液体空気

液体空気は、非常に低い温度（極低温）に冷却され、淡い青色の流動性液体に凝縮された空気です。 ^[1]室温から遮断するために、真空フラスコなどの特殊な容器に保存されます。液体空気は急速に熱を吸収し、気体状態に戻ります。他の物質を液体に凝縮したり、固化したりするためによく使用され、空気分離（工業的には空気精留と呼ばれる）と呼ばれるプロセスを通じて窒素、酸素、アルゴン、その他の不活性ガスの工業用供給源としても使用されます。

液体空気の密度はおよそ 870 kg/m ³ (870  g/L ; 0.87  g / cm ³ )です 。空気サンプルの密度は、サンプルの組成 (湿度や CO ₂濃度など) によって異なります。乾燥した気体空気にはおよそ 78% の窒素、21% の酸素、1% のアルゴンが含まれているため、標準組成の液体空気の密度は、成分の割合とそれぞれの液体密度によって計算されます (液体窒素と液体酸素を参照)。空気には微量の二酸化炭素(約 0.03%) が含まれていますが、二酸化炭素は中間の液体相を通過せずに気相から固化するため、5.1 atm (520  kPa )未満の圧力では液体空気中には存在しません 。

空気の沸点は−194.35  ℃（78.80  K、−317.83  ℉ ）で、液体窒素と液体酸素の沸点の中間です。しかし、液体が沸騰すると、窒素が先に蒸発して混合物に酸素が残り、沸点が変化するため、安定した温度を保つのが難しくなります。これは、液体空気が大気中の酸素を凝縮することによっても起こる場合があります。^{[2] : 36}

液体空気は約60 K（-213.2 °C; -351.7 °F）で凍結し始め、窒素を多く含む固体（ただし、固溶体には相当量の酸素が含まれる）を沈殿させます。酸素が事前に固溶体に含まれていなければ、共晶は50 Kで凍結します。^[3]

空気の成​​分はかつて「永久ガス」と呼ばれていました。室温では圧縮だけでは液化できなかったからです。圧縮プロセスによりガスの温度が上昇します。この熱は熱交換器で周囲温度まで冷却され、チャンバーに放出されて膨張することで除去されます。膨張により温度が下がり、膨張した空気の逆流熱交換により、膨張器に入る加圧空気はさらに冷却されます。十分な圧縮、流れ、熱除去により、最終的に液体空気の液滴が形成され、低温のデモンストレーションに直接使用できるようになります。

空気の主成分は、1883 年にポーランドの科学者カロル・オルシェフスキとジグムント・ヴロブスキによって初めて液化されました。

液体空気を生成するための装置は市販されておらず、簡単に製造することもできません。

液体空気を製造する最も一般的な方法は、ジュール・トムソン効果を利用した2塔式ハンプソン・リンデサイクルである。空気は高圧（>75  atm（7,600  kPa ; 1,100  psi））で下部塔に供給され、そこで純粋な窒素と酸素を多く含む液体に分離される。酸素を多く含む液体と窒素の一部は、低圧（<25 atm（2,500 kPa; 370 psi））で動作する上部塔に還流として供給され、そこで最終的に純粋な窒素と酸素に分離される。上部塔の中央から未精製のアルゴン製品を取り出して、さらに精製することができる。^[4]

空気は、ジュール・トムソン効果による冷却、等エントロピー膨張、再生冷却を組み合わせたクロードの過程によって液化することもできる。^[5]

製造工程では、液体空気製品は通常、液体または気体のいずれかの形態でその構成ガスに分留されます。酸素は、燃料ガス溶接や切断、医療用途に特に有用であり、アルゴンはガスタングステンアーク溶接における酸素排除シールドガスとして有用であるためです。液体窒素は、常温では反応せず（酸素とは異なり）、77 K（-196 °C、-321 °F）で沸騰するため、さまざまな低温用途に有用です。

1899 年から 1902 年にかけて、アメリカとイギリスの合弁会社によって、液体空気で 100 マイル走行できる自動車を製造できるという主張のもと、 自動車「リキッド エア」が製造され、実演されました。

2012年10月2日、英国機械学会は液体空気をエネルギー貯蔵手段として使用できると発表した。これはイギリスのハートフォードシャーのガレージ発明家ピーター・ディアマンが自動車に動力を与えるために開発した技術に基づいている。 ^[6]

• 液体窒素
• 液体酸素
• 極低温エネルギー貯蔵
• 工業用ガス
• ガスの液化
• 液体窒素車両

• 2013-05-20輸送とグリッドエネルギー貯蔵のための液体空気の開発に関するMIT テクノロジーレビューの記事