CN101487402B - 一种空气能源动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力系统，尤其是一种以空气为能源的空气能源动力系统。该空气能源动力系统包括通过管路连接形成闭路循环的高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器，其中高压贮气罐与空气发动机的进气口相连，低压贮气罐与空气发动机的排气口相连，空气发动机的输出轴输出机械能，二级空气增压器的能源由高能蓄电池组提供；二级空气增压器为采用直流电机为动力的空气压缩机。本发明以空气为能源、，具有环境污染、结构简单、安全性能高、密闭循环的优点。

Description

一种空气能源动力系统

技术领域

本发明涉及一种动力系统，尤其是一种以空气为能源的空气能源动力系统。

背景技术

传统的火力、水力、风能发电各自存在缺点，如火力发电需要消耗大量一次能源——煤或石油；水力发电需要有水位的落差；风力发电受到自然环境和自然条件的制约，发电装置需要竖立在最有效的高空、开阔的地区、能聚集风力的山谷等地域，这些地域必定是人烟稀少的多山或沿海地域，远离需要电能的居民集中区、工业中心和城市，所以还存在着电力输送的问题。

此外，目前汽车大量增加带来了能源的大量消耗和环境污染，现有汽车大多以石油为能源，中国是一个石油资源相对短缺的国家，需要大量进口石油以满足国内需求，2008年我国对进口石油的依存度已经达到了50％左右，同时汽车尾气排放带来的环境污染更是日趋严重，汽车用油的国内资源不足和高成本以及日益严格的环境要求，严重制约着中国汽车产业的发展。

以空气为动力源的汽车，国内外也都在研究。如中国发明专利申请200610079292.8公开的一种“以压缩空气为动力的汽车动力系统”，其采用高压压缩空气为动力，在汽车上安装超高压气罐作为储能装置，高压气罐通过控制阀和油门踏板连接到高压变量气动马达组成汽车的驱动系统。高压气罐内存储的压缩空气气压在15Mpa以上，由于气压并不大，随着汽车行驶，压缩气体很快被消耗完，所以汽车的持续行驶时间和续驶里程都很短，根本无法进行商品化应用。

又如2008年3月8日上海《新民晚报》B版报导的法国汽车家族企业MDI公司，花了十年时间致力于空气动力汽车的研究，推出一款名为One CAT的轻型环保压缩空气汽车。该车用铝合金和玻璃纤维等轻质材料构成，可乘员2～3人，空车净重为350公斤。在该车的底盘上装有压缩空气气瓶，其中压缩空气的压力为300个大气压左右(空气的临界温度为-118.4℃，临界压强为50.14个大气压，所以储存的压缩空气应为液态空气)，灌满一个气瓶的压缩空气可行驶300公里，而且最高时速可达到112公里。不过One CAT在高速行驶时仍需要燃烧少量石油、天然气等传统燃料。One CAT在工作过程中压缩空气像燃油一样被消耗掉，需在补充压缩空气，One CAT可以在专用的“加气站”加气，“加气站”需配备特制的高压空气压缩机(高于300个大气压)，也可以用One CAT内置的高压空气压缩机自行加气，但通常备需要一个晚上的时间才可以全部加好。这项技术存在以下问题：(1)One CAT动力系统采用的是300个大气压的高压系统，安全上存在着隐患，若有个小孔或细缝的泄漏，将成为一把可切割金属的空气刀；(2)One CAT在工作过程中要消耗所储存的压缩空气，有消耗就必须有补充，实践中很难像建加油站一样来建专用的加气站，所以其商品化难度就会大大加剧；(3)One CAT在高速行驶时，仍需燃烧少量石油、天然气等传统燃料，所以实际上One CAT是混合动力车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以空气为能源、无环境污染、结构简单、安全性能高、密闭循环的空气能源动力系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

该空气能源动力系统，包括：通过管路连接形成闭路循环的高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器，其中高压贮气罐与空气发动机的进气口相连，低压贮气罐与空气发动机的排气口相连；所述低压贮气罐中的低压空气再进入到二级空气增压器的进气口，低压空气经过二级空气增压器增压后进入到高压贮气罐，完成所述闭路循环；所述空气发动机的输出轴输出机械能，二级空气增压器的能源由高能蓄电池组提供，所述高能蓄电池组通过充电机由220V市电或交流发电机提供电能。

所述二级空气增压器为采用直流电机为动力的空气压缩机。

所述空气发动机的输出轴与交流发电机相连。

所述空气发动机的输出轴通过传动机构与带后桥的车轮总成相连。

所述空气发动机为叶片式空气发动机或活塞式空气发动机。

所述的空气压缩机为双缸空气压缩机。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、利用空气良好的压缩性膨胀性，由高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器组成低压密闭循环系统，其循环空气压力不大于0.8Mpa，完全在1.6Mpa安全气压的范围内，安全性比较高，且不需要使用燃料和可燃气体，无燃烧和爆炸源，即使系统有微量泄漏，泄出来的也是普通空气，对人、畜和环境也是绝对安全的；

2、空气的物理特性之一是不要外力，就可以从高压状态向低压状态自行流动，从而完成作功，该动力系统是一个密闭循环系统，高压和低压贮气罐中所流动的空气不会流失或逃逸至系统外，根据能量守恒定律，封闭系统内的各种能量可以相互转换，但总的能量保持守恒，故该动力系统可设计成各种不同功率的独立系统，并安装在不同的车辆、拖拉机、船只等运输机械上作为动力源，还可以用于带动发电机，不消耗任何一次能源进行发电，适用于高原、海岛和目前电网难以达到的地区发电和供电；

3、该动力系统的能源是空气，无燃烧室，非内燃机，不需要点火装置、油箱，不燃烧汽油、柴油、酒精或煤气、天然气等一切燃料，空气是最廉价的能源，不需要购买，维持系统连续运转不需要高昂的能源费，只需要支付低廉的维护保养费；

4、该动力系统输入的是空气，排出的也是空气，空气只是作为介质而非消耗品，所以无废气排出，对环境没有任何污染；

5、该动力系统的机械结构比较简单、故障少、维修方便，生产成本较低，适合于大批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1的工作原理框图。

图2为实施例1中叶片式空气发动机的主视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图3的B-B剖视图。

图5为本发明实施例2的工作原理框图。

图6为实施例2中活塞式空气发动机的剖视图。

图7为图6的C-C剖视图。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，本实施例包括由高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器连接组成的空气闭路循环系统，高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器通过耐压3.0Mpa的软管依次连接形成闭路循环，其中高压贮气罐与空气发动机的进气口相连，低压贮气罐与空气发动机的排气口相连，空气发动机的输出轴输出机械能至交流发电机，二级空气增压器的能源由高能蓄电池组提供，高能蓄电池组通过充电机由交流发电机或220V市电提供电能。

高压贮气罐和低压贮气罐为空气贮气罐，二级空气增压器为采用直流电机为动力的空气压缩机(用直流电机替换现有空气压缩机中的交流电机)，空气发动机为叶片式空气发动机。

系统的工作过程如下：

高压贮气罐中的高压空气从叶片式空气发动机的进气口进入，推动叶片式空气发动机的转子旋转，输出机械能后，消耗了部份高压空气的能量，余下的次高压空气从叶片式空气发动机的排气口排出后进入低压贮气罐，低压贮气罐中的低压空气再进入到二级空气增压器的进气口，低压空气经过二级空气增压器增压后，空气的压力得到了提升，经二级增压器增压后的高压空气进入到高压贮气罐，完成了一次空气的闭路循环，该空气闭路循环系统周而复始地循环工作，不断地从空气中获得了能源。

叶片式空气发动机所输出的机械能带动交流发电机旋转，交流发电机发出220V交流电，交流发电机的最大输出功率为2000W×72％＝1440W(72％为交流发电机的工作效率)，可供各种交流用电器(如电灯、电视、电冰箱等)使用。二级空气增压器的原动力和持续工作的动力由直流电机提供，直流电机从高能蓄电池组获得电能，高能蓄电池组可以通过充电机由220V市电提供电能，也可以从被带动的交流发电机获得电能，充电机所获得的电能小于直流电机从高能蓄电池组所获得的电能。

高压贮气罐中的初始高压空气可以由给轮胎充气的普通空气压缩机来充入，也可以直接由二级空气增压器来充入，都只需几分钟时间即可充满。

以下具体介绍本实施例采用的叶片式空气发动机：

参见图2～图4，该发动机由定子1、转子3、四片叶片7等主要零件构成。定子1上开有排气孔6，且定子1的内表面上设有配气弧形槽，转子3上铣有四条长槽，四片叶片7分别位于四条长槽内，叶片7在长槽内上下滑动。定子1两端有后端盖4和前端盖10，前端盖10与定子1为一体结构，后端盖4上设有进气孔9，进气孔9与定子1相通。转子3与定子1偏心安装。转子3的两端用定位销2固定有两片转子定位板5，这样转子3的外表面、四片叶片7中每相邻的两叶片之间、定子1的内表面及后端盖4、前端盖10之间形成若干个密封工作容积。

高压空气由后端盖4的进气孔9输入后分为两路：一路经后端盖4、前端盖10上的凹槽及定子1内表面的配气弧形槽逐个地进入四片叶片7的底部，将四片叶片7逐个推出，叶片7在此气压推力和转子3转动时离心力的综合作用下，保证在运转过程中较紧密地抵在定子1的内表面上；另一路经后端盖4上的进气孔9进入相邻两片叶片7间的密封工作容积，高压空气作用在相邻两片叶片7上，使相邻两片叶片7上各产生相反方向的转矩，但由于旋转过程中在前的叶片7比在后的叶片7所伸出的长度长，所以作用的面积也大，在前叶片7上所产生的转矩也比在后叶片7上所产生的转矩大，因此转子3在两片相邻叶片7所产生的转矩差作用下按逆时针方向旋转，转子3上所装有的主轴8随着转子3的旋转而旋转，主轴8输出机械能作功，空气发动机作功后的气体由定子1上配气弧形槽和排气孔6排出。

随着主轴8的逆时针旋转，带动交流发电机的主轴顺时针旋转(空气发动机和交流发电机相对安装)，交流发电机发出220V交流电，供各种电器使用。

实施例2：

参见图5，本实施例包括由高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器连接组成的空气闭路循环系统，高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器通过耐压3.0Mpa的软管依次连接形成闭路循环，其中高压贮气罐与空气发动机的进气口相连，低压贮气罐与空气发动机的排气口相连，空气发动机的输出轴输出机械能至传动机构，再由传动机构带动带后桥的车轮总成，二级空气增压器的能源由高能蓄电池组提供，高能蓄电池组通过充电机由220V市电提供电能。

高压贮气罐和低压贮气罐为空气贮气罐，二级空气增压器为采用直流电机为动力的空气压缩机(用直流电机替换现有空气压缩机中的交流电机)，空气发动机为活塞式空气发动机。

系统的工作过程如下：

高压贮气罐中的高压空气从活塞式空气发动机的进气口进入活塞式空气发动机内，推动活塞式空气发动机的活塞作往复运动，推动活塞式空气发动机的曲轴旋转，输出机械能后，消耗了部份高压空气的能量，余下的次高压空气从活塞式空气发动机的排气口排出后进入低压贮气罐，低压贮气罐中的低压空气再进入到二级空气增压器的进气口，低压空气经过二级空气增压器增压后，空气的压力得到了提升，经二级增压器增压后的高压空气进入到高压贮气罐，完成了一次空气的闭路循环，该空气闭路循环系统周而复始地循环工作，不断地从空气中获得了能源。

活塞式空气发动机所输出的机械能通过传动机构带动带后桥的车轮总成旋转。二级空气增压器的原动力和持续工作的动力由直流电机提供，直流电机从高能蓄电池组获得电能，高能蓄电池组可以通过充电机由220V市电提供电能。

高压贮气罐中的初始高压空气可以由给轮胎充气的普通空气压缩机来充入，也可以直接由二级空气增压器来充入，都只需几分钟时间即可充满。

以下具体介绍本实施例采用的活塞式空气发动机：

参见图6和图7，该活塞式空气发动机为六缸径向连杆式。高压空气由进气口13或进气口14(高压空气由进气口13进入，曲轴18向顺时针方向旋转，高压空气由进气口14进入，曲轴18向逆时针方向旋转)进入配气阀套11和配气阀12，然后经配气阀套11和配气阀12上的孔逐个进入六个气缸16，逐个推动活塞17及连杆15作往复运动，通过活塞17、连杆15带动曲轴18旋转。曲轴18旋转的同时，带动与曲轴18固定在一起的配气阀12同步转动，使高压空气随着配气阀12角度位置的改变进入不同的气缸内，逐个推动各活塞17运动，各活塞17和各连杆15带动曲轴18连续旋转。同时，与处于进气工作状态的气缸16所相对应的气缸16则处于排气状态，随着曲轴18的连续旋转，空气发动机输出机械能作功。

随着曲轴18的旋转，带动带后桥的车轮总成使车轮旋转，改变高压空气从进气口10或进气口16进入，就可以改变车轮的旋转方向。

Claims (6)

1.一种空气能源动力系统，包括：通过管路连接形成闭路循环的高压贮气罐、空气发动机、低压贮气罐和二级空气增压器，其中高压贮气罐与空气发动机的进气口相连，低压贮气罐与空气发动机的排气口相连；其特征在于，所述低压贮气罐中的低压空气再进入到二级空气增压器的进气口，低压空气经过二级空气增压器增压后进入到高压贮气罐，完成所述闭路循环；所述空气发动机的输出轴输出机械能，二级空气增压器的能源由高能蓄电池组提供，所述高能蓄电池组通过充电机由220V市电或交流发电机提供电能。

2.根据权利要求1所述的空气能源动力系统，其特征在于，所述二级空气增压器为采用直流电机为动力的空气压缩机。

3.根据权利要求1所述的空气能源动力系统，其特征在于，所述空气发动机的输出轴与交流发电机相连。

4.根据权利要求1所述的空气能源动力系统，其特征在于，所述空气发动机的输出轴通过传动机构与带后桥的车轮总成相连。

5.根据权利要求1或3或4所述的空气能源动力系统，其特征在于，所述空气发动机为叶片式空气发动机或活塞式空气发动机。

6.根据权利要求2所述的空气能源动力系统，其特征在于，所述的空气压缩机为双缸空气压缩机。

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