專利名稱：能量回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及動力系統(tǒng)，其包括有用于儲存壓縮流體燃料的儲存裝置、能從壓縮流體燃料中回收機械勢能的空氣馬達(air motor)以及 將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成另 一種形式能量的裝置。發(fā)明背景典型的量產(chǎn)機動車輛都包括往復(fù)式的內(nèi)燃機，它將儲存在液體燃 料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的機械能用于驅(qū)動汽車的車輪以及其它底 盤牽引裝置。在機動車輛中氣態(tài)燃料的使用越來越多地得到青睞。諸燃料相比能量密度低。因此，氣態(tài)燃料通常被壓縮儲存在汽車上，以 提高其能量密度，并在兩次補給燃料間可以有足夠的續(xù)航里程。壓縮 氣態(tài)燃料儲存在汽車上需要耗費很多能量，這增加了氣態(tài)燃料的成 本，也降低了氣態(tài)燃料分配系統(tǒng)的能效。發(fā)明概要所公開的動力系統(tǒng)包括構(gòu)造成可儲存加壓燃料的裝置，燃料中含 有機械勢能和化學(xué)能。帶有空氣馬達輸出部件的空氣馬達與儲存裝置 流體連通，并構(gòu)造成可將燃料中的機械勢能傳輸?shù)狡漭敵霾考；瘜W(xué) 能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與空氣馬達成流體連通以接收由那里傳來的燃料?；瘜W(xué)能 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)造成可將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成另一種形式能量，比如機 械能或電能。該發(fā)明中的動力系統(tǒng)與之前的形式相比提高了效率，因為空氣馬 達至少回收了將燃料壓縮進儲存裝置所^^費的能量中的 一部分?；厥?來的能量可以與化學(xué)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的輸出功相結(jié)合，或者也可以用于驅(qū) 動輔助裝置。動力系統(tǒng)可以是靜態(tài)的(stationary)動力系統(tǒng)，或者也可 以是汽車動力總成的一部分。因此，還提供有汽車動力總成。參考附圖和下文對本發(fā)明最佳實施例的詳細說明，本發(fā)明上述的 以及其它的特點和優(yōu)點是顯而易見的。附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的動力總成的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的備選動力總成的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另 一備選動力總成的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一備選動力總成的示意圖。優(yōu)選實施例的描述參考圖l,其顯示了汽車動力總成10A或稱動力系統(tǒng)。動力總成 IOA包括了儲存裝置，比如燃料箱14，該儲存裝置14構(gòu)造成可儲存壓 縮液態(tài)燃料18。燃料18優(yōu)選的是一種壓縮氣體，例如曱烷或氬氣。容 器14中的燃料18的特征在于，它具有化學(xué)能，并且，因為它的壓力要 高于周圍環(huán)境的大氣壓，也具有機械勢能。空氣馬達22包括空氣馬達輸出部件，如軸26A?？諝怦R達22通過 導(dǎo)管30與容器14成流體連通，導(dǎo)管30限定了通道34,該通道34可以將 燃料18從容器傳輸?shù)娇諝怦R達?？諝怦R達22構(gòu)造成可將燃料18中的機 械能傳到軸26A。在本發(fā)明的上下文中，"空氣馬達"被定義成可通 過例如旋轉(zhuǎn)輸出部件而將機械能(包括壓縮的或著流動的流體中的機 械勢能)傳輸?shù)焦虘B(tài)物體的任何裝置。在圖中所示的裝置中，機械能通 過旋轉(zhuǎn)輸出部件而傳遞到或者被傳遞經(jīng)過輸出部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可應(yīng)用多種空氣 馬達。比如，空氣馬達22可以是帶有葉片的渦輪，該葉片與軸26A相 連接，并隨著加壓燃料的流動而旋轉(zhuǎn)。同樣的，空氣馬達22也可以是 往復(fù)式的，其中流體的壓力可以引起(單級或多級中的)一個或者多個
活塞的運動，相應(yīng)地也會使曲軸運動?？諝怦R達不會將流體中的化學(xué) 能(或流動流體中的機械能)轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，它只是在流體和 環(huán)境有壓差的情況下轉(zhuǎn)移能量。燃料18通過在導(dǎo)管42中形成的通道46流出空氣馬達22。燃料18在 導(dǎo)管42中的壓力相比在導(dǎo)管30要低。化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38A通過導(dǎo)管42 與空氣馬達22成流體連通，以接收燃料18?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)造成可 將燃料18中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認 識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可應(yīng)用多種化學(xué)能轉(zhuǎn)換裝置。例如，在圖l 中所描述實施例中，化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38A包含發(fā)動機50，發(fā)動機50通 過燃燒可以將儲存在燃料18中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能。發(fā)動機50可以 是內(nèi)燃機或外燃機，也可以是燃氣渦輪發(fā)動機或往復(fù)式發(fā)動機等等。化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38A包括化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件，如旋轉(zhuǎn)軸 54A?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38A構(gòu)造成可將燃料18中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能 以及將從化學(xué)能轉(zhuǎn)換得到的機械能傳到軸54A。在所描述實施例中， 發(fā)動機50燃燒燃料將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識 到，機械能被傳到旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機輸出部件如曲軸58。發(fā)動機輸出部件， 例如曲軸，是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的一種化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件。然 而，在圖l中，曲軸可搮作地連接在多級變速器62上，而軸54A是變速 器的輸出軸。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，軸54A通過主傳動系統(tǒng)(未顯示) 與車輪66機械連接來旋轉(zhuǎn)車輪驅(qū)動汽車，車輪66接合地面70，即汽車 行駛之處的表面。例如，在圖l所示實施方案中，空氣馬達的軸26A與 車輪66充分可操作地連接以傳遞機械能。具體而言，空氣馬達的軸26A 與變速器62可操作地連接，變速器將來自于軸26A和曲軸58的機械能 傳到輸出部件54A,比如差速齒輪或其它裝置一一根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人 員的理解。參考圖2，其中和圖l中相似部件的編號是相似的，具體描述了備 選動力總成10B。動力總成10B與圖1中的動力總成10A相似，只是化
學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38B包括了燃料電池74和電動機76，而空氣馬達22的輸 出部件是與發(fā)電機78的轉(zhuǎn)子77相連接的軸26B,以有選擇地驅(qū)動轉(zhuǎn)子 77。燃料電池74通過導(dǎo)管42與空氣馬達22成流體連通以接收燃料l 8 。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，燃料電池74將燃料18中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成 電能。燃料電池74通過比如導(dǎo)線與電動機76電路相連通以傳輸電能。 電動機76將燃料電池74中的電能轉(zhuǎn)換成機械能，并將機械能傳到電動 機76的轉(zhuǎn)子54B?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出部件是電動機76的轉(zhuǎn)子54B， 并且機械地聯(lián)接在車輪66上以傳輸旋轉(zhuǎn)的機械能?？諝怦R達軸26B的旋轉(zhuǎn)帶動了轉(zhuǎn)子77的轉(zhuǎn)動，接著轉(zhuǎn)子77的轉(zhuǎn)動 使發(fā)電機將從軸26B傳來的機械能轉(zhuǎn)換成了電能，轉(zhuǎn)換出的電能可能 之后傳到電動機76以驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)子54B,或者被傳到電能儲存裝置 82比如電池或者電容器，以供電動機76以后使用。參考圖3，其中和圖1和圖2中相似部件的編號是相似的，具體描 述了另 一備選動力總成10C。動力總成10C與圖1中的動力總成10A相 似，除了圖1中空氣馬達22輸出的機械能傳到了變速器62，，而空氣馬 達的輸出軸26C可操作地連接在輔助裝置86上以通過帶傳動90向輔助 裝置86輸入機械能。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi) 在輸出軸26C和輔助裝置之間可應(yīng)用多種機械連接，比如耦聯(lián)傳動、 齒輪傳動和鏈條傳動等。所示的輔助裝置86包括給電池充電的發(fā)電 機、轉(zhuǎn)向泵、變速泵以及空調(diào)壓縮機等。參考圖4，其中和圖l、圖2和圖3中相似部件的編號是相似的，具 體描述了另一備選動力總成10D?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)38C會產(chǎn)生來自于發(fā) 動機50的廢熱。導(dǎo)管94形成的通道98傳輸來自于發(fā)動機50的含廢熱流 體102。導(dǎo)管94提供發(fā)動機50與熱轉(zhuǎn)換器106之間的流體連通。熱交換器與導(dǎo)管30，成導(dǎo)熱連通，導(dǎo)管30，將容器14中的燃料18傳 送到空氣馬達22。具體而言，熱轉(zhuǎn)換器106將流體102中的熱量傳到在 導(dǎo)管30中的燃料18,從而使燃料膨脹并進一步提高動力總成1OD的效
率。含廢熱的流體102可以包括發(fā)動機50的排放物、燃料電池的排放 物以及來自用于發(fā)動4幾、燃料電池和電動才幾等的冷卻系統(tǒng)的冷卻液等。盡管圖1至4中的動力系統(tǒng)形成了車輛的動力總成，但是必須指 出，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以使用靜態(tài)的動力系統(tǒng)。例如在本發(fā)明的 范圍內(nèi)，構(gòu)造成能存放加壓燃料的儲存裝置可以包括來自于某裝置或 其它源的加壓供給導(dǎo)管，而化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括連接到家庭或者 辦公室中以向其提供電能的燃料電池，發(fā)電單元帶有構(gòu)造成用壓縮天 然氣驅(qū)動的發(fā)電機和發(fā)動機，等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，盡管對實施本發(fā)明的最佳模式進行 了詳細地描述，但是會有其它方案和設(shè)計落在所附權(quán)利要求的范圍 內(nèi)，以用于實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種動力系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成能儲存加壓燃料的儲存裝置，所述燃料的特點在于具有化學(xué)能和機械能；空氣馬達，其具有空氣馬達輸出部件，與所述儲存裝置成流體連通，并且構(gòu)造成能將燃料的機械能傳送到所述空氣馬達輸出部件；以及化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其與所述空氣馬達成流體連通，且構(gòu)造成能將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)能轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)包括化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件；其中，所述化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu) 造成能將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能，并且能將從化學(xué)能轉(zhuǎn)換而來 的機械能傳送到所述化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于，所述動力系統(tǒng) 還包括具有轉(zhuǎn)子的發(fā)電機；其中，所述空氣馬達輸出部件與所述轉(zhuǎn)子 可操作地連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于，所述動力系統(tǒng) 還包括第一導(dǎo)管，所述第一導(dǎo)管限定第一通道，所述儲存裝置通過所 述第一通道與所述空氣馬達成流體連通；所述動力系統(tǒng)還包括與所述 第一導(dǎo)管成導(dǎo)熱連通的熱交換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的動力系統(tǒng)，其特征在于，所述動力系統(tǒng) 還包括第二導(dǎo)管，所述第二導(dǎo)管限定第二通道，所述化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 通過所述第二通道與所述熱交換器成流體連通。
6. —種車輛動力總成，其包括 至少一個與地面接合的牽引裝置；空氣馬達，其具有空氣馬達輸出部件，與儲存裝置成流體連通， 并且構(gòu)造成能將燃料中的機械能傳送到所述空氣馬達輸出部件；以及化學(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其具有有能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件，與所述空氣 馬達成流體連通以從其接收燃料，并構(gòu)造成能將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換 成機械能，并且能將從化學(xué)能轉(zhuǎn)換而來的機械能傳送到所述能量轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)輸出部件；所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出部件充分可操作地連接在所述至少一個 與地面接合的牽引裝置上以傳遞機械能于其上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛動力總成，其特征在于，所述空氣馬達輸出部件充分可操作地連接在所述至少一個與地面接合的牽引 裝置上以傳遞機械能于其上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛動力總成，其特征在于，所述車輛 動力總成還包括具有第一轉(zhuǎn)子的發(fā)電機，所述第一轉(zhuǎn)子可操作地與所 述空氣馬達輸出部件連接以被它驅(qū)動，所述發(fā)電機構(gòu)造成能將來自所 述空氣馬達輸出部件的機械能轉(zhuǎn)化成電能；所述動力總成還包括具有 第二轉(zhuǎn)子的電動機，所述第二轉(zhuǎn)子與所述至少一個與地面接合的牽引 裝置可操作地連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛動力總成，其特征在于，所述發(fā)電 機與所述電動機可操作地連接以向所述電動機傳遞電能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛動力總成，其特征在于，所述車 輛動力總成還包括電能儲存裝置，所述電能儲存裝置可操作地連接在 所述發(fā)電機上以接收來自發(fā)電機的電能，并且可操作地連接在電動機 上以向電動積4lr送電能。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛動力總成，其特征在于，所述車 輛動力總成還包括第一導(dǎo)管，所述第一導(dǎo)管限定第一通道，所述儲存 裝置通過所述第一通道與所述空氣馬達成流體連通，所述車輛動力總 成還包括與所述第 一導(dǎo)管成導(dǎo)熱連通的熱交換器。
全文摘要
一種動力系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成能儲存加壓燃料的裝置。具有空氣馬達輸出部件的空氣馬達與儲存裝置成流體連通，并且構(gòu)造成能將燃料中的機械能傳送到空氣馬達輸出部件?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與空氣馬達流體連通以從其接收燃料?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)造成能將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，比如機械能或電能。本發(fā)明的動力系統(tǒng)至少回收部分在加壓燃料進儲存裝置中消耗的能量。
文檔編號B60K5/00GK101400533SQ200780009162
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者P·M·納特, R·B·拉斯克, S·H·埃爾塔里 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司