PL B1. Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B60K 6/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 21/08 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/12 (73) Uprawniony z patentu: ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ALEKSANDRA BORSUKIEWICZ-GOZDUR, Warzymice, PL WŁADYSŁAW NOWAK, Szczecin, PL JACEK ELIASZ, Szczecin, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Renata Zawadzka PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym. Zastosowanie takiego układu pozwala na uzyskanie prądu elektrycznego, bez dodatkowego zużycia paliwa w urządzeniach i pojazdach z napędem spalinowym, który wykorzystywany jest do zasilania, w zależności od potrzeb, silnika elektrycznego lub baterii, co popularnie nazywane jest napędem hybrydowym. Znane są z literatury i z praktycznych zastosowań sposoby zmniejszania zużycia paliwa zasilającego silnik spalinowy poprzez wprowadzenie tzw. napędu hybrydowego. Rozwiązanie to oparte jest na zastosowaniu dodatkowego silnika elektrycznego. Silnik spalinowy napędza prądnicę zasilającą silnik elektryczny, który poprzez przekładnię przekazuje napęd na koła pojazdu i/lub ładuje baterię. Przy małych obciążeniach pojazd może być napędzany tylko przy pomocy silnika elektrycznego. Znane są też praktyczne zastosowania odzysku energii uwalnianej podczas hamowania lub zwalniania - w takich przypadkach stosuje się hamulec dynamiczny, który z kół hamowanych przekazuje energię poprzez przekładnię do silnika elektrycznego, która ładuje baterię. Z polskiego opisu patentowego PL znany jest hybrydowy układ napędowy, w którym energia hamowania gromadzona jest w akumulatorze elektrochemicznym. Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym według wynalazku, zawierający silnik spalinowy, prądnicę i silnik elektryczny, w którym do układu wydechowego odprowadzającego strumień spalin z silnika spalinowego podłączona jest siłownia parowa, charakteryzuje się tym, że ma siłownię parową obiegu zamkniętym z organicznym czynnikiem roboczym. Siłownia parowa generuje prąd elektryczny do zasilania i silnika elektrycznego, przy czym silnik elektryczny połączony jest z siłownią poprzez prądnicę lub generator. Siłownia składa się, z co najmniej jednego wymiennika ciepła, do którego doprowadzony jest strumień spalin z silnika spalinowego i ciepło pochodzące ze spalin stanowi źródło zasilania siłowni. Korzystnie siłownia ma dwa wymienniki ciepła podgrzewacz i parowacz. W wymienniku ciepła czynnik roboczy jest podgrzewany do odpowiedniej temperatury, zależnej od rodzaju czynnika roboczego i temperatury spalin i odparowywany, następnie kierowany jest na turbinę parową, w której czynnik roboczy rozpręża się napędzając prądnicę lub generator. Z turbiny parowej czynnik roboczy kierowany jest do skraplacza, gdzie ulega skropleniu. Skraplacz jest chłodzony powietrzem lub innym płynem. Czynnik roboczy następnie jest przetłaczany do odpowiednio wyższego ciśnienia w pompie. Po odebraniu ciepła w wymiennikach, spaliny kierowane są do rury wydechowej. Wygenerowany prąd elektryczny wykorzystuje się do napędu silnika elektrycznego lub do zasilania baterii. Pomiędzy generatorem lub prądnicą a silnikiem elektrycznym może być podłączona bateria, która służy do magazynowania prądu, który nie jest zużywany na bieżące potrzeby. Układ według wynalazku pozwala uzyskać bardzo efektywne zagospodarowanie znacznych ilości ciepła ze spalin i przetworzenie tego ciepła na prąd elektryczny bez dodatkowego zużycia paliwa. W przypadku zastosowania tylko napędu spalinowego ciepło spalin jest, w znacznym stopniu, emitowane do środowiska. Układ według wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy siłowni parowej z generatorem, która z silnikiem spalinowym i silnikiem elektrycznym stanowi napęd hybrydowy spalinowo-elektryczny z jednym wymiennikiem ciepła, fig. 2 przedstawia ten sam układ z dwoma wymiennikami ciepła, fig. 3 przedstawia ten sam układ wyposażony w baterię. Układ jest opisany w przykładach wykonania. P r z y k ł a d I Układ składa się z silnika spalinowego 1, który połączony jest przewodem, odprowadzającym z niego strumień spalin 2, z wymiennikiem ciepła 3 stanowiącym element siłowni parowej z organicznym czynnikiem roboczym. W wymienniku ciepła 3 czynnik roboczy 4 - R245ca, jest podgrzewany do temperatury 120 C i odparowywany w tej temperaturze ciepłem pochodzącym ze spalin. Następnie czynnik roboczy 4 kierowany jest na turbinę 5, w której rozpręża się napędzając prądnicę lub generator 6. Następnie czynnik roboczy 4 ulega skropleniu w skraplaczu 10, który chłodzony jest powietrzem 11. Czynnik roboczy 4 następnie jest przetłaczany w pompie 9 do ciśnienia odpowiadającego temperaturze nasycenia 120 C. Po odebraniu ciepła w wymienniku 3 spaliny kierowane są do rury wydechowej 12. Wygenerowany prąd elektryczny 8 wykorzystuje się do napędu silnika elektrycznego 7. Do strumienia spalin z silnika spalinowego podłącza się siłownię parową z organicznym czynnikiem roboczym benzenem i wykorzystuje się ciepło pochodzące ze spalin, jako górne źródło zasilania

3 PL B1 3 siłowni. Do wymiennika ciepła 3 siłowni parowej doprowadza się strumień spalin z silnika spalinowego i podgrzewa się i odparowuje benzen w temperaturze 210 C. Następnie czynnik roboczy 4 kieruje się do turbiny 5, w której rozpręża się napędzając prądnicę lub generator, po czym benzen skrapla się w skraplaczu 10, który chłodzi się powietrzem 11. Czynnik roboczy 4 następnie przetłacza się w pompie 9 do ciśnienia odpowiadającego temperaturze nasycenia 210 C. Po odebraniu ciepła w wymienniku 3 spaliny kieruje się do rury wydechowej 12. Wygenerowany prąd elektryczny 8 wykorzystuje się do napędu silnika elektrycznego. P r z y k ł a d II Układ jak w przykładzie l, z tym, że wyposażony jest w dwa wymienniki ciepła - parowacz 3 i podgrzewacz 13. Silnik spalinowy 1 połączony jest przewodem odprowadzającym z niego spaliny z parowaczem 3, w którym następuje odparowanie czynnika roboczego - toluenu w temperaturze 200 C i dalej czynnik roboczy jak w przykładzie 1 kierowany jest do turbiny parowej 5 i skraplacza 10. Ze skraplacza toluen przetłaczany jest w pompie 9 do ciśnienia odpowiadającego temperaturze nasycenia 200 C. Z pompy 9 toluen kierowany jest do podgrzewacza, w którym podgrzewany jest od temperatury skraplania do 200 C ciepłem pochodzącym ze spalin. Czynnik roboczy toluen kierowany jest dalej do parowacza 3. P r z y k ł a d III Układ jak w przykładzie I, z tym, że wyposażony jest w baterię 14 służącą do magazynowania prądu, który nie jest zużywany na bieżące potrzeby. Bateria 14 usytuowana jest pomiędzy generatorem 6 a silnikiem elektrycznym 7. Wykaz oznaczeń 1. Silnik spalinowy 2. Strumień spalin (strumień doprowadzony z silnika spalinowego) 3. Wymiennik ciepła 4. Strumień czynnik roboczy 5. Turbina parowa 6. Prądnica lub generator 7 Silnik elektryczny 8. Prąd elektryczny 9. Pompa obiegowa czynnika roboczego 10. Skraplacz czynnika roboczego 11. Strumień powietrza lub innego czynnika chłodzącego skraplacz 12. Strumień spalin (strumień doprowadzony do rury wydechowej) 13 Wymiennik ciepła 14. Bateria Zastrzeżenia patentowe 1. Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym, zawierający silnik spalinowy, prądnicę i silnik elektryczny, w którym do układu wydechowego odprowadzającego strumień spalin z silnika spalinowego podłączona jest siłownia parowa, znamienny tym, że ma siłownię parową o obiegu zamkniętym z organicznym czynnikiem roboczym (4), generującą prąd elektryczny (8) do zasilania silnika elektrycznego (7), który połączony jest z siłownią parową poprzez prądnicę lub generator (6), przy czym strumień spalin jest górnym źródłem ciepła dla siłowni parowej. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że siłownia parowa zbudowana jest, co najmniej jednego wymiennika ciepła (3), w którym realizuje się proces podgrzewania i parowania czynnika roboczego (4), turbiny parowej (5), skraplacza (10) i pompy (9). 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że ma dwa wymienniki ciepła, podgrzewacz (13) parowacz (3). 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w baterię (14) usytuowaną pomiędzy generatorem lub prądnicą (6) a silnikiem elektrycznym (7).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)