液体窒素ビヒクルは液体窒素によって駆動され、液体窒素はタンクに貯蔵される。 従来の窒素エンジンの設計は、熱交換器内で液体窒素を加熱し、周囲空気から熱を抽出し、得られた加圧ガスを用いてピストンまたは回転モータを作動させることによって機能する。 液体窒素によって推進される車両は実証されているが、商業的には使用されていない。 このような車両の1つである液体空気は1902年に実証された。

液体窒素の推進は、ハイブリッドシステム、例えばバッテリーを推進するためのバッテリー電気推進及び燃料タンクに組み込むこともできる。 この種のシステムは、ハイブリッド液体窒素電気推進と呼ばれている。 さらに、回生制動をこのシステムと共に使用することもできる。

2016年6月、英国のロンドンで、J Sainsburyのスーパーマーケットの食品輸送車両の試験が開始されます。Dearman窒素エンジンを使用して、車両が停止してメインエンジンが停止しているときの食品貨物の冷却に電力を供給します。 現在、配送用トラックは主にエンジンが停止しているときに冷却用の第2小型ディーゼルエンジンを搭載しています。

説明
液体窒素は、空気、窒素(N 2)の主成分を液化する極低温または逆スターリングエンジンクーラーによって生成される。 クーラーは、電気または水力または風力タービンの直接的な機械的作業によって動力を供給することができます。 液体窒素は、絶縁された容器に分配されて貯蔵される。 断熱材は、貯蔵された窒素への熱流を減少させる。 これは周囲の環境からの熱が液体を沸騰させ、気体状態に移行するために必要です。 流入する熱を低減することは、貯蔵中の液体窒素の損失を減少させる。 貯蔵の要件は、輸送手段としてのパイプラインの使用を妨げる。 液体窒素の製造に遠隔エネルギー源を使用することは、長距離パイプラインが断熱要件のために高価になるため、費用がかかる。 石油の埋蔵量は一般的に消費量からは遥かに離れていますが、周囲温度で移動することができます。

液体窒素の消費は本質的に逆の生産である。 スターリングエンジンまたは低温熱機関は、車両に電力を供給し、電気を発生させる手段を提供する。 液体窒素は、冷蔵庫、電気機器および空調ユニットのための直接冷却剤としての役割も果たします。 液体窒素の消費は事実上沸騰して窒素を大気に戻す。

ディアマンエンジンでは、エンジンのシリンダー内の熱交換流体と窒素を混合することによって窒素が加熱されます。

説明と用途

極低温での使用
現在、液体窒素は、例えば、核磁気共鳴装置、より高度なタイプの赤外線センサ、マグレブ・マグレブ電車、ジョセフソン効果を利用するコンピュータ・マイクロチップ、およびおそらく将来的には、マイクロ波で超電導マグネットを冷却するために、核融合を目的としたトカマク反応炉の超伝導磁石。 液体窒素を使用して超伝導セラミックシートを冷却し、例えば数千キロメートルの長さの液体ラインを建設することも提案されており、これは例えば北極、シカゴやニューヨークなど北部の都市まで。

医学では、人工授精または体外受精のための精子および卵子などの細胞の凍結保存において、寒冷を直接使用する。 妊娠の蔓延、しばしば滅菌治療が必要ながん病の発症、60歳代の女性に施用されるいくつかの受精技術によって、妊娠開始前に多くの人々が配偶子(または胚)を数十年間維持する可能性があります。 アリゾナ州の一部の人々は、死後(または難病に苦しんでいるとして存在を終わらせている)、超技術的な未来において遠方の希望が凍結されている技術は未来的であり、適切に治療され、その後に復活し、新しい健康的な生活に持ち帰る。 これらの試みが成功することができれば、あなたは賢明な考えを持っていません。

航空宇宙分野では、液体窒素はNASAによって冷たい、安全に長期間保存され、貯蔵する手段として使用され、酸素と水を液化温度にするために(水の電気分解後に)使用される。 スペースシャトルのようにロケット推進に使用される水素。 これらの燃料および/または酸化された酸素混合物の使用の増加は必然的に液体窒素の消費量の増加につながるであろう。 NASAのこの役割における液体窒素の使用はすでに窒息の犠牲者を生み出している2。それは完全に無臭のガスであるため、次の技術者は突然酸素含量が絶対的に低い雰囲気を呼吸する酸素の一部が地面に液体として凝縮する温度)、これはO 2の絶対圧とエベレストの頂上の圧力に匹敵する。

屠殺産業では、長年にわたり肉が保存されていても、長年にわたり価格を安定に保つことができます(消費量が少なく、ピーク時に肉を市場から差し引く)戦争や災害の過程で。

環境工学での使用
ソ連時代に、液体窒素を下層大気中に噴霧することによって、水蒸気またはミスト水の微小滴の凝縮または凍結によってミストが沈殿することが発見された。 これにより、風のない日には、軍用空港を開いたままにして、周囲に霧のない地域を作りました。

現在、同じ手法を使用して、霧が薄くなるエリア、空港、高速道路のジャンクション、重要なモニュメントのエリアを作成することができます。 有害な影響として、すぐ近くに温度のわずかな低下があります。 1998年、トリエステ・ヴェネツィアの高速道路に沿って、ロシア人はこの手続きを実証した。

液体窒素の他の可能性のある用途は、雨の誘発(雲に液体窒素を噴霧することによる)またはハリケーンの偏差(海洋地域での噴霧による)であり、温度を低下させ、したがって外乱をより低い圧力の領域、例えば本土から遠い。

輸送での使用
現在、ほとんどの道路車両は、化石燃料を燃やす内燃機関から推進されています。 道路輸送が非常に長期的に持続可能でなければならないと仮定すれば、現在の燃料は再生可能エネルギーによって生産されたものに置き換えなければならない。 代理人は必ずしも「トゥートコート」のエネルギー源である必要はありません。 むしろ一種の「エネルギー通貨(energy currency)」に匹敵する、エネルギーを移転し集中させる手段である。

液体窒素は、チューブからチューブに移り、環境の外部の熱を換気されたグリッド内に膨張吸収し、その圧力を劇的に増加させ、発電機に接続されたタービンを動かすことができ、車輪を押してください。 さまざまな温度と圧力のジャンプから、さまざまなタービンを直列に配置して電流を発生させることができます。最後に、低温窒素、70%の空気成分で排出されるため、公害の程度はゼロです(これらの冷たい排気管から直接呼吸する。失神や窒息の危険があるからである)。

現在、同様の原理を使用して、いくつかのプロトタイプの圧縮空気エンジンが構築されており、実際には周囲の環境から熱を取り出し、それを運動エネルギーに変換する。 これらのエンジンは、過度の寒さのためにしばしば立ち往生し、そのタンク(ケブラー内)に周囲の環境以上の圧縮空気が含まれていても、氷の水切りで凝縮します。 実際、空気は78%の分子状窒素でできています。

凝縮による海水の蒸留での使用
熱帯環礁の湾やラグーンにある比較的暖かい海水(20-40°C)を抜き取り、約60-80°Cで放物面鏡やガスバーナーでさらに暖め、コンテナの低圧スズ(大気圧の約70〜80%)で、約5〜10℃で次の容器に凝縮させ、無毒の作動液体(エタノールのような)を有する同軸容器内で冷却し、液体窒素のタンクの周りを通過することによって順番に冷却される低融点である。 蒸発タンクを低圧空気タービンを備えた大型パイプで凝縮タンクに接続することによっても電気が生成される。

蒸発タンクでは、塩濃度がかなり増加するため、容器は定期的に空にしなければならない。 得られた熱い残留水は、高い塩濃度で屋外の流域に置くことができ、そこからしばしば一般的な調理海塩(NaCl)が蒸発によって得られる。 海水と接触する作動流体(例えば、エタノール)は、約20〜25℃の温度にもたらされ、空調に有用であり得る。

窒素生産(空気から)
液体窒素は、極低温冷凍機および凝縮器によって、または冷却されたスターリングエンジンによって得られる圧縮によって生成され、液体状態で空気の主成分を相変化させることができる圧力および温度に共通の空気をもたらす。 窒素(N 2、我々が呼吸する空気の78%に等しい)。 これらの冷却システムは、発電可能な再生可能エネルギーまたは風力タービンまたは水力タービンから得られる機械的仕事(スターリングエンジン付き)を直接的に利用することによって動かすことができます。

液体窒素が生成され、特別な絶縁容器に保存されます。絶縁は、容器内部への熱の流れを最小限に抑え、蒸発してガスに再変換することによる窒素損失を低減します。 貯蔵要件により、パイプを通る窒素の分配が防止される:パイプライン全体を所要の温度に保つことは経済的ではない。

スターリングエンジンを逆に使用する
液体窒素の消費量は、生産の逆数に過ぎない:液体窒素をガスに再変換して液化プロセスに費やされたエネルギーを回収し、自動車と電気の動力源を提供する同じスターリングエンジンジェネレータ。 また、冷蔵庫やエアコンの冷媒として液体窒素を直接使用し、得られたガス窒素を抽出した雰囲気に戻すことも可能である。

利点
液体窒素車は多くの点で電気自動車に匹敵しますが、バッテリーの代わりに液体窒素を使用してエネルギーを蓄えます。 他の車両に比べて潜在的な利点は次のとおりです。

電気自動車のように、液体窒素車は最終的に電気グリッドを通じて給電されるため、道路上の数百万台の車両とは対照的に、1つの供給源からの汚染を減らすことに集中することが容易になります。
電気グリッドから電力を引き出すために、燃料の輸送は必要とされない。 これは大きなコストメリットをもたらします。 燃料輸送中に発生する汚染は排除される。
メンテナンス費用の削減
液体窒素タンクは、電池よりも少ない公害で処分するか、またはリサイクルすることができます。
液体窒素車は、現在のバッテリシステムに関連する劣化の問題に制約されない。
タンクは、液体燃料に匹敵する燃料補給率で、電池を再充電できるよりも頻繁に、より短時間で補充することができる。
ガソリンまたはディーゼルエンジンと組み合わせた複合サイクルパワートレインの一部として、ターボコンパウンドシステムで他のエンジンを作動させるための廃熱を使用することができます。 それはハイブリッドシステムとして実行することもできます。

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短所
主な欠点は、一次エネルギーの非効率的な使用です。 エネルギーは窒素を液化するために使用され、これは次にモータを作動させるエネルギーを提供する。 エネルギーの変換には損失があります。 液体窒素車では、窒素の液化プロセス中に電気エネルギーが失われる。

公共の給油所では液体窒素は利用できません。 しかし、ほとんどの溶接ガス供給業者には流通システムがあり、液体窒素は液体酸素生産の豊富な副産物です。

その他の用途
2008年に、米国特許庁は、液体窒素動力タービンエンジンに関する特許を付与した。 タービンは、タービンの高圧セクションに噴霧される液体窒素を急速に膨張させ、膨張しているガスは流入する加圧空気と組み合わされて、タービンの後部から噴出される高速のガス流を生成する。 得られたガス流は、発電機または他の装置を駆動するために使用することができる。 このシステムは、1kW以上の電力を発電機に供給することは実証されていないが、より高い出力が可能である可能性がある。

政治的議論
現在の熱機関を液体窒素に適応させ、異なる生産手段を達成する可能性は、おそらくエネルギー市場の多様化、局在化および安定性につながる可能性がある。 [ソースなし]

エネルギー多様化の可能性の1つとして、水素経済、太陽光発電、バイオ燃料の代替が挙げられる。

石油経済への依存[壊れたリンク]は劇的な世界的影響力を持っています。 石油埋蔵量、井戸および油田は、情報を支配し独占する現在の政治的および通貨的権力の本物の「資産」である。 また、ピークオイルの理論によれば、2015年までに石油消費量が最大生産能力を上回り、価格がさらに上昇する可能性があります。

現在、石油、石油、ガスの長期的な安定を確保するために、経済的に大きな投資とかなりの政治的、軍事的努力がなされており、エネルギー供給を確保する多くの国の政策と軍事行動が緊急に必要とされている。 彼らはしばしば人権の闘争を放棄する。

環境的な観点からは、化石燃料によって生産される二酸化炭素によってもたらされる影響は、(森林減少とともに)温室効果の主な原因の一つである。 化石燃料がもたらす他の付随的な被害は、酸性雨、景観の荒廃、帯水層と海洋の汚染です。 エネルギーの長距離貯蔵と輸送を可能にする化石燃料の代替品を見つけることは極めて重要です。

批判

生産コスト
液体窒素製造はエネルギー集約的なプロセスです。 現時点で数トン/日の液体窒素を生産する実用冷凍プラントは、カルノー効率の約50%で作動する。 現在、余剰の液体窒素は、液体酸素の製造において副生成物として生成される。

液体窒素のエネルギー密度
ある物質の相変化に依存するプロセスは、物質中の化学反応を伴うプロセスよりもはるかに低いエネルギー密度を有し、これは核反応よりも低いエネルギー密度を有する。 エネルギー貯蔵装置としての液体窒素は、低いエネルギー密度を有する。 これに対して、液体炭化水素燃料は、高いエネルギー密度を有する。 エネルギー密度が高いため、輸送と保管の物流がより便利になります。 利便性は、消費者の受け入れにおいて重要な要素である。 石油燃料を安価に貯蔵することができれば、比類のない成功を収めました。 さらに、石油燃料は、エネルギー貯蔵および輸送媒体だけでなく、主要なエネルギー源でもあります。

大気圧および摂氏0度の周囲温度で液体窒素から実現できる、窒素の同重体気化熱および気体状態の比熱から誘導されるエネルギー密度は、約97ワット時間/キログラム(W・h / kg)である。 これは、リチウムイオン電池では100-250 W・h / kg、カルノー効率で使用される液体窒素密度の30倍である熱効率28%のガソリン燃焼エンジンでは3,000 W・h / kgに相当します。

等温膨張機関が内燃機関に匹敵する範囲を有するためには、350リットル(92 US gal)の断熱された船上貯蔵容器が必要である。 実際的な量ですが、典​​型的な50リットル(13 USガール)のガソリンタンクに比べて顕著な増加です。 より複雑な電源サイクルを追加することで、この要件が削減され、凍結のない操作が可能になります。 しかしながら、車両推進のための液体窒素の商業的実用例は存在しない。

霜の形成
内燃機関とは異なり、極低温作動流体を使用するには、作動流体を加温し冷却するための熱交換器が必要です。 湿気の多い環境では、霜の形成は熱の流れを防ぎ、したがって工学上の課題になります。 凍結を防止するために、複数の作動流体を使用することができる。 これにより、熱交換器が氷点下にならないようにトッピングサイクルが追加されます。 霜のない運転を可能にするためには、追加の熱交換器、重量、複雑さ、効率損失、および費用が必要となる。

安全性
窒素燃料タンクの断熱は効率的ですが、大気への蒸発による必然的な損失があります。 車両が換気の悪い場所に保管されている場合、漏れた窒素が空気中の酸素濃度を低下させて窒息を引き起こす危険性があります。 窒素はすでに無色で無臭のガスであり、すでに78%の空気を構成しているため、そのような変化は検出するのが難しいでしょう。

極低温液体はこぼれると危険です。 液体窒素は凍傷を引き起こし、いくつかの材料を非常に脆くする可能性があります。

液体のN2は90.2Kよりも寒いので、大気からの酸素は凝縮する可能性があります。 液体酸素は、自発的に激しく、アスファルトのような石油製品を含む有機化学物質と反応する可能性があります。

この物質の液体対ガス膨張比は1:694であるため、液体窒素が急速に気化すると、膨大な量の力が発生する可能性があります。 テキサスA&M大学の2006年の事件では、液体窒素のタンクの圧力解放装置を黄銅のプラグで密閉しました。 その結果、タンクは壊滅的に破損し、爆発しました。

タンク
タンクは、ISO 11439などの圧力容器に適した安全基準に合わせて設計されていなければなりません。

貯蔵タンクは、


アルミニウム
カーボンファイバー
ケブラー
他の材料、または上記の組み合わせを含むことができる。

繊維材料は金属よりもかなり軽いが、一般的により高価である。 金属タンクは、多数の圧力サイクルに耐えることができますが、定期的に腐食の有無をチェックする必要があります。 液体窒素LN2は、大気圧で50リットルまでの絶縁タンクで輸送されます。 これらのタンクは、加圧されていないタンクであり、検査の対象にはなりません。 LN2用の非常に大きなタンクは、使用時に液体を移送するのを助けるために時には25psi未満に加圧されることがあります。

排出量
他の非燃焼エネルギー貯蔵技術と同様に、液体窒素ビヒクルは、放出源を車両のテールパイプから中央の発電プラントに移動させる。 排出物のない供給源が利用可能な場合、汚染物質の正味生産量を削減することができる。 中央発電所での排出管理措置は、広く分散している車両の排出量を処理するより効果的で低コストであるかもしれない。

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