用液氮為動(dòng)力的汽車(chē)
液氮?jiǎng)恿ζ?chē)發(fā)展的需求隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展和人類(lèi)生活水平的不斷提高, 世界各國(guó)的公路和汽車(chē)數(shù)量急劇增加,結(jié)果, 隨之而來(lái)的汽車(chē)尾氣對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境造成的污染就變得越來(lái)越嚴(yán)重,因此, 許多國(guó)家為了控制污染,制定了有關(guān)法規(guī)和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 并投入了很大的財(cái)力和物力來(lái)治理已造成的污染。除了通過(guò)對(duì)燃油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的性能改進(jìn)來(lái)減少尾氣中有害成分外, 液化天然氣( L N G )、壓縮天然氣 ( C N G ) 和石油氣( L P G/ C P G )燃料汽車(chē)在國(guó)外已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用, 而且在我國(guó)的幾個(gè)大城市也已在公交車(chē)輛上嘗試使用。通過(guò)使用輕烴低碳類(lèi)燃料代替現(xiàn)用燃油能大大減少尾氣對(duì)環(huán)境的污染,但它仍然存在少量污染, 所以有些國(guó)家正在計(jì)劃發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)( E V )。美國(guó)的加州為了改善城市空氣質(zhì)量滿足聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn), 在1990 年通過(guò)了一項(xiàng)法律, 規(guī)定:從 1998 年開(kāi)始, 州內(nèi)所有新銷(xiāo)售的車(chē)輛中,這種“零排放”車(chē)輛至少要占 2% , 到 2003 年比例要增加到 10%。
在 1980 年前后 J D ooley 教授的研究組成功研制出了一輛實(shí)際大小的概念汽車(chē), 它使用內(nèi)燃機(jī)燃燒器來(lái)蒸發(fā)和加熱液氮和氮?dú)獾?1 000 K 的 Rankine 動(dòng)力循環(huán)。這一概念汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比, 在運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)?shù)那闆r下, 具有相同的性能, 但它大大降低了燃油的消耗。很明顯,要以將來(lái)的發(fā)展為根據(jù)衡量這一技術(shù)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比的經(jīng)濟(jì)性, 在當(dāng)時(shí)這一技術(shù)還不是有足夠的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論怎樣,室溫空氣有足夠大的焓來(lái)加熱蒸發(fā)液氮, 而空氣流本身僅有幾度的溫降, 所以, 對(duì)推動(dòng)小型汽車(chē)似乎沒(méi)有必要使用高溫燃燒器。這種新型低溫液氮汽車(chē)于90 年代初在美國(guó)獲得了研究和發(fā)展 。
液氮汽車(chē)
零排放液氮汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)非常像傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī), 而且利用了亞室溫應(yīng)用機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)。液氮膨脹機(jī)在做功沖程中依靠循環(huán)流體維持汽缸壁溫盡可能高來(lái)增強(qiáng)熱傳遞。圖 1表示了一個(gè)僅使用環(huán)境大氣加熱低溫工作流體的 R anking 動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的原理流程。用一個(gè)絕熱的“燃料”箱貯存大氣壓力下 77 K 的液氮,用一個(gè)低溫泵將液氮從液氮箱的底部抽出并增壓到系統(tǒng)的操作壓力,然后帶壓液氮通過(guò)一個(gè)節(jié)能器和一個(gè)空氣加熱器被加熱汽化和過(guò)熱,使其溫度升高到略低于室溫。最后將有一定壓力的氮?dú)鈬娙肫? 推動(dòng)活塞作功。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率,可在汽缸外壁增加加熱循環(huán), 使膨脹過(guò)程更接近等溫膨脹。
液氮 Ranking 動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的原理流程
液氮汽車(chē)“零排放”動(dòng)力系統(tǒng)概念具有很多內(nèi)燃機(jī)和電化學(xué)電池車(chē)輛所沒(méi)有的環(huán)境優(yōu)勢(shì),并且具有低的操作成本、足夠的動(dòng)力和合理的能源效率。這種“零排放汽車(chē)”被稱為“低溫汽車(chē)”。