8对中型锅炉式高压压缩空气产储装置进行上述充气加压过程完成后， 所述中型锅炉式高压压缩空气产储装置可被吊装在拖车上，运往压缩空气加气加力子站； 在那里经过多次给汽车车载蓄气管1加气后当中型锅炉式高压压缩空气产储装置中的气 体压力下降到一定值时，可被重新运回热源式压缩空气产供母站充气加压，并以完成充气 加压的中型锅炉式高压压缩空气产储装置更换之。
[0102] 所述小型锅炉式高压压缩空气产储装置是一种亦由水箱和曲管型高压压缩空气 库构成的家用小型装置，可以私家空压机最好在夜间用电低谷时为其内曲管型高压压缩空 气库充气加压，注入其水箱的冷却水来自私家自来水，从该水箱流出的热水并入私家家用 热水管路和/或私家暖气管路，其内曲管型高压压缩空气库中气压高于车载蓄气管1中额 定气压且其容量比一个蓄气管1的容积略大，以利于向车载蓄气管1加压充气过程中一次 充入蓄气管1内高压压缩空气的量及其压力降所具有的降温趋势足以缓冲蓄气管1内原有 气体压力相对升高所引起的气温升高趋势。
[0103] 所述热源式压缩空气产供母站、压缩空气加气加力子站和私家锅炉式压缩空气加 气加力点均设有汽车蓄气管加气机、气动扭矩扳手；所述汽车蓄气管加气机包括显示屏、计 量仪表、加气枪，并受控制系统控制；显示屏可显示加气中的车载蓄气瓶1压力变化，计量 仪表用于计量加气量，加气枪用于与车载储气管充气阀5可控密闭连通，将来自曲管型高 压压缩空气库95的高压压缩空气排入车载蓄气管1 ;控制系统根据车载蓄气管1容量及原 有气压状况，适时调控高压压缩空气排入储气管1的流量和流速，使车载储气管1中气温在 加气过程中不至于产生大的变化。
[0104] 如图1、2、3、4、图7(b)、图8、9、10、12所示，所述锅炉式高压压缩空气产储装置4、 所述蓄气管1和所述气缸组合引擎构成气压传动系统；所述锅炉式高压压缩空气产储装置 4和/或所述蓄气管1可用于作为气压传动系统的气源装置；所述气缸组合引擎可用于作 为将气体能转换成机械能的气动执行装置；其中，所述锅炉式高压压缩空气产储装置4作 为气源装置还可为所述气动扭矩扳手提供压缩空气作为其动力用于旋拧所述弹簧加力机 关63并在完成设定扭矩即蓄存定量弹簧弹力势能时自动关闭气源为车载所述弹簧蓄-释 装置蓄能备用，和/或必要时通过所述加气枪为车载所述压缩空气蓄-释装置的弹簧气缸 83补充压缩空气以维持其内初始气压及其蓄-释功能。
[0105] 本实施例的一种经济利用压缩空气为汽车动力源的系统具有以下优势：
[0106] 1)产供压缩空气经济、环保
[0107] 任何一种汽车新能源都面临着一个首要问题，即生产和供应这种新能源的成本问 题，以压缩空气作为汽车动力源，就面临着"空气压缩机所消耗的电能90%转化为热能"的 问题；
[0108] 而另一方面，社会供热需求量却很大，特别是集中供热热源短缺，而且燃煤、燃油 面临温室气体排放、环境污染。
[0109] 本发明锅炉式高压压缩空气产储装置4产供压缩空气时将其中消耗的90%的电 能用于集中供热、家庭供暖，既经济又环保，且可大量使用深夜低谷经济电力、风电、太阳能 等不易储藏的电力，更加"合算"。加之上述装置中以曲管型高压压缩空气库95贮存高压压 缩空气，不仅有利于冷却水109收集热能，而且常识以及应力分析、强度设计力学基础也揭 示在其他条件相同的情况下直径较小的圆筒筒壁承受压力能力强于直径较大的圆筒筒壁， 所述曲管型高压压缩空气库95可以更安全地产储较高压力的压缩空气。
[0110] 2)车载蓄气管1充气节能、蓄能较多
[0111] 物理实验证明，气体被很快地压缩时，它的温度就会升高；当它很快地膨胀时，温 度就会降低。在以空气压缩机向现有技术压缩空气汽车车载蓄气"罐"加压充气过程中，从 空压机气缸工作腔一次次压入"罐"内的气量与"罐"内气体容量相比很小（空压机工作腔 容积远小于该"罐"的容积），压入"罐"内的气体压力降亦很小（只要略高于"罐"内气体压 力便可压入），故其引起"罐"内气温下降的趋势很小；而"罐"内容量相对较大的气体被压 缩所引起的升温趋势明显大于前述降温趋势，故对现有技术压缩空气汽车以空压机向其车 载蓄气"罐"加压充气过程中其车载蓄气"罐"内气温总是升高，这一部分热能消耗在车上， 车上需配置相应的使车载蓄气"罐"冷却的设施，而且在充气截止瞬间车载蓄气"罐"内气 温往往未及在那一瞬间被充分冷却，在充气截止后车载蓄气"罐"内气温继续下降压力随之 下降，导致充气截止后车载蓄气"罐"所蓄存的气体压力势能自动减少。而在本发明中各种 锅炉式高压压缩空气产储装置中的曲管型高压压缩空气库95的容量都显著大于一个车载 蓄气管1的容量，所述曲管型高压压缩空气库95内高压压缩空气的压力也都显著高于车载 蓄气管1内压缩空气设定压力，一次从所述曲管型高压压缩空气库95排入车载蓄气管1的 排量及其压力降具有显著的降温趋势，控制该排量、流速可使所述降温趋势与车载蓄气管1 中原有气体压力上升引起的升温趋势彼此缓冲，使车载蓄气管1中气温在加压充气过程中 基本稳定，不至于浪费一部分热能在车上，车上也可免配置相应的对蓄气装置的冷却设施， 而且可免加压充气截止后因车载蓄气管1内高温气体温度下降、压力随之下降所导致的蓄 存能量自动减少。
[0112] 现有技术压缩空气汽车车载一个300升左右压缩空气罐，罐中充满30兆帕（MPa) 压力的压缩空气约具有相当于51兆焦（MJ)能量（可行车程约300公里，最高时速可达105 公里时）。本发明所设车载蓄气管1内径较小，在相同材质的情况下内径较小者可耐受更高 气体压力，本发明车载蓄气管1内压缩空气压力可多30兆帕（MPa)，而且车载高压压缩空气 的总量可通过增加每个蓄气管1管路的长度（自身弯曲盘旋或伸展）和多个所述蓄气管1 的管内容积之和体现，从而有利于车载足量高压压缩空气，进一步提高行程和车速。
[0113] 其中实现车载蓄气管1内压缩空气压力多30兆帕（MPa)的考量涉及：⑴参考现 有技术中其它类型承受内压的压力容器中气体压力：奔驰B级车燃料电池车辆装备了三 个压力为70兆帕（MPa)的储氢罐（每罐储存约4千克的气态燃料），不久前另一类非车 载的TOBUL活塞式蓄能器在经历40多年开发其内压力已可达138兆帕（MPa);⑵随着材 料科学进展材料抗拉强度不断提高，据报道较新高强度碳素纤维复合材料抗拉强度高达 8. 27Gpa(8270MPa)，而从力学上讲，圆筒筒壁（尤其是压缩空气蓄气装置一类薄壁圆筒筒 壁）主要承受拉力或压力，新材料不断出现将有利于气压传动储能器压力提高；⑶本发明 车载蓄气管1管状设计，与现有技术车载蓄气"罐"内径相比其管径较小，而应力分析及强 度设计的力学基础揭示，在其他条件相同的情况下直径较小的圆筒筒壁承受压力能力强于 直径较大的圆筒筒壁。
[0114] 3)安全
[0115] 如同对待大多数的技术问题，压缩空气的应用早有安全方面的考量，主要关切 在于车载储气装置会否破裂。作为防止其发生的常规举措是制定了安全规范（Safety codes)，安全规范限定合法的工作压力（the legal working pressure)小于储气装置的破 裂压力（the rupture pressure)的40%，安全系数（safety factor)为2.5(即极限应力 与许用应力之比为2. 5)，从而使车载储气装置一般不会在车辆碰撞时破裂。考虑到前已提 及美国TOBUL活塞式蓄能器压力可达138MPa，而美国TOBUL蓄能器的安全系数是行业内最 高的，其安全系数为4 ;以及对装备了三个压力为70MPa储氢罐的奔驰B级车燃料电池车型 安全性能的评价：该车"这套燃料电池驱动系统的部件大部分位于驾驶舱的底板下部，包括 储氢罐、燃料电池反应堆、锂离子电池、电源分配部件等…一定程度上降低了车身重心，而 且使驱动系统得到了非常有效的保护，即使是发生碰撞，系统也能相对安全。"不难理解本 发明车载蓄气管1内压缩空气压力在一定范围内多30兆帕（MPa)，其安全系数可以> 2. 5 甚至达到34,技术上可行，也符合相应的安全规范。其实，大学教科书中对以压缩空气为 工作介质的气压传动的共同特点有明确阐述：气压传动动作迅速、反应快，工作环境适应性 强，特别是在大温差、易燃易爆、多尘埃、振动等恶劣工况下安全可靠工作。另据各国行业资 料统计，20世纪70年代，液压元件与气压传动元件的产值比约为9 :1 ;如今在发达国家该 比例已达6 :4,甚至接近5 :5。压缩空气技术的快速发展和日益广泛地应用，正是由于气压 传动具有防火、防爆、节能、高效、无污染等优点。相比之下，万一发生交通事故涉及高冲击 碰撞损坏和危险时，压缩空气就其本身而言是不可燃的，而汽油、氢气、天然气等其他车用 燃料则易于燃爆，且压缩空气蓄气装置自身的碳纤维是脆性的，在足够大的压力下可分裂， 但不会造成任何弹片，至多只会出现壳体"破碎"、压缩空气漏出的情况，就不会出现碎片和 高压气体四溅的危险状况，安全性相对较好。
[0116] 4)密封可靠
[0117] 对于压缩空气的应用，人们通常还有一个关切，就是车载储气装置会否泄气。今天 随着气压传动技术进展阀门密封技术也更加可靠，以至业内在评价压缩空气汽车优点时有 这样一条，与电动汽车对比，电动汽车即使在不用电的情况下蓄电池也会随着时间延长自 动将其电量缓慢耗尽，而车载压缩空气储气装置泄气的速率如此之低，压缩空气汽车可以 被闲置的时间比电动汽车更长。
[0118] 5)有利于汽车轻量化
[0119] 周知，汽车轻量化是减少汽车驱动能耗和排放的发展趋势之一。中英先进材料研 讨会就有镁合金广泛应用使小轿车瘦身一半的前瞻；2012年印度TATA展示的AirPod，车身 以玻璃纤维制成，全车总重220公斤，可容纳三名成人。AirPod的动力由压缩空气与电池驱 动的电动马达组合而成，可加装电动混合动力式制动能量回收系统为电池充电。本发明中 以压缩空气为驱动力、以弹簧弹力和气体压力势能形式进行制动能量回收再生的车载装置 3，本身结构简捷轻便，并免除了传统汽车内燃机、电动发电机及其蓄电池，也没有必要设立 相关散热系统、火花塞、起动马达、以及消声器等，使汽车可在强度高重量轻的新材料车身 上进一步减轻车重，从而减少驱动功率和运行能耗，并且结构简化、生产成本降低。
[0120] 6)车载压缩空气能量可充分利用
[0121] 对比传统技术发动机活塞带动曲轴转动（如内燃机），活塞在完成其四个行程中 有一次是做功的，而进气、压缩、排气三个（不做有效功）行程中活塞都会遇到较大的阻力， 本发明压缩空气动力装置中活塞在其完成的每两个行程中就有一次做功行程26,而另一次 复位行程27阻力很小，效率较高。而且每部气缸组合引擎中第一气缸9和第二气缸10有 机配合，一个气缸的活塞进行做功行程26 (活塞活塞杆上齿轮内齿圈做功）时另一个气缸 的活塞在进行复位行程27 (内齿圈下齿轮活塞杆活塞复位），维持内齿圈总成向飞轮输出 扭矩。由于第一气缸的内径小于第二气缸的内径，有利于第二气缸活塞做功行程中带动第 一气缸活塞复位，同时由于第一气缸腔半径和第二气缸腔半径基本符合前文述及关系：
[0122]
[0123](其中A为第一气缸腔半径，r 2为第二气缸腔半径，η为从蓄气管注入第一气缸封 闭端空间内压缩空气的压力（巴），m为电加热器加热后在第一气缸封闭端空间内压缩空气 绝对温度增加的倍数即气体膨胀的倍数，u为气缸长度是其封闭端空间长度的倍数）
[0124] 这样，当每部气缸组合引擎完成一个工作周期时第二气缸10内的气压接近大气 压（约1巴），即该工作周期初始注入第一气缸封闭端空间16的压缩空气所携带的气体压 力势能在每部气缸组合引擎工作周期中得到充分利用。
[0125] 7)随机代入一组参数举例分析：
[0126] 仅以此为例，对一部气缸组合引擎中第一气缸和第二气缸活塞推力及其做功情况 作初步近似计算分析：设第一气缸腔半径5cm，从蓄气管1注入第一气缸封闭端空间 16压缩空气的压力η = 30巴=300牛顿/cm2,电加热器加热后注入在第一气缸封闭端空 间16压缩空气的绝对温度是原温度的倍数m = 1 (即假设绝对温度没有变化m = 1)，气缸 长度是其封闭端空间长度的倍数u = 10,根据上文所述r2设计为1^的
I倍 而第二气缸腔半径r2 = 8. 5cm，气缸长度L = 50cm (第一气缸和第二气缸长度相等），大气 压力P = 1巴=10牛顿/cm2;
[0127] I、关于第一气缸：
[0128] i )第一气缸做功行程前瞬间其活塞内侧面受到的压缩空气的压力
[0129] F1 内=mn π rj= 23550 牛顿
[0130] ? )第一气缸活塞外侧面受到的大气压力
[0131] Fw= Pnr12= 785 牛顿
[0132] iii)推动第一气缸活塞做功行程伊始的推力
[0133] F1= 23550 - 785 = 22765 牛顿
[0134] iv )第一气缸活塞做功行程做功
[0135]
[0136]
[0137] II、关于第二气缸：
[0138] )第二气缸做功行程前瞬间其封闭端空间及与之相通的第一气缸腔内压缩空气气 体压力
[0139]
[0140] ? )第二气缸做功行程前瞬间活塞内侧面受到的压缩空气的压力
[0141] F2ft= P2Jir22= 8620 牛顿
[0142] iii)第二气缸活塞外侧面受到的大气压力
[0143] F2 外=P π r22 = 2268 牛顿
[0144] iv )推动第二气缸活塞做功行程伊始的推力
[0145] F2= 8620 - 2268 = 6352 牛顿
[0146] V )第二气缸活塞做功行程做功
[0147]
[0148]
[0149] vi )第二气缸做功行程结束时其气缸腔及与之相通的第一气缸封闭端空间内气 体的压力
[0150]
[0151] 上例中注入第一气缸封闭端空间16压缩空气的压力30巴，到气缸组合 引擎工作一个周期时第二气缸气缸腔内气体压力降至1.0巴（大气压），说明根据
，所述气缸组合引擎可以高效利用从蓄气管1注入第一气缸封闭 端空间16的压缩空气的压力势能；
[0152] 上例中对于一个气缸组合引擎中第一、第二气缸活塞推力、做功效果的估算仍然 大有增值的空间，因为：
[0153] (a)上述几何参数ri、u、r2、L并非优选，事实上根据设计需要可能优选出其他多种 几何参数搭配，其结果可优于上述；如较大载荷车辆匹配缸径小、行程长的气缸，注重扭矩 的发挥；快速车辆适宜缸径大、行程短的气缸，注重转速的输出；
[0154] (b)上例中设η = 30巴，系参考现有技术压缩空气汽车的车载压缩空气罐（300 升）蓄存压缩空气压力30兆帕（MPa)即300巴，从该罐向其压缩空气引擎注入的压缩空气 气体的压力为3兆帕（MPa)即30巴，据此在上例中设η = 30巴（即设从本实施例车载蓄 气管1注入第一气缸封闭端空间16压缩空气的压力30巴）；而如上文所述本发明中车载 蓄气管1内压缩空气压力可能高于30兆帕（MPa)即高于300巴，其注入第一气缸封闭端空 间16的压缩空气的压力亦可能高于3兆帕（MPa)即高于30巴故有增值的空间，以及可配 置一个或多个车载蓄气管1使其储备压缩空气总容量也有增值的空间，参见上文"车载蓄 气管1充气节能、蓄能较多"；
[0155] (c)上例中设m = 1，即设电加热器加热后在第一气缸封闭端空间16压缩空气绝 对温度没有升高，而周知电加热器具有占用体积小、功率大、热响应快、控温精度高、加热温 度高、寿命长、可靠性高、可全自动化控制、热转化率高等特点，可使即将和已经进入第一气 缸封闭端空间16的高压压缩空气被迅速加热升温，有资料提示该压缩空气的绝对温度可 能升高3至5倍；实际上该气温如果加热到315°C则m = 2 ;加热到约600°C则m = 3、约 900°C则m = 4,即使温度更高达到m = 5也是可能的，从而获得更大的推力、做更多的功；与 汽油、氢气、天然气等其他车用燃料不同，那些燃料必须在发动机中被加热到一个极高的温 度临界点（燃点）才爆炸做功，而以压缩空气作车用"燃料"，没有什么温度临界点（燃点）， 即使些微加热，也会增加做功，这是以压缩空气作为汽车动力的特点和优点之一；
[0156] 不仅上述一部气缸组合引擎推力、做功效果仍大有增值空间，而且本发明压缩空 气动力装置可设置多部气缸组合引擎，使行车车程和时速提高。
[0157] 8)扭矩输出损失小
[0158] 扭矩（Torque，也称为转矩）在物理学中就是特殊的力矩M，M = Frsin α，式中F 为使物体转动的力，r为使物体转动的力的作用点到转轴的线段，Z α为r和F的夹角；而 且如果F是某原动力f的分力，Z β为f和F的夹角，则F = f cos β。显然扭矩M的大小 与原动力f以及使物体转动的力的作用点到转轴的距离r的大小有关，但f和r通常为设 计常量，而Z α和Z β与扭矩输出中的损失相关。传统技术中发动机工作颇为复杂，在此 简析为活塞的往复运动通过曲柄连杆、曲轴连杆转变为曲轴的旋转运动的"活塞-曲柄连 杆-曲轴"扭矩输出方式；为了比较本发明中气缸组合引擎的"活塞-活塞杆-上齿轮"扭 矩输出方式和传统技术中发动机的"活塞-曲柄连杆-曲轴"扭矩输出方式两者扭矩输出 损失大小，设：（1)本发明中气缸组合引擎的活塞推力为4和传统技术中发动机的活塞推 力为f2,且:^与力的大小相等即f 1= f 2= f (f相当于上述原动力），⑵本发明中气缸 组合引擎使上齿轮转动的力为匕和传统技术中发动机使曲轴转动的力为F2(FJPF2相当于 上述使物体转动的力F)，（3)本发明中气缸组合引擎使上齿轮转动的力匕在上齿轮上的作 用点到上齿轮轴心的线段为A和传统技术中发动机使曲轴转动的力F2作用点即曲轴连杆 远端到曲轴轴心的线段为:T2，且:^与r 2的长度相等即r i= r2= r(r相当于上述使物体转 动的力的作用点到转轴的距离r，其中Γι的长度与上齿轮半径的长度相等，r2的长度与曲轴 连杆的长度相等），（4)本发明中气缸组合引擎的"活塞-活塞杆-上齿轮"输出的扭矩为 MjP传统技术中发动机的"活塞-曲柄连杆-曲轴连杆"输出扭矩为M 2贝1」有：
[0159] I、在本发明气缸组合引擎中，
[0160] i)关于 " Z β，为 f 和 F 的夹角，F = f cos β "
[0161] Y活塞推力与使上齿轮转动的力F1即活塞杆运动方向一致，
[0162] .·· fgFi的夹角Z β 0。，
[0163] .·· cos β 丄=cos0° = 1，
[0164] .·· F1= f fos β i= f i= f ;
[0165] ii)关于 "Ζ α，为 r 和 F 的夹角，M = Frsin α "
[0166] 匕丄！^(F1即活塞杆运动方向总是与过使上齿轮转动的力的作用点至上齿轮轴 心的线段A垂直，与上齿轮的这一半径垂直），
[0167] .·· Fgr 丨的夹角 Z α 1= 90。，
[0168] .·· sin a i= sin90° = 1，
[0169] .·· M1= F J1Sin a J= f J1Sin a J= f J1= fr ;
[0170] II、在传统技术发动机（曲柄、曲轴）中，
[0171 ] i)关于 " Z β，为 f 和 F 的夹角，F = f COS β "
[0172] V活塞推力f2与使曲轴转动的力FjP曲柄连杆运动的方向在绝大部分时间不一 致，
[0173] .·. &与F2的夹角（Z β 2)在绝大部分时间Z 0°，
[0174] Λ在绝大部分时间cos β 2辛cos0°，Λ cos β 1 (在绝大部分时间cos β 2< 1)，
[0175] .·· F2= f 2cos β 2= f cos β # f (在绝大部分时间 f 2C0S 3 f);
[0176] ii)关于 "Ζ α，为 r 和 F 的夹角，M = Frsina "
[0177] Y匕与r 2在绝大部分时间并不相互垂直，（F 2即曲柄连杆运动方向在绝大部分时 间与！*2即F 2作用点即曲轴连杆远端到曲轴轴心的线段即曲轴连杆并不垂直），
[0178] .··匕与r 2的夹角（Z a 2)在绝大部分时间Z a 2辛9〇。
[0179] Λ sina 1，在绝大部分时间 sina 2< 1，
[0180] .·· M2= F 2r2sin a 2= f 2cos β 2r2sin a 2= frcos β 2sin a 2<< fr
[0181] III、比较本发明气缸组合引擎与所述传统技术中发动机
[0