氣動汽車的節能方法與流程

2023-05-02 02:50:02 1

本發明涉及一種通過回用氣動汽車低溫尾氣為嵌套的以環境為高溫熱源的有機郎肯循環的低溫熱源形成耦合動力循環提高氣動汽車綜合能效的方法。

背景技術：

氣動汽車以氣動發動機作為動力裝置。氣動發動機採用高壓空氣儲存能量，通過高壓氣體在發動機氣缸內膨脹實現機械能的輸出。活塞式發動機效率低，結構複雜，氣缸內膨脹很難實現等溫，無法避免低溫尾氣排放造成的效率損失。

膨脹機是一種對外輸出功的制冷機械，具有結構緊湊簡單、容積效率高、噪音和振動小，高速性能好、使用壽命長等優點。膨脹機膨脹為絕熱過程，無法從外界獲得能量輸出的功只能以工質焓值減少為代價。工質因焓值減少而增加的吸熱能力稱為膨脹機製冷量。膨脹機製冷量取決於膨脹機作功的多少。壓縮空氣經膨脹機膨脹從0.6兆帕降至0.1兆帕，理論溫降達80℃-90℃。現有螺杆膨脹機壓縮空氣從1.6兆帕降至0.6兆帕實際溫降88℃。這樣的低溫冷量可以作為以環境為高溫熱源的有機郎肯循環的低溫熱源，從而提高氣動汽車的能效。

技術實現要素：

本發明涉及一種壓縮空氣耦合動力循環，動力源為壓縮空氣(液氮)或其它熱源，採用膨脹機替代氣動發動機，將膨脹機製冷量用作嵌套的以環境為高溫熱源的有機郎肯循環的低溫熱源形成耦合動力循環。

膨脹機輸出的功等於膨脹機製冷量，以膨脹機製冷量為低溫熱源、環境溫度為高溫熱源的嵌套循環其輸出相當於膨脹機輸出，這種耦合動力循環增加了一個吸熱過程(從環境)，成倍提高了氣動汽車的能效，壓縮空氣耦合動力循環原理見附圖1。

本發明涉及一種與壓縮空氣耦合動力循環相關聯的氣動汽車節能方法為空氣能雙向能效動力循環。空氣能是可以感知的環境溫度，是太陽輻射熱能。該循環運用熱泵原理從環境搬運能量，熱泵製造的熱量等於從環境搬運的熱量與消耗電能的和。

液態製冷劑在熱泵的蒸發端從環境吸熱蒸發對環境而言是製冷，蒸發製冷量(環境增加的吸熱能力)等於製冷劑吸熱量。同時利用熱和冷意味著系統的能效比提高1倍，稱雙向能效比。熱能經膨脹機轉化為功為汽車提供動力，蒸發製冷量作為冷卻介質進入冷凝器。膨脹機膨脹產生的低溫冷量(膨脹機製冷量)作為嵌套的以環境為高溫熱源的有機郎肯循環的低溫熱源，參與換熱(必要時增加與環境換熱)溫度回升至環境溫度再與冷凝器中的冷卻介質(蒸發製冷量)換熱，釋放潛熱冷凝液化，經工質泵送入蒸發器進入下一循環。空氣能雙向能效動力循環原理見附圖2。

空氣能雙向能效動力循環可以將氣動汽車能耗降低75％，大幅度節能是因為它同熱泵一樣利用了環境能量。環境溫度下熱泵制熱能效比為4。由於空氣能雙向能效動力循環是耦合循環並利用了冷熱雙向能效，綜合能效比高於4。

以低沸點工質二氧化碳為例，環境溫度25℃，設定蒸發溫度10℃(對應壓力4.5兆帕)。該壓力4倍於現行氣動發動機的工作壓力，完全可以作為氣動發動機的動力源。膨脹機膨脹壓力從4.5兆帕降至0.55兆帕(對應溫度-55℃)。膨脹機入口與出口之間的溫差和壓差決定膨脹機的熱功轉換效率。

膨脹機出口-55℃的冷量作為低溫熱源與嵌套的有機郎肯循環透平尾氣(必要時增加與環境)換熱，溫度回升至20℃(5.73兆帕)與冷凝器10℃的蒸發製冷量換熱冷凝液化(二氧化碳一般液態區域：壓力低於7.35兆帕，溫度31℃至-56℃之間)。

附圖說明

圖1，壓縮空氣耦合動力循環原理

圖2，空氣能雙向能效動力循環原理

具體實施方式

動力源為壓縮空氣(液氮)或環境熱能。膨脹過程採用螺杆膨脹機替代氣動發動機。膨脹機做功產生的低溫(膨脹機製冷量)作為嵌套的以環境為高溫熱源的有機郎肯循環的低溫熱源，形成耦合動力循環。