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個人輸送：地下水、水、空気
未来の輸送。 個人輸送
未来の問題を扱う科学者、つまり未来学者は、今日すでに、たとえば100年紀の終わりまでに、あるいは50年後にさえ、私たちの周囲の世界がどのようになっているかを明らかにしようとしている。同時に、比較的簡単に見えるものもあれば、見えにくいものもあります。しかし、100 年、XNUMX 年、あるいはそれ以上の将来には、交通手段は存在するだろうと断言できます。そして、ただ存在するだけでなく、着実に発展していきます。 SF 作家は、将来、テレビ電話からレーザー チャネルに至るまで、情報の大部分は主に通信手段によって送信されるだろうという考えを表現することがあります。貨物だけでなく情報も運ぶ輸送機関の役割は考慮されていない。しかし、これは真実とは程遠いです。 交通機関の利点は、まさに、物品だけでなく、最も多くの情報を運ぶ人である人の移動も確実に行えることにあります。ソ連の有名な交通科学者、V・N・イワノフ教授は、「人々は直接のコミュニケーションを必要としており、電話もテレビも、その他のいかなるものもこれに代わることはできない」と強調している。通信の大幅な進歩にもかかわらず、今日でも輸送が急速に改善し続けているのは偶然ではありません。 将来どのように発展するのでしょうか？ 基本的に、問題は次のようなものに要約できます。輸送車両、あるいはそのエンジンは環境に優しく、よく言われるように「環境に優しい」ものでなければなりません。 地球上の燃料やエネルギー資源の消費を可能な限り延ばすためには、エンジンを可能な限り経済的にする必要があり、車両のさらなる高速化などの従来の問題に加えて、車両の安全性にも細心の注意が払われています。国境を越える能力と快適さ、国民経済のために新しい特殊なタイプの交通手段が作成され開発される しかし、未来の交通機関、そのエンジンはどのようなものになるのでしょうか?私たちの時代にはすでにそれらのプロトタイプは存在するのでしょうか？提案された資料はこれらすべての問題に特化しています。 1.サーマル - 「賛成」と「反対」 感謝すべき人類は告発する。これは、最も人気のあるエンジン、つまり熱エンジン、特に内燃エンジン (ICE) に対する現在の態度を定式化する方法です。 人類に対する熱機関の「罪」については、基本的に 2 つの記事があります。一つ目は、かけがえのない天然燃料資源の不経済かつ野蛮な消費です。 2 つ目は、有毒な排気ガスやエネルギーによって発生する過剰な熱、騒音、臭気などの廃棄物による環境汚染です。このすべてについて今、かなり多くのことが言われています。このことから得られる容赦ない結論と同様に、もし熱機関が改良されなければ（または完全に放棄されなければ）、そのとき、わずか数十年で測定される近い将来、地球はまず第一に、完全な熱機関による燃料枯渇によって脅かされることになる。埋蔵天然燃料の枯渇。第二に、この燃料の燃焼生成物による人類の大量中毒、そしておそらく過剰な（最も暑い蒸気室よりも悪い！）大気の温暖化です。 つまり、改善か完全な失敗か。熱機関が何億台もの自動車、オートバイ、トラクター、コンバイン、飛行機、船、モーターボート、その他の機械に取り付けられていることを思い出せば、人々がまだ熱機関を完全に放棄することができないことは明らかです。ただし、相手の年齢を伸ばす一方で、自分自身の年齢を大幅に縮めないようにする必要があります。熱機関と人間を「調和」させるにはどうすればよいでしょうか？
答えは単純のようで複雑です。熱機関からの排気ガスの毒性を排除し、その効率を高める必要があります。主な害は、排気ガスに含まれる一酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素（アルデヒド）や発がん性物質によるものです。しかし、明らかに彼らは捕まる可能性がありますか？はい、そのような中和剤トラップはすでに作成されています：液体、プラズマ、触媒、およびそれらの組み合わせ。通常、エンジンの排気管の後ろのガス出口に取り付けられます。 しかし、これらの装置はすべて、問題に対する部分的な解決策しか提供しません。これらの装置を備えたとしても、エンジン自体は同じ貪欲な機械の怪物のままです。 何世紀にもわたって、エンジン専門家の夢は、ピストンが往復運動を行わず、回転のみを行うエンジンを構築することでした。これにより、エンジンのサイズと重量が大幅に削減され、燃料消費量と有毒な燃焼生成物の排出が削減されることが約束されました。 F. ヴァンケル教授は、誰よりもこの問題の解決に近づきました。多くの専門家は、彼が作ったロータリーエンジンが自動車の主力内燃機関になる可能性があると信じている。 ヴァンケルがどのように設計され、機能するかを思い出してみましょう。本体には複雑な形状の空洞があり、その中で三角形のローターピストンが回転し、歯車を使ってシャフトに接続されています。偏心シャフト上に自由に配置され、偏心シャフトの中心は固定ギアの中心と一致します。複雑な曲線に沿って周囲を走行するローターピストンは、常にその頂部でハウジングの内壁に接触しています。締固めのために頂点に可動プレートを設置すると、ローターピストンの表面とハウジングの壁で形成される部屋の容積が逐次変化します。ここでは、燃料の吸入、圧縮、点火、膨張、排気ガスのプロセスが行われ、吸気チャンネルと排気チャンネルの開閉はローターピストン自体によって行われます。 したがって、30 回転で、従来の 10 ストローク エンジンのすべてのプロセスがヴァンケル エンジン内で同時に行われ、異なる作業室でも同時に行われます。つまり、XNUMX つの点火プラグによって点火される燃料のフラッシュ、XNUMX つの作業ストローク、XNUMX つの排気ガス、XNUMX つの作業室で行われます。新鮮な混合物の摂取。ヴァンケル エンジンは、最もコンパクトで軽量であるだけでなく (約 XNUMX 馬力の出力を備えた最初のプロトタイプの XNUMX つは重量わずか XNUMX kg でした)、最高速度も実現しました。これに加えて、安価なディーゼル燃料でも走行できます。これが問題の解決策であるように思われます。しかし... 設計者がどれほど「賢明」であっても、回転するローターのシールの信頼性を達成することはまだ不可能であり、主にモーターのさらなる改良を妨げるこの欠陥は、エンジンの本当の災難です。このタイプ。 もう 1 つの研究方向は、航空業界で現在使用されているエンジン、つまりガス タービン エンジン (GTE) の開発です。これらは同じ出力の内燃エンジンよりもはるかに小さく、操作が簡単で信頼性が高くなります。燃料消費量はわずかに増加しますが、有害な生成物、特に二酸化窒素の排出は少なくなります。これは、ガス タービン エンジンでは、ピストン エンジンよりも低い圧力と温度で燃料の燃焼が継続的に発生するという事実によって説明されます。ガスタービンエンジンも内燃機関です。その中でのみ、可燃性混合物の圧縮はコンプレッサー（通常は遠心力）によって実行されます。コンプレッサーに入った外気はブレードとともに回転し、遠心力の作用で圧縮され、熱交換器で加熱されて燃焼室に入ります。混合気の燃焼の結果、高温ガスがタービンブレードを圧迫し、その軸上にコンプレッサーが配置されます。タービン羽根車のブレードに乗ると、エネルギーの大部分を有益な仕事に費やします。 これがいわゆる二軸ガスタービンの動作原理図です。高圧 (コンプレッサー) 圧力と低圧 (作動) 圧力の両方のタービンが運動学的に完全に独立している点が異なります。車両用には一軸タービンと三軸タービンが開発されています。これらの計画のうちどれが最も有望であるかはまだわかりません。おそらく、必要なパワーと車の専門性に応じて、それぞれがさらなる開発の権利を受け取ることになるでしょう。 上で説明したすべてのエンジンでは、燃料は燃焼室、つまりローター、ピストン、タービンが配置されているキャビティの内部で燃焼します。そこでの燃焼の制御は非常に難しいため、燃料が完全に燃焼しないことが多く、多くの有毒生成物が放出されます。次に、作動キャビティ (シリンダー) の外側で燃料が酸化されるエンジンを考えます。内燃機関と類推して、これらを外燃機関と呼ぶこともできます。主なものは蒸気エンジンとスターリングエンジンです。 蒸気エンジンの第 2 時代は、最大規模の研究センターが近代的な基準に基づいて蒸気エンジンを設計し始めたわずか数年前に始まりました。これらのエンジンには、高い初期トルク、複雑なギアボックスの欠如、完全な排気ガスなど、多くの魅力的な特徴があります。そして、蒸気エンジンのダイナミズムは重要な利点の 1 つです。 古い方式を改良することで、ボイラーの爆発の危険性、法外な重量、始動の困難さ、冬季に水を蒸気形成液体として使用することの困難さなど、古典的な蒸気エンジンの問題を克服することができました。扱いにくく危険な温水ボイラーは、コンパクトな管状蒸気発生器に置き換えられました。すべてのユニットを乗用車の寸法にうまく収めることができました。 もう 1816 つの有望な研究分野は、XNUMX 年にスコットランド人の R. スターリングによって発明されたモーターに関連しています。この外燃機関は両端が塞がれたパイプで、その中をピストンが走行していました。ピストンの片側のキャビティは継続的に加熱され、もう一方の側は冷却されました。冷たいガスは液化され、熱いキャビティにポンプで送り込まれました。ここでは、ピストンが静止しているため、加熱により温度と圧力が上昇します。ガスが最大パラメータに達すると、ピストンが動き始め、作動ストロークを形成します。次に、膨張したガスは冷却キャビティにポンプで送られ、そこで継続的に冷却され、移動するピストンによって圧縮されます。このサイクルが繰り返されました。
低温ガスの圧縮に費やされる機械仕事は、高温ガスの膨張中に放出される機械仕事よりも少ないため、スターリング エンジンは過剰な機械エネルギーを生成しました。 このようなエンジンの運転が特に経済的であるとは言えないことは明らかです。しかし、圧縮された低温ガスが高温キャビティに供給される前に、高温ガスが冷却されるときに除去された熱で加熱される場合、スターリングは効率においてキャブレター エンジンとディーゼル エンジンの両方を上回る、非常に経済的なエンジンになる可能性があります。 ガスを加熱するための装置、つまり蓄熱器と呼ばれる容器は、かつて発明の作者自身によって提案されました。現在、このようなヒーターの効率は 98% まで向上しています。そして、エンジンの空洞には、100〜200気圧に圧縮された水素またはヘリウムが充填され始めました。スターリングピストンの駆動も改良され、斜座金を備えたアキシャルピストンポンプの駆動と同様になりました。その結果、最新のスターリングは、熱エンジンを使用するほとんどの機械に適しています。その毒性はキャブレターの数百分のXNUMXであり、動作はほとんど静かです。しかし今のところ、スターリングエンジンは複雑で高価で、キャブレターエンジンよりも重いです。 それでも、上で説明したエンジンは圧倒的に天然燃料を積極的に消費しています。そしてその埋蔵量は無制限ではありません。したがって、人工的に生成した水素を燃料として利用する試みは大きな関心を集めている。電流、太陽光、触媒による高温で分解して水から抽出できます。 このような燃料の主な利点は、燃焼生成物の毒性がガソリンよりもはるかに低いことです。たとえば、窒素酸化物の生成は 200 分の 40 に減少し、排気中には一酸化炭素や炭化水素はまったく含まれません。しかし、ガスをシリンダーに保管するなど、他の問題も発生します。しかし、科学者たちは、特定の金属の水素化物を水素で飽和させ、スポンジのように水素を吸収することを提案しています。興味深いことに、水素化物で満たされたタンクは、中空のものよりも XNUMX 倍多くの水素を保持します。 太陽放射、蒸発、浸透など、最も予期せぬ自然要因を利用したエンジンも開発されています。これらがエキゾチックと呼ばれるのは偶然ではありません。これまでのところ、それらの分布は非常に少ないです。しかし、環境に優しいエネルギー源への関心の高まりにより、その役割は確実に増大するでしょう。また、惑星探査車や軌道ステーションの整備システムなど、宇宙輸送にも役立つでしょう。 エキゾチックなモーターの例としては、いわゆる光吸収モーターがあります。内部の作動シリンダーには透明な窓があり、そこから太陽光またはレーザー光線が通過し、シリンダー内のガスが加熱されます。この加熱により、加工ストロークが完了する。レーザー モーターの実験サンプルは、デバイス出力 600 W で最大 30 rpm を生成します。しかし、このエンジンの効率は 2% を超えませんでした。太陽放射によって動力を供給されるモーターが知られている。光電池を使用して電流に変換されます。
そして非常に珍しいのは、ニチノール合金で発見された「記憶」のおかげで動作するモーターモデルです。ニッケルとチタンを溶接して作られており、加熱するとその形状を記憶するという珍しい特性を持っています。たとえば、この合金のストリップを螺旋状にねじることができます。加熱と冷却を交互に繰り返すと、再びストリップになり、その後回転して戻り、ということを数え切れないほど繰り返します。アメリカの技術者はこの特性を利用してエンジンを構築することに成功しました。その基本は、熱いときは真っ直ぐだった湾曲したスポークを備えたホイールです。このようなスポークを温水の浴槽に浸すと、真っ直ぐになってホイールを押します。すぐに編み針は冷水に落ちて曲がり、新しい曲がった編み針が温浴の中に置きます。わずか 23°の温度差でもエンジンを動作させるには十分です。発明者らは、この奇妙なエンジンが、例えば原子力発電所の冷却水によって運ばれる熱の利用に役立つと信じている。 金属の磁気特性を変化させるために太陽 (またはその他の) 熱を使用するモーターも可能です。このおかげで、機械的な仕事も得られます。その一例が、発明家でジャーナリストの A.G. プレスニャコフによって提案されたエンジンです。非常にシンプルで、リムとスポークだけで構成されており、それ以外は何もありません。リムは強磁性合金でできており、+65 °C で磁気特性を失います。 (今日では、低温でこの損失が発生する合金はすでに知られています。) 強力な永久磁石をリムの十分近くに設置し、加熱さえせず、磁石が動き始めるときに磁気特性が失われるまでリムの任意の部分のみを照射します。リムの隣接するセクションを引き付け、リムを回転させます。そのようなエンジンが非常に弱いと考えるべきではありません。プレスニャコフが建設した太陽熱温水リフトは、砂漠に 800 時間あたり最大 XNUMX リットルの水を汲み上げました。プレスニャコフは、強い電灯の光の中で転がるカートも作りました。原理的には、若い設計者なら誰でもそのようなモデルを構築できます。
発明者の中には、浸透現象を利用して機械的な仕事を生み出そうとしている人もいます。知られているように、それは半透性の隔壁を通る物質の拡散で構成されており、これにより過剰な浸透圧が生成されます。英国では特許第 1343391 号が浸透圧エンジンに対して発行されました。このエンジンは非常に複雑ですが、適切です。発明者らによると、自動車での使用向け。 Makeevka のソビエト技術者 P. Rogovik は、湿ったときの材料の膨潤に基づいて、低出力の非常に単純な低速浸透圧エンジンを提案しました。たとえば、ゼラチンはこのように膨らみます。 発明者は、軸の高さまで水に浸した２つのローラーの間にこの材料のリングを挟んだ。レベルの下にあるリングの部分が膨張により膨張し、ローラーに圧力がかかり、ローラーが回転します。ローラーとともにリングもゆっくりと回転します。膨らんだ部分は徐々に隆起し、乾いた部分は下がって水を吸収して膨らみ、ローラーに圧力をかけながら回転を続けます。水から出たリングの部分は乾燥し、サイクルは継続します。 若い設計者は、珍しいエンジンの別のモデルを作成できます。レンズを通して集光された電球または太陽からの光エネルギーを利用して動作します。これを構築するには、さまざまなサーマル リレーで使用されるようなバイメタル プレートがいくつか必要になります。熱膨張係数の異なる 2 つの金属ストリップから組み立てられたバイメタル プレートは、加熱すると非常に強く曲がります。 例えばプラスチック製の作動シリンダーは、シリンダーの一端に取り付けられたバイメタルプレートで周囲を「覆われ」ています。もう一方の端には重りが付いています。シリンダーは、容器の端にある 2 つのブッシュに取り付けられたスポークに取り付けられます。 通常の状態では、プレートはシリンダーの周囲に沿って湾曲しています。加熱すると、プレートが真っ直ぐになって壁から遠ざかり、重りの力のバランスが崩れ、シリンダーが回転します。この記録の場所は新しい記録に取って代わられます。 真っ直ぐになった E は冷却され、再びシリンダー壁に押し付けられます。冷却を早めるために、容器に冷水を注ぐことができます。 2.馬力の銀行 熱機関は絶えず改良されており、燃料消費量と排気ガスの毒性が低減されているという事実について話しました。しかし、当然の疑問が生じます。これらの否定的な性質なしでやっていくことは可能ですか？ この質問には肯定的に答えることができます。燃料を燃やす必要のない車両用のエネルギーを取得し、このエネルギーを消費者に「委託」してバッテリーに蓄積することが可能です。 現在、世界中のエネルギーのほとんどは火力発電所、つまりTPPによって生成されています。それらを巨大なサイズの特別なエンジンの形で想像すると、それらは可能な限り経済的であり、大気への影響が少ないことがわかります; より高出力の固定装置では、燃料の正しい燃焼を調整することがはるかに簡単です何千もの小型エンジンよりも、その動作条件は刻々と変化します。しかし...TPPは、環境への優しさ、つまり、特定の技術の適用分野で発生する自然プロセスに有害な影響がないというテストに合格しません。 しかし、人類は環境に優しいエネルギー源も利用しており、その資源は事実上無尽蔵です。これは、太陽、川、潮、風、地球の内部熱、海洋の熱、海流のエネルギーです。原子力発電所（将来的には熱核発電所も）は比較的無害です。 これらのエネルギー源から得られるエネルギーは、さまざまな方法で消費者に届けられます。後者が静止している場合、または特定のルート（電車、路面電車、トロリーバス）に接続されている場合は、電線を機能させます。消費者が移動する場合、移動時に黒い「エネルギーの缶詰」をそのように使用するには、エネルギーを事前に蓄積する必要があります。 ちなみに、このようなエネルギーは古代から使われてきました。もちろん、最初の電池は人が位置エネルギーを蓄える最も単純な機械装置でした。持ち上げられた重り、伸びたおなら、カタパルト - これらのタイプのバッテリーは太古の昔から使用されてきました。現在、同様のバッテリーがあります。これらは、時計、楽器、子供のおもちゃなど、巻きバネの形で非常に広く使用されています。以前は、乗り物にも応用されていました。たとえば、皇帝が儀式用に乗った巨大なゼンマイ戦車が建造されました。バネは荷車の中に隠れた奴隷によって常に巻き上げられていた。 しかし、バネ電池はエネルギー密度、つまり単位質量に含まれるエネルギー量が低い。ゴム弾性電池ではそれがはるかに大きくなります。モデラーなら誰でも、ゴムひもで作られたモーターが模型飛行機やヘリコプターを空中に持ち上げることを知っています。もちろん、ここには CPC の低さ、脆弱さなどの欠点があります。
輸送車両の場合は、数十キロメートル、さらには数百キロメートルも走行できるほど多くのエネルギーを蓄積できる別のバッテリーの方が適しています。これは圧縮ガスです。ガスが圧力下でシリンダーにポンプで送り込まれると、エネルギーの蓄積が発生します。リリース - ガスがシリンダーから放出されるとき。ここで動作するのは、たとえばインパクトレンチやドリルなどの空気圧ハンドツールで使用されるものと同様の空気圧モーターです。 1876 年にフランスのナント市に圧縮空気で走る路面電車が建設されました。彼は 30 つのガソリン スタンドで 2800 キロメートルのルートをカバーしました。 8気圧まで圧縮。総容積 10 リットルの 12 本のシリンダーに空気を充填しました。消費量は 100 キロメートルの移動あたり 50 kg の空気でした。合計予備距離はXNUMX〜XNUMX kmで十分でした。この考えは今でも忘れられていません。都市環境で走行する自動車に空気圧アキュムレータが搭載されています。イタリアのソルガート社は、圧縮空気の鋼製シリンダー XNUMX 個を備えた機械を実験しています。時速XNUMXkmで約XNUMXkm走行できます。 「空気圧車両」の重量は約XNUMXトンです。 空気圧アキュムレータには、他のガス、ほとんどの場合液体窒素も「充填」されます。そのうち 50 リットルは、230 km の車両走行距離に十分な量です。 しかし、ガスバッテリーには重大な欠点もあります。したがって、ガスが送り込まれると加熱され、放出されると冷却されます。そして、これは熱エネルギーの非生産的な損失です。 もう一つのエネルギー蓄積装置は、より有望です - フライホイールです。回転すると、機械的エネルギーが運動エネルギーとして蓄積され、回転している限りフライホイール内に存在します。 最も古いフライホイールの 55 つは、XNUMX 万 XNUMX 年以上前のもので、イラクでの発掘中に考古学者レナード・ウーリーによって発見されました。この巨大なホイールは、古代の巨匠がろくろとして使用していました。時間の経過とともに、フライホイールは大きな変化を遂げ、スチール製のディスクに変わりました。その形状は「同等の強度」の要件によって決まります。結局のところ、回転速度も増加しました。現在では、空気との摩擦による大幅な損失を減らすために、真空チャンバー内に置かれています。同じ目的で、ベアリングの代わりに磁気サポートが使用され、磁気サポートによる摩擦損失が実質的に排除されます。 懐疑論者は長い間その立場を維持し、バッテリーとしてのフライホイールの主な欠点、つまりエネルギー密度の低さを指摘しました。これは何と関係があったのですか！すべてが単純であるように思えるかもしれません。物理学から知られているように、回転速度をたとえば半分に増やすことによって、フライホイールの運動エネルギーが 4 倍に増加します。しかし同時に、フライホイール本体にかかる機械的負荷も 4 倍に増加し、破片が形成されて破損し、他の人に大きな危険をもたらすことになります。 そして、科学者や設計者の研究により、細い繊維やテープを巻いて作られた、いわゆるスーパーフライホイールの作成につながりました。実際のところ、現代の糸やリボン状の素材は非常に強い強度を持っており、同じ素材で作られたモノリスよりも数倍強いのです。スーパーフライホイールの破断も安全です。細い繊維やリボンは重大な破壊を引き起こす可能性のある破片を形成しません。これらの文章の著者は、スーパー ベルト フライホイールの破壊をテストする必要がありました。厚さ 2 ミリメートルのケーシングさえ突破できませんでしたが、モノリシック フライホイールはメートルの高さの壁に耐えることができませんでした。 重要なことは、スーパー フライホイールのエネルギー密度がモノリシック フライホイールのエネルギー密度よりもはるかに大きいということです。理論的には、電池よりもかなり高い値ですが、実際には電池に劣ることはありません。 ただし、バッテリーはエネルギー密度だけでなく、出力密度、つまり質量 1 キログラムごとに発生する電力によっても特徴付けられます。そして、このインジケーターではフライホイールに匹敵するものはありません。 したがって、スーパーフライホイールは、将来の輸送用の有望なバッテリー (およびエンジン) です。車の素早い加速と同様に効果的なブレーキを提供し、より優れた耐久性を備えています。言い換えれば、バッテリー駆動の車に必要でありながら、現在不足しているこれらすべての品質を備えています。スーパー フライホイールは、バス、地下鉄、タクシー、および頻繁に加速と制動を伴う周期的で忙しいスケジュールで運行されるその他の都市交通手段の運転に特に有望です。 真空回転チャンバー内の最新のスーパーフライホイールは数週間でもエネルギーを保持し、フライホイール バッテリーの特別なサンプルは何年もエネルギーを維持できます。エネルギー貯蔵寿命の点で、彼らにふさわしいライバルは電気電池、より正確には電気機械電池だけです。それらは比較的最近作成されましたが、その出現日は 1799 年と考えられ、アレクサンダー ボルタが銅と亜鉛の電極を希硫酸に入れて最初のガルバニ電池を受け取りました。結局のところ、ほとんどすべてのガルバニ電池は、原理的には、電流を逆方向に流して充電すればバッテリーになることができます。懐中電灯やトランジスタラジオなどに使われる一般的な乾電池でも、電池として8～10回の充電が可能です。もうXNUMXつのことは、そのような「充電」は特に経済的に有益ではなく、効率が非常に低いことです。しかし、廃棄されたバッテリーよりもはるかに高いことは認めなければなりません。 実際のバッテリーは、従来のガルバニックバッテリーよりも高価ではありますが、8 ～ 10 回ではなく、XNUMX 倍以上の再充電サイクルに耐えることができます。したがって、電池にエネルギーを蓄えることはそれほど高価ではありません。 鉛蓄電池は電気電池の中で最も一般的です。これらはスターターバッテリーとしてすべての車に取り付けられています。これらは控えめな働き者であり、エネルギーと電力のインジケーターでは輝いていませんが、非常に経済的であり、効率が高いです。確かに、霜、大電流、または強い放電には耐えられません。対照的に、アルカリ電池は気取らないものの効率が低く、鉛蓄電池の 0,4 ～ 0,5 と比較して最大 0,75 ～ 0,8 です。 この 2 つのバッテリーにはあまり期待できません。それらのエネルギーと出力密度は低く、そのような荷物を積んだ車は主に自分自身を運ぶことになります - それらは非常に重いです。 今日の科学者たちは、硫黄ナトリウムや塩素リチウムなどのスーパーバッテリーに特別な期待を寄せています。それらは高温（300〜600°）を維持し、電解質は溶けています。もちろん、自動車事故によるそのようなバッテリーの破壊は良い前兆ではなく、特に内容物を加熱する必要性を考慮すると、その効率は低くなります。ただし、エネルギー密度は非常に高く、鉛酸の 150 倍であり、出力密度は XNUMX 倍で、質量 XNUMX キログラムあたり最大 XNUMX W です。このような「スーパーアキュムレータ」はまだ研究室の壁から出ておらず、その研究はまだ行われていないことに留意すべきである。 最後に、燃料のエネルギーを電流に直接変換できる、いわゆる燃料電池についても触れずにはいられません。これらの中で最も興味深いのは酸素-水素元素です。これは、元素自体で直接水の分解プロセスを使用します。生成されたガスを保管するための容器も含まれています。たとえば、触媒や高温などの助けを借りて、水素と酸素が再び水に結合されます。この場合、水の分解中に消費された電気エネルギーが放出され、バッテリーのエネルギーが水素と酸素に放出されます。燃料電池は電気自動車にとって非常に有望ですが、依然として非常に重く、高価です。
熱エネルギー蓄積装置は離れて立っています。単独では車を動かすことはできませんが、スターリングなどの熱エンジンと組み合わせることで、優れた結果を得ることができます。蓄熱器である溶融フッ化リチウムのバケツから約5時間走行するスクーターについてはすでに述べました。 熱湯の入った魔法瓶、太陽に照らされた温かい石、熱したアイロン、言い換えれば、加熱された物体はすべてエネルギーの蓄積体です。しかし、同じ温度に加熱された体よりも数十倍多くの量を蓄積できる化合物があります。結晶質の物質が溶けるとき、一定の、通常はかなり大量の熱、いわゆる融解潜熱が消費されるまで、その温度は 100 度も上昇しないことが物理学から知られています。凝固中、この熱は物質の温度を変えることなく放出されます。いわゆる熱融着アキュムレータが構築されるのは、この現象に基づいています。必要な温度が 600°未満の低い場合、さまざまな結晶性水和物が電池材料として使用されます。 800 ～ XNUMX°C の温度には、フッ化リチウムとハイブリッドが最適です。上 - いくつかの金属のケイ化物とホウ化物: 熱電池は、最も有望なタイプの電池よりも多くの膨大な量のエネルギーを蓄えます。唯一の問題は、このエネルギーを機械的、電気的、その他の「定性的」タイプの形で使用しようとすると、主なエネルギー量が失われ、環境の加熱に費やされることです。さらに、熱を「高品質」タイプのエネルギーに変換するデバイス (スターリング エンジン、熱電対など) の質量により、デバイス全体のエネルギー密度などの指標が大幅に低下し、最も一般的なタイプのエネルギー蓄電池に近いものですが、現在でも熱電池は、たとえば、別のエネルギー電池である電気電池やケシ電池を動力とする輸送車両の暖房などに有効に使用できます。 バッテリーについて話すとき、私たちは常にその主な指標であるエネルギー密度を参照します。さまざまな種類について、質量 1 キログラムあたりのキロジュールで表すと、次のようになります。 位置エネルギー電池の場合: 鋼製スプリング - 0,32;ゴム - 32;ガスおよびハイドロガス - 28. スターリングエンジン付き蓄熱器 - 9. 電気化学電池: 鉛酸 - 64;ニッケルカドミウム（アルカリ性） - 110;硫黄ナトリウム - 800;異なるデカップリング時間での燃料電池 - 15 ～ 150。 フライホイールバッテリー: 穴付きスチールディスク - 30;同等の強度の固体ディスク - 120;テープ製スーパーフライホイール - 150;特殊ファイバー製スーパーフライホイール650（モデル）。 ただし、フライホイールバッテリーには非常に大きなエネルギー貯蔵量があることを忘れてはなりません。たとえば、これまでのところ研究室にしか存在しないスーパーフライホイールを石英ファイバーで作れば、エネルギー密度を 5000 キログラムあたり 15 キロジュールまで高めることができます。そして、ダイヤモンド構造を持つ「超希少な」カーボンファイバーを使用すると、000 kJ/kg というまったく素晴らしい数値が得られます。日本の科学者たちは最近そのような結論に達しました。 結論として、単純な蓄熱器から得られる蓄積エネルギーを動力源とする「永久」エンジンの興味深いモデルを構築することを提案したいと思います。これを行うには、ワックスまたはその他の薄くて耐久性のある紙を接着して円筒形のキャップを作り、上部にはワットマン紙または硬質アルミニウム箔を使用します。このカバーは、エッジが曲がった切り欠きによって形成されたタービンの外観を持ちます。最適な曲げ角度は実験的に決定できます。タービンの中心には、針の先端が挿入される円錐形の凹部を備えた胞子である軽金属ソケットが接着剤に取り付けられています。針の鈍端はコルクに差し込まれ、太いワイヤーで作られた三脚を使用して重い耐火スタンドに取り付けられます。キャップは針の上でたわまず、下からの軽い押しや打撃でも簡単に回転します。 このような「永久モビール」を動かすには、300〜400度に加熱した金属ブロックをスタンドに置き、キャップで覆う必要があります。蓄熱ブランクにより、フード内で下から上への空気の移動が発生します。空気がタービンを通過すると、タービンがより速く回転し、蓄熱器が加熱されます。 ブランクの代わりに、溶けた鉛または亜鉛の瓶を使用すると、さらに良い結果が得られます。そうすれば、本物の溶けるバッテリーが得られます。もちろん、フッ化リチウムまたは水素化リチウムを使用するのが最善です。ここでは、火傷や火災の発生に細心の注意を払う必要があり、実験は特別に設備の整った物理的な実験室または作業場で実行する必要があります。 このキャップを電灯にかぶせるほうが簡単だという人もいるかもしれません。その後、ランプが点灯している限り、キャップランプシェード（塗装可能）が回転します。しかし同時に、エネルギー貯蔵なしで従来の熱機関を動作させることもできます。 私たちは、将来の自動車のために開発されているいくつかのタイプの熱エンジンについてのみ話しました。もちろん、これらが将来の主要なエンジンのすべてではありません。もちろん、若いデザイナーやモデラーが開発に挑戦することもできます。ただし、新しいエンジンの作成は複雑で労働集約的な作業であり、真剣で特殊な知識が必要であることを忘れてはなりません。 「発明」だけでは大きな成果を上げることはできません。そして、アイデアのパフォーマンスの最初のテストは、自分で構築した実用的なモデルにすることができます。 著者：N。グリア
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