Styrka definieras som nivån av motstånd mot påverkan av en yttre kraft. Styvhet är nivån av motstånd som bibehåller sin ursprungliga form. Kolfibermaterialen som används för att tillverka vätgasbränsletankar är lätta som en plast men har sex respektive fyra gånger så hög styrka och styvhet som stål. ”När en kula tränger in i en vätgastank exploderar den inte. Istället läcker väte ut genom skotthålet. I ett standardkollisionstest upptäcktes inte ens en liten mängd väte eftersom inget hade läckt ut.
Tryckluftsproduktion, lagring och energieffektivitet och densitet
Tryckluft har låg energitäthet , men nära isotermisk tryckluftslagring har ICAES nästan 4 gånger litiumjonbatteriets kapacitet med 2,7Mj/kg eller 3,6Mj/m3.
Komprimerad luft kan produceras genom att koppla en luftkompressor eller hydraulpump till ett vindturbin eller använda flod-, tidvatten-, vågvattenkraftsturbiner med endast en omvandling från mekanisk till pneumatisk energi, vilket eliminerar elektricitet från slingan vilket ger högre effektivitet totalt sett.
Det finns också möjligheten att använda termisk energi med en parabolisk eller fresnel-lins solenergikoncentrator för att driva en termisk stirlingmotor för att flytta kompressorn eller pumpen, eftersom solar stirling är effektivare än solånga och solceller. (se även Soldriven Stirlingmotor )
Utsläppseffekt
Eftersom den komprimerade luften filtreras för att skydda kompressormaskineriet har den utsläppta luften mindre svävande damm i sig, även om det kan förekomma överföring av smörjmedel som används i kompressorn eller motorn. Detta kan mildras genom att använda oljefria luftkompressorer.
Resursförbrukning
Den senaste tidens utveckling av komposittryckkärl och pneumatiska komponenter gör att tryckluftfordon kan vara en del av den cirkulära industrin med biobaserade eller återvunna komponenter. Också genom att skära av elektrisk energi från slingan behövs inget elnät och de metaller som används som koppar, järn i magneter, etc.
Historia
Tryckluft har använts sedan 1800-talet för att driva minlokomotiv och spårvagnar i städer som Paris (via ett centralt energidistributionssystem på stadsnivå), och var tidigare grunden för marin torpedframdrivning .
Under byggandet av Gotthardbahn från 1872 till 1882 användes pneumatiska lok i byggandet av Gotthard Rail Tunnel och andra tunnlar i Gotthardbahn.
År 1903 tillverkade Liquid Air Company i London, Storbritannien, ett antal bilar med tryckluft och flytande luft. Det stora problemet med dessa bilar och alla tryckluftsbilar är bristen på vridmoment som produceras av "motorerna" och kostnaden för att komprimera luften.
Sedan 2010 har flera företag börjat utveckla tryckluftsbilar , inklusive hybridtyper som även inkluderar en bensindriven motor; ingen har släppts till allmänheten eller har testats av tredje part.
Fördelar
Energieffektivitet för energikällan, genom att använda vindturbiner till kompressorer eller pumpar sker en enda omvandling av mekanisk till pneumatisk eller hydraulisk energi, och genom att driva kompressorn med en stirlingmotor med en parabol- eller fresnellins solkoncentrator finns termisk energi till mekanisk energi omvandling, även genom att använda ett fasförändringsmaterial i värmeväxlaren uppvärmd med koncentrerad solenergi är det bara solvärmeenergi inblandad .
Fordonets energieffektivitet , från och med 2020 når den första isotermiska prototypen 74%, vilket liknar 73-90% av elfordon som använder litiumjon .
Energitäthet jämfört med litiumjon , isotermisk tryckluftsenergilagring ICAES energitäthet kan vara minst 2,7Mj/kg eller 3,6Mj/m3, 4 gånger för litiumjonbatterier, vilket kan förbättras med högtryckskärl och värmeväxlarsystem .
Resurser, tryckluftsteknik kan anpassas till förnybar energi och cirkulär industri med biobaserade eller återvunna kompositer och så jämfört med elfordon kan de undantas från ändliga mineraltillgångar eller giftiga processer som används vid tillverkning av batterier och elmotorer och även från användningen av elnätet .
Strukturell vikt, den låga vikten av sammansatta tryckkärl i förhållande till litiumjonbatteri och även jämfört med ståltankar (70 % lättare), som kan minskas genom att använda tankarna som fordonschassistruktur med lämplig stötisolering, även den låga vikten av hjulnavsmotorer med roterande motorer.
Påfyllning är möjlig på nästan vilken plats som helst eller med utrustning ombord, eftersom det enda som behövs är vind, solenergi eller flod-, tidvatten-, vågvattenkraft för att flytta en luftkompressor , hydraulpump eller stirlingmotor .
Energisynergi med den tillgängliga pneumatiska energin, så att alla fordonsmekatroniska system kan drivas av små luftmotorer, och även fordonet kan använda aktiv pneumatisk fjädring, pneumatisk styrning eller pneumatiska stötdämpande stötfångare, även det kan tillhandahållas luftkonditionering eller klimatkontroll med att använda den låga temperaturen som skapas under luftexpansion.
Energiåtervinningssystem med regenerativ fjädring och regenerativ bromsning som producerar lågtryckstryckluft som lagras i ett extra tryckkärl .
Lågt ljud från kolvfria roterande motorer vid användning av tryckluft, som också kan ljudisoleras på grund av den låga temperaturen som den arbetar i.
Noll brandrisk , vilket gör det till ett av få transportsystem som inte kan producera spontan eller efterkrockad brand eller explosioner som i fallet med bensin, etanol, väte och även batterifordon.
Nackdelar
Energitäthet för tryckluft jämfört med flytande kväve eller väte .
Energieffektivitet för tryckluftsmotorer jämfört med mikrogasturbiner med adekvat ljudisolering som kan användas i hybridgasturbin-elektriska motorfordon med en blandning av tryckluft, flytande kväve eller väte (tidigare gasturbindrivna fordon har använt en inställning för hastighet, snarare än verkningsgrad som består i ett stort ljud gasturbiner kopplade till transmissionen) eftersom gasturbinen (som används i termiska kraftverk på grund av sin effektivitet ) överträffar kolvfria roterande motorer , men produktionen av tryckluft är mer energieffektiv och kräver därför mindre vindkraft och infrastruktur och dessutom minskar effektiviteten från gasturbin till generator och till elmotor .
Medan batterier kan bibehålla sin spänning i viss mån under hela urladdningen och kemiska bränsletankar ger samma effekttätheter från första till sista litern, sjunker trycket i tryckluftstankar när luft tappas bort, vilket minskar tillgänglig effekt.
Möjliga förbättringar
Det kan vara möjligt att lagra tryckluft vid lägre tryck med hjälp av ett absorptionsmaterial i tanken. Absorptionsmaterial som aktivt kol eller en metallstruktur används för att lagra komprimerad naturgas vid 500 psi istället för 4500 psi, vilket innebär en stor energibesparing.
Fordon
Produktionsbilar
Flera företag undersöker och tillverkar prototyper , inklusive hybridbilar med tryckluft/bensin. Från och med augusti 2017 har ingen av utvecklarna ännu gått i produktion, även om Tata har indikerat att de kommer att börja sälja fordon från 2020 och MDI :s amerikanska distributör Zero Pollution Motors säger att produktionen av AIRPod kommer att börja i Europa 2018.
Experimentella bilar och cyklar
2008 vann ett trycklufts- och naturgasdrivet fordon designat av ingenjörsstudenter vid Deakin University i Australien gemensamt vinnare i Ford Motor Company T2-tävlingen för att tillverka en bil med en räckvidd på 200 km och en uppskattad kostnad på mindre än 7 000 USD.
Det australiensiska företaget Engineair har producerat ett antal fordonstyper - moped, liten bil, liten lastbil, go-cart - runt den roterande tryckluftsmotorn skapad av Angelo Di Pietro .
En tryckluftsdriven motorcykel, kallad Green Speed Air Powered Motorcycle, tillverkades av Edwin Yi Yuan, baserad på Suzuki GP100 och använde Angelo Di Pietros tryckluftsmotor.
Tre mekaniska ingenjörsstudenter från San Jose State University ; Daniel Mekis, Dennis Schaaf och Andrew Merovich, designade och byggde en cykel som går på tryckluft. Den totala kostnaden för prototypen var under $1000 och sponsrades av Sunshops (på strandpromenaden i Santa Cruz, Kalifornien ) och NO DIG NO RIDE (från Aptos, Kalifornien .). Topphastigheten på jungfruresan i maj 2009 var 43 km/h. Även om deras design var enkel, hjälpte dessa tre pionjärer av tryckluftsdrivna fordon till att bana väg [ citat behövs ] för den franska biltillverkaren Peugeot Citroën att uppfinna en helt ny luftdriven hybrid. "Hybrid Air"-systemet använder tryckluft för att flytta bilens hjul när du kör under 43 mph. Peugeot sa att det nya hybridsystemet borde få upp till 141 miles per gallon gas. Modeller påstods börja rulla ut redan 2016 [ 1] . Projektledaren lämnade dock Peugeot 2014 och 2015 sa företaget att det inte hade lyckats hitta en partner att dela på utvecklingskostnaderna, vilket i praktiken avslutade projektet.
"Ku:Rin" med namnet luftkomprimerat trehjuligt fordon skapades av Toyota 2011. Specialiteten med detta fordon är att det har registrerat en rekordhög högsta hastighet på 129,2 km/h (80 mph) även om den har en motor som använder endast tryckluft. Denna bil utvecklades av företagets "Drömbilsverkstad". Denna bil har smeknamnet "snygg raket" eller "pennformad raket".
Som en del av TV-programmet Planet Mechanics konverterade Jem Stansfield och Dick Strawbridge en vanlig skoter till en tryckluftsmoped . Detta har gjorts genom att utrusta skotern med en tryckluftsmotor och lufttank.
2010 presenterade Honda konceptbilen Honda Air på LA Auto Show.
Sedan 2008 arrangerar fd Bosch Rexroth, nu Emerson Emerson's International AVENTICS Pneumobile Competition i Eger, Ungern. Det är en tävling för studenter på högre utbildning om att bygga racerfordon som drivs av tryckluft.
Det finns en internationell konferens relaterad till evenemanget som anordnas av Óbuda University, Department of Bánki Donát Mechanical and Safety Engineering.
Tåg, spårvagnar, båtar och flyg
Tryckluftslok är ett slags eldlösa lokomotiv och har använts i gruvdrift och tunnelborrning.
Olika tryckluftsdrivna spårvagnar testades, med början 1876. I Nantes och Paris gick spårvagnarna i Mekarski-systemet i reguljär trafik i över 30 år. Se även Nantes spårväg#Spårvagnar med tryckluft (1879-1917) .
För närvarande finns inga vatten- eller luftfordon som använder sig av tryckluftsmotorn. Historiskt sett drevs vissa torpeder av tryckluftsmotorer.
Se även
externa länkar
- Experimentell undersökning av en tryckluftsfordonsprototyp med fasförändringsmaterial för värmeåtervinning
- Tryckluftsbilar för stadstransport 7 september 2020
- Termisk analys av nästan isotermiskt energilagringssystem för komprimerad gas
- Luftdrivna bilar på HowStuffWorks
- Studie: "Air Hybrids" Yield Fuel Savings ( Society of Automotive Engineers )
- Hydraulic Hybrid Research ( United States Environmental Protection Agency )
- OSEN-sida om tryckluftsteknik
- Historik för tryckluftfordon
- Fotografi av 1903 års Liquid Air Company-bil
- Regusci Air, Armando Reguscis officiella webb
- Miljövänlig, motor, uppfinning | Melbourne
- Luftdrivet fordon designat och byggt av studenter vid San Jose State University
 |
||
| Förorening | ||
| Hållbar energi | ||
| Bevarande | ||