專利名稱：用于水陸運輸工具的分布式發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及可再生能源，用于貨物和旅客遷移的水陸運輸工具的分布式發電系統，特別地，涉及存儲和發電的系統，由此減少水陸運輸工具所使用的化石燃料以及用于發電的化石或核燃料的數量。所描述的發電站(氣體/蒸汽發電機)通常用于表面安裝到或并入水陸運輸工具設備的分布式發電系統。水陸運輸工具設備的勢能/動能用于發電，并且將這個電力轉移到以及轉移出在交通工具上的或自主定位的電力存儲單元(PSU)。
背景技術：
水陸運輸工具具有優勢，使得它可以將商品和服務提供到任意位置而不需要重大基礎設施。然而，水陸運輸工具在其燃料使用和能源消耗上需要更加有效，以確保它保持成本效益。此外，隨著對全球變暖問題越來越多的關注，對石油和地緣政治的高要求，期望更加有效、清潔的發電系統。因此，需要減少每單位水陸運輸工具貨運所消耗的化石/核燃料。還需要捕獲正從現有系統損失的能量和/或在水陸運輸工具和電力存儲單元之間轉移過剩電力的能力。這樣一個系統是為了減少水陸運輸工具停止階段(即剎車)所損失的燃料和浪費的能源，在下坡時在下降階段存儲/輸送過剩能量，以及在上坡時在上升階段重新利用該
能量°發明目的本發明的目的是基本上克服或至少改進現有技術的一個或多個缺點，或者至少提供有用的替換選擇。
發明內容
本文首先公開了用于水陸運輸工具的分布式發電系統，包括主發電設備，其包括氣體蒸汽渦輪機，用于為所述水陸運輸工具產生能量；輔助發電設備；能量存儲設備，用于存儲從所述主發電設備和/或所述輔助發電設備接收的能量；拉長的傳動軸，其利用來自所述主發電設備和/或所述輔助發電設備和/或所述能量存儲設備的能量驅動；轉矩變換器，其運轉上與所述主發電設備和/或所述輔助發電設備相關聯，以助于在發電階段捕獲來自所述傳動軸的能量；以及連接裝置，用于將所述轉矩傳輸至所述水陸運輸工具的輪，用來使得所述水陸運輸工具移動。優選地，所述主發電設備包括可操作以接收氣體的壓縮器，；接收并且點燃燃料的燃燒室；
旋轉所述傳動軸的渦輪機；離開所述渦輪機的加熱的氣體被引導通過所述燃燒室的外部，用于向所述換熱器增加熱量從而加熱液體，所述氣體通過與所述壓縮機運轉上相關聯的第二渦輪機，并且通過第二換熱器從所述系統排出所述氣體，所述氣體通過與所述第一渦輪機相互協作的第三渦輪機。優選地，離開所述第二渦輪機的所述氣體返回到所述燃燒室。優選地，離開所述第二渦輪機的所述氣體從所述系統排出。優選地，來自所述換熱器的所述加熱液體適于驅動蒸汽渦輪機。優選地，所述系統包括用于將過剩能量存儲在電力存儲單元中的裝置，并且當所述系統通過電力輸送區域時，所述裝置將所述過剩能量運輸到其他水陸運輸工具。
下面將參照附圖僅以示例性方式描述本發明的優選實施方式，在附圖中圖1是本發明的實施方式的分布式發電系統；圖2是本發明的另一實施方式的分布式發電系統；圖3示出了在交通工具上的分布式發電設備的一個位置；以及圖4示出了電力輸送系統。
具體實施例方式在圖中示意性地描繪有，用于水陸運輸工具(例如交通工具4)的分布式發電系統 1，包括主發電設備3，用于為所述交通工具4產生能量。主發電設備3包括驅動(氣體/蒸汽)渦輪機(見圖1)，其中蒸汽渦輪機優選地整合為氣體/蒸汽渦輪機或者與整合在驅動渦輪機等之中的換熱器分離。驅動渦輪機3(見圖2)是熱動力渦輪設備。蒸汽渦輪機是典型的蒸汽設備。輔助發電設備5(見圖3)包括發電機/發動機7，用于在發電(停止)階段發電，并且將該電力存儲在電力(組)存儲單元中，以便在加速階段為交通工具4供電。利用來自電力存儲單元2的能量來驅動拉長的傳動軸8，以產生轉矩。如果需要，第三發電單元6(轉矩變換器)從發電設備5接收一部分過剩能量。發電機/發動機7在移動階段驅動交通工具1并且在停止階段發電。連接裝置(并入傳動軸8)向交通工具4的車輪9傳送轉矩，從而使交通工具4加速或減速。如圖1和圖2最佳所示，主發電設備3包括可接收氣體的壓縮機10。通過箭頭11 示出了氣體方向。燃燒室12接收并點燃燃料。渦輪機13接收來自燃燒室12的加熱氣體并且旋轉軸14。離開渦輪機13的氣體通過管道等引導通過燃燒室12的外部，用于向形成燃燒室12的壁的換熱器23增加熱量，從而加熱液體以運行蒸汽渦輪機。通過運轉上與壓縮機10相關聯的第二渦輪機15的氣體整合為壓縮機10的外環，其啟動壓縮機10。然后氣體從系統1排出，在排氣部分通過換熱器23，或者，其中離開第二渦輪機的氣體返回到燃燒室。反向流動排氣系統和換熱器的輔助作用將降低渦輪機噪音，并且將排氣溫度降低到可接受的水平。可變幾何形狀的進氣口和可變幾何形狀的排氣口將合并，以有助于優化燃料空氣混合并且使傳遞給驅動蒸汽渦輪機的換熱器23的能量最大化。應該理解的是，系統能夠在原動機/移動發動機和/或承載設備上同樣地工作，或整合到水陸運輸工具的很多其他部件中。圖4中示出了交通工具4的電力輸送系統20。圖3第2項的系統1提供了發電處理期間的機載能量存儲。在擴展發電階段(下坡)，這種能量將不得不存儲于電力(組) 存儲單元等2。架空電力線路22等將需要在交通工具4之間輸送能量。將使用能量管理控制計算機(EMC2tm未示出)。這將包括GPS和高度(勢能)算法，以評估行程計劃所需的機載電力或電力使用的結束或交通工具4的發電階段。也就是說，交通工具4下坡消耗能量， 并在上坡階段提取該能量。半拖車及鐵道車輛(軌道車輛)等需要推進算法，以確保(卡車/拖拉機/移動發動機)的安全。對于水陸運輸工具，這將構成通過激光/光或設備測量的插銷中的輕微彎曲，該設備將根據操作階段指示拖車所需要的加速度的量，以平衡推/ 拉前面交通工具4和對于鐵路平衡推或拉的量。使用分布式電力系統1 (其中，雙渦輪機 13、15由液體換熱器23等圍繞)，第二蒸汽渦輪機(未示出)也用于發電。逆流排氣的燃燒室12和換熱器23必須產生足夠的熱量來提供蒸汽。系統EMC2tm設置了燃燒開始時間和持續時間，以產生足夠能量來有效地繼續行程，使能量使用最小化。系統1利用發電、貯存和電力輸送。為了測量產生的能量，并且當在單元范圍內或者在電力傳送區域時，通過互聯網協議(IP)將該信息發送到電力鐵路/公路(PRR )，并且為了生成所產生或消耗的能量的電費。對于城市運輸的EMC2w電力組被供電到預定水平， 以便加速，例如從IOOt到100公里/小時，同時保留25%的能源一或者根據EMC2tm的輸入， 對于旅程配置來優化電力需求。對于建成區和獨立區，電力存儲單元都將是系統的主要部分。EMC2tm標出計劃路線，其關于電力輸送區域預測并優化發動機/渦輪機燃燒次數， 并且在電力輸送區域上傳/下載最佳能量。EMC2tm將為行程計劃接收對于最新輸電區域完成的定時數據更新，以便優化路線，并且EMC2tm保存了以往路線，并基于最新構建的輸電區域(這個信息通過無線更新或者經由互聯網協議(IP)通過輸電區域更小)來優化路線電力管理配置。該設備將能夠在輸送區域推動(非常高的速率)電力輸送。電力(組)存儲單元可以是使用空氣軸承以減少摩擦的能量損失的相反旋轉的高能量的飛輪、液壓機械或其他有效/適用的電力儲存裝置。來自交通工具發動機和承載設備的傳動軸/電力關閉 (PTO)將通過發電機/電動機發電。通過轉矩變換器6可以增加發電以確保至電力(組) 存儲單元2的最大能量捕獲，該能量通過累加器輸送到最終驅動。輪9上的牽引控制將向差速鎖發出信號，以使發電(停止階段)和加速度最大化。綜合傳動齒輪(IDG)內置在發電機/電驅動發動機中，以確保在變化交通工具速度下的最佳發動機轉速。交通工具油門和腳剎將要求通過加速/減速信號增強的重力加速/減速，該加速/減速信號轉移到發電機/ 多個發電機以便使加速階段所需要的能量數量和減速階段的發電量序列化。EMC2tm將在電力輸送區域傳輸能量需求(上傳/下載)，如水平運輸、上坡和下坡運輸情況下每200km的能量需求。圖4中，到架空或側面輸電線路22的快速部署液壓/輸電接觸(PTC)將有利于到交通工具4以及來自交通工具4的非常快速的電力輸送。在公路上和/或交通工具，光 /雷達距離測量設備定位PTC，用于精確的電力線目標。將合并PTC壓力傳感器以有助于優化電力線/PTC接觸。優選地并且基本的整體概念是具有兩個組件、電力管理系統的能量管理控制計算機(EMC2tm)，使得當能量預定儲存于電力存儲單元且其他實體要求電力的時候，將需要的電
5力引導至要求能量的設備，或者如果存在過剩能量，則通過能量管理系統引導這部分能量， 用于存儲在存儲單元中，反之亦然。電力存儲單元將包括但不限于a.飛輪或b.水力發電和存儲系統。a.飛輪PSU(電力存儲單元)可能是具有不同發電機/驅動發動機配置的相反旋轉飛輪，一個飛輪通過驅動器接受電力，而另一個在需要時發電并且包括集成的電力管理系統。b.水電系統將利用水的勢能來儲存能量，其挑戰是增強能量輸入和能量輸出平衡，以減少抵消并且與存儲的能量相比，使發電量最大化。I.水力發電和存儲單元可包括a.構建的電力儲存塔，或者b.通過使用具有蓄水池以及蓄水池之間管道的合適地形來提供如要求可能需要的足夠的發電/儲存。II.為了實現這個目的，將采用聚焦渦輪機驅動技術系統(FRDTtm),其中，噴射器噴嘴用于渦輪驅動軸上的具體目標容器，容器將被定位以接收隨著前一個旋轉而噴射流出的噴射水。III.水力發電和能量存儲設備將包括集成的雙軸流式發電機/抽水機，以確保有效的水流/電力儲存。本系統中將包括適量的備份，以使得能夠在最小/無停機情況下進行有效維護。這種系統1將為水陸運輸工具的每單位有效荷載節省燃料，并且存儲和傳輸電力，提供軌道貨運/客運車輛的到目的地的自主導航，從而避免由于轉碼而長時間延遲。較低的勞動成本和主發電渦輪機只具有兩個主要運動部件，與內燃機(ICE)相比，每個主要運動部件具有更低的維修成本和更長的平均故障間隔時間。此外，當主發電機并入蒸汽渦輪機時，主發電機是高效的。驅動渦輪機可以使用很多不同的經過最小調整的燃料，以及最終的清潔能源氫氣。雖然參照具體實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該理解的是，本發明可以以很多其他方式實施。
權利要求
1.一種用于水陸運輸工具的分布式發電系統，包括主發電設備，其包括氣體蒸汽渦輪機，用于為所述水陸運輸工具產生能量；輔助發電設備；能量存儲設備，用于存儲從所述主發電設備和/或所述輔助發電設備接收的能量；拉長的傳動軸，其利用來自所述主發電設備和/或所述輔助發電設備和/或所述能量存儲設備的能量驅動；轉矩變換器，其運轉上與所述主發電設備和/或所述輔助發電設備相關聯，以助于在發電階段捕獲來自所述傳動軸的能量；以及連接裝置，用于將所述轉矩傳輸至所述水陸運輸工具的輪，用來使得所述水陸運輸工具移動。
2.如權利要求1所述的用于水陸運輸工具的分布式發電系統，其中，所述主發電設備包括可操作以接收氣體的壓縮器，；接收并且點燃燃料的燃燒室；旋轉所述傳動軸的渦輪機；離開所述渦輪機的加熱的氣體被引導通過所述燃燒室的外部，用于向所述換熱器增加熱量從而加熱液體，所述氣體通過與所述壓縮機運轉上相關聯的第二渦輪機，并且通過第二換熱器從所述系統排出所述氣體，所述氣體通過與所述第一渦輪機相互協作的第三渦輪機。
3.如權利要求2所述的用于水陸運輸工具的分布式發電系統，其中，離開所述第二渦輪機的所述氣體返回到所述燃燒室。
4.如權利要求2所述的用于水陸運輸工具的分布式發電系統，其中，離開所述第二渦輪機的所述氣體從所述系統排出。
5.如權利要求2所述的用于水陸運輸工具的分布式發電系統，其中，來自所述換熱器的所述加熱液體適于驅動蒸汽渦輪機。
6.如權利要求1所述的用于水陸運輸工具的分布式發電系統，其中，所述系統包括用于將過剩能量存儲在電力存儲單元中的裝置，并且當所述系統通過電力輸送區域時，所述裝置將所述過剩能量運輸到其他水陸運輸工具。
全文摘要
一種用于水陸運輸工具的分布式發電系統(1)，包括主發電設備(3)，其包括氣體蒸汽渦輪機，用于為所述水陸運輸工具產生能量；輔助發電設備(5)；能量存儲設備，用于存儲從所述主發電設備和/或所述輔助發電設備接收的能量；拉長的傳動軸，其利用來自所述主發電設備和/或所述輔助發電設備和/或所述能量存儲設備的能量驅動；轉矩變換器，其運轉上與所述主發電設備和/或所述輔助發電設備相關聯，以助于在發電階段捕獲來自所述傳動軸的能量；以及連接裝置，用于將所述轉矩傳輸至所述水陸運輸工具的輪，用來使得所述水陸運輸工具移動。
文檔編號B60K3/04GK102171060SQ200980137653
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者尼克·亞歷山大 申請人:派瑞格林·布萊克伯德有限公司