圧縮空気車

圧縮空気自動車は、圧縮空気で満たされた圧力容器で駆動する圧縮空気自動車です。圧縮空気に適合したモーター内で空気が放出され膨張することで推進します。自動車は空気のみで駆動される場合もあれば、ガソリン、ディーゼル、回生ブレーキ付きの発電所などの他の燃料と組み合わせて駆動される場合もあります (ハイブリッド電気自動車の場合など) 。

圧縮空気自動車は熱力学的プロセスを使用します。空気は膨張すると冷え、圧縮されると熱くなります。コンプレッサーとタンク内の熱エネルギー損失により、圧縮空気システム の容量係数が低下します。

2020年、オンタリオ工科大学のReza Alizade Evrin博士は、等温圧縮空気車両を開発しました。^{[1] [2]}このプロトタイプは、低圧空気タンクと排気回収を使用して、パラフィン熱交換器システムに電力を供給しました。そのエネルギー効率は74％に達しました。これは、リチウムイオン 電気自動車の効率の90％に相当します。走行距離は140 km（86マイル）でした。いくつかの実用的な改良によって、効率と範囲が向上する可能性があります。たとえば、貯蔵タンクを車のシャーシに統合する、より高い圧力タンク、新しいロータリーエンジン、より効率的な熱交換器などです。また、リサイクルおよびバイオベースの熱 可塑性プラスチックを使用することで、タンクと空気圧部品の重量とコストを削減できる可能性があります。

この技術は、安価でクリーンな輸送技術に発展する可能性があります。エネルギー、車両、コンプレッサーは、分散型方法、さらには循環型産業によって簡単に生産できる可能性があります。プラスチックを使用すると、積層造形を含む数値制御を使用したオープンソースの製造が可能になります。このような車両用の圧縮空気は、一般的なタイプの再生可能エネルギーによって簡単に生成できます。たとえば、多段空気圧縮機とインタークーラーまたは油圧ポンプを、太陽熱集光器を使用してトロンペ、水力発電、VAWT風力タービン、またはスターリングエンジンに直接接続できます。直接機械的圧縮により、熱機関のカルノー非効率性を回避できます。圧縮空気を断熱して保管すると、エネルギー変換とバッテリー保管を回避できます。熱ベースのシステムでは、オンボードの熱回収システムではなく、太陽熱で加熱された溶融塩のタンクを使用して熱交換器を駆動できます。電気エネルギー、電力網、およびそれらの問題を回避できます。

未公開の情報による疑わしい主張がいくつかありました。「ディ・ピエトロ」エンジンは、CADおよび有限要素解析プログラムを使用して部分的にテストされています。結果は、2017年にウッチ工科大学のJarosław Zwierzchowskiによって発表されました。 ^[3]このモーターは、低空気圧を使用する偏心シャフトベーンモーターです。^{[説明が必要]}

タンクは圧力容器の安全基準に従って設計されなければならない。ISO 11439は圧縮天然ガスタンクの同様の基準である。^[5]

圧縮空気自動車に使用できる空気貯蔵タンクは、低圧（9気圧）または高圧（240気圧以上）です。したがって、熱可塑性プラスチックや繊維強化熱可塑性プラスチックなどの複合材料で作ることができます。 ^{[4] [6]これにより、タンクの価格を安く抑えることができます。}回転成形で作ることができます。このようなタンクは、リチウム鉄バッテリーよりもはるかに軽く、スチールタンクよりも70％軽量です。空気、水、結露による錆に耐性があります。メンテナンスが少なくて済み、長持ちします。

車両の重量をさらに減らすために、圧力容器をシャーシの構造部品として使用することができます。水素自動車用に、高度な700気圧の圧力容器が開発されました。衝突試験では、良好な安全性が示されました。繊維強化熱可塑性タンクは、衝突時にのみ破裂します。粉々になったり爆発したりすることはありません。^[7]

水素タンクには、破裂を防ぐために「高強度」と耐久性のために「高剛性」が必要です。強度は外力に抵抗し、剛性は形状を維持します。炭素繊維水素燃料タンクはプラスチックと同じくらい軽量ですが、鋼鉄の6倍の強度と4倍の剛性があります。「弾丸が水素タンクを貫通しても、爆発しません。代わりに、弾丸の穴から水素が漏れ出します。標準的な衝突テストでは、水素が漏れ出ていなかったため、わずかな量の水素も検出されませんでした。」^[7]

圧縮空気は、風力タービンに空気圧縮機または油圧ポンプを取り付けることによっても生成できます^{[8] [9]} 。または、河川、潮汐、波力水力タービンを使用することによっても生成できます。これらはすべて、機械エネルギーを空気エネルギーに直接変換します。サイクルから電気を排除することで、全体的な効率が向上します。また、放物面レンズまたはフレネルレンズの 太陽熱集光器を使用して太陽熱エネルギーを使用して、熱スターリングエンジンに電力を供給することも可能です。これにより、コンプレッサーまたはポンプを動かすことができます。ソーラースターリングは、太陽蒸気や太陽光発電よりも効率的です。

圧縮空気自動車は排出ガスを出さない。また、電力網への接続も不要。風力タービンやその他の再生可能エネルギー源は、エアコンプレッサーや油圧ポンプを直接駆動できる。圧縮空気自動車は、ガソリンスタンドや電力網に依存しない。集中型インフラストラクチャは必要ないかもしれないが、オプションである。タンクは直接出荷することも、パイプラインを利用することもできる。圧縮空気は通常、コンプレッサーの機械を保護するためにフィルター処理される。そのため、排出空気には浮遊粉塵がほとんど含まれない。一部のシステムからは潤滑剤が放出される可能性があるが、オイルフリーのコンプレッサーやインタークーラーの開発が進めば、潤滑剤の放出が減る可能性がある。

複合圧力容器と空気圧部品により、圧縮空気自動車は循環型産業になることができます。材料はバイオベースまたはリサイクルである必要があります。電気エネルギーは使用されないため、磁石の銅や鉄などの金属は必要ありません。

機械エネルギーを空気圧または油圧エネルギーに変換する単一の方法があります。^[9]そのため、圧縮空気は、風力タービンや水力発電などの機械的再生可能エネルギーを使用する場合、高いエネルギー効率を実現できます。熱エネルギーから機械エネルギーへの変換も可能ですが、カルノー変換の非効率性により効率は低くなります。再生可能な太陽熱源からの熱を蓄熱することも、溶融塩などの相変化材料を使用して可能です。

2020年の等温試作車のエネルギー効率はリチウムイオン車の59.4％であった。^{[1] [2]}

圧縮空気技術は、バイオベースまたはリサイクル複合材料を使用できれば、再生可能エネルギーや循環型経済に適応できます。したがって、電気自動車よりも持続可能です。たとえば、金属や有毒なバッテリー化学物質の使用が大幅に少なくなります。集中型の製造と電力網の必要性が低くなる可能性があります。

複合圧力容器は鋼鉄製タンクやリチウムイオン電池に比べて軽量であることも効率向上に寄与している。^[6]タンクが車のシャシーを支えれば、さらに重量が軽減される可能性がある。空気圧エンジンも電気エンジンよりも軽量である。

空気圧縮機、油圧ポンプ、またはスターリングエンジンを動かすために風力、太陽光、または水力のみを使用して、多くの場所で燃料補給が可能です。

空気圧は自動車のメカトロニクスに適しているため、エネルギーの相乗効果があります。多くの自動車システムは、小型の空気モーターで駆動できます。たとえば、アクティブ空気圧サスペンション、空気圧ステアリング、空気圧ショックアブソーバーなどです。^[10]圧縮空気の膨張により低温が生成され、エアコンや温度調節を直接提供できます。

回生サスペンションと回生ブレーキを備えたエネルギー回収システムは、低圧の圧縮空気を生成します。これは圧力容器に貯蔵することができます。

圧縮空気を使用するピストンレスエンジンは非常に静かです。^[11]

燃焼燃料や高出力バッテリーを使用するシステムとは異なり、事故後の火災の危険はありません。

圧縮空気エンジンでは、冷却システム、スパークプラグ、スターターモーター、マフラーなどを製造する必要がないため、自動車の生産コストが削減されます。

バッテリーと比較すると、自己放電率は非常に低いです。燃料と圧縮空気で動く車両は、電気自動車よりも長期間使用されない可能性があります。

ガソリン、バッテリー酸、鉛などの関連金属などの有害な化学物質を削減または除去します。

圧縮空気自動車は、多くの状況でより安全です。

• 潜在的に爆発的な職場環境
• 山火事地域
• 強い磁場の近く
• ラジオ静寂ゾーン

圧縮空気は液体窒素や水素よりもエネルギー密度が低くなります。

バッテリーは放電中も電圧をある程度維持し、化学燃料タンクは最初の 1 リットルから最後の 1 リットルまで同じ電力密度を提供しますが、圧縮空気タンクの圧力は空気が抜かれるにつれて低下します。この影響を軽減する機械的な方法 (無段変速機や補助モーターなど) もありますが、コストが増加します。

様々な企業が圧縮空気自動車の研究、開発、導入に投資している。MDIエアカーは2002年に南アフリカで一般公開された。 ^[12] 2004年1月には「6か月以内」に生産開始されると予測されていた。 ^[13] 2022年時点では生産開始されていない。

MDIは、 AIRPod、OneFlowAir、CityFlowAir、MiniFlowAir、MultiFlowAirからなる一連の乗り物を提案している。 ^[14]この会社の主な革新の1つは、「アクティブチャンバー」の実装である。これは、エネルギー出力を2倍にするために（燃料を使用して）空気を加熱する区画である。^[15]この「革新」は、1904年に 魚雷で初めて使用された。

2009年1月の時点で^{[アップデート]}、インドのタタ自動車は2011年にMDI圧縮空気エンジンを搭載した車を発売する計画を立てていた。 ^{[16] [17]} 2009年12月、タタのエンジニアリングシステム担当副社長は、航続距離の制限とエンジン温度の低さが問題を引き起こしていることを確認した。

タタ自動車は2012年5月に^[18]、設計を第1段階の「技術概念の証明」を経て評価し、インド市場向けにフル生産に進んでいると発表した。タタは第2段階に移行し、「圧縮空気エンジンの特定の車両および固定アプリケーションへの詳細な開発を完了」した。^{[19] [信頼できない情報源? ]}

2017年2月、タタの社長兼先端製品エンジニアリング部門責任者であるティム・レバートン博士は、このプロジェクトは「産業化を開始」しており、最初の車両は2020年までに発売される予定であると明らかにした。^{[20]他の報道によると、タタは}タタ・ナノ の圧縮空気バージョンの計画も復活させているとのことだ。^[21]これは以前、MDIとの協力の一環として検討されていたものだった。^[22]

エンジンエアはオーストラリアの会社です。アンジェロ・ディ・ピエトロが設計したロータリー式空気エンジンを使用して小型車両の試作品を製造しました。同社はエンジンを利用する商業パートナーを探しています。^[23]

プジョーとシトロエンは、圧縮空気をエネルギー源として利用する自動車を製造する予定であると発表した。しかし、それはハイブリッドシステムを利用している。ガソリンエンジンは、圧縮空気タンクが空になったとき、時速70キロ以上で車を推進する。^{[24] [25]}

2015年1月、フランスから残念なニュースが届いた。PSAプジョー・シトロエンが、有望と思われていたハイブリッドエアパワートレインの開発を無期限延期したというのだ。どうやら、このシステムの開発にかかる莫大な費用を負担してくれる開発パートナーを見つけられなかったためらしい。開発費は5億ユーロと見積もられている。この費用を回収するには、年間50万台以上の生産が必要になるだろう。^[26]このプロジェクトの責任者は2014年にプジョーを去った。^[27]

APUQ（準タービン使用促進協会）は、準タービンで動く自動車「APUQエアカー」を製造した。^{[28] [信頼できない情報源？ ]}

• エアエンジン
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• 圧縮空気エネルギー貯蔵
• 圧縮空気電池
• 圧縮空気車両
• エンジン交換
• プラグインハイブリッド
• 空気圧

ウィキメディア・コモンズには、圧縮空気駆動自動車に関連するメディアがあります。

• Fairley, Peter (2009 年 11 月)。「Deflating the Air Car」IEEE Spectrum。2018年 5 月 5 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年 11 月 23 日閲覧。
• 「Scuderi グループ、ワシントン オート ショーでエア ハイブリッド研究の予備結果と Scuderi エンジン プロトタイプ テストの最新情報を発表」。Green Car Congress。BioAge Group。2010 年 1 月 16 日。