Гибридный энергокомплекс электромобиль-вихревой тепловой насос

(Розроблений професором Нечитайло Ю.А. Харківського національного автомобільно-дорожного університету)

Мировая тенденция развития транспорта – это разработка гибридных электротяговых устройств совместно с тепловыми двигателями с переходом в дальнейшем полностью на электротягу, а в перспективе включение в транспортные энергосистемы тепловые насосы [1]. В качестве примера рассмотрим гибридную схему электротягового комплекса совместно с вихревым тепловым насосом. Принципиальная схема такой гибридной системы показана на рис. 1. Автошасси 1 через коробку передач 2 управляется мотором постоянного тока 3, который запитывается от аккумулятора 8. От аккумулятора 8 запитывается вентилятор 4. Вентилятор 4 в воздушном канале 5 формирует поток воздуха. Поток воздуха вращает ветрогенератор 6. Вырабатываемая электрическая мощность переменного тока чрез выпрямитель 7 подзаряжает аккумулятор 8. В таком устройстве аккумулятор работает в буферной схеме.

В приведенной гибридной схеме работают совместно электротяговый комплекс 1-3 и тепловой насос 4-7. Источником энергии является электрический аккумулятор 8. Каждый комплекс состоит из отдельных блоков, состояние развития которых определяют экономическую эффективность применения на транспорте такого гибридного энергетического устройства. Рассмотрим каждый комплекс в отдельности с подробным анализом применяемых энергетических блоков.

Рисунок 1 - Принципиальная схема применения вихревого теплового насоса на транспорте с электротягой: 1 -автошасси; 2 - коробка передач; 3 - электромотор постоянного тока; 4 - вентилятор; 5 - воздушный канал; 6 -

ветрогенератор; 7 - выпрямитель; 8 - аккумулятор

.

Что касается высокой стоимости электромобиля, то она может быть значительно снижена, если в гибридной схеме заменить ДВС на вихревой тепловой насос.

3. Вихревой тепловой насос

Вихревой тепловой насос представляет собой ветрогенератор, оснащенный вентилятором и помещен совместно с вентилятором в замкнутый воздушный объем, как это показано на рисунке 1. Вентилятор и ветрогенератор содержат лопасти специальной конструкции, которые описаны в работе [1].

При скорости движения транспортного средства 100 км/ч вихревой тепловой насос при соотношении площадей конфузора на входе вентилятора 1,2 тепловой насос с четырьмя лопастями радиуса 15 см на вентиляторе и ветрогенераторе полностью обеспечит мощность в 150 кВт, которую вырабатывает бензиновый двигатель а гибриде Lexus Rx400h. Частота вращения лопастей в ветрогенераторе составит 4870 об/мин, что вполне допустимо для лопастей из дюрали толщиной 10 мм и длиной 150 мм.

Получается, что вихревой тепловой насос способен полностью компенсировать мощность потребления электроэнергии тяговыми двигателями от аккумуляторной батареи. При этом габариты составят 700x350x350 мм, а вес - не более 250 кг. Важно отметить следующий факт. При падении температуры окружающей среды до - 30° С вырабатываемая мощность тепловым насосом падает только на 0,13%, т.е., практически не изменяется.

Выводы: Проведенный анализ применения вихревого теплового насоса на транспорте свидетельствует о следующем:

1. Разработана принципиальная схема транспортного гибридного энергокомплекса с вихревым тепловым насосом.

2. Показано, что развитие электромобилей сдерживается большими массогабаритными характеристиками выпускаемых промышленностью электромоторов и генераторов, а также аккумуляторных батарей. Вследствие этого производимые электромобили по стоимости значительно уступают автомобилям с ДВС.

3. Проведен сравнительный анализ асинхронных электродвигателей и магнитодинамических мотор-генераторов и установлено, что в транспортных средствах электротяга должна формироваться на основе применения магнитодинамических систем.

4. На входе вихревого теплового насоса находится вентилятор, роль которого сводится к тому, чтобы не допустить формирования обратного потока воздуха при отражении от лопастей

ветрогенератора и несколько увеличить скорость потока воздуха, поступающего на ход теплового насоса вследствие движения транспортного средства.

5. В ветрогенератре предложено применить лопасти, разработанные авторами и опубликованные в [1], которые позволяют выдерживать большие механические нагрузки.

6. Продемонстрирована возможность полностью обеспечить энергопотребление транспортным средством от теплового насоса.

В дальнейшем тепловые насосы в транспорте займут свое лидирующее положение. Сейчас это ярко просматривается.

Библиографический список использованной литературы

1. Гречихин Л.И. Энергетические комплексы на транспорте / Л.И. Гречихин, Н.Г. Куць- Мн.: ИООО «Право и экономика», 2013. - 258 с.

5. Хмельник СИ. Автономный бестопливный электромагнитный генератор [Электронный ресурс]. - 2007. - Режим доступа: Spasebloom.net.

Дата добавления: 2014-01-03