Сжатый воздух, как и любой газ, обладает упругостью. Воздух можно сжимать в большее число раз, чем растягивать пружину или резину. Плотность энергии сжатого воздуха почти вдвое выше, чем у лучшей резины.
Но нужен баллон, в котором этот воздух находился бы. Баллон должен быть очень прочным. Прочные вещи всегда тяжелые - сам баллон намного тяжелее, чем воздух внутри него. Правда и воздух, сжатый раз в 500 нелегок - по плотности он уже приближается к жидкости...
Сжатый воздух вращает пневмодвигатель.
Чтобы узнать, сколько энергии накоплено в сжатом воздухе, нужно умножить его давление на объем.
Во французском городе Нанте ходил трамвай, работавший от баллонов со сжатым воздухом. 10 баллонов воздуха, сжатого до 3 атмосфер, при общем объеме 2800 литров, трамваю хватало чтобы проходить до 12 км.
Как мне представлялось, модель автомобиля-воздуховоза сделать несложно. По моим расчетам, для этого нужен был углекислотный огнетушитель, например автомобильный (который выбрасывает струю газа, а не пены), и тяговый пневмодвигатель, скажем, от воздушной дрели или гайковерта.
Но первое же испытание воздуховоза разочаровало меня. Я направил сжатый углекислый газ из огнетушителя в пневмодвигатель, а тот, чуть-чуть поработав... покрылся инеем и остановился.
Любой сжатый газ при резком расширении сильно охлаждается. Когда я крутанул вентиль баллона сразу до отказа, и газ под большим давлением вырвался из отверстия, расширение оказалось столь интенсивным, что воздух стал превращаться в снег. Давление воздуха при охлаждении падает.
Газы при сжатии нагреваются. Если бы горячий воздух сразу был пущен в работу, тогда бы он охладился лишь до своей начальной температуры.
Хорошо бы не давать воздуху расширяться так сильно. Допустим, с 50 атмосфер довести давление этак до 20 и на этом остановиться. Не трудно это сделать, если взять баллон и начать перемещать внутри него поршень. И охлаждение было бы значительно меньше, и воздух можно было бы не выпускать в атмосферу, оставляя его все в том же герметичном баллоне, просто увеличивая его объем. Это позволило бы использовать не только воздух, но и более подходящий для сжатия газ (поинертнее) - азот или гелий. К тому же воздух под давлением окисляет смазку, которая присутствует везде и всюду, а азот и гелий - нет.
Гидрогазовый аккумулятор.
Воздушный аккумулятор чем-то напоминает резиновый - и тут и там упругое тело непосредственно совершает работу.
Например резина и привязанный к ней шнурок разделяют обязанности - резина накапливает энергию, а шнурок совершает работу. Шнурок нерастяжим, и ему легче взаимодействовать с рабочим органом (осью колеса например). Будь тут одна резина, было бы много потерь энергии из-за трения.
Заливаем в баллон со сжатым газом машинное масло и разделяем их поршнем. Сжатый газ давит на поршень, тот на масло, а оно уже поступает под давлением в гидромашину, которая очень похожа на пневмодвигатель (или на паровую машину) - те же цилиндры, поршни, золотники. Только вместо газа или пара гидромашину приводит в действие масло. Масло не сжимается, поэтому потери энергии в такой машине во много раз меньше, чем в воздушном пневмодвигателе.
Несжимаемое масло здесь играет роль нерастяжимого шнурка.
Проходя через гидромашину, масло свободно стекает в бак - тяжелый, громоздкий, тем большего размера, чем больше масла.
Один только бак чего стоит!... А нельзя ли обойтись совсем без него?
Половину баллона сначала занимает сжатый газ, вторую половину - масло. Попробуем сузить баллон посередине, между жидкостью и газом, поставив там запорный клапан.
Изменим таким же образом и другие баллоны аккумулятора.
Теперь: пусть масло находится в нижней половине первого баллона, сжатый газ - в верхней. В остальных баллонах оставим сжатый газ только в верхних половинах - нижние оставим пустыми, а запорные клапаны перекроем.
Причем последний баллон выполним только из нижней половинки.
Итак, весь газ сжат, энергия в нем накоплена - все готово к совершению работы. Сможет ли аккумулятор работать без бака?
Гидрогазовый аккумулятор без бака.
Открываем запорный клапан первого баллона и выпускаем масло под давлением в гидромашину. Но после гидромашины направляем масло уже не в бак (его ведь нет), а в пустую - нижнюю - половину следующего баллона. Когда он заполнится, открываем запорный клапан этого баллона, и масло, отработав в гидромашине, поступает в третий баллон. И так далее, при любом количестве баллонов, при любой емкости аккумулятора. В конце работы остается только заполненная маслом нижняя половинка последнего баллона.
Зарядка аккумулятора должна происходить в обратной последовательности - крутим гидромашину, и масло своим давлением поочередно сжимает газ в баллонах, переходя из одного в другой, при этом предыдущий баллон используется в качестве бака.
Однако при сильном сжатии многие газы сжижаются, и дальнейшее сжатие уже не дает желаемого эффекта. Повышать давление более 50 атмосфер невыгодно.
