本發(fā)明涉及新能源汽車及其它新能源交通工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

技術(shù)背景1：

空氣能已經(jīng)應(yīng)用于人類生活，首例空氣能熱水器產(chǎn)于日本，然后迅速風(fēng)靡于全球?？諝饽軣崴鞫鄶?shù)利用四氟化碳做冷媒，吸收空氣能，在冷媒的循環(huán)過程中，空氣能被吸收，由冷媒搬運(yùn)至散熱器中加熱水，得到了qa+qb=qc的熱泵效果，qa是冷媒從空氣中獲取的熱量，qb是壓縮機(jī)壓縮冷媒所消耗的機(jī)械功，幾乎等同于壓縮冷媒時放出的熱量，二者相加是輸出熱qc。我國對空氣能熱水器的能耗指標(biāo)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定，壓縮泵功率為1000瓦，可獲得空氣能2800瓦。實(shí)際使用中，空氣能熱水器的耗電量為普通電熱水器的20%，節(jié)能效果明顯。即使在氣溫為－17℃時,系統(tǒng)工作一小時，也可以獲得40℃以上熱水，但其缺點(diǎn)是吸熱器容易掛霜結(jié)冰。

技術(shù)背景2

浙江大學(xué)陳鷹教授曾經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)過一臺空氣能汽車，利用30mp壓縮空氣作為汽車發(fā)動機(jī)動力支持，壓縮空氣膨脹做功驅(qū)動汽車運(yùn)行，獲得初步成功。在此之后，一家新能源汽車研發(fā)企業(yè)將此成果轉(zhuǎn)化，制作了兩臺概念車參加了2015年新能源汽車展出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

空氣能動力系統(tǒng)的基本原理是：創(chuàng)造低態(tài)勢從常態(tài)中獲取能量。太陽能（太陽常數(shù)1.368kj/m2.s)輻射到地球，少部分由地球植物吸收，大部分儲存于地表巖土、水、空氣中，總量極大，取之不竭。利用冷媒從空氣中獲取能源方便快捷，尤其是交通工具，在運(yùn)動中隨時隨地獲取空氣能，比靜止的熱水器獲取空氣能的效率高10～20倍。汽車運(yùn)行速度60～120km/h,相當(dāng)于空氣以17～34m/s的流速穿過汽車，對冷媒的加熱提供了速率優(yōu)勢。

附圖說明：圖1是本發(fā)明空氣能動力系統(tǒng)構(gòu)成并具體實(shí)施方式1；圖2是本發(fā)明空氣能動力系統(tǒng)構(gòu)成并具體實(shí)施方式2

具體實(shí)施方式1：參閱圖1

二氧化碳儲罐中的液體二氧化碳由一臺柱塞泵泵出，在隔熱容器中低溫氣化，冷卻儲罐的同時，獲取初始汽化熱。汽化或半汽化后的二氧化碳進(jìn)入吸熱系統(tǒng)，機(jī)動車有足夠的熱交換面積，以及快速移動中所產(chǎn)生的反向氣流，為低溫（－４０～－４４℃）二氧化碳與空氣進(jìn)行熱交換提供了優(yōu)越外在條件，可使二氧化碳?xì)怏w溫度接近大氣溫度，然后由壓縮泵加壓至8mp以上，此時的二氧化碳?xì)怏w變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，進(jìn)入氣液能量交換器，將壓力等值傳遞于液壓油，液壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)輸出動力，驅(qū)動機(jī)動車運(yùn)行。兩個氣液能轉(zhuǎn)換器交替工作，為液壓馬達(dá)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)提供持續(xù)液壓動力。

為增加儲罐與外界的溫度差，儲罐外層是一個隔熱室，由電腦自動控制隔熱室溫度，控制液體二氧化碳儲罐內(nèi)溫度保持在-40～-44℃范圍，保證液體二氧化碳汽化的同時，維持儲罐內(nèi)液體二氧化碳飽和壓力不超過1mp，做功后的尾氣依靠自身壓力流回儲罐。

此系統(tǒng)的特點(diǎn)是液壓馬達(dá)工作壓力提升速度快，反映到機(jī)動車運(yùn)行性能時，表現(xiàn)為車輛加速性能好。缺點(diǎn)是在大氣溫度超過35℃，日照充分時，吸熱系統(tǒng)中二氧化碳壓力會持續(xù)上升，超過10mp時二氧化碳?xì)怏w由安全閥排出，這一現(xiàn)象出現(xiàn)在車輛停運(yùn)時，存在一定浪費(fèi)。

具體實(shí)施方式1：參閱圖2

二氧化碳儲罐為常溫高壓容器，標(biāo)稱工作壓力10mp，罐體溫度為大氣溫度。機(jī)動車運(yùn)行時，罐體與吸熱器、壓縮泵儲熱器共同組成空氣能獲得系統(tǒng)，向氣液能轉(zhuǎn)換器持續(xù)提供高溫高密度壓氣，壓氣最高溫度理論值可達(dá)80℃，最高壓強(qiáng)可達(dá)10mp。高壓氣體將壓力傳遞于液壓油，驅(qū)動液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，為機(jī)動車提高動力。膨脹做功后的常溫尾氣經(jīng)汽化室（管）冷卻器冷卻，由壓縮泵輸入儲罐。

此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，在車輛停運(yùn)時，壓縮泵延續(xù)工作3～5秒，將系統(tǒng)中高壓氣體壓縮、輸送至二氧化碳液罐中，關(guān)閉總閥，保障系統(tǒng)安全，無高壓尾氣排出。缺點(diǎn)是加速性能較差，如果壓縮泵動力是電動機(jī)的話，提速更加遲緩，所以此系統(tǒng)的優(yōu)化選擇是壓縮泵動力采用小型內(nèi)燃機(jī)，利用其機(jī)體散發(fā)熱量迅速加熱系統(tǒng)內(nèi)高壓氣體，獲得更快的加壓速度，改善整車加速性能。

以發(fā)動機(jī)功率為70～100kw傳統(tǒng)小型轎車為例，空氣能汽車所需動力只是驅(qū)動壓縮泵，匹配動力是電動機(jī)時，動力功率為15～20kw,匹配動力為內(nèi)燃機(jī)時，功率為6～10kw，利用內(nèi)燃機(jī)機(jī)體散發(fā)熱量可以補(bǔ)償系統(tǒng)所需熱能。

所有類型交通工具配備動力主要用于二氧化碳冷媒壓縮泵，當(dāng)發(fā)動機(jī)為內(nèi)燃機(jī)時，油耗指標(biāo)為普通車的20%以下，配備發(fā)動機(jī)為電動機(jī)時，用電指標(biāo)為普通電力機(jī)動車的30%以下。

整車無需專門制冷空調(diào)系統(tǒng)，利用低溫二氧化碳吸熱系統(tǒng)降低車內(nèi)溫度，可增加有效輸出動力１０～２０％。

空氣能動力系統(tǒng)能源主要來自于空氣。二氧化碳的汽化熱為347kj/kg，等壓比熱為0.85j/g.k，每秒循環(huán)200g二氧化碳吸收空氣中熱能，即可達(dá)到70kw功率。

液體二氧化碳的飽和蒸汽壓隨溫度提高而增加，－50℃時，液體二氧化碳的飽和蒸汽壓僅為0.7mp，31℃時為7.376mp,壓力相差達(dá)10倍之多，這是空氣能動力系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵，也是區(qū)別“永動機(jī)”的理論要點(diǎn)。如果冷媒介質(zhì)無相態(tài)變化，無外來能源介入，便屬“永動機(jī)”的范疇。

空氣能動力系統(tǒng)是一個熱循環(huán)系統(tǒng)，由空氣能吸熱系統(tǒng)及壓縮機(jī)構(gòu)成，理論上二氧化碳介質(zhì)的最高溫度為80℃，利用高溫高壓氣體對外做功。做功后的低能尾氣再循環(huán)，整個系統(tǒng)工作原理與空氣能熱水器相似。

利用二氧化碳做冷媒，低價易得，無毒，無腐蝕作用，其三項(xiàng)點(diǎn)、臨界點(diǎn)、汽化熱、比熱值、飽和蒸汽壓等物理指標(biāo)優(yōu)于氟利昂系列制冷劑，對臭氧層無影響。

空氣能蘊(yùn)含于地球大氣層，交通工具在快速移動中隨時隨地獲得能源補(bǔ)充，空氣能自然是理想能源?？諝饽荛_發(fā)利用的最佳途徑是交通工具，二者結(jié)合相得益彰，應(yīng)用于高鐵等快速移動的交通工具時，優(yōu)勢更加明顯，移動速度越快，獲取空氣能的速率越高。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
利用二氧化碳在高壓、低溫條件下液化的物理特性，以此為冷媒吸收空氣能，二氧化碳吸收空氣能后成為高壓氣體，對外做功；構(gòu)成空氣能動力系統(tǒng)的主要部件有：二氧化碳液體儲罐，壓縮泵，吸熱器，氣液能量轉(zhuǎn)換器，液壓馬達(dá)；液體二氧化碳減壓或升溫后氣化，吸熱，氣壓升至6～8Mp，在氣液能轉(zhuǎn)化器中，吸熱膨脹的氣體將液壓油壓入液壓馬達(dá)，輸出可變速、可變扭矩動力。

技術(shù)研發(fā)人員：朱媚生;朱凡;呼斯冷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心鄂爾多斯固體廢棄物資源化工程技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：2016.05.05
技術(shù)公布日：2017.11.14