CH708686A2

CH708686A2 - Pressure gas drive.

Info

Publication number: CH708686A2
Application number: CH01783/13A
Authority: CH
Inventors: Gerd Mattheiss
Original assignee: Gerd Mattheiss
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-15

Abstract

Der Druckgasantrieb für Kraftfahrzeuge und Kraftanlage besitzt eine Druckgasflasche (1), einen Druckgasmotor (3) und mindestens zwei Reduzierventile (6, 8, 10), wobei das gekühlte entspannte Gas nach jeder Ausdehnung durch die Reduzierventile mittels einzelner Wärmeaustauscher (4, 7, 9, 11) erwärmt wird. Alle Reduzierventile, die Wärmeaustauscher, die mit ihnen verbunden sind, und der Druckgasmotor (3) befinden sich im Inneren des Wärmespeichers (5). Die Erhitzung des Speichermittels (15) wird vom Wärmespeicher (5) mittels eines Aussenwärmeaustauschers, (z.B. bei einer Tankstelle) und mittels der Umgebungswärme verwirklicht.The compressed gas drive for motor vehicles and power plant has a compressed gas cylinder (1), a compressed gas motor (3) and at least two reducing valves (6, 8, 10), wherein the cooled expanded gas after each expansion through the reducing valves by means of individual heat exchangers (4, 7, 9 , 11) is heated. All reducing valves, the heat exchangers connected to them and the compressed gas motor (3) are located inside the heat accumulator (5). The heating of the storage means (15) is realized by the heat storage (5) by means of an external heat exchanger (e.g., at a gas station) and by means of ambient heat.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckgasantrieb für Kraftfahrzeuge unter Nutzung von komprimierten Druckgasen als Energiespeicher und einer aus der Umgebung des Druckgasantriebs gewonnenen Energiezufuhr. The invention relates to a compressed gas drive for motor vehicles using compressed compressed gases as an energy storage and an obtained from the environment of the compressed gas drive power supply.

[0002] Aus der WO 98/32 963 und der WO 98/15 440 sind die Vorrichtungen bekannt geworden, mit denen u.a. in einem Motor potentielle Druckenergie in mechanische Energie umgewandelt wird, wobei die potentielle Druckenergie aus einem Energiespeicher bezogen wird, der hochkomprimierte Luft enthält. Die aus dem Energiespeicher dem Motor zugeführte hochkomprimierte Luft wird nach diesen Verfahren durch Kompression von angesaugter Luft erwärmt, um den Arbeitsprozess bei der Entspannung der hochkomprimierten Luft im Arbeitszylinder auf ein höheres Energieniveau zu heben. From WO 98/32 963 and WO 98/15 440 the devices have become known with which u.a. in an engine, potential pressure energy is converted to mechanical energy, the potential pressure energy being obtained from an energy store containing highly compressed air. The highly compressed air supplied to the engine from the energy storage is heated by compression of sucked air according to these methods to raise the working process in relaxing the highly compressed air in the working cylinder to a higher energy level.

[0003] Aber diese Kompression verbraucht einen Teil der Energie vom Energiespeicher. But this compression consumes part of the energy from the energy storage.

[0004] Aus der DE 10 2004 008 093 B4 ist ein Verfahren bekannt, nach dem ein Druckgasmotor in Verbindung mit mindestens einer Wärmepumpenanlage betrieben wird, bei der in mindestens einem geschlossenen Kreislauf ein Arbeitsmedium zirkuliert, das in einem ersten Wärmeübertrager aus der Umgebung Wärme aufnimmt und anschliessend in einem angetriebenen Verdichter durch einen Wärmekompressionsprozess erwärmt wird und das danach und über einen zweiten Wärmeübertrager zur Übertragung der Wärme auf das Druckgas geführt und nach der Wärmeübertragung entspannt wird. Ein derartiges Verfahren verbraucht auch einen Teil der Energie vom Energiespeicher, um Umweltwärme zu benutzen. From DE 10 2004 008 093 B4 a method is known, according to which a compressed gas motor is operated in conjunction with at least one heat pump system in which circulates in at least one closed circuit, a working fluid, which receives heat in a first heat exchanger from the environment and is subsequently heated in a driven compressor by a heat compression process and which is thereafter and via a second heat exchanger for transferring the heat to the compressed gas and expanded after heat transfer. Such a method also consumes some of the energy from the energy storage to use environmental heat.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Druckgasantrieb für Kraftfahrzeuge, der wirksam Umgebungswärme benutzt und wenig Druckgas verbraucht, zu schaffen. The object of the present invention is therefore to provide a compressed gas drive for motor vehicles, which uses ambient heat and uses little compressed gas effectively.

[0006] Dafür wird eine mehrstufige Ausdehnung des Arbeitsgases verwendet, wobei nach jeder Ausdehnung des Gases geht es durch einen separaten Wärmeaustauscher durch. Jeder derartige Wärmeaustauscher wird vom Wärmespeicher erwärmt. Die Erwärmung des Speichermittels des Wärmespeichers wird bei der Betankung des Fahrzeugs daheim von der Wärme des Kompressors und des Elektroerhitzers und zwischen den Tankvorgängen von der Umweltwärme erzeugt. Die Gewinnung von Wärmeenergie aus der Umgebung ist hocheffektiv, sogar ohne Verwendung einer Wärmepumpenanlage, da sogar bei mehrstufiger Ausdehnung des Arbeitsgases seine Temperatur nach jeder Ausdehnung um einige zehn Grad niedriger wird als die Umgebungstemperatur. Für die Erhitzung des flüssigen Speichermittels des Wärmespeichers von der Umweltluft wird das Speichermittel von der Pumpe durch den Wärmeaustauscher mit Ventilator gepumpt. Die Karosserie des Kraftfahrzeuges hat eine grosse Oberfläche und gute Wärmeleitfähigkeit, deshalb ist ihre Verwendung als Wärmeaustauscher auch möglich. For a multi-stage expansion of the working gas is used, wherein after each expansion of the gas, it goes through a separate heat exchanger. Each such heat exchanger is heated by the heat storage. The heating of the storage means of the heat accumulator is generated at the refueling of the vehicle at home by the heat of the compressor and the electric heater and between the tank operations of the environmental heat. The extraction of thermal energy from the environment is highly effective, even without the use of a heat pump system, since even with multi-stage expansion of the working gas, its temperature after each expansion by some ten degrees lower than the ambient temperature. For the heating of the liquid storage means of the heat storage of the ambient air, the storage medium is pumped by the pump through the heat exchanger with fan. The bodywork of the motor vehicle has a large surface area and good thermal conductivity, therefore its use as a heat exchanger is also possible.

[0007] Verwendungsbeispiel für Kraftfahrzeug mit Druckluftflasche ist auf der Fig. 1 schematisch dargestellt. Example of use for motor vehicle with compressed air cylinder is shown schematically on Fig. 1.

[0008] Die Druckluftflasche 1 ist mit dem Tankventil 2, mit dem Kompressor 3 und mit dem Wärmeaustauscher 4 des Wärmespeichers 5 verbunden. Die komprimierte Druckluft aus der Druckluftflasche 1 wird zuerst durch den Wärmeaustauscher 4 geführt und erwärmt, dann vom Reduzierventil 6 expandiert und gekühlt, dann durch den Wärmeaustauscher 7 geführt und erwärmt, dann vom Reduzierventil 8 expandiert und gekühlt, dann durch den Wärmeaustauscher 9 geführt und erwärmt, vom Reduzierventil 10 expandiert und gekühlt und durch den Wärmeaustauscher 11 geführt und erwärmt. Dann wird die Druckluft in den Druckluftmotor 12 und weiter in den Schalldämpfer 13 zugeführt. Der Schalldämpfer 13 hat eine spezielle Konstruktion, die das Mischen der Auspuffluft mit der Aussenluft zur Erhöhung der Temperatur der Auspuffluft gewährleistet. Im Innern des Wärmespeichers 5 befindet sich der Elektroerhitzer 14. Als Speichermittel 15 des Wärmespeichers dient z.B. ein übliches Kühlmittel für Kraftfahrzeuge. Für die Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers befinden sich auch im Innern des Wärmespeichers die Reduzierventile 6, 8, 10, die Wärmeaustauscher 4, 7, 9, 11, 16 und der Druckluftmotor 12. Der Wärmespeicher 5 hat eine Wärmedämmung 17. Die Zirkulation des Kühlmittels des Wärmespeichers 5 wird mittels der Pumpe 18, die mit dem Wärmeaustauscher 19 der Heizanlage des Kraftfahrzeuges verbunden ist, gewährleistet. Um den notwendigen Wärmeaustausch zu gewährleisten, besitzt Wärmeaustauscher 19 einen Ventilator 20 und die Drehschieber 21, 22, 23. The compressed air cylinder 1 is connected to the tank valve 2, to the compressor 3 and to the heat exchanger 4 of the heat accumulator 5. The compressed compressed air from the compressed air cylinder 1 is first passed through the heat exchanger 4 and heated, then expanded by the reducing valve 6 and cooled, then passed through the heat exchanger 7 and heated, then expanded by the reducing valve 8 and cooled, then passed through the heat exchanger 9 and heated , expanded by the reducing valve 10 and cooled and passed through the heat exchanger 11 and heated. Then, the compressed air is supplied to the air motor 12 and further into the muffler 13. The muffler 13 has a special construction which ensures mixing of the exhaust air with the outside air to increase the temperature of the exhaust air. In the interior of the heat accumulator 5 is the electric heater 14. As a storage means 15 of the heat storage is used for. a common coolant for motor vehicles. For the increase of the heat capacity of the heat accumulator are also in the interior of the heat accumulator the reducing valves 6, 8, 10, the heat exchangers 4, 7, 9, 11, 16 and the compressed air motor 12. The heat accumulator 5 has a thermal insulation 17. The circulation of the coolant the heat accumulator 5 is ensured by means of the pump 18, which is connected to the heat exchanger 19 of the heating system of the motor vehicle. To ensure the necessary heat exchange, heat exchanger 19 has a fan 20 and the rotary valve 21, 22, 23rd

[0009] Der Druckluftantrieb funktioniert folgenderweise. The compressed air drive works as follows.

[0010] Während der Betankung an der Tankstelle wird die Druckluftflasche 1 durch das Tankventil 2 mit Pressluft gefüllt. Dabei wird der Wärmeaustauscher 16 an den leistungsfähigen Wärmespeicher mit der Pumpe der Tankstelle angeschlossen, das Speichermittel des Wärmespeicher der Tankstelle zirkuliert schnell durch den Wärmeaustauscher 16 und erhitzt schnell das Speichermittel 15. Bei der Betankung daheim wird der Kompressor 3 an das Stromnetz angeschlossen und füllt die Flaschen mit Luft. During refueling at the gas station, the compressed air cylinder 1 is filled by the tank valve 2 with compressed air. The heat exchanger 16 is connected to the powerful heat storage with the pump of the gas station, the storage means of the heat storage of the gas station circulates quickly through the heat exchanger 16 and quickly heats the storage means 15. When refueling at home, the compressor 3 is connected to the mains and fills the Bottles with air.

[0011] Die Elektropumpe 18 pumpt das Kühlmittel 15 durch den Wärmespeicher 5, Wärmeaustauscher 19 und Hohlräume des Kompressors 3. Dabei wird die Wärme vom Kompressor in den Wärmespeicher übertragen. The electric pump 18 pumps the coolant 15 through the heat accumulator 5, heat exchanger 19 and cavities of the compressor 3. The heat is transferred from the compressor into the heat accumulator.

[0012] Dabei sind alle Drehschieber 21, 22, 23 geschlossen, damit die Wärme nicht verloren geht. Falls nach der Betankung die Temperatur des Kühlmittels unter 90 °C ist, wird die Elektroheizung eingeschaltet, die die Temperatur des Kühlmittels zwischen 90 °C und 95 °C hält. In this case, all rotary valves 21, 22, 23 are closed, so that the heat is not lost. If, after refueling, the temperature of the coolant is below 90 ° C, the electric heater will be activated to maintain the temperature of the coolant between 90 ° C and 95 ° C.

[0013] Falls bei der Bewegung des Fahrzeugs die Temperatur des Kühlmittels 10 °C niedriger ist als die Umwelttemperatur, wird der Ventilator 20 eingeschaltet. Wenn man unter der Motorhaube und unter dem Dach des Fahrzeugs leichte Luftführungskanäle aus Metall montiert, deren aufgeheizte Luft in den Kühler eingeführt wird, erhöht sich beim Scheinen der Sonne auf das Fahrzeug die Menge der Wärme erheblich. If, during the movement of the vehicle, the temperature of the coolant is 10 ° C lower than the environmental temperature, the fan 20 is turned on. When mounting light air ducts made of metal under the bonnet and under the roof of the vehicle, with their heated air introduced into the radiator, the amount of heat increases significantly as the sun shines on the vehicle.

[0014] Bei der Arbeit des Druckluftmotors 12 geht die Pressluft von der Druckluftflasche 1 durch die Wärmeaustauscher 4, 7, 11 und die Reduzierventile 6, 8, 10 durch. Dabei wird die Pressluft abwechselnd bei der Expansion gekühlt, dann vom Wärmespeicher erhitzt, dann wieder gekühlt, usw. Die Wärme des Wärmespeichers 7 wird auch für die Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeuges benutzt. Dafür werden der Ventilator 20 und die Pumpe 18 angeschaltet. Die Drehschieber 21, 22, 23 werden so reguliert, dass die Umgebungsluft mittels des Wärmeaustauschers 21 erhitzt und in den Innenraum des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. In the work of the compressed air motor 12, the compressed air from the compressed air cylinder 1 passes through the heat exchangers 4, 7, 11 and the reducing valves 6, 8, 10 by. The compressed air is cooled alternately during expansion, then heated by the heat storage, then cooled again, etc. The heat of the heat accumulator 7 is also used for heating the interior of the motor vehicle. For this, the fan 20 and the pump 18 are turned on. The rotary valves 21, 22, 23 are regulated so that the ambient air is heated by means of the heat exchanger 21 and fed into the interior of the motor vehicle.

[0015] Für die Kühlung der Luft im Innenraum des Kraftfahrzeuges kann man die gekühlte Umgebungsluft vom Wärmeaustauscher 21 oder kalte Auspuffluft des Druckluftmotors verwenden. Auf diese Weise werden für die Erhitzung des Speichermittels vom Wärmespeicher 5 alle vorhandenen Wärmequellen benutzt. For the cooling of the air in the interior of the motor vehicle you can use the cooled ambient air from the heat exchanger 21 or cold exhaust air of the air motor. In this way, all available heat sources are used for heating the storage means from the heat storage 5.

[0016] Das ermöglicht (z.B. für Personalkraftwagen) während einer warmen Jahreszeit ohne zusätzliche Kosten 6–10 Stundenkilowatt Energie täglich zu gewinnen. Der Wärmespeicher 5 gewährleistet eine effektive Benutzung diese Energie und die Energie des während der Betankung erhitzten Speichermittels (ungefähr 10 Stundenkilowatt). This allows (e.g., for passenger cars) to gain 6-10 hours of kilowatts of energy daily during a warm season at no additional cost. The heat accumulator 5 ensures effective use of this energy and the energy of the storage means heated during refueling (approximately 10 kw).

[0017] Der oben beschriebene Druckgasantrieb gewährleistet eine effektive Benutzung der Umweltwärmeenergie, sparsame Klimatisierung und Heizung des Innenraumes des Kraftfahrzeuges und steigert die Reichweite des Kraftfahrzeuges nach einer Betankung im Sommer ungefähr um das Doppelte und im Winter um ungefähr das Anderthalbfache im Vergleich mit den existierenden Druckluftfahrzeuge. The pressurized gas drive described above ensures effective use of environmental heat energy, economical air conditioning and heating of the interior of the vehicle and increases the range of the motor vehicle after refueling in the summer about twice and in winter by about one and a half times compared with the existing compressed air vehicles ,

Claims

1. compressed gas drive for motor vehicles and power plant, the compressed gas used as energy storage means and environmental heat, characterized in that the pressure reduction of the compressed gas of at least two Reduzierventilen (6, 8, 10) is realized, wherein the cooled expanded gas after each expansion by means of individual heat exchangers ( 4, 7, 9, 11) is heated.

2. compressed gas drive according to claim 1, characterized in that the heating of the cooled expanded compressed gas from the heat storage (5) is realized.

3. compressed gas drive according to claims 1, 2, characterized in that all Reduzierventile, and the heat exchangers, which are connected to the inside, and compressed air motor (3) are located in the interior of the heat accumulator (5).

4. compressed gas drive according to claims 1, 2, characterized in that the heating of the storage means (15) from the heat accumulator (5) by means of an external heat exchanger (16), e.g. at a gas station, is realized.

5. compressed gas drive according to claims 1, 2, characterized in that the heating of the storage means (15) of the heat storage (5) is realized by means of ambient heat.

6. compressed gas drive according to claims 1, 2, characterized in that the heating of the storage means (15) from the heat accumulator (5) of the air, which is heated when passing through the cavities in the body of the motor vehicle, is realized.

7. compressed gas drive according to claims 1, 2, characterized in that the heat of the heat accumulator (5) is used for heating the interior of the motor vehicle.

8. compressed gas drive according to claim 1, characterized in that the outside air, which is heated by the heat exchanger (5), the cooled relaxed compressed gas, is used for the cooling of the air in the interior of the motor vehicle.

9. compressed gas drive according to claim 1, characterized in that for the air conditioning of the interior of the vehicle, the exhaust air of the compressed air motor (3) is used.

10. pressurized gas drive according to claim 1, characterized in that the muffler (13) has a special construction, which ensures the mixing of the exhaust air with the outside air to increase the temperature of the exhaust air.