[發明專利]一種微型自由活塞發電機

有效

• 申請號: 201811242971.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109339944B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 吳凡;王謙;趙巖;黃蓉;梁國鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F02B71/04
• 分類號: F02B71/04;H02J7/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種微型自由活塞發電機，包括定子和磁性活塞，所述活塞為磁性對置式活塞，所述定子壁面設有定子繞組和激磁繞組，所述磁性活塞對稱放置在定子內部，所述左磁性活塞位于第一壓力室與第一進氣腔之間，所述右磁性活塞位于第二壓力室與第二進氣腔之間，所述中間活塞位于燃燒室內，所述燃燒室對稱處設有燃燒室排氣口；所述中間活塞與左磁性活塞連接的活塞桿為第一變徑桿，通過活塞的移動，使第一壓力室與燃燒室連通或阻斷；所述中間活塞與右磁性活塞的活塞桿連接的活塞桿為第二變徑桿，通過活塞的移動，使第二壓力室與燃燒室連通或阻斷。本發明實現進氣腔往壓力室進氣的過程，保證了進氣的充盈性。

技術領域

本發明涉及內燃機領域或者發電領域，特別涉及一種微型自由活塞發電機。

背景技術

自由活塞發動機是近幾年逐漸發展的一種新型發動機，它取消了傳統發動機的曲柄連桿機構，活塞僅做往復直線運動，活塞的運動規律受發動機運行工況決定。由于自由活塞發動機的結構簡單、易微型化，故微型化的自由活塞發動機成為了國際上又一個新的研究領域。微自由活塞發動機機械結構上沒有傳統內燃機的曲柄連桿、氣閥等機構，自由活塞在氣缸內不受機械力約束，因此其具有非常高的做功性能。由于微型化的自由活塞發動機對外輸出功的方式受限，將微發動機與發電裝置有機結合形成的微自由活塞發電機成為主流的研究方向。現有的微發電系統大部分采用熱電材料進行熱電轉換，利用在燃燒器表面加裝熱電材料，將熱能直接轉化為電能。這種發電方式對熱電材料的要求高，且壽命非常有限。而微自由活塞發電機由于其容積效率大、能量轉換率高、工作壽命長等優點，在眾多微動力裝置脫穎而出，成為國內外科研機構的研究熱點。

眾所周知，二沖程發動機的工作效率很大程度上取決于發動機的進氣效果和掃氣效率，對于微自由活塞發電機而言，由于微燃燒室進氣阻力大，在其工作過程中容易出現進排氣不充分等問題，故改善其內燃機部分的進氣和掃氣效果的問題能夠極大地提高其發電效率。其次，由于微發電機尺寸的特殊性，燃料在微燃燒室燃燒后中會產生高溫高壓的廢氣，這部分廢氣中的能量約占燃料的總能量的40％，對該部分能量的利用能夠很大程度上提高微發電機的效率。傳統常規尺寸的發動機對廢氣預熱利用這方面已經擁有相關比較成熟的技術，如廢氣渦輪增壓技術、廢氣溫差發電技術等等，但這些技術不適用于微型化的動力裝置上。另外，在目前所有公開的專利中，均沒有考慮到微動力裝置的廢氣處理部分。現有的微自由活塞發電機設計大多采用外部器件進氣增壓的方式，這種設計使得裝置集成化程度低，同時需要消耗外部做功。也有少數設計采用優化裝置結構布置實現微發電機進氣過程，如中國專利采用導氣管將壓力室與進氣口連接，燃燒室與壓力室產生負壓時實現進氣，但是該設計中由于兩端活塞缺少剛性連接且實際氣體是具有可壓縮性的，故壓力室的壓力上升不明顯，繼而進氣增壓效果不明顯。其次，該設計中將廢氣預熱進氣系統設置在裝置內部，這種結構設計不利于微型化的發展；再者，廢氣通過狹小的排氣管中時會散失自身很大一部分熱量，使得廢氣預熱進氣效果差。再如中國專利設計未能考慮微發動機掃氣過程，因此這種設計的排氣效果差，燃燒室內易殘留燃燒廢氣，影響裝置的做功能力。除此之外，該設計中沒有考慮對高溫廢氣進行回收利用和處理，造成了能量浪費和環境污染問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種微型自由活塞發電機，達到增壓進氣以及良好的掃氣效果的微自由活塞發電機，同時設計進氣預熱系統和廢氣處理系統對進氣余熱加以利用以及減少有害物質的排放。設計中采用雙燃燒室以及三活塞結構，通過活塞的擠壓作用將進氣擠壓進燃燒室，增壓后的進氣不僅能夠保證進氣充分，同時達到很好的掃氣效果；采用兩端壓力室中間燃燒室的結構布置，大大縮短了燃燒室中間活塞的做功沖程，避免燃燒室分散布置造成過多的散熱損失。微燃燒室中產生的廢氣首先經過進氣預熱系統，經過換熱器將熱量傳遞給新鮮進氣。廢氣中含有的有害物質如CO、NO_X經過廢氣處理系統被處理，減少有害物質的排放。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。