RU2652092C1 - Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником - Google Patents
Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652092C1 RU2652092C1 RU2017121467A RU2017121467A RU2652092C1 RU 2652092 C1 RU2652092 C1 RU 2652092C1 RU 2017121467 A RU2017121467 A RU 2017121467A RU 2017121467 A RU2017121467 A RU 2017121467A RU 2652092 C1 RU2652092 C1 RU 2652092C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pistons
- heat exchanger
- linear
- generator
- air
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
- F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
- H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
- H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в повышении эффективности преобразования. Двухцилиндровый энергомодуль включает теплообменник, систему управления, поршни, якоря, катушку и статорный магнит линейного электрогенератора, впускные и выпускные обратные клапаны, пневмоаккумулятор и клапан пневмоаккумулятора. Тепловая энергия подводится к теплообменнику и нагревает воздух в его внутренней полости. Система управления отслеживает величину температуры рабочего тела в теплообменнике. В момент времени, когда температура воздуха в теплообменнике достигнет величины, обеспечивающей скорости поршней и соединенных с поршнями якорей линейного электрогенератора, при которых в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, близкий по частоте к резонансной частоте контура в составе якорей, статорного магнита и катушки линейного электрогенератора, открывает впускные клапаны. Воздух из теплообменника через впускные клапаны поступает в рабочие полости поршней энергомодуля. Под действием воздуха поршни начинают движение расхождения из одних крайних точек в противоположные крайние точки движения. Воздух из компрессорных полостей поршней энергомодуля заряжает пневмоаккумулятор. Магнитный поток контура замыкается якорями и статорным магнитом. В результате в катушке генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны. Якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. 1 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения патент РФ 2550228 «Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга».
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной недостаток устройства по патенту РФ 2550228 состоит в том, что частота колебаний рабочего поршня, соединенного со штоком, напрямую зависит от интенсивности подводимого тепла в «горячую» полость цилиндра. Следовательно, и эффективность преобразования кинетической энергии рабочего поршня и штока в электроэнергию также напрямую зависит от интенсивности подводимого тепла в «горячую» полость цилиндра. Максимальная эффективность преобразования кинетической энергии якоря любого электромагнитного генератора в электроэнергию наблюдается при условии совпадения частоты движения якоря с резонансной частотой электромагнитного контура генератора. Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении максимальной эффективности преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником при неравномерном подводе тепла к теплообменнику.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником состоит в следующем. Тепловая энергия от топки, лучистая энергия солнца и т.д. подводится к теплообменнику 1 и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника 1. Система управления отслеживает величину температуры рабочего тела в теплообменнике 1. В момент времени, когда температура воздуха в теплообменнике 1 достигнет величины, обеспечивающей скорости поршней 2, 3 и соединенных с поршнями якорей линейного электрогенератора 4, 5, при которой в катушке линейного электрогенератора 6 генерируется импульс электроэнергии, близкий по частоте к резонансной частоте контура в составе якорей 4, 5, статорного магнита линейного электрогенератора 7 и катушки линейного электрогенератора 6, открывает впускные клапаны 8, 9. Воздух из теплообменника 1 через впускной клапан 8 поступает в рабочую (правую по рисунку) полость поршня 2 и через впускной клапан 9 в рабочую (левую) полость поршня 3. Под действием воздуха поршни 2, 3 начинают движение расхождения из одних крайних точек движения в противоположные крайние точки движения. Воздух из компрессорной (левой) полости поршня 2 через выпускной обратный клапан 10 поступает в пневмоаккумулятор 11. Воздух из компрессорной (правой) полости поршня 3 через выпускной обратный клапан 12 поступает в пневмоаккумулятор 11. При этом происходит зарядка пневмоаккумулятора 11. Магнитный поток статорного магнита 7 замыкается по контуру якорь линейного электрогенератора 4, якорь линейного электрогенератора 5 и снова статорный магнит линейного электрогенератора 7. В результате движения якорей 4, 5 площади поверхностей, примыкающих к якорю линейного электрогенератора 4 и к якорю линейного электрогенератора 5, уменьшаются, соответственно изменяется магнитный поток в контуре якоря линейного электрогенератора 4, якоря линейного электрогенератора 5 и статорного магнита линейного электрогенератора 7, и в катушке линейного электрогенератора 6 генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней 2, 3 в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны 8, 9 и открывает выпускные клапаны 13, 14.
Якоря 4, 5 линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни 2, 3, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший воздух из компрессорных полостей поршней 2, 3 через открытые выпускные клапаны 13, 14 вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны 15, 16 воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней 2, 3. Одновременно система управления открывает клапан пневмоаккумулятора 17 и воздух из пневмоаккумулятора 10 поступает в теплообменник 1, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха до температуры, при которой в катушке линейного электрогенератора обеспечивается генерирование импульса электроэнергии, близкого по частоте к резонансной частоте контура. Затем цикл генерирования импульса электроэнергии повторяется. Таким образом, обеспечивается максимальная эффективность преобразования тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику 1.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником, включающим теплообменник, систему управления, поршни, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, статорный магнит линейного электрогенератора, впускные клапаны, выпускные обратные клапаны, пневмоаккумулятор, выпускные клапаны, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличается тем, что тепловая энергия подводится к теплообменнику и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры рабочего тела в теплообменнике, в момент времени, когда температура воздуха в теплообменнике достигнет величины, обеспечивающей скорости поршней и соединенных с поршнями якорей линейного электрогенератора, при которых в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, близкий по частоте к резонансной частоте контура в составе якорей линейного электрогенератора, статорного магнита линейного электрогенератора и катушки линейного электрогенератора, открывает впускные клапаны, воздух из теплообменника через впускные клапаны поступает в рабочие полости поршней энергомодуля, под действием воздуха поршни начинают движение расхождения из одних крайних точек движения в противоположные крайние точки движения, воздух из компрессорных полостей поршней энергомодуля через впускные обратные клапаны поступает в пневмоаккумулятор и заряжает пневмоаккумулятор, магнитный поток контура в составе якорей линейного электрогенератора и статорного магнита линейного электрогенератора замыкается якорями линейного электрогенератора и статорным магнитом линейного электрогенератора, в результате движения якорей площади поверхностей между якорями уменьшаются, соответственно изменяется магнитный поток в контуре якоря линейного электрогенератора и статорного магнита линейного электрогенератора, и в катушке линейного генератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны, якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение, отработавший воздух из компрессорных полостей поршней через открытые выпускные клапаны вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней, одновременно система управления открывает клапан пневмоаккумулятора и воздух из пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха до температуры, при которой в катушке линейного электрогенератора обеспечивается генерирование импульса электроэнергии, близкого по частоте к резонансной частоте контура, после чего цикл генерирования импульса электроэнергии повторяется.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классических тепловых машин.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура. Принципиальная схема двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником.
1 - теплообменник; 2, 3 - поршень; 4, 5 - якорь линейного электрогенератора; 6 - катушка линейного электрогенератора; 7 - статорный магнит линейного электрогенератора; 8, 9 - впускной клапан; 10, 12 - выпускной обратный клапан; 11 - пневмоаккумулятор; 13, 14 - выпускной клапан; 15, 16 - впускной обратный клапан; 17 - клапан пневмоаккумулятора.
Claims (1)
- Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником, включающим теплообменник, систему управления, поршни, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, статорный магнит линейного электрогенератора, впускные клапаны, выпускные обратные клапаны, пневмоаккумулятор, выпускные клапаны, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличается тем, что тепловая энергия подводится к теплообменнику и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры рабочего тела в теплообменнике, в момент времени, когда температура воздуха в теплообменнике достигнет величины, обеспечивающей скорости поршней и соединенных с поршнями якорей линейного электрогенератора, при которых в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, близкий по частоте к резонансной частоте контура в составе якорей линейного электрогенератора, статорного магнита линейного электрогенератора и катушки линейного электрогенератора, открывает впускные клапаны, воздух из теплообменника через впускные клапаны поступает в рабочие полости поршней энергомодуля, под действием воздуха поршни начинают движение расхождения из одних крайних точек движения в противоположные крайние точки движения, воздух из компрессорных полостей поршней энергомодуля через впускные обратные клапаны поступает в пневмоаккумулятор и заряжает пневмоаккумулятор, магнитный поток контура в составе якорей линейного электрогенератора и статорного магнита линейного электрогенератора замыкается якорями линейного электрогенератора и статорным магнитом линейного электрогенератора, в результате движения якорей площади поверхностей между якорями уменьшаются, соответственно изменяется магнитный поток в контуре якоря линейного электрогенератора и статорного магнита линейного электрогенератора, и в катушке линейного генератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны, якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение, отработавший воздух из компрессорных полостей поршней через открытые выпускные клапаны вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней, одновременно система управления открывает клапан пневмоаккумулятора и воздух из пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха до температуры, при которой в катушке линейного электрогенератора обеспечивается генерирование импульса электроэнергии, близкого по частоте к резонансной частоте контура, после чего цикл генерирования импульса электроэнергии повторяется.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121467A RU2652092C1 (ru) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121467A RU2652092C1 (ru) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2652092C1 true RU2652092C1 (ru) | 2018-04-25 |
Family
ID=62045711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017121467A RU2652092C1 (ru) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652092C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3835824A (en) * | 1973-01-22 | 1974-09-17 | Donald R Mac | Free piston engine |
SU1740727A1 (ru) * | 1990-05-31 | 1992-06-15 | Войсковая часть 19163 | Свободнопоршневой двухтактный двигатель-электрогенератор с противоположно движущимис поршн ми |
SU1800079A1 (ru) * | 1990-06-05 | 1993-03-07 | Ivan I Bille | Свободнопоршневой двухтактный двигатель-электрогенератор 2 |
RU2150014C1 (ru) * | 1999-03-16 | 2000-05-27 | Пинский Феликс Ильич | Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока |
RU2328608C1 (ru) * | 2007-02-06 | 2008-07-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Энергомодуль с ускорителем якоря |
RU2422655C1 (ru) * | 2010-04-09 | 2011-06-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей |
RU143160U1 (ru) * | 2013-12-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | Линейный генератор постоянного тока с приводом от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания |
-
2017
- 2017-06-19 RU RU2017121467A patent/RU2652092C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3835824A (en) * | 1973-01-22 | 1974-09-17 | Donald R Mac | Free piston engine |
SU1740727A1 (ru) * | 1990-05-31 | 1992-06-15 | Войсковая часть 19163 | Свободнопоршневой двухтактный двигатель-электрогенератор с противоположно движущимис поршн ми |
SU1800079A1 (ru) * | 1990-06-05 | 1993-03-07 | Ivan I Bille | Свободнопоршневой двухтактный двигатель-электрогенератор 2 |
RU2150014C1 (ru) * | 1999-03-16 | 2000-05-27 | Пинский Феликс Ильич | Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока |
RU2328608C1 (ru) * | 2007-02-06 | 2008-07-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Энергомодуль с ускорителем якоря |
RU2422655C1 (ru) * | 2010-04-09 | 2011-06-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей |
RU143160U1 (ru) * | 2013-12-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | Линейный генератор постоянного тока с приводом от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8601988B2 (en) | Free piston assembly and method for controlling a free piston assembly | |
RU2422655C1 (ru) | Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей | |
Jia et al. | Design, modelling and validation of a linear Joule Engine generator designed for renewable energy sources | |
US20140283511A1 (en) | System and method for electrically-coupled thermal cycle | |
JP2013526677A (ja) | フリーピストン内燃エンジン | |
Jia et al. | Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator | |
JP6695338B2 (ja) | 熱を電気エネルギーに変換するための熱サイクル内の装置 | |
Lu et al. | Compression ratio control of an opposed-piston free-piston engine generator based on artificial neural networks | |
Wu et al. | Design and parametric analysis of linear Joule-cycle engine with out-of-cylinder combustion | |
RU2654689C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником | |
RU2652092C1 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником | |
US20130302181A1 (en) | Zero emissions pneumatic-electric engine | |
CN103573375A (zh) | 一种自由活塞内燃发电机振荡驱动式活塞冷却系统 | |
RU2476699C1 (ru) | Способ продувки камеры сгорания свободнопоршневого двухцилиндрового энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором | |
RU2655684C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором | |
RU2479733C1 (ru) | Способ увеличения эффективности процесса расширения продуктов сгорания перепуском воздуха между компрессорными полостями расширительных машин в свободнопоршневом двухцилиндровом энергомодуле с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором | |
RU2659908C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором и теплообменником | |
RU2659598C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником | |
RU2550228C2 (ru) | Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга | |
RU2625075C1 (ru) | Способ управления температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом | |
RU2653613C1 (ru) | Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания | |
RU2537324C1 (ru) | Способ генерирования сжатого воздуха свободнопоршневым энергомодулем с общей внешней камерой сгорания | |
RU2659581C1 (ru) | Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания | |
RU2641997C1 (ru) | Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания | |
RU2680289C1 (ru) | Способ управления уровнем зарядки пневмоаккумулятора свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания |