液壓式車載全面能量回收利用系統的製作方法

2024-02-22 20:12:15

專利名稱：液壓式車載全面能量回收利用系統的製作方法
技術領域：
本發明對能量的利用率在理論上超過現有的混合動力等其他技術，可以預見，本系統研發裝車成功後必然大大提高汽車的燃油經濟性，尤其是對在制動頻繁的市區內行駛的公交車、轎車等，燃油消耗量有望節省50％以上。
2、汽車在利用儲能系統進行制動、加速時運行平穩由於本發明的核心部分在能量的儲存、釋放過程中理論上可處於恆壓狀態，因此只要採用現有的在應用上最廣泛、技術上最成熟、構造上最簡單的等容齒輪泵，即可使汽車在利用液壓儲能系統進行制動和加速時獲得平穩的運行效果。
3、構造簡單、易於實現液壓式車載全面能量回收利用系統的工作全過程中，每一個環節均沒有尖銳、突出的矛盾，如液壓系統的工作最高壓強基本在15MPa左右，這個壓強在液壓系統中屬於中等水平；儲能工質的最高工作溫度在150℃左右(視廢氣可利用的最高溫度可適當調整)，這些條件均十分容易滿足。
對於儲能工質，可選用二氧化碳、氨氣、一氧化二氮等。從化學穩定性和分子間作用力相對較小的角度考慮採用二氧化碳比較好(分子間作用力小則熱效率高)，並且根據不同季節自然界溫度的變化可採用純二氧化碳或二氧化碳與少量其他有機物的混合物(如丁醛、甲苯、環己烷等，摻入少量第二組分可提高工質的臨界點溫度——見《高等學校化學學報》VOL23《超臨界二氧化碳二元體系相平衡性質的研究》，作者張敬暢、吳向氧、曹維良)。
同時液壓式車載全面能量回收利用系統對現有汽車結構改變小，在汽車上裝配該系統不會對現有的汽車製造技術造成影響。
四、在汽車上裝配本系統後的經濟性分析在汽車上裝配液壓式全面能量回收利用系統後，在一定程度上增加了汽車構造的複雜性，對汽車的成本有所提高。從定性的角度分析，對普通轎車而言，發動機成本約佔整車成本的30％，從構造上比較本發明比汽車發動機要簡單很多。以價格為10萬元的普通轎車衡量，若裝配該能量回收利用系統後汽車價格提高2萬元。按目前的汽油價格5.0元/升計算，一般家庭用車年行駛裡程2萬公裡，市區行駛消耗在燃油方面的成本按0.5元/公裡計算，則每年的燃油費用為1萬元。若裝備液壓式全面能量回收利用系統後燃油消耗降低50％，則每年節省5000元燃油費。按照這樣估算對家庭轎車而言4年以內在燃油方面的節省可抵消購車時增加的費用。若對於城市出租汽車，每年行駛裡程約20萬公裡，則半年內節省的燃油費用足可抵消購車時增加的成本。以上估算表明本發明描述的全面能量回收利用系統在經濟方面具有良好的可行性，而同時它在環保方面的意義卻是難以估量的。
五、將本發明應用於1.5噸級轎車的估算液壓式車載全面能量回收利用系統的優越性主要體現在汽車運行過程中需要頻繁制動的場合(主要是市區行駛工況)。現以運行重量1.5噸級的城市出租汽車為例，計算出適合裝配在這一重量等級的汽車上的全面能量回收利用系統的一些關鍵技術參數。由於在城市中運行的汽車速度一般不會很高，現按照儲能設備能夠將汽車速度提高到50km/h為標準來考慮。
汽車以50km/h的速度行駛時其動能為E=12mv2=121.5(503.6)2=145(kJ)]]>按工質釋放能量時壓強15MPa、齒輪泵機械效率0.85、流動及其他環節的能量傳遞效率0.95計算，聚能罐中至少需要儲存的液壓油體積為 根據系統效率分析計算中的數據，二氧化碳工質在15MPa下定壓吸熱膨脹(工作溫度60℃～150℃，體積變化1.68L～4.04L)每公斤二氧化碳可對外做功35.4kJ，因此所需工質質量為 聚能罐內部所需有效容積為V罐＝5.1×4.04＝20.6(升)聚能罐外形取Ф250mm×500mm(直徑×長度)的圓柱筒體即可滿足內部容積要求。
汽車每次加速需要吸收的熱量為Q吸＝5.1×(21+171)＝980(kJ)運行質量1.5噸級的轎車其發動機最大功率在100kW左右，但市區行駛條件下發動機一般遠達不到最大功率，若發動機平均實際運行功率按40kW計，其熱效率按30％計，發動機餘熱回收利用率按20％計，則為蓄積供汽車一次加速必需的熱量所需時間為
即若汽車發動機以平均40kW的功率(餘熱排放功率93.3kW)每正常運行52.5秒，只要利用發動機餘熱的20％，即可供給能量回收利用系統完成工質的預期膨脹做功過程將汽車速度提高到50km/h。
若高溫熱源採用水作為蓄熱材料，控制水的最高溫度180℃(飽和液壓強1.002MPa)，對工質加熱後按水溫平均下降30℃考慮，則所需熱水量為 汽車每次加速完成後，為了能夠按照效率分析中限定的過程完成能量的再次蓄積，工質須向外釋放熱量，其中定容降溫過程釋放的熱量為Q放，1＝5.1×84＝428(kJ)等溫壓縮過程(向聚能罐充入液壓油的過程)釋放的熱量為Q放，2＝5.1×89＝454(kJ)由於聚能罐向外釋放機械能是在汽車啟動時，能量釋放完成後工質處於高溫狀態，聚能罐內的溫度比環境溫度高很多，且在汽車啟動之後一般會正常運行一段時間，在段時間內聚能罐表面可自動與外界發生熱傳遞。因此若對工質的冷卻只考慮帶走工質壓縮過程中釋放的熱量，採用水作為冷卻劑，在對工質進行冷卻的過程中其溫度若從10℃升高到20℃，則所需冷水量為 在溫度較低的季節(如冬季)，冷卻水通過與外界進行熱交換可重新回到低溫狀態。在溫度較高的季節(如夏季)，則可同時提高冷卻水溫度和工質壓縮時的溫度，對二氧化碳工質可在其中加入少量有機物組分以提高工質臨界點溫度，由此便可通過與外界的自發熱交換保持冷源的低溫狀態。
通過以上將本發明應用於1.5噸級轎車的各個工作環節的計算，結果表明，該系統的工作過程中每個環節均可實現。由此可見，本發明在技術上是完全可行的。
權利要求
1.帶有回熱循環的儲能核心，其特徵為利用熱交換器回收發動機的餘熱並將其儲存在蓄熱劑中形成高溫熱源；利用與自然環境之間的熱交換使冷卻劑保持常溫狀態形成冷源；利用封閉在聚能罐中的工質工作在高溫熱源與冷源之間構成一個封閉熱功循環；通過液壓油流入、流出聚能罐實現工質的壓縮、膨脹以及能量的儲存、釋放過程；當外界向聚能罐輸入能量時，通過與冷源的熱交換使工質維持在相對低溫低壓狀態，當聚能罐向外界輸出能量時，通過與高溫熱源的熱交換使工質維持在相對高溫高壓狀態，從而實現利用發動機餘熱轉化為宏觀機械能的熱工過程。
2.汽車制動能量回收利用模塊，其特徵為汽車制動時，根據汽車運動方向傳感器和儲能容量記錄表的信息對制動類別作出判斷，當汽車處於前進運行狀態且儲能尚未飽滿時，利用汽車動能驅動液壓泵，將油箱中的液壓油輸送到權利要求1所述的核心聚能罐中，使汽車產生制動效果並實現能量的回收。
3.汽車發動機富餘功率回收利用模塊，其特徵為通過監測發動機轉速和扭矩判斷發動機負載情況，當發動機功率有富餘時，通過閉合離合器使發動機驅動液壓泵，將油箱中的液壓油輸送到權利要求1所述的核心聚能罐中，從而實現發動機富餘功率的回收。
4.汽車震動能量回收利用模塊，其特徵為通過與汽車減震系統相聯的油缸與活塞、單向閥及限壓閥的組合作用，在汽車有震動時將油箱中的液壓油輸送到權利要求1所述的核心聚能罐中，從而實現汽車震動能量的回收；在儲能罐壓強偏高的情況下，限壓閥能夠自動釋放液壓油使儲能壓強維持在正常水平。
5.汽車液壓驅動模塊，其特徵為當汽車需要動力驅動時，駕駛員根據能量回收利用系統的儲能情況，作出是否啟用液壓儲能系統驅動汽車的選擇，當駕駛員發出啟用液壓系統驅動汽車的指令時，通過調節液壓油流向控制閥使權利要求1所述的儲能核心釋放液壓油驅動液壓馬達，並由液壓馬達驅動汽車。
6.由以上權利要求1、2、3、4、5聯合工作構成的液壓式車載全面能量回收利用系統。
全文摘要
液壓式車載全面能量回收利用系統是涉及汽車節能技術領域(特別是關於汽車內燃機餘熱利用、發動機低負載時的富餘功率回收以及車輛的制動、震動能量的回收利用方面)的一項發明。本發明是在綜合分析汽車運行中各個環節的能量轉化過程後提出的一個效率較高、較為全面的能量回收利用方案，該系統可有效回收利用汽車制動能量、震動能量、發動機低負荷運轉時的富餘功率，同時還利用發動機餘熱建立一個回熱循環實現了機械能的再生。本發明通過全面回收利用汽車運行過程中的各種能量，以達到降低汽車燃油消耗的目的。
文檔編號F28D20/02GK101016890SQ20071006737
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月26日 優先權日2007年2月26日
發明者曾禮, 鈕忠華 申請人:曾禮, 鈕忠華