Автомобили на жидком азоте
Автомобили на жидком азоте
В результате бурного и неконтролируемого роста в мире числа автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) их количество приближается к 1 млрд., а общая мощность двигателей превышает мощность всех энергетических станций на Земле. В результате этого возникла реальная экологическая опасность, прежде всего для жителей городов, где имеются интенсивные потоки автотранспорта на небольших территориях. Отравляющие выхлопные газы ДВС и все большее сжигание в них атмосферного кислорода, ведущее к его локальному обеднению в атмосфере города, представляют реальную угрозу для здоровья населения. Поэтому, в ведущих индустриальных странах мира предпринимаются активные усилия для снижения экологической опасности автомобилей. По мнению авторов статьи [1] и ряда ученых США наиболее эффективной мерой является переход, прежде всего в городах, от автомобилей с ДВС к абсолютно экологически чистым, не требующим углеводородного топлива для заправки, не сжигающим атмосферный кислород криогенным или пневматическим автомобилям, использующим жидкий азот или сжатый воздух в качестве рабочего тела. Несколько лет назад в США были разработаны первые экспериментальные модели криогенных автомобилей (КА) с пневмодвигателями [2,3].
Статья содержит результаты разработки первого на Украине экспериментального КА, предпринятой на основании украинских патентов [4,5] для проверки принципиальных конструкторских решений и расчетных оценок. По мнению авторов подобные автомобили представляют интерес не только с точки зрения экологической безопасности, но и могут помочь решить энергетические проблемы во многих странах, поскольку существенно уменьшат расход нефтепродуктов на нужды транспорта.
1. Устройство и состав изготовленной силовой установки (СУ) криоавтомобиля
Криогенная СУ, работающая на жидком азоте (LN2), предназначена для преобразования тепловой энергии окружающей среды при газификации жидкого азота в механическую энергию, которая затем используется для приведения в движение криогенного автомобиля. В качестве рабочего тела используется молекулярный азот, который, как известно, является дешевым, негорючим и безопасным в эксплуатации газом. Жидкий азот получают из атмосферного воздуха на специальных воздухоразделительных установках с использованием электроэнергии (в среднем на производство 1 л LN2 требуется 0,4-1 кВт ч). По окончанию рабочего цикла в СУ газообразный азот возвращается в атмосферу, не нарушая равновесия окружающей среды.
Экспериментальная криогенная силовая установка [6], состоящая из криогенного бака-газификатора, воздушного теплообменника и пневмодвигателя (Рис. 1) была изготовлена сотрудниками ФТИНТ НАН Украины.
Криогенный бак-газификатор представляет собой металлический криостат, рассчитанный на рабочее давление паров азота до 12 атм, объединенный с предварительным кольцевым теплообменником [7]. Параметры газификатора следующие:
Данный газификатор снабжен устройствами, позволяющими повышать давление паров азота над поверхностью жидкого азота до 12 атм за счет регулируемого теплообмена с окружающим воздухом и подавать парожидкостную смесь со скоростью до 20 грамм жидкого азота в секунду в основной теплообменник криоавтомобиля.
Поскольку на выходе из газификатора температура газообразного азота составляет 100 С, то перед подачей его в пневмодвигатель необходим подогрев до температуры окружающей среды. В этих целях используется наружный теплообменник, изготавливаемый из материалов с высокой теплопроводностью (медь, алюминий). При этом конструкция и размеры теплообменника должны исключать обмерзание и вписываться в общую компоновку криоавтомобиля [8,9].
На следующем этапе подогретый газообразный азот высокого давления подается в поршневой пневмодвигатель. Пневмодвигатель для демонстрационной модели криоавтомобиля был изготовлен путем реконструкции фреонового компрессора ФАК 1,1 и обладает следующими рабочими характеристиками [10]:
Для пуска разработанного пневмодвигателя необходимо, чтобы поршень одного из цилиндров находился в верхней мёртвой точке, что обеспечивает открытие впускного клапана и заполнение впускной полости газом высокого давления. Из газификатора газообразный и нагретый до положительных температур в воздушном теплообменнике азот поступает во впускную полость двигателя. Необходимое давление азота контролируется манометрами. Остановка пневмодвигателя осуществляется закрытием вентиля подачи жидкого азота из криогенного бака (сосуда Дьюара).
Аналогичный пуск и работа пневмодвигателя может осуществляться и от баллона со сжатым газом высокого давления с установленным на нём редуктором, поддерживающим постоянное рабочее давление.
Изменение режима работы пневмодвигателя, увеличение или уменьшение его мощности может выполняться путём изменения давления газа, при работе с баллоном с помощью редуктора, при работе с жидким азотом путём дросселирования жидкого азота вентилем впуска его в газификатор.
Испытания пневмодвигателя на специально разработанном во ФТИНТе стенде по схеме пневмодвигатель-электрогенератор показали, что он имеет мощность 0,6 0,8 кВт при давлении газа 12 атм, расходе газа на уровне 8 литров в секунду и частоте вращения около 900 об/мин [10]. Отметим, что основные эксплуатационные характеристики данного пневмодвигателя, полученные в результате экспериментов, полностью соответствуют результатам теоретических расчетов, выполненных на основе математической модели рабочего цикла поршневого пневмодвигателя, представленной в работе [11].
2. Внешний вид, устройство шасси и кузова модели криоавтомобиля
Для изготовления экспериментальной модели криогенного автомобиля в ХНАДУ были выбраны следующие конструкционные характеристики:
Компьютерный дизайн шасси и кузова автомобиля был выполнен в программной оболочке SolidWorks (рис. 2).
Рама рассчитывалась на прочность с использованием программного пакета Cosmos/Motion. Расчет нагрузочных режимов ходовой части проведен в среде MathCAD. Рама изготовлена из труб круглых сечений c наружным диаметром 28…48 мм. Корпус изготовлен из высокопрочных и легких авиационных углепластиков, способных обеспечить малый вес кузова при достаточной прочности.
3. Проведение испытаний криогенного автомобиля на сжатом газе
С целью экономии средств на первичные испытания КА, они были проведены на сжатом газе. В качестве аккумулятора рабочего газа высокого давления использовался стандартный баллон со сжатым азотом. Схема питающей части СУ для испытания КА на сжатом газе изображена на рис. 3.
Методика испытаний КА на сжатом газе состояла из следующих этапов.
В ходе экспериментальных исследований в декабре 2003 г. были выполнены четыре серии экспериментальных пусков КА. В результате этих экспериментов были установлено:
4. Испытания криогенного автомобиля на жидком азоте
Целью первичных испытаний в октябре 2004 г. модели криогенного автомобиля, собранного в ХНАДУ, являлась демонстрация принципиальной возможности создания экологически чистого транспортного средства с криогенной силовой установкой на жидком азоте, использующей тепловую энергию окружающей среды для получения рабочего газа высокого давления. Последовательность испытаний состояла в обеспечении режимов пуска, движения и остановки криогенного автомобиля.
Для пуска и движения криогенного автомобиля необходимо:
Для остановки криогенного автомобиля требуется:
Длительность полной заправки криогенного бака-газификатора массой 50 кг жидким азотом массой 22 кг (27 л) из резервуара длительного хранения (рис. 4) составила 12 мин.
Максимальное давление газообразного азота на выходе из газификатора достигало 12 атм в течение 1-2 мин подогрева первичного теплообменника газификатора окружающим воздухом, имеющим температуру +10 С (рис. 5).
Во время испытаний криогенная силовая установка приводила в движение автомобиль общей массой 300 кг при рабочем давлении на входе пневмодвигателя, равном 10 атм (рис. 6). Пневмодвигатель начинал устойчиво работать при давлении большем 8 атм, максимальное давление в магистрали достигало 12 атм.
Полной заправки криобака хватило на 14 мин передвижения автомобиля по кольцевой траектории и 6 мин работы пневмодвигателя на холостом ходу (включая предпусковую подготовку газификатора).
Испытания выявили необходимость дальнейшего совершенствования разработанной конструкции криоавтомобиля:
В ходе дальнейших работ авторами были выполнены указанные доработки конструкции модели криогенного автомобиля. В частности, были установлены два дополнительных компактных теплообменника и ресивер емкостью 18 л на входе в пневмодвигатель (см. рис. 8). В следующей серии испытаний криогенного автомобиля, проведенных в апреле 2005 года, удалось получить существенное улучшение его динамических и эксплуатационных характеристик, а также дополнительную информацию, необходимую для оптимизации силовой установки.
На следующем этапе актуальной представляется разработка высокоэффективного пневматического двигателя мощностью 10-20 кВт для модели городского двухместного экологически чистого криогенного или пневматического автомобиля, который мог бы передвигаться со скоростью до 60 км/ч и дальностью пробега до 100 км на одной заправке 100-150 л жидкого азота. Данная задача составляет предмет наших дальнейших исследований.
В разработке и проведении испытаний первой на Украине экспериментальной модели криогенного автомобиля принимал участие коллектив сотрудников из ХНАДУ и ФТИНТ НАН Украины (см. рис. 10).
Заключение
Успешно проведенные демонстрационные испытания модели первого на Украине криогенного автомобиля показали принципиальную правильность конструкторских решений разработчиков КА. На их основе можно переходить к разработке более мощного и скоростного криоавтомобиля для конкретного потребителя.
Учитывая возможность увеличения мощности пневмодвигателя, разрабатываемый авторами экологически чистый криогенный автомобиль, не требующий ни бензина, ни природного газа для своего движения и предназначенный для использования в городах с высокой плотностью населения, курортных зонах, аэропортах и закрытых помещениях, может быть конкурентоспособным по отношению к автомобилям на основе двигателей внутреннего сгорания, электромобилям, использующими дорогие и тяжелые электрохимические аккумуляторы, и водородным автомобилям (учитывая безопасность в эксплуатации и ожидаемую низкую себестоимость производства криоавтомобиля с пневмодвигателем).
Авторы проекта приглашают к сотрудничеству все заинтересованные научные и промышленные организации для разработки совместной перспективной модели криогенного автомобиля с улучшенными технико-эксплуатационными показателями.
«Мы сможем получить колоссальное количество энергии»
Криогенная обработка поршня на заводе в Китае
Lei Yong/Costfoto/picture alliance
— В представлении обывателя криогеника — это «что-то связанное с холодом», чем занимается эта наука?
— Криогеника в прикладном значении — это возможность работать в условиях крайне низких температур. Криогенными считаются температуры в диапазоне от 120 К (-153 °C) до температуры 0,7 K (-272 °C). Несмотря на то что эти технологии не новы, появились они сравнительно недавно. Человечество научилось добывать огонь и высокие температуры примерно 20 тысяч лет назад, а вот холод получать не удавалось. Первые примитивные системы охлаждения появились в древнем Египте, у шумеров, но это случилось гораздо позже. Само же понятие криогенной техники появилось только в конце XIX — начале XX века.
— Что стало началом этого направления? Какие возможности оно открывает?
— Благодаря применению криогенных температур люди научились сжижать газы — то есть переводить газ в жидкое состояние. Долгое время считалось, что такие вещества, как азот, кислород, могут находиться только в газообразном состоянии. Лишь в XIX веке Майкл Фарадей впервые смог осуществить сжижение большинства известных тогда газов, кроме кислорода, водорода, азота, которые научились сжижать гораздо позже.
— А как криогенные технологии используются в космосе?
— Почему ставка делается именно на сжижение газов?
— Как я отмечал ранее, спектр их применения обширен, ракетостроение лишь одна из областей применения. Получение и сжижение промышленных газов, в частности сжиженного природного газа (СПГ), и применение сжиженных газов в различных технологиях вызывают все более пристальный экономический интерес в мире. В странах, где углеводородных топлив не так много, а потребность в них большая, уже сейчас активно применяется СПГ. Это характерно в первую очередь для Юго-Восточной Азии: Японии, Южной Кореи, Китая.
И интерес этот будет только расти, по двум причинам. Первая — к использованию сжиженных газов подталкивает весь ход развития нынешних технологий. Вторая лежит в плоскости экологии — во всем мире все острее встает вопрос эффективной энергетики, экономии природных ресурсов и сохранения экологии. Это вынуждает нас искать новые технологии преобразования энергии, использовать новые виды топлива, иными словами, создавать эффективные экологически чистые энергосистемы. Это непростая задача, но использование СПГ способно в большой степени ее решить. Ключевые инструменты для получения энергии на нашей планете — это ТЭЦ, ГЭС и АЭС. Причем львиную долю, почти 90%(!) всей энергии на земле обеспечивают ТЭЦ. Они могут работать на газе, мазуте, жидком топливе, угле. Учитывая, что теплоэлектростанции это основа большой энергетики, очевидно, что за счет повышения их энергоэффективности мы достигнем несравнимо лучших результатов, чем дают наши пока еще первые попытки полностью перейти на возобновляемые источники энергии.
— Альтернативные источники энергии экологичнее?
— Все не так однозначно. Возьмем, к примеру, фотоэлектрические преобразователи энергии — солнечные батареи. Их же нужно будет со временем утилизировать, нельзя просто взять и в «мусорку» их выкинуть. Для утилизации должна быть выстроена целая инфраструктура, а на это необходимо затратить ресурсы той самой природы, которую мы «бережем». На данном уровне развития технологий человечество не готово переключиться на возобновляемые источники энергии.
Другой пример «экологического» подхода — попытки перейти на электродвигатель. Как локальное решение этот вариант вполне пригоден, пример — Пекин, где массово переходят на электродвигатели. Китайцы вынуждены это сделать, потому что город очень загазован. Однако повторю — это локальное решение. Потому что где-то эта электроэнергия была выработана, а как она вырабатывается? С помощью стандартных энергетических методов, то есть тех самых ТЭЦ. Поэтому в первую очередь нужно совершенствовать существующие энергетические системы. Тем более что природный газ в России распространен, добывать его несложно, и, если наши энергетические системы будут активно переходить на СПГ, мы еще сможем получать дополнительную энергию из самого криопродукта.
— За счет чего вы получите энергию?
— Каким образом это можно сделать?
— Один из возможных способов — встраивание вспомогательного технологического цикла. Прежде чем СПГ попадет в газопоршневую установку, он совершит замкнутый цикл в паросиловой машине, где за счет тепла окружающей среды или другого внешнего источника тепла он превратится в газ и произведет дополнительную работу. Такая встроенная установка не требует сверхусилий и суперзатрат, при этом мы получаем энергию, которая обычно теряется. Конечно, всю энергию, затраченную на сжижение, согласно законам термодинамики вернуть невозможно, можно рассчитывать процентов на 10%. Тем не менее мы сможем получить колоссальное количество энергии, потому что наша разработка может быть применима везде, где используются криогенные продукты, а это очень обширная сфера. Учитывая масштабность применения, выгода, которую обеспечат наши разработки, может быть внушительной.
— То есть лаборатория по криотехнологиям будет заниматься разработкой вспомогательных циклов энергосбережения для ТЭЦ?
— Это только одна из частных задач, которая входит в гораздо более широкое поле исследований. Область наших исследований включает любые установки, где есть криогенное вещество и процесс, где оно регазифицируется и при этом за счет внешнего тепла и низкопотенциального тепла (холода) криопродукта можно получить энергию. Мы сможем разрабатывать энергоэффективные схемы для железнодорожной, аэрокосмической, автомобильной техники и не только.
— Автомобили на газу — повседневность, а самолеты, летающие на жидком водороде или СПГ, уже существуют?
— Нет, но уникальные экспериментальные образцы были созданы и даже прошли летные испытания. В 1980-х годах предприятие «Кузнецов» совместно с КБ Туполева приступили к исследованию возможности использования жидкого водорода и СПГ в качестве альтернативного топлива для авиационных двигателей. В КБ Туполева был создан первый в мире экспериментальный самолет Ту-155, с инновационным (и, кстати, по сей день единственным в мире) двигателем НК-88, работающим на жидком водороде. В основной состав инженеров-разработчиков входили выпускники Самарского университета (в то время КуАИ). Сейчас НК-88, изготовленный в единственном экземпляре, хранится в Центре истории авиационных двигателей Самарского университета.
В апреле 1988 года состоялся первый полет Ту-155, а в следующем году также успешно отлетал Ту-156 с инновационным двигателем НК-89, работающим на СПГ. Всего на криогенном топливе было выполнено около 100 полетов, в том числе 5 на жидком водороде, также Ту-155 совершил полет на конференцию по проблемам использования криогенного топлива в авиации. Это, конечно, был огромный успех, но возникла сложность — новое топливо требовало слишком больших емкостей для размещения, из-за чего полезное пространство существенно сокращалось и использование становилось нецелесообразным.
Вероятно, инженерные задачи удалось бы решить, но, к сожалению, наступили сложные для нашей страны 1990-е годы: СССР прекратил свое существование, предприятия переживали кризис и программа по криогенным топливам была закрыта. Однако потенциал нового топлива очень велик: к примеру, водород существенно превосходят авиационный керосин по теплотворной способности, при этом он абсолютно экологичен.
Наши исследования, возможно, дадут новый толчок разработкам, находящимся в мировом тренде современного авиастроения. Зарубежные компании, которые занимаются производством летательных аппаратов, самолетов, в том числе пассажирских, вплотную разрабатывают вопросы использования СПГ. Примерно та же ситуация с использованием СПГ и в железнодорожной технике. Еще 15 лет назад мы участвовали в создании силовой установки для газотурбовоза совместно с предприятием «Кузнецов». Она работала на метане — и вполне успешно, как показали испытания. Основными достоинствами газотурбовоза были повышение мощности и экологичность, но по тем же причинам исследования были свернуты. Возрождаются они только сейчас.
— Куда будет двигаться дальше криогеника в университете?
— В рамках нашей кафедры теплотехники и тепловых двигателей направление, связанное с криотехнологиями, вопросами повышения эффективности систем охлаждения, в том числе и бортовых, сформировалось давно. У нас существует целая школа под руководством Владимира Бирюка по вихревому эффекту — вихревые технологии обязательно найдут свое применение в криогенике.
Отдельно хочу отметить большое и многообещающее направление по газовым криогенным машинам Стирлига. Криогенные машины Стирлинга позволяют получить холод до 20 К, то есть температуры жидкого водорода. Применение этих экологически чистых и высокоэффективных машин — наиболее перспективный тренд развития криогенной техники в XXI веке, решающий проблему экономии топливных ресурсов и снижения загрязнения окружающей среды. Однако чтобы спроектировать такую машину, необходимо создать ее адекватную математическую модель и соответствующий метод расчета. Эти расчеты весьма сложны.
Создание подобных машин — очень наукоемкое направление, которое промышленным предприятиям трудно осилить без тесной связи с университетской наукой. Еще одно трендовое направление исследований нашей лаборатории — создание инновационных систем охлаждения на принципах термокаустики.
— Что такое термоакустика и зачем нужны такие системы?
— Это новое, возникшее совсем недавно направление в термодинамике. Основная идея в том, чтобы использовать акустическую энергию для преобразования ее в работу.
Например, когда работает акустический динамик, он вырабатывает акустическую энергию, которая рассеивается в пространстве. Однако если соединить этот динамик с акустическим резонатором и установить в нем соответствующий преобразователь, то можно получить или механическую энергию и далее электрическую, или получить низкопотенциальное тепло, то есть холод.
Это перспективное направление интересно для разных технологий: получения энергии, системы охлаждения, шумоглушения с утилизацией акустической энергии, процессов горения и др.
— Что вы имеете в виду под «умеренным холодом»?
— Умеренный холод включает в себя бытовые и промышленные системы охлаждения, системы кондиционирования. Целый пласт связан с пищевой промышленностью, где задачи охлаждения, хранения продуктов являются приоритетными. Поэтому исследования нашей лаборатории будут полезны не только на уровне энергетики, авиации, космонавтики и промышленности, но и в обыденной жизни для каждого из нас. Более того, в Поволжье есть потребность в специалистах в области холодильной техники, поэтому будет востребовано и образовательное направление — подготовка кадров по криогенной и холодильной технике, — которое, думаю, со временем у нас тоже появится. Вопросы этой области актуальны на любом производстве, и уж тем более в аэрокосмической отрасли.
Следует особо отметить тот факт, что в мировом рейтинге специальностей специальности, касающиеся холодильной и криогенной техники, по востребованности находятся на пятом месте.
— Сейчас ведутся какие-то конкретные работы в лаборатории?
— Лаборатория еще в процессе создания, требуется ее оснащение необходимым оборудованием, но на базе нашей кафедры уже начат проект, который мы будем в дальнейшем «доводить» в лабораторных условиях. Мы разрабатываем криогенный двигатель. Он будет работать на жидком азоте (или на жидком воздухе). Мы уже создали его прототип, и установка прошла первые испытания. Принцип действия следующий: в поршневой двигатель подается жидкий азот. Он вскипает, совершая фазовый и температурный переход из 77 К в 300 К, как следствие, давление возрастает, происходят процессы расширения, благодаря чему начинает работать двигатель. Такой двигатель не производит выбросов вредных веществ в атмосферу, он экологически чистый. При этом по затратам на «топливо» двигатель на азоте хоть и уступает бензиновым, но показывает себя не хуже других экологичных устройств.
Сейчас на этой действующей установке мы отрабатываем саму технологию, методы расчетов и поведение вещества (азота), а когда прототип будет готов, предложим его для реализации.
Современные и перспективные технологии требуют совершенствования и повышения эффективности использования энергии холода. Наши исследования закладывают фундамент для развития в нашем регионе новейших энергоэффективных, экологичных, низкотемпературных систем и устройств, позволяющих применять их не только в энергетике и аэрокосмической области, но и в повседневной жизни, а также в заботе об окружающей среде.
СОДЕРЖАНИЕ
Описание
В двигателе Дирмана азот нагревается путем объединения его с теплообменной жидкостью внутри цилиндра двигателя.
В 2008 году Патентное ведомство США выдало патент на газотурбинный двигатель, работающий на жидком азоте. Турбина мгновенно расширяет жидкий азот, который распыляется в секцию высокого давления турбины, и расширяющийся газ объединяется с поступающим сжатым воздухом для создания высокоскоростного потока газа, который выбрасывается из задней части турбины. Полученный газовый поток можно использовать для привода генераторов или других устройств. Система не была продемонстрирована для питания электрических генераторов мощностью более 1 кВт, однако более высокая мощность возможна.
Цикл Карно
Танки
Резервуар для хранения может быть выполнен из:
Волокнистые материалы значительно легче металлов, но, как правило, дороже. Металлические резервуары могут выдерживать большое количество циклов давления, но их необходимо периодически проверять на наличие коррозии. Жидкий азот, LN2, обычно транспортируется в изотермических цистернах объемом до 50 литров при атмосферном давлении. Эти резервуары, не находящиеся под давлением, не подлежат проверке. В очень больших резервуарах для LN2 иногда создается давление ниже 25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы облегчить перекачку жидкости в точке использования.
Автомобили с жидким азотом
В июне 2016 года в Лондоне, Великобритания, начнутся испытания парка транспортных средств для доставки еды в супермаркете J. Sainsbury: с использованием азотного двигателя Dearman для обеспечения мощности для охлаждения пищевых грузов, когда транспортное средство неподвижно и главный двигатель выключен. В настоящее время грузовые автомобили в основном имеют вторые дизельные двигатели меньшего размера для охлаждения двигателя при выключенном основном двигателе.
Выход выбросов
Как и другие технологии хранения энергии, не связанные с сжиганием, транспортное средство с жидким азотом перемещает источник выбросов из выхлопной трубы транспортного средства в центральную электростанцию. При наличии источников, свободных от выбросов, чистое производство загрязняющих веществ может быть сокращено. Меры по контролю выбросов на центральной электростанции могут быть более эффективными и менее дорогостоящими, чем обработка выбросов широко разбросанных транспортных средств.
Преимущества
Недостатки
Жидкий азот недоступен на общественных заправочных станциях; однако у большинства поставщиков сварочного газа имеются системы распределения, а жидкий азот является побочным продуктом производства жидкого кислорода.
Критика
Себестоимость продукции
Плотность энергии жидкого азота
Чтобы двигатель изотермического расширения имел диапазон, сопоставимый с двигателем внутреннего сгорания, требуется изолированное бортовое хранилище объемом 350 литров (92 галлона США). Практичный объем, но заметное увеличение по сравнению с типичным бензобаком объемом 50 литров (13 галлонов США). Добавление более сложных энергетических циклов снизит это требование и поможет обеспечить работу без замерзания. Однако коммерчески практических примеров использования жидкого азота для приведения в движение транспортного средства не существует.
Образование инея
В отличие от двигателей внутреннего сгорания, использование криогенного рабочего тела требует теплообменников для нагрева и охлаждения рабочего тела. Во влажной среде образование инея препятствует тепловому потоку и, таким образом, представляет собой техническую проблему. Чтобы предотвратить образование инея, можно использовать несколько рабочих жидкостей. Это добавляет циклы доливки, чтобы теплообменник не опускался ниже точки замерзания. Для обеспечения работы без замерзания потребуются дополнительные теплообменники, вес, сложность, потеря эффективности и расходы.
Безопасность
Криогенные жидкости опасны при проливании. Жидкий азот может вызвать обморожение и сделать некоторые материалы чрезвычайно хрупкими.
Поскольку жидкий N2 холоднее 90,2К, кислород из атмосферы может конденсироваться. Жидкий кислород может самопроизвольно и бурно реагировать с органическими химическими веществами, включая нефтепродукты, такие как асфальт.
Поскольку коэффициент расширения жидкости и газа этого вещества составляет 1: 694, огромное количество силы может быть создано, если жидкий азот быстро испаряется. Во время инцидента в Техасском университете A&M в 2006 году устройства для сброса давления в резервуаре с жидким азотом были закрыты латунными заглушками. В результате танк катастрофически вышел из строя и взорвался.