NO751343L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et drivaggregat, særlig for fremdrift av kjøretøy.

Konvensjonelle drivaggregater for fremdrift av slike kjøre-tøyer som biler, busser og lastebiler omfatter en slags forbrenn-ingsmotor som slepper ut mer eller mindre rensete avgasser i atmosfæren. For å minske ytterligere eller helt eliminere slike avgassutslipp har man konstruert hybridaggregater, dvs. en kom-binasjon av elektromotor- og forbrenningsmotordrift, hvor elek-tromotoren er innrettet til å anvendes innenfor tettsteder, eller helt elektriske drivaggregater. En alvorlig begrensning og dermed ulempe med elektriske drivaggregater ligger i at deres akkumulatorer, fremdeles for det meste mer eller mindre konvensjonelle blyakkumulatorer, må opplades med utilfredsstillende korte intervaller, vanligvis ca. 100 km, og i mange ganger uakseptabelt l;'mg tid. Det er gjort forsøk på å forlenge disse intervaller og å forkorte oppladningstidene ved å konstruere andre typer akkumulatorer som imidlertid er kostbare og derfor av liten kommersiell interesse, eller ved å øke antallet akkumulatorer, noe som.med-fører både en prismessig fordyring og en ytterligere vektøkning av det allerede nokså tunge aggregat.

Det foreligger således et stort behov for et drivaggregat

for fremdrift av kjøretøyer hvor aggregatet muliggjør drift uten avgassutslipp og har betydelig større aksjonsstrekning, opp i mot 700-800 km, og sist, men ikke minst kan opplades på meget kort tid, med egnet ladeutstyr på så kort tid som et kvarter. Dette behov tilgodeses på en elegant måte ifølge oppfinnelsen ved at man istedenfor elektriske akkumulatorer anvender en smeltevarmeakkumulator hvis energiinnhold benyttes for drift av en ekspansjonsmaskin. Nærmere bestemt kjennetegnes oppfinnelsen av kombinasjonen av

a) en akkumulator som inneholder en energikilde i form av en vekselvis smeltende og stivnende termoformasse som ved hjelp av en ytre energikilde er overførbar til smeltet tilstand og som bringes til å avgi dens smeltevarme til et gjennom akkumulatoren sirkulerende energiførende medium for å øke dettes temperatur og trykk,

b) en ekspansjonsmaskin, som er forbundet med akkumulatoren og som det energioverførende medium kan føres fra akkumulatoren

og hvori mediet tillates å ekspandere for å drive maskinen, hvis utgangsaksel danner et effekt uttak, samt

c) en kondensator som er koblet til ekspansjonsmaskinen, hvori det energioverførende medium tillates å kondensere og

hvorfra mediet er tilbakeførbart til akkumulatoren.

Ifølge en foretrukket utførelsesform er en varmeomveksler tilkoblet mellom akkumulatoren og ekspansjonsmaskinen, og det energioverførende medium er sammensatt av et varmeomvekslermedium som strømmer i en lukket krets gjennom akkumulatoren og varmeomveksleren, og et arbeidsmedium som strømmer i en lukket krets gjennom varmeomveksleren, ekspansjonsmaskinen og kondensatoren, idet varmeomvekslermediet opptar termoformassens smeltevarme og derved øker dets energi og avgir denne til arbeidsmediet som på sin side avgir dets energi til ekspansjonsmaskinen.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere i det etterfølg-ende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. IA og IB skjematisk og med visse deler i snitt viser en første, foretrukket utførelsesform. Fig. 2A og 2B likeledes skjematisk og med visse deler i snitt viser en andre, foretrukket utførelsesform.

Det i fig. IA og IB viste drivaggregat omfatter som hoved-deler en smeltevarmeakkumulator 1, en varmeomveksler 2, en eks-pans jonsmaskin 3, en kondensator 4, to pumper 5,6, en elektrisk tilkobling 7 for lading av akkumulatoren, samt et antall lenger fremme beskrevne styre- og sikkerhetsventiler.

Smeltevarmeakkumulatoren 1 har torpedoliknende form med et innløp 8 og et utløp 9 for et lengre fremme beskrevet varmeomvekslermedium 10. Akkumulatoren er utstyrt med en kappe 11 med dobbel vegg, idet rommet mellom veggene for å frembringe varmeisolasjon er evakuert. Videre inneholder akkumulatoren 1 i en beholder 12 som er anbrakt i denne, en energikilde i form av en vekselvis smeltende og stivnende termoformasse 13, dvs. en masse med høy smeltevarme. Denne masse består ifølge den viste utførelsesform av et salt eller en saltlegering, for eksempel

LiF/MgF^, men kan bestå av et metall eller en metallegering eller til og med grafitt. Massen 13 overføres til smeltet tilstand ved hjelp av en ytre energikilde 14 som er elektrisk og som er tilkoblet til akkumulatoren 1 via tilkoblingen 7 med en leder 15, som på sin side er koblet til varmespiraler 16 av for eksempel kanthal, som er innleiret i massen 13, for omvandling av den elektriske energi til varmeenergi for smelting av massen. Mellom beholderen 12 og massen 13 og den indre av kappens 11 vegger finnes det et mellomrom 17 for varmeomvekslermediet 10 som sirkulerer gjennom akkumulatoren 1. Dette medium består hensiktsmessig av vann og kommer inn i akkumulatoren 1 via inn-løpet 8. Ved strømningen om beholderen 12 varmes vannet så kraftig opp av massen 13 som avgir dens smeltevarme til vannet, at det går over til damp med høyt trykk og høy temperatur. Denne damp forlater som vist med piler akkumulatoren 1 via utløpet 9 og overføres via et rør 18 til varmeomveksleren 2.

Varmeomveksleren 2 er av rørtype og arbeider ifølge mot-strømsprinsippet. Varmeomveksleren inneholder et rør 19 som rager innad i et av mellomvegger 20 avgrenset rom 21 og som er perforert i dette rom, slik at varmeomvekslermediet 10 (vann-damp) avgir dets energi til et arbeidsmedium 22 som strømmer gjennom et rørbatteri 2 3 som løper gjennom rommet 21. Varmeomvekslermediet 10 kondenseres ved avgivelse av dets energi og samles opp på varmeomvekslerens 2 bunn. Derfra tilbakeføres varmeomvekslermediet via ledninger 24, 25 og den ene pumpe 5 til akkumulatorens 1 innløp 8. Deretter er varmeomveksler-mediets 10 arbeidssyklus avsluttet, og den kan gjentas.

Det av varmeomvekslermediet 10 oppvarmete arbeidsmedium 22, som hensiktsmessig består av freon, ledes som vist med piler ut av varmeomveksleren 2 via dennes utløp 26 og derfra via en rørledning 27 til ekspansjonsmaskinen 3 hvor arbeidsmediet 22 tillates å ekspandere for å drive maskinen.

Ekspansjonsmaskinen 3 er av stempeltype med roterende sleide og er utstyrt med en utgående aksel 28 som danner et effektuttak for fremdrift av kjøretøyet. Ekspansjonsmaskinen 3 er trinnløst variabelt regulerbar fra full drift fremover til.full drift bakover ved hjelp av i og for seg kjente og her ikke nærmere viste reguleringsanordninger. En shuntledning 29 med deri installert overstrømningsventil 30 leder altetter maskinens 3 drifttilstand en større eller mindre mengde arbeidsmedium 22 forbi maskinen.

Arbeidsmediet 22 som kommer fra maskinen 3 til shuntledningen 29 overføres via et rør 31 til kondensatoren 4 hvor arbeidsmediet avkjøles og kondenseres. Kondensatoren 4 er av rørkjøler-type og arbeider med forsert luftkjøling. Fra kondensatoren 4 overføres det avkjølte og kondenserte arbeidsmedium 22 via ledninger 32, 33 og den andre pumpe 6 til varmeomvekslerens 2 inn-løp 34. Deretter er arbeidsmediets 22 arbeidssyklus avsluttet, og den kan gjentas.

Ekspansjonsmotorens utgående aksel 28 driver ved den viste utførelsesform de to pumper 5, 6 for henholdsvis varmeomvekslermediet 10 og arbeidsmediet 22 via en transmisjon 35, hensiktsmessig en remtransmisjon.

I drivaggregatet inngår det som nevnt tidligere et antall s"tyre- og sikkerhetsventiler hvorav en allerede er blitt beskrevet. Foruten den beskrevne finnes det på akkumulatoren 1 og på rør-ledningen 27 overtrykksventiler henholdsvis 36 og 37. Dessuten finnes det konstanttrykk-reguleringsventiler 38 og 39 mellom henholdsvis akkumulatorens 1 og varmeomvekslerens 2 innløp 8 respektivt 34 og utløp 9 respektivt 26. Shuntledninger 40 og 41 med deri installerte overstrømningsventiler henholdsvis 42 og 43 er trukket mellom ledningene 24 og 25 respektivt ledningene

32 og 33 for ved behov å shunte henholdsvis varmeomveksler-

mediet 10 og arbeidsmediet 22.

Det i fig. 2A og 2B viste drivaggregat avviker fra drivaggregatet ifølge fig. IA og IB først og fremst ved at varmeomveksleren mangler og at det anvendes bare ett medium for over-føring av energi fra akkumulatoren til ekspansjonsmaskinen. Drivaggregatet ifølge fig. 2A og 2B er således utstyrt med en smeltevarmeakkumulator 101, en ekspansjonsmaskin 103, en kondensator 104, en pumpe 106, en elektrisk tilkobling 107 for lading av akkumulatoren 101 samt et antall lengre fremme beskrevne styre-

og sikkerhetsventiler.

Smeltevarmeakkumulatoren 101 har torpedoliknende form med

et innløp 108 og et utløp 109 for et lengre fremme beskrevet, energioverførende medium 110. Akkumulatoren er utstyrt med en kappe 111 med dobbel vegg, hvor rommet mellom veggene for å frembringe varmeisolasjon er evakuert. Videre inneholder akkumulatoren 101 i en beholder som er anbrakt i denne, en energikilde i form av en vekselvis smeltende og stivnende termoformasse 113,

dvs. en masse med høy smeltevarme. Denne masse består også ifølge

denne utførelsesform av et salt eller en saltlegering, for eksempel LiF/MgF2, men kan bestå av et metall eller en metallegering eller til og med grafitt. Massen 113 overføres til smeltet tilstand ved hjelp av en ytre energikilde 114 som er elektrisk og som er tilkoblet til akkumulatoren 101 via tilkoblingen 107 med en leder 115 som på sin side er koblet til varmespiraler 116 av for eksempel kanthal som er innleiret i massen 113, for'omvandling av den elektriske energi til varmeenergi for smelting- av massen. Mellom beholderen 112 med massen 113 og det indre av kappens 111 vegger finnes det et mellomrom 117 for det energi-overf ørénde medium 110 som sirkulerer gjennom akkumulatoren 1. Dette medium kan bestå av vann og kommer inn i akkumulatoren 101 -yia innløpet 108. Ved.strømningen om beholderen 112 varmes vannet opp så kraftig av massen 113, som avgir sin smeltevarme til vannet, at det går over i damp med høyt trykk og høy temperatur. Denne damp forlater som vist med piler akkumulatoren 101 via utløpet 109 og overføres via et rør 118 til ekspansjonsmaskinen 103.

Langs en større del av dets lengde kan røret 118 som vist ha doble vegger på samme måte og av samme årsak som akkumulatoren , 101.

Istedenfor vann kan det energioverførende medium bestå av

freon som har bedre termodynamiske egenskaper enn vann.

Ekspansjonsmaskinen 108 er av stempeltype med roterende sleide og er utstyrt med en utgående aksel 128, som danner et effektuttak for fremdrift av kjøretøyet. Ekspansjonsmaskinen 108 er trinnløs regulerbar fra full drift fremover til full drift bakover ved hjelp av i og for seg kjente reguleringsanordninger som ikke er nærmere vist her. En shuntledning 129 med deri installert overstrømningsventil 130 leder avhengig av maskinens 3 drifts-tilstand en større eller mindre mengde medium 110 forbi maskinen.

Mediet 110 som kommer fra maskinen 103 eller shuntledningen 129 overføres via et rør 131 til kondensatoren 104 hvor mediet avkjøles og kondenseres. Kondensatoren 104 er av rørkjølertype og arbeider med forsert luftkjøling. Fra kondensatoren 104 over-føres det avkjølte og kondenserte medium 110 via ledninger 132, 133 og pumpen 106 til akkumulatorens 101 innløp 108. Derved er mediets 110 arbeidssyklus avsluttet og den kan gjentas.

Ekspansjonsmaskinens 103 utgående aksel 128 driver pumpen 106 for transport av det energioverførende medium 110 via en transmisjon 135, som med fordel er en remtransmisjon.

Også i dette drivaggregat inngår det et antall styre- og sikkerhetsventiler hvorav én allerede er beskrevet. En konstanttrykk-reguleringsventil 138 er tilkoblet mellom akkumulatorens 101 innløp 108 og shuntledningen 129. En shuntledning 141 med deri installert overstrømningsventil 143 er trukket mellom ledningene 132 og 133 for ved behov å shunte det energioverførende medium 110.

Funksjonen for drivaggregatene som er beskrevet ovenfor og vist på tegningene skulle allerede ha fremgått tydelig slik at en ytterligere funksjonsbeskrivelse kan anses overflødig.

Likevel vil det i det etterfølgende i tabellform gis en sammenlikning mellom et kjøretøy av konvensjonell type med elektrisk drivaggregat og et kjøretøy med drivaggregatet ifølge oppfinnelsen for å vise den betydelige økning av ladningskapa-siteten og dermed aksjonsstrekningen som oppnås ved hjelp av aggregatet ifølge oppfinnelsen.

Av det ovenstående fremgår det at aggregatet ifølge oppfinnelsen ved ekvivalent vekt har ca. 8,5 ganger høyere ladnings-kapasitet enn et elektrisk drivaggregat (84,59/9,9=8,5).

Claims (17)

1. Drivaggregat, særlig for fremdrift av kjøretøy,karakterisert vedkombinasjonen av a) en akkumulator (1,101) som inneholder en energikilde

(13,113) i form av en vekselvis smeltende og stivnende termoform-"masse som ved hjelp av en ytre energikilde er overførbar til smeltet tilstand og som bringes til å avgi dens smeltevarme til et gjennom akkumulatoren sirkulerende energioverførende medium (10,22,110) for å øke dettes temperatur og trykk, b) en ekspansjonsmaskin (3,103) som er forbundet med akkumulatoren og hvortil det energioverførende medium kan føres fra akkumulatoren og hvori mediet tillates å ekspandere for å drive maskinen hvis utgangsaksel (28,128) danner et effektuttak, samt c) en kondensator (4,104) som er koblet til ekspansjonsmaskinen, hvori det energioverførende medium (10,22,110) tillates å kondensere og hvorfra mediet kan tilbakeføres til akkumulatoren (1,101).

2. Drivaggregat i samsvar med krav 1,karakterisert vedat det mellom akkumulatoren (1) og ekspansjonsmaskinen (3) er koblet en varmeomveksler (2), og at det energi-overf ørende medium (10,22) er sammensatt av et varmeomvekslermedium (10), som strømmer i en lukket krets gjennom akkumulatoren og varmeomveksleren, og et arbeidsmedium (22) som strømmer i en lukket krets gjennom varmeomveksleren, ekspansjonsmaskinen (3) og kondensatoren (4), idet varmeomvekslermediet (10) opptar termoformassens smeltevarme og derved øker dets energi og avgir denne til arbeidsmediet (22) som på sin side avgir sin energi til ekspansjonsmaskinen.

3. Drivaggregat i samsvar med krav 1,karakterisert vedat en pumpe (106) er tilkoblet mellom kondensatoren (104) og akkumulatoren (101) for transport av det energioverførende medium (110).

4. Drivaggregat i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat pumper (5,6) er tilkoblet mellom varmeomveksleren (2) og ekspansjonsmaskinen (3) og mellom kondensatoren (4) og akkumulatoren (1) for transport av det energi-overførende medium (10,22).

5. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat akkumulatoren (1,101) er utstyrt med en kappe (11,111) med dobbel vegg, hvor rommet mellom veggene for å frembringe varmeisolasjon er evakuert.

6. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat termoformassen (13,113) er innleiret i en i akkumulatoren (1,101) anbrakt beholder (12,112), og at det finnes et mellomrom (17,117) mellom beholderen og kappen (11,111) for det energioverførende medium (10,22,110) som sirkulerer gjennom akkumulatoren.

7. Drivaggregat i samsvar med krav 6 ,karakterisert vedat massen (13,113) består av et salt eller en saltlegering.

8. Drivaggregat i samsvar med krav 6 ,karakterisert vedat massen (13,113) består av et metall eller en metallegering.

9. Drivaggregat i samsvar med krav 6,karakterisert vedat massen (13,113) består av grafitt.

10. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat den ytre energikilde (14,114) er elektrisk og er tilkoblet til akkumulatoren (1,101)' via en leder (15,115) som på sin side er tilkoblet til varmespiraler (16,116), som er innleiret i massen (13,113) for omvandling av den elektriske energi til varmeenergi for smelting av massen.

11. Drivaggregat i samsvar med krav 10,karakterisert vedat varmespiralene (16,116) er fremstilt av kanthal.

12. Drivaggregat i samsvar med et av kravene 2-11,karakterisert vedat varmeomveksleren (2) er av rør-type og arbeider ifølge motstrømsprinsippet.

13. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat ekspansjonsmaskinen (3,103) er av stempeltype med roterende sleide.

14. Drivaggregat i samsvar med et av kravene 1-12,karakterisert vedat ekspansjonsmaskinen (3,103) er en turbin.

15. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat pumpen (106) eller pump-ene (5,6) for det energioverførende medium (110,10,22) er innrettet til å drives av ekspansjonsmaskinen (3,103).

16. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat kondensatoren (4,104) er av rørkjølertype og arbeider med forsert luftkjøling.

17. Drivaggregat i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det energioverførende medium (10,22,110) består av vann og/eller freon.