CN207538939U - 带热声发动机驱动的汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带热声发动机驱动的汽车。汽车动力系统设有热声发动机，其中热声发动机包括热端换热器、回热器、室温端换热器，及将声功转化为旋转动力的传动机构。热声发动机进一步包括冷端换热器。汽车动力系统，包括热声发动机单独驱动式、热声发动机耦合驱动式。本实用新型可实现将吸收的热能转化为交变气体振荡的声能，具有制造成本低、效率高、性能稳定、维护方便、环保、可利用低品位热能等显著优点。

Description

带热声发动机驱动的汽车

技术领域

本实用新型涉及一种带热声发动机驱动的汽车，热声发动机包括驻波型、行波型、行波驻波混合型热声发动机。

背景技术

热声发动机包括热端换热器、回热器、室温端换热器等，热端换热器和室温端换热器提供温差环境，回热器加强内部工质换热，将吸收到的热能转化为内部工质气体交变振荡的声能，具有结构简单、成本低、效率高、环保及可利用低品位热能等优点。其中驻波热声发动机发展较早，效率相对较低。因此行波热声发动机得到了发展。行波热声发动机最初由单级热声核与谐振管组成环路；之后通过并入驻波谐振管，组成了行驻波混合的热声斯特林发动机，效率得到显著改进；近年来，将多级热声核通过谐振管串联成环路，发展得到了多级行波热声发动机。相比于传统行波热声发动机，多级行波热声发动机体积更小、能流密度更高。此外，行波热声发动机可以利用化石燃料燃烧热、液化天然气冷能、太阳能及高温废气余热等高低品位热能来进行驱动。

现有的热声发电系统采用驱动直线电机等形式，将热声发动机输出的声功转化为电功，连接方式简单、结构部件少，效率高，方便用来驱动汽车。此外，热声发动机通过驱动曲柄连杆式电机发电也极具潜力，相比于直线发电机的形式，其成本更低，最大发电量更大。在驱动汽车行驶上具有潜力。

但是目前尚未有带热声发动机驱动的汽车。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有汽车中，大量消耗石油、柴油等化石燃料，排出废气等缺点，提供一种带热声发动机驱动的汽车。热声发动机能将吸收到的热能或冷能转化为内部工质气体交变振荡的声能，再通过活塞、曲柄连杆等传动装置直接用于驱动汽车，或通过发电装置用于电动汽车。此外，热声发动机与内燃机、燃料电池、发电机-电动机组等耦合成高效的动力系统。

为实现以上目的，本实用新型技术方案如下：

一种带热声发动机驱动的汽车，汽车动力系统设有热声发动机，其中热声发动机包括热端换热器、回热器、室温端换热器，及将声功转化为旋转动力的传动机构。

所述的热声发动机进一步包括冷端换热器。

所述的汽车动力系统，包括热声发动机单独驱动式、热声发动机耦合驱动式。

所述的热声发动机耦合驱动式：热声发动机耦合内燃机或燃料电池得到机械功来驱动汽车；或热声发动机耦合燃料电池得到电能来驱动汽车。

所述的热声发动机耦合驱动式：通过内燃机得到机械功来驱动汽车，热声发动机驱动直线电机或曲柄连杆式旋转电机发电再通过电动机驱动汽车；或通过燃料电池提供电能，热声发动机、内燃机提供机械功来驱动汽车。

本实用新型的有益效果：热声发动机具有制造成本低、运行性能稳定高效环保、可利用低品位热能等优点。本实用新型提供的热声发动机驱动的汽车，可实现将吸收到的热能、冷能转化为交变气流振荡的声能，通过合适方式最终用来驱动汽车，不仅适用于传统化石燃料能源，也适用于太阳能、汽车尾气余热等低品位热能。此外，热声发动机可与内燃机、燃料电池耦合驱动汽车，此时热声发动机可利用内燃机排出气余热、燃料电池产生热量或是液化天然气汽车中LNG（液化天然气）的冷量，从而实现能量的多级利用，提高能量利用效率。

附图说明

图1为本实用新型中涉及到的某一种热声发动机结构示意图，且以三级行波热声发动机为例；

图2A为本实用新型实施例一中三级行波热声发动机单独驱动的汽车系统示意图；

图2B为本实用新型实施例一中三级行波热声发动机耦合内燃机驱动的汽车系统示意图；

图3为本实用新型实施例二中发动机模块串联发电机组驱动的串联式混合动力汽车系统示意图；

图4为本实用新型实施例三中发动机模块并联发电机组驱动的并联式混合动力汽车系统示意图；

图5A为本实用新型实施例四中发动机模块混联发电机组驱动的混联式混合动力汽车系统示意图。

图5B为本实用新型实施例四中内燃机并联行波热声发动机驱动发电机组的混联式混合动力汽车系统示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型做进一步的描述。

本实用新型涉及的热声发动机驱动的汽车中，热声发动机模块，以三级行波热声发动机为例，依次包括室温端冷却器1、第一热缓冲管2、冷端换热器3、回热器4、热端换热器5、第二热缓冲管6、室温端换热器7、活塞8，具体如图1所示。但是本领域技术人员知道，冷端换热器3是可选的。其中热端换热器5通过化石燃料燃烧提供热量，或是通过太阳能、汽车尾气余热等提供热量。冷端换热器3可在LNG汽车上使用，利用LNG气化时的冷能，从而避免了能源的浪费。在图1中，在三级行波热声发动机中可通过活塞8等机械振子利用机械功，其可以进一步通过传动机构、动力合成装置等联合驱动（传动机构未在图例列出）。此外，由于活塞8等机械振子的作用，谐振管明显缩短，从而实现行波热声发动机的紧凑化和集成化。

实施例一

如图2A所示，为热声发动机单独驱动的汽车系统示意图。三级行波热声发动机具体示意图见图1，其为汽车运行提供动力，输出声功，再通过离合器、变速箱及驱动桥等完成对汽车的驱动。

其工作原理为：首先对三级行波热声发动机各级的热端换热器进行热量供应和冷端换热器进行冷却，在各回热器两端建立温度梯度，加强回热器内部工质换热，当温度梯度超过临界温度梯度时，热声系统开始工作，将吸收的热能转化为交变气流振荡的声能，振荡气流不断推动活塞来回运行，通过曲柄连杆装置提供驱动力，再通过汽车离合器、变速箱等驱动车轮运转。

如图2B所示，为热声发动机耦合内燃机驱动的汽车系统示意图。热声发动机可以与内燃机联合驱动汽车，其他机构则基本不变。相比热声发动机单独驱动，该方式的优势为运行更稳定，汽车动力更强劲；且热声发动机可利用内燃机排出气余热，实现能源的多级利用，从而提高能源利用效率和汽车的环保性。

本实施例中，通过热声发动机直接驱动汽车车轮运转，实现了将吸收到的热能转化为交变气流振荡的声能，最终以旋转运动的形式驱动汽车车轮运转，适用于传统化石燃料、汽车尾气及太阳能等高低品位热源。热声发动机，尤其是行波热声发动机制造成本低、环保、运行稳定高效，曲柄连杆传动方式可靠，使得热声发动机驱动的汽车能高效、稳定及环保运行。

实施例二

如图3所示，为发动机模块串联发电机组驱动的串联式混合动力汽车系统示意图。包括带热声发动机的发动机模块、发电机、驱动电机及驱动桥等。

其工作原理为：同实施例一所述，发动机模块提供稳定的机械功，发动机模块驱动发电机发电，再用来驱动电机为汽车提供动力。

本实施例中，发动机模块与发电机集成为一个总成，汽车动力来自驱动电机。而电机具有低速恒扭矩和高速恒功率输出特性，适合汽车的行驶条件。且发动机模块与汽车驱动轮间无机械连接，具有独立于汽车行驶工况对发动机进行控制的有点，从而便于使发动机稳定于高效区或低排放区附近工作。当然由于发动机模块输出机械功先转化为电能再转化为机械能，导致系统综合效率相对较低。

实施例三

如图4所示，为发动机模块并联发电机组驱动的并联式混合动力汽车系统示意图。其包括了发动机模块、离合器、发电机-电动机组、动力合成装置变速箱及驱动桥等。

其工作原理为：同实施例一所述，发动机模块提供稳定的机械功作为汽车主动力，而电动机作为辅助动力，帮助发动机模块处于最优工作状态。在汽车行驶过程中，既可共同驱动，也可单独驱动车辆。

本实施例中，既保留了常规汽车的动力传递方式，发动机模块可通过机械传动机构直接驱动车辆，且通过发电机-电动机模块，保证发动机模块尽可能处于最优工作状态，从而提高了系统的能量利用效率。于此同时，发动机受车辆行驶工况影响，且结构上需要变速装置和动力合成装置，结构复杂。

实施例四

如图5A所示，为发动机模块混联发电机组驱动的混联式混合动力汽车系统示意图。其包括了发动机模块、离合器、发电机-电动机组、动力合成装置变速箱及驱动桥等。

其工作原理为：在并联式混合动力汽车基础上，将发电机和电动机分离开，使得电动机在运转过程中也能进行充电。图5A所示汽车便是基于图4基础上，将发电机和电动机分离开。电动机在运转过程中也能进行充电，使得车辆能以串联和并联两种方式工作。

由于热声发动机可高效地驱动发电机，从而可将内燃机提供的机械功作为主动力，行波热声发电系统驱动电动机产生的机械功作为辅助动力。

因此，如图5B所示，为内燃机并联三级行波热声发动机驱动发电机组的混联式混合动力汽车系统示意图。热声发动机不仅可以利用化石燃料热量，也可利用内燃机排出气余热，从而实现能量的多级利用，提高系统能量利用效率。热声发动机驱动发电机时，可在驱动电动机同时为蓄电池充电。因此即可以内燃机为主动力，以热声发电系统-电动机组为辅助动力，从而以并联方式驱动汽车，也可不使用内燃机，以串联方式驱动汽车。混联式混合动力汽车结合了并联和串联两种形式的优点。

Claims (4)

1.一种带热声发动机驱动的汽车，其特征在于，汽车动力系统设有热声发动机，

其中热声发动机依次包括室温端冷却器、第一热缓冲管、冷端换热器、回热器、热端换热器、第二热缓冲管、室温端换热器、活塞；或者热声发动机依次包括室温端冷却器、回热器、热端换热器、第二热缓冲管、室温端换热器、活塞。

2.根据权利要求1所述的带热声发动机驱动的汽车，其特征在于，所述的汽车动力系统，包括热声发动机单独驱动式、热声发动机耦合驱动式。

3.根据权利要求2所述的带热声发动机驱动的汽车，其特征在于，所述的热声发动机耦合驱动式：热声发动机耦合内燃机或燃料电池得到机械功来驱动汽车；或热声发动机耦合燃料电池得到电能来驱动汽车。

4.根据权利要求2所述的带热声发动机驱动的汽车，其特征在于，所述的热声发动机耦合驱动式：通过内燃机得到机械功来驱动汽车，热声发动机驱动直线电机或曲柄连杆式旋转电机发电再通过电动机驱动汽车；或通过燃料电池提供电能，热声发动机、内燃机提供机械功来驱动汽车。