RU2655684C1 - Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором - Google Patents
Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655684C1 RU2655684C1 RU2017128232A RU2017128232A RU2655684C1 RU 2655684 C1 RU2655684 C1 RU 2655684C1 RU 2017128232 A RU2017128232 A RU 2017128232A RU 2017128232 A RU2017128232 A RU 2017128232A RU 2655684 C1 RU2655684 C1 RU 2655684C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- heat exchanger
- pistons
- electric generator
- linear electric
- Prior art date
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 title description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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 обеспечении максимальной эффективности трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику. Тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника. Система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике. В момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра. Через них воздух из теплообменника поступает в рабочие полости поршней. Под действием давления воздуха поршни начинает движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны пневмоаккумулятора воздух поступает в пневмоаккумулятор. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якоря линейного электрогенератора. В результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора и статорный магнит линейного электрогенератора магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны цилиндра. 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. Воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора. 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».
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 и ,следовательно, эффективность преобразования кинетической энергии рабочего поршня и штока в электроэнергию также напрямую зависит от интенсивности подводимого тепла в «горячую» полость цилиндра.
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении максимальной эффективности трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором 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 и давления воздуха в теплообменнике 1. В момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике 1 достигнут введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра 2, 3. Максимальная величина давления и температуры воздуха в теплообменнике 1 выбирается из соображения прочностных характеристик материала теплообменника 1. Воздух из теплообменника 1 через впускные клапаны цилиндра 2, 3 поступает в рабочие полости поршней 4, 5. Под действием давления воздуха поршни 4, 5 начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней 4, 5 через обратные клапаны пневмоаккумулятора 6, 7 воздух поступает в пневмоаккумулятор 8. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора 9 (статорный магнит линейного электрогенератора может быть постоянным магнитом или электромагнитом) замыкается через якоря линейного электрогенератора 10 и 11. В результате движения якорей линейного электрогенератора 10, 11 площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно, изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора 10 и 11 и статорный магнит линейного электрогенератора 9 магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора 12 генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней 4, 5 в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра 2, 3 и открывает выпускные клапаны цилиндра 13, 14. Якоря линейного электрогенератора 10, 11 с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни 4, 5, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший воздух из компрессорных полостей поршней 4, 5 через открытые выпускные клапаны цилиндра 13, 14 вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны 15, 16 воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней 4, 5. Воздух из пневмоаккумулятора 8 через обратный клапан пневмоаккумулятора 17 поступает в теплообменник 1, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора 12. Таким образом, обеспечивается максимальная эффективность преобразования тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику 1.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором, включающим теплообменник, систему управления, впускные клапаны цилиндра, поршни, обратные клапаны пневмоаккумулятора, пневмоаккумулятор, статорный магнит линейного электрогенератора, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, выпускные клапаны цилиндра, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличается тем, что тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике, в момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике достигнут введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра, воздух из теплообменника через впускные клапаны цилиндра поступает в рабочие полости поршней, под действием давления воздуха поршни начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения, из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны пневмоаккумулятора воздух поступает в пневмоаккумулятор, магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якоря линейного электрогенератора, в результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно, изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора и статорный магнит линейного электрогенератора магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны цилиндра, 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, воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классических тепловых машин.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
На чертеже представлена принципиальная схема двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником, где 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 - обратный клапан пневмоаккумулятора.
Claims (1)
- Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором, включающим теплообменник, систему управления, впускные клапаны цилиндра, поршни, обратные клапаны пневмоаккумулятора, пневмоаккумулятор, статорный магнит линейного электрогенератора, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, выпускные клапаны цилиндра, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличающийся тем, что тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике, в момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике достигнут введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра, воздух из теплообменника через впускные клапаны цилиндра поступает в рабочие полости поршней, под действием давления воздуха поршни начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения, из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны пневмоаккумулятора воздух поступает в пневмоаккумулятор, магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якоря линейного электрогенератора, в результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно, изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора и статорный магнит линейного электрогенератора магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны и открывает выпускные клапаны цилиндра, 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, воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128232A RU2655684C1 (ru) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128232A RU2655684C1 (ru) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655684C1 true RU2655684C1 (ru) | 2018-05-29 |
Family
ID=62559938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017128232A RU2655684C1 (ru) | 2017-08-07 | 2017-08-07 | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655684C1 (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
- 2017-08-07 RU RU2017128232A patent/RU2655684C1/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 |
|---|---|---|
| US9046055B2 (en) | Heat engine | |
| Jia et al. | Design, modelling and validation of a linear Joule Engine generator designed for renewable energy sources | |
| US10871106B2 (en) | Free piston engine power plant | |
| Jia et al. | Investigation of the starting process of free-piston engine generator by mechanical resonance | |
| 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 | |
| Wu et al. | Design and parametric analysis of linear Joule-cycle engine with out-of-cylinder combustion | |
| CN102374021B (zh) | 自由活塞发动机 | |
| RU2654689C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником | |
| RU2655684C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с теплообменником и линейным электрогенератором | |
| US20130302181A1 (en) | Zero emissions pneumatic-electric engine | |
| RU2476699C1 (ru) | Способ продувки камеры сгорания свободнопоршневого двухцилиндрового энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором | |
| RU2659908C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором и теплообменником | |
| RU2652092C1 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором и теплообменником | |
| RU2659598C1 (ru) | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником | |
| 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 | |
| RU2328608C1 (ru) | Энергомодуль с ускорителем якоря | |
| RU2659581C1 (ru) | Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания | |
| 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 | |
| RU180663U1 (ru) | Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую | |
| RU2340783C1 (ru) | Блок поршней и якоря энергомодуля | |
| 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 | |
| RU2468224C1 (ru) | Свободнопоршневой двухцилиндровый с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуль двойного назначения | |
| Oros et al. | Linear generator for a free piston stirling engine |