CN107762560A - 一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热‑电转化装置 - Google Patents

一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热‑电转化装置 Download PDF

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Abstract

一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热‑电转化装置，属于余热回收领域。该装置将单气缸双向作用的自由活塞膨胀机与一台永磁式圆筒直线发电机耦合，通过输入的高温高压气体推动活塞往复运动，带动直线发电机的动子做往复切割磁感线的运动，从而将高温高压气体所携带的能量直接转化为电能输出。该装置主要应用于气动汽车发动机动力系统、车用发动机尾气余热利用系统等结构紧凑、功率密度高的场合。

Description

一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热-电转化 装置
技术领域
本发明涉及一种利用高温高压气体输出电能的装置，具体涉及小型有机朗肯循环余热回收领域，可将车用内燃机排气余热能等低品位能量转化为电能输出，有效提高能源利用率。
背景技术
随着社会的快速发展，汽车产量和保有量的迅速增长，势必造成大量的能源消耗和严峻的环保压力，车用内燃机排放的CO2约占全球CO2总排放量的1/4。从车用内燃机的能量平衡来看，只有30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)的燃料燃烧总热量用于动力输出，摩擦损失和机械损失大约为燃料燃烧总热量的10％，其余的能量主要通过冷却介质和排气被排放到大气当中。因此，将车用内燃机的余热能高效回收利用可以有效地提高车用内燃机总能效率、降低燃油消耗量、减少CO2和污染物排放。
在回收内燃机排气余热方面，小型有机朗肯循环系统凭借其优越的性能而受到了广泛的关注，由于受到工质流量小的制约，将传统的容积型膨胀机应用于车用有机朗肯循环系统等小型余热回收系统中存在一定困难。因此开发设计一种适用于小型低品位热源的膨胀机显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种单气缸双作用自由活塞膨胀机耦合直线发电机的集成单元作为能量转化装置。该装置将单活塞双作用的气缸与一台永磁式圆筒直线发电机耦合，通过输入的高温高压气体推动活塞往复运动，带动直线发电机的动子做往复切割磁感线的运动，从而将高温高压气体所携带的能量转化为电能输出。该装置主要应用于气动汽车发动机动力系统、车用发动机尾气余热利用系统等结构紧凑、功率密度高的场合。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案是一种利用高温高压气体输出电能的单活塞双作用膨胀机发电装置即一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热-电转化装置。
一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：该装置主要包括自由行程的活塞膨胀机系统、永磁式圆筒直线发电机系统、采集控制系统；
上述的自由行程的活塞膨胀机系统，包括自由活塞膨胀机(21)、磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)、第一工质质量流量计(33)、第二工质质量流量计(35)、第一三通阀(18)、第二三通阀(34)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、分流器(42)、稳压阀(43)、储气罐(44)；储气罐(44)经由稳压阀(43)、分流器(42)后分为两个分支进气管路，分流器(42)分为支进气管路分别与第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)连接，第二电磁阀(36)经由第一三通阀(18)、第一工质质量流量计(33)与自由活塞膨胀机(21)的气口A(11)连接，在气口A(11)与第一工质质量流量计(33)之间的管路上设有第一压力传感器(19)和第一温度传感器(32)；第三电磁阀(37)经由第二三通阀(34)、第二工质质量流量计(35)与自由活塞膨胀机(21)的气口B(3)连接，在气口B(3)与第二工质质量流量计(35)之间的管路上设有第二压力传感器(31)和第二温度传感器(30)；同时第一三通阀(18)还与第一电磁阀(17)连接，使得气口A(11)、第一工质质量流量计(33)、第一三通阀(18)、第一电磁阀(17)构成一分支排气管路；第二三通阀(34)还与第四电磁阀(38)连接，使得气口B(3)、第二工质质量流量计(35)、第二三通阀(34)还与第四电磁阀(38)构成另一分支排气管路，上述连接为管路连接；；
永磁式圆筒直线发电机系统包括磁式圆筒直线发电机(25)、整流器(29)、电能存储单元(39)，磁式圆筒直线发电机(25)的直线发电机动子(28)通过连杆(23)与自由活塞膨胀机(21)中的活塞杆(1)固定连接，磁式圆筒直线发电机(25)的直线发电机定子(27)经整流器(29)与电能存储单元(39)连接，上述连接为电路连接；
采集控制系统包括电脑控制模块(41)、多通道采集仪(40)、磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)，磁感接近开关A(20)和磁感接近开关B(22)对称布置在自由活塞膨胀机(21)两侧，用于检测自由活塞膨胀机(21)内活塞(7)的位置信息；磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、第二压力传感器(31)、第二温度传感器(30)、第一压力传感器(19)、第一温度传感器(32)分别与多通道采集仪(40)连接，多通道采集仪(40)与电脑控制模块(41)连接；电脑控制模块(41)同时还分别与第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、第二压力传感器(31)连接；采集控制系统中的连接为电路或信息通路连接。
自由活塞膨胀机(21)与永磁式圆筒直线发电机(25)采取水平布置方式，即自由活塞膨胀机(21)与磁式圆筒直线发电机(25)之间的V型夹角为180度，且通过连杆(23)连接，连杆(23)两端通过柔性转接头分别与自由活塞膨胀机(21)和永磁式圆筒直线发电机动子(25)同轴连接。磁感接近开关A(20)和磁感接近开关B(22)对称布置在自由活塞膨胀机(21)两侧，用于检测自由活塞膨胀机(21)内活塞(7)的位置信息。
进一步自由活塞膨胀机(21)结构如下，气缸筒(5)两端加工有安装槽，该安装槽分别与无杆侧端盖(12)和有杆侧端盖(15)连接，且两端连接部位均安有O型密封圈(14)；有杆侧端盖(15)中心部位设有用于活塞杆(1)穿过的中心孔，在中心空的内表面布置有导向套(16)，导向套(16)内表面为活塞杆密封圈(2)，有杆侧端盖(15)的侧面径向设有通孔作为气口B(3)，活塞杆(1)穿过活塞杆密封圈(2)、导向套(16)与位于气缸筒(5)内的活塞(7)紧固连接；活塞(7)外侧圆周上加工有环槽分别用于安装活塞密封圈(8)和耐磨环(9)；在活塞(7)有杆侧端盖(15)的这一侧，与活塞(7)连接的活塞杆(1)上设有第一缓冲套(6)；在活塞(7)无杆侧端盖(12)的这一侧，与活塞(7)连接的活塞杆(1)上设有第二缓冲套(13)，紧凑布置于活塞(7)两侧；单向缓冲阀B(4)布置在有杆侧端盖(15)上，单向缓冲阀A(10)布置在无杆侧端盖(12)上，无杆侧端盖(12)的侧面径向设有通孔作为气口A(11)，在无杆侧端盖(12)侧的活塞杆(1)轴向顶端设有空腔与气口A(11)连接。
自由活塞膨胀机(21)内部具有气体缓冲功能，当自由活塞膨胀机(21)工作时，活塞(7)运行到接近无杆侧端盖(12)位置时，缓冲套(13)将会堵住自由活塞膨胀机气口A(11)，此时，乏气只能通过单向缓冲阀A(10)排出自由活塞膨胀机(21)，实现活塞内部气体缓冲，防止活塞(7)对无杆侧缸盖(12)进行撞击，且可以通过调节缓冲阀(10)的开度，实现对缓冲力大小的调整。当活塞(7)向有杆侧端盖(15)方向运行时，同理。
本装置通过调节设定位移报警点X1、X2，可以调整自由活塞膨胀机(21)中活塞(7)的行程，以适应在不同工况下工作，从而获得更好的能量转化效率。同时，通过采集控制系统分别调整第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)打开的持续时间，可以调整膨胀行程时间长短，从而保证在不同工况下，高温高压的压缩气体可以完全膨胀，以提高能量利用率，减少能量损失。
该装置包括自由行程的单气缸双作用自由活塞膨胀机、永磁式圆筒直线发电机、控制阀门、数据采集仪、电脑控制模块、整流桥、外部电能存储装置以及相应的连接电路。其中，通过高温高压气体驱动的自由活塞膨胀机作为动力输入装置，通过切割磁感线产生电能的直线发电机作为动力输出装置。自由活塞膨胀机由具有自由行程的活塞、气缸筒、缸体两端的配气机构、用于位移检测的磁感接近开关、缸体气路上的压力传感器和温度传感器组成。自由活塞膨胀机与永磁式圆筒直线发电机采取水平布置方式，即自由活塞膨胀机与永磁式圆筒直线发电机之间的V型夹角为180度。通过切割磁感线发电的永磁式圆筒直线发电机包括直线发电机定子和直线发电机动子，直线发电机定子与整流器连接，该整流器与电能存储装置连接，直线发电机动子通过连杆与气缸内活塞同轴连接，并被定义为活塞连杆组件。由于自由活塞膨胀机摒弃了曲柄连杆机构，活塞可以在其左止点和右止点之间自由移动，其运动受到缸内气体压力，直线电机电磁力和机械摩擦力的共同影响。数据采集仪分别与压力传感器、温度传感器、磁感接近开关、电能存储装置相连接；在不同的运行条件下，数据采集系统通过接收压力传感器、温度传感器的检测信号，准确计算并自由设定气缸两侧位移报警点(X1、X2)位置；电脑控制模块与数据采集仪相连，接收数据采集仪传递的活塞连杆组件位移数据和电能存储装置的存储信息，当自由活塞膨胀机内活塞运行到位移报警点(X1、X2)位置时，电脑控制模块即时控制进排气电磁阀的开闭，保证系统连续稳定高效运行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、与现有活塞式膨胀机相比，本装置摒弃了曲柄连杆机构，活塞运动过程中无侧向力产生，摩擦阻力小，能量损失减少。
2、该装置采用单气缸双向作用的自由活塞膨胀机，内部设有气体缓冲功能，防止活塞与缸盖发生碰撞，保证系统稳定运行。
3、该装置采用单活塞双向作用气缸，与现有的双气缸膨胀机相比，结构简单，易于控制，且装置结构紧凑，占用体积小。
4、在不同工作条件下，气缸两侧位移报警点(X1、X2)可以自由设置，即活塞行程可以灵活控制，并且可以通过电磁阀控制进气时间，从而根据不同工况，调节膨胀行程长短，有利于在不同工况下高效输出电能。
附图说明
图1是单活塞双作用自由活塞膨胀机的结构剖面图；
图2是单活塞双作用自由活塞直线发电机装置结构示意图。
图1中：1、活塞杆；2、活塞杆密封圈；3、自由活塞膨胀机气口B；4、单向缓冲阀B；5、气缸筒；6接挡板；25、永磁式圆筒直线发电机；26、支撑板；27、直线发电机定子；28、直线发电机动子；29、整流器；30、第二温度传感器；31、第二压力传感器；32、第一温度传感器；33、第一工质质量流量计；34、第二三通阀；35、第二工质质量流量计；36、第二电磁阀；37、第三电磁阀；38、第四电磁阀；39、电能存储装置；40、多通道采集仪；41、电脑控制模块；42、分流器；43、稳压阀；44、储气罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
图1是单活塞双作用自由活塞膨胀机的结构剖面图，其连接方式如图1所示。气缸筒5两端加工有安装槽，该安装槽分别与无杆侧端盖12和有杆侧端盖15连接，且两端连接部位均安有O型密封圈14；有杆侧端盖15中心部位设有用于活塞杆1穿过的中心孔，在中心空的内表面布置有导向套16，导向套16内表面为活塞杆密封圈2，有杆侧端盖15的侧面径向设有通孔作为气口B3，活塞杆1穿过活塞杆密封圈2、导向套16与位于气缸筒5内的活塞7紧固连接；活塞7外侧圆周上加工有环槽分别用于安装活塞密封圈8和耐磨环9；在活塞7有杆侧端盖15的这一侧，与活塞7连接的活塞杆1上设有第一缓冲套6；在活塞7无杆侧端盖12的这一侧，与活塞7连接的活塞杆1上设有第二缓冲套13；单向缓冲阀B4布置在有杆侧端盖15上，单向缓冲阀A10布置在无杆侧端盖12上，无杆侧端盖12的侧面径向设有通孔作为气口A11，在无杆侧端盖12侧的活塞杆1轴向顶端设有空腔与气口A11连接。当自由活塞膨胀机21工作时，活塞7运行到接近无杆侧端盖12位置时，第二缓冲套13将会堵住自由活塞膨胀机气口A11，此时，乏气只能通过单向缓冲阀A10排出自由活塞膨胀机21，实现活塞内部气体缓冲，防止活塞7对无杆侧缸盖12进行撞击，且可以通过调节缓冲阀10的开度，实现对缓冲力大小的调整。当活塞7向有杆侧端盖15方向运行时，同理。
图2是单活塞双作用自由活塞直线发电机装置结构示意图，其连接关系如图2所示。该装置主要由自由行程的活塞膨胀机系统、永磁式圆筒直线发电机系统、采集控制系统以相应连接线路组成。上述的自由活塞膨胀机系统，包括自由活塞膨胀机21、磁感接近开关A20、磁感接近开关B22、第一工质质量流量计33、第二工质质量流量计35、第一三通阀18、第二三通阀34、第一电磁阀17、第二电磁阀36、第三电磁阀37、第四电磁阀38、分流器42、稳压阀43、储气罐44以及连接他们之间的管路；永磁式圆筒直线发电机系统包括直线发电机定子27、直线发电机动子28、连接挡板24、整流器29、电能存储单元39、多通道采集仪40以及连接它们的线路；采集控制系统包括电脑控制模块41、多通道采集仪40、第一电磁阀17、第二电磁阀36、第三电磁阀37、第四电磁阀38、第一压力传感器19、第二压力传感器31、第一温度传感器30、第二温度传感器32、磁感接近开关A20、磁感接近开关B22。
自由活塞膨胀机系统进气管路各部件的连接关系是：储气罐44、稳压阀43、分流器42、第二、三电磁阀36、37、第一、二三通阀18、34、第一、二工质质量流量计33、35、自由活塞膨胀机气口A11、自由活塞膨胀机气口B3通过管路首尾连接。
自由活塞膨胀机系统排气管路各部件的连接关系是：自由活塞膨胀机气口A11、自由活塞膨胀机气口B3、第一、二工质质量流量计33、35、第一、四电磁阀17、38通过管路首尾连接。
采集控制系统各部件的连接关系是：磁感接近开关20、22、第一、二压力传感器19、31、第一、二温度传感器30、32、第一、二、三、四电磁阀17、36、37、38、电能存储单元39分别通过线束与多通道采集仪40相连，多通道采集仪40与电脑控制模块41相连。
自由活塞膨胀机21与永磁式圆筒直线发电机25采取水平布置方式，即自由活塞膨胀机21与磁式圆筒直线发电机25之间的V型夹角为180度，且通过连杆23连接，连杆23两端通过柔性转接头分别与自由活塞膨胀机21和永磁式圆筒直线发电机动子25同轴连接。磁感接近开关A20和磁感接近开关B22对称布置在自由活塞膨胀机21两侧，用于检测自由活塞膨胀机21内活塞7的位置信息。第一、二压力传感器19、31、第一、二温度传感器30、32分别布置在与自由活塞膨胀机气口A、B11、3相连的管路上，用于测定自由活塞膨胀机21气缸内压力温度情况。
以下结合附图详细说明自由活塞膨胀机-直线电机的工作原理：
本发明单活塞双作用的自由活塞直线发电机动力来自高压高温气体在膨胀机内膨胀做功。输入缸内的高温高压气体为干工质且其状态为饱和蒸汽或过热蒸汽，经膨胀后变为低温低压乏气排出自由活塞膨胀机。
装置开始工作时，第二电磁阀36打开，第一电磁阀17闭合，第四电磁阀38打开，第三电磁阀37闭合，储气罐44内的高温高压气体通过第二电磁阀36所在进气管路，从自由活塞膨胀机气口A11流入自由活塞膨胀机21，推动活塞7由气口A向气口B运动，乏气从自由活塞膨胀机气口B11流出，通过第四电磁阀38所在排气管路排出。通入一定时间t秒后，第二电磁阀36闭合，第一、三、四电磁阀17、37、38状态不变，高温高压气体在自由活塞膨胀机21内自由膨胀，继续推动活塞7运动。当活塞7运动到自由活塞膨胀机气口B3端设定位移报警点X2时，采集控制系统发出指令，第二电磁阀36闭合，第一电磁阀17打开，第四电磁阀38闭合，第三电磁阀37打开，储气罐44内的高温高压气体通过第三电磁阀37所在进气管路，从自由活塞膨胀机气口B3进入自由活塞膨胀机21，推动活塞7由气口B向气口A运动，乏气从自由活塞膨胀机气口A11流出，通过第一电磁阀17所在排气管路排出。通入一定时间t秒后，第三电磁阀37闭合，第一、二、四电磁阀17、36、38状态不变，高温高压气体在自由活塞膨胀机21内自由膨胀，继续推动活塞7运动。同理，当活塞运动到自由活塞膨胀机气口A11端设定位移报警点X1时，采集控制系统发出指令，第二电磁阀36打开，第一电磁阀17闭合，第四电磁阀38打开，第三电磁阀37闭合，高压高温气体通过自由活塞膨胀机气口A11进入自由活塞膨胀机，开始下一工作循环。活塞7往复运动过程中，通过连杆23带动圆筒式直线发电机动子28运动，动子连续运动时，通过线圈的磁通方向将翻转变化，产生电能，输出的交流电通过整流器29转化为直流电储存到电能存储装置39中。本装置通过调节设定位移报警点X1、X2，可以调整自由活塞膨胀机21中活塞7的行程，以适应在不同工况下工作，从而获得更好的能量转化效率。同时，通过采集控制系统调整第二电磁阀36、第三电磁阀37打开的持续时间，可以调整膨胀行程时间长短，从而保证在不同工况下，高温高压的压缩气体可以完全膨胀，以提高能量利用率，减少能量损失。相较现有的膨胀机，本装置具有结构紧凑、摩擦损失小、能量转化效率高等优点，具有较为广泛的应用前景。

Claims (5)

1.一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：该装置主要包括自由行程的活塞膨胀机系统、永磁式圆筒直线发电机系统、采集控制系统；
上述的自由行程的活塞膨胀机系统，包括自由活塞膨胀机(21)、磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)、第一工质质量流量计(33)、第二工质质量流量计(35)、第一三通阀(18)、第二三通阀(34)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、分流器(42)、稳压阀(43)、储气罐(44)；储气罐(44)经由稳压阀(43)、分流器(42)后分为两个分支进气管路，分流器(42)分为支进气管路分别与第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)连接，第二电磁阀(36)经由第一三通阀(18)、第一工质质量流量计(33)与自由活塞膨胀机(21)的气口A(11)连接，在气口A(11)与第一工质质量流量计(33)之间的管路上设有第一压力传感器(19)和第一温度传感器(32)；第三电磁阀(37)经由第二三通阀(34)、第二工质质量流量计(35)与自由活塞膨胀机(21)的气口B(3)连接，在气口B(3)与第二工质质量流量计(35)之间的管路上设有第二压力传感器(31)和第二温度传感器(30)；同时第一三通阀(18)还与第一电磁阀(17)连接，使得气口A(11)、第一工质质量流量计(33)、第一三通阀(18)、第一电磁阀(17)构成一分支排气管路；第二三通阀(34)还与第四电磁阀(38)连接，使得气口B(3)、第二工质质量流量计(35)、第二三通阀(34)还与第四电磁阀(38)构成另一分支排气管路，上述连接为管路连接；；
永磁式圆筒直线发电机系统包括磁式圆筒直线发电机(25)、整流器(29)、电能存储单元(39)，磁式圆筒直线发电机(25)的直线发电机动子(28)通过连杆(23)与自由活塞膨胀机(21)中的活塞杆(1)固定连接，磁式圆筒直线发电机(25)的直线发电机定子(27)经整流器(29)与电能存储单元(39)连接，上述连接为电路连接；
采集控制系统包括电脑控制模块(41)、多通道采集仪(40)、磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)，磁感接近开关A(20)和磁感接近开关B(22)对称布置在自由活塞膨胀机(21)两侧，用于检测自由活塞膨胀机(21)内活塞(7)的位置信息；磁感接近开关A(20)、磁感接近开关B(22)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、第二压力传感器(31)、第二温度传感器(30)、第一压力传感器(19)、第一温度传感器(32)分别与多通道采集仪(40)连接，多通道采集仪(40)与电脑控制模块(41)连接；电脑控制模块(41)同时还分别与第一电磁阀(17)、第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)、第四电磁阀(38)、第二压力传感器(31)连接；采集控制系统中的连接为电路或信息通路连接。
2.按照权利要求1所述的一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：自由活塞膨胀机(21)与永磁式圆筒直线发电机(25)采取水平布置方式，即自由活塞膨胀机(21)与磁式圆筒直线发电机(25)之间的V型夹角为180度，且通过连杆(23)连接，连杆(23)两端通过柔性转接头分别与自由活塞膨胀机(21)和永磁式圆筒直线发电机动子(25)同轴连接。
3.按照权利要求1所述的一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：自由活塞膨胀机(21)结构如下，气缸筒(5)两端加工有安装槽，该安装槽分别与无杆侧端盖(12)和有杆侧端盖(15)连接，且两端连接部位均安有O型密封圈(14)；有杆侧端盖(15)中心部位设有用于活塞杆(1)穿过的中心孔，在中心空的内表面布置有导向套(16)，导向套(16)内表面为活塞杆密封圈(2)，有杆侧端盖(15)的侧面径向设有通孔作为气口B(3)，活塞杆(1)穿过活塞杆密封圈(2)、导向套(16)与位于气缸筒(5)内的活塞(7)紧固连接；活塞(7)外侧圆周上加工有环槽分别用于安装活塞密封圈(8)和耐磨环(9)；在活塞(7)有杆侧端盖(15)的这一侧，与活塞(7)连接的活塞杆(1)上设有第一缓冲套(6)；在活塞(7)无杆侧端盖(12)的这一侧，与活塞(7)连接的活塞杆(1)上设有第二缓冲套(13)；单向缓冲阀B(4)布置在有杆侧端盖(15)上，单向缓冲阀A(10)布置在无杆侧端盖(12)上，无杆侧端盖(12)的侧面径向设有通孔作为气口A(11)，在无杆侧端盖(12)侧的活塞杆(1)轴向顶端设有空腔与气口A(11)连接。
4.按照权利要求2所述的一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：当自由活塞膨胀机(21)工作时，活塞(7)运行到接近无杆侧端盖(12)位置时，第二缓冲套(13)将会堵住自由活塞膨胀机气口A(11)，此时，乏气只能通过单向缓冲阀A(10)排出自由活塞膨胀机(21)，实现活塞内部气体缓冲，防止活塞(7)对无杆侧缸盖(12)进行撞击，且可以通过调节缓冲阀(10)的开度，实现对缓冲力大小的调整；当活塞(7)向有杆侧端盖(15)方向运行时，同理。
5.按照权利要求1所述的一种可用于小型有机朗肯循环余热回收的热-电转化集成装置，其特征在于：通过调节设定位移报警点X1、X2，可以调整自由活塞膨胀机(21)中活塞(7)的行程，以适应在不同工况下工作；同时，通过采集控制系统分别调整第二电磁阀(36)、第三电磁阀(37)打开的持续时间，可以调整膨胀行程时间长短，从而保证在不同工况下，高温高压的压缩气体可以完全膨胀，以提高能量利用率，减少能量损失。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108374718A (zh) * 2018-03-14 2018-08-07 北京工业大学 一种活塞行程可控的内燃式自由活塞直线发电机集成测控系统
CN108386271A (zh) * 2018-03-08 2018-08-10 北京工业大学 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统
CN110848208A (zh) * 2019-12-02 2020-02-28 内蒙古科技大学 一种基于排气回收的气动集成系统及其控制方法
CN112746866A (zh) * 2021-01-11 2021-05-04 重庆科技学院 带配重系统的液压自由活塞膨胀机直线发电装置
CN113530903A (zh) * 2021-08-24 2021-10-22 天津大学 一种液压驱动式的快速压缩膨胀机及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2470854A1 (fr) * 1979-11-30 1981-06-12 Larger Jean Installation de production d'electricite
WO1996032576A1 (en) * 1995-04-10 1996-10-17 T. Potma Beheer B.V. Operation and control of a free piston aggregate
US20050081804A1 (en) * 2002-04-25 2005-04-21 Deutsches Zentrum Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. Free-piston device with electric linear drive
US20100146949A1 (en) * 2006-09-25 2010-06-17 The University Of Sussex Vehicle power supply system
CN204591863U (zh) * 2015-05-04 2015-08-26 冯金泉 一种举升机用高精度液压缸
CN207776907U (zh) * 2017-11-13 2018-08-28 北京工业大学 一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热-电转化装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2470854A1 (fr) * 1979-11-30 1981-06-12 Larger Jean Installation de production d'electricite
WO1996032576A1 (en) * 1995-04-10 1996-10-17 T. Potma Beheer B.V. Operation and control of a free piston aggregate
US20050081804A1 (en) * 2002-04-25 2005-04-21 Deutsches Zentrum Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. Free-piston device with electric linear drive
US20100146949A1 (en) * 2006-09-25 2010-06-17 The University Of Sussex Vehicle power supply system
CN204591863U (zh) * 2015-05-04 2015-08-26 冯金泉 一种举升机用高精度液压缸
CN207776907U (zh) * 2017-11-13 2018-08-28 北京工业大学 一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热-电转化装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨凯;张红光;宋松松;贝晨;常莹;王宏进;: "车用柴油机-有机朗肯循环联合系统的设计及分析", 内燃机工程, no. 03 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108386271A (zh) * 2018-03-08 2018-08-10 北京工业大学 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统
CN108386271B (zh) * 2018-03-08 2021-01-15 北京工业大学 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统
CN108374718A (zh) * 2018-03-14 2018-08-07 北京工业大学 一种活塞行程可控的内燃式自由活塞直线发电机集成测控系统
CN108374718B (zh) * 2018-03-14 2023-04-28 北京工业大学 一种活塞行程可控的内燃式自由活塞直线发电机集成测控系统
CN110848208A (zh) * 2019-12-02 2020-02-28 内蒙古科技大学 一种基于排气回收的气动集成系统及其控制方法
CN110848208B (zh) * 2019-12-02 2021-11-23 内蒙古科技大学 一种基于排气回收的气动集成系统及其控制方法
CN112746866A (zh) * 2021-01-11 2021-05-04 重庆科技学院 带配重系统的液压自由活塞膨胀机直线发电装置
CN112746866B (zh) * 2021-01-11 2022-03-11 重庆科技学院 带配重系统的液压自由活塞膨胀机直线发电装置
CN113530903A (zh) * 2021-08-24 2021-10-22 天津大学 一种液压驱动式的快速压缩膨胀机及其控制方法

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