CN203670001U

CN203670001U - 一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机

Info

Publication number: CN203670001U
Application number: CN201420007671.6U
Authority: CN
Inventors: 王谦; 刘艳; 何志霞
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2024-01-07

Abstract

本实用新型公开一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机，其特征是对置燃烧室底部与自由活塞端面都涂有催化剂层；磁铁固定在自由活塞的中部，可以起到一侧储气压缩气缸的尾气回收吸气作用，以及另一侧储气压缩气缸排气作用；燃烧室气缸外侧的首次预热弯管可以利用燃烧室外侧气缸壁热量对预混和气进行初步预热，同时温度较低的预混合气对燃烧室外侧气缸壁有一定降温作用；安装在尾气排放管内部的二次预热弯管利用微发电机排放的高温尾气可以对预混合气进行二次预热。本实用新型中的催化剂层对混合燃料有催化作用降低了燃烧反应所需的活化能，加快了燃烧速率；添加的预热弯管对预混合气进行预热，降低微发电机压缩气体着火条件，优化燃烧。

Description

一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机

技术领域

本实用新型涉及微型内燃机领域以及微型发电机领域，具体为一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机。

背景技术

随着微机电系统（MEMS）技术的发展，微燃烧动力机电系统（Combustion-driven Power MEMS）开辟了动力装置研究的一个新领域。微动力装置使用碳氢化合物作为其燃料，通过在微尺度空间内的燃烧，其转换效率只要达到20%就能产生比目前最好的电池高10倍的能量密度。因此，微型动力装置也成为国内外研究的热点。

美国Honeywell公司和明尼苏达大学最早提出微型HCCI自由活塞式发动机的构想。H.T.Aichlmayrl等人通过建立单次冲击过程的零维模型，对不同参数进行了数值模拟研究以及无量纲分析，并得到了影响混合燃气燃烧的主要因素。随后，明尼苏达大学对微型HCCI自由活塞式发动机进行了单次冲击的可视化试验，并用高速数码相机拍摄整个试验过程。剑桥大学的Sher I等通过数值模拟的方法，研究分析了传统内燃机燃烧过程与发动机的尺寸之间的关系，并提出微型HCCI发动机的尺度极限。江苏大学的王谦等对微型自由活塞发动机进行了基于丙烷燃烧并考虑传热、漏气过程的数值模拟研究。

目前公开的发动机与发电机相结合的各种技术中，都是由活塞带动原动机外面的发动机的动子运动而发电，产生了不必要的能量损耗，如专利94112513.0：“往复式发电机”、200420109327.4“一种往复式发电机”、WO0188353：“FREE PISTON ENGINE WITH ELECTRICAL POWER OUTPUT”、RU2150014：“FREE-PISTON INTERNAL-COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR AC GENERATOR”等，专利CN200989243Y虽然克服了以上专利的许多不足，但是还存在一些不足，如没有添加混合燃气预热系统以及催化层来优化燃烧。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，并且以更好的方式优化微自由活塞发电机，本实用新型提供一种添加蓄热式燃气预加热装置，以及结合催化燃烧的微自由活塞发电机。

本实用新型的技术方案是：一种带有燃气预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机，包括燃烧室、磁铁、活塞、储气压缩气缸、预混合气喷射器、减压阀、增压阀、催化剂层、排气阀、预热弯管、螺线圈、电流逆变器、开关和蓄电池。磁铁固定在两个自由活塞中间，磁铁的两侧是储气压缩气缸，储气压缩气缸内有四个排气阀，储气压缩气缸的外侧是燃烧室，排气阀连接位于储气压缩气缸和燃烧室之间的尾气引导管，尾气引导管连接尾气排放管，每个燃烧室各连接一个预混合气喷射器，燃烧室的外表面布置有首次预热弯管，首次预热弯管缠绕在燃烧室的外表面，混合气从进气口进入首次预热弯管，再进入位于尾气排放管内的二次预热弯管，再经预混合气喷射器进入燃烧室；储气压缩气缸的外壁安装有螺线圈，螺线圈通过导线与电流逆变器、开关和蓄电池串联，开关和蓄电池再与开关和负载并联；当磁铁带动自由活塞由中间位置向一侧燃烧室运动时，该侧燃烧室内的混合气被压燃，当自由活塞恢复到中间位置再向另一侧燃烧室运动时，该侧燃烧室与该侧的储气压缩气缸相连，燃烧产生的尾气进入该侧的储气压缩气缸，并从该侧的储气压缩气缸中的排气阀排出到该侧的尾气引导管中，尾气经该侧的尾气引导管进入该侧的尾气排放管，最后经排气口排出。

本实用新型的对置燃烧室底部与自由活塞端面都涂有催化剂层；磁铁固定在自由活塞的中部，可以起到一侧储气压缩气缸的尾气回收吸气作用，以及另一侧储气压缩气缸排气作用；燃烧室气缸外侧的首次预热弯管可以利用燃烧室外侧气缸壁热量对预混和气进行初步预热，同时温度较低的预混合气对燃烧室外侧气缸壁有一定降温作用；安装在尾气排放管内部的二次预热弯管利用微发电机排放的高温尾气可以对预混合气进行二次预热。储气压缩气缸外侧绕有螺线圈，螺线圈通过导线与电流逆变器、开关、蓄电池串联，蓄电池再与负载并联，负载由开关控制。

本实用新型的优点是：

1、采用微型自由活塞式装置不仅使得微型发电机结构简化，而且可以获得更高的能量密度。

2、添加了预热燃气系统，安装首次预热弯管发电机气缸外壁余热以及尾气余热对混合燃气进行进入燃烧室之前的预热，同时首次预热弯管起到了一定的气缸壁的降温作用。

3、添加预燃气系统，安装在尾气排放管内部的二次预热弯管对预混合气进行了进一步加热，使得预混合气进一步上升一定的温度，优化燃烧。

4、尾气排放管与燃烧室外缸体之间存在一定的间隙，有利于内燃机缸体的散热装置的添加。

5、自由活塞压缩端面以及燃烧室底部添加催化剂层，增加催化剂覆盖面积，降低燃烧了反应所需的活化能，加快了燃烧速率，加快产能速率。

6、在进气管道前端添加增压阀，使得预混合气气体从预热弯管到喷入燃烧室有足够大的压强。

7、在排气出口处添加减压阀，并且通过储气压缩气缸以及磁铁的扫气功能，增强了废气排放能力，使得燃烧室内的废气更好的排出气缸，有利于增加新鲜气体，提高微自由活塞发电机的效率。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置中的电路图；

如图所示，图中标号分别代表：1、燃烧室；2、自由活塞；3、储气压缩气缸；4、磁铁；5、预混合气喷射器；6、减压阀；7、增压阀；8、进气口；9燃烧室底部催化剂层；10、活塞端面催化剂层；11、12、排气阀；13、二次预热弯管；14、首次预热弯管；15、尾气排放管；16、尾气引导管；17、螺线圈；18、排气口；19、电流逆变器；20、导线；21、第一开关；22、负载；23、第二开关；24、蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本专利是对称布置，磁铁（4）固定在两自由活塞（2）中间，磁铁（4）两侧是储气压缩气缸（3），储气压缩气缸（3）外侧是对置的燃烧室（1），每个燃烧室（1）各有一个预混合气喷射器（5）。燃烧室（1）外侧绕有首次预热弯管（14），储气压缩气缸（3）通过磁铁（4）压缩扫气后气体通过排气阀（11）（12）进入尾气排放管（15），尾气排放管（15）内部绕有二次预热弯管（13），预混合气从二次预热弯管（13）出来后通过预混合气喷射器（5）进入燃烧室（1）。系统进气口（8）与排气口（18）处分别装有增压阀（7）与减压阀（6）。储气压缩气缸（3）外侧绕有螺线圈（17），如图2所示，螺线圈通过导线（20）与电流逆变器（19）、第二开关（23）、蓄电池（24）串联，第一开关（21）和负载（22）串联后再与第二开关（23）和蓄电池（24）并联。

使用本实用新型装置时，闭合第二开关（23），蓄电池（24）中发出的电流经电流逆变器（19）转化成交流电，螺线圈（17）相应的产生交变的磁场，交变的磁场作用于磁铁（4）使磁铁（4）往复运动，磁铁（4）带动自由活塞（2）运动，这样就完成了发动机的启动工作。当发动机启动了之后断开第二开关（23），闭合第一开关（21），负载（22）就可以工作了，当不需要再发电时，只需关闭预混合气喷射器（5）即可。

1、进气说明（以一侧燃烧室的情况说明）

进气口（8）前端装有增压阀（7）提高进气压强，预混合气首先经过绕在燃烧室（1）的气缸外壁的首次预热弯管（14），燃烧室（1）的气缸外壁的余热使得预混合气温度有一个初步的提高，同时也对气缸外壁起到一定的降温作用。从首次预热弯管（14）出来后的预混合气进入二次预热弯管（13），利用尾气排放管（15）内的尾气余热对预混合气进一步加热，进一步利用了前一次循环产生的余热。最后被加热后的预混合气通过预混合气喷射器（5）进入燃烧室，充满燃烧室，配合着排气装置起到了一定的扫气作用。

2、排气说明（以一侧燃烧室的情况说明）

燃烧室内燃烧尾气通过磁铁（4）的运动被吸入储气压缩气缸（3），利用预混合气的喷入以及排气口处装有的减压阀（6）起到了很好的尾气排放效果。进入储气压缩气缸（3）的气体在下一个燃烧室压缩冲程中，通过自由活塞（2）的运动被压入尾气排放管（15）内，再经过装有减压阀（6）的排气口（18）排出整个装置。整个进气排气过程交替进行，循环往复。

Claims

1.一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机，其特征在于：包括燃烧室（1）、自由活塞（2）、储气压缩气缸（3）、磁铁（4）、预混合气喷射器（5）、减压阀（6）、增压阀（7）、进气口（8）、燃烧室底部催化剂层（9）、活塞端面催化剂层（10）、排气阀（11）（12）、二次预热弯管（13）、首次预热弯管（14）、尾气排放管（15）、尾气引导管（16）、螺线圈（17）、排气口（18）、电流逆变器（19）、导线（20）、第一开关（21）、负载（22）、第二开关（23）和蓄电池（24），磁铁（4）固定在两个自由活塞（2）中间，磁铁（4）的两侧是储气压缩气缸（3），储气压缩气缸（3）内有四个排气阀（11）（12），储气压缩气缸（3）的外侧是燃烧室（1），排气阀（12）连接位于储气压缩气缸（3）和燃烧室（1）之间的尾气引导管（16），尾气引导管（16）连接尾气排放管（15），每个燃烧室（1）各连接一个预混合气喷射器（5），燃烧室（1）的外表面布置有首次预热弯管（14），首次预热弯管（14）缠绕在燃烧室（1）的外表面，混合气从进气口（8）进入首次预热弯管（14），再进入位于尾气排放管（15）内的二次预热弯管（13），再经预混合气喷射器（5）进入燃烧室（1）；储气压缩气缸（3）的外壁安装有螺线圈（17），螺线圈（17）通过导线（20）与电流逆变器（19）、第二开关（23）和蓄电池（24）串联，第一开关（21）和负载（22）串联后再与第二开关（23）和蓄电池（24）并联；当磁铁（4）带动自由活塞（2）由中间位置向一侧燃烧室（1）运动时，该侧燃烧室（1）内的混合气被压燃，当自由活塞（2）恢复到中间位置再向另一侧燃烧室（1）运动时，该侧燃烧室（1）与该侧的储气压缩气缸（3）连通，该侧燃烧室（1）燃烧产生的尾气进入该侧的储气压缩气缸（3），并从该侧的储气压缩气缸（3）中的排气阀（11）直接进入尾气排放管（15）或经排气阀（12）排出到该侧的尾气引导管（16）再经该侧的尾气引导管（16）进入该侧的尾气排放管（15），最后经该侧的排气口（18）排出。

2.一种如权利要求1所述的带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机，其特征在于：所述进气口（8）处安装有增压阀（7），排气口（18）处安装有减压阀（6）。

3.一种如权利要求1所述的带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机，其特征在于：所述燃烧室（1）底部布置有燃烧室底部催化剂层（9）、所述自由活塞（2）端面布置有活塞端面催化剂层（10）。