CN207554191U - 一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置 - Google Patents

一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置，包括微型自由活塞动力机构和温差发电装置；所述微型自由活塞动力机构包括定子和活塞；所述左燃烧室和右燃烧室内壁分别设有激磁绕组和定子绕组，所述激磁绕组与外部电源连接；所述定子绕组与储能装置连接；所述活塞的结构为磁性对置式活塞结构，所述排气口与废气收集管连接；所述废气收集管内设有导向管；所述高温侧陶瓷板与低温侧陶瓷板相互平行，所述N型半导体和P型半导体交替排列在高温侧陶瓷板与低温侧陶瓷板之间，且通过导电片串联连接；所述导电片与储能装置连接。本实用新型用于利用高温热源与外界环境冷源之间的温差进行发电，使能源利用更加高效。

Description

一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置
技术领域
本实用新型涉及内燃机领域和发电领域相关的微动力系统，特别涉及一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置。
背景技术
近年来随着科技发展和微加工技术的不断进步，微机电系统得到了广泛应用，各种仪器设备日益向微型化和功能集成化方向发展，兼具体积小、重量轻、储能大及寿命长等优点的微自由活塞动力装置日益引起了广泛关注，其中公开号为CN105649679A的专利在微自由活塞压缩端面以及燃烧室底部添加催化剂层，降低了燃烧反应所需的活化能，提高了着火燃烧的可靠性；公开号为CN106121812A专利有效改善了进气系统，使混合燃料能够均匀布满燃烧室，达到稳定、充分燃烧；公开号为CN103670823A专利将内燃机和发电机结合起来，减少了机械机构往复运动时的能量损失，获得了较高的能量转换率。微自由活塞动力装置燃烧室内平均温度可达2000摄氏度左右，但现有专利和技术均未涉及微自由活塞动力装置高温废气余热的有效利用。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置，将微型自由活塞动力装置的高温废气收集起来加以利用，作为温差发电装置的热源，并安装温差发电片，利用高温热源与外界环境冷源之间的温差进行发电，提高热量的利用率，使能源利用更加高效。
本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置，包括微型自由活塞动力机构和温差发电装置；所述微型自由活塞动力机构包括定子和活塞；所述定子从左到右依次划分为左燃烧室、进气室和右燃烧室；所述左燃烧室和右燃烧室内壁分别设有激磁绕组和定子绕组，所述激磁绕组与外部电源连接，用于产生磁场力使所述活塞运动；所述定子绕组与储能装置连接；所述活塞的结构为磁性对置式活塞结构，包括左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞；所述左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞之间通过活塞杆连接；所述左磁性活塞位于所述左燃烧室内，所述右磁性活塞位于右燃烧室内，所述中间活塞位于进气室内；所述左燃烧室和右燃烧室上设有排气口；所述排气口与废气收集管连接；所述温差发电装置包括高温侧陶瓷板、低温侧陶瓷板、N型半导体和P型半导体；所述废气收集管内设有导向装置，用于将高温废气导流到高温侧陶瓷板一侧；所述高温侧陶瓷板与低温侧陶瓷板相互平行，所述N型半导体和P型半导体交替排列在高温侧陶瓷板与低温侧陶瓷板之间，且通过导电片串联连接；所述导电片与储能装置连接。
进一步，还包括电流逆变器，所述定子绕组与储能装置之间连接有电流逆变器，用于保证电流进入储能装置的方向一致。
进一步，还包括弹性补偿片，所述弹性补偿片安装在低温侧陶瓷板与所述N型半导体和P型半导体之间，用于消除热应力。
进一步，所述高温侧陶瓷板与高温废气接触的一侧设有翅片。
进一步，所述左磁性活塞和右磁性活塞表面涂层磁性材料。
进一步，所述磁性材料材质为耐热的磁性材料，优选衫钴或铝镍钴。
进一步，所述导向装置为导向管，所述导向管一端与废气收集管连通，所述导向管另一端位于高温侧陶瓷板附近。
本实用新型的有益效果在于：
1.本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，将微型自由活塞动力机构和温差发电装置相结合，利用高温废气与外界环境之间的温差来发电，减少了微型自由活塞动力装置高温废气的余热损失，有效提高了能量的利用率。
2.本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，带翅片结构的高温侧陶瓷板和低温侧陶瓷板导热性能好，工作过程中可较快与高低温热源达到温度平衡。
3.本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，高温侧陶瓷板所设计的翅片结构，大大增大了陶瓷板与高温侧废气的接触面积，可使其与高温侧废气快速达到温度平衡。
4.本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，设计了导向管，大大提高了高温废气的利用率，并借助高温侧排气盖板的结构使高温废气与高温侧陶瓷板充分进行热量交换，大大提高了能量的利用率。
附图说明
图1为本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置结构示意图。
图中：
1-左燃烧室；2-左排气口；3-磁性材料；4-活塞；5-激磁绕组；6-定子绕组；7-进气室；8-进气口；9-废气收集管；10-导向管；11-定子；12-右排气口；13-右燃烧室；14-电流逆变器；15-高温侧陶瓷板；16-导电片；17-N型半导体；18-P型半导体；19-低温侧陶瓷板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
如图1所示，本实用新型所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，包括微型自由活塞动力机构和温差发电装置；所述微型自由活塞动力机构包括定子11和活塞4；所述定子11从左到右依次划分为左燃烧室1、进气室7和右燃烧室13；所述左燃烧室1和右燃烧室13内壁分别设有激磁绕组5和定子绕组6，所述激磁绕组5与外部电源连接，用于产生磁场力使所述活塞4运动；所述定子绕组6与储能装置连接；所述活塞4的结构为磁性对置式活塞结构，包括左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞；所述左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞之间通过活塞杆连接；所述左磁性活塞和右磁性活塞表面涂层磁性材料3，所述磁性材料材质为耐热的磁性材料，优选衫钴或铝镍钴；所述左磁性活塞位于所述左燃烧室1内，所述右磁性活塞位于右燃烧室13内，所述中间活塞位于进气室7内；所述左燃烧室1上设有左排气口2，右燃烧室13上设有右排气口12；所述左排气口2和右排气口12与废气收集管9连接；所述温差发电装置包括高温侧陶瓷板15、低温侧陶瓷板19、N型半导体17和P型半导体18；所述废气收集管9内设有导向装置，用于将高温废气导流到高温侧陶瓷板15一侧；所述高温侧陶瓷板15与高温废气接触的一侧设有翅片，用于增加换热面积。所述高温侧陶瓷板15与低温侧陶瓷板19相互平行，所述N型半导体17和P型半导体18交替排列在高温侧陶瓷板15与低温侧陶瓷板19之间，且通过导电片16串联连接；所述导电片16与储能装置连接。所述弹性补偿片安装在低温侧陶瓷板19与所述N型半导体17和P型半导体18之间，用于消除热应力。
本实用新型的工作原理和工作过程为：
从进气室7上的进气口8加入燃料，通过激磁绕组5产生磁场力使所述活塞4向右或者左运动，左燃烧室1和右燃烧室13内的燃料交替燃烧产生能量推,活塞4做往复运动，活塞4在定子11内部做往复运动，定子绕组6相对于磁性活塞4在运动，由于活塞4的制作材料具有耐热、电阻率高、磁性极好的特点，进而切割磁感线，产生感应电动势，导线将电流传送至储能装置。
所述左排气口2和右排气口12与废气收集管9连接，所述废气收集管9内设有导向管10，用于将高温废气导流到高温侧陶瓷板15一侧，用于将高温废气导流并短时储存于高温侧陶瓷板15处；高温侧陶瓷板15和低温侧陶瓷板19具有优良的导热性能，带翅片的高温侧陶瓷板15与高温废气充分进行热交换并达到与高温废气相同的温度，低温侧陶瓷板19置于外界环境中与外界环境达到相同的温度。P型半导体18和N型半导体17是两种不同类型的热电材料，其中P型半导体是富空穴材料，N型半导体是富电子材料，用导电片16将P型半导体18和N型半导体17相连形成一个PN结，并将其固定在高温侧陶瓷板15上，另一端固定在低温侧陶瓷板19上，P(N)型材料高温端空穴(电子)浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势，这样P型半导体18和N型半导体17就通过微自由活塞动力装置的高温废气和冰水混合物之间的温差完成了将高温废气中的热能直接转化成电能的过程。但是，单独的一个PN结可形成的电动势很小，所以将很多个这样的PN结用导电片16串联起来，这样就可以得到足够高的电压，成为一个温差发电器，进行发电，充分利用微自由活塞动力装置所排废气的余热，提高能量的利用率。
还包括电流逆变器，所述定子绕组6与储能装置之间连接有电流逆变器，用于保证电流进入储能装置的方向一致。
所述导向装置为导向管10，所述导向管10一端与废气收集管9连通，所述导向管10另一端位于高温侧陶瓷板15附近。
所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，包括微型自由活塞动力机构和温差发电装置；
所述微型自由活塞动力机构包括定子(11)和活塞(4)；所述定子(11)从左到右依次划分为左燃烧室(1)、进气室(7)和右燃烧室(13)；所述左燃烧室(1)和右燃烧室(13)内壁分别设有激磁绕组(5)和定子绕组(6)，所述激磁绕组(5)与外部电源连接，用于产生磁场力使所述活塞(4)运动；所述定子绕组(6)与储能装置连接；
所述活塞(4)的结构为磁性对置式活塞结构，包括左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞；所述左磁性活塞、右磁性活塞和中间活塞之间通过活塞杆连接；所述左磁性活塞位于所述左燃烧室(1)内，所述右磁性活塞位于右燃烧室(13)内，所述中间活塞位于进气室(7)内；
所述左燃烧室(1)和右燃烧室(13)上设有排气口(2，12)；所述排气口(2，12)与废气收集管(9)连接；
所述温差发电装置包括高温侧陶瓷板(15)、低温侧陶瓷板(19)、N型半导体(17)和P型半导体(18)；所述废气收集管(9)内设有导向装置，用于将高温废气导流到高温侧陶瓷板(15)一侧；所述高温侧陶瓷板(15)与低温侧陶瓷板(19)相互平行，所述N型半导体(17)和P型半导体(18)交替排列在高温侧陶瓷板(15)与低温侧陶瓷板(19)之间，且通过导电片(16)串联连接；所述导电片(16)与储能装置连接。
2.根据权利要求1所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，还包括电流逆变器，所述定子绕组(6)与储能装置之间连接有电流逆变器，用于保证电流进入储能装置的方向一致。
3.根据权利要求1所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，还包括弹性补偿片，所述弹性补偿片安装在低温侧陶瓷板(19)与所述N型半导体(17)和P型半导体(18)之间，用于消除热应力。
4.根据权利要求1所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，所述高温侧陶瓷板(15)与高温废气接触的一侧设有翅片。
5.根据权利要求1所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，所述左磁性活塞和右磁性活塞表面涂层磁性材料(3)。
6.根据权利要求5所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，所述磁性材料材质为耐热的磁性材料，优选衫钴或铝镍钴。
7.根据权利要求1所述的带有余热利用的微型自由活塞动力装置，其特征在于，所述导向装置为导向管(10)，所述导向管(10)一端与废气收集管(9)连通，所述导向管(10)另一端位于高温侧陶瓷板(15)附近。
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CN108049969A (zh) * 2017-11-30 2018-05-18 江苏大学 一种带有余热利用的微型自由活塞动力装置
CN109113860A (zh) * 2018-07-04 2019-01-01 江苏大学 一种复式燃烧室结构的微型自由活塞发电机

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