TWI398369B - 封閉氣動式混合動力產生裝置 - Google Patents

Description

封閉氣動式混合動力產生裝置

本發明係關於一種封閉氣動式混合動力產生裝置，尤指一種可回收利用殘餘能量以提高內燃機效率及提昇燃料經濟性與整體效率之封閉氣動式混合動力產生裝置者。

於現今生活中，最常見的一種動力產生裝置便是汽、機車的引擎，其可將汽油之化學能轉換為機械能並輸出，以達驅動汽、機車之目的。

但在實際運作時，為了因應各種速度與路面負荷的不同需求，汽、機車的引擎必須常常做瞬間的加速或減速運轉，而無法始終維持在一最低油耗與最低污染的最佳操作點運轉，如此不僅容易造成汽、機車的引擎的損耗，且導致混合氣無法完全燃燒，而成為過剩燃料並隨著廢氣排出，因而造成空氣污染及能源的浪費。

為了改善上述引擎的缺失，便有人推出另一種電動汽、機車，其動力產生裝置乃藉由一電動馬達將一電瓶的電能轉換為機械能並輸出。雖然，該電動馬達亦可產生動力輸出且不會造成空氣污染，但在實際使用上卻存在有許多技術瓶頸，因而影響電動汽、機車的實用性及普遍性，例如電瓶續航力不佳、電瓶回充速度太慢、電瓶之重量過重、充電不便等。

因此，本案發明人為解決上述以引擎或電動馬達作為動力產生裝置的缺失，便提出一種氣動式混合動力產生系統(台灣專利公告號第489032號)與一種回收內燃機廢能之動力系統(台灣專利公告號第I299768號)，前述兩種動力產生系統是利用一引擎搭配驅動一空氣壓縮機，而使壓縮空氣驅動一氣動馬達產生機械能並輸出，如此，該動力產生系統即可有效降低引擎的油耗，而減少空氣污染，並兼具實用性。

上述動力產生系統雖可有效改善習知引擎或電動馬達等動力產生裝置的種種缺失，惟一般壓縮空氣具有能源密度較低的問題，且根據統計資料可知一般車輛於行駛過程中，長時間的冷氣空調系統的運轉將損耗許多能量。

因此，如何發明出一種封閉氣動式混合動力產生裝置，以期達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的，將是本發明所欲積極揭露之處。

有鑑於上述習知之缺憾，發明人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而研發出一種封閉氣動式混合動力產生裝置，以期達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的。

本發明之主要目的在提供一種封閉氣動式混合動力產生裝置，其透過殘餘能量之再回收利用，可使內燃機耗油降低並提高效率，進而達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的。

為達上述目的，本發明之封閉氣動式混合動力產生裝置係裝設於一車輛，且此車輛具有一內燃機、複數個車輪、一車艙及一冷氣開關。此外，封閉氣動式混合動力產生裝置包含一空氣壓縮機、一儲氣單元、一匯流單元、一氣動馬達、一第一切換單元及一第二切換單元。

其中，空氣壓縮機係連結於內燃機並受內燃機驅動運轉；儲氣單元係連通於空氣壓縮機；匯流單元係連通於內燃機與儲氣單元；氣動馬達係連通於匯流單元與空氣壓縮機並連結於車輛之複數個車輪；第一切換單元係電性連接於車輛之冷氣開關並於一第一流路及一第二流路之間切換，且第一流路係連通於內燃機與外界大氣，第二流路係連通於內燃機與匯流單元；第二切換單元係電性連接於車輛之冷氣開關並於一第三流路、一第四流路及一第五流路之間切換，且第三流路係連通於空氣壓縮機與氣動馬達，第四流路係連通於氣動馬達與車艙，第五流路係連通於空氣壓縮機與外界大氣。

因此，藉由上述裝置，透過殘餘能量之再回收利用，可使內燃機耗油降低並提高效率，進而達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。

請參閱第1圖，其係為本發明較佳具體實施例之架構示意圖之一。於圖式中顯示有一封閉氣動式混合動力產生裝置900，其係裝設於一車輛(圖未示)，且此車輛具有一內燃機10、複數個車輪200、一車艙100及一(冷氣空調系統之)冷氣開關110。

此外，圖式中之封閉氣動式混合動力產生裝置900包含一空氣壓縮機20、一儲氣單元30、一匯流單元40、一氣動馬達70、一第一切換單元60及一第二切換單元90。於本實施例中，前述各元件之間若有彼此連通之情況時，係皆是利用管路達成互相連通之目的。

上述之內燃機10係可承受一定大小的負荷並始終維持在一最低油耗與最低污染的最佳轉速運轉，且於運作時會有一散熱用之高溫空氣11並會產生一高溫廢氣50，而空氣壓縮機20係連結於內燃機10並受內燃機10驅動運轉，且空氣壓縮機20係可接收並壓縮內燃機10之高溫空氣11。

此外，圖式中之儲氣單元30係連通於空氣壓縮機20，且空氣壓縮機20可將空氣壓縮至儲氣單元30內穩壓並儲存；匯流單元40係連通於內燃機10與儲氣單元30；氣動馬達70係連通於匯流單元40與空氣壓縮機20並連結於車輛之複數個車輪200。

換言之，空氣壓縮機20係可接收並壓縮內燃機10之高溫空氣11與氣動馬達70所排放之氣體並形成一高壓氣體，而儲氣單元30係可接收儲存前述之高壓氣體，匯流單元40係可接收匯流內燃機10之高溫廢氣50與儲氣單元30之高壓氣體並供應至氣動馬達70而使氣動馬達70驅動車輛之車輪200。前述之儲氣單元30尚包含一壓力控制閥31，其係可用以調節儲氣單元30內所儲存之高壓氣體之壓力高低。

請同時參閱第1圖及第4圖，其中之第4圖係為本發明較佳具體實施例之匯流單元之架構示意圖。於本實施例中，匯流單元40係為一以文氏管效應之原理所設計的管路(文氏管效應為管徑大則流速慢，管徑小則流速快)，其包含二管路41,42，分別連通於儲氣單元30與內燃機10，且於二管路41,42內分別設置一管徑控制器411及一壓力感知器421，其中當壓力感知器421感知內燃機10之高溫廢氣50進入匯流單元40之匯流情況有背壓過大或產生回流時，則由管徑控制器411進行調整儲氣單元30之高壓氣體輸入匯流單元40之管路41的管徑大小。

再由第1圖可知，於圖式中尚顯示有一第一切換單元60及一第二切換單元90，且於本實施例中，第一切換單元60與第二切換單元90係分別為一四口三位電磁閥。此外，第一切換單元60與第二切換單元90係分別電性連接於車輛之冷氣開關110，且第一切換單元60係於一第一流路61及一第二流路62之間切換，第二切換單元90係於一第三流路91、一第四流路92及一第五流路93之間切換。

上述之第一流路61係連通於內燃機10與外界大氣，第二流路62係連通於內燃機10與匯流單元40，第三流路91係連通於空氣壓縮機20與氣動馬達70，第四流路92係連通於氣動馬達70與車輛之車艙100，第五流路93係連通於空氣壓縮機20與外界大氣。

請參閱第2圖，其係為本發明較佳具體實施例之架構示意圖之二。藉由上述結構，當車輛欲前進時且冷氣開關110關閉時，第二流路62係切換至導通狀態，亦即連通內燃機10與匯流單元40，此時，內燃機10之高溫廢氣50可經由第二流路62流入匯流單元40，同時與儲氣單元30之高壓氣體在匯流單元40結合後，傳遞至氣動馬達70並驅動氣動馬達70繞一轉動方向帶動車輛之車輪200產生轉動，藉以使車輛前進，且氣動馬達70膨漲後的排放氣體經由第三流路91回到空氣壓縮機20內再壓縮。

請參閱第3圖，其係為本發明較佳具體實施例之架構示意圖之三。另藉由上述結構，當車輛欲前進時且冷氣開關110開啟時，第一流路61係切換至導通狀態，亦即連通於內燃機10與外界大氣，此時，儲氣單元30的高壓氣體經由匯流單元40驅動氣動馬達70繞一轉動方向帶動車輛之車輪200產生轉動，藉以使車輛前進，同時氣動馬達70膨漲後的排放氣體經由第四流路92傳遞至車艙100供應冷氣。

由上述可知，於車輛行走時，可利用上述裝置以使氣動馬達70所排放的殘餘壓縮空氣回收至空氣壓縮機20內再壓縮，或是將氣動馬達70所排放膨脹後的低溫壓縮空氣傳送至車艙100內提供冷氣，亦即上述裝置不僅可回收氣動馬達70所排放的氣體能量，更可利用膨脹後的空氣提供冷氣，進而可提昇燃料經濟性與整體效率。

換言之，利用上述裝置，透過殘餘能量之再回收利用，可使內燃機耗油降低並提高效率，進而達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的可利用性。以新穎性和進步性而言，本發明係透過殘餘能量之再回收利用，可使內燃機耗油降低並提高效率，進而達到改善壓縮空氣能源密度較低的問題、降低冷氣空調系統的負荷、提昇燃料經濟性與整體效率、有效減少冷氣空調系統的耗能的目的；就產業上的可利用性而言，利用本發明所衍生的產品，當可充分滿足目前市場的需求。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．內燃機

11．．．高溫空氣

20．．．空氣壓縮機

30．．．儲氣單元

31．．．壓力控制閥

40．．．匯流單元

41．．．管路

411．．．管徑控制器

42．．．管路

421．．．壓力感知器

50．．．高溫廢氣

60．．．第一切換單元

61．．．第一流路

62．．．第二流路

70．．．氣動馬達

90．．．第二切換單元

91．．．第三流路

92．．．第四流路

93．．．第五流路

100．．．車艙

110．．．冷氣開關

200．．．車輪

900．．．封閉氣動式混合動力產生裝置

第1圖係本發明較佳具體實施例之架構示意圖之一。

第2圖係本發明較佳具體實施例之架構示意圖之二。

第3圖係本發明較佳具體實施例之架構示意圖之三。

第4圖係本發明較佳具體實施例之匯流單元之架構示意圖。

10．．．內燃機

11．．．高溫空氣

20．．．空氣壓縮機

30．．．儲氣單元

31．．．壓力控制閥

40．．．匯流單元

50．．．高溫廢氣

60．．．第一切換單元

61．．．第一流路

62．．．第二流路

70．．．氣動馬達

90．．．第二切換單元

91．．．第三流路

92．．．第四流路

93．．．第五流路

100．．．車艙

110．．．冷氣開關

200．．．車輪

900．．．封閉氣動式混合動力產生裝置

Claims (5)

1. 一種封閉氣動式混合動力產生裝置，係裝設於一車輛，該車輛具有一內燃機、複數車輪、一車艙及一冷氣開關，該封閉氣動式混合動力產生裝置包含：一空氣壓縮機，係連結於該內燃機並受該內燃機驅動運轉；一儲氣單元，係連通於該空氣壓縮機，以接收並儲存該空氣壓縮機壓縮後之高壓氣體；一匯流單元，係連通於該內燃機與該儲氣單元；一氣動馬達，係連通於該匯流單元與該空氣壓縮機並連結於該複數個車輪；一第一切換單元，係電性連接於該冷氣開關並於一第一流路及一第二流路之間切換，該第一流路係連通於該內燃機與外界大氣，該第二流路係連通於該內燃機與該匯流單元；以及一第二切換單元，係電性連接於該冷氣開關並於一第三流路、一第四流路及一第五流路之間切換，該第三流路係連通於該空氣壓縮機與該氣動馬達，該第四流路係連通於該氣動馬達與該車艙，該第五流路係連通於該空氣壓縮機與外界大氣；其中，當該冷氣開關關閉時，該第二流路係切換至導通狀態，以使該內燃機之高溫廢氣經由第二流路流入該匯 流單元，該匯流單元中的該內燃機之高溫廢氣與該儲氣單元之高壓氣體係傳遞至該氣動馬達以供驅動該等車輪，且該氣動馬達膨漲後的排放氣體係經由該第三流路回到該空氣壓縮機中再壓縮；其中，當該冷氣開關開啟時，該第一流路係切換至導通狀態，且該儲氣單元之高壓氣體經由該匯流單元傳遞至該氣動馬達以供驅動該等車輪，且該氣動馬達膨漲後的排放氣體係經由該第四流路傳遞至該車艙中以供應冷氣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之封閉氣動式混合動力產生裝置，其中，該儲氣單元更包含一壓力控制閥。
3. 如申請專利範圍第1項所述之封閉氣動式混合動力產生裝置，其中，該匯流單元更包含一管徑控制器及一壓力感知器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之封閉氣動式混合動力產生裝置，其中，該第一切換單元係為一四口三位電磁閥。
5. 如申請專利範圍第1項所述之封閉氣動式混合動力產生裝置，其中，該第二切換單元係為一四口三位電磁閥。