專利名稱：新能源汽車及其新型氣體動力系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機動車及其動力裝置，尤其是一種采用金屬燃料的新型氣體動力系統 以及安裝該動力系統的新能源汽車。
背景技術：
目前，現有汽車動力系統采用的能源一般有以下兩類一是采用石化燃料提供動 力，例如汽油、柴油、液化石油氣、天然氣等；二是采用電力作為動力來源。使用石化燃料的 汽油、柴油汽車，以內燃機作為動力來源，其歷史悠久，技術成熟，有許多優點。但是，由于石 油資源面臨枯竭，油價總體呈上升趨勢，使用燃油汽車的成本不斷增大，并且燃油汽車燃燒 的尾氣會對環境造成污染。以電力作為動力來源的電動汽車，其電力來自蓄電池或燃料電池。純電動汽車雖 然沒有尾氣污染空氣，但是蓄電池的使用壽命短，造價高，儲存電能有限，使得電動車的行 駛里程短，無法滿足人們出行的要求，蓄電池報廢后有可能對環境造成污染。燃料電池汽車 多以氫氣為燃料，雖然環保，但價格高昂，氫氣制取困難，短期內難以普遍推廣應用。2009年5月31日，新浪科技據國外媒體報道，印度塔塔汽車公司成功研制出一款 依靠空氣提供動力的汽車，該車由壓縮空氣提供動力，可以滿足城市里的短途交通需要。另 據報道，美國華盛頓大學的研究人員開發了另一種氣動汽車，該車以液氮經熱交換器汽化 后產生的高壓氮氣作動力。以上兩類氣動汽車主要依靠高壓氣體作為能量來源，都存在氣 源消耗快、行駛里程短的缺陷，并且其壓縮空氣或液化氮氣仍然需要燃油或電力作能源。
發明內容
針對以上采用傳統石化能源的燃油汽車、電動汽車以及氣動汽車的不足，本發明 的目的是提供一種采用金屬燃料作能源，以氣體作為動力介質的新型氣體動力系統以及安 裝該動力系統的新能源汽車。本發明的目的是通過采用以下技術方案來實現的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，包括氣源、輸氣管、控制閥和氣動馬達，氣源 通過輸氣管與氣動馬達連接，控制閥設在輸氣管上并可以控制氣源氣體的輸出或關閉，所 述氣源與氣動馬達之間還設有加熱裝置，加熱裝置可以將氣源輸出的氣體加熱后輸出到氣 動馬達。作為本發明的優選技術方案，所述氣源包括氣體發生裝置或儲氣瓶，氣源與所述 加熱裝置之間設有換熱器，加熱裝置與氣動馬達之間設有高壓儲氣瓶。作為本發明的優選技術方案，所述加熱裝置通過輸氣管與氣體壓縮機連接，氣體 壓縮機通過輸氣管與所述換熱器連接。作為本發明的優選技術方案，所述加熱裝置包括電加熱器、氣體燃燒器、液體燃燒 器或固體燃料燃燒器；所述固體燃料燃燒器包括金屬燃料燃燒器。
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作為本發明的優選技術方案，所述金屬燃料燃燒器與金屬燃料輸送器連接。作為本發明的優選技術方案，所述氣源是液態儲氣瓶，液態儲氣瓶通過輸液泵與 換熱器連接，換熱器與所述加熱裝置連接。采用新型氣體動力系統的機動車，包括車身和車輪，車身內設有動力系統、駕駛控 制系統和制動裝置，所述動力系統即是如上所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，所 述氣動馬達通過變速器和傳動軸與車輪連接。作為本發明的優選技術方案，所述加熱裝置是金屬燃料燃燒器，該燃燒器與金屬 燃料輸送器連接；所述氣源是液態儲氣瓶，液態儲氣瓶通過輸液泵與換熱器連接，換熱器與金屬燃 料燃燒器連接；所述金屬燃料燃燒器通過輸氣管連接高壓儲氣瓶，高壓儲氣瓶通過輸氣管和控制 閥連接氣動馬達。作為本發明的優選技術方案，所述換熱器包括空調換熱器和尾氣換熱器，所述液 態儲氣瓶通過輸液泵和控制閥分別與空調換熱器和尾氣換熱器連接；所述尾氣換熱器通過輸氣管直接連接金屬燃料燃燒器；所述空調換熱器通過輸氣管和控制閥分別連接氣動馬達和尾氣換熱器。作為本發明的優選技術方案，所述金屬燃料燃燒器通過輸氣管與氣體壓縮機連 接，氣體壓縮機通過輸氣管與所述尾氣換熱器連接。本發明的有益效果是相對于現有技術，本發明采用金屬燃料作為能源，以氣體作 為動力介質，摒棄了傳統的燃油或電力能源，具有下述優點1、采用金屬燃料作為能量來 源，原料廉價易得，燃燒時沒有溫室氣體和有害物質排放；2、作為工作介質的氣體種類多， 來源廣泛，尾氣排放潔凈環保；3、夏季汽車空調可以利用液氮的冷能制冷，不需要壓縮機， 節省動力；4、冬季汽車空調制熱利用尾氣余熱，能源利用效率高；5、動力系統結構簡單，維 修量小，使用壽命長；6、金屬燃料燃燒剩余物可以作為有用資源直接利用；7、添加更換金 屬燃料、補充液態氣體方便快捷。本發明帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，可以廣泛用于各種車輛、船舶、潛艇、 飛行器、工程機械、發電站等作為動力源。本發明采用新型氣體動力系統的機動車，克服了 傳統燃油汽車的諸多缺點，相比現有電動車或氣動汽車，其氣源可以循環使用、消耗少，行 駛里程更長，補充燃料方便，能夠滿足替代現有燃油汽車的要求，具有突出的實用價值和顯 著的應用前景。
下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步說明圖1是本發明采用新型氣體動力系統的機動車的工作原理示意圖。圖中1液態儲氣瓶、2電動截止閥、3輸液泵、4節流閥(膨脹閥)、5空調換熱器、 6截止閥、7尾氣換熱器、8燃燒器、9氣動馬達、10氣體壓縮機、11高壓儲氣瓶、12球閥或蝶 閥、13壓力調節閥、14單向閥(止回閥)、15金屬燃料輸送器、16泄壓閥、17液態氣體輸送 管路、18 —次氣體輸送管路、19循環氣體輸送管路、20過濾油罐。
具體實施例方式如圖1所示，本發明新能源汽車及其新型氣體動力系統的具體實施例如下液態 儲氣罐1，例如液氮瓶，其出液口與液態氣體輸送管路17相連接。液態氣體輸送管路17上 依次連接電動截止閥21、輸液泵3、節流閥4 (膨脹閥)、截止閥63、空調換熱器5的進氣口、 尾氣換熱器7的進氣口。一次氣體輸送管路18連接空調換熱器5的出氣口、截止閥62、尾 氣換熱器7的進氣口，尾氣換熱器7的出氣口通過一次氣體輸送管路18連接金屬燃料燃燒 器8的進氣口。金屬燃料輸送器15安裝在燃燒器8的上方，并與燃燒器8 一起用保溫材料 保溫。燃燒器8的出氣口通過設有單向閥14(止回閥)的輸氣管與高壓儲氣瓶11相連接。 高壓儲氣瓶11用保溫材料保溫。高壓儲氣瓶11通過輸氣管與氣動馬達9相連接，該輸氣 管上安裝有壓力調節閥13、球閥12或蝶閥12、電動截止閥22。本實施中，球閥12或蝶閥12與汽車的腳踏油門相連接。氣動馬達9的出氣口連 接循環氣體輸送管路19，并與截止閥65和尾氣換熱器7的進氣口相連接。同時，循環氣體 輸送管路19與空調換熱器5進氣口的連接管路上安裝有截止閥61。循環氣體輸送管路19 與空調換熱器5出氣口的連接管路上設有截止閥64，并連接到尾氣換熱器7的進氣口。循環氣體輸送管路19連接尾氣換熱器7的出氣口、氣體壓縮機10的進氣口。氣 體壓縮機10出氣口由循環氣體輸送管路19連接過濾油罐20后再連接到燃燒器8的進氣 口。尾氣換熱器7出氣口連接的循環氣體輸送管路19上安裝泄壓閥16，以排出多余尾氣。本發明新能源汽車氣體動力系統的工作順序是打開汽車氣體動力系統的總開 關——啟動汽車。這時，液氮儲氣罐1連接的液態氣體輸送管路7上的電動截止閥21、高壓 儲氣瓶11與氣動馬達9相連的進氣管上的電動截止閥22打開。按一次點火開關，金屬燃 料輸送器15開始輸送金屬燃料到燃燒器8，電點火延遲開始，液態氣體輸送管路7上連接的 輸液泵3開始工作。液態氮氣經節流閥4分別進入截止閥63、空調換熱器5進氣口和尾氣 換熱器7進氣口。氮氣在空調換熱器5內吸熱膨脹后經截止閥62進入尾氣換熱器7繼續 換熱升溫。截止閥62、63在夏季打開可以用于制冷，冬季關閉。從尾氣換熱器7出氣口出來的氮氣經一次氣體輸送管路18進入燃燒器8進氣口。 金屬燃料，例如鋁熱劑被點燃后開始燃燒，放出大量的熱量，使通過燃燒器8的氮氣變成高 溫高壓氣體，經輸氣管路和單向閥14進入高壓儲氣瓶11，燃燒器8與儲氣瓶11既有輸氣管 路連接，兩者本體也相接觸，充分利用燃燒器8產生的余熱，以維持儲氣瓶11中的氮氣處于 高溫高壓狀態。開動汽車踩下離合器，踩下油門，隨著油門的踩下，氣動馬達9進氣管上的球閥 12逐漸打開，儲氣罐11內的高溫、高壓氣體經過輸氣管進入氣動馬達9，使氣動馬達9開始 旋轉，放開離合器，汽車開始行駛。此時，安裝在高壓儲氣瓶11與氣動馬達9之間輸氣管上 的壓力調節閥13已經調好出氣壓力。做功后從氣動馬達9出氣口出來的高溫、低壓氣體 (尾氣)，在冬季可以經截止閥64先進入空調換熱器5，然后進入尾氣換熱器7。在夏季，關 閉尾氣進出空調換熱器5的截止閥61、64，打開尾氣直接進入尾氣換熱器7的截止閥65，截 止閥65在冬季關閉。從尾氣換熱器7出來的低溫低壓氣體(尾氣)進入氣體壓縮機10，尾 氣經加壓后由循環氣體輸送管路19經過濾油罐20過濾機油后送入燃燒器8升溫、升壓，實 現尾氣的循環利用。當尾氣壓力達到一定值時，泄壓閥16閥門打開，排除多余氣體。本發明的汽車行駛過程中，當燃燒器8的溫度低于設定值時，按一下燃燒器8的點火開關，添加燃料，繼續升溫。當燃燒器8的燃料用盡時，取出燃燒剩余物及時更換添加燃 料。金屬燃料如鋁熱劑燃燒的剩余物為鐵和三氧化二鋁，是完全可以再利用的資源，可直接 交由煉鋼廠和煉鋁廠回收利用。保存燃燒剩余物可以用于兌換金屬燃料。本發明所采用的金屬燃料中，鎂和鋁這兩種輕金屬是比較典型的代表，它們具有 很多優勢一是無碳清潔，燃料在燃燒時不會釋放二氧化碳、二氧化硫等溫室氣體及有害物 質。二是燃料熱值高，燃料少而精，方便運輸、使用和儲存。三是可以永續利用，金屬燃料經 過加工處理后能無數次重復使用，不浪費資源，工業廢渣少甚至沒有。四是安全性好，與煤 炭相比，金屬燃料的井下生產相對安全，與核燃料相比不會產生污染事故。五是節省資源， 節省的化石資源可轉為其它用途，比如生產更高價值的化工產品。六是生產技術成熟，用電 解法制造鎂鋁工業產品工藝簡單，技術相當成熟。七是資源豐富，鎂鋁是地球上含量最為豐 富的金屬元素，其中金屬鎂可由電解熔融的氯化鎂制得，氯化鎂通常取自海水，然而海水取 之不盡。本發明可以作為動力介質的氣體是工業氣體，例如液態空氣、液態氧氣、液態氮 氣或者液態二氧化碳。上述工業氣體在各地都有大量生產和應用，可謂來源廣泛。不像汽 油、柴油等石化燃料集中于石油系統生產。工業氣體來自于空氣，使用后排放到空氣中，只 是空氣的循環利用，沒有任何污染。
權利要求
1.一種帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，包括氣源、輸氣管、控制閥和氣動馬達，氣 源通過輸氣管與氣動馬達連接，控制閥設在輸氣管上并可以控制氣源氣體的輸出或關閉， 其特征是所述氣源與氣動馬達之間還設有加熱裝置，加熱裝置可以將氣源輸出的氣體加 熱后輸出到氣動馬達。
2.根據權利要求1所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，其特征是所述氣源包 括氣體發生裝置或儲氣瓶，氣源與所述加熱裝置之間設有換熱器，加熱裝置與氣動馬達之 間設有高壓儲氣瓶。
3.根據權利要求2所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，其特征是所述加熱裝 置通過輸氣管與氣體壓縮機連接，氣體壓縮機通過輸氣管與所述換熱器連接。
4.根據權利要求1、2或3所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，其特征是所述 加熱裝置包括電加熱器、氣體燃燒器、液體燃燒器或固體燃料燃燒器；所述固體燃料燃燒器包括金屬燃料燃燒器。
5.根據權利要求4所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，其特征是所述金屬燃 料燃燒器與金屬燃料輸送器連接。
6.根據權利要求1或2所述的帶有加熱裝置的新型氣體動力系統，其特征是所述氣 源是液態儲氣瓶，液態儲氣瓶通過輸液泵與換熱器連接，換熱器與所述加熱裝置連接。
7.一種采用新型氣體動力系統的機動車，包括車身和車輪，車身內設有動力系統、駕駛 控制系統和制動裝置，其特征是所述動力系統即是如權利要求1所述的帶有加熱裝置的 新型氣體動力系統，所述氣動馬達通過變速器和傳動軸與車輪連接。
8.根據權利要求7所述的采用新型氣體動力系統的機動車，其特征是所述加熱裝置 是金屬燃料燃燒器，該燃燒器與金屬燃料輸送器連接；所述氣源是液態儲氣瓶，液態儲氣瓶通過輸液泵與換熱器連接，換熱器與金屬燃料燃 燒器連接；所述金屬燃料燃燒器通過輸氣管連接高壓儲氣瓶，高壓儲氣瓶通過輸氣管和控制閥連 接氣動馬達。
9.根據權利要求8所述的采用新型氣體動力系統的機動車，其特征是所述換熱器包 括空調換熱器和尾氣換熱器，所述液態儲氣瓶通過輸液泵和控制閥分別與空調換熱器和尾 氣換熱器連接；所述尾氣換熱器通過輸氣管直接連接金屬燃料燃燒器；所述空調換熱器通過輸氣管和控制閥分別連接氣動馬達和尾氣換熱器。
10.根據權利要求9所述的采用新型氣體動力系統的機動車，其特征是所述金屬燃料 燃燒器通過輸氣管與氣體壓縮機連接，氣體壓縮機通過輸氣管與所述尾氣換熱器連接。
全文摘要
本發明涉及新能源汽車及其新型氣體動力系統，其中氣體動力系統包括氣源、輸氣管、控制閥和氣動馬達，氣源通過輸氣管與氣動馬達連接，所述氣源與氣動馬達之間設有加熱裝置，該裝置主要利用金屬燃料作能源，將氣源輸出的氣體加熱后輸出到氣動馬達。所述新能源汽車包括車身、車輪、駕駛系統和制動裝置，其動力系統即是上述氣體動力系統。本發明采用金屬燃料作能源，以氣體作動力介質，可用于各種車輛、船舶等作為動力。本發明新能源汽車克服了燃油汽車的諸多缺點，相比現有電動車或氣動汽車，其氣源可以循環使用、消耗少，行駛里程更長，補充燃料方便，可替代現有燃油汽車，具有實用性和廣泛的應用前景。
文檔編號F01K25/00GK102102549SQ20091026212
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者王立華 申請人:王立華