CN106703994B - 一种燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其包括燃气轮机系统、郎肯循环系统、发电系统以及电池组，燃气轮机系统与发电系统相连，用于带动发电系统发电并对电池组进行充电，在燃气轮机涡轮的排气管和郎肯循环系统的管路之间设有第一换热器，第一换热器用于将从燃气轮机涡轮的排气管排出的废气的热量传递给郎肯循环系统中的工作介质并使部分工作介质汽化而使郎肯循环系统带动发电系统发电并对电池组进行充电。综上，由于郎肯循环系统可回收燃气轮机涡轮的排气管排出的废气的热量并与燃气轮机系统一起为电池组进行充电，因此其可充分提升增程式动力总成系统的效率，降低整车油耗，提高增程式电动汽车续航里程。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，且特别涉及一种燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统。
背景技术
近年来，为应对能源危机及气候变化，各国发布了更严苛的油耗排放法规。这促使汽车厂商提升汽车燃油经济性并降低排放，开发新型车辆，而混合动力汽车、增程式电动汽车和纯电动汽车比传统动力汽车具有更好的燃油经济性。其中，增程式电动汽车采用驱动电机直驱车轮，结构及控制简单，电池寿命长。
目前增程式电动汽车一般采用活塞往复式内燃机作为增程器，增程器不直接驱动车轮，而是在电池电量不足时启动内燃机并带动发电机对电池进行充电，这样增程器可以一直保持在最佳油耗点工作，从而提升燃油经济性和整车续航里程。但传统活塞往复式内燃机结构体积质量较大，影响整车布局、油耗及动力性能，而微型燃气轮机热效率高于传统活塞往复式内燃机，且不需要额外增加排气后处理装置，因此，使用微型燃气轮机作为增程器为增程式电动汽车发电具有较好的应用前景。但是，对于燃气轮机，其大部分能量以排气热的形式散失，因此，有必要采用特定系统回收排气热来提升能源利用率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可提升燃气轮机热效率，从而提高增程式电动汽车整车燃油经济性的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统。
为达上述优点，本发明提供一种燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其包括燃气轮机系统、郎肯循环系统、发电系统以及电池组，燃气轮机系统与发电系统相连，用于带动发电系统发电并对电池组进行充电，在燃气轮机涡轮的排气管和郎肯循环系统的管路之间设有第一换热器，第一换热器用于将从燃气轮机涡轮的排气管排出的废气的热量传递给郎肯循环系统中的工作介质并使部分工作介质汽化而使郎肯循环系统带动发电系统发电并对电池组进行充电。
进一步地，燃气轮机系统包括压缩机、与压缩机的出口相连的燃烧室以及与燃烧室的出口相连的燃气轮机涡轮，发电系统包括与压缩机相连的第一发电机，第一发电机在压缩机的带动下发电而向电池组充电。
进一步地，第一发电机和电池组之间设有第一整流器。
进一步地，郎肯循环系统包括冷凝器、郎肯循环水泵、第一换热器以及郎肯循环涡轮，郎肯循环水泵将郎肯循环系统中的液态的工作介质输送至第一换热器，使部分工作介质在第一换热器处汽化后进入郎肯循环涡轮，带动郎肯循环涡轮转动，之后流经冷凝器冷凝后经郎肯循环水泵流向述第一换热器。
进一步地，发电系统包括与郎肯循环涡轮相连的第二发电机，第二发电机在郎肯循环涡轮的带动下发电而向电池组充电。
进一步地，第二发电机和电池组之间设有第二整流器。
进一步地，其还包括驱动电机换热系统，驱动电机换热系统用于将驱动电机产生的热量传递至郎肯循环系统并对郎肯循环系统中的工作介质进行预热。
进一步地，驱动电机换热系统包括驱动电机冷却水泵、用于存储冷却液的储水箱以及驱动电机换热装置，在驱动电机换热系统和郎肯循环系统的管路之间设有第二换热器。
进一步地，驱动电机换热装置与驱动电机的外壳集成为一体。
进一步地，第二换热器设于郎肯循环系统的郎肯循环水泵与第一换热器之间。
综上，由于郎肯循环系统可回收燃气轮机涡轮的排气管排出的废气的热量并与燃气轮机系统一起为电池组进行充电，因此其可充分提升增程式动力总成系统的效率，降低整车油耗，提高增程式电动汽车续航里程。
附图说明
图1为本发明的一实施例的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统的布置示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，本发明的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统包括燃气轮机系统1、郎肯循环系统2、驱动电机17、车轮18、驱动电机换热系统21、电池组15以及发电系统。
发电系统包括与下述压缩机5相连的第一发电机13以及与下述郎肯循环涡轮9相连的第二发电机11。
燃气轮机系统1与发电系统相连，用于带动发电系统发电并对电池组15进行充电，其包括压缩机5、与压缩机5的出口相连的燃烧室3以及与燃烧室3的出口相连的燃气轮机涡轮4。燃气轮机涡轮4的输出端和第一发电机13的输入端相连，第一发电机13的输出端和第一整流器14的一端相连，第一整流器14的另一端和电池组15相连。电池组15和驱动电机17的输入端相连，驱动电机17的输出端和车轮18相连。
驱动电机换热系统21用于将驱动电机17产生的热量传递至郎肯循环系统2并对郎肯循环系统2中的工作介质进行预热。驱动电机换热系统21包括驱动电机冷却水泵19、用于存储冷却液的储水箱20以及驱动电机换热装置16。驱动电机冷却水泵19、储水箱20以及驱动电机换热装置16构成一循环系统。驱动电机换热装置16与驱动电机17的外壳集成，这样更利于热量的传递。
郎肯循环系统2包括冷凝器8、郎肯循环水泵7、第一换热器6、第二换热器10以及郎肯循环涡轮9。第一换热器6设置于燃气轮机涡轮4的排气管和郎肯循环系统2的管路之间，第二换热器10设置于驱动电机换热系统21和郎肯循环系统2的管路之间。第一换热器6用于将从燃气轮机涡轮4的排气管排出的废气的热量传递给郎肯循环系统2中的工作介质并使部分工作介质汽化而使郎肯循环系统2发电并对电池组15进行充电。燃气轮机涡轮4的排气管排出的废气在第一换热器6中的流向和郎肯循环系统2中的工作介质在第一换热器6中的流向相反，而且驱动电机换热系统21中的冷却液在第二换热器10中的流向和郎肯循环系统2中的工作介质在第二换热器10中的流向相反，这样更利于换热。此外，第二换热器10设于郎肯循环系统2的郎肯循环水泵7与第一换热器6之间。
郎肯循环涡轮9的输出端和第二发电机11的输入端相连，第二发电机11的输出端和电池组15相连。此外，第二发电机11和电池组15之间也可以设有第二整流器12。
郎肯循环水泵7将郎肯循环系统2中的液态的工作介质输送至第二换热器10，使液态的工作介质在第二换热器10进行预热。再使经预热的工作介质流向第一换热器6。这样部分工作介质会在第一换热器6汽化再进入郎肯循环涡轮9，再使郎肯循环涡轮9工作，而未经利用的气态工作介质会再返回冷凝器8并液化，再继续在郎肯循环系统2中循环利用。
当增程式电动汽车的电池电量低于设定值时，燃气轮机系统1开始工作，即新鲜空气进入压缩机5，再在燃烧室3中和燃料混合并燃烧，燃烧产生的气体带动燃气轮机涡轮4转动，再带动压缩机5转动，进而带动第一发电机转动并进行发电，再通过第一整流器14对电池组15进行充电。与此同时，驱动电机换热系统21开始工作，即驱动电机冷却水泵19带动储水箱20中的冷却液流动，冷却液经由驱动电机换热装置16将驱动电机17运转产生的热量带至第二换热器10，热量会经第二换热器10传至郎肯循环系统2内。郎肯循环系统2与燃气轮机系统1同步开始工作，郎肯循环水泵7带动工作介质进入第二换热器10，工作介质温度升高而被预热并流进第一换热器6。第一换热器6与燃气轮机涡轮4的排气管集成为一体，由于燃气轮机涡轮4的排气管排出的废气温度较高，这会进一步加热流进第一换热器6中的工作介质而使部分工作介质汽化。气态的工作介质再带动郎肯循环涡轮9转动，而郎肯循环涡轮9与第二发电机11相连，第二发电机11产生的电能通过第二整流器12为电池组15进行充电。而未经利用的气态工作介质会再返回冷凝器8并液化，再继续在郎肯循环系统2中循环利用。在将电池组15充满后，燃气轮机系统1停止工作,同时郎肯循环水泵7和驱动电机冷却水泵19停止工作。
综上，由于郎肯循环系统2可回收燃气轮机涡轮4的排气管排出的废气的热量并与燃气轮机系统1一起为电池组15进行充电，因此其可充分提升增程式动力总成系统的效率，降低整车油耗，提高增程式电动汽车续航里程。此外，通过驱动电机换热系统21回收驱动电机17产生的热量至郎肯循环系统2并对郎肯循环系统2中的工作介质进行预热，可进一步提升郎肯循环系统3的发电效率，从而总体提升增程式动力总成系统的发电效率。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其包括燃气轮机系统(1)、郎肯循环系统(2)、发电系统以及电池组(15)，所述燃气轮机系统(1)与所述发电系统相连，用于带动所述发电系统发电并对所述电池组(15)进行充电，其特征在于，所述燃气轮机系统(1)包括压缩机(5)、与所述压缩机(5)的出口相连的燃烧室(3)以及与所述燃烧室(3)的出口相连的燃气轮机涡轮(4)，在所述燃气轮机涡轮(4)的排气管和所述郎肯循环系统(2)的管路之间设有第一换热器(6)，所述第一换热器(6)与所述燃气轮机涡轮(4)的排气管集成为一体，所述第一换热器(6)用于将从所述燃气轮机涡轮(4)的排气管排出的废气的热量传递给所述郎肯循环系统(2)中的工作介质并使部分工作介质汽化而使所述郎肯循环系统(2)带动所述发电系统发电并对所述电池组(15)进行充电，所述燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统还包括驱动电机换热系统(21)，所述驱动电机换热系统(21)用于将驱动电机(17)产生的热量传递至所述郎肯循环系统(2)并对所述郎肯循环系统(2)中的工作介质进行预热，所述电池组(15)与所述驱动电机(17)的输入端相连，所述驱动电机换热系统(21)包括驱动电机冷却水泵(19)、用于存储冷却液的储水箱(20)以及驱动电机换热装置(16)，所述驱动电机冷却水泵(19)、所述储水箱(20)以及所述驱动电机换热装置(16)构成一循环系统，所述驱动电机换热系统(21)的管路与所述郎肯循环系统(2)的管路不连通，在所述驱动电机换热系统(21)和所述郎肯循环系统(2)的管路之间设有第二换热器(10)，所述郎肯循环水泵(7)用于将郎肯循环系统(2)中的液态的工作介质输送至第二换热器(10)，使液态的工作介质在第二换热器(10)处进行预热，同时能够冷却所述驱动电机(17)。
2.如权利要求1所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述发电系统包括与所述压缩机(5)相连的第一发电机(13)，所述第一发电机(13)在所述压缩机(5)的带动下发电而向所述电池组(15)充电。
3.如权利要求2所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述第一发电机(13)和所述电池组(15)之间设有第一整流器(14)。
4.如权利要求1所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述郎肯循环系统(2)包括冷凝器(8)、郎肯循环水泵(7)、所述第一换热器(6)以及郎肯循环涡轮(9)，所述郎肯循环水泵(7)将所述郎肯循环系统(2)中的液态的工作介质输送至所述第一换热器(6)，使部分工作介质在所述第一换热器(6)处汽化后进入所述郎肯循环涡轮(9)，带动所述郎肯循环涡轮(9)转动，之后流经所述冷凝器(8)冷凝后经所述郎肯循环水泵(7)流向所述述第一换热器(6)。
5.如权利要求4所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述发电系统包括与所述郎肯循环涡轮(9)相连的第二发电机(11)，所述第二发电机(11)在所述郎肯循环涡轮(9)的带动下发电而向所述电池组(15)充电。
6.如权利要求5所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述第二发电机(11)和所述电池组(15)之间设有第二整流器(12)。
7.如权利要求1所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述驱动电机换热装置(16)与所述驱动电机(17)的外壳集成为一体。
8.如权利要求1所述的燃气轮机集成郎肯循环的动力总成系统，其特征在于，所述第二换热器(10)设于所述郎肯循环系统(2)的郎肯循环水泵(7)与所述第一换热器(6)之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |