15 двигатель dearman на жидком азоте принцип работы

Dearman начал тестирование холодильной установки на азоте второго поколения

Двигатель Dearman работает на жидком азоте, который заменяет стандартный дизель. В результате система Dearman с нулевым уровнем выбросов, не дающая вредных выбросов NOx или частиц, позволяет значительно сократить выбросы CO2.

Dearman начал тестирование системы охлаждения первого поколения на грузовиках в начале 2015 года. С тех пор двигатель Dearman был доработан. Новая система на 30% легче, на 30% компактнее, и на 30% более эффективнее, чем первое поколение.

Работая с технологическим партнером Hubbard Products, компания изменила систему охлаждения, сократив ряд компонентов и оптимизировав их для обеспечения максимальной эффективности и более высокого уровня производительности. Система Dearman второго поколения теперь будет протестирована при поддержке Horiba Mira, прежде чем начнутся полевые испытания в 2016 году.

По оценкам в ЕС находятся в эксплуатации более одного миллиона рефрижераторных установок на автотранспорте. Их количество также быстро растет, поэтому и возрастает их воздействие на окружающую среду.

Dearman развивает технологии в качестве альтернативы с нулевым уровнем выбросов, которые помогут операторам предоставлять существенное снижение выбросов, а также сократить эксплуатационные расходы.

Подробнее об установке Dearman на жидком азоте и принципе ее работы.

Источник

Двигатель Dearman на жидком азоте

Двигатель на жидком азоте производит холод и механическую энергию. Как это работает?

Компания Dearman в партнерстве с учеными, руководителями промышленных предприятий и специалистами в криогенном оборудовании специализируется на разработке технологий, использующих сжиженные газы. Главным достижением этих исследований является двигатель Dearman – новейший поршневой двигатель, работающий за счет ​​расширения жидкого азота или жидкого воздуха и производящий экологически чистый холод и механическую энергию.

При переходе азота из жидкого в газообразное агрегатное состояние этот газ расширяется в 710 раз. Это увеличение объема и используется для привода поршней двигателя. Двигатели Dearman работают как паровые двигатели высокого давления, но при низкой температуре кипения жидкого азота. Это означает, что в качестве источника тепловой энергии может быть использовано как бросовое тепло, так и температура окружающего воздуха, что устраняет необходимость в традиционном топливе.

Уникальной особенностью двигателей Dearman является использование в качестве теплоносителя смеси воды и гликоля. Когда этот теплоноситель смешивается с чрезвычайно охлажденным азотом, эта жидкость квазиизотермически расширяется, что значительно повышает эффективность работы двигателя.

Важно отметить, что в процессе работы двигателя Dearman происходит эмиссия только воздуха или азота, без выбросов окислов азота (NOx), углекислого газа (CO2) или твердых частиц.

Dearman технология имеет множество преимуществ по сравнению с другими низкоуглеродистыми технологиями:

    Низкие капитальные затраты и связанный углерод – Dearman двигатели изготовлены из обычных материалов, с использованием технологий, распространенных в промышленности по производству двигателей.

Быстрая заправка – жидкий газ может быть передан между резервуарами на высоких скоростях. Современная газовая промышленность использует системы, способные перегонять более 100 литров жидкого газа в минуту.

Большие объемы существующей инфраструктуры – газовая промышленность имеет глобальный характер. В настоящее время имеется достаточно развитое производство жидкого азота, способное обеспечить работу тысяч двигателей Dearman.

  • Эффективность процесса производства «топлива» – сжижение воздуха давно отработанный процесс, для которого требуется только воздух и электричество.
    • Производственные мощности для сжижения воздуха можно использовать очень гибко – например, в нерабочее часы или во время неполной загрузки. Для дополнительного сокращения затрат можно применять возобновляемые источники энергии.

    Как это работает

    Двигатель Dearman работает следующим образом:
    1. теплоноситель закачивается в цилиндры двигателя, заполняя почти весь их объем;

    2. затем в цилиндр вводят криогенный азот, который вступает в контакт с теплообменной жидкостью и начинает расширяться;

    3. тепло от теплоносителя поглощается расширяющимся газом, в результате чего происходит почти изотермическое расширение;

    4. поршень двигается вниз, выпускной клапан открывается, и смесь газа с жидким теплоносителем выходит из двигателя;

    5. теплоноситель восстанавливается, нагревается и многократно используется, в то время как азот или воздух выпускается в атмосферу.

    Новости по теме:

    Подробнее о двигателе на жидком азоте на сайте компании Dearman (на англ. яз.)

    Источник

    Двигатель Dearman на жидком азоте

    Двигатель на жидком азоте производит холод и механическую энергию. Как это работает?

    Компания Dearman в партнерстве с учеными, руководителями промышленных предприятий и специалистами в криогенном оборудовании специализируется на разработке технологий, использующих сжиженные газы. Главным достижением этих исследований является двигатель Dearman – новейший поршневой двигатель, работающий за счет ​​расширения жидкого азота или жидкого воздуха и производящий экологически чистый холод и механическую энергию.

    Читайте также:  Лучшие по ресурсу двигатели

    При переходе азота из жидкого в газообразное агрегатное состояние этот газ расширяется в 710 раз. Это увеличение объема и используется для привода поршней двигателя. Двигатели Dearman работают как паровые двигатели высокого давления, но при низкой температуре кипения жидкого азота. Это означает, что в качестве источника тепловой энергии может быть использовано как бросовое тепло, так и температура окружающего воздуха, что устраняет необходимость в традиционном топливе.

    Уникальной особенностью двигателей Dearman является использование в качестве теплоносителя смеси воды и гликоля. Когда этот теплоноситель смешивается с чрезвычайно охлажденным азотом, эта жидкость квазиизотермически расширяется, что значительно повышает эффективность работы двигателя.

    Важно отметить, что в процессе работы двигателя Dearman происходит эмиссия только воздуха или азота, без выбросов окислов азота (NOx), углекислого газа (CO2) или твердых частиц.

    Dearman технология имеет множество преимуществ по сравнению с другими низкоуглеродистыми технологиями:

      Низкие капитальные затраты и связанный углерод – Dearman двигатели изготовлены из обычных материалов, с использованием технологий, распространенных в промышленности по производству двигателей.

    Быстрая заправка – жидкий газ может быть передан между резервуарами на высоких скоростях. Современная газовая промышленность использует системы, способные перегонять более 100 литров жидкого газа в минуту.

    Большие объемы существующей инфраструктуры – газовая промышленность имеет глобальный характер. В настоящее время имеется достаточно развитое производство жидкого азота, способное обеспечить работу тысяч двигателей Dearman.

  • Эффективность процесса производства «топлива» – сжижение воздуха давно отработанный процесс, для которого требуется только воздух и электричество.
    • Производственные мощности для сжижения воздуха можно использовать очень гибко – например, в нерабочее часы или во время неполной загрузки. Для дополнительного сокращения затрат можно применять возобновляемые источники энергии.

    Как это работает

    Двигатель Dearman работает следующим образом:
    1. теплоноситель закачивается в цилиндры двигателя, заполняя почти весь их объем;

    2. затем в цилиндр вводят криогенный азот, который вступает в контакт с теплообменной жидкостью и начинает расширяться;

    3. тепло от теплоносителя поглощается расширяющимся газом, в результате чего происходит почти изотермическое расширение;

    4. поршень двигается вниз, выпускной клапан открывается, и смесь газа с жидким теплоносителем выходит из двигателя;

    5. теплоноситель восстанавливается, нагревается и многократно используется, в то время как азот или воздух выпускается в атмосферу.

    Новости по теме:

    Подробнее о двигателе на жидком азоте на сайте компании Dearman (на англ. яз.)

    Источник

    Криоэнергетика: криогенная электростанция

    Авторство идеи об утилизации избыточной генерации энергии путем сжижения атмосферного воздуха (а фактически — азота) в промышленных криогенных установках для сетей с высокой долей нестабильных источников (вроде ветровых и солнечных электростанций) приписывают профессору Университета Лидс китайцу Юлон Дину. Но ничего нового ему придумывать не пришлось. Все компоненты криогенного аккумулятора (CES) — турбодетандеры, сосуды Дьюара и паротурбинные генераторы- известны уже более ста лет. Удивительно, что за это время никто, кроме Дина и его коллег, не догадался сложить вместе эти идеально совпадающие кусочки разных «пазлов».

    Ватты в термосе

    Все гениальное просто, и CES не исключение из правил. Чтобы «усвоить» временно ненужное электричество, воздух в CES охлаждается до -196°C, а полученная при этом жидкая смесь азота и кислорода закачивается в закрытое хранилище-термос, где с минимальными потерями (менее 0,5% в сутки) и при атмосферном давлении может храниться неделями. В моменты, когда сети начинают «проседать» под нагрузкой, жидкий воздух поступает на испаритель и, расширяясь в 700 и более раз, раскручивает турбину. Предварительный нагрев испарителя необязателен — разницы в 210−230 градусов между буквально космическим холодом и обычной «температурой за бортом» вполне достаточно для взрывного выброса скрытой энергии смеси. Совершивший работу ледяной воздух практически полностью возвращается в рабочий цикл.

    Схема криогенной аккумулирующей электростанции. Энергия в повседневной жизни ассоциируется у нас с теплом. Однако в случае криогенной аккумулирующей электростанции ключ к сохранению энергии — это холод. Невостребованная в течение дня электроэнергия превращается в светло-серую жидкость с температурой -196°C, и это не что иное, как сжиженный атмосферный воздух.

    Работоспособность концепции Дина была доказана на первой же экспериментальной установке мощностью 5 кВт, построенной в 2010 году компанией Highview Power Storage на крупнейшей в Британии 100-мегаваттной ТЭЦ Слау, которая работает на древесных отходах. В течение девяти месяцев установка исправно «отгружала» в сеть запасенные ночью дешевые киловатты с эффективностью более 50%, а в режиме принудительного прогрева жидкого воздуха при помощи отработанного теплоносителя с температурой 110−115°C КПД установки достигал солидных 70%, вплотную приближаясь к КПД ГАЭС (гидроаккумуляционных электростанций) — «золотого стандарта» большой энергетики.

    Читайте также:  Какой ресурс двигателя ямахи р6

    Успех проекта был закреплен незамедлительно. На грант в ?1,1 млн, выделенный правительством страны, инициативная группа в составе Highview, региональных электросетей Scottish & Southern Energy и производителя криогенной техники BOC/Linde весной прошлого года запустила в Слау пилотную аккумулирующую станцию мощностью 350 кВт с емкостью хранилища 2,5 МВт/ч (4−8 часов работы сети с полной нагрузкой).

    Несмотря на великолепный КПД в 83%, станция в Слау выбрасывает в атмосферу огромное количество отработанного пара с температурой в пределах 110−115°C. Существующие технологии рекуперации тепловой энергии с такими температурами не работают, и эффективны лишь в диапазоне 120−370°C. Чтобы превратить отходы в доходы, компания Scottish&Southern Energy использует бросовое тепло для прогрева испарителей CES, поднимая КПД аккумулятора с 50 до 70%.

    Из огня да в полымя

    Сборка станции на месте заняла всего два месяца, так как абсолютно все используемое в ней оборудование выпускается серийно и не требует дополнительной сертификации. По словам главного технолога Highview Роба Моргана, подобные системы можно собирать из готовых модулей, как конструктор Lego, и масштабировать их электрические характеристики в зависимости от требований сети. Емкость модуля, в свою очередь, определяется объемом энергоносителя: термос на 10 т жидкого воздуха плотностью 873 кг/м3 способен выдавать в сеть один мегаватт мощности в час, на 100 т — 10 МВт/ч, В периоды вынужденного бездействия CES-станции могут вырабатывать на продажу сжиженные технические газы или производить холод для пищевых, химических и металлургических комбинатов.

    Хранение жидкого воздуха намного безопаснее, чем природного газа, мазута или дизтоплива, а сама технология криогенной аккумуляции энергии относительно проста, доступна и компактна.

    Процессы, происходящие в недрах пилотной криогенной станции в Слау, делятся на три этапа: сжижение воздуха в цикле среднего давления (заряд аккумулятора), хранение «сжиженного» электричества и восстановление энергии с высоким давлением (разряд). На первом этапе атмосферный воздух, нагнетаемый в систему при помощи винтовых компрессоров, подвергается тщательной очистке от примесей: пыль и твердые частицы оседают на фильтрах, а влага, углеводороды и СО2 отделяются при помощи двухслойного адсорбера из алюмогеля и синтетических цеолитов. Цеолиты — это группа минералов, известных своими впитывающими качествами и способностью к ионному обмену. Периодически адсорберы «забиваются» и для их восстановления, а также для отвода «мусора» применяется стандартная процедура сброса давления, нагрева и последующего охлаждения.

    Подготовленный таким образом и сжатый до 40 атм сухой и горячий воздух проходит через двухступенчатый турбодетандер — холодильную машину, в которой он дважды расширяется и теряет большую часть своей тепловой энергии (охлаждается), раскручивая лопатки турбин до 50 000 об/мин. Дополнительное охлаждение происходит также при дросселировании за счет эффекта Джоуля-Томпсона: находясь еще под давлением, газ медленно проходит в расширительную камеру через пористую перегородку — дроссель. В результате львиная доля закачанного в систему воздуха превращается в светло-серую текучую жидкость с температурой -196°C, а остатки охлажденного газа, не успевшие потерять всю тепловую энергию, закачиваются в турбодетандер повторно. Хранение жидкой смеси азота и кислорода осуществляется при атмосферном давлении в двух стандартных 10-тонных криогенных емкостях-термосах с двойной вакуумно-порошковой термоизоляцией.

    История ледникового периода

    Автомобили, использовавшие в качестве топлива жидкий азот, появились задолго до Дирмэна. Первые из них были выпущены в 1899 году в бостонской мастерской Liquid Air Power & Automobile Co. на шасси серийного паровика Locomobile Steamer по технологии, купленной у некоего Томаса Джексона из Небраски. Когда компания переехала в Лондон, на одной из таких машин разъезжал известный в те годы датский изобретатель Ханс Кнудсен. В интервью The Times Кнудсен утверждал, что на скорости 20 км/ч и при полном 68-литровом баке жидкого воздуха запас хода его криомобиля достигал 64 км.
    Если это правда, то экспериментальный карт CooLN2Car на жидком азоте с поршневым пневмомотором и баком объемом 180 л, который в 1998 году собрали студенты из Университета Северного Техаса, оказался в четыре раза прожорливее примитивной конструкции XIX века, несмотря на современные высокотехнологичные материалы. В 2000 году еще один подобный автомобиль был построен в Вашингтонском Университете. 15-сильный пневмомотор модели LN2000, переделанной из почтового фургона Grumman Kubvan, съедал почти 20 л ледяного «топлива» на милю (1,6 км) пути и с трудом разгонялся до 35 км/ч. Потратив на этот курьезный проект $360 000, выделенных Департаментом энергетики, студенты пообещали, что следующее поколение LN2000 будет более экономичным.
    На фото — установка по сжижению воздуха фирмы Linde на Всемирной выставке в Париже, 1900 год.

    Читайте также:  Сколько литров масла в двигателе вольво s40

    Восстановление энергии в CES происходит за счет регазификации воздуха. Выход станции с нулевой генерации на полную мощность занимает не более 20 минут. Итак, когда сети нуждаются в дополнительном электричестве, жидкий воздух откачивается из термоса и при помощи мощных поршневых насосов, создающих в трубопроводе давление порядка 70 атм, подается на разогретый до 110 °C теплообменник-испаритель. Попадая на эту «сковородку», воздух расширяется и с огромной скоростью устремляется на лопатки 4-ступенчатой турбины. Крутящий момент турбины через понижающий редуктор передается на генератор переменного тока, а «выжатый до нитки» отработанный воздух с давлением 0,5 атм и температурой порядка -40°C возвращается на вторичную переработку, проходя по пути через резервный тепловой аккумулятор с твердой засыпкой из гравия и песка.

    В 1900 году инженер Паулюс Хейландт построил первую передвижную цистерну для жидкого кислорода по прозвищу «Древесная лягушка».

    В целях экономии в Слау используется серийная паровая турбина Concepts Nrec с рабочим диапазоном от 40 до 84 000 об/мин, однако для будущих станций планируется создание специальных криогенных турбин, способных эффективно работать в сухой среде при температуре от -196 до -30°C и давлении 100−150 атм.

    Ледяные батарейки

    Президент Highview Power Storage Гарет Бретт убежден, что технология хранения энергии в виде жидкого воздуха имеет блестящие перспективы, и с ним трудно не согласиться. «В отличие от ГАЭС, требующих огромных площадей и ландшафта с большим перепадом высот, компактные криогенные станции можно возводить где угодно и с минимальными затратами, а при необходимости — разбирать и перевозить с места на место, — отмечает Бретт. — Хранение жидкого азота намного безопаснее, чем хранение природного газа, мазута, дизтоплива, а самый экзотический материал для изготовления криогенного оборудования — нержавейка».

    С помощью модульных CES мощностью 10−40 МВт, легко выдерживающих более 13 000 циклов разряда, можно покрыть весь диапазон потребностей сетей любого масштаба. Жидкий воздух имеет отличные шансы стать надежным буфером для нестабильных ветровых плантаций и гелиостанций, оперативно гасить суточные пиковые нагрузки и переваривать сбросы реактивной мощности независимо от наличия водных ресурсов и геологии в точке расположения.

    Кроме того, у Highview имеется оригинальное решение проблемы энергетической независимости для отдельных предприятий и небольших населенных пунктов. Компактный генерирующий модуль Cryo GenSet состоит лишь из стандартной 10-тонной емкости и турбогенератора, а жидкий азот для него можно доставлять в автомобильных цистернах или сменных емкостях с ближайшего завода по производству технических газов. По расчетам Бретта, эксплуатация модуля Cryo GenSet (который можно взять в аренду) обойдется потребителям вдвое дешевле, чем обслуживание автономной дизельной установки.

    Арктика под капотом

    Гарет Бретт и его коллеги не собираются ограничивать сферу своей деятельности большой и малой энергетикой. В феврале 2011 года от Highview Power Storage отпочковался стартап Dearman Engine, замахнувшийся на «святое»: изобретатель Питер Дирмэн намерен очистить от двигателей внутреннего сгорания промышленные объекты, городские стройплощадки и складские терминалы.

    Экологически чистый криогенный двигатель Дирмэна (КДД) ждал своего часа целое десятилетие. Первая версия агрегата, собранная Питером в 2001 году, до сих пор пыхтит под капотом его старенького Ford Fiesta, легко разгоняя машину до 50 км/ч.

    Дирмэн не стал повторять ошибку своих предшественников, переносивших процесс расширения воздуха в отдельный теплообменник. В поршневом двухтактном КДД кульминационное действо свершается непосредственно в цилиндрах мотора. Хитроумная система впрыска обеспечивает образование послойного заряда из двух рабочих жидкостей. В камеру вводится порция жидкого теплоносителя (антифриза), следом — жидкий азот. В камере происходит быстрое изотермическое расширение газа, и поршень совершает механическую работу с максимальным КПД расширения. В конце рабочего такта антифриз конденсируется, сбрасывает избыток «холода» на радиаторе и возвращается в тепловой цикл.

    По оценке технолога Dearman Engine Генри Кларка, защитившего по КДД докторскую диссертацию, эффективность двигателя Дирмэна может достигать 35−50%. Так это или нет, будет ясно лишь через полтора года, когда независимые эксперты из компании Ricardo, лаборатории Резерфорда и пяти британских университетов закончат анализ термодинамики КДД и проведут испытания прототипа. Сам изобретатель считает, что идеальным применением для криогенного двигателя могут стать складские погрузчики, вспомогательные транспортные средства и легкая строительная техника.

    Источник

    Adblock
    detector