[发明专利]一种带有预加热装置且结合催化的微自由活塞发电机

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

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，本发明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。

本发明的技术方案是：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。

本发明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。

本发明的优点是：

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。