[發明專利]一種基于分缸式熱力學循環的自由活塞發電機

有效

• 申請號: 202110272180.9
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113047951B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 劉龍;唐元亨;安琛;韓笑;劉俊杰;梅齊昊;趙豪;許智淳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F02B71/04
• 分類號: F02B71/04;F02B41/06;F02B33/20;F02B75/18;H02K7/18;H02K35/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種基于分缸式熱力學循環的自由活塞發電機，屬于動力能源技術領域。本發明解決了現有的自由活塞發電機的發電效率低的問題。它包括直線發電機組及布置在直線發電機組兩端的兩套內燃機組，空氣先在內燃機組中的低壓氣缸組進行第一階段壓縮，又在高壓氣缸中進行第二階段壓縮，有效地提高了內燃機的進氣壓力，有利于提高工作過程平均有效壓力，從而提高自由活塞發電機的熱效率與發電效率。燃燒后的工質先在高壓氣缸中進行第一階段膨脹，然后又在低壓氣缸中進行第二階段膨脹，有效地提高了廢氣中的能量利用率，增加了膨脹功，進一步提高自由活塞發電機的熱效率和發電效率。

技術領域

本發明涉及一種基于分缸式熱力學循環的自由活塞發電機，屬于動力能源技術領域。

背景技術

隨著社會的不斷發展，人們對能源的需求日益增多，能源問題已經成為制約各行各業進一步發展的主要問題。在各種形式的能源中，電能是被使用最為廣泛的能源之一，而電能在車輛、船舶等行業中又是主要由柴油機進行提供的。在傳統的柴油機發電過程中，能源的傳遞形式先是由燃料的化學能經過柴油機燃燒轉變成曲軸輸出的機械能，然后再由這部分機械能帶動電機進行發電，轉變成電能。整個能源的轉換過程經過了較多的步驟，同時伴隨著柴油機復雜的機械結構損失掉很大一部分，因此整體發電效率較低。自由活塞發電機耦合了自由活塞發電機與直線電機的工作特點，能夠把燃料的化學能直接轉化成電能的形式，相比于傳統的內燃機發電過程具有更高的發電效率與經濟性能，因此正在受到越來越多的關注。

針對普通的自由活塞發電機，因為取消了曲柄連桿結構，活塞與缸套之間的機械摩擦減小，機械效率得以提高，但是其缸內結構相比于普通內燃機沒有太大改變，缸內工作循環與普通內燃機相同，因此整體燃燒的熱效率沒有任何提高。由于熱效率受制于發動機傳統的工作循環，自由活塞發電機的發電效率的進一步優化受到了阻礙。

發明內容

本發明是為了解決現有的自由活塞發電機的發電效率低的問題，進而提供了一種基于分缸式熱力學循環的自由活塞發電機。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種基于分缸式熱力學循環的自由活塞發電機，它包括直線發電機組及布置在直線發電機組兩端的兩套內燃機組，其中所述直線發電機組包括殼體、活動穿裝在殼體上的動子芯軸、固裝在殼體內且同軸套設在動子芯軸外部的定子線圈以及同軸固裝在動子芯軸上且位于定子線圈與動子芯軸之間的發電機動子；

每套內燃機組均包括高壓氣缸及低壓氣缸，其中所述高壓氣缸包括高壓缸體及高壓活塞，高壓缸體的封閉端安裝有噴油器、高壓進氣閥及高壓排氣閥，所述低壓氣缸包括低壓缸體及低壓活塞，低壓缸體的封閉端安裝有低壓進氣閥、低壓排氣閥、廢氣進氣口及空氣出口閥，其中空氣出口閥與高壓進氣閥之間連接設置有中冷器，高壓排氣閥與廢氣進氣口之間連接設置有廢氣連通管；

高壓活塞與動子芯軸的端部固接，兩個低壓活塞之間通過連接組件連接。

進一步地，所述連接組件包括曲軸及兩組曲柄連桿機構，兩個低壓活塞一一對應與兩組曲柄連桿機構中的連桿連接，兩組曲柄連桿機構中的曲柄同時與曲軸連接。

進一步地，發電機動子的兩端與殼體之間分別固裝有彈簧。

進一步地，每個高壓缸體上安裝的高壓進氣閥的數量為兩個。

進一步地，低壓氣缸與高壓氣缸的行程相同。

進一步地，高壓缸體的體積及內徑均小于低壓缸體的體積及內徑。

進一步地，高壓活塞上及低壓活塞上均安裝有活塞環。

進一步地，高壓缸體與低壓缸體上均安裝有氣缸蓋，且每個氣缸蓋上均裝有溫度傳感器及壓力傳感器。

本發明與現有技術相比具有以下效果：