液压式车载全面能量回收利用系统技术方案

液压式车载全面能量回收利用系统是涉及汽车节能技术领域（特别是关于汽车内燃机余热利用、发动机低负载时的富余功率回收以及车辆的制动、震动能量的回收利用方面）的一项发明专利技术。本发明专利技术是在综合分析汽车运行中各个环节的能量转化过程后提出的一个效率较高、较为全面的能量回收利用方案，该系统可有效回收利用汽车制动能量、震动能量、发动机低负荷运转时的富余功率，同时还利用发动机余热建立一个回热循环实现了机械能的再生。本发明专利技术通过全面回收利用汽车运行过程中的各种能量，以达到降低汽车燃油消耗的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术对能量的利用率在理论上超过现有的混合动力等其他技术，可以预见，本系统研发装车成功后必然大大提高汽车的燃油经济性，尤其是对在制动频繁的市区内行驶的公交车、轿车等，燃油消耗量有望节省50％以上。2、汽车在利用储能系统进行制动、加速时运行平稳由于本专利技术的核心部分在能量的储存、释放过程中理论上可处于恒压状态，因此只要采用现有的在应用上最广泛、技术上最成熟、构造上最简单的等容齿轮泵，即可使汽车在利用液压储能系统进行制动和加速时获得平稳的运行效果。3、构造简单、易于实现液压式车载全面能量回收利用系统的工作全过程中，每一个环节均没有尖锐、突出的矛盾，如液压系统的工作最高压强基本在15MPa左右，这个压强在液压系统中属于中等水平；储能工质的最高工作温度在150℃左右(视废气可利用的最高温度可适当调整)，这些条件均十分容易满足。对于储能工质，可选用二氧化碳、氨气、一氧化二氮等。从化学稳定性和分子间作用力相对较小的角度考虑采用二氧化碳比较好(分子间作用力小则热效率高)，并且根据不同季节自然界温度的变化可采用纯二氧化碳或二氧化碳与少量其他有机物的混合物(如丁醛、甲苯、环己烷等，掺入少量第二组分可提高工质的临界点温度——见《高等学校化学学报》VOL23《超临界二氧化碳二元体系相平衡性质的研究》，作者张敬畅、吴向氧、曹维良)。同时液压式车载全面能量回收利用系统对现有汽车结构改变小，在汽车上装配该系统不会对现有的汽车制造技术造成影响。四、在汽车上装配本系统后的经济性分析在汽车上装配液压式全面能量回收利用系统后，在一定程度上增加了汽车构造的复杂性，对汽车的成本有所提高。从定性的角度分析，对普通轿车而言，发动机成本约占整车成本的30％，从构造上比较本专利技术比汽车发动机要简单很多。以价格为10万元的普通轿车衡量，若装配该能量回收利用系统后汽车价格提高2万元。按目前的汽油价格5.0元/升计算，一般家庭用车年行驶里程2万公里，市区行驶消耗在燃油方面的成本按0.5元/公里计算，则每年的燃油费用为1万元。若装备液压式全面能量回收利用系统后燃油消耗降低50％，则每年节省5000元燃油费。按照这样估算对家庭轿车而言4年以内在燃油方面的节省可抵消购车时增加的费用。若对于城市出租汽车，每年行驶里程约20万公里，则半年内节省的燃油费用足可抵消购车时增加的成本。以上估算表明本专利技术描述的全面能量回收利用系统在经济方面具有良好的可行性，而同时它在环保方面的意义却是难以估量的。五、将本专利技术应用于1.5吨级轿车的估算液压式车载全面能量回收利用系统的优越性主要体现在汽车运行过程中需要频繁制动的场合(主要是市区行驶工况)。现以运行重量1.5吨级的城市出租汽车为例，计算出适合装配在这一重量等级的汽车上的全面能量回收利用系统的一些关键技术参数。由于在城市中运行的汽车速度一般不会很高，现按照储能设备能够将汽车速度提高到50km/h为标准来考虑。汽车以50km/h的速度行驶时其动能为E=12mv2=12×1.5×(503.6)2=145(kJ)]]>按工质释放能量时压强15MPa、齿轮泵机械效率0.85、流动及其他环节的能量传递效率0.95计算，聚能罐中至少需要储存的液压油体积为 根据系统效率分析计算中的数据，二氧化碳工质在15MPa下定压吸热膨胀(工作温度60℃～150℃，体积变化1.68L～4.04L)每公斤二氧化碳可对外做功35.4kJ，因此所需工质质量为 聚能罐内部所需有效容积为V罐＝5.1×4.04＝20.6(升)聚能罐外形取Ф250mm×500mm(直径×长度)的圆柱筒体即可满足内部容积要求。汽车每次加速需要吸收的热量为Q吸＝5.1×(21+171)＝980(kJ)运行质量1.5吨级的轿车其发动机最大功率在100kW左右，但市区行驶条件下发动机一般远达不到最大功率，若发动机平均实际运行功率按40kW计，其热效率按30％计，发动机余热回收利用率按20％计，则为蓄积供汽车一次加速必需的热量所需时间为 即若汽车发动机以平均40kW的功率(余热排放功率93.3kW)每正常运行52.5秒，只要利用发动机余热的20％，即可供给能量回收利用系统完成工质的预期膨胀做功过程将汽车速度提高到50km/h。若高温热源采用水作为蓄热材料，控制水的最高温度180℃(饱和液压强1.002MPa)，对工质加热后按水温平均下降30℃考虑，则所需热水量为 汽车每次加速完成后，为了能够按照效率分析中限定的过程完成能量的再次蓄积，工质须向外释放热量，其中定容降温过程释放的热量为Q放，1＝5.1×84＝428(kJ)等温压缩过程(向聚能罐充入液压油的过程)释放的热量为Q放，2＝5.1×89＝454(kJ)由于聚能罐向外释放机械能是在汽车启动时，能量释放完成后工质处于高温状态，聚能罐内的温度比环境温度高很多，且在汽车启动之后一般会正常运行一段时间，在段时间内聚能罐表面可自动与外界发生热传递。因此若对工质的冷却只考虑带走工质压缩过程中释放的热量，采用水作为冷却剂，在对工质进行冷却的过程中其温度若从10℃升高到20℃，则所需冷水量为 在温度较低的季节(如冬季)，冷却水通过与外界进行热交换可重新回到低温状态。在温度较高的季节(如夏季)，则可同时提高冷却水温度和工质压缩时的温度，对二氧化碳工质可在其中加入少量有机物组分以提高工质临界点温度，由此便可通过与外界的自发热交换保持冷源的低温状态。通过以上将本专利技术应用于1.5吨级轿车的各个工作环节的计算，结果表明，该系统的工作过程中每个环节均可实现。由此可见，本专利技术在技术上是完全可行的。权利要求1.带有回热循环的储能核心，其特征为利用热交换器回收发动机的余热并将其储存在蓄热剂中形成高温热源；利用与自然环境之间的热交换使冷却剂保持常温状态形成冷源；利用封闭在聚能罐中的工质工作在高温热源与冷源之间构成一个封闭热功循环；通过液压油流入、流出聚能罐实现工质的压缩、膨胀以及能量的储存、释放过程；当外界向聚能罐输入能量时，通过与冷源的热交换使工质维持在相对低温低压状态，当聚能罐向外界输出能量时，通过与高温热源的热交换使工质维持在相对高温高压状态，从而实现利用发动机余热转化为宏观机械能的热工过程。2.汽车制动能量回收利用模块，其特征为汽车制动时，根据汽车运动方向传感器和储能容量记录表的信息对制动类别作出判断，当汽车处于前进运行状态且储能尚未饱满时，利用汽车动能驱动液压泵，将油箱中的液压油输送到权利要求1所述的核心聚能罐中，使汽车产生制动效果并实现能量的回收。3.汽车发动机富余功率回收利用模块，其特征为通过监测发动机转速和扭矩判断发动机负载情况，当发动机功率有富余时，通过闭合离合器使发动机驱动液压泵，将油箱中的液压油输送到权利要求1所述的核心聚能罐中，从而实现发动机富余功率的回收。4.汽车震动能量回收利用模块，其特征为通过与汽车减震系统相联的油缸与活塞、单向阀及限压阀的组合作用，在汽车有震动时将油箱中的液压油输送到权利要求1所述的核心聚能罐中，从而实现汽车震动能量的回收；在储能罐压强偏高的情况下，限压阀能够自动释放液压油使储能压强维持在正常水平。5.汽车液压驱动模块，其特征为当汽车需要动力驱动时，驾驶员根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
带有回热循环的储能核心，其特征为：利用热交换器回收发动机的余热并将其储存在蓄热剂中形成高温热源；利用与自然环境之间的热交换使冷却剂保持常温状态形成冷源；利用封闭在聚能罐中的工质工作在高温热源与冷源之间构成一个封闭热功循环；通过液压油流入、流出聚能罐实现工质的压缩、膨胀以及能量的储存、释放过程；当外界向聚能罐输入能量时，通过与冷源的热交换使工质维持在相对低温低压状态，当聚能罐向外界输出能量时，通过与高温热源的热交换使工质维持在相对高温高压状态，从而实现利用发动机余热转化为宏观机械能的热工过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾礼，钮忠华，
申请(专利权)人：曾礼，钮忠华，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]