一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法与流程

1.本发明属于混合动力系统技术领域，具体涉及一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法。


背景技术：

2.现有的混合动力系统通常是指汽车使用燃油驱动和电力驱动两种驱动方式。优点在于车辆启动停止或低速时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，能避免发动机处于低效的工况状态，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。但这种系统目前已达到节能的上限，很难再进一步提高综合效率，引擎的热效率也同样达到上限，如要更进一步提高效率，实现节能，只能寻找新的突破思路。
3.目前燃油发动机的热效率大都在35-45%之间，很难进一步提高，从内燃机能量利用角度可知，有30-40%的热量通过散热系统、排气系统白白浪费掉了，即使采用废气涡轮增压发动机，能量利用率也较低。
4.专利-cn210460774u公开了一种发动机余热回收的orc透平发电设备及orc装置，包括orc冷媒循环系统、发动机尾气系统、发电系统、增压空气系统和外部冷却水系统。该装置就是利用发动机高温尾气将热量传递给低温液态的乙醇溶液工质，乙醇溶液工质吸收热量成为过热高温高压蒸汽，驱动膨胀机做功。从膨胀机出来之后的乙醇变为低压汽体，低压汽体再经过冷凝器放出热量变成液体，并由水泵加压到蒸发压力重新输送到蒸发器中，从而完成一个循环。
5.专利-cn104196611a公开了一种汽车尾气蒸汽涡轮转化系统，该系统包括热水传送系统、储能系统、蒸汽传送系统和安装在发动机排气管中的尾气换热装置；热水传送系统包括水箱、水泵和热水输送管；储能系统包括涡轮机、发电机和蓄电池；蒸汽传送系统包括蒸汽输送管和冷凝器；尾气换热装置的蒸汽出口端设置压力阀，尾气换热装置通过蒸汽输送管连接于冷却水换热器，冷却水换热器同时通过热水输送管连接于尾气换热装置，涡轮机设置于冷凝器和尾气换热装置之间的蒸汽输送管上。本发明能够将汽车发动机排气系统中尾气的部分热量转化成电能，供汽车再利用，从而提高燃料利用率。
6.专利-cn210460774u和专利-cn104196611a都是对汽车尾气的热量进行了转化利用，但是除尾气的热量外，还有发动机壳体部分的热量损耗得不到再利用，影响能源利用率。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术存在的发动机热量损耗严重，尾气和机体热量损失过多，节能环保效果有待提升问题，提供了一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统及其方法。本发明采用的技术方案如下：一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统，包括驱动装置、余热吸收装置、蒸发装置、蓄能装置和冷凝循环装置；所述驱动装置包括发动机和驱动电机；所述余热吸收装置
包括水套；所述蒸发装置包括排气热交换器；所述蓄能装置包括气动机、发电机和蓄电池；所述冷凝循环装置包括冷却管路和冷却器；冷却器、水套、排气热交换器、气动机首尾连通形成蒸汽内循环；所述水套与发动机贴紧连接，水套出口端与排气热交换器连通，排气热交换器出口端与气动机连接，气动机与发电机传动连接，发电机电连接于蓄电池，蓄电池电连接于驱动电机；气动机外并联有旁通管道，所述旁通管道两端分别与排气热交换器和冷却器连通，所述旁通管道上设置有旁通阀。
8.进一步地，所述水套包覆在发动机外，且水套通过多条管路并联连通达到排气热交换器。
9.进一步地，气动机和发电机之间传动连接有行星减速器。
10.进一步地，所述驱动装置还包括变速器和驱动桥，发动机和/或驱动电机通过变速器传动连接于驱动桥。
11.进一步地，所述发动机、驱动电机同轴设置。
12.进一步地，所述冷却器和水套之间设置有增压泵。
13.进一步地，所述排气热交换器外连接有尾气管道，所述尾气管道进料口与发动机的排气口连通。
14.进一步地，所述发动机、水套、气动机、冷却器至少有一处设置有温度传感器。
15.进一步地，所述气动机为涡轮蒸汽机或活塞式蒸汽机中的一种。
16.一种利用余热辅助驱动的方法，使用新型混合动力系统，包括以下步骤：s1，通过余热吸收装置吸收发动机热量；s2，通过蒸发装置生成高压蒸汽；s3，通过高压蒸汽带动蓄能装置进行发电蓄能；s4，蓄能装置带动驱动电机运转；高压蒸汽通过冷凝循环装置重新变成液态并回到余热吸收装置的水套中；其中，当发动机负荷较低时，通过旁通阀直接将蒸发装置与冷凝循环装置连通，控制液体介质在余热吸收装置和蒸发装置以及冷凝循环装置之间进行循环。
17.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过水套、排气热交换器、气动机实现将发动机的机体热量进行电能转化利用，提高了能源利用率，更加节能环保；通过设置旁通阀可根据环境状况和发动机负荷状况主动控制是否进行电能转化，减少摩擦损耗，提高能源利用率，更加环保；水套通过多个管路进行传输液体介质，传热效率高；通过在气动机和发电机之间传动连接行星减速器提高转矩，便于发电机平稳运行；驱动装置还包括变速器和驱动桥，便于对外部进行驱动。
附图说明
18.图1为本发明的新型混合动力系统的结构示意图。
19.其中，1、发动机；2、驱动电机；3、第二变速器；4、驱动桥；5、蓄电池；6、排气热交换器；7、发电机；8、行星减速器；9、涡轮蒸汽机；10、旁通阀；11、冷却器；12、增压泵；13、水套。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，一种利用余热辅助驱动的新型混合动力系统，包括驱动装置、余热吸收装置、蒸发装置、蓄能装置和冷凝循环装置；所述驱动装置包括发动机1和驱动电机2；所述余热吸收装置包括水套13；所述蒸发装置包括排气热交换器6；所述蓄能装置包括气动机、发电机7和蓄电池5；所述冷凝循环装置包括冷却管路和冷却器11；冷却器11、水套13、排气热交换器6、气动机首尾连通形成蒸汽内循环，具体地，进行循环的液体介质为低沸点液体介质，例如酒精；所述水套13与发动机1贴紧连接，水套13出口端与排气热交换器6连通，排气热交换器6出口端与气动机连接，气动机与发电机7传动连接，发电机7电连接于蓄电池5，蓄电池5电连接于驱动电机2，从而实现将发动机1机体的热量转化为电能并辅助带动驱动电机2，提高能源利用，实现节能环保，并且还能对发动机1进行保护，避免其温度过高。
22.优选地，所述气动机为涡轮蒸汽机9；排气热交换器6集成蒸汽发生器，既可以进行热量交换也可以产生高压蒸汽。
23.进一步地，涡轮蒸汽机9外并联有旁通管道，所述旁通管道两端分别与排气热交换器6和冷却器11连通，所述旁通管道上设置有旁通阀10。当发动机1处于低负荷运行状态时，旁通阀10打开，减少系统内的摩擦损耗。
24.进一步地，所述发动机1、水套13、涡轮蒸汽机9、冷却器11上分别设置有温度传感器，便于检测各处的温度，方便根据温度情况对运行状态进行控制。
25.当温度传感器检测到温度达到可供涡轮蒸汽机9运行的温度时，可以通过报警器或其他信号反馈设备进行信息反馈，使用人员可自行控制旁通阀10关闭，从而使涡轮蒸汽机9运转发电，因此，本系统也可以根据外部环境或外部的热量进行运转，从而储存到更多能源，更加节能环保。
26.进一步地，所述水套13包覆在发动机1外，且水套13外形为梳齿型，相邻两梳齿之间向外连通有一条水套支管，且水套13通过多条水套支管并联连通达到排气热交换器6，大大提高了传热速度和传热效率。
27.进一步地，涡轮蒸汽机9和发电机7之间传动连接有行星减速器8，便于提高转矩，避免转矩过小而无法带动发电机7，且体积小、重量轻、承载能力高、使用寿命长、速比大、效率高。
28.具体的，涡轮蒸汽机9的输出端与行星减速器8的输入端传动连接，通过行星齿轮减速后将动力输出到行星减速器8的输出端，行星减速器8的输出端又同轴连接发电机7的输入端，从而带动发动机7的转子相对发动机7的线圈旋转，从而产生电流。
29.进一步地，驱动电机2还可以兼做引擎启动马达，所述驱动装置还包括变速器和驱动桥4，发动机1和/或驱动电机2通过变速器传动连接于驱动桥4，方便对外部进行驱动。
30.进一步地，所述发动机1、驱动电机2同轴设置，实现油电动力混合输出。
31.具体的，所述发动机1输出端和驱动电机2输入端之间传动连接有第一变速器，驱
动电机2输出端和驱动桥4输入端之间传动连接有第二变速器3。蓄电池5将储存的电能输出到驱动电机2的线圈，进而带动驱动电机2的转子转动，从而实现驱动电机2的传动轴的旋转，而发动机1的传动轴又与驱动电机2的传动轴同轴设置，所以能够同时带动一个轴体旋转，实现动力混合输出。
32.为了保证各部件轴体的转动，在各轴体外套套设轴承，具体的，各轴承优选地设置在各部件壳体部位。
33.进一步地，所述冷却器11和水套13之间设置有增压泵12，便于提高水套13中液体介质的流速，提高传热效率和转化为蒸汽的速度，提高涡轮蒸汽机9输出的转矩。
34.进一步地，所述排气热交换器6外连接有尾气管道，所述尾气管道进料口与发动机1的排气口连通，尾气管道中传输发动机1的尾气，尾气经排气热交换器6和涡轮蒸汽机9后排出到空气中。
35.所述排气热交换器6几种热量并将水套13中未转换为蒸汽的液体介质全部转化为蒸汽状态，并生成高压蒸汽来去驱动涡轮蒸汽机9运转，而蒸汽经涡轮蒸汽机9后温度下降，压力减小，通过冷却器11又转变为液态进入水套13内部，开始另一个循环。于是，发动机1产生的热量大部分被液体介质吸收转换为涡轮蒸汽机9的动力，通过发电机7转化为电能存储起来，通过合理能量分配及利用，从而达到提高系统综合效率的目的。
36.进一步地，尾气管道上设置有气体增压器，使尾气充分通入到排气热交换器6中。
37.一种利用余热辅助驱动的方法，使用新型混合动力系统，包括以下步骤：s1，通过余热吸收装置吸收发动机1热量；具体的，通过水套13和尾气管道吸收发动机1热量。
38.s2，通过蒸发装置生成高压蒸汽；具体的，通过排气热交换器6生成高压蒸汽。
39.s3，通过高压蒸汽带动蓄能装置进行发电蓄能；具体的，通过高压蒸汽带动涡轮蒸汽机9运行发电并将电储存到蓄电池5中。
40.s4，蓄能装置带动驱动电机2运转；高压蒸汽通过冷凝循环装置重新变成液态并回到余热吸收装置的水套13中；具体的，通过蓄电池5带动驱动电机2运转，高压蒸汽通过冷却管路和冷却器11重新冷凝形成液态介质，并回到水套13中，重新进入另一个循环。
41.其中，当发动机1负荷较低时，通过旁通阀10直接将排气热交换器6与冷却器11连通，控制液体介质在水套13和排气热交换器6以及冷却管路和冷却器11之间进行循环。
42.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。