CN107891759A - 一种能量自给移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构新颖、有效利用各种能源的能量自给移动平台，包括资源收集机构，用以收集该移动平台外界的资源；资源处理机构，资源处理机构处理所述资源收集机构收集的资源，并得到热能；能量转换机构，将所述第一能源转化为耗能机械使用的电能；储能机构，所述储存机构存储、并对耗能机械输出所述第二能源。本发明提供的一种能量自给移动平台，利用资源收集机构收集能够被利用的资源，并将收集的资源在资源处理机构内进行处理，再通过能量转化机构将上述的第一能源转化为需要的电能，真正做到能量自给，提高该移动平台的作业时间、巡航里程、并合理利用自然界可再生资源。

Description

一种能量自给移动平台

技术领域

本发明涉及能量转换、能源收集和输出技术领域，尤其涉及一种可以 自行收集可利用资源、并将转化的动能提供给耗能设备或机械的能量自给 移动平台，以及通过该能量自给系统实现能量自给的新能源车辆。

背景技术

随着新能源技术的发展，太阳能、风能、化学能、热能等一系列新能 源逐渐进入人们的目光，而汽车等行走设备由最开始的汽油、柴油提供动 能，开始向新能源发展；如电能。因此，如何将其他种类的能量转化为电 能将是未来该领域研发重点。

在现有技术中，如特斯拉、比亚迪等公司先后推出了以电能为主要动 力源的新能源车辆，但是虽然发展时间不短，其电池的续航能力、以及充 电的不便捷性仍属于本领域技术人员探讨的问题。其满电状态下，汽车行 驶的路程在200-400公里不等，而现在电池充电站还没有普及、以及新能 源车辆研发成本较高，还不能再用户内广泛普及。

综上所述，研发一套能够实现能量自给、解决现有新能源技术续航能 力差等问题的装置时未来新能源车辆领域的研发重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖、有效利用各种能源的能量自给移 动平台、以及配备该能量自给移动平台。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种能量自给移动平台，包括：

资源收集机构，用以收集该移动平台外界的资源；

资源处理机构，所述资源处理机构处理所述资源收集机构收集的资源， 并得到第一能源；

能量转换机构，所述能量转换机构将所述第一能源转化为耗能机械使 用的第二能源；

储能机构，所述储存机构存储、并对耗能机械输出所述第二能源；

所述第二能源为电能；

所述资源收集机构、资源处理机构、能量转换机构、储能机构均集成 于该能量自给移动平台上。

进一步的，所述第一能源为热能；

所述资源收集机构为机械手组件，所述机械手组件能够收集移动平台 外界的资源，且所述资源为可燃烧的植物或矿物；如：树木、农作物秸秆 等；煤、可燃油页岩、石油等；

所述资源处理机构为燃烧装置，所述燃烧装置将所述机械手组件收集 的资源燃烧处理、并输出所述热能；

所述能量转换机构为发电机组，所述发电机组将所述热能转化为电能；

所述储能机构为蓄电池，所述蓄电池存储所述电能、并对耗能机械输 出所述电能作为动力源；

所述发电机组由斯特林发动机和发电机串联而成。

进一步的，所述能量转换机构包括一台或多台并联使用的斯特林发动 机。

进一步的，该能量自给移动平台还包括燃料生产及存储组件；

所述燃料生产及存储组件接收所述机械手组件收集的资源，并将所述 资源加工成所述燃烧装置使用的燃料；

所述燃料生产及存储组件存储、及向所述燃烧装置输送所述燃料。

进一步的，所述燃料生产及存储组件包括物料存贮单元、物料破碎单 元、压缩造粒单元；

所述物料存贮单元用以将机械手组件收集的资源存储，并经物料破碎 单元和压缩造粒单元加工成燃烧装置使用的资源。

进一步的，所述燃烧装置的工艺下游设置有余热蓄热组件，所述余热 蓄热组件将所述燃烧装置产生的热量部分输送至所述燃料生产及存储组件 对所述资源进行干燥。

进一步的，所述燃烧装置还连接有供氧送风装置，所述供氧送风装置 包括一风机，所述风机通过风量控制系统与所述燃烧装置连通，并能够调 节吹入所述燃烧装置内的风量；

所述余热蓄热组件中的热量部分输送至所述供氧送风装置，用以加入 风机输送至燃烧装置的风。

进一步的，所述资源为太阳能；

所述资源收集机构和所述资源处理机构均为太阳能聚光装置，所述太 阳能聚光装置将太阳能转化为热能；

所述能量转换机构为发电机组，所述发电机组由斯特林发动机和发电 机串联而成，所述斯特林发动机接收所述太阳能聚光装置聚焦产生的热能， 并将该热能转化为电能；

所述储能机构为蓄电池，所述蓄电池存储所述电能、并对耗能机械输 出所述电能作为动力源。

在上述技术方案中，本发明提供的一种能量自给移动平台，利用资源 收集机构收集能够被利用的资源，如可燃烧使用的植物、矿物等、或太阳 能、风能、化学能等，并将收集的资源在资源处理机构内进行处理，再通 过能量转化机构将上述的第一能源转化为需要的电能，在控制系统的控制 下，真正做到能量自给，提高该移动平台的作业时间、并合理化利用周围 可再生资源；

另外，本发明还公开了一种集成有该能量自给移动平台的新能源车辆， 通过该能量自给移动平台采集并转化的电能，能够提高新能源车辆的行驶 时间，充分利用自然界可再生资源，实现节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的一种能量自给移动平台的工艺系统原理图；

图2是本发明公开的一种能量自给移动平台的第一种实施方式的工艺 系统原理图；

图3是本发明公开的一种能量自给移动平台的第二种实施方式的工艺 系统原理图。

附图标记说明：

1、资源收集机构；2、资源处理机构；3、能量转换机构；4、储能机构； 5、耗能机械；6、机械手组件；7、燃烧装置；8、发电机组；9、蓄电池；10、 燃料生产及存储组件；11、太阳能聚光装置；12、物料存贮单元；13、物料破 碎单元；14、压缩造粒单元；15、控制器；16、驱动电机；17、余热蓄热组件； 18、风机；19、风量控制系统；20、加热腔；21、支架；22、太阳跟踪装置。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图 对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

本发明的一种能量自给移动平台，包括：

资源收集机构1，用以收集该移动平台外界的资源；

资源处理机构2，资源处理机构2处理资源收集机构1收集的资源， 并得到第一能源；其中第一能源为热能；

能量转换机构3，能量转换机构3将第一能源转化为耗能机械5使用 的第二能源；

储能机构4，储存机构4存储、并对耗能机械5输出第二能源；

第二能源为电能；

其中，上述的资源收集机构1、资源处理机构2、能量转换机构3、储 能机构4均集成于该能量自给移动平台上。

具体的，本发明公开了一种能够获取自然界可再生资源的能量自给移 动平台，其主要通过集成的资源收集机构1将自然界、或平台四周的可再 生的资源收集起来，作为最原始能源，如太阳能、燃烧获得的热能等；在 收集后将资源转化为第二能源，即电能供耗能机械5使用。

在该项研究中，由于可被收集利用的资源有很多种，因此，上述方案 中资源处理机构2、能量转换机构3均有多种结构形式，为了适应不同能 源之间的相互转化。下面结合具体实施方式对该项技术进行具体说明。

参见图2所示，实施例一：

本实施例公开的第一能源为热能；

资源收集机构1为机械手组件6，机械手组件6能够收集移动平台外 界的资源，且资源为可燃烧的植物或矿物；资源处理机构2为燃烧装置7， 燃烧装置7将机械手组件6收集的资源燃烧处理、并输出热能；能量转换 机构3为发电机组8，该发电机组8由斯特林发动机和发电机串联而成， 斯特林发动机将热能转化为电能；储能机构4为蓄电池9，蓄电池9存储电能、并对耗能机械5输出电能作为动力源。

本实施例公开的一种能量自给移动平台其主要收集的是可以燃烧的资 源，如植物或矿物，并将植物或矿物在燃烧装置7内燃烧得到热能，随后， 利用斯特林发动机将热能转化为电能，供后续使用。

其中，本实施例介绍的斯特林发动机(Stirlingengine)又叫热气机——是 一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发动机；

本实施例中燃料来源广、效率高、污染小、噪音低和维修方便，可以 应用在许多领域内中作为清洁高效的动力机，对节能减排、保护环境有重 要意义。

斯特林发动机对燃料的适应性很强，可用能源除了煤、石油、天然气 外，还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃 烧所放出来的热能。而本实施例具体是利用了燃烧产生的热能，将热能转 化为电能。斯特林发动机的热效率很高，实验表明斯特林发动机的实际有 效效率可以达到32％～40％，最高甚至可达47％；

斯特林发动机运行的污染物排放少,作为外燃机燃料可以在足够的空 气下连续燃烧，燃烧比较充分，与内燃机相比，排放的一氧化碳和碳氢化 合物等有害气体大大减少；

另外，斯特林发动机没有气阀机构，工质在汽缸内的压力变化接近正 弦波形，而且燃烧不会产生的爆震和排气波，因而运转比较平稳，噪音比 较小；例如STM生产的50kW的斯特林发动机在裸机工作时，1m处的噪 音低于75dB。

斯特林发动机的运转比较平稳，扭矩比较均匀，超负荷能力强(可以在 超负荷50％的情况下仍然能正常运转)，相比之下内燃机超负荷能力只有 5％～15％。

最后，斯特林发动机结构简单，比内燃机少40％的零部件，例如自由 活塞式斯特林发动机只有密封的汽缸和两个活塞，没有容易出故障的气阀 机构、高压喷油系统和需要良好润滑的活塞环，维修也比较方便。

综上所述，本实施例将斯特林发动机作为能量转化机构，将燃烧得到 的热能转化为电能，供耗能机械5使用。

行驶时，机械手组件6通过控制单元的控制、图像识别系统，确保该 移动平台在行驶过程中能够主动识别可收集资源和不可收集资源，一般的 可收集资源可以是如木材，草等可燃植物、亦或是煤炭等可燃矿物质；机 械手组件6用于抓取上述可收集资源；另外，该能量自给移动平台还包括 燃料生产及存储组件10；该燃料生产及存储组件10接收机械手组件6收 集的资源，并将资源加工成燃烧装置7使用的燃料；燃料生产及存储组件 10存储、及向燃烧装置7输送所述燃料。机械手组件6在收集资源时，部 分资源可以直接进入燃烧装置7内进行燃烧，而部分资源需要经加工后才 可利用，因此，为了确保本实施例公开的能量自给移动平台能够适应更多 种类的可燃烧资源，在该移动平台上集成了燃料生产及存储组件10；

具体的，上述燃料生产及存储组件10包括物料存贮单元12、物料破 碎单元13、压缩造粒单元14；其中，物料存贮单元12用以将机械手组件 6收集的资源存储，并经物料破碎单元13和压缩造粒单元14加工成燃烧 装置7使用的资源。该能量自给移动平台运行时，根据系统设定的信息， 通过机械手组件6抓取平台周围能够被利用的资源，资源的类别详见上文， 随后将抓取的物料资源投放至物料存贮单元12中，然后通过管道等传动部 件的输送，将物料输送至物料破碎单元13进行预处理，需要注意的是，在 物料破碎后，需要静置一端时间，并经多次破碎后方能进行后期的造粒工 序，这样也是为了提高产能，并且保护后续设备的正常运行；随后，经破 碎后的物料进入压缩造粒单元14进一步造粒处理，加工成燃烧装置7能够 使用的资料，这部分造粒后的资源一部分直接投入燃烧装置7内提供能量，一部分存储起来一备后期使用。

另外，作为优选的技术方案：燃烧装置7的工艺下游设置有余热蓄热 组件17，余热蓄热组件17将燃烧装置7产生的热量部分输送至燃料生产 及存储组件10对资源进行干燥。而物料的燃烧需要大量的氧气，因此，本 实施例的燃烧装置7还连接有供氧送风装置，供氧送风装置包括一风机18， 风机18通过风量控制系统19与燃烧装置7连通，并能够调节吹入燃烧装 置7内的风量；余热蓄热组件17中的热量部分输送至供氧送风装置，用以 加入风机18输送至燃烧装置7的风。

燃烧装置7燃烧产生的热能有一部分余热是不能充分利用的，因此， 本实施例设计了余热蓄热组件17来回收这部分余热，如燃烧产生的烟气， 该烟气是具有一定温度的，而且温度很高，如果直接将其排放，将会浪费 部分余热，因此，本实施例中的余热蓄热组件17可以是输送该部分烟气的 烟道，高温的烟气在烟道中被系统回流至物料存贮单元12中可以对物料进 行干燥处理，确保加快后续加工进程，减少了物料静置的时间；另外，风 机18虽然不断向燃烧装置7内供应氧气，但是这部分氧气的属于冷风，而 实验表明，高温空气更能加快燃烧的进行，因此，针对这一问题，本实施 例中的余热蓄热组件17将部分高温烟气的烟道与风机18与燃烧装置7之 间的风道连通，利用热交换远离对风道内的空气进行预热处理，提高风道 内的空气温度，加快燃烧进行，提高装置的工作效率。

另外，作为本实施例优选的技术方案：能量转换机构3包括一台或多 台并联使用的斯特林发动机。考虑多台斯特林发动机的主要原因是给动力 系统提供动力冗余，取保动力系统的可靠性，亦称为：分布式动力系统； 本实施例公开的移动平台一般采用多台并联的小功率斯特林发动机8，经 研究得出，斯特林发动机属于静音行驶的首选发动机，随着科技的发展， 以及国家对污染的控制，斯特林发动机将会是本实施例公开的移动平台最 优选的发动机。

在可燃烧生物质燃料燃烧中，本实施例公开的燃烧装置7还配备有生 物质颗粒燃烧机，该生物质颗粒燃烧机是以可再生生物质为燃料的全自动 化、智能化燃烧器装置。

综上分析，本实施例公开的一种能量自给移动平台，可以充分利用能 源，并实现移动平台长时间运行，同时，新能源的使用也能符合国家节能 环保的要求。

参见图3所示，实施例二：

本实施例公开的资源为太阳能；

资源收集机构1和所述资源处理机构2均为太阳能聚光装置11，太阳 能聚光装置11将太阳能转化为热能；而能量转换机构3为发电机组8，该 发电机组8由斯特林发动机和发电机串联而成，斯特林发动机接收太阳能 聚光装置11聚焦产生的热能，并将该热能转化为电能；储能机构4为蓄电 池9，蓄电池9存储电能、并对耗能机械5输出电能作为动力源。具体的， 本实施例中利用太阳能聚光装置11将接收到的太阳光进行聚焦，其包括下 部的支架21，以及置于该支架21上的聚光板组件，朝向阳光时，该太阳 能聚光装置11能够将照射在其上的太阳光聚焦于一点，同时，在本实施例 的太阳能聚光装置11的焦点处固连有斯特林发动机，并将焦点汇聚于该斯 特林发动机的加热腔20上，这样，随着照射的进行斯特林发动机的加热腔 20不断升温会产生大量热能，再利用斯特林发动机将该热能转化为电能存 储于蓄电池9中，并在耗能机械5发动时对其提供动力源。

另外，由于太阳的光照会随着时间而变化，因此，为了吸收更多的太 阳光，本实施例还在支架的下部，即太阳能聚光装置11的下部设计了太阳 跟踪装置22，利用该太阳跟踪装置22能够让太阳能聚光装置11始终朝向 太阳光。

实施例三：

本发明公开的一种新能源车辆，经过上述实施例的介绍，可以总结出， 上述方案中的能量自给移动平台可以作为发电装置、还可以作为移动车辆 等，因此，本实施例以该能量自给移动平台为车辆做进一步说明，让整个 实施例更具有说服力。

新能源车辆包括车体，其上部集成有本发明的能量自给系统，其中， 该能量自给系统可以是利用燃烧得到热能转化为电能的装置，也可以是利 用太阳能得到的热能转化为电能的装置，或者还可以是两者的结合；无论 是利用哪种方式获得的热能，都需要在车体上集成有一块或多块蓄电池9， 即上文的储能机构4；而上文阐述的能够将燃烧产生热能和/或将太阳能产 生热能的装置都需集成于车体上，最终都通过斯特林发动机将获得的热能 都转化为电能，并存储于蓄电池9中，实现对车辆驱动电机的供电，完成 车辆的运行以及能量自给。

最后，结合上述几个实施例可以看出，本发明公开的能量自给移动平 台能够采集的能源并不局限于上述几种，还可以收集化学能等可再生能源， 并对相应机构进行替换或组合，真正做到能源的可持续利用。

同时，在设计中，至少可以将上述两种实施方式结合使用，将燃烧产 生的热能和太阳光照产生的热能都通过斯特林发动机转化为能够利用的电 能并存储起来，这样可以最大限度地利用资源；但是，本发明的新能源车 辆能够利用的资源并不局限于上述两种，根据上述介绍的结构原理，可以 将其他种类的资源一并收集并转化为能够利用的电能，所以只要是基于本 发明的原理和构思的所有方案均属于本发明的保护范围。

在上述技术方案中，本发明提供的一种能量自给移动平台，利用资源 收集机构1收集能够被利用的资源，如可燃烧使用的植物、矿物等、或太 阳能、风能、化学能等，并将收集的资源在资源处理机构2内进行处理， 再通过能量转化机构3将上述的第一能源转化为需要的电能，在控制系统 的控制下，真正做到能量自给，提高该移动平台的作业时间、并合理化利 用周围可再生资源；

另外，本发明还公开了一种集成有该能量自给移动平台的新能源车辆， 通过该能量自给移动平台采集并转化的电能，能够提高新能源车辆的行驶 时间，充分利用自然界可再生资源，实现节能环保。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑， 对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可 以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述 在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种能量自给移动平台，其特征在于，包括：

资源收集机构(1)，用以收集该移动平台外界的资源；

资源处理机构(2)，所述资源处理机构(2)处理所述资源收集机构(1)收集的资源，并得到第一能源；

所述第一能源为热能；

能量转换机构(3)，所述能量转换机构(3)将所述第一能源转化为耗能机械(5)使用的第二能源；

储能机构(4)，所述储存机构(4)存储、并对耗能机械(5)输出所述第二能源；

所述第二能源为电能；

所述资源收集机构(1)、资源处理机构(2)、能量转换机构(3)、储能机构(4)均集成于该能量自给移动平台上。

2.根据权利要求1所述的一种能量自给移动平台，其特征在于：

所述资源收集机构(1)为机械手组件(6)，所述机械手组件(6)能够收集移动平台外界的资源，且所述资源为可燃烧的植物或矿物；

所述资源处理机构(2)为燃烧装置(7)，所述燃烧装置(7)将所述机械手组件(6)收集的资源燃烧处理、并输出所述热能；

所述能量转换机构(3)为发电机组(8)，所述发电机组(8)将所述热能转化为电能；

所述储能机构(4)为蓄电池(9)，所述蓄电池(9)存储所述电能、并对耗能机械(5)输出所述电能作为动力源；

所述发电机组(8)由斯特林发动机和发电机串联而成。

3.根据权利要求2所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，所述能量转换机构(3)包括一台或多台并联使用的斯特林发动机。

4.根据权利要求2或3所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，该能量自给移动平台还包括燃料生产及存储组件(10)；

所述燃料生产及存储组件(10)接收所述机械手组件(6)收集的资源，并将所述资源加工成所述燃烧装置(7)使用的燃料；

所述燃料生产及存储组件(10)存储、及向所述燃烧装置(7)输送所述燃料。

5.根据权利要求4所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，所述燃料生产及存储组件(10)包括物料存贮单元(12)、物料破碎单元(13)、压缩造粒单元(14)；

所述物料存贮单元(12)用以将机械手组件(6)收集的资源存储，并经物料破碎单元(13)和压缩造粒单元(14)加工成燃烧装置(7)使用的资源。

6.根据权利要求5所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，所述燃烧装置(7)的工艺下游设置有余热蓄热组件(17)，所述余热蓄热组件(17)将所述燃烧装置(7)产生的余热部分输送至所述燃料生产及存储组件(10)对所述资源进行干燥。

7.根据权利要求6所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，所述燃烧装置(7)还连接有供氧送风装置，所述供氧送风装置包括一风机(18)，所述风机(18)通过风量控制系统(19)与所述燃烧装置(7)连通，并能够调节吹入所述燃烧装置(7)内的风量；

所述余热蓄热组件(17)中的余热部分输送至所述供氧送风装置，用以加热风机(18)输送至燃烧装置(7)的空气。

8.根据权利要求1所述的一种能量自给移动平台，其特征在于，所述所述资源为太阳能；

所述资源收集机构(1)和所述资源处理机构(2)均为太阳能聚光装置(11)，所述太阳能聚光装置(11)将太阳能转化为热能；

所述能量转换机构(3)为发电机组(8)，所述发电机组(8)由斯特林发动机和发电机串联而成，所述斯特林发动机接收所述太阳能聚光装置(11)聚焦产生的热能，并将该热能转化为电能；

所述储能机构(4)为蓄电池(9)，所述蓄电池(9)存储所述电能、并对耗能机械(5)输出所述电能作为动力源。