Способ рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой и устройство для рекуперации

(51) 5 ЮЗ СОВЕТСЕНХЦИАЛИСТНЧЕСКНХ РЕСПУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ И(76) Прогляда Леонид Петрович(Я) СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПАРОСИПОВОЙ УСТАНОВКОЙ И УСТРОЙСТВО ДПЯ РЕКУПЕРАЦИИ(67) Сущность изобретения: отбирают кинетическую энергию торможения, накапливают ее в аккумуляторе и выдают в силовую установку, Отбор энергии торможения осуществляют путем вытеснения изкамеры двигателя через сужающееся отверстиепотока рабочего тела в парообразном состоянии,РЕТЕНИЯ кинетическую энергию которого преобразуют в тепловую путем энергетического разделения на парообразную и жидкую фазц которую накапливают в аккумуляторе. Жидкая фаза имеет более высокую температуру по сравнению с парообразной, Энергетическое разделение производят в адиабатной вихревой трубе, Для рекуперации энергии торможения установлены аккумулятор, узлы отбора кинетической энергии и выдачи ее в установку. Входные патрубки преобразователей энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела соединены с соответствующими выходными отверстиями узлов отбора Выходные патрубки через насос соединены с аккумулятором. 2 си 4 зл.ф-пы, 3 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для ре куперации энергии торможения в паросиловых транспортных средствах.Известен способ рекуперации энергии 5 1 орможения транспортного средства и устройство для его осуществления в виде рекуперативной силовой установки, Способ содержит операции отбора кинетической энергии торможения с вала трансмиссии транспортного средства, накопления ее в аккумуляторе механической энергии и выдачи запасенной энергии в силовую схему транспортного средства. 8 рекуперативной силовой установке в качестве, аккумулятора 15 механической энергии использован маховик, помещенный в. корпусе, Маховик посредством муфты кинематически связан с валом трансмиссии транспортного средства, с помощью которых осуществляется от бор кинетической энергии торможения, Посредством другой муфты и торового вариатора маховик кинематически связан с выходным валом, с помощью которого осуществляется выдача запасенной в акку муляторе энергии в силовую схему транс-портного средства. С помощью еариатора можно изменять скорость вращения выходного вала. Он содержит два соосно установленных колеса и два.дополнительных ЭО колеса, оси вращения которых перпендикулярны оси вращения первых двух колес. При этом положение оси одного иэ дополнительных колес может изменяться с помощью устройства управления, Этим достигается З 5 изменение скорости вращения выходного вала при выдаче энергии в силовую схему транспортного средства.Известный способ рекуперации энергии торможения, использующий аккумуля О тор механической энергии и механическую систему отбора энергии торможения и вы. дачи ее в силовую схему транспортного. средства, не обеспечивает простоту конструкции использующей этот способ извест- "5 ной рекуперативной силовой установки. Это связано с тем, что вес маховика и скорость его вращения достигают. значительных величин, требующих надежной смазывающей подвески, а для уменьшения сопротивления 80 среды и для безопасности кожуха. Кроме того, кинетическая энергия движущегося транспортного средства выделяется при его замедлении, а воспринимается она маховиком при его ускорении, Это вызывает 55 необходимость в соединении трансмиссии транспортного средства с маховиком бесступенчатой передачей с широким диапазоном регулирования передаточного отношения, Механическая связь аккумулятора с источником рекуперируемой энергии и с ее потребителем также достаточно сложна. К тому же в кинематической схеме имеются значительные потери на трение.Известен способ рекуперации энергии торможения транспортного средства и устройство для его осуществления в виде пневматического рекуперативного привода. Способ содержит операции отбора кинетической энергии торможения с вала трансмиссии транспортного средства с помощью гидромашины, работающей в режиме гидронасоса, накопления ее в пневмогидравлическом аккумуляторе и выдачи запасенной энергии в силовую схему транспортного средства с помощью той хе гидромашины, работающей в режиме гидромотора, Этот способ является наиболее близким к заявляемому и принят за прототип. Осуществленный на его основе пневмогидравлический рекуперативный привод, также принятый за прототип, содержит обратимую гидро- машину, трубопроводы рабочей жидкости, распределитель и электроуправляемые клапаны, являющиеся узлами отбора кинетической энергии торможения и выдачи накопленной энергии в силовую схему транспортного средства, и пневмогидравлический аккумулятор с пневмогидравлическим баллоном.Известный пневмогидравлический рекуперативный. привод имеет сложную конструкцию. Его пневмогидравлический аккумулятор выполнен трехкамерным с двумя различного диаметра поршневыми разделителями сред, Пневмогидравлический баллон имеет две камеры с поршневым разделителем сред. При этом и аккумулятор и баллон должны выдерживать значительные давления. Распределитель иэлектроуправляемые клапаны имеет систему управления, а весь привод долен иметь рабочую жидкость, Таким образом, известный способ не обеспечивает упрощение устройства для его осуществления. Сложность устройства снижает эффект от рекуперации энергии торможения транспортного средства,Цель изобретения состоит в упрощении устройства рекуперации энергии торможения транспортного средства, использующего паросиловую установку, путем осуществления его на основе заявляемого способа,Цель достигается тем, что по способу рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, включающему отбор кинетической энергии торможения, накопление ее в аккумуляторе и выдачу ее в силовую установку, согласно изобретению отбор кинетическойэнергии торможения осуществляют путем вытеснения иэ камеры двигателя через суживающееся 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. При этом энергетическое разделение производят, например, в адиабатной вихоевой трубе,Цель достигается тем, что устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, содержащее аккумулятор, узлы отбора кинетической энергии и выдачи ее в установку, согласно изобретению снабжено насосом с преобразователями кинетической энергии торможения в тепловую энергию рабочего тела, входные патрубки которых соединены с соответствующими выходными отверстиями узлов отбора, а выходные патрубки через насос соединены с аккумулятором, При этом каждый преобразователь 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 заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".- Цель упрощения устройства рекуперации поставлена для транспортного средства с паросиловой установкой, содержащей роторную паровую машину в качестве двигателя, 8 режиме торможения двигателем транспортного средства рабочее тело в камеру паровой машины не поступает, а выпускное отверстие переднего хода постепенно закрывается при открытом выпус 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 конденсируется и нагревается в жидкой фазе до критической температуры при критическом давлении. обеспечивающей работу паровой машины. Преобразование кинетической энергии торможения в тепловую энергию51015 20 25ЗО3540 талкиванием потока. Закручивают поток в вихрь и ускоряют его в сопловой камере вихревой трубы. Осуществляют знергетичерабочего 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 (неохлаждаемой) 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.и 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 устройствосоответствуют 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 инакапливали в аккумуляторе тепла, Не выявлено также, 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, проходящемучерез выпускное отверстие камеры паровой машины прикрытием этого отверстия и вы 18396945 10 15 20 30 35 40 45 50 ское разделение на периферийный и приосевой 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 зто не ограничивает область использования заявляемых способа и устройства для его осуществления.Устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства содер. жит 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 б энергетического разделения потока рабочего тела, выходных 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 в 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 машины 3, которая, кроме того, имеет два выпускных отверстия с клапанами переднсго и заднего хода. Выпускное отверстие заднего хода соединено паропроводом с входом конденсатора 12. Выпускное отверстие 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 соединены с выходными патрубками 7 и далее трубопроводом через насос 14 с аккумулятором 9 тепла, который выполнен в виде теплоизолировэнного газогидравлического аккумулятора с упругой разделительной диафрагмой. В верхнем резервуаре аккумулятора помещен носитель потенциальной энергии, Это может быть пружина или пар,подаваемый под давлением, например, из паропровода тепловой схемы установки. 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 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 6 энеогетического разделения соосноустановлен клапан 18 переднего хода с возможностью перекрытия выхода патрубка 5 (выпускного отверстия).Работа устройства. При торможении двигателя транспортного средства постепенно 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 в рабочих камерах, Связанное через трансмиссию с выходным валом 10 транспортное средство, замедляясь, отдает свою кинетическую энергию торможения через лопасть 1 и диафрагму 2 паровой машины 3 потоку 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 и1839694 поступает в камеру 6 энергетического разделения, где он закручивается в вихрь, Цен.- тробежная 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-эа 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 овево 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 30 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 40 энергию обеспечивает меньший ее расход в нагревателе 17 в процессе нагрева рабочего тела до критической температуры, Таким образом, за счет саккумулированной тепловой энергии совершается полезная работа, Это 45 что энергетическое разделение производят. в адиабатной вихревой трубе,Формула изобретения 1, Способ рекуперации энергии торможения транспортного средства с паросиловой установкой, включающий отбор кинетической энергии торможения, накопление ее в аккумуляторе и выдачу ее в силовую установку, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства рекуперации, отбор кинетической энергии торможения осуществляют путем вытеснения из камеобеспечивает 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 рабочего 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 рабочега 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 массогабаритные характеристики устройства увеличивают эффект от рекупеоации энергии торможения - КПД паросиловой уста-. новки. 56) Авторское свидетельство СССР М 1118823, кл. Р 16 Н 33/02, 1984. 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,2. Способ по п.1, отличающийся тем, 11 1839694 123. Устройство для рекуперации энергии 4. Устройство по п.З, отличающееся торможения транспортного средства с па- тем, что каждый преобразователь содерросиловой установкой, содержащее акку- жит камеру энергетического разделения мулятор, узлы отбора кинетической потока рабочего тела с отборником жидкой энергии и выдачи ее в установку, отличаю фазы, соединенным с выходными патрубщееся тем, что устройство снабжено несо- ками, а входной патрубок выполнен в виде сом и преобразователями кинетической сужающегося сопла.энергии торможения в тепловую энергию 5. Устройство по п,4, отличающееся рабочего тела, входные. патрубки которых тем, что отборник жидкой фазы выполнен соединены с соответствующими выходны в виде кольцевых проточек в корпусе камеми отверстиями узлов отбора, а выходные ры энергетического разделения.патрубки через насос соединены с аккуму-, 6. Устройство по п.З, отличающееся лятором. тем, что аккумулятор снабжен тепловойизоляцией..Ю а ктор Л. Составитель Л, П Техред М.Морген тор Т. Юрчик Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 41 Произ енно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарин