一種帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)，其特征是對置燃燒室底部與自由活塞端面都涂有催化劑層；磁鐵固定在自由活塞的中部，可以起到一側(cè)儲氣壓縮氣缸的尾氣回收吸氣作用，以及另一側(cè)儲氣壓縮氣缸排氣作用；燃燒室氣缸外側(cè)的首次預(yù)熱彎管可以利用燃燒室外側(cè)氣缸壁熱量對預(yù)混和氣進(jìn)行初步預(yù)熱，同時溫度較低的預(yù)混合氣對燃燒室外側(cè)氣缸壁有一定降溫作用；安裝在尾氣排放管內(nèi)部的二次預(yù)熱彎管利用微發(fā)電機(jī)排放的高溫尾氣可以對預(yù)混合氣進(jìn)行二次預(yù)熱。本發(fā)明中的催化劑層對混合燃料有催化作用降低了燃燒反應(yīng)所需的活化能，加快了燃燒速率；添加的預(yù)熱彎管對預(yù)混合氣進(jìn)行預(yù)熱，降低微發(fā)電機(jī)壓縮氣體著火條件，優(yōu)化燃燒。
【專利說明】一種帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域以及微型發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，具體為一種帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展,微燃燒動力機(jī)電系統(tǒng)(Combustion-drivenPower MEMS)開辟了動力裝置研究的一個新領(lǐng)域。微動力裝置使用碳?xì)浠衔镒鳛槠淙剂?，通過在微尺度空間內(nèi)的燃燒，其轉(zhuǎn)換效率只要達(dá)到20%就能產(chǎn)生比目前最好的電池高10倍的能量密度。因此，微型動力裝置也成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
[0003]美國Honeywell公司和明尼蘇達(dá)大學(xué)最早提出微型HCCI自由活塞式發(fā)動機(jī)的構(gòu)想。H.T.Aichlmayrl等人通過建立單次沖擊過程的零維模型，對不同參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究以及無量綱分析，并得到了影響混合燃?xì)馊紵闹饕蛩?。隨后，明尼蘇達(dá)大學(xué)對微型HCCI自由活塞式發(fā)動機(jī)進(jìn)行了單次沖擊的可視化試驗(yàn)，并用高速數(shù)碼相機(jī)拍攝整個試驗(yàn)過程。劍橋大學(xué)的Sher I等通過數(shù)值模擬的方法，研究分析了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒過程與發(fā)動機(jī)的尺寸之間的關(guān)系，并提出微型HCCI發(fā)動機(jī)的尺度極限。江蘇大學(xué)的王謙等對微型自由活塞發(fā)動機(jī)進(jìn)行了基于丙烷燃燒并考慮傳熱、漏氣過程的數(shù)值模擬研究。
[0004]目前公開的發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)相結(jié)合的各種技術(shù)中，都是由活塞帶動原動機(jī)外面的發(fā)動機(jī)的動子運(yùn)動而發(fā)電，產(chǎn)生了不必要的能量損耗，如專利94112513.0:“往復(fù)式發(fā)電機(jī)”、200420109327.4 “一種往復(fù)式發(fā)電機(jī)”、W00188353:“FREE PISTON ENGINE WITHELECTRICAL POWER OUTPUT”、 RU2150014:“FREE_PIST0N INTERNAL-C0MBUST10N ENGINEWITH LINEAR AC GENERATOR”等，專利CN200989243Y雖然克服了以上專利的許多不足，但是還存在一些不足，如沒有添加混合燃?xì)忸A(yù)熱系統(tǒng)以及催化層來優(yōu)化燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，并且以更好的方式優(yōu)化微自由活塞發(fā)電機(jī)，本發(fā)明提供一種添加蓄熱式燃?xì)忸A(yù)加熱裝置，以及結(jié)合催化燃燒的微自由活塞發(fā)電機(jī)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種帶有燃?xì)忸A(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)，包括燃燒室、磁鐵、活塞、儲氣壓縮氣缸、預(yù)混合氣噴射器、減壓閥、增壓閥、催化劑層、排氣閥、預(yù)熱彎管、螺線圈、電流逆變器、開關(guān)和蓄電池。磁鐵固定在兩個自由活塞中間，磁鐵的兩側(cè)是儲氣壓縮氣缸，儲氣壓縮氣缸內(nèi)有四個排氣閥，儲氣壓縮氣缸的外側(cè)是燃燒室，排氣閥連接位于儲氣壓縮氣缸和燃燒室之間的尾氣引導(dǎo)管，尾氣引導(dǎo)管連接尾氣排放管，每個燃燒室各連接一個預(yù)混合氣噴射器，燃燒室的外表面布置有首次預(yù)熱彎管，首次預(yù)熱彎管纏繞在燃燒室的外表面，混合氣從進(jìn)氣口進(jìn)入首次預(yù)熱彎管，再進(jìn)入位于尾氣排放管內(nèi)的二次預(yù)熱彎管，再經(jīng)預(yù)混合氣噴射器進(jìn)入燃燒室；儲氣壓縮氣缸的外壁安裝有螺線圈，螺線圈通過導(dǎo)線與電流逆變器、開關(guān)和蓄電池串聯(lián)，開關(guān)和蓄電池再與開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)；當(dāng)磁鐵帶動自由活塞由中間位置向一側(cè)燃燒室運(yùn)動時，該側(cè)燃燒室內(nèi)的混合氣被壓燃，當(dāng)自由活塞恢復(fù)到中間位置再向另一側(cè)燃燒室運(yùn)動時，該側(cè)燃燒室與該側(cè)的儲氣壓縮氣缸相連，燃燒產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入該側(cè)的儲氣壓縮氣缸，并從該側(cè)的儲氣壓縮氣缸中的排氣閥排出到該側(cè)的尾氣引導(dǎo)管中，尾氣經(jīng)該側(cè)的尾氣引導(dǎo)管進(jìn)入該側(cè)的尾氣排放管，最后經(jīng)排氣口排出。
[0007]本發(fā)明的對置燃燒室底部與自由活塞端面都涂有催化劑層；磁鐵固定在自由活塞的中部，可以起到一側(cè)儲氣壓縮氣缸的尾氣回收吸氣作用，以及另一側(cè)儲氣壓縮氣缸排氣作用；燃燒室氣缸外側(cè)的首次預(yù)熱彎管可以利用燃燒室外側(cè)氣缸壁熱量對預(yù)混和氣進(jìn)行初步預(yù)熱，同時溫度較低的預(yù)混合氣對燃燒室外側(cè)氣缸壁有一定降溫作用；安裝在尾氣排放管內(nèi)部的二次預(yù)熱彎管利用微發(fā)電機(jī)排放的高溫尾氣可以對預(yù)混合氣進(jìn)行二次預(yù)熱。儲氣壓縮氣缸外側(cè)繞有螺線圈，螺線圈通過導(dǎo)線與電流逆變器、開關(guān)、蓄電池串聯(lián)，蓄電池再與負(fù)載并聯(lián)，負(fù)載由開關(guān)控制。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、采用微型自由活塞式裝置不僅使得微型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，而且可以獲得更高的能量
山/又O
[0009]2、添加了預(yù)熱燃?xì)庀到y(tǒng)，安裝首次預(yù)熱彎管發(fā)電機(jī)氣缸外壁余熱以及尾氣余熱對混合燃?xì)膺M(jìn)行進(jìn)入燃燒室之前的預(yù)熱，同時首次預(yù)熱彎管起到了一定的氣缸壁的降溫作用。
[0010]3、添加預(yù)燃?xì)庀到y(tǒng)，安裝在尾氣排放管內(nèi)部的二次預(yù)熱彎管對預(yù)混合氣進(jìn)行了進(jìn)一步加熱，使得預(yù)混合氣進(jìn)一步上升一定的溫度，優(yōu)化燃燒。
[0011]4、尾氣排放管與燃燒室外缸體之間存在一定的間隙，有利于內(nèi)燃機(jī)缸體的散熱裝置的添加。
[0012]5、自由活塞壓縮端面以及燃燒室底部添加催化劑層，增加催化劑覆蓋面積，降低燃燒了反應(yīng)所需的活化能，加快了燃燒速率，加快產(chǎn)能速率。
[0013]6、在進(jìn)氣管道前端添加增壓閥，使得預(yù)混合氣氣體從預(yù)熱彎管到噴入燃燒室有足夠大的壓強(qiáng)。
[0014]7、在排氣出口處添加減壓閥，并且通過儲氣壓縮氣缸以及磁鐵的掃氣功能，增強(qiáng)了廢氣排放能力，使得燃燒室內(nèi)的廢氣更好的排出氣缸，有利于增加新鮮氣體，提高微自由活塞發(fā)電機(jī)的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明裝置中的電路圖；
如圖所示，圖中標(biāo)號分別代表:1、燃燒室；2、自由活塞；3、儲氣壓縮氣缸；4、磁鐵；5、預(yù)混合氣噴射器；6、減壓閥；7、增壓閥；8、進(jìn)氣口 ；9燃燒室底部催化劑層；10、活塞端面催化劑層；11、12、排氣閥；13、二次預(yù)熱彎管；14、首次預(yù)熱彎管；15、尾氣排放管；16、尾氣引導(dǎo)管；17、螺線圈；18、排氣口 ；19、電流逆變器；20、導(dǎo)線；21、第一開關(guān)；22、負(fù)載；23、第二開關(guān)；24、蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0017]如圖1所示，本專利是對稱布置，磁鐵(4)固定在兩自由活塞(2)中間，磁鐵(4)兩側(cè)是儲氣壓縮氣缸(3)，儲氣壓縮氣缸(3)外側(cè)是對置的燃燒室(I )，每個燃燒室(I)各有一個預(yù)混合氣噴射器(5 )。燃燒室(I)外側(cè)繞有首次預(yù)熱彎管(14 )，儲氣壓縮氣缸(3 )通過磁鐵(4)壓縮掃氣后氣體通過排氣閥(11) (12)進(jìn)入尾氣排放管(15)，尾氣排放管(15)內(nèi)部繞有二次預(yù)熱彎管(13)，預(yù)混合氣從二次預(yù)熱彎管(13)出來后通過預(yù)混合氣噴射器(5)進(jìn)入燃燒室(I)。系統(tǒng)進(jìn)氣口(8)與排氣口(18)處分別裝有增壓閥(7)與減壓閥(6)。儲氣壓縮氣缸(3)外側(cè)繞有螺線圈(17)，如圖2所示，螺線圈通過導(dǎo)線(20)與電流逆變器(19)、第二開關(guān)(23)、蓄電池(24)串聯(lián)，第一開關(guān)(21)和負(fù)載(22)串聯(lián)后再與第二開關(guān)(23)和蓄電池(24)并聯(lián)。
[0018]使用本發(fā)明裝置時，閉合第二開關(guān)(23)，蓄電池(24)中發(fā)出的電流經(jīng)電流逆變器
[19]轉(zhuǎn)化成交流電，螺線圈(17)相應(yīng)的產(chǎn)生交變的磁場，交變的磁場作用于磁鐵(4)使磁鐵(4)往復(fù)運(yùn)動，磁鐵(4)帶動自由活塞(2)運(yùn)動，這樣就完成了發(fā)動機(jī)的啟動工作。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動了之后斷開第二開關(guān)(23)，閉合第一開關(guān)(21)，負(fù)載(22)就可以工作了，當(dāng)不需要再發(fā)電時，只需關(guān)閉預(yù)混合氣噴射器(5)即可。
[0019]1、進(jìn)氣說明(以一側(cè)燃燒室的情況說明)
進(jìn)氣口( 8 )前端裝有增壓閥(7 )提高進(jìn)氣壓強(qiáng)，預(yù)混合氣首先經(jīng)過繞在燃燒室(I)的氣缸外壁的首次預(yù)熱彎管(14)，燃燒室(I)的氣缸外壁的余熱使得預(yù)混合氣溫度有一個初步的提高，同時也對氣缸外壁起到一定的降溫作用。從首次預(yù)熱彎管(14)出來后的預(yù)混合氣進(jìn)入二次預(yù)熱彎管(13)，利用尾氣排放管(15)內(nèi)的尾氣余熱對預(yù)混合氣進(jìn)一步加熱，進(jìn)一步利用了前一次循環(huán)產(chǎn)生的余熱。最后被加熱后的預(yù)混合氣通過預(yù)混合氣噴射器(5)進(jìn)入燃燒室，充滿燃燒室，配合著排氣裝置起到了一定的掃氣作用。
[0020]2、排氣說明(以一側(cè)燃燒室的情況說明)
燃燒室內(nèi)燃燒尾氣通過磁鐵(4)的運(yùn)動被吸入儲氣壓縮氣缸(3)，利用預(yù)混合氣的噴入以及排氣口處裝有的減壓閥(6)起到了很好的尾氣排放效果。進(jìn)入儲氣壓縮氣缸(3)的氣體在下一個燃燒室壓縮沖程中，通過自由活塞(2)的運(yùn)動被壓入尾氣排放管(15)內(nèi)，再經(jīng)過裝有減壓閥(6 )的排氣口(18 )排出整個裝置。整個進(jìn)氣排氣過程交替進(jìn)行，循環(huán)往復(fù)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)，其特征在于:包括燃燒室(I)、自由活塞(2)、儲氣壓縮氣缸(3)、磁鐵(4)、預(yù)混合氣噴射器(5)、減壓閥(6)、增壓閥(7)、進(jìn)氣口(8)、燃燒室底部催化劑層(9)、活塞端面催化劑層(10)、排氣閥(11) (12)、二次預(yù)熱彎管(13)、首次預(yù)熱彎管(14)、尾氣排放管(15)、尾氣引導(dǎo)管(16)、螺線圈(17)、排氣口(18)、電流逆變器(19)、導(dǎo)線(20)、第一開關(guān)(21)、負(fù)載(22)、第二開關(guān)(23)和蓄電池(24),磁鐵(4)固定在兩個自由活塞(2)中間,磁鐵(4)的兩側(cè)是儲氣壓縮氣缸(3),儲氣壓縮氣缸(3)內(nèi)有四個排氣閥(11) (12),儲氣壓縮氣缸(3)的外側(cè)是燃燒室(I)，排氣閥(12)連接位于儲氣壓縮氣缸(3)和燃燒室(I)之間的尾氣引導(dǎo)管(16)，尾氣引導(dǎo)管(16)連接尾氣排放管(15)，每個燃燒室(I)各連接一個預(yù)混合氣噴射器(5)，燃燒室(I)的外表面布置有首次預(yù)熱彎管(14)，首次預(yù)熱彎管(14)纏繞在燃燒室(I)的外表面，混合氣從進(jìn)氣口(8)進(jìn)入首次預(yù)熱彎管(14)，再進(jìn)入位于尾氣排放管(15)內(nèi)的二次預(yù)熱彎管(13)，再經(jīng)預(yù)混合氣噴射器(5 )進(jìn)入燃燒室(I);儲氣壓縮氣缸(3 )的外壁安裝有螺線圈(17 )，螺線圈(17 )通過導(dǎo)線(20)與電流逆變器(19)、第二開關(guān)(23)和蓄電池(24)串聯(lián)，第一開關(guān)(21)和負(fù)載(22)串聯(lián)后再與第二開關(guān)(23)和蓄電池(24)并聯(lián)；當(dāng)磁鐵(4)帶動自由活塞(2)由中間位置向一側(cè)燃燒室(I)運(yùn)動時，該側(cè)燃燒室(I)內(nèi)的混合氣被壓燃，當(dāng)自由活塞(2)恢復(fù)到中間位置再向另一側(cè)燃燒室(I)運(yùn)動時，該側(cè)燃燒室(I)與該側(cè)的儲氣壓縮氣缸(3)連通，該側(cè)燃燒室(I)燃燒產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入該側(cè)的儲氣壓縮氣缸(3 )，并從該側(cè)的儲氣壓縮氣缸(3 )中的排氣閥(11)直接進(jìn)入尾氣排放管(15)或經(jīng)排氣閥(12)排出到該側(cè)的尾氣引導(dǎo)管(16)再經(jīng)該側(cè)的尾氣引導(dǎo)管(16)進(jìn)入該側(cè)的尾氣排放管(15)，最后經(jīng)該側(cè)的排氣口( 18)排出。
2.一種如權(quán)利要求1所述的帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述進(jìn)氣口( 8 )處安裝有增壓閥(7 )，排氣口( 18 )處安裝有減壓閥(6 )。
3.—種如權(quán)利要求1所述的帶有預(yù)加熱裝置且結(jié)合催化的微自由活塞發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述燃燒室(I)底部布置有燃燒室底部催化劑層(9)、所述自由活塞(2)端面布置有活塞端面催化劑層(10)。
【文檔編號】F02M31/02GK103711581SQ201410005918
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】王謙, 劉艷, 何志霞 申請人:江蘇大學(xué)