[發明專利]一種帶有預加熱裝置且結合催化的微自由活塞發電機

有效

• 申請號: 201410005918.5
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103711581A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 王謙;劉艷;何志霞
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F02B71/04
• 分類號: F02B71/04;F02M31/02;F01N3/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微型內燃機領域以及微型發電機領域，具體為一種帶有預加熱裝置且結合催化的微自由活塞發電機。

背景技術

隨著微機電系統（MEMS）技術的發展，微燃燒動力機電系統（Combustion-driven?Power?MEMS）開辟了動力裝置研究的一個新領域。微動力裝置使用碳氫化合物作為其燃料，通過在微尺度空間內的燃燒，其轉換效率只要達到20%就能產生比目前最好的電池高10倍的能量密度。因此，微型動力裝置也成為國內外研究的熱點。

美國Honeywell公司和明尼蘇達大學最早提出微型HCCI自由活塞式發動機的構想。H.T.Aichlmayrl等人通過建立單次沖擊過程的零維模型，對不同參數進行了數值模擬研究以及無量綱分析，并得到了影響混合燃氣燃燒的主要因素。隨后，明尼蘇達大學對微型HCCI自由活塞式發動機進行了單次沖擊的可視化試驗，并用高速數碼相機拍攝整個試驗過程。劍橋大學的Sher?I等通過數值模擬的方法，研究分析了傳統內燃機燃燒過程與發動機的尺寸之間的關系，并提出微型HCCI發動機的尺度極限。江蘇大學的王謙等對微型自由活塞發動機進行了基于丙烷燃燒并考慮傳熱、漏氣過程的數值模擬研究。

目前公開的發動機與發電機相結合的各種技術中，都是由活塞帶動原動機外面的發動機的動子運動而發電，產生了不必要的能量損耗，如專利94112513.0：“往復式發電機”、200420109327.4“一種往復式發電機”、WO0188353：“FREE?PISTON?ENGINE?WITH?ELECTRICAL?POWER?OUTPUT”、RU2150014：“FREE-PISTON?INTERNAL-COMBUSTION?ENGINE?WITH?LINEAR?AC?GENERATOR”等，專利CN200989243Y雖然克服了以上專利的許多不足，但是還存在一些不足，如沒有添加混合燃氣預熱系統以及催化層來優化燃燒。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，并且以更好的方式優化微自由活塞發電機，本發明提供一種添加蓄熱式燃氣預加熱裝置，以及結合催化燃燒的微自由活塞發電機。

本發明的技術方案是：一種帶有燃氣預加熱裝置且結合催化的微自由活塞發電機，包括燃燒室、磁鐵、活塞、儲氣壓縮氣缸、預混合氣噴射器、減壓閥、增壓閥、催化劑層、排氣閥、預熱彎管、螺線圈、電流逆變器、開關和蓄電池。磁鐵固定在兩個自由活塞中間，磁鐵的兩側是儲氣壓縮氣缸，儲氣壓縮氣缸內有四個排氣閥，儲氣壓縮氣缸的外側是燃燒室，排氣閥連接位于儲氣壓縮氣缸和燃燒室之間的尾氣引導管，尾氣引導管連接尾氣排放管，每個燃燒室各連接一個預混合氣噴射器，燃燒室的外表面布置有首次預熱彎管，首次預熱彎管纏繞在燃燒室的外表面，混合氣從進氣口進入首次預熱彎管，再進入位于尾氣排放管內的二次預熱彎管，再經預混合氣噴射器進入燃燒室；儲氣壓縮氣缸的外壁安裝有螺線圈，螺線圈通過導線與電流逆變器、開關和蓄電池串聯，開關和蓄電池再與開關和負載并聯；當磁鐵帶動自由活塞由中間位置向一側燃燒室運動時，該側燃燒室內的混合氣被壓燃，當自由活塞恢復到中間位置再向另一側燃燒室運動時，該側燃燒室與該側的儲氣壓縮氣缸相連，燃燒產生的尾氣進入該側的儲氣壓縮氣缸，并從該側的儲氣壓縮氣缸中的排氣閥排出到該側的尾氣引導管中，尾氣經該側的尾氣引導管進入該側的尾氣排放管，最后經排氣口排出。

本發明的對置燃燒室底部與自由活塞端面都涂有催化劑層；磁鐵固定在自由活塞的中部，可以起到一側儲氣壓縮氣缸的尾氣回收吸氣作用，以及另一側儲氣壓縮氣缸排氣作用；燃燒室氣缸外側的首次預熱彎管可以利用燃燒室外側氣缸壁熱量對預混和氣進行初步預熱，同時溫度較低的預混合氣對燃燒室外側氣缸壁有一定降溫作用；安裝在尾氣排放管內部的二次預熱彎管利用微發電機排放的高溫尾氣可以對預混合氣進行二次預熱。儲氣壓縮氣缸外側繞有螺線圈，螺線圈通過導線與電流逆變器、開關、蓄電池串聯，蓄電池再與負載并聯，負載由開關控制。

本發明的優點是：

1、采用微型自由活塞式裝置不僅使得微型發電機結構簡化，而且可以獲得更高的能量密度。

2、添加了預熱燃氣系統，安裝首次預熱彎管發電機氣缸外壁余熱以及尾氣余熱對混合燃氣進行進入燃燒室之前的預熱，同時首次預熱彎管起到了一定的氣缸壁的降溫作用。

3、添加預燃氣系統，安裝在尾氣排放管內部的二次預熱彎管對預混合氣進行了進一步加熱，使得預混合氣進一步上升一定的溫度，優化燃燒。

4、尾氣排放管與燃燒室外缸體之間存在一定的間隙，有利于內燃機缸體的散熱裝置的添加。