【編者按】早期的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)林索，都是采用了蒸汽機(jī)一樣的結(jié)構(gòu)莫辨，體積龐大，效率低下，并不能解決城市的交通問(wèn)題掠剑，而一百多年以后的今天屈芜，空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。發(fā)動(dòng)機(jī)越發(fā)緊湊精致朴译，效率也明顯升高井佑，這讓人們動(dòng)起了空氣動(dòng)力汽車的腦筋來(lái)。

今年5月眠寿，北京科博會(huì)上展出一輛空氣動(dòng)力大巴躬翁，得到了央視《新聞聯(lián)播》等報(bào)道。產(chǎn)品展出者介紹這種利用源源不斷的空氣作為動(dòng)力源的客車盯拱，聽(tīng)上去似乎是完美的交通解決方案：資源取之不盡盒发，排放也是無(wú)污染的空氣——這非常誘人。搜索可知狡逢，該企業(yè)還曾以此進(jìn)行集資宁舰，但遭到反傳銷網(wǎng)等機(jī)構(gòu)的批評(píng)，指其為原始股集資騙局奢浑⊥蔽遥空氣動(dòng)力汽車背后的原理究竟是什么?

空氣動(dòng)力汽車本不是什么新的技術(shù)，最早可以追溯到 1820年鹤叹。當(dāng)時(shí)主要設(shè)想是類似有軌電車的設(shè)計(jì)灿打，軌道沿途鋪設(shè)高壓氣管，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供高壓空氣父历，驅(qū)動(dòng)車輛在軌道上行駛杏兰，當(dāng)時(shí)還有一個(gè)名字，叫 “Pneumatic Railway”由颗。但是由于當(dāng)年的技術(shù)條件所限铸老，這種機(jī)車并沒(méi)有真正生產(chǎn)出來(lái)越稻，直到70年后坛铭，基于壓縮空氣的發(fā)動(dòng)機(jī)車，開(kāi)始陸續(xù)上市并投入使用键瓢。

早期的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)秤歼，都是采用了蒸汽機(jī)一樣的結(jié)構(gòu)，體積龐大订骂，效率低下射桅，并不能解決城市的交通問(wèn)題，而一百多年以后的今天膜钓，空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步嗽交。發(fā)動(dòng)機(jī)越發(fā)緊湊精致，效率也明顯升高，這讓人們動(dòng)起了空氣動(dòng)力汽車的腦筋來(lái)夫壁。

空氣動(dòng)力汽車發(fā)展了一百多年拾枣，諸如美國(guó)、法國(guó)盒让、韓國(guó)都開(kāi)發(fā)出了自己的產(chǎn)品梅肤。比如法國(guó)的雪鐵龍公司就曾宣布，空氣動(dòng)力汽車可能在2016年投放市場(chǎng)邑茄。這款 車是空氣動(dòng)力和燃油的混動(dòng)車型姨蝴，燃油費(fèi)將降低45%，如果在城鎮(zhèn)駕駛肺缕，費(fèi)用可以降低到80%左医。由于空氣動(dòng)力系統(tǒng)的成本優(yōu)勢(shì)，該車將比現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車便 宜大約1500美元左右同木。這篇報(bào)道發(fā)布在2013年弯棠，但是到了2015年的7月，似乎還沒(méi)有看到這款汽車上市的相關(guān)消息巧鉴。

相比法國(guó)合資 企業(yè)笋据，國(guó)內(nèi)企業(yè)要靠譜的多。在北京舉辦的第15屆科博會(huì)上贵埋，就出現(xiàn)了這么一款產(chǎn)品：空氣動(dòng)力大巴下碗。根據(jù)車輛官網(wǎng)的數(shù)據(jù)，這款車型號(hào)應(yīng)該是祥天 A4-0001举影，功率可以達(dá)到240KW僵棍，時(shí)速為140km/h，續(xù)航里程為200km板散，排量為6L癞屹。整車配備了6速的變速箱，有53個(gè)座位愤芝，整備質(zhì)量達(dá) 到16800kg嫁料。很多參觀者對(duì)這款車非常關(guān)注，工作人員也現(xiàn)場(chǎng)介紹了這款汽車的工作原理昆淡。

祥天空氣動(dòng)力大巴

從目前已知的參數(shù)上來(lái)看锰瘸，這輛大巴車配備了2000L的氣瓶，氣瓶的壓力大概在30MPa左右昂灵，通過(guò)加熱膨脹避凝，氣體體積將增加1224倍。

根據(jù)熱力學(xué)定律眨补，氣體在絕熱過(guò)程中膨脹做功的能量是最少的(絕熱膨脹)管削，在完全吸熱經(jīng)歷等溫過(guò)程時(shí)做功的能量是最多的(等溫膨脹)倒脓。因此儲(chǔ)罐中容器的壓縮空氣所包含的能量，與氣體釋放時(shí)的膨脹方式有關(guān)含思，其具體數(shù)值的大小把还，應(yīng)該介于絕熱膨脹與等溫膨脹之間。

那么這些壓縮氣體茸俭，到底蘊(yùn)含著多少的能量呢吊履。我們根據(jù)上述結(jié)論，帶入相關(guān)數(shù)據(jù)调鬓，計(jì)算結(jié)果艇炎。如果排氣壓力為0.15MPa時(shí)，這個(gè)2000L的鋼瓶所包含的能量大約在117MJ到318MJ之間尺动。(注：絕熱系數(shù)按照1.4計(jì)算)拼仆。

計(jì)算結(jié)果可以理解為氣體膨脹做功最多不超過(guò)318MJ，這個(gè)計(jì)算結(jié)果不大直觀拨喝，折算成電能不過(guò)88度電左右撑停，如果這算成汽油，也不過(guò)是5~6升的樣子故厕。

這個(gè)計(jì)算結(jié)果讓我有點(diǎn)跌破眼鏡适唆，針對(duì)兩百公里的續(xù)航要求，儲(chǔ)罐儲(chǔ)備的能量并沒(méi)有我想象的那么高萧揩。是不是我的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有問(wèn)題了榛娶，除了儲(chǔ)罐壓力和排氣壓力 外，其他參數(shù)都是官方的參數(shù)泊鹿，出問(wèn)題的概率并不大堰漾。而且根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)，可以知道儲(chǔ)罐壓力和排氣壓力的差值蒙棱，決定著能量的大小就餐，因此，我想再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn) 一步的“審核”故觅。根據(jù)發(fā)明專利《CN201310292631-壓縮空氣動(dòng)力汽車》和實(shí)用新型專利《CN201320413749-壓縮空氣動(dòng)力汽車》 (以下統(tǒng)稱“專利”)中公開(kāi)的數(shù)據(jù)透汞，汽車儲(chǔ)罐壓力在20~45MPa之間伺亭，優(yōu)選30MPa提完。出口壓力辆布，按照《新聞聯(lián)播》中的說(shuō)法，氣體會(huì)膨脹1224倍來(lái) 計(jì)算评也。看看這次的計(jì)算結(jié)果有什么變化灭返。

儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的能量盗迟，和儲(chǔ)罐壓力是正相關(guān)的坤邪。在壓力到達(dá)45MPa時(shí)，儲(chǔ)存能量達(dá)到640MJ左右罚缕，折合成電能約為180KWh艇纺。這個(gè)在極其理想的條件下計(jì)算得到的數(shù)字，也沒(méi)給我?guī)?lái)太大的驚喜邮弹。

作為壓縮空氣動(dòng)力系統(tǒng)黔衡，實(shí)際能真正獲得的能量比儲(chǔ)能量要小的多。

首先沸芍，理論上看雨冒，640MJ的計(jì)算結(jié)果是基于等溫膨脹的理想條件下得到的，實(shí)際工況條件下累变，等溫膨脹實(shí)際上是很難實(shí)現(xiàn)的扛浸。那么無(wú)論如何，實(shí)際儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的能量囊弥，大約是介于117MJ~640MJ之間的某一個(gè)數(shù)值濒陈。

第二，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率姚库，與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口的壓差正相關(guān)嘶遏。若要?dú)鈩?dòng)機(jī)工作(保證功率輸出時(shí))，尤其當(dāng)汽車爬坡或者加速時(shí)被紊，由于動(dòng)力需求的上升邀秕，則需要?dú)鈩?dòng) 機(jī)進(jìn)出口有足夠的壓差。也就是說(shuō)妄午，儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力不能完全使用完仓坞，當(dāng)壓力降低到一定水平時(shí)，就無(wú)法保證氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出要求腰吟，這就給空氣動(dòng)力汽車的續(xù)航又打了一次折扣无埃。

第三，根據(jù)熱力學(xué)原理毛雇，氣體減壓膨脹過(guò)程一般來(lái)說(shuō)是個(gè)吸熱的過(guò)程嫉称，因此，這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中勢(shì)必會(huì)造成溫度的下降灵疮。從積極 的意義上來(lái)看织阅，我們可以額外獲得一些冷量，這些冷量可以用于汽車系統(tǒng)的降溫震捣，讓系統(tǒng)效率更高荔棉。但是實(shí)際應(yīng)用上看，這些冷量在應(yīng)用上來(lái)并不是那么方便蒿赢。撇開(kāi) 作為傳輸介質(zhì)的冷媒不論润樱，在時(shí)間上渣触，冷量產(chǎn)生的時(shí)候，并不一定是需要散熱的時(shí)候壹若。反之玖生，當(dāng)需要散熱的時(shí)候，也不一定有足夠冷量可以用绰蚁。因此丑钱，當(dāng)使用這部分 氣體膨脹做功所產(chǎn)生的冷量的時(shí)候，為系統(tǒng)穩(wěn)定嘁汞，至少還需要額外的一套冷卻系統(tǒng)呕漾，以備不時(shí)之需√酒ィ或者也可以把冷量存儲(chǔ)恤柴，在需要的時(shí)候再使用。但是不論選擇哪 種方法挺寒，都會(huì)使系統(tǒng)更加復(fù)雜扯蕾。復(fù)雜的系統(tǒng)可以帶來(lái)額外的功能，但是也會(huì)帶來(lái)額外的成本和額外的故障珊煌。帶來(lái)的益處有限锚署，帶來(lái)的麻煩卻不少，如果1MPa減壓 到0.1MPa刻撒，可能帶來(lái)的會(huì)是幾十度的溫度下降骨田，這意味著可能溫度會(huì)直接降到零下，可能會(huì)使管路結(jié)霜或凍結(jié)声怔，造成換熱效率的下降甚至損壞态贤。所以在此時(shí)， 加熱裝置是必要的醋火，在專利中悠汽，也確實(shí)配備了加熱裝置。這個(gè)加熱裝置可以提高氣體的問(wèn)題芥驳，增加膨脹時(shí)的做功輸出柿冲，但是也會(huì)額外帶來(lái)新能量損失，給空氣動(dòng)力汽 車的續(xù)航再一次打了折扣兆旬。

第四假抄，根據(jù)氣體的熱力學(xué)特性，在等容條件下丽猬，氣體的壓力與溫度正相關(guān)宿饱。這意味著儲(chǔ)罐的儲(chǔ)能容量，與環(huán)境溫度息息相關(guān)宝鼓。在25攝氏度的時(shí)候婶签，假設(shè)氣瓶的壓 力是30MPa的話拖见，那么在零下10度的時(shí)候乾爆，氣瓶壓力只有26.5MPa(按照理想氣體計(jì)算)彪壳，這代表著至少有百分之十的能量損失掉了。當(dāng)然舆伺，可以做保 溫解決這個(gè)問(wèn)題暴赡。

第五，作為發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的設(shè)備阀洛，它本身的效率是很有限的蒂茶。氣瓶中壓縮空氣所蘊(yùn)藏的能量，通過(guò)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的能量之間调拳， 會(huì)有非常大的能量損失小梢。這可能是整個(gè)空氣動(dòng)力系統(tǒng)中最大的能量損失項(xiàng)。它受到熱力學(xué)定律的限制杀肩，基本說(shuō)是一個(gè)無(wú)法逾越的壁壘挤奢。雖然專利中所表述的，通過(guò)尾 氣壓力回收來(lái)提高系統(tǒng)的效率洞难，但是回收所消耗的能量和回收的能量來(lái)比舆吮，是否有價(jià)值，還是值得探討的队贱。

除上文所述外色冀，空氣動(dòng)力電池還有兩個(gè)重要的問(wèn)題需要注意。

首先柱嫌，壓縮空氣從哪里來(lái)锋恬。空氣的壓縮過(guò)程中编丘，是非常耗能的過(guò)程与学。根據(jù)能量守恒定律，空氣壓縮消耗的能量一定會(huì)大于壓縮空氣本身的能量瘪吏。一般來(lái)講癣防，空氣壓 縮機(jī)的等熵效率無(wú)非也只有70~80%的水平。而且壓縮過(guò)程中掌眠，也有一定熱熱量損失了蕾盯。從環(huán)保的角度來(lái)看，可能只是把污染做了轉(zhuǎn)移孤批，并沒(méi)有解決污染問(wèn)題取涕。 尤其是由于轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題，獲得相同能量時(shí)谒绍，可能會(huì)浪費(fèi)更多的能源痛恃，造成更多的排放颓腮。

第二，還是老生常談的安全問(wèn)題杜糕√纺常“專利”當(dāng)中，描 述空氣動(dòng)力汽車的儲(chǔ)罐壓力在20~45MPa之間悉种，這是個(gè)相當(dāng)高的數(shù)值接竣。應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)中的汽車當(dāng)中，一旦因?yàn)橥饬蚱渌蛩卦斐善屏押伲蠊遣豢霸O(shè)想的巢季。另 外，這樣高的壓力系統(tǒng)味扼，還處在一個(gè)顛簸沾谓、震動(dòng)的環(huán)境當(dāng)中，密封的要求也很高戳鹅。

作為未來(lái)技術(shù)的一個(gè)流派均驶，空氣動(dòng)力系統(tǒng)和儲(chǔ)能上的壓縮空氣師出同門。不同國(guó)家上百年的研究粉楚，空氣動(dòng)力汽車也有不少的優(yōu)勢(shì)辣恋。比如基于空氣動(dòng)力汽車的造價(jià)會(huì)比基于電能的新能源汽車更加有優(yōu)勢(shì);在正常使用的過(guò)程下，空 氣動(dòng)力系統(tǒng)的壽命要高于電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)模软。在形式上伟骨，通過(guò)加壓縮空氣，也比充電要方便不少燃异。這一切都說(shuō)明空氣動(dòng)力汽車還是有市場(chǎng)空間的携狭。但是我認(rèn)為一定要找 到一個(gè)合理的應(yīng)用場(chǎng)合，比如作為混合動(dòng)力系統(tǒng)回俐，或者是做一些特殊的應(yīng)用逛腿，比如清潔庫(kù)房?jī)?nèi)的叉車，或者是用于短途的低速車輛仅颇。從應(yīng)用方式上看单默，我更傾向于作 為功率補(bǔ)充型的應(yīng)用，而不是基于儲(chǔ)能形式解決續(xù)航問(wèn)題瘦肥。這是因?yàn)閴嚎s空氣系統(tǒng)本身的密度并不太高(尤其是體積比能量)入荞。在儲(chǔ)能上有一些案例，是以壓縮空氣 做成調(diào)峰單元應(yīng)用的挟伯。作為空氣動(dòng)力汽車產(chǎn)品而言捌冲，我覺(jué)得還是應(yīng)該多試驗(yàn)幾年，既要驗(yàn)證技術(shù)，也要驗(yàn)證是否可以滿足市場(chǎng)的要求麸颜。

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