Od koła garncarskiego do systemu KERS

fot. kosubaawate.blogspot.comŻyrobus w Leopoldville w belgijskim Kongo

Żyrobus

Zastosowanie akumulatora kinetycznego w motoryzacji także ma już swoją historię. Prototyp żyrobusu opracowano jeszcze przed II wojną światową, w 1932 r. Powstał on na podwoziu szwajcarskiego samochodu ciężarowego FBW.

Akumulator kinetyczny stanowiła płyta o masie 1,5 t i średnicy 1,6 m wirująca w zamkniętej i szczelnej obudowie. Aby zmniejszyć opór aerodynamiczny wirnika obudowa została wypełniona wodorem pod zmniejszonym ciśnieniem. Wirnik akumulatora był w stanie rozpędzić się do prędkości 3 tys. obr./min. Akumulator kinetyczny został umieszczony w środku pojazdu pomiędzy osiami.

Wykorzystanie akumulatora kinetycznego w pojazdach było pomysłem szwajcarskiej firmy Maschinenfabrik Oerlikon (MFO). Rozwiązanie to zostało opatentowane w 1946 r.

W latach 50. ubiegłego wieku firma Oerlikon opracowała i wykonała autobus (Gyrobus) wyposażony w akumulator kinetyczny. Pojazd był napędzany energią elektryczną, która powstawała w generatorze sprzęgniętym z wałem akumulatora kinetycznego. Jego wirnik był rozpędzany przez to samo urządzenie (generator), które pracowało jako silnik elektryczny. Odbywało się to na krańcowych przystankach po podłączeniu żyrobusu do sieci elektrycznej za pomocą specjalnych odbieraków prądu zamontowanych na dachu.

fot. photo.proaktiva.euAkumulator kinetyczny firmy Oerlikon

Doładowanie akumulatora trwało od 30 s do 3 minut. W ten sposób naładowany żyrobus był w stanie pokonać trasę do 6 kilometrów z prędkością 50-60 km/h, przewożąc do 35 osób.

Żyrobus wykorzystywał energię zgromadzoną w akumulatorze kinetycznym tak, aby prędkość obrotowa wirnika nie spadała poniżej 2100 obr./min. Poniżej tej wartości parametry trakcyjne autobusu znacznie zmniejszały się.

Wirnik w pełni naładowanego akumulatora kinetycznego mógł obracać się przez ponad 10 godzin.

W praktyce w zajezdni żyrobusy podłączano do sieci elektrycznej, aby utrzymywać prędkość obrotową 2850 obr./min., co gwarantowało szybki wyjazd pojazdów na obsługiwane linie. Naładowanie akumulatora kinetycznego od zera trwało około 40 minut.

Hamulce żyrobusu także pozwalały na odzysk energii kinetycznej. Powstająca w czasie hamowania energia elektryczna była kierowana do silnika napędzającego koło zamachowe akumulatora kinetycznego, zwiększając możliwy do pokonania dystans.

Oprócz Szwajcarii żyrobusy wykorzystywano w Leopoldville w belgijskim Kongo (obecnie Kinszasa w Demokratycznej Republice Kongo) oraz belgijskim Gent.

W latach 80. Volvo powróciło do pomysłu autobusu z akumulatorem kinetycznym.

Williams Hybrid Power

Udoskonalone rozwiązanie akumulatora kinetycznego, którego masę zmniejszono z 1,5 t do kilkudziesięciu kilogramów powraciło obecnie do samochodów sportowych za sprawą układu Williams Hybrid Power stosowanego przez Porsche i Audi.

fot. Williams Hybrid PowerElektryczne koło zamachowe Williamsa jest stosowane w samochodach sportowych

Opracowanie systemu Williams Hybrid Power było konsekwencją wprowadzenia przez władze F 1 możliwości stosowania układów odzyskujących energię kinetyczną -  Kinetic Energy Recovery System (KERS).

System Williamsa jest niczym innym tylko akumulatorem kinetycznym o bardzo małych wymiarach i masie, które pozwalają na bezproblemowy montaż w samochodach wyścigowych. System jest autonomiczną częścią samochodu, który w czasie hamowania odzyskuje energię kinetyczną, przetwarza ją na energię elektryczną, napędzającą wirnik akumulatora kinetycznego. Energia kinetyczna rozpędzonego wirnika w akumulatorze kinetycznym jest także oddawana w postaci napięcia elektrycznego wytwarzanego w generatorze sprzęgniętym z wałem akumulatora.

Według producenta system Williams Hybrid Power jest w stanie zgromadzić około 500 kJ energii. Jest ona uwalniana w czasie około 6-8 s, co oznacza przekazanie do układu napędowego mocy około 62-83 kW.

Podsumowanie

Niektóre, znane od wieków wynalazki znajdują bardzo współczesne zastosowania, co świadczy o potencjale jaki mają proste rozwiązania. Mogą one zostać zaaplikowane w wielu dziedzinach naszego życia o czym często, korzystając z różnych urządzeń, nie zdajemy sobie sprawy.