Способ рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой и устройство для рекуперации Советский патент 1993 года по МПК F01B29/12 

энергии торможения осуществляют путем вытеснения из камеры двигателя через суживающееся отверстие потока рабочего тела в парообразном состоянии, кинетическую энергию которого преобразуют в теп- ловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазы, которую накапливают в аккумуляторе, причем жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной. При этом энергетическое разделение производят, например, в адиабатной вихревой трубе.

Цель достигается тем, что устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой ус- тановкой, содержащее аккумулятор, узлы отбора кинетической энергии и выдачи ее в установку согласно изобретению снабжено насосом с преобразователями кинетической энергии торможения в тепловую энер- гию рабочего тела, входные патрубки которых соединены с соответствующими выходными отверстиями узлов отбора, а выходные патрубки через насос соединены с аккумулятором. При этом каждый преобра- зователь содержит камеру энергетического разделения потока рабочего тела с отборником жидкой фазы, выполненным в виде кольцевых проточек в корпусе камеры энергетического разделения и соединенным с выходными патрубками, а выходной патрубок выполнен в виде сужающегося сопла. Аккумулятор снабжен тепловой изоляцией.

Указанные отличительные признаки свидетельствуют о соответствии заявляемо- го технического решения критерию изобретения новизна,Цель упрощения устройства рекуперации поставлена для транспортного средства с паросиловой установкой, содержащей рр- торную паровую машину в качестве двигателя. В режиме торможения двигателем транспортного средства рабочее тело в камеру паровой машины не поступает, а выпускное отверстие переднего хода посте- пенно закрывается при открытом выпуск- ном отверстии заднего хода. Лопасти машины, будучи кинематически связанными через трансмиссию с колесами транспортного средства, продолжают движение и выталкивают парообразное рабочее тело через сужающееся отверстие, передавая рабочему телу кинетическую энергию торможения. В тепловой схеме паросиловой установки парообразное рабочее тело кон- денсируется и нагревается в жидкой фазе до критической температуры при критическом давлении, обеспечивающей работу паровой машины, Преобразование кинетической энергии торможения в тепловую энергию

рабочего тела уменьшает расход тепловой энергии нагревателя для нагрева рабочего тела. Рекуперированная энергия передается по тепловой схеме в силовую схему транспортного средства. Для этого нет необходимости иметь специальный носитель рекуперированной энергии, поэтому конструкция упрощается. Кроме того, для упрощения конструкции преобразование кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела осуществлено путем энергетического разделения потока рабочего тела в адиабатной (неохлаждае- мой)вихревой трубе на охлажденный (при- осевой) и нагретый (периферийный) потоки. При этом нагретый поток получают в жидкой фазе и направляют его под давлением в аккумулятор тепла. Конструкция и состав вихревой трубы достаточно просты. Она содержит входной патрубок с сопловым вводом, камеру энергетического разделения в виде отрезка трубы, в корпусе которой выполнены проточки-v выходные патрубки. Аккумулятор тепла также конструктивно прост - это теплоизолированная емкость. Таким образом, заявляемые способ и устройство обеспечивают упрощение конструкции и небольшие массогабаритные характеристики, что в свою очередь повышает эффект от рекуперации энергии торможения. Следовательно, заявляемые способ и устройство соответствуют критерию изобретения положительный эффект.

Не выявлено, чтобы с целью упрощения устройства рекуперации для транспортного средства с паросиловой установкой кинетическую энергию торможения преобразовывали в тепловую энергию рабочего тела и накапливали в аккумуляторе тепла. Не выявлено тзкже. чтобы с той же целью в состав устройства для рекуперации энергии торможения был введен преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, вход которого соединен с выходом узла отбора кинетической энергии торможения, а выход через насос соединен с аккумулятором тепла. Это дает основание полагать, что заявляемые способ и устройство соответствуют критерию изобретения Существенные отличия.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбор кинетической энергии торможения производят путем ее передачи потоку парообразного рабочего тела, проходящему через выпускное отверстие камеры паровой машины прикрытием этого отверстия и выталкиванием потока. Закручивают поток в вихрь и ускоряют его в сопловой камере вихревой трубы. Осуществляют энергетическое разделение на периферийный и при- осееой потоки в камере энергетического разделения. Преобразуют кинетическую энергию периферийного потока в тепловую с переводом (конденсацией) его в жидкую фазу в той же камере. Носитель тепловой энергии периферийного потока - рабочее тело накапливают под давлением в аккумуляторе тепла. Тепловую энергию аккумулятора выдают в силовую схему путем преобразования ее в кинетическую энергию вращения выходного вала паровой машины.

На фиг. 1 дана тепловая схема паросиловой установки с устройством рекуперации энергии торможения транспортного средства; на фиг. 2 - преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, продольный разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.

Паросиловая установка использует в качестве рабочего тела жидкость, у которой разность энтальпий между критическим и атмосферным давлением при адиабатическом расширении больше теплоты парообразования. Такое рабочее тело поступает в паровую роторную машину объемного расширения в жидкой фазе с параметрами, соответствующими области его критического состояния. Однако это не ограничивает область использования заявляемых способа и устройства для его осуществления.

Устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства содержит узел отбора кинетической энергии торможения в составе лопасти 1, диафрагмы 2 и выпускного клапана (не показан), являющихся элементами паровой роторной машины 3 объемного расширения, преобразователь кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, выполненный в виде адиабатной вихревой трубы 4 в составе входного патрубка 5 с сопловым вводом, камеры 6 энергетического разделения потока рабочего тела, выход- ных патрубков 7 и осевого выходного патрубка 8, аккумулятор 9 тепла, узел выдачи накопленной энергии в силовую схему в составе диафрагмы 2 и лопасти 1 с выходным валом 10 паровой машины 3.

Паровая роторная машина 3 объемного расширения имеет шарообразный корпус, в котором расположены диафрагма 2 и две лопасти 1 по обе стороны от нее. Диафрагма 2 установлена с возможностью перемещения относительно лопастей 1. Лопасти установлены а корпусе машины 3 так, что их продольные оси симметрии находятся под углом друг к другу. На лопастях 1 соосно и неподвижно закреплены валы 10, один из

которых является валом отбора мощности и через трансмиссию связан с ходовой частью транспортного средства. В валах 10 выполнены элементы дозаторов 11, корпуса которых закреплены на корпусе машины 3 (не показано). Дозаторы 11 управляются регулятором дозы рабочего тела (не показан). Выход дозаторов соединен с впускными отверстиями рабочих камер паровой маши0 ны 3, которая, кроме того, имеет два выпускных отверстия с клапанами переднего и заднего хода. Выпускное отверстие заднего хода соединено паропроводом с входом конденсатора 12. Выпускное от5 верстие переднего хода соединено с входным патрубком 5 вихревой трубы 4. В камере 6 энергетического разделения выполнен отборник жидкой фазы в виде кольцевых проточек 13 в ее корпусе. Проточки

0 соединены с выходными патрубками 7 и далее трубопроводом через насос 14 с аккумулятором 9 тепла, который выполнен в виде теплоизолированного газогидравлического аккумулятора с упругой разделительной ди5 афрагмой. В верхнем резервуаре аккумулятора помещен носитель потенциальной энергии. Это может быть пружина или пар, подаваемый под давлением, например, из паропровода тепловой схемы установки.

0 Нижний резервуар аккумулятора соединен с выходом насоса 14 и с одним из входов автоматического клапана 15. Осевой выходной патрубок 8 соединен паропроводом с входом конденсатора 12, выход которого

5 трубопроводом соединен с другим входом клапана 15. Выход клапана 15 через насос 16 соединен с входом нагревателя 17, выход которого соединен с входами дозаторов 11. Внутри камеры б энергетического разделе0 ния соосноустановлен клапан 18 переднего хода с возможностью перекрытия выхода патрубка 5 (выпускного отверстия).

Работа устройства. При торможении двигателя транспортного средства посте5 пенно закрывают клапаном 18 выпускное отверстие переднего хода (при открытом выпускном отверстии заднего хода и отсутствии доз с дозатора 11). Вращение лопастей 1 замедляется из-за противодавления

0 в рабочих камерах. Связанное через трансмиссию с выходным валом 10 транспортное средство, замедляясь, отдает с вою кинетическую энергию торможения через лопасть 1 и диафрагму 2 паровой машины 3 потоку

5 парообразного рабочего тела, проходящему через выпускное отверстие переднего хода, обеспечивая отбор кинетической энергии торможения. Поток рабочего тела, проходя через входной патрубок 5 с сопловым вводом вихревой трубы 4. ускоряется и

поступает в камеру б энергетического разделения, где он закручивается в вихрь, Центробежная сила потока парообразного рабочего тела отжимает влагу к стенкам камеры 6. За счет динамического сжатия паро- образного рабочего тела в периферийной области камеры 6 происходят его нагрев и отдача тепла сконденсированной жидкости, которая сосредоточивается (стекает) в кольцевых проточках 13 отборника жидкой фа- зы. Температура отходящего от стенок сухого пара уменьшается и часть его из-за повышенного давления у стенок камеры 6 конденсируется в жидкость. Другая его часть создает приосевой охлажденный по- ток, не конденсирующийся из-за пониженного давления в приосевой области. Таким образом, осуществляется энергетическое разделение потока на два потока - периферийный и приосевой и преобразование ки- нетической энергии периферийного потока в тепловую с переводом его в жидкую фазу. Эти операции осуществляют в адиабатной вихревой трубе. Приосевой охлажденный поток рабочего тела в газовой фазе с оеево- го выходного патрубка 8 по паропроводу поступает в конденсатор 12, где, отдавая часть своего тепла, конденсируется в жидкую фазу. Периферийный нагретый поток рабочего тела в жидкой фазе с кольцевых проточек 13 и выходных патрубков 7 подается по трубопроводу насосом 14 в аккумулятор 9 тепла. При наличии в аккумуляторе 9 рабочего тела клапан 15 пропускает его на вход насоса 16, а трубопровод от конденса- тора 12 в это время перекрыт. В отсутствии рабочего тела в аккумуляторе 9 клапан 15 перекрывает его выход, а трубопровод конденсатора 12 соединяет с насосом 16. Рекуперация энергии торможения в тепловую энергию обеспечивает меньший ее расход Q нагревателе 17 в процессе нагрева рабочего тела до критической температуры. Таким об- разом, за счет саккумулированной тепловой энергии совершается полезная работа. Это

обеспечивает повышение КПД паросиловой установки.

С выхода нагревателя 17 рабочее тело с критическими параметрами поступает на вход дозаторов 11, которые в зависимости от величины управляющего сигнала, поступающего с регулятора дозы рабочего тела (не показан), и в соответствии с требуемым крутящим моментом силы на выходном валу 10 паровой машины 3 формируют дозы рабочего тела. Через входные отверстия дозы поступают в рабочие камеры паровой машины, В камерах происходит парообразование рабо чего тела и создается момент силы на диафрагме 2, который приводит во вращение лопасти 1 и выходные валы 10. Здесь происходит выдача тепловой энергии рабочего тела (в том числе полученной за счет рекуперации энергии торможения) в силовую схему путем преобразования ее в кинетическую энергию вращения выходного вала паровой машины. В отсутствии торможения при движении транспортного средства выпускное отверстие переднего хода открыто, парообразное рабочее тело проходит через него с меньшей скоростью на вход вихревой трубы 4 и в ней не образуются условия энергетического разделения потока. В этом случае поток парообразного рабочего тела через осевой выходной патрубок 8 по паропроводу поступает в конденсатор 12.

Таким образом, по сравнению со способом-прототипом рекуперации энергии торможения и устройством его осуществления заявляемые способ и устройство значительно проще. Кроме того, малые массога- баритные характеристики устройства увеличивают эффект от рекуперации энергии торможения - КПД паросиловой установки.

(56) Авторское свидетельство СССР № 1118823.кл. F16 Н33/02, 1984.

Формула изобретения

ры двигателя через сужающееся отверстие потока рабочего тела в парообразном состоянии, кинетическую энергию которого преобразуют в тепловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазы, которую накапливают в аккумуляторе, причем жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной.

Фиг. i

55

0

5

ЭСолбых,

п Фиг,2 1 . Sop был.

,-f

Вх

cbuz.5