專利名稱：存儲(chǔ)熱能以隨后轉(zhuǎn)換成電能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)熱能以隨后轉(zhuǎn)換成電能的裝置，特別地，本發(fā)明還涉及一種組合的制熱和發(fā)電設(shè)備，其用于太陽(yáng)能的能量存儲(chǔ)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開(kāi)了各種用來(lái)產(chǎn)生電能的孤立(insular)的解決方案。這些方案通常包括有用于產(chǎn)生電能的光電模塊，電能然后被存儲(chǔ)在可充電的電池中。還有另一種孤立的解決方案是機(jī)動(dòng)車輛，其中，電池通過(guò)一個(gè)發(fā)電機(jī)充電，該發(fā)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)車輛的馬達(dá)的V形帶驅(qū)動(dòng)。
在現(xiàn)代混合式機(jī)動(dòng)車輛中，所公知的是安裝從電池獲取所需電能的電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)以作為內(nèi)燃機(jī)之外的輔助驅(qū)動(dòng)設(shè)備。在發(fā)電機(jī)的操作過(guò)程中，這些電池作為緩沖存儲(chǔ)器而充電。因?yàn)樗鼈兯枰目臻g的體積，主要是因?yàn)樗鼈兊闹亓亢艽螅@些車輛的電池?cái)?shù)目受到很嚴(yán)格的限制，這又極大地限制了車輛的范圍。此外，(對(duì)于處理而言)電池會(huì)破壞環(huán)境，且其壽命相對(duì)較短。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的背景，本發(fā)明的目的在于提供一種初始提及類型的裝置，其具有改進(jìn)的能量利用率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種裝置，其可以緩沖存儲(chǔ)熱能，特別是為了節(jié)約現(xiàn)有解決方案中所需要的可充電電池，或者至少可以使它們的用量減少。
本發(fā)明的目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征而實(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明的裝置采用了一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，該設(shè)備連接到熱輸入(heat input)和貯蓄(accumulator)模塊的貯蓄器以進(jìn)行流體交換。例如，液壓馬達(dá)可以隨后將由熱輸入和貯蓄模塊施加的流體壓力轉(zhuǎn)換成另一種勢(shì)能的能量形式。從而，以簡(jiǎn)單的機(jī)械方法避開(kāi)了傳統(tǒng)的以可充電電池為基礎(chǔ)的孤立的解決方案。
依據(jù)本發(fā)明，使用復(fù)雜的混合技術(shù)的已知車輛被一種更為簡(jiǎn)單的技術(shù)所替代，該技術(shù)采用了長(zhǎng)久以來(lái)都被證明是成功的部件。
在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步地指出了其它優(yōu)選的改進(jìn)特征。


現(xiàn)在將參照附圖，通過(guò)示例實(shí)施方式，以示例的形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。在附圖中圖1示出了依據(jù)本發(fā)明第一示例實(shí)施方式的用于組合地制熱和發(fā)電的裝置的電路框圖；圖2示出了一個(gè)電路框圖，其具有多個(gè)如圖1所示的太陽(yáng)能收集器和貯蓄器模塊；以及圖3示出了依據(jù)本發(fā)明第二示例實(shí)施方式的用于組合地制熱和發(fā)電的裝置的電路框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例實(shí)施方式的用于組合地制熱和發(fā)電的裝置的電路框圖。在此情形中，圖1示出了一個(gè)示例的太陽(yáng)能的勢(shì)能存儲(chǔ)的實(shí)施方式。下文所述的原理也可轉(zhuǎn)用于另外的示例實(shí)施方式，此將在下文中解釋。
圖1所示的裝置包括有一個(gè)太陽(yáng)能收集器1，該收集器具有從其中流過(guò)的流體，該流體由入射的日射能量加熱。輻射的太陽(yáng)熱能由太陽(yáng)能收集器1中的所述流體所吸收，從而使得流體的溫度升高。通過(guò)管30的系統(tǒng)避免了通常與之相伴的體積膨脹，而是將體積膨脹轉(zhuǎn)換成壓力的增加。溫度傳感器31與裝置的電子控制器20相連，并用于裝置的安全監(jiān)控。太陽(yáng)能收集器上的元件SZ為一太陽(yáng)能電池，用于感應(yīng)入射輻射強(qiáng)度的快速變化。流體經(jīng)過(guò)管道30而流入到貯蓄器2內(nèi)，并以壓能形式預(yù)先存儲(chǔ)在該處。限壓閥32防止裝置受到過(guò)大的超過(guò)規(guī)定的壓力，并可以將流體直接地引導(dǎo)走以進(jìn)入到存儲(chǔ)器19中。
控制和調(diào)節(jié)設(shè)備20對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行監(jiān)控，包括開(kāi)關(guān)21的開(kāi)關(guān)設(shè)置。如果開(kāi)關(guān)21未設(shè)在優(yōu)先級(jí)為“發(fā)電和制熱”的位置上，且系統(tǒng)條件(特別地，但可能并不局限地檢查閥門狀態(tài)、溫度和壓力、控制設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試等)得以滿足，則截流閥4將壓能導(dǎo)入到緩沖存儲(chǔ)器11中。當(dāng)貯蓄器2的壓力值(P2)小于緩沖存儲(chǔ)器11的壓力值(P11)時(shí)，閥4關(guān)閉。當(dāng)壓力狀態(tài)得以滿足時(shí)—此時(shí)貯蓄器2的壓力值(P2)大于緩沖存儲(chǔ)器11的壓力值(P11)，控制/調(diào)節(jié)設(shè)備20就再次接通閥4，即打開(kāi)閥4。壓能被傳遞到液壓殼體18的活塞腔17內(nèi)，只要滿足了力的條件，即其中活塞17的力(K17)大于配重14的力(K14)，所產(chǎn)生的壓力在提升活塞16的幫助下朝上驅(qū)動(dòng)配重14。如果K17＝K14，閥4切斷，即關(guān)閉。優(yōu)選地，配重14逐步地鎖合到兩個(gè)導(dǎo)軌13中，所述導(dǎo)軌通過(guò)鎖入閉塞元件15，例如通過(guò)電動(dòng)提升磁鐵(鋸齒形保護(hù))，來(lái)導(dǎo)引配重14。
作為一個(gè)可選的解決方案，還可以使用在圖1右側(cè)方框中所標(biāo)示的提升裝置120，其包括螺紋導(dǎo)桿121和液壓馬達(dá)123，該液壓馬達(dá)具有法蘭連接的減速齒輪122。
此外，還可以連接一個(gè)扭矩存儲(chǔ)裝置，飛輪通過(guò)該裝置驅(qū)動(dòng)。
被提升的配重14還可由垂直地泵入的液體替代，在此情形中，液體可以直接地驅(qū)動(dòng)另一個(gè)線路中的發(fā)電機(jī)6。特別地，液壓馬達(dá)5也可用于此目的作為液壓泵/馬達(dá)的組合。
在操作此示例實(shí)施方式時(shí)，以壓力方式存在的熱能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能是至關(guān)重要的。原理上，這可以是移動(dòng)的質(zhì)塊、張緊的彈簧、壓縮了的氣體體積或者其它的勢(shì)能提取方式。
另一方面，如果開(kāi)關(guān)21置于另一個(gè)標(biāo)有“另一操作”的位置上，則系統(tǒng)取決于下述的條件是否滿足而在上述的兩個(gè)操作模式之間切換。換句話說(shuō)，如果系統(tǒng)的操作人員暫時(shí)不需要發(fā)電和制熱，則控制/調(diào)節(jié)設(shè)備20總是自動(dòng)地變換到“能量存儲(chǔ)”的操作模式，以產(chǎn)生盡可能多的勢(shì)能，例如用于非高峰期的發(fā)電。
或者例如在夜晚，如果根據(jù)照明要求打開(kāi)電器，一個(gè)相應(yīng)的傳感器將需求信號(hào)發(fā)送到控制/調(diào)節(jié)設(shè)備20，并且，一旦對(duì)安全性能(與上述相對(duì)應(yīng)，例如壓力、溫度和閥的狀態(tài))進(jìn)行了測(cè)試，則傳感器基于需求而循環(huán)地隔離兩個(gè)鎖入閉塞元件。在此情形中被降低的配重14壓在活塞腔17上，并由此產(chǎn)生壓能。
如果滿足了一定的操作條件(特別是電氣分配箱的變換電路和開(kāi)關(guān)的狀態(tài)是準(zhǔn)備好的)，則截流閥7將加壓流體導(dǎo)引到液壓馬達(dá)5。其驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)6，從而產(chǎn)生電能。然后，所產(chǎn)生的電能被緩沖存儲(chǔ)，并均布(smoothed)在大型的電容器存儲(chǔ)器中。配重14的下降速度取決于系統(tǒng)所獲取的電能。
總之，可指出此裝置的下述優(yōu)點(diǎn)。上述示例實(shí)施方式給出了一種用于存儲(chǔ)能量的最佳解決方案，該能量以暫時(shí)能量存儲(chǔ)的形式通過(guò)太陽(yáng)而獲得。與所有的孤立系統(tǒng)相比，其可靠和經(jīng)濟(jì)地替代了傳統(tǒng)的電池，并且避免了與電池相關(guān)的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)特別地如下文所述-它們會(huì)損害環(huán)境(腐蝕氣體的生成，重金屬成分等等)，-處理復(fù)雜(耗費(fèi)能量從而非常昂貴)，-在容量較大時(shí)(例如多于50Ah)，它們變得非常重(從25公斤到100公斤以上)使用不便，-對(duì)于較高的電功率，它們需要相當(dāng)大的空間，-它們需要維護(hù)，在較大的孤立系統(tǒng)的情形中，需要定期地維護(hù)，-基于重量或體積的比功率密度是較低的(W/kg)，-壽命嚴(yán)格地取決于充電/放電循環(huán)的次數(shù)，
-壽命非常嚴(yán)格地取決于所吸取的電流的量，-較昂貴，-如果過(guò)早地更換一個(gè)有缺陷的電池，由于系統(tǒng)的原因，這個(gè)新的電池被其它電池“老化”。
采用太陽(yáng)能收集器來(lái)存儲(chǔ)能量的其它優(yōu)點(diǎn)在于-利用了免費(fèi)的太陽(yáng)能，-與傳統(tǒng)的電池相比，其對(duì)環(huán)境實(shí)際上沒(méi)有損害，-“實(shí)際”效率比電池的效率要高出多于100％，-即使功率很高，所需要的空間相對(duì)較小，-裝置需要的維護(hù)很少，并且是可靠的，-比功率密度高，-壽命很長(zhǎng)(＞20年)，-壽命基本上不取決于常用的載荷，-裝置可以通過(guò)長(zhǎng)期地被證明是成功的部件以低成本的方式實(shí)現(xiàn)，-成本/利用比率非常高，-切實(shí)地有助于保護(hù)環(huán)境，而復(fù)雜程度較小。
因此，液體由管30的系統(tǒng)所保持的并通過(guò)真空管太陽(yáng)能收集器1所加熱，因此，液體的溫度變得比較高，并且壓力變得較大。在此情形下，還存在一個(gè)連接到控制和調(diào)節(jié)設(shè)備20的壓力計(jì)33。在管和貯蓄器2的系統(tǒng)之外，液體還保持在囊狀存儲(chǔ)器34中以避免液壓沖擊。
在液壓馬達(dá)5的操作過(guò)程中，必須注意以下的細(xì)節(jié)。液壓馬達(dá)5的排量或提升容量可設(shè)成與裝置的存儲(chǔ)容量相一致(見(jiàn)圖2中所示電路的比例效應(yīng))。液壓馬達(dá)5驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)6，在發(fā)電機(jī)的下游通常設(shè)置有電容器(沒(méi)有在附圖中示出，在圖2中，電容器存儲(chǔ)器KS)，用于平穩(wěn)和穩(wěn)定所產(chǎn)生的電流。在載荷之外，可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)后備電池以作為應(yīng)急電源，尤其是為了縮短(bridge)裝置的啟動(dòng)時(shí)間。系統(tǒng)的電壓可由專門的24伏系統(tǒng)提供，此24伏系統(tǒng)優(yōu)選地由該裝置充電。
在離開(kāi)液壓馬達(dá)之后，油流經(jīng)止回閥RK1而流入到熱交換器35內(nèi)，另一冷流體經(jīng)由管36流經(jīng)該熱交換器，并且在加熱后被導(dǎo)引走。溫度傳感器37(有四個(gè)以測(cè)量溫度差)連接到控制單元20并且還同時(shí)地控制隨后的閥38。在交點(diǎn)39處，通過(guò)直接位于液壓馬達(dá)5上游的旁通閥10而轉(zhuǎn)向的管路與流經(jīng)熱交換器的液體相遇。
如果液壓馬達(dá)5上游和下游的壓力比是相等的，位于分配單元40上游的閥41關(guān)閉。優(yōu)選地，在每種情形下，閥都是電磁操縱的閥。
優(yōu)選地，系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)21控制，其提供兩種備選方案存儲(chǔ)能量或者是產(chǎn)生電流/熱量。
液體通過(guò)閥42和回水管43流到收集罐55的返回腔19內(nèi)。此罐55通過(guò)一個(gè)去泡(abatement)板44分成兩個(gè)部分，在第二腔抽吸腔內(nèi)，抽吸管45吸取去泡液體并將之導(dǎo)引通過(guò)過(guò)濾器46及開(kāi)關(guān)閥47而到達(dá)循環(huán)泵9。
循環(huán)泵9的輸出側(cè)連接到兩個(gè)閥48和49，其導(dǎo)引加熱的液體經(jīng)過(guò)閥49而進(jìn)入到第二存儲(chǔ)器50內(nèi)，從該處，液體導(dǎo)引經(jīng)過(guò)循環(huán)設(shè)備中的管線51，穿過(guò)熱交換器35，直至液體冷卻下來(lái)，以及液壓馬達(dá)下游的所需要的壓力降低下來(lái)。然后，循環(huán)泵9切斷。電磁閥38、42打開(kāi)，而所有其它鄰近的閥10、47、48、49保持關(guān)閉。很大程度上被預(yù)先冷卻下來(lái)的液體的表面張力進(jìn)一步減少，且液體流入到返回腔19內(nèi)。
循環(huán)泵9僅當(dāng)在熱交換器35的第二通路中的溫度差異達(dá)到一預(yù)定的較低值時(shí)才切斷。循環(huán)泵9的運(yùn)行時(shí)間特別地取決于所使用的液體；因此，第一通路內(nèi)的油的比熱為熱交換器35的第二通路內(nèi)的水的比熱的一半。
一旦閥52打開(kāi)，如果在緩沖存儲(chǔ)器和第一存儲(chǔ)器2內(nèi)液體或所需要的初始?jí)毫档偷揭粋€(gè)給定值之下，則第二存儲(chǔ)器50通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器53和另一個(gè)閥54連接到太陽(yáng)能收集模塊1。
有兩個(gè)狀態(tài)——冷狀態(tài)和熱狀態(tài)。在冷狀態(tài)中，液體存在于元件53、1和2中。位于泵側(cè)的閥49、48、38、10和42以及位于收集器側(cè)的閥52、54、41、4關(guān)閉?？刂?調(diào)節(jié)設(shè)備20首先使得閥47打開(kāi)。在實(shí)現(xiàn)泵9的最小靜止初始?jí)毫蟮暮芏痰臅r(shí)間內(nèi)，泵9接通，并且在一個(gè)短暫的延時(shí)后，閥48接通。液體進(jìn)入到罐53內(nèi)。在一個(gè)短暫的延時(shí)后，使得閥54打開(kāi)。然后，閥41、8、38相繼地打開(kāi)，并且以所述的相繼順序，閥48和47關(guān)閉，同時(shí)泵9切斷。當(dāng)液體流經(jīng)液壓馬達(dá)5、止回閥RK1、閥8、熱交換器35以及閥38而流至交點(diǎn)39時(shí)，閥42接通。然后，一些液體流回到收集罐55內(nèi)。此過(guò)程以很短的時(shí)間間隔重復(fù)例如大約三到五次，并使得系統(tǒng)可以在開(kāi)始階段中很好地通暢。
在熱的狀態(tài)中，泵9從第二存儲(chǔ)器50經(jīng)過(guò)第二存儲(chǔ)器50傳送泄漏的液體部分，該第二存儲(chǔ)器通過(guò)液壓馬達(dá)5來(lái)輸出或者“丟失”該液體部分。閥38、10、42、47、49、48、52、54和41關(guān)閉?？刂?調(diào)節(jié)設(shè)備20首先接通閥47、然后接通泵9。此后，閥49、52、54、41、8和38以此順序相繼地接通。相對(duì)較熱的液體從第二存儲(chǔ)器50流入到罐53、1和2中。同時(shí)，第二存儲(chǔ)器50由收集罐55通過(guò)閥49而供應(yīng)。這個(gè)間歇的填充過(guò)程持續(xù)到第一存儲(chǔ)器2和第二存儲(chǔ)器50中的壓力相等為止。此后，閥41、54、52、48、49、38、泵9和閥47相繼地切斷。存在于罐1和2中的液體可通過(guò)太陽(yáng)輻射而再次被加熱，以使得可以進(jìn)行新的膨脹循環(huán)。
此操作方法的優(yōu)點(diǎn)還在于取決于輻射的類型，對(duì)1和2中的體積的必要加熱被加速，或者液壓馬達(dá)5的停機(jī)時(shí)間縮短了。
在輻射為高水平時(shí)，經(jīng)由存儲(chǔ)器50和熱交換器35的循環(huán)的開(kāi)動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，以建立很高的壓降。在輻射為低水平時(shí)，較熱的流體保留在存儲(chǔ)器50內(nèi)，從而在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)收集器1中的較慢加熱。
此裝置的操作模式是間歇式的，僅當(dāng)通過(guò)太陽(yáng)能收集器積聚起相應(yīng)壓力時(shí)，液壓馬達(dá)5才可以操作，或者通過(guò)勢(shì)能14的存儲(chǔ)只能前向驅(qū)動(dòng)。熱輻射的水平越高，循環(huán)相互的接續(xù)越快。
圖2示出了帶有多個(gè)太陽(yáng)能收集器和貯蓄器模塊100的電路框圖，其能夠特別地用于能量輸入弱的情形中，例如，能量輸入為50到500瓦特每平方米。
圖2示出了三個(gè)太陽(yáng)能收集器和貯蓄器模塊100，每個(gè)模塊都具有太陽(yáng)能收集器1和貯蓄器2，并具有如圖1所示的對(duì)應(yīng)管路和電路。在輸出側(cè)，閥41是必須的。各個(gè)模塊100的閥41全部都連接到分配單元40的各個(gè)輸入設(shè)備。所述輸入設(shè)備與液壓馬達(dá)5、發(fā)電機(jī)6和熱交換器35一起形成了轉(zhuǎn)換模塊200。
代替用于存儲(chǔ)機(jī)械能形式的勢(shì)能的裝置，圖2示出了一個(gè)傳統(tǒng)的負(fù)載電路，其最后驅(qū)動(dòng)載荷60。標(biāo)號(hào)61表示一個(gè)具有集成水箱的加熱存儲(chǔ)器，其熱水可輸出到淋浴間62和/或可流經(jīng)加熱元件63。特別地，返回腔19和第二存儲(chǔ)器50僅僅設(shè)置一次。
各個(gè)模塊100的串聯(lián)意味著液壓馬達(dá)5可以連續(xù)地運(yùn)行。自然地，模塊100的數(shù)目可以自由地確定。在此情形中，也對(duì)模塊100進(jìn)行控制的控制電路20總是可以依據(jù)壓力計(jì)33通過(guò)打開(kāi)閥41-在所有情形下，所述閥41的壓力為最大時(shí)—來(lái)選擇模塊。
流體的溫度越高，收集器1的效率越低。因此，最大的操作溫度限制在80到95的范圍內(nèi)。在足夠的輻射下—其為每平方米800到1000瓦—此時(shí)三個(gè)模塊100優(yōu)選地在重疊方式下工作，即工作階段(閥41打開(kāi))相互重疊。然后，至關(guān)重要的是熱交換器35能夠足夠快地使溫度升高，使得準(zhǔn)備時(shí)間盡可能地短。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將通過(guò)調(diào)節(jié)使得所測(cè)得的壓降、流體溫度、電流大小、散熱的溫度差異(冷卻)值設(shè)成正確的比率，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的操作順序。在輻射值較低時(shí)，可采用較低吸收率從而流量降低的流體。
在三個(gè)模塊100中，已知設(shè)計(jì)的大約4.5平方米的太陽(yáng)能收集器1的面積的熱力連接功率為3.3千瓦，以及一個(gè)電力連接功率為1.3千瓦，其峰值為1.5千瓦。對(duì)于230伏的交流電，年發(fā)電量可以是1500千瓦時(shí)。
圖3示出了一個(gè)依據(jù)本發(fā)明第二示例實(shí)施方式的用于組合地制熱和發(fā)電裝置的電路框圖。在此所示的另一個(gè)示例實(shí)施方式涉及到使用來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的熱損失以及機(jī)動(dòng)車輛的減速能量所產(chǎn)生的能量。在此情形下，使用了機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)來(lái)替代太陽(yáng)能收集器。
在此情形下，在設(shè)備傳輸熱輸入時(shí)，使用來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的輸出熱量來(lái)產(chǎn)生能量。
已知的事實(shí)為現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)所消耗的燃料中的60到70％都作為輸出熱量而被浪費(fèi)掉。除了這些沒(méi)有被轉(zhuǎn)換成用于向前運(yùn)動(dòng)的能量的燃料的費(fèi)用之外，還存在的問(wèn)題是全球變暖及其伴隨的不能忽視的自然災(zāi)害。
圖3所示的混合式馬達(dá)24包括已知內(nèi)燃機(jī)21的驅(qū)動(dòng)部件，其用汽油、石油、柴油燃料或者可替代的燃料—例如菜籽油(rapeseed)等—來(lái)幫助驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備22。共同的傳動(dòng)裝置18將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置組合起來(lái)并使它們同步。
環(huán)繞著兩個(gè)單元21和22的絕熱設(shè)備26很大程度上防止了輸出輻射損失，這與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相反。集成在絕熱設(shè)備26中的傳熱液體25存儲(chǔ)了大量的燃燒熱量。如果超出一定的溫度—該溫度可由溫度傳感器23固定，存儲(chǔ)在傳熱液體25中的燃燒熱通過(guò)泵80，經(jīng)由熱交換器79而循環(huán)。另一流體—特別是油，在第二側(cè)通過(guò)對(duì)流方法在泵77的作用下循環(huán)，此液體大致從引擎吸收燃燒熱。當(dāng)溫度升高時(shí)，較大地膨脹的液體預(yù)先存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器73中，該緩沖存儲(chǔ)器優(yōu)選地設(shè)置在車輛底板的下方?？刂坪驼{(diào)節(jié)設(shè)備27對(duì)裝置和安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)控。如果超出一個(gè)給定的壓力值，該值由壓力計(jì)67記錄，截流閥68就接通。液壓液體以相對(duì)較高的速率流入到鋼的耐壓瓶60、61和62中，所述耐壓瓶同樣地固定在車輛底板的下方。
在流入階段，閥64在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)處及時(shí)地打開(kāi)，而精確計(jì)量一定量的由壓力計(jì)66測(cè)得的較低壓力的油，在收集和補(bǔ)償罐65的抽吸力的作用下，流入到緩沖存儲(chǔ)器73中，以提供液體。所述的收集和補(bǔ)償罐65優(yōu)選地同樣設(shè)置在車輛底板的下方。閥68再次關(guān)閉。
上述的加熱和填充階段重復(fù)地進(jìn)行，直至在耐壓瓶60到62中實(shí)現(xiàn)了需要的壓力值，該壓力值可以由壓力計(jì)63固定。控制和調(diào)節(jié)設(shè)備27，其優(yōu)選地具有多個(gè)、特別是兩個(gè)冗余，從而使得一個(gè)電路的故障可以由另一個(gè)電路補(bǔ)償，在另一個(gè)示例實(shí)施方式中所提及的安全性能測(cè)試后打開(kāi)閥74，同時(shí)考慮操作順序(特別是停止-和-繼續(xù)操作，向下行進(jìn)或者制動(dòng)、關(guān)閉馬達(dá))。
流出瓶子60、61和62的油以較高的壓力和足夠的量流經(jīng)液壓馬達(dá)22，并流回到收集和補(bǔ)償罐65中以再次開(kāi)始新的循環(huán)。液壓馬達(dá)22隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并將其驅(qū)動(dòng)能量傳遞到傳動(dòng)裝置18，其以變化的間隔繼續(xù)操作。決定性的參數(shù)是壓力的數(shù)量。
為代替通過(guò)太陽(yáng)能的熱輸入，在此情形中使用了傳統(tǒng)引擎的輸出熱量。這對(duì)應(yīng)于圖1和2中的示例實(shí)施方式的相同的步驟，并且所有與之相關(guān)的說(shuō)明的原理都可應(yīng)用在此處，反之亦然。特別地，可對(duì)多個(gè)獨(dú)立的耐壓瓶60、61和62進(jìn)行填充，并且所存儲(chǔ)的壓力可以通過(guò)分配單元而由液壓馬達(dá)22獲得。發(fā)電機(jī)可與液壓馬達(dá)22相連，以產(chǎn)生車輛的電能。
自然地，本申請(qǐng)并不局限于機(jī)動(dòng)車輛。其可同樣地應(yīng)用于安裝軌道的車輛、輪船或飛機(jī)。示例實(shí)施方式是特別優(yōu)選的，原因在于相對(duì)于能量轉(zhuǎn)換而言，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的車輛本身表示一個(gè)“孤島”(island)，對(duì)于該孤島，此獨(dú)立的轉(zhuǎn)換單元是特別優(yōu)選的。
此外，在機(jī)動(dòng)車輛的情形中，還可以使用減速能量來(lái)產(chǎn)生能量。這里所提及的減速能量是在以下情況下存在，即，在機(jī)動(dòng)車輛的情形下，如果馬達(dá)沒(méi)有供以燃料，即特別是沒(méi)有致動(dòng)加速踏板，從而存在有引擎制動(dòng)功能。
可選地，此類產(chǎn)生的能量可有利地用來(lái)增加通過(guò)引擎熱損失而產(chǎn)生的能量。如已知的那樣，在路面交通中，行進(jìn)減速是一個(gè)常見(jiàn)的副作用。其通常發(fā)生在下坡時(shí)，此時(shí)不加油并對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)。迄今為止，在輕型車輛中，此有用的能量部分被機(jī)械地破壞從而在未被使用的情況下浪費(fèi)掉了。
本發(fā)明可以如此方式使用這些能量部分，即，其對(duì)于能量和經(jīng)濟(jì)性而言是有利的。依據(jù)一個(gè)示例實(shí)施方式的相應(yīng)裝置的操作模式如下在泵的操作過(guò)程中，即當(dāng)貯蓄器60、61和62進(jìn)行填充時(shí)(該過(guò)程通常優(yōu)先地進(jìn)行)，機(jī)動(dòng)車輛的駕駛?cè)藛T將他的腳從加速踏板移走。調(diào)節(jié)和控制設(shè)備27持續(xù)地監(jiān)控操作順序。如果滿足了一定的操作條件，例如液壓馬達(dá)22的溫度、液壓馬達(dá)溢流油管的壓力、液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、瓶子60、61和62中的壓力等操作條件，并且如果例如在五秒鐘后，制動(dòng)踏板沒(méi)有被致動(dòng)，則液壓馬達(dá)22切換而作為液壓泵工作。隨后，在非常短的時(shí)間之后，截流閥74打開(kāi)。位于收集和補(bǔ)償罐5中的油被吸走，然后被導(dǎo)入到鋼的耐壓瓶60、61和62中。
在此情形中三個(gè)耐壓瓶中的成分的可壓縮性主要取決于混合式驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速以及泵壓的持續(xù)時(shí)間。如果期望的填充壓力大于或等于300巴，或者此操作順序必須被中斷，閥74首先切斷，然后，在非常短的時(shí)間之后，液壓泵22切斷。在過(guò)程中，囊狀存儲(chǔ)器76在很大程度上消除了液壓沖擊。在本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施方式中，上述的操作模式被認(rèn)為是能量恢復(fù)的最有效的解決方案。
來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)熱損失的能量恢復(fù)，其結(jié)合了利用同一車輛的減速能量，而開(kāi)啟了一個(gè)新的領(lǐng)域，其具有明顯的優(yōu)點(diǎn)-有利地利用了引擎的輸出熱量，-有效的利用了車輛的減速能量，-從而明顯地增加了引擎的總效率，-在相同功率的情形下，可以明顯地減少燃料的消耗，其對(duì)于環(huán)境保護(hù)而言是有利的，減少了CO2的散發(fā)，
-極大地減少了每公里的費(fèi)用或行車費(fèi)用，-改善了車輛的制動(dòng)響應(yīng)，-延長(zhǎng)了剎車和離合器的壽命，-因?yàn)橐娴撵o止能量被有效地存儲(chǔ)起來(lái)，在減少引擎的消耗和磨損方面明顯地改善了冷運(yùn)行性能，這是由于取決于季節(jié)和空氣溫度，在熱運(yùn)行階段中(其持續(xù)時(shí)間為大約5到15分鐘)機(jī)動(dòng)車輛的引擎消耗多達(dá)300％的更多燃料，-在交通堵塞中或者城市中以步行速度的停止-繼續(xù)運(yùn)行的情形中，減少了引擎的運(yùn)行時(shí)間或者啟動(dòng)和停止的次數(shù)(在環(huán)境保護(hù)方面和維修工作的可能性方面，減少了消耗和磨損)。
依據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施方式的能量恢復(fù)避免了所有上述的缺點(diǎn)。
考慮將各種類型的油和液體用作液壓液體。等級(jí)為HL和HLP的液壓油以及依據(jù)DIN 51502(HFC，HFA和HFD組群)的液壓液體和熱交換器油為非限制性的選擇。原則上，裝置還可以用氣體形式的流體。但是，在此情形下，其效率將較低。
例如，液體的粘度范圍可以介于10cSt的最小值和300vSt的最大值之間(1cSt＝1mm2/s)。然而，也可以使用粘度為400cSt或者更大的液體。
第一循環(huán)中的液體可在各種壓力范圍下操作，在示例實(shí)施方式中采用了以下的壓力范圍。在太陽(yáng)能的組合制熱和發(fā)電設(shè)備中的太陽(yáng)能收集器的示例實(shí)施方式中，其為15到200巴之間。在能量存儲(chǔ)器的情形中，可采用15到250巴的壓力。在能量恢復(fù)的情形中，特別地，可采用50到300巴的壓力。
液壓馬達(dá)可使用多種類型，例如排量在1.2和5cm3每轉(zhuǎn)(取決于系統(tǒng)的尺寸)的外齒輪馬達(dá)，或者是排量在5.1和10cm3每轉(zhuǎn)(取決于系統(tǒng)的尺寸)的內(nèi)齒輪馬達(dá)，并且，在能量恢復(fù)的情形中，可采用大于10cm3每轉(zhuǎn)的排量。對(duì)于其它的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以采用軸向柱塞馬達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種將熱能轉(zhuǎn)換成另外的能量形式(14；6；22)的裝置，—其具有至少一個(gè)熱輸入和貯蓄模塊(100)，在每種情形下，該模塊具有——傳輸熱輸入的設(shè)備(1；21)，以及——貯蓄器(2；60，61，62)，所述設(shè)備(1；21)和貯蓄器(2；60，61，62)相互連接以進(jìn)行流體(30)的交換，—其具有能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(5，6；14，17；22)，所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備連接到所述熱輸入和貯蓄模塊(100)的貯蓄器(2；60，61，62)以進(jìn)行流體交換，通過(guò)所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，能夠作為流體壓力而在所述熱輸入和貯蓄模塊(100)中積聚起來(lái)的能量能夠被轉(zhuǎn)換成所述另外的能量形式(14；6；22)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于設(shè)置有多個(gè)與分配單元(40)連接的熱輸入和貯蓄模塊(100)，所述熱輸入和貯蓄模塊(100)通過(guò)分配單元(40)間歇地連接到該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(5，6；14，17)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備為液壓馬達(dá)(5，22)和可選的發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)連接到所述液壓馬達(dá)以產(chǎn)生電流。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備為液壓提升裝置(17，14)或者扭矩存儲(chǔ)裝置。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于熱交換器(35；79)連接到所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，并且所述熱交換器(35；79)連接到設(shè)備(1；21)，該設(shè)備(1；21)通過(guò)循環(huán)泵(9；80)傳輸熱輸入。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于在所述熱交換器(35)和循環(huán)泵(9)之間設(shè)置有除泡沫和除濕的存儲(chǔ)器(19)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于傳輸熱輸入的設(shè)備(1；21)為太陽(yáng)能收集器(1)。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于傳輸熱輸入的設(shè)備(1；21)為內(nèi)燃機(jī)(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將熱能轉(zhuǎn)換成另外的能量形式(14；6)的裝置，該裝置設(shè)置有至少一個(gè)熱輸入和壓力貯蓄模塊，每個(gè)模塊具有傳輸熱輸入的設(shè)備(1)以及壓力貯蓄器(2)，其中所述設(shè)備(1)和壓力貯蓄器(2)相互連接以進(jìn)行流體(30)交換；并設(shè)置有能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(5，6；14，17)，該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備連接到所述熱輸入和壓力貯蓄模塊(100)的壓力貯蓄器(2)而實(shí)現(xiàn)流體的交換，通過(guò)該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，作為流體壓力而在所述熱輸入和壓力貯蓄模塊(100)中積聚起來(lái)的能量能夠被轉(zhuǎn)換成所述另外的能量形式(14；6)。
文檔編號(hào)F03G6/00GK1926331SQ200480042470
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者奧爾漢·于斯廷 申請(qǐng)人:奧爾漢·于斯廷