압축 공기차

Compressed air car
온타리오 공대 [1][2]레자 알리자드 에브린 박사의 PCM 열교환기 프로토타입을 사용한 압축 공기 시스템.
PCM 열교환기 프로토타입 다이어그램이 있는 압축 공기 시스템

압축 공기차는 압축 공기로 채워진 압력 용기로 연료를 공급하는 압축 공기 차량이다.압축 공기에 적합한 모터 내부의 공기 방출 및 팽창에 의해 추진됩니다.자동차는 공기로만 구동되거나 가솔린, 디젤 또는 회생 제동 기능이 있는 전기 플랜트와 같은 다른 연료와 결합될 수 있습니다.

압축 공기 자동차는 열역학 과정을 이용한다.공기는 팽창할 때 냉각되고 압축할 때 가열됩니다.압축기와 탱크의 열 에너지 손실은 압축 공기 시스템의 용량 계수를 감소시킵니다.등온 압축공기 에너지 저장 ICAES 플랜트는 리튬이온 배터리의 부피당 에너지(용량 계수)의 최대 4배로 에너지를 저장할 수 있습니다.용량 계수는 최대 3.6Mj/m에3 달합니다.

2020년, 온타리오 공대의 레자 알리자드 에브린 박사는 등온 압축 공기 [1][2]차량을 개발했다.이 프로토타입은 저압 공기 탱크와 배기 회수 장치를 사용하여 파라핀 열 교환기 시스템에 전원을 공급했습니다.에너지 효율은 74%에 달했다.이는 리튬이온 전기차 효율의 90% 수준이다.주행거리는 140km였다.효율성과 범위는 여러 가지 실질적인 개선으로 증가할 수 있습니다.예를 들어, 저장 탱크를 자동차 섀시, 고압 탱크, 새로운 회전 엔진 및 보다 효율적인 열 교환기에 결합하는 것입니다.또한 탱크와 공압 부품의 무게와 비용은 재활용 및 바이오 기반 열가소성 수지를 사용하여 절감할 수 있습니다.

이 기술은 저렴한 녹색 교통 기술로 발전할지도 모른다.에너지, 차량 및 압축기는 분산된 방법, 심지어 순환 산업에 의해 쉽게 생산될 수 있습니다.플라스틱을 사용하면 적층 제조를 포함한 수치 제어를 사용한 오픈 소스 제조가 가능해질 수 있습니다.그러한 차량의 압축 공기는 일반적인 형태의 재생 에너지로 쉽게 생성될 수 있다.예를 들어 다단 공기 압축기와 인터쿨러 또는 유압 펌프는 태양열 집광기를 사용하여 트롬프, 수력 발전, VAWT 풍력 터빈 또는 스털링 엔진에 직접 부착할 수 있다.직접적인 기계적 압축은 열 엔진의 카르노 비효율성을 방지합니다.압축 공기의 단열 보관으로 에너지 변환 및 배터리 저장을 방지합니다.열 기반 시스템은 온보드 열 회수 시스템 대신 열 교환기를 구동하는 태양열 용융 염 탱크를 사용할 수 있다.전기 에너지, 전기 그리드 및 이들의 문제를 피할 수 있다.

기술

압축 공기용 엔진

다이피에트로 편심축, 로터리 베인 공기 엔진

공개되지 않은 정보에 대한 몇 가지 의심스러운 주장이 있었다."di pietro" 엔진은 CAD 및 유한 요소 분석 프로그램에서 부분적으로 테스트되었습니다.이 결과는 2017년 Lodz Technology University의 Jaroswaw Zwierzchowski에 의해 발표되었습니다.[4]이 모터는 저압을 사용하는 편심축 베인 모터입니다.

압축 공기 탱크 및 충돌 안전성

주요 기사:압축 공기 탱크
현대 넥쏘 고압 수소탱크 안전성
DuraStor 컨소시엄 수소 차량용 열가소성 복합 압력 용기

탱크는 압력 용기의 안전 표준에 따라 설계되어야 합니다.ISO 11439는 압축 천연가스 [6]탱크에 대한 유사한 표준이다.

압축 공기 차량에서 사용할 수 있는 공기 저장 탱크는 저압(9atm) 또는 고압(+240atm)일 수 있습니다.따라서 열가소성 수지와 섬유 강화 열가소성 [5][7]수지와 같은 복합 재료로 만들 수 있으므로 저렴한 탱크를 사용할 수 있습니다.회전 성형으로 제작될 수 있습니다.이러한 탱크는 리튬-철 배터리보다 훨씬 가볍고 강철 탱크보다 70% 가벼울 수 있습니다.공기, 물, 응결로 인한 녹에 저항합니다.유지보수가 적고 오래 지속됩니다.

차 무게를 더 줄이기 위해 압력 용기를 섀시의 구조 부품으로 사용할 수 있습니다.수소차용으로 700기압의 첨단용기가 개발됐다.충돌 테스트 결과 안전성이 양호했습니다.섬유 강화 열가소성 플라스틱 탱크는 충돌 시에만 파열됩니다.그것들은 부서지거나 [8]폭발하지 않는다.

수소탱크는 파열 방지를 위해 '고강도'를, 내구성을 위해 '고강성'을 필요로 한다.힘은 외력에 저항한다.뻣뻣하면 모양이 유지됩니다.탄소 섬유 수소 연료 탱크는 플라스틱처럼 가볍지만 강철의 6배, 강성의 4배입니다.탄환이 수소탱크를 관통하면 폭발하지 않는다.대신, 수소가 총알구멍을 통해 새어 나온다.표준충돌시험에서는 [8]누출된 수소가 없어 미량의 수소도 검출되지 않았다고 말했다.

압축 공기 생산, 저장 및 에너지 효율 및 밀도

풍력 터빈 공기 압축기는 Fieldlines.com에 게시되었습니다.Otherpower 토론 게시판
등온 압축 공기 에너지 저장 ICAES 시스템용 오픈 어큐뮬레이터가 있는 풍력 터빈 구동 유압 펌프

압축 공기는 에너지 밀도가 낮지만 인근 등온 압축 공기 저장소(ICAES)의 리튬 이온 배터리 용량은 2.7Mj/kg 또는 3.6Mj/m3의 [3]약 4배입니다.또한 풍력 터빈에 공기 압축기 또는 유압 펌프를 장착하거나 하천, 조류 또는 파도 수력 발전 터빈을 사용하여 압축 공기를 생성할 수 있습니다.모두 기계 에너지에서 공압 에너지로 직접 변환됩니다.루프에서 전기를 제거함으로써 전체적으로 더 높은 효율성을 얻을 수 있습니다.또한 열 스털링 엔진에 동력을 공급하기 위해 포물선 또는 프레넬 렌즈 태양 집광기를 사용하여 열 태양 에너지를 사용할 수도 있습니다.그러면 컴프레서 또는 펌프가 움직일 수 있습니다.태양 스털링은 태양 증기나 태양광 발전보다 효율적입니다.

배출들

압축 공기 자동차는 배기가스 배출이 없습니다.또한 전기 그리드에 연결할 필요가 없습니다.풍력 터빈이나 다른 재생 에너지원은 공기 압축기나 유압 펌프를 직접 구동할 수 있습니다.압축 공기 자동차는 주유소나 전기 그리드에 의존하지 않습니다.중앙 집중식 인프라스트럭처가 필요하지 않을 수도 있지만 이는 옵션입니다.탱카지는 직접 배송하거나 파이프라인을 사용할 수 있습니다.압축 공기는 일반적으로 압축기계를 보호하기 위해 여과됩니다.따라서 배출 공기에는 부유 먼지가 거의 없습니다.일부 시스템에서 배출되는 윤활유가 있을 수 있지만, 추가 개발로 인해 오일 프리 컴프레서 및 인터쿨러를 통해 이를 줄일 수 있습니다.

자원 소비량

복합 압력 용기와 공압 구성 요소는 압축 공기 자동차가 원형 산업으로 자리 잡을 수 있도록 합니다.소재는 바이오 기반 또는 재활용이어야 합니다.전기에너지를 사용하지 않기 때문에 구리, 자석 철 등의 금속이 필요 없습니다.

이점

기계적 에너지가 공압 [10]또는 유압 에너지로 단일 변환될 수 있습니다.따라서 압축 공기는 풍력 터빈이나 수력 발전 같은 기계적 재생 에너지를 사용할 때 높은 에너지 효율을 가질 수 있다.열에너지를 기계적 에너지로 변환할 수 있지만 카르노 변환의 비효율성으로 인해 효율성이 떨어집니다.용융염과 같은 상변화 재료를 사용하여 재생 가능한 태양원으로부터의 열을 저장할 수도 있다.

2020년식 등온 시제품 차량의 에너지 효율은 리튬 이온 [1][2]차량의 59.4%였다.

중량 또는 부피로 측정되는 등온 압축 공기 에너지 저장소(ICAES) 에너지 밀도는 양호합니다.리튬이온배터리의 4배인[3] 2.7Mj/kg 또는 3.6Mj/m3까지 사용할 수 있습니다.이는 더 높은 압력 용기, 더 나은 모터 및 더 나은 열 교환기를 통해 개선될 수 있습니다.

압축 공기 기술은 바이오 기반 또는 재생 복합 재료를 사용할 수 있는 경우 재생 에너지 및 원형 산업에 적응합니다.그러므로 전기 자동차보다 더 지속가능하다.예를 들어, 금속이나 독성 배터리 화학 물질의 사용이 훨씬 적습니다.중앙 집중식 제조 및 전기 그리드는 덜 필요할 수 있습니다.

효율은 또한 강철 탱크 또는 리튬 이온 [7]배터리에 비해 복합 압력 용기의 무게가 낮기 때문에 도움이 됩니다.탱크가 차량 섀시를 지지하면 무게가 더 줄어들 수 있습니다.공압 엔진은 전기 엔진보다 무게가 더 가볍습니다.

공기 압축기, 유압 펌프 또는 스털링 엔진을 움직이기 위해 풍력, 태양열 또는 수력 발전만 사용하여 많은 장소에서 재공급이 가능합니다.

공압력은 자동차 메카트로닉스에 매우 적합하기 때문에 에너지 시너지 효과가 있습니다.많은 자동차 시스템은 소형 공기 모터로 구동될 수 있다.예를 들어 액티브 공압 서스펜션, 공압 스티어링 또는 공압 쇼크 [11]업소버 등이 있습니다.압축 공기의 팽창으로 인해 차가운 온도가 생성되고 에어컨 또는 실내 온도 조절 기능을 직접 제공할 수 있습니다.

회생 서스펜션 및 회생 제동 기능이 있는 에너지 회수 시스템은 저압 압축 공기를 생성합니다.이것은 압력 용기에 저장할 수 있습니다.

압축 공기를 사용하는 피스톤리스 엔진은 매우 [12]조용합니다.

연소 연료나 고출력 배터리를 사용하는 시스템과 달리 사고 발생 후 화재 위험이 없습니다.

압축 공기 엔진은 냉각 시스템, 스파크 플러그, 스타터 모터 또는 머플러를 구축할 필요가 없기 때문에 자동차 생산 비용을 절감합니다.

자가 방전 속도는 배터리에 비해 매우 낮습니다.연료 압축 공기 차량은 전기 자동차보다 더 오랜 시간 동안 사용되지 않은 채로 둘 수 있다.

가솔린, 배터리산 및 납과 같은 관련 금속과 같은 유해 화학 물질을 줄이거나 제거합니다.

압축 공기차는 다음과 같은 상황에서 더 안전합니다.

  • 폭발할 가능성이 있는 작업 환경
  • 덤불 지대
  • 강한 자기장 부근
  • 무선 무음 영역

단점들

압축 공기는 액체 질소나 수소보다 에너지 밀도가 낮습니다.

가스터빈, 내연기관 또는 배터리 차량보다 에너지 효율과 범위가 낮습니다.그러나 압축 공기의 생산은 에너지 효율이 더 높기 때문에 에너지 단위당 풍력 및 인프라가 더 적게 필요합니다.

배터리는 방전하는 동안 전압이 어느 정도 유지되고 화학 연료 탱크는 첫 번째 리터부터 마지막 리터까지 동일한 전력 밀도를 제공하지만 압축 공기 탱크의 압력은 공기가 빠지면 떨어집니다.이 효과를 줄이기 위한 기계적 방법(예: 연속 가변 변속기 또는 보조 모터)이 있지만, 비용이 추가됩니다.

개발자 및 제조업체

다양한 기업들이 압축 공기차의 연구, 개발, 배치에 투자하고 있다.MDI 에어카는 [13]2002년에 남아프리카공화국에 첫선을 보였다.2004년 [14]1월, 「6개월 이내」로 생산될 전망.2009년 1월 현재, 그것은 생산되고 있지 않습니다.

MDI

주요 기사:모터 개발 인터내셔널

MDI는 AIRPod, OneFlow Air, CityFlow Air, MiniFlow Air 및 MultiFlow Air로 구성된 [15]다양한 차량을 제안했습니다.이 회사의 주요 혁신 중 하나는 에너지 출력을 [16]두 배로 높이기 위해 (연료를 사용하여) 공기를 가열하는 '액티브 챔버'를 구현한 것입니다.이 '혁신'은 1904년 어뢰에 처음 사용되었다.

타타 모터스

2009년 1월 현재 인도의 Tata Motors는 2011년에 [17][18]MDI 압축 공기 엔진을 탑재한 자동차를 출시할 예정입니다.2009년 12월, Tata의 엔지니어링 시스템 담당 부사장은 제한된 범위와 낮은 엔진 온도가 문제의 원인이 되고 있음을 확인했습니다.

Tata Motors는 2012년 5월에[19] 디자인 단계 1의 「기술 컨셉의 증명」을 평가해, 인도 시장에서의 풀 생산을 진행한다고 발표했다.Tata는 2단계로 이동하여 "특정 차량 및 정지 애플리케이션에 대한 압축 공기 엔진의 상세한 개발을 완료"[20][unreliable source?]했습니다.

2017년 2월 닥터.Tata의 Advanced and Product Engineering의 사장 겸 책임자인 Tim Leverton은 [21]이 프로젝트가 2020년까지 사용할 수 있는 첫 번째 차량으로 "산업화를 시작하고 있다"고 밝혔습니다.다른 보도에 따르면 Tata는 이전에 MDI와의 [23]협업의 일환으로 검토되었던 압축 공기 버전의 [22]Tata Nano도 부활하고 있다고 합니다.

Engineair Pty Ltd.

Engine Air는 호주의 회사이다.이 회사는 안젤로 디 피에트로가 설계한 회전식 공기 엔진을 사용하여 소형 차량의 시제품을 생산했습니다.그 회사는 [24]엔진을 활용할 상업 파트너를 찾고 있다.

푸조/시트로엥

푸조와 시트로엥은 압축 공기를 에너지원으로 사용하여 자동차를 만들겠다고 발표했다.하지만 하이브리드 시스템을 활용합니다.가솔린 엔진은 압축 공기 탱크가 [25][26]고갈되었을 때 또는 70km/h 이상으로 차량을 추진합니다.

2015년 1월, 프랑스로부터 실망스러운 소식이 있었습니다.PSA Pugeo Citroén은 시스템 엔지니어링에 드는 막대한 비용을 기꺼이 분담할 개발 파트너를 찾지 못했기 때문에 유망한 하이브리드 에어 파워트레인 개발을 무기한 보류했습니다.개발 비용은 5억 유로로 추산됩니다.이러한 [27]비용을 상환하려면 연간 생산량이 50만 대 이상이 되어야 합니다.프로젝트 책임자는 2014년 [28]푸조를 떠났다.

APUQ

APUQ(Association de Promission des Usages de la Quasiturbine)[29][unreliable source?]는 Quasiturbine으로 구동되는 자동차인 APUQ Air Car를 만들었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c "Compressed air cars for urban transportation". advancedsciencenews. 7 September 2020. Retrieved 2020-09-07.
  2. ^ a b c Evrin, Reza Alizade; Dincer, Ibrahim (2020). "Experimental investigation of a compressed air vehicle prototype with phase change materials for heat recovery". Energy Storage. onlinelibrary.wiley. 2 (5). doi:10.1002/est2.159. S2CID 219020514. Retrieved 2020-04-27.
  3. ^ a b c Odukomaiya, Adewale; Abu-Heiba, Ahmad; Gluesenkamp, Kyle R.; Abdelaziz, Omar; Jackson, Roderick K.; Daniel, Claus; Graham, Samuel; Momen, Ayyoub M. (2016). "Thermal analysis of near-isothermal compressed gas energy storage system". Applied Energy. semantic scholar. 179: 948–960. doi:10.1016/J.APENERGY.2016.07.059. OSTI 1324083. S2CID 113436358. Retrieved 2016-07-13.
  4. ^ "Design type air engine Di Pietro". 2017-07-18. Retrieved 2017-10-13.
  5. ^ a b "Thermoplastic composite pressure vessels for FCVs". compositesworld.com. 2015-02-01. Retrieved 2015-02-01.
  6. ^ "Gas cylinders – High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles". Iso.org. 2006-07-18. Retrieved 2010-10-13.
  7. ^ a b "High pressure gas tanks in thermoplastic composites". plastics.gl. 2014-05-01. Retrieved 2014-05-01.
  8. ^ a b "OHydrogen Tank: Safety Proven (OA-ICAES) System". hyundaimotorgroup. Retrieved 2019-07-13.
  9. ^ a b "Wind Turbine Air Compressor". Retrieved 2015-07-13.
  10. ^ a b c "Open Accumulator Isothermal Compressed Air Energy Storage (OA-ICAES) System". Retrieved 2018-07-13.
  11. ^ "Automated Pneumatic Bumper For Vehicle Safety". 2012-05-01. Retrieved 2014-05-01.
  12. ^ "Pumping up the silent engine GE News".
  13. ^ Kevin Bonsor (2005-10-25). "How Air-Powered Cars Will Work". HowStuffWorks. Retrieved 2006-05-25.
  14. ^ Robyn Curnow (2004-01-11). "Gone with the wind". The Sunday Times (UK). London. Retrieved 2006-05-25.
  15. ^ 압축 공기차에 대한 모든 것을 배워보세요!2013-05-20 Wayback Machine에 보관.
  16. ^ "MDI's active chamber". Thefuture.net.nz. Archived from the original on 2011-05-07. Retrieved 2010-12-12.
  17. ^ "Tata Air Car to drive in by 2011". Popular Mechanics. Archived from the original on 2010-02-10.
  18. ^ "An engine which uses air as fuel: Tata Motors and technology inventor, MDI of France, sign agreement" (Press release). Tata Motors. February 5, 2007. Archived from the original on March 14, 2012. Retrieved June 14, 2012.
  19. ^ "MDI's air engine technology tested on Tata Motors vehicles" (Press release). Tata Motors. May 7, 2012. Archived from the original on May 9, 2013. Retrieved June 14, 2012.
  20. ^ Tata Motors, 에어카 개발 2단계 시작 Gizmag.com, 2012-05-07
  21. ^ "Tata Motors' air-powered car project still on, to be launch ready in 3 years". Auto Car Professional. Retrieved 24 August 2017.
  22. ^ "Tata Nano could spawn electric, hybrid & air-powered variants – Report". Indian Autos Blog. Jan 25, 2017. Retrieved 23 August 2017.
  23. ^ "Nano was to run on air, battery but Ratan Tata couldn't implement plans". Hindustan Times. Oct 28, 2016. Retrieved 23 August 2017.
  24. ^ Matt Campbell (November 3, 2011). "The motorbike that runs on air". Sydney Morning Herald. Archived from the original on November 5, 2011. Retrieved 2011-11-07.
  25. ^ "Compressed-Air Hybrid Car Developed". Gas2.org. 2013-02-18. Retrieved 2013-09-08.
  26. ^ Marc Carter. "Peugeot Announces Plans to Release a Hybrid Car That Runs on Compressed Air by 2016". Retrieved 30 May 2015.
  27. ^ Duff, Mike (January 26, 2015). "Deflated: Peugeot Citroen Shelves Its Air Hybrid Technology". Car and Driver. Retrieved 2018-10-29.
  28. ^ Fansilber, Maxime Amiot Denis (November 1, 2015). "PSA : la révolution de l'Hybrid Air n'aura pas lieu". Les Echos (in French). Retrieved 2018-10-29.
  29. ^ "Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine". APUQ. Archived from the original on 2016-03-04. Retrieved 2012-01-26.

외부 링크

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