專利名稱：一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自由活塞直線發(fā)電機(jī)是近年來興起的一種新型動(dòng)力裝置，其整個(gè)系統(tǒng)包含內(nèi)燃機(jī)與直線發(fā)電機(jī)兩大模塊。區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)型，此新型動(dòng)力裝置沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)模塊與直線發(fā)電機(jī)模塊之間一般通過連桿直接相連，前者通過熱能轉(zhuǎn)化而來的機(jī)械能能夠在直線電機(jī)中直接轉(zhuǎn)化為電能并向外輸出。得益于其較短的動(dòng)力傳送鏈，其機(jī)械損失比傳統(tǒng)機(jī)型更低。因而在總體效率上，自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)有更高的提升空間。應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源問題，它有更大的潛力以提升經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)樽杂苫钊本€發(fā)電機(jī)沒有機(jī)械裝置對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行約束，活塞無法自然地完成從下止點(diǎn)回到上止點(diǎn)的過程。所以在其眾多研究熱點(diǎn)中，如何使得活塞在膨脹做功后能夠重新由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)是一個(gè)尤其重要的問題。只有當(dāng)活塞能夠?qū)崿F(xiàn)回復(fù)動(dòng)作，系統(tǒng)才能進(jìn)行往復(fù)工作從而對(duì)外連續(xù)輸出電能。同時(shí)，在自由活塞直線發(fā)電機(jī)工作過程中，一般內(nèi)燃機(jī)部分燃燒后產(chǎn)生的廢氣直接對(duì)環(huán)境排放，由于廢氣具有一定的溫度及壓力，因此直接排放將導(dǎo)致一部分能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決自由活塞內(nèi)燃機(jī)發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的活塞回復(fù)問題以及廢氣余熱利用問題，提出一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，包括:自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)、廢氣膨脹氣缸。其中，自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:噴油器、進(jìn)氣口、排氣口、活塞、內(nèi)燃機(jī)氣缸；直線發(fā)電機(jī)包括:電機(jī)定子、電機(jī)動(dòng)子；廢氣利用組件包括:引氣管、進(jìn)氣門、排氣門、回復(fù)活塞、回復(fù)氣缸、噴水器。具體的連接關(guān)系為:直線電機(jī)動(dòng)子一端連接回復(fù)活塞，另一端與自由活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞連接，回復(fù)活塞、電機(jī)動(dòng)子、內(nèi)燃機(jī)活塞構(gòu)成運(yùn)動(dòng)組件?；貜?fù)活塞置于回復(fù)氣缸內(nèi)；噴水器安裝于回復(fù)氣缸一端上，排氣門位于回復(fù)氣缸下部，進(jìn)氣門位于回復(fù)氣缸上部；自由活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞位于內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)部，進(jìn)氣口位于內(nèi)燃機(jī)氣缸下部，排氣口位于內(nèi)燃機(jī)氣缸上部，噴油器安裝于內(nèi)燃機(jī)氣缸一端。引氣管一端與內(nèi)燃機(jī)氣缸的排氣口連接，另一端與回復(fù)氣缸進(jìn)氣門連接。本發(fā)明的基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)的工作過程包括起動(dòng)過程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程。冷啟動(dòng)過程中，直線發(fā)動(dòng)機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式進(jìn)行工作，帶動(dòng)裝置起動(dòng)工作。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，直線發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式進(jìn)行工作，內(nèi)燃機(jī)工作推動(dòng)直線發(fā)電機(jī)作功發(fā)電，然后通過廢氣余熱利用的方式使運(yùn)動(dòng)組件返回上止點(diǎn)，再進(jìn)行下一循環(huán)運(yùn)動(dòng)。其具體的工作情況如下:
I)起動(dòng)過程。直線發(fā)動(dòng)機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式工作，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，壓縮內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體。然后自由活塞內(nèi)燃機(jī)的噴油器對(duì)缸內(nèi)噴射燃油。燃油在高壓條件下燃燒作功，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件反向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)起動(dòng)過程完成。2)運(yùn)行過程。這一階段工作時(shí)，系統(tǒng)以循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行工作。一個(gè)循環(huán)開始時(shí)，內(nèi)燃機(jī)以上止點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行燃燒工作，推動(dòng)直線發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式向外作功、輸出電能。此時(shí)回復(fù)氣缸排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，回復(fù)氣缸內(nèi)氣體壓力與環(huán)境一致，保持相對(duì)低壓狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體膨脹一段時(shí)間后，打開其排氣口，將高溫高壓廢氣引入到引氣管中。同時(shí)，關(guān)閉回復(fù)氣缸的排氣門，打開其進(jìn)氣門；打開自由活塞內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口，對(duì)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)換氣，此時(shí)運(yùn)動(dòng)組件到達(dá)下止點(diǎn)。當(dāng)廢氣通過引氣管進(jìn)入到回復(fù)氣缸以后，關(guān)閉回復(fù)氣缸排氣門，對(duì)回復(fù)氣缸內(nèi)噴水。水從高溫廢氣中吸熱氣化，形成高壓蒸汽并開始推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件返回上止點(diǎn)。以便開始下一循環(huán)。有益效果本發(fā)明的基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)利用廢氣的溫度及壓力，即廢氣余熱。使得活塞在膨脹做功后能夠重新由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)回復(fù)動(dòng)作，系統(tǒng)對(duì)外連續(xù)輸出電能。具有保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是實(shí)施例中基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I一噴油器；2—進(jìn)氣口 ；3—排氣口 ；4一活塞；5—內(nèi)燃機(jī)氣缸；6—電機(jī)定子電機(jī)動(dòng)子；8—引氣管；9 一回復(fù)活塞；10—排氣門；11一進(jìn)氣門；12—噴水器；13—回復(fù)氣缸。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，主要包含:自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)、廢氣膨脹氣缸。其自由活塞內(nèi)燃機(jī)主要包含:噴油器1、進(jìn)氣口 2、排氣口 3、活塞4、內(nèi)燃機(jī)氣缸5 ;直線發(fā)電機(jī)包含:電機(jī)定子6、電機(jī)動(dòng)子7 ;廢氣利用組件包括:引氣管8、進(jìn)氣門
11、排氣門10、回復(fù)活塞9、回復(fù)氣缸13、噴水器12。具體的連接關(guān)系為:回復(fù)活塞9放置于回復(fù)氣缸13內(nèi)；噴水器12安裝于回復(fù)氣缸13上；引氣管8—端與內(nèi)燃機(jī)氣缸5的排氣口 3連接，另一端與回復(fù)氣缸進(jìn)氣門11連接；回復(fù)活塞9與直線電機(jī)動(dòng)子7 —端連接；直線電機(jī)動(dòng)子7另一端與自由活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞4連接，回復(fù)活塞9、電機(jī)動(dòng)子7、內(nèi)燃機(jī)活塞4構(gòu)成運(yùn)動(dòng)組件。I)起動(dòng)過程。此時(shí)直線發(fā)電機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式工作，電機(jī)動(dòng)子7推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，活塞4壓縮內(nèi)燃機(jī)氣缸5內(nèi)氣體。然后自由活塞內(nèi)燃機(jī)的噴油器I對(duì)缸內(nèi)噴射燃油。燃油在高壓條件下燃燒作功，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件反向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)起動(dòng)過程完成。2)運(yùn)行過程。這一階段工作時(shí)，系統(tǒng)以循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行工作。一個(gè)循環(huán)開始時(shí)，內(nèi)燃機(jī)活塞4處于上止點(diǎn)位置，噴油器I向缸內(nèi)噴射燃油，燃燒后高壓氣體推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)。此時(shí)直線發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式向外作功、輸出電能。且回復(fù)氣缸排氣門10打開，進(jìn)氣門11關(guān)閉， 回復(fù)氣缸13內(nèi)氣體壓力與環(huán)境一致，保持相對(duì)低壓狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)氣缸5內(nèi)氣體膨脹一段時(shí)間后，打開其排氣口 3，將高溫高壓廢氣引入到引氣管8中。同時(shí)，關(guān)閉回復(fù)氣缸的排氣門10，打開其進(jìn)氣門11 ;打開自由活塞內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口 2，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸5內(nèi)換氣，此時(shí)運(yùn)動(dòng)組件到達(dá)下止點(diǎn)。當(dāng)廢氣通過引氣管8進(jìn)入到回復(fù)氣缸13以后，關(guān)閉回復(fù)氣缸排氣門11，噴水器12對(duì)回復(fù)氣缸13內(nèi)噴水。水從高溫廢氣中吸熱氣化，形成高壓蒸汽并開始推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件返回上止點(diǎn)。之后開始下一循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，其特征在于:包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)、廢氣膨脹氣缸；其中，自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:噴油器、進(jìn)氣口、排氣口、活塞、內(nèi)燃機(jī)氣缸；直線發(fā)電機(jī)包括:電機(jī)定子、電機(jī)動(dòng)子；廢氣利用組件包括:引氣管、進(jìn)氣門、排氣門、回復(fù)活塞、回復(fù)氣缸、噴水器； 具體的連接關(guān)系為:直線電機(jī)動(dòng)子一端連接回復(fù)活塞，另一端與自由活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞連接，回復(fù)活塞、電機(jī)動(dòng)子、內(nèi)燃機(jī)活塞構(gòu)成運(yùn)動(dòng)組件；回復(fù)活塞置于回復(fù)氣缸內(nèi)，噴水器安裝于回復(fù)氣缸一端上，排氣門位于回復(fù)氣缸下部，進(jìn)氣門位于回復(fù)氣缸上部；自由活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞位于內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)部，進(jìn)氣口位于內(nèi)燃機(jī)氣缸下部，排氣口位于內(nèi)燃機(jī)氣缸上部，噴油器安裝于內(nèi)燃機(jī)氣缸一端；引氣管一端與內(nèi)燃機(jī)氣缸的排氣口連接，另一端與回復(fù)氣缸進(jìn)氣門連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，其特征在于:包括起動(dòng)過程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，其特征在于:以電動(dòng)機(jī)模式起動(dòng)工作，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，壓縮內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體；然后自由活塞內(nèi)燃機(jī)的噴油器對(duì)缸內(nèi)噴射燃油，燃油在高壓條件下燃燒作功，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件反向運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，其特征在于:以循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行工作；一個(gè)循環(huán)開始時(shí)，內(nèi)燃機(jī)以上止點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行燃燒工作，推動(dòng)直線發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式向外作功、輸出電能，回復(fù)氣缸排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，回復(fù)氣缸內(nèi)氣體壓力與環(huán)境一致，保持相對(duì)低壓狀態(tài)；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體膨脹一段時(shí)間后，打開其排氣口，將高溫高壓廢氣引入到引氣管中，同時(shí)，關(guān)閉回復(fù)氣缸的排氣門，打開其進(jìn)氣門；打開自由活塞內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口，對(duì)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)換氣，運(yùn)動(dòng)組件到達(dá)下止點(diǎn)；當(dāng)廢氣通過引氣管進(jìn)入到回復(fù)氣缸以后，關(guān)閉回復(fù)氣缸排氣門，對(duì)回復(fù)氣缸內(nèi)噴水，水從高溫廢氣中吸熱氣化，形成高壓蒸汽并開始推動(dòng)運(yùn)動(dòng)組件返回上止點(diǎn) 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于余熱利用的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域。具體包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)、廢氣膨脹氣缸。其中，自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括噴油器、進(jìn)氣口、排氣口、活塞、內(nèi)燃機(jī)氣缸；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)定子、電機(jī)動(dòng)子；廢氣利用組件包括引氣管、進(jìn)氣門、排氣門、回復(fù)活塞、回復(fù)氣缸、噴水器。其工作過程包括起動(dòng)過程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程。冷啟動(dòng)過程中，直線發(fā)動(dòng)機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式進(jìn)行工作，帶動(dòng)裝置起動(dòng)工作。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，直線發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式進(jìn)行工作，內(nèi)燃機(jī)工作推動(dòng)直線發(fā)電機(jī)作功發(fā)電，然后通過廢氣余熱利用的方式使運(yùn)動(dòng)組件返回上止點(diǎn)，再進(jìn)行下一循環(huán)運(yùn)動(dòng)。具有保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02M25/03GK103233815SQ201310124338
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者馮慧華, 李林可, 左正興, 袁晨恒, 王夢(mèng)秋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)