CN101400533A - 能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

一种动力系统，其包括构造成能储存加压燃料的装置。具有空气马达输出部件的空气马达与储存装置成流体连通，并且构造成能将燃料中的机械能传送到空气马达输出部件。化学能转换系统与空气马达流体连通以从其接收燃料。化学能转换系统构造成能将燃料中的化学能转换成其它形式的能量，比如机械能或电能。本发明的动力系统至少回收部分在加压燃料进储存装置中消耗的能量。

Description

能量回收系统
技术领域
本发明大致涉及动力系统，其包括有用于储存压缩流体燃料的储存装置、能从压缩流体燃料中回收机械势能的空气马达(air motor)以及将燃料中的化学能转换成另一种形式能量的装置。
发明背景
典型的量产机动车辆都包括往复式的内燃机，它将储存在液体燃料中的化学能转化成旋转的机械能用于驱动汽车的车轮以及其它底盘牵引装置。在机动车辆中气态燃料的使用越来越多地得到青睐。诸如压缩氢气和天然气之类的气态燃料在同样的温度和压力下与液态燃料相比能量密度低。因此，气态燃料通常被压缩储存在汽车上，以提高其能量密度，并在两次补给燃料间可以有足够的续航里程。压缩气态燃料储存在汽车上需要耗费很多能量，这增加了气态燃料的成本，也降低了气态燃料分配系统的能效。
发明概要
所公开的动力系统包括构造成可储存加压燃料的装置，燃料中含有机械势能和化学能。带有空气马达输出部件的空气马达与储存装置流体连通，并构造成可将燃料中的机械势能传输到其输出部件。化学能转换系统与空气马达成流体连通以接收由那里传来的燃料。化学能转换系统构造成可将燃料中的化学能转换成另一种形式能量，比如机械能或电能。
该发明中的动力系统与之前的形式相比提高了效率，因为空气马达至少回收了将燃料压缩进储存装置所耗费的能量中的一部分。回收来的能量可以与化学能转化系统的输出功相结合，或者也可以用于驱动辅助装置。动力系统可以是静态的(stationary)动力系统，或者也可以是汽车动力总成的一部分。因此，还提供有汽车动力总成。
参考附图和下文对本发明最佳实施例的详细说明，本发明上述的以及其它的特点和优点是显而易见的。
附图简述
图1是根据本发明的动力总成的示意图。
图2是根据本发明的备选动力总成的示意图。
图3是根据本发明的另一备选动力总成的示意图。
图4是根据本发明的又一备选动力总成的示意图。
优选实施例的描述
参考图1，其显示了汽车动力总成10A或称动力系统。动力总成10A包括了储存装置，比如燃料箱14，该储存装置14构造成可储存压缩液态燃料18。燃料18优选的是一种压缩气体，例如甲烷或氢气。容器14中的燃料18的特征在于，它具有化学能，并且，因为它的压力要高于周围环境的大气压，也具有机械势能。
空气马达22包括空气马达输出部件，如轴26A。空气马达22通过导管30与容器14成流体连通，导管30限定了通道34，该通道34可以将燃料18从容器传输到空气马达。空气马达22构造成可将燃料18中的机械能传到轴26A。在本发明的上下文中，“空气马达”被定义成可通过例如旋转输出部件而将机械能(包括压缩的或着流动的流体中的机械势能)传输到固态物体的任何装置。在图中所示的装置中，机械能通过旋转输出部件而传递到或者被传递经过输出部件。
本领域技术人员应当认识到，在本发明的范围内可应用多种空气马达。比如，空气马达22可以是带有叶片的涡轮，该叶片与轴26A相连接，并随着加压燃料的流动而旋转。同样的，空气马达22也可以是往复式的，其中流体的压力可以引起(单级或多级中的)一个或者多个活塞的运动，相应地也会使曲轴运动。空气马达不会将流体中的化学能(或流动流体中的机械能)转换成其它形式的能量，它只是在流体和环境有压差的情况下转移能量。
燃料18通过在导管42中形成的通道46流出空气马达22。燃料18在导管42中的压力相比在导管30要低。化学能转换系统38A通过导管42与空气马达22成流体连通，以接收燃料18。化学能转换系统构造成可将燃料18中的化学能转换成其它形式的能量。本领域技术人员应当认识到，在本发明的范围内可应用多种化学能转换装置。例如，在图1中所描述实施例中，化学能转换系统38A包含发动机50，发动机50通过燃烧可以将储存在燃料18中的化学能转换成机械能。发动机50可以是内燃机或外燃机，也可以是燃气涡轮发动机或往复式发动机等等。
化学能转换系统38A包括化学能转换系统输出部件，如旋转轴54A。化学能转换系统38A构造成可将燃料18中的化学能转换成机械能以及将从化学能转换得到的机械能传到轴54A。在所描述实施例中，发动机50燃烧燃料将化学能转换成机械能。本领域技术人员应当认识到，机械能被传到旋转的发动机输出部件如曲轴58。发动机输出部件，例如曲轴，是在本发明的范围内的一种化学能转换系统输出部件。然而，在图1中，曲轴可操作地连接在多级变速器62上，而轴54A是变速器的输出轴。
本领域技术人员应当认识到，轴54A通过主传动系统(未显示)与车轮66机械连接来旋转车轮驱动汽车，车轮66接合地面70，即汽车行驶之处的表面。例如，在图1所示实施方案中，空气马达的轴26A与车轮66充分可操作地连接以传递机械能。具体而言，空气马达的轴26A与变速器62可操作地连接，变速器将来自于轴26A和曲轴58的机械能传到输出部件54A，比如差速齿轮或其它装置——根据本领域技术人员的理解。
参考图2，其中和图1中相似部件的编号是相似的，具体描述了备选动力总成10B。动力总成10B与图1中的动力总成10A相似，只是化学能转换系统38B包括了燃料电池74和电动机76，而空气马达22的输出部件是与发电机78的转子77相连接的轴26B，以有选择地驱动转子77。
燃料电池74通过导管42与空气马达22成流体连通以接收燃料18。本领域技术人员应当认识到，燃料电池74将燃料18中的化学能转换成电能。燃料电池74通过比如导线与电动机76电路相连通以传输电能。电动机76将燃料电池74中的电能转换成机械能，并将机械能传到电动机76的转子54B。化学能转换系统的输出部件是电动机76的转子54B，并且机械地联接在车轮66上以传输旋转的机械能。
空气马达轴26B的旋转带动了转子77的转动，接着转子77的转动使发电机将从轴26B传来的机械能转换成了电能，转换出的电能可能之后传到电动机76以驱动电动机转子54B，或者被传到电能储存装置82比如电池或者电容器，以供电动机76以后使用。
参考图3，其中和图1和图2中相似部件的编号是相似的，具体描述了另一备选动力总成10C。动力总成10C与图1中的动力总成10A相似，除了图1中空气马达22输出的机械能传到了变速器62’，而空气马达的输出轴26C可操作地连接在辅助装置86上以通过带传动90向辅助装置86输入机械能。本领域技术人员应当认识到，在本发明的范围内在输出轴26C和辅助装置之间可应用多种机械连接，比如耦联传动、齿轮传动和链条传动等。所示的辅助装置86包括给电池充电的发电机、转向泵、变速泵以及空调压缩机等。
参考图4，其中和图1、图2和图3中相似部件的编号是相似的，具体描述了另一备选动力总成10D。化学能转换系统38C会产生来自于发动机50的废热。导管94形成的通道98传输来自于发动机50的含废热流体102。导管94提供发动机50与热转换器106之间的流体连通。
热交换器与导管30’成导热连通，导管30’将容器14中的燃料18传送到空气马达22。具体而言，热转换器106将流体102中的热量传到在导管30中的燃料18，从而使燃料膨胀并进一步提高动力总成10D的效率。含废热的流体102可以包括发动机50的排放物、燃料电池的排放物以及来自用于发动机、燃料电池和电动机等的冷却系统的冷却液等。
尽管图1至4中的动力系统形成了车辆的动力总成，但是必须指出，在本发明的范围内也可以使用静态的动力系统。例如在本发明的范围内，构造成能存放加压燃料的储存装置可以包括来自于某装置或其它源的加压供给导管，而化学能转换系统可以包括连接到家庭或者办公室中以向其提供电能的燃料电池，发电单元带有构造成用压缩天然气驱动的发电机和发动机，等等。
本领域技术人员应当认识到，尽管对实施本发明的最佳模式进行了详细地描述，但是会有其它方案和设计落在所附权利要求的范围内，以用于实施本发明。

Claims (11)

1.一种动力系统，其包括：
构造成能储存加压燃料的储存装置，所述燃料的特点在于具有化学能和机械能；
空气马达，其具有空气马达输出部件，与所述储存装置成流体连通，并且构造成能将燃料的机械能传送到所述空气马达输出部件；以及
化学能转换系统，其与所述空气马达成流体连通，且构造成能将燃料中的化学能转换成其它形式的能量。
2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述化学能转换系统包括化学能转换系统输出部件；其中，所述化学能转换系统构造成能将燃料中的化学能转换成机械能，并且能将从化学能转换而来的机械能传送到所述化学能转换系统输出部件。
3.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括具有转子的发电机；其中，所述空气马达输出部件与所述转子可操作地连接。
4.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第一导管，所述第一导管限定第一通道，所述储存装置通过所述第一通道与所述空气马达成流体连通；所述动力系统还包括与所述第一导管成导热连通的热交换器。
5.根据权利要求4所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第二导管，所述第二导管限定第二通道，所述化学能转换系统通过所述第二通道与所述热交换器成流体连通。
6.一种车辆动力总成，其包括：
至少一个与地面接合的牵引装置；
储存装置，其构造成能储存加压燃料，所述燃料的特征在于具有化学能和机械能；
空气马达，其具有空气马达输出部件，与储存装置成流体连通，并且构造成能将燃料中的机械能传送到所述空气马达输出部件；以及
化学能转换系统，其具有有能量转换系统输出部件，与所述空气马达成流体连通以从其接收燃料，并构造成能将燃料中的化学能转换成机械能，并且能将从化学能转换而来的机械能传送到所述能量转换系统输出部件；
所述能量转换系统输出部件充分可操作地连接在所述至少一个与地面接合的牵引装置上以传递机械能于其上。
7.根据权利要求6所述的车辆动力总成，其特征在于，所述空气马达输出部件充分可操作地连接在所述至少一个与地面接合的牵引装置上以传递机械能于其上。
8.根据权利要求6所述的车辆动力总成，其特征在于，所述车辆动力总成还包括具有第一转子的发电机，所述第一转子可操作地与所述空气马达输出部件连接以被它驱动，所述发电机构造成能将来自所述空气马达输出部件的机械能转化成电能；所述动力总成还包括具有第二转子的电动机，所述第二转子与所述至少一个与地面接合的牵引装置可操作地连接。
9.根据权利要求8所述的车辆动力总成，其特征在于，所述发电机与所述电动机可操作地连接以向所述电动机传递电能。
10.根据权利要求8所述的车辆动力总成，其特征在于，所述车辆动力总成还包括电能储存装置，所述电能储存装置可操作地连接在所述发电机上以接收来自发电机的电能，并且可操作地连接在电动机上以向电动机输送电能。
11.根据权利要求6所述的车辆动力总成，其特征在于，所述车辆动力总成还包括第一导管，所述第一导管限定第一通道，所述储存装置通过所述第一通道与所述空气马达成流体连通，所述车辆动力总成还包括与所述第一导管成导热连通的热交换器。
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