CN111409651B - 基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其运行方法，压缩空气动力汽车供气站包括真空泵、空气净化器、空气压缩机、自动气阀、压缩空气罐、贩售机，建设真空管道时，在沿线规划建设真空泵站，使真空泵站具有为空气动力汽车供气功能；跟真空泵并连的空气压缩机在初始抽真空时充当大功率高抽速真空泵，跟真空泵串连的空气压缩机充当真空泵前级泵，提高抽真空效率；本发明能够避免专门为压缩空气动力汽车建设加气站而可能面临的征地、采购安装设备等问题，使真空泵、空气压缩机动力消耗发挥二次效用，变废空气为宝，保护大气环境，降低压缩空气动力汽车加气费用，减少交通运输成本，提高综合效率。

Description

基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其 运行方法

技术领域

本发明属于真空管道交通技术领域，涉及一种基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其运行方法。

背景技术

1914年，俄国托木斯克理工大学(TPU)Boris Weinberg在“无阻力运行”一书中提出真空管道交通概念。1919年，美国Robert Ballard Davy申请了美国专利“真空铁路”(Vacuum Railway，US1336732，May 23，1919，Patented Apr.13，1920)；1945年，Robert.Hutchings Goddard去世后，他的妻子Esther Christine Kisk女士整理申请了专利“真空管道交通装置”(Apparatus for Vacuum Tube Transportation，US2488287，Oct.6，1945)和专利“真空管道交通系统”(Vacuum Tube Transportation System，US2511979，June 20，1950)。从此，奠定了真空管道交通思想与概念基础。

1997年，美国机械工程师Daryl Oster申请了专利“真空管道交通”(EvacuatedTube Transport,US5950543)”，并在佛罗里达发起成立真空管道交通技术公司(Et3.comInc.)，开启了真空管道交通研究与开发的新时代。

真空管道交通是在地上或地下建设气密性管道，管道内铺设磁悬浮轨道，并抽成一定真空，磁悬浮车辆在其中行驶。由于同时消除了空气阻力和机械摩擦，真空管道磁浮车辆速度可以达到超音速，甚至高超音速。

真空管道真空形成和维持是真空管道交通工作运行的重要环节之一，排气和形成真空需要采用排气设备和真空泵。由于真空管道线路很长(1000～10000km)，为提高排气效率，需要在管道沿线建设真空泵站，安装排气设备和真空泵，分段为真空管道抽真空。真空管道直径3m左右，初步研究认为，合理的真空泵站间隔为5～20km，每1000km管道沿线建设50～200个真空泵站为宜，如专利“分阶段应用真空泵与车辆运行排气为管道交通抽真空方法”(CN201610479045.0)所述，见图1。

如果把排出的管道内空气直接排放到大气环境中，则对排气风机和真空泵，以及排气时所消耗的动力而言，都将是一种资源浪费。管道中排出的空气中含有杂质，向大气中直排空气还会污染环境。

另一方面，空气动力汽车是一种前景广阔的新型清洁能源车，如果有方便的、廉价的压缩空气源，其将来有可能替代大部分燃油汽车。

传统燃油汽车依靠内燃发动机提供动力，空气动力汽车运行依靠压缩空气发动机提供动力。内燃机是通过燃烧得到高温高压工质，而压缩空气发动机工作时直接将高压空气喷入发动机气缸，在气缸内膨胀推动活塞对外输出功。压缩空气发动机的工作特点是：(1)无级变速，即只要控制高压空气的流量，就能控制压缩空气发动机的输出功率和转速。(2)起动转矩高，能够在一定负荷条件下顺利起动，响应迅速，过载自动保护。(3)无工作环境要求，压缩空气发动机的工作介质是空气，无毒无害，安全可靠，适用于各种恶劣环境，如高温、易燃易爆、灰尘大等。(4)压缩空气发动机结构简单，维护方便，零配件易于加工制造，售后服务方便。

MDI(Moter Development International)公司是较早研发生产空气动力汽车的企业，其三人三轮空气动力汽车(AIRPod)全车采用轻质材料如玻璃纤维等制造，重220kg，采用类似摩托车的操控方式，最快车速70km/h，其动力来源于一个容量175L、压强350bar的空气罐，充满一罐气可行驶220km。

MDI公司推出的较为成熟的气动汽车产品——MDI Citycat对使用压力要求不高，52gal的高压空气罐即可，最高时速68km/h，一罐气可行驶125英里，噪声小，无污染。

燃油汽车的运行依赖遍布公路沿线的加油站给车辆加油，中国公路沿线每隔5～10km会有一个加油站。纯电动汽车要想发展，则需要在所有道路延伸的地方建设充电桩，有一种观点认为，纯电动汽车未能充分普及和发展的原因之一是，没能建起数量足够、分布密度较高的充电桩。

目前，没有完善的专门针对压缩空气动力车的服务设施，压缩空气动力车的充气方式主要以下三种：(1)某些型号的压缩空气动力车上配有小型的空气压缩机，优点是灵活、便捷，在有标准电源的地方可以进行加气作业，但这种车载小型空气压缩机效率低、单位产气能耗大、冷却过滤系统不完善、加气时间长，增加车辆荷载和使车辆结构复杂化。(2)专门的压缩空气加气设备，如为潜水员使用的高压气瓶呼吸器充气的小型高压压缩机，优点是方便移动，但也属于小型空气压缩机，存在单位产气能耗大的问题，并且，由于流量小导致加气时间长，难以满足大规模的压缩空气加气需求。(3)压缩空气站加气或更换车载气罐，但目前没有专门为空气动力汽车建设的、沿道路分布的压缩空气站加气站或换气站。

随着空气动力汽车发展和普及，必然需要在道路沿线建设大量的、分布广泛的压缩空气生产、供应站。如果仅仅为空气动力汽车专门建设压缩空气站，则会面临征地、基建、设备采购安装等既高成本，又实施困难的事项与问题。如果把真空管道交通真空泵站作适当功能改进，管道内抽出的空气不直接向大气中排放，而是经净化后压缩存贮到压缩空气罐中，使真空泵站具备空气动力汽车供气站功能，则可一举两得，变废为宝，降低综合成本，提高综合效率。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其运行方法，使真空管道交通真空泵站兼具为压缩空气动力汽车供气的功能，将真空管道抽真空时排出的空气净化后压缩存贮再利用，保护大气环境作用，一方面提高真空管道的抽真空效率，另一方面降低压缩空气动力汽车加气费用，提高综合效率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，包括真空管道、真空泵站和抽气管路；

所述真空管道沿公路沿线铺设，所述真空泵站布置在真空管道附近，真空泵站包括真空泵、空气净化器、第一空气压缩机、第一压缩空气罐和第一贩售机，真空泵通过真空管道抽气管路与真空管道连通后连接第一空气压缩机，第一空气压缩机与空气净化器连接，空气净化器出口与第一压缩空气罐相连，第一贩售机设置在第一压缩空气罐输气管路上；

在真空泵的进气管路上并联有另一支线管路，在支线管路上安装有第一自动气阀和第二空气压缩机，第二空气压缩机出口与空气净化器入口连通。

进一步，所述真空管道紧邻公路或者沿公路的中央隔离带铺设，当真空管道离公路较远时，公路和真空泵站通过铺设连接线进行连通。

进一步，在第一自动气阀和第二空气压缩机之间的支线管路上连接有第三支路，第三支路另一端与大气连通，第三支路上安装有第二自动气阀。

进一步，所述空气净化器与第一压缩空气罐连接管路上连接有汽车充气管路，汽车充气管路上安装有第二贩售机。

进一步，还包括供汽车直接替换使用的第二压缩空气罐。

进一步，所述的空气净化器具有空气干燥功能。

一种压缩空气动力汽车供气站的运行方法包括以下步骤：

步骤1：

开启第一自动气阀，启动第二空气压缩机，从真空管道内抽出空气，经由空气净化器净化后压缩到第一压缩空气罐内；

步骤2：

当真空管道内气压较低时，关闭第一自动气阀，真空泵和第一空气压缩机启动，真空泵跟第一空气压缩机以级联泵形式抽真空，排出的空气由第一空气压缩机压缩，经由空气净化器净化后压缩到第一压缩空气罐内，或者通过空气净化器与第一压缩空气罐连接管路上的汽车充气管路直接向空气动力汽车充气；

步骤3：

需要加气的空气动力汽车离开公路到达真空泵站，通过第一贩售机支付费用，由第一空气压缩机直接或者第一压缩空气罐向空气动力汽车上的车载气罐充气；

或者通过第二贩售机支付费用，将空气动力汽车上的车载气罐卸下，并把存贮在真空泵站充满洁净压缩空气的第二压缩空气罐装载到空气动力汽车上，完成充气过程。

进一步，步骤3中更换车载气罐时，打开空气动力汽车的气罐保护盖，第二贩售机通过机械臂抓取车载气罐从空气动力汽车上卸下，并把存贮在真空泵站的充满洁净压缩空气的第二压缩空气罐装载到空气动力汽车上，固定后连接到车载空气动力发动机供气管。

进一步，所述步骤2中，第一自动气阀根据气流强度实施自动关闭操作，即当真空管道内气压降低到一定程度，通过第一自动气阀的气流减小到某一阀值时，第一自动气阀关闭，真空泵启动；

当真空管道内真空度达到额定真空度值，仅靠维持该真空度所抽出的空气难以满足附近地区行驶的空气动力汽车的用气需求时，第一自动气阀关闭，连接真空管道的抽气管路关闭，第二自动气阀打开，第二空气压缩机连接大气环境的第三支路打开，第二空气压缩机直接从大气环境中吸取空气为第一压缩空气罐充气，或直接向空气动力汽车的车载气罐充气。

本发明的有益效果是：

本发明基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站及其运行方法，拓展真空管道交通真空泵站的功能，使其同时具备为压缩空气动力汽车供气的功能，跟真空泵并连的空气压缩机在初始抽真空时充当大功率高抽速真空泵功能，能够快速为真空管道抽真空和降低气压；跟真空泵串连(级联)的空气压缩机充当真空泵的前级泵，能够快速为真空管道抽真空，提高真空泵的抽真空效率。

本发明能够避免专门为压缩空气动力汽车建设加气站而可能面临的征地、采购安装设备等问题，使得为真空管道抽真空时真空泵、空气压缩机动力消耗发挥二次效用，排出的空气不直接排放到大气环境中，而是净化后压缩存贮再利用。不仅起到保护大气环境作用，而且一举两得，变废为宝，一方面提高真空管道的抽真空效率，另一方面降低压缩空气动力汽车加气费用，减少全社会交通运输综合成本，提高综合效率。

附图说明

图1真空管道交通沿线真空泵站设置示意图

图2为本发明压缩空气动力汽车供气站示意图一

图3为图2中压缩空气动力汽车供气站放大图

图4为本发明压缩空气动力汽车供气站示意图二

图中：1为真空管道，2为真空泵站，21为真空泵，22为空气净化器，231为第一空气压缩机，232为第二空气压缩机，241为第一自动气阀，242为第二自动气阀，31为第一压缩空气罐，32为第二压缩空气罐；41为第一贩售机、42为第二贩售机，5为空气动力汽车；6为公路；7为连接线；8为真空管道抽气管路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图2所示，本发明基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站包括真空管道1，真空泵站2即压缩空气站、供气站，空气动力汽车5，公路6，抽气管路8，建设真空管道1时，在沿线规划建设真空泵站2。真空管道1沿公路6或紧邻公路6铺设，或者沿公路6的中央隔离带铺设。于是，真空管道交通真空泵站2即成为具有为空气动力汽车5供气功能的压缩空气站，即供气站。

如图3所示，真空泵站2包括真空泵21，空气净化器22，第一空气压缩机231、第二空气压缩机232，第一自动气阀241、第二自动气阀242，第一压缩空气罐31、第二压缩空气罐32，第一贩售机41(加气机)、第二贩售机42。真空泵21通过抽气管路8与真空管道1连通，真空泵21后连接第一空气压缩机231，真空泵21与第一空气压缩机231串联，第一空气压缩机231本质上成为真空泵21的前级泵，能够提高真空泵21为真空管道1抽真空的效率。

真空泵21前设置另一管路，连接第二空气压缩机232，形成并连管路，该并连管路上设置第一自动气阀241。开始抽真空时，真空管道1内接近常压大气压，第一自动气阀241打开，第二空气压缩机232工作，以较高速度排出真空管道1内空气，经空气净化器22净化处理后压缩存贮到第一压缩空气罐31内。当真空管道1内气压较低时，第一自动气阀241关闭，真空泵21跟第一空气压缩机231以级联泵形式抽真空。所述的空气净化器22同时具有空气干燥的功能。

如图4所示，真空泵站2也可以远离公路6建设，通过连接线7连接到真空泵站2。所述的第一自动气阀241根据气流强度实施自动关闭操作，即当真空管道1内气压降低到一定程度，通过第一自动气阀241的气流减小到某一阀值时，第一自动气阀241关闭，真空泵21启动。

当真空管道1内真空度达到额定真空度值，仅靠维持该真空度所抽出的空气难以满足附近地区行驶的空气动力汽车5的用气需求时，第一自动气阀241关闭，连接真空管道1的抽气管路关闭，真空泵21关闭，第二自动气阀242打开，第二空气压缩机232连接大气环境的第三支路则打开，第二空气压缩机232直接从大气环境中吸取空气为第一压缩空气罐31充气，或直接向空气动力汽车5的车载气罐充气。

基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站运行方法，具体操作步骤如下：

步骤1：

真空管道1内为常压，为初始状态，开启第一自动气阀241，保持第二自动气阀242关闭，启动第二空气压缩机232，从真空管道1内抽出空气，经由空气净化器22净化后压缩到第一压缩空气罐31内，或者直接向空气动力汽车5充气。

步骤2：

当真空管道1内气压较低，通过第一自动气阀241的气流减小到某一阀值，第一自动气阀241关闭，真空泵21和第一空气压缩机231启动，真空泵21跟第一空气压缩机231以级联泵形式抽真空，排出的空气由第一空气压缩机231压缩到第一压缩空气罐31内，或者直接向空气动力汽车5充气。

步骤3：

需要加气的空气动力汽车5离开公路6到达压缩空气站2，通过第一贩售机41支付费用，由第一空气压缩机231直接或者第一压缩空气罐31向空气动力汽车5上的车载气罐充气；

或者通过第二贩售机42支付费用，打开空气动力汽车5的气罐保护盖，第二贩售机42的机械臂从空气动力汽车5上抓取车载气罐并卸下，再把存贮在真空泵站2的充满洁净压缩空气的第二压缩空气罐32装载到空气动力汽车5上，固定后连接到车载空气动力发动机供气管。

步骤5：

完成加气的空气动力汽车5驶离真空泵站2。

进一步地，空气动力汽车5的车载气罐供气有两种操作模式：

一是更换车载气罐加气模式，即车载气罐为可卸载模式，空气动力汽车5在真空泵站2加气时，只需卸下已经用完空气的无空气的车载气罐，加载真空泵站2的充满压缩空气的第二压缩空气罐32，优点是节省充气时间，加气速度快。

另一种是车载气罐为固定模式，不可拆卸，空气动力汽车5在真空泵站2加气时，通过第一贩售机41和加气管由真空泵站2的充满压缩空气的第一压缩空气罐31向车载气罐充气，或者直接由真空泵站2的第一空气压缩机231或第二空气压缩机232向车载气罐充气。

参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：包括真空管道(1)、真空泵站(2)和抽气管路(8)；

所述真空管道(1)沿公路(6)沿线铺设，所述真空泵站(2)布置在真空管道(1)附近，真空泵站(2)包括真空泵(21)、空气净化器(22)、第一空气压缩机(231)、第一压缩空气罐(31)和第一贩售机(41)，真空泵(21)通过真空管道抽气管路(8)与真空管道(1)连通后连接第一空气压缩机(231)，第一空气压缩机(231)与空气净化器(22)连接，空气净化器(22)出口与第一压缩空气罐(31)相连，第一贩售机(41)设置在第一压缩空气罐(31)输气管路上；

在真空泵(21)的进气管路上并联有另一支线管路，在支线管路上安装有第一自动气阀(241)和第二空气压缩机(232)，第二空气压缩机(232)出口与空气净化器(22)入口连通。

2.根据权利要求1所述的基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：所述真空管道(1)紧邻公路(6)或者沿公路(6)的中央隔离带铺设，当真空管道(1)离公路(6)较远时，公路(6)和真空泵站(2)通过铺设连接线(7)进行连通。

3.根据权利要求1或2所述的基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：在第一自动气阀(241)和第二空气压缩机(232)之间的支线管路上连接有第三支路，第三支路另一端与大气连通，第三支路上安装有第二自动气阀(242)。

4.根据权利要求3所述的基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：所述空气净化器(22)与第一压缩空气罐(31)连接管路上连接有汽车充气管路，汽车充气管路上安装有第二贩售机(42)。

5.根据权利要求3所述的基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：还包括供汽车直接替换使用的第二压缩空气罐(32)。

6.根据权利要求5所述的基于真空管道交通真空泵站的压缩空气动力汽车供气站，其特征在于：所述的空气净化器(22)具有空气干燥功能。

7.一种应用于权利要求1-6任一项所述的压缩空气动力汽车供气站的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：

开启第一自动气阀(241)，启动第二空气压缩机(232)，从真空管道(1)内抽出空气，经由空气净化器(22)净化后压缩到第一压缩空气罐(31)内；

步骤2：

当真空管道(1)内气压较低时，关闭第一自动气阀(241)，真空泵(21)和第一空气压缩机(231)启动，真空泵(21)跟第一空气压缩机(231)以级联泵形式抽真空，排出的空气由第一空气压缩机(231)压缩，经由空气净化器(22)净化后压缩到第一压缩空气罐(31)内，或者通过空气净化器(22)与第一压缩空气罐(31)连接管路上的汽车充气管路直接向空气动力汽车(5)充气；

步骤3：

需要加气的空气动力汽车(5)离开公路(6)到达真空泵站(2)，通过第一贩售机(41)支付费用，由第一空气压缩机(231)直接或者第一压缩空气罐(31)向空气动力汽车(5)上的车载气罐充气；

或者通过第二贩售机(42)支付费用，将空气动力汽车(5)上的车载气罐卸下，并把存贮在真空泵站(2)充满洁净压缩空气的第二压缩空气罐(32)装载到空气动力汽车(5)上，完成充气过程。

8.根据权利要求7所述的压缩空气动力汽车供气站的运行方法，其特征在于：步骤3中更换车载气罐时，打开空气动力汽车(5)的气罐保护盖，第二贩售机(42)通过机械臂抓取车载气罐从空气动力汽车(5)上卸下，并把存贮在真空泵站(2)的充满洁净压缩空气的第二压缩空气罐(32)装载到空气动力汽车(5)上，固定后连接到车载空气动力发动机供气管。

9.根据权利要求7所述的压缩空气动力汽车供气站的运行方法，其特征在于：所述步骤2中，第一自动气阀(241)根据气流强度实施自动关闭操作，即当真空管道(1)内气压降低到一定程度，通过第一自动气阀(241)的气流减小到某一阀值时，第一自动气阀(241)关闭，真空泵(21)启动；

当真空管道(1)内真空度达到额定真空度值，仅靠维持该真空度所抽出的空气难以满足附近地区行驶的空气动力汽车(5)的用气需求时，第一自动气阀(241)关闭，连接真空管道(1)的抽气管路关闭，第二自动气阀(242)打开，第二空气压缩机(232)连接大气环境的第三支路打开，第二空气压缩机(232)直接从大气环境中吸取空气为第一压缩空气罐(31)充气，或直接向空气动力汽车(5)的车载气罐充气。

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