液化空氣發(fā)動機(jī)“迪門”的技術(shù)開創(chuàng)者之一：皮特·迪門
除此之外，這項(xiàng)技術(shù)還可以被應(yīng)用于發(fā)電設(shè)施，用于將風(fēng)能，太陽能和潮汐能等轉(zhuǎn)化而來的能量進(jìn)行儲存，調(diào)節(jié)電網(wǎng)高峰期和低潮期之間的供求平衡
北京時間6月5日消息，據(jù)國外媒體報道，盡管被很多工程師視作一種破壞性的技術(shù)，但實(shí)際上液化空氣的用途還遠(yuǎn)不止于此。降溫至-196攝氏度的低溫液化空氣可以被視作一種儲能機(jī)制，這種思想將有可能顛覆我們對現(xiàn)有活塞式發(fā)動機(jī)和儲能計劃形式的認(rèn)識。
低溫空氣技術(shù)早已出現(xiàn)，這是眾所周知的。構(gòu)成空氣78%的氮?dú)庾钤缭?883年實(shí)現(xiàn)液化，當(dāng)時使用的方法是不斷對其進(jìn)行壓縮和釋放，并在此過程中提取掉釋放出來的熱量。
液化空氣驅(qū)動汽車的夭折
位于美國波士頓的液化空氣公司很早便設(shè)計制造出了世界上第一輛使用液化空氣驅(qū)動的汽車。但這家公司本身命運(yùn)多舛：它于1899年正式成立，僅僅3年之后便宣告倒閉。這家公司或許的確是不幸的，但是它所設(shè)計開發(fā)的汽車卻確實(shí)可以開動，并在1902年由其發(fā)明人漢斯·克努森(Hans Knudsen)進(jìn)行了演示。根據(jù)記載，當(dāng)時這輛動力獨(dú)特的汽車行駛了大約40英里(約合64.4公里)，時速約12英里(約合19.3公里)，所使用的動力來源為15加侖(約合56.8升)的液化空氣。
毫無疑問的，這一想法是有著巨大潛力的。一升這種略顯粘稠的淡藍(lán)色液體中就包含著相當(dāng)于700升正常氣壓下的空氣成分。一旦被釋放至常溫下，液化空氣迅速沸騰氣化，體積膨脹700倍并排放到空氣之中，完全沒有污染。正是這種巨大的膨脹性能可以被用來驅(qū)動活塞式引擎，如迪門發(fā)動機(jī)(Dearman Engine)。拉夫堡大學(xué)應(yīng)用熱力學(xué)教授科林·加納(Colin Garner)表示：“工程師們喜歡這種膨脹效應(yīng)，那種效應(yīng)非常有用。”
皮特·迪門(Peter Dearman)是一名發(fā)明家和工程師，他對使用液化空氣驅(qū)動汽車的想法感到著迷。他在上世紀(jì)60年代便認(rèn)識到了這一想法背后的潛力，但是當(dāng)時存在的問題在于基于這一原理的發(fā)動機(jī)體積太大并且效率低下。當(dāng)時這種發(fā)動機(jī)普遍采用的原理是利用熱交換機(jī)實(shí)現(xiàn)液氮或液化空氣的氣化。
柳暗花明
后來，美國華盛頓州立大學(xué)發(fā)表了一份報告，其中認(rèn)為這種“低溫發(fā)動機(jī)”只有當(dāng)液化空氣在相同溫度下實(shí)現(xiàn)氣化時才有可能達(dá)成能被接受的效率值。正是這份報告激發(fā)了迪門的靈感。他想到了將液化空氣注入到一種熱轉(zhuǎn)移介質(zhì)中，一般用的是乙二醇防凍劑，后者一般的溫度是室溫。
這兩種溫度差異巨大的液體混合之后，液氮在艙室內(nèi)迅速受熱膨脹，驅(qū)動發(fā)動機(jī)產(chǎn)生二沖程循環(huán)，在此過程中產(chǎn)生動力并向外排出“廢氣”。迪門表示：“我知道如果你能在等溫條件下實(shí)現(xiàn)液化空氣氣化，它的產(chǎn)能效率可以達(dá)到與使用常規(guī)燃料相差無幾的水平。我還知道如果我能制造出這樣一種發(fā)動機(jī)，那我將能大展身手。”
隨后這些熱轉(zhuǎn)移介質(zhì)在經(jīng)過散熱器之后可以被重新回收利用，在此過程中其溫度可以再次被提升至室溫水平，而如果能夠?qū)崿F(xiàn)從汽車內(nèi)部各部位收集余熱并用于進(jìn)一步加熱這些轉(zhuǎn)移介質(zhì)，那么在下一輪的混合交換過程中將可以進(jìn)一步提升其驅(qū)動效率。相比之下，傳統(tǒng)燃料釋放的能量中有大約1/3被用于加熱冷卻液，另有35%則被作為高溫廢氣白白浪費(fèi)掉。
迪門引擎則可以收集其中大部分被浪費(fèi)的余熱，從而提升驅(qū)動效率。這一思想具有重大的應(yīng)用潛力，如它可以被應(yīng)用于公共汽車上，這樣乘客的體溫導(dǎo)致的車廂升溫可以被轉(zhuǎn)化為車輛的動力，另外就是冷藏車，溫暖食物散發(fā)的熱量也可以被轉(zhuǎn)化為驅(qū)動車輛前行的動力。另外，那些在礦山工作，散熱成為傷腦筋大問題的施工機(jī)械也是一個潛在的巨大市場。
Ricardo是一家總部位于英國蘇塞克斯郡的咨詢公司，該公司已經(jīng)致力于針對迪門引擎的前景研究超過兩年時間，他們考慮過各種進(jìn)一步改進(jìn)其性能表現(xiàn)的方案。
安德魯·阿特金斯博士(Dr Andrew Atkins)是Ricardo咨詢公司的首席技術(shù)工程師，他設(shè)想在迪門引擎中引入阿特金森或米勒循環(huán)機(jī)制來進(jìn)一步提升效率，而科林·加特納等人則建議使用塑料或合金材料制造這種發(fā)動機(jī)，從而大大降低成本，提升在與其它傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)進(jìn)行競爭時的優(yōu)勢。
廣闊的應(yīng)用前景
在5月9日召開的英國皇家工程師學(xué)會會議上討論了液化空氣未來的應(yīng)用前景，在此次會議上發(fā)表了數(shù)篇有關(guān)這一項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性前景理論和實(shí)際可操作性的研究論文。液態(tài)空氣并非是商業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品，但每天卻仍然有大約8500噸的液氮產(chǎn)量剩余，這些剩余的液氮都會被直接排放進(jìn)入大氣浪費(fèi)掉。而事實(shí)上這些液氮完全足以驅(qū)動汽車行駛650萬公。相比之下，根據(jù)英國交通部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全英國的汽車和出租車每天大約行駛10.589億公里，所有車輛每天大約行駛13.342億公里。
按照目前英國的電力成本計算，液化空氣的生產(chǎn)成本約為每升2.5~3.6便士，通過將制造基地設(shè)置在靠近液化天然氣(LNG)終端設(shè)施附近等方法還可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
液化空氣的低能量密度現(xiàn)實(shí)意味著它將難以撼動現(xiàn)存的以內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的發(fā)動機(jī)市場，但是它將對電驅(qū)動汽車的興起產(chǎn)生明顯的競爭。尤其是因?yàn)楹笳叱潆娦枰馁M(fèi)大量時間，另外考察整個電動汽車的生產(chǎn)過程，其每公里仍然相當(dāng)于排放了30克的二氧化碳?xì)怏w。
除此之外，這項(xiàng)技術(shù)還可以被應(yīng)用于發(fā)電設(shè)施，用于將風(fēng)能，太陽能和潮汐能等轉(zhuǎn)化而來的能量進(jìn)行儲存，調(diào)節(jié)電網(wǎng)高峰期和低潮期之間的供求平衡。盡管還有其它很多種產(chǎn)能方式可供選擇，但是液化空氣技術(shù)的優(yōu)勢是它的原理非常簡單，技術(shù)是成熟的，并且相比之下它的成本更低?；蛘哂霉こ處焸兊脑拋碚f：你用一根榔頭就能修好它?？屏?middot;加特納表示：“當(dāng)然在儲能性能方面液化空氣技術(shù)沒有蓄電池那么性能優(yōu)越，但也已經(jīng)足夠好。”
為了進(jìn)一步提升其潛力，迪門公司以及它的姊妹企業(yè)高視儲能公司(Highview Power Storage)已經(jīng)設(shè)立的工廠，正致力于通過回收發(fā)電廠散失熱能的方式提升能源利用效率。
仍然任重道遠(yuǎn)
在低溫儲能方面未來一定還會遇到這樣那樣的問題，較低的能量密度和復(fù)雜的熱動力學(xué)原理可能會限制它的發(fā)展前景，就和現(xiàn)有的純電動車輛和混合動力車輛遇到問題一樣。另外反應(yīng)室內(nèi)的霜凍問題以及潤滑液在低溫下的有效性問題等等也將可能會對這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生困擾。阿特金斯表示：“產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識到這些問題，并且它們正是接下來將會要嘗試去解決的對象。”
因此總的來說，盡管我們距離真正進(jìn)入“氮驅(qū)動”社會，或者早上起來在自己的愛車內(nèi)不是加入汽油，而是加入液氮的時代還相當(dāng)遙遠(yuǎn)，但是液化空氣技術(shù)和迪門發(fā)動機(jī)引擎的技術(shù)前景已然顯現(xiàn)。
