A low cost / high power density engine for hybrid fuel cell drive trains

用于混合燃料电池传动系统的低成本/高功率密度发动机

基本信息

  • 批准号:
    356878-2007
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Strategic Projects Supplemental Competition
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2007-01-01 至 2008-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The proposed research will study a new, high risk/high reward, engine technology for hybrid fuel cell power trains that could significantly reduce the cost of fuel cells powered vehicles. A hybrid fuel cell system using the proposed engine would have costs of ~22$/kW compared to the actual costs of full fuel cell systems of ~73$/kW. Moreover, system weight and size would be about 3 times lower (from 163kg to 50kg and 114L to 31L), further improving fuel economy and easing vehicle design.The engine technology proposed here is based on a rotary ramjet engine configuration using rim rotors (patent pending). It uses a unidirectional carbon-fiber rim rotor to reach supersonic rim speeds of up to Mach 3. Rotational power comes from supersonic thrusters (ramjets) placed inside the rim rotor. Power is extracted via an electrical generator or a reduction gearbox. Preliminary theoretical analysis of this engine running on hydrogen shows very high power densities (10kW/kg vs 1.6kW/kg for high power piston engines), acceptable energy conversion efficiencies (10-30%), and low production costs (~$500). The engine has multi-fuel capabilities and can operate on any kind of gaseous or liquid fuels. The research aims to demonstrate the feasibility of the proposed technology. This will be done by showing that a ramjet designed for the rim-rotor configuration can produce thrust and by showing that a representative rim-rotor engine can achieve the required rim speeds of Mach 3. The ramjet demonstration will be addressed with a stationary ramjet test bed to measure the flow properties, visualize the flow fields, and measure the net thrust of a representative rim-rotor ramjet (with combustion). The rim-rotor demonstration will be addressed by measuring the bursting speed of an optimal rim-rotor rotary ramjet engine made with proper high strenghtcarbon fiber materials (without combustion).
拟议的研究将研究一种用于混合燃料电池动力系统的新型高风险/高回报发动机技术,该技术可以显着降低燃料电池动力车辆的成本。使用拟议发动机的混合燃料电池系统的成本约为 22 美元/千瓦,而全燃料电池系统的实际成本约为 73 美元/千瓦。此外,系统重量和尺寸将减少约3倍(从163公斤减至50公斤,从114升减至31升),进一步提高燃油经济性并简化车辆设计。这里提出的发动机技术基于使用轮缘转子的旋转冲压发动机配置(正在申请专利)。它使用单向碳纤维轮缘转子,可达到高达 3 马赫的超音速轮缘速度。旋转动力来自放置在轮缘转子内部的超音速推进器(冲压发动机)。通过发电机或减速箱提取电力。对这种氢发动机的初步理论分析表明,它具有非常高的功率密度(10kW/kg,而高功率活塞发动机为 1.6kW/kg)、可接受的能量转换效率(10-30%)和较低的生产成本(约 500 美元)。该发动机具有多种燃料功能,可以使用任何种类的气体或液体燃料运行。该研究旨在证明所提出技术的可行性。这将通过展示为轮缘转子配置设计的冲压喷气发动机可以产生推力并展示代表性的轮缘转子发动机可以达到所需的马赫 3 的轮缘速度来完成。冲压喷气发动机演示将通过固定冲压喷气发动机测试台进行,以测量流动特性、可视化流场并测量代表性轮缘转子冲压发动机(燃烧)的净推力。轮缘转子演示将通过测量由适当的高强度碳纤维材料(无燃烧)制成的最佳轮缘转子旋转冲压发动机的爆破速度来解决。

项目成果

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Plante, JeanSébastien其他文献

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