CN108343477A - 一种高效汽车高压空气涡轮发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效汽车高压空气涡轮发电装置，解决了现有涡轮发电装置效率不高的技术问题，其技术方案要点是：包括高压空气涡轮发电***，所述高压空气涡轮发电***包括高压气罐以及与高压气罐相连的涡轮，所述高压空气涡轮发电***连接有对进入涡轮内的高压气体进行加热的空调制热***，所述空调制热***连接在高压气罐与涡轮之间。在高压气罐和涡轮之间设置了空调制热***，对进入涡轮的高压气体进行加热，空调制热***从环境中吸热，为高压空气加热，提高进入涡轮的高压空气的温度，高压空气温度升高之后，流速加快，这样传递给涡轮的动能也就越多，涡轮的转速提高，进而可以提高涡轮的功率。

Description

一种高效汽车高压空气涡轮发电装置

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车涡轮发发电技术，更具体地说，它涉及一种高效汽车高压空气涡轮发电装置。

背景技术

高压空气驱动涡轮发电是新能源汽车的一种动力方式。目前的汽车高压空气涡轮发电***由高压空气罐、涡轮和发电机组成。

公告号为CN2516731Y的实用新型专利提供了一种高压空气流发电机，将高压空气通入叶轮机内，实现了叶轮机的转动，驱动叶轮机发电。一般高压空气罐可以存储超过300个大气压的常温高压空气，空气密度超过了330kg/m3，因此高压空气罐可以在较小的体积下装载可观的高压空气。高压空气通过节流限压后驱动涡轮高速旋转，涡轮通过轴带动发电机发电，为汽车提供电能。这种汽车动力方式具有结构简单、成本低和充气快速的优点，具有一定的发展前景。

但是在实际工作时，汽车高压空气涡轮发电***的发电效率较低，研究表明，其主要制约因素是涡轮进出口温度。涡轮进口温度为常温，以15℃计算，出口温度以-35℃计算，出口温度更低会导致结冰严重。涡轮进出口温差为50℃，单位空气流量的涡轮功率为50kW左右，发电机效率以0.95计算，单位空气流量的发电功率为47.5kW，发电效率较低。进而导致汽车行驶里程较短。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高效汽车高压空气涡轮发电装置，在保持涡轮出口温度不变的情况下，增加涡轮进出口温差，提高单位空气流量的涡轮功率，从而提高汽车高压空气涡轮发电***的发电效率，延长汽车行驶里程。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高效汽车高压空气涡轮发电装置，包括高压空气涡轮发电***，所述高压空气涡轮发电***包括高压气罐以及与高压气罐相连的涡轮，所述高压空气涡轮发电***连接有对进入涡轮内的高压气体进行加热的空调制热***，所述空调制热***连接在高压气罐与涡轮之间。

通过采用上述技术方案：在高压气罐和涡轮之间设置了空调制热***，对进入涡轮的高压气体进行加热，空调制热***从环境中吸热，为高压空气加热，提高进入涡轮的高压空气的温度，高压空气温度升高之后，流速加快，这样传递给涡轮的动能也就越多，涡轮的转速提高，进而可以提高涡轮的功率。

作为优选，所述空调制热***包括设置在高压气罐与涡轮之间的热转换器，所述空调制热***还包括两端与热转换器相连的管路以及在管路和热转换器内循环的冷却剂，所述管路内连接有将进入热转换器内的冷却剂加热成高温气态的加热部件。

通过采用上述技术方案：工作时，加热部件对冷却剂进行升温，冷却剂经过加热部件的升温后变成高温气态的，高温气态的冷却剂进入到热转换器内，当高压气管内的高压气体经过热转换器内的时候，高压气体吸收热转换器的热量，即可实现高压气体的加热效果，结构简单，热传递效率高。

作为优选，所述加热部件包括连接在循环管路内的压缩机。

通过采用上述技术方案：空气压缩机对低温气态的冷却剂进行压缩，当冷却剂受压缩之后，体积减小，压力变大，温度上升。采用压缩机对冷却剂进行加热，压缩机不仅可以作为加热部件，还可以作为整个空调制热***的动力源，使冷却剂在空调制热***内流动起来，简化了***构件，降低能耗。

作为优选，所述热转换器包括进气口以及出气口，所述管路上位于压缩机与出气口之间设有将低温雾态的冷却剂加热至低温气态的鼓风式吸热器。

通过采用上述技术方案：当冷却剂从热转换器的出气口排出时，因为高压气体的吸热，冷却剂的状态为中温液态，在压缩机和热转换器之间设置鼓风式吸热器，鼓风式吸热器可以吸收环境中的热量，对中温液态的冷却剂进行加热，将冷却剂加热成低温气态，这样压缩机在对低温气态的冷却机进行压缩的时候，由于冷却剂已经经过鼓风式吸热器的预热，因此可以减少压缩机所需要做的功，进一步降低了能耗。

作为优选，所述高压空气涡轮发电***还包括与涡轮相连的发电机以及与发电机相连的蓄电池，所述蓄电池与压缩机相连。

通过采用上述技术方案：用发电机产生的电能对压缩机进行供电，不需要额外的供电设备，可靠性以及自我供给能力得到极大的提高。

作为优选，所述鼓风式吸热器与热转换器之间、高压气罐与热转换器之间均设有节流阀。

通过采用上述技术方案：在高压气罐与热转换器之间设置节流阀，可以稳定高压气体的压力，并且可以在一定程度上提高高压气体的流速，进而可以提高涡轮的转速。在鼓风式吸热器与热转换器之间设置节流阀，节流阀可以起到降压的作用，当冷却剂从热转换器内输出之后，冷却剂的状态是中温液态，经过节流阀的降压之后，根据能量守恒原理，冷却剂的状态变为低温雾态，低温雾态的冷却剂进入到鼓风式吸热器内，可以提高热传递的效率。确保冷却剂从鼓风式吸热器输出之后，变为低温气态。

作为优选，所述涡轮包括进气管以及出气管，所述进气管与高压气罐相连，所述出气管连接有朝向发电机的吹风管。

通过采用上述技术方案：发电机在长期工作之后容易出现发热现象，吹风管可以向发电机的表面吹气，加快发电机的表面的空气流通，提高发电机的散热效果，延长发电机的使用寿命，同时由于利用的是出气管内的气体，不需要额外的冷却设备，降低了能源的损耗。

作为优选，所述吹风管内设有控制吹风管启闭的电磁阀，所述出气管内设有控制电磁阀启闭的流量传感器。

通过采用上述技术方案：流量传感器可以对吹风管内的高压气体的流速进行检测，当吹风管内高压气体流速较快的时候，发电机的转速较高，此时即可打开吹气管，对发电机进行散热，根据发电机的工作状态选择是否对发电机是否进行散热，避免发电机因为温度过低导致发电效率降低。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、充分利用环境中的温度以及***本身的能量，对进入涡轮内的高压气体进行加热，提高了发电机的发电效率；

2、结构简单，可靠性高。

附图说明

图1是本实施例的整体连接示意图；

图2是图1中A部放大图。

图中：1、高压气罐；11、涡轮；111、进气管；112、出气管；12、发电机；13、蓄电池；2、管路；21、压缩机；22、热转换器；23、鼓风式吸热气；3、节流阀；4、吹风管；41、电磁阀；5、流量传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。

一种高效汽车高压空气涡轮发电装置，包括高压空气涡轮发电***以及空调制热***，空调制热***内嵌在高压空气涡轮发电***中，对进入涡轮11的高压气体进行升温，以提高高压涡轮11发电***的工作效率。

本实施例中，高压空气涡轮发电***包括依次连接的高压气罐1、节流阀3、涡轮11以及发电机12，发电机12连接有蓄电池13，高压气体从高压气罐1内输出之后，进入涡轮11内驱动涡轮11转动，高压气体的动能转换为涡轮11的动能，涡轮11的转轴与发电机12的转轴相连，进而驱动发电机12发电。

空调制热***设置在高压气罐1与涡轮11之间(高压空气涡轮发电***内的节流阀3设置在空调制热***上游)，空调制热***包括一循环管路2，在循环管路2内依次串接有热转换器22、压缩机21、鼓风式吸热器23以及节流阀3。其中，热转换器22设置在高压气罐1以及涡轮11之间的管道上，当高压气体经过热转换器22的时候，与热转换器22进行热量转换，以达到加热高压气体的作用。在管路2内设有冷却剂，冷却剂作为中间介质，在管路2内循环流动，冷却剂在管路2内的流向为：热转换器22-节流阀3-鼓风式吸热器23-压缩机21，空调制热***通过对冷却剂的加热，进而实现热量的传递。因为鼓风式吸热机23与压缩机21之间的冷却剂为低温气态，因此，本实施例中压缩机21为空气压缩机21。

具体加热过程如下，位于鼓风式吸热机23与空气压缩机21之间的冷却剂为低温气态，空气压缩机21将冷却剂吸入之后，进行压缩，空气压缩机21对冷却剂做功，压缩后的冷却剂温度和压力均上升，此时的冷却剂为高温气态；随后通过热转换器22的进气口进入热转换器22内，在热转换器22内冷凝，大量的热量交换至高压空气中，冷凝后的冷却剂变为中温高压液态；经过节流阀3的降压，冷却剂变为低温低压雾状；随后低温低压雾状的冷却剂进入鼓风式吸热气中吸热蒸发，进而变成低温低压气态，准备重新进入空气压缩机21内，完成一个循环。

高压气体经过空调制热***的加热之后，再进入涡轮11内，由于温度变高，流量加快，根据能量守恒原理，高压气体带来的能量变多了，排出的高压气提的温度又与原来相同，因此发电机12的发电功率得到了显著的提高。为提高整个***的独立性，空气压缩机21采用蓄电池13供电，不需要外接额外的电源。

为了能够进一步提高高压气体的利用率，涡轮11的出气管112连接有吹风管4，吹风管4朝向发电机12的外壁设置。涡轮11包括进气管111以及出气管112，进气管111与高压气罐1相连，出气管112与吹风管4相连。这样高压气体从出气管112排出时，有一部分还可以用于对发电机12进行散热，提高了高压气体的利用率以及发电机12的使用寿命。

为了能够有选择性的对发电机12进行散热，在吹风管4内设有控制吹风管4启闭的电磁阀41，出气管112内设有控制电磁阀41启闭的流量传感器5，当流量传感器5检测到出气管112内高压气体流量大于一定数值时，才开控制电磁阀41打开，只有当发电机12功率较大时，才对发电机12进行散热，避免造成发电机12表面温度过低，造成不必要的能量损耗。

工作过程概述：当高压气体经过热转换器22的时候，高压气体温度升高，流速加快，随后再进入涡轮11内，驱动涡轮11带动发电机12的转轴转动，继而驱动发电机12发电；空气压缩机21驱动冷却剂在管路2内循环，为热转换器22内提供热量。

表1性能对比

表1为现有方案和专利改进方案性能对比。两方案的储气罐温度都为15℃，现有方案涡轮11的进出口温度分别为15℃和-35℃，最终单位流量***发电净功率为47.5kW。本专利方案是在涡轮11前将高压空气温度由15℃加温到了55℃，同时单位流量消耗功率10kW。55摄氏度的高压空气驱动涡轮11做功，涡轮11出口温度为-35℃，单位流量涡轮11功率为90kW，单位流量发电机12发电功率为85.5kW。单位流量发电机12发电功率85.5kW，扣除单位流量空调制热***消耗10kW，得到单位流量***发电净功率为75.5kW，比现有方案4.5kW高了59％。在现有汽车高压空气涡轮发电***基础上增加了空调制热***后，发电功率大大增加，整个***效率提升非常明显。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效汽车高压空气涡轮发电装置，包括高压空气涡轮发电***，所述高压空气涡轮发电***包括高压气罐（1）以及与高压气罐（1）相连的涡轮（11），其特征在于：所述高压空气涡轮（11）发电***连接有对进入涡轮（11）内的高压气体进行加热的空调制热***，所述空调制热***连接在高压气罐（1）与涡轮（11）之间。

2.根据权利要求1所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述空调制热***包括设置在高压气罐（1）与涡轮（11）之间的热转换器（22），所述空调制热***还包括两端与热转换器（22）相连的管路（2）以及在管路（2）和热转换器（22）内循环的冷却剂，所述管路（2）内连接有将进入热转换器（22）内的冷却剂加热成高温气态的加热部件。

3.根据权利要求2所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述加热部件包括连接在循环管路（2）内的压缩机（21）。

4.根据权利要求3所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述热转换器（22）包括进气口以及出气口，所述管路（2）上位于压缩机（21）与出气口之间设有将低温雾态的冷却剂加热至低温气态的鼓风式吸热器（23）。

5.根据权利要求3所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述高压空气涡轮发电***还包括与涡轮（11）相连的发电机（12）以及与发电机（12）相连的蓄电池（13），所述蓄电池（13）与压缩机（21）相连。

6.根据权利要求4所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述鼓风式吸热器（23）与热转换器（22）之间、高压气罐（1）与热转换器（22）之间均设有节流阀（3）。

7.根据权利要求1所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述涡轮（11）包括进气管（111）以及出气管（112），所述进气管（111）与空调制热***相连，所述出气管（112）连接有朝向发电机（12）的吹风管（4）。

8.根据权利要求7所述的高效汽车高压空气涡轮发电装置，其特征在于：所述吹风管（4）内设有控制吹风管（4）启闭的电磁阀（41），所述出气管（112）内设有控制电磁阀（41）启闭的流量传感器（5）。