CN107345490A - 空气能动力系统 - Google Patents

Abstract

利用二氧化碳在高压、低温条件下液化的物理特性，以此为冷媒吸收空气能，二氧化碳吸收空气能后成为高压气体，对外做功；构成空气能动力系统的主要部件有：二氧化碳液体储罐，压缩泵，吸热器，气液能量转换器，液压马达；液体二氧化碳减压或升温后气化，吸热，气压升至6～8Mp，在气液能转化器中，吸热膨胀的气体将液压油压入液压马达，输出可变速、可变扭矩动力。

Description

空气能动力系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车及其它新能源交通工具技术领域。

背景技术

技术背景1：

空气能已经应用于人类生活，首例空气能热水器产于日本，然后迅速风靡于全球。空气能热水器多数利用四氟化碳做冷媒，吸收空气能，在冷媒的循环过程中，空气能被吸收，由冷媒搬运至散热器中加热水，得到了QA+QB=QC的热泵效果，QA是冷媒从空气中获取的热量，QB是压缩机压缩冷媒所消耗的机械功，几乎等同于压缩冷媒时放出的热量，二者相加是输出热QC。我国对空气能热水器的能耗指标进行了标准化设定，压缩泵功率为1000瓦，可获得空气能2800瓦。实际使用中，空气能热水器的耗电量为普通电热水器的20%，节能效果明显。即使在气温为－17℃时,系统工作一小时，也可以获得40℃以上热水，但其缺点是吸热器容易挂霜结冰。

技术背景2

浙江大学陈鹰教授曾经研究实验过一台空气能汽车，利用30Mp压缩空气作为汽车发动机动力支持，压缩空气膨胀做功驱动汽车运行，获得初步成功。在此之后，一家新能源汽车研发企业将此成果转化，制作了两台概念车参加了2015年新能源汽车展出。

发明内容

空气能动力系统的基本原理是：创造低态势从常态中获取能量。太阳能（太阳常数1.368KJ/m2.s)辐射到地球，少部分由地球植物吸收，大部分储存于地表岩土、水、空气中，总量极大，取之不竭。利用冷媒从空气中获取能源方便快捷，尤其是交通工具，在运动中随时随地获取空气能，比静止的热水器获取空气能的效率高10～20倍。汽车运行速度60～120km/h,相当于空气以17～34m/s的流速穿过汽车，对冷媒的加热提供了速率优势。

附图说明：图1是本发明空气能动力系统构成并具体实施方式1；图2是本发明空气能动力系统构成并具体实施方式2

具体实施方式 1 ：参阅图 1

二氧化碳储罐中的液体二氧化碳由一台柱塞泵泵出，在隔热容器中低温气化，冷却储罐的同时，获取初始汽化热。汽化或半汽化后的二氧化碳进入吸热系统，机动车有足够的热交换面积，以及快速移动中所产生的反向气流，为低温（－４０～－４４℃）二氧化碳与空气进行热交换提供了优越外在条件，可使二氧化碳气体温度接近大气温度，然后由压缩泵加压至8Mp以上，此时的二氧化碳气体变为高温高压气体，进入气液能量交换器，将压力等值传递于液压油，液压油驱动液压马达输出动力，驱动机动车运行。两个气液能转换器交替工作，为液压马达连续运转提供持续液压动力。

为增加储罐与外界的温度差，储罐外层是一个隔热室，由电脑自动控制隔热室温度，控制液体二氧化碳储罐内温度保持在-40～-44℃范围，保证液体二氧化碳汽化的同时，维持储罐内液体二氧化碳饱和压力不超过1Mp，做功后的尾气依靠自身压力流回储罐。

此系统的特点是液压马达工作压力提升速度快，反映到机动车运行性能时，表现为车辆加速性能好。缺点是在大气温度超过35℃，日照充分时，吸热系统中二氧化碳压力会持续上升，超过10Mp时二氧化碳气体由安全阀排出，这一现象出现在车辆停运时，存在一定浪费。

具体实施方式 1 ：参阅图 2

二氧化碳储罐为常温高压容器，标称工作压力10Mp，罐体温度为大气温度。机动车运行时，罐体与吸热器、压缩泵储热器共同组成空气能获得系统，向气液能转换器持续提供高温高密度压气，压气最高温度理论值可达80℃，最高压强可达10Mp。高压气体将压力传递于液压油，驱动液压马达运转，为机动车提高动力。膨胀做功后的常温尾气经汽化室（管）冷却器冷却，由压缩泵输入储罐。

此系统的优点是系统结构较简单，在车辆停运时，压缩泵延续工作3～5秒，将系统中高压气体压缩、输送至二氧化碳液罐中，关闭总阀，保障系统安全，无高压尾气排出。缺点是加速性能较差，如果压缩泵动力是电动机的话，提速更加迟缓，所以此系统的优化选择是压缩泵动力采用小型内燃机，利用其机体散发热量迅速加热系统内高压气体，获得更快的加压速度，改善整车加速性能。

以发动机功率为70～100kw传统小型轿车为例，空气能汽车所需动力只是驱动压缩泵，匹配动力是电动机时，动力功率为15～20kw,匹配动力为内燃机时，功率为6～10kw，利用内燃机机体散发热量可以补偿系统所需热能。

所有类型交通工具配备动力主要用于二氧化碳冷媒压缩泵，当发动机为内燃机时，油耗指标为普通车的20%以下，配备发动机为电动机时，用电指标为普通电力机动车的30%以下。

整车无需专门制冷空调系统，利用低温二氧化碳吸热系统降低车内温度，可增加有效输出动力１０～２０％。

空气能动力系统能源主要来自于空气。二氧化碳的汽化热为347kj/kg，等压比热为0.85j/g.k，每秒循环200g二氧化碳吸收空气中热能，即可达到70kw功率。

液体二氧化碳的饱和蒸汽压随温度提高而增加，－50℃时，液体二氧化碳的饱和蒸汽压仅为0.7Mp，31℃时为7.376Mp,压力相差达10倍之多，这是空气能动力系统的技术关键，也是区别“永动机”的理论要点。如果冷媒介质无相态变化，无外来能源介入，便属“永动机”的范畴。

空气能动力系统是一个热循环系统，由空气能吸热系统及压缩机构成，理论上二氧化碳介质的最高温度为80℃，利用高温高压气体对外做功。做功后的低能尾气再循环，整个系统工作原理与空气能热水器相似。

利用二氧化碳做冷媒，低价易得，无毒，无腐蚀作用，其三项点、临界点、汽化热、比热值、饱和蒸汽压等物理指标优于氟利昂系列制冷剂，对臭氧层无影响。

空气能蕴含于地球大气层，交通工具在快速移动中随时随地获得能源补充，空气能自然是理想能源。空气能开发利用的最佳途径是交通工具，二者结合相得益彰，应用于高铁等快速移动的交通工具时，优势更加明显，移动速度越快，获取空气能的速率越高。

Claims (3)

1.空气能动力系统，其特征是应用二氧化碳做冷媒获得空气能，气液能转换器进一步将空气能转换为液压能。

2.液压马达取代变速箱等传动系统，其特征是机械效率高，不需传动轴，通过液压管道传递动力，可根据需要多点安装液压马达，液压马达根据阻力大小自主调节转速与扭矩，无变速箱实现无极变速。

3.根据权利要求1或2所述的空气能动力系统，其特征是适用于任何陆地交通运输工具，小型轿车，越野车，公共交通客车，货运卡车，矿用自卸车，普通铁路机车头，高速铁路列车、动车，以及农用拖拉机等，配备空气能动力系统，都有70～80%的节能效果。