[发明专利]基于复合电源的自由活塞膨胀机-直线发电机车用余热回收系统

摘要

基于复合电源系统的自由活塞膨胀机‑直线发电机车用余热回收系统，属于节能减排领域。本发明提出一种新型自由活塞膨胀机‑直线发电机集成单元作为热电转换装置，并基于复合电源系统设计了一套新型的车用余热回收系统，该系统将发动机排气能转化成高品位的电能，并通过复合电源系统用于驱动电机。该系统可以有效的提高发动机的燃油经济性，降低燃油消耗量、减少CO2和污染物排放，同时提高了蓄电池的使用寿命，满足了车载动力电源对高能量、大功率的要求。

主权项

1.一种基于复合电源的自由活塞膨胀机‑直线发电机车用余热回收系统，该系统包括有机朗肯循环系统、复合电源系统、控制系统；其特征在于，具体包括：车用内燃机(1)、压气机(2)、涡轮(3)、蒸发器(4)、自由活塞膨胀机‑直线发电机(5)、冷凝器(6)、储液罐(7)、工质泵(8)、交/直流电转换器(9)、双向DC/DC转换器(10)、超级电容(11)、蓄电池(12)、指示器一(13)、指示器二(14)、功率分配器(15)、DC/DC转换器(16)、驱动电机(17)、控制单元(18)、进气门一(19)、进气门二(20)、排气门一(21)、排气门二(22)、压力传感器一(23)、温度传感器一(24)、电动阀一(25)、电动阀二(26)、温度传感器二(27)、压力传感器二(28)、压力传感器三(29)、温度传感器三(30)、温度传感器四(31)、压力传感器四(32)、压力传感器五(33)、自由活塞膨胀机一(34)、自由活塞膨胀机二(35)、自由活塞一(36)、自由活塞二(37)、活塞环一(38)、活塞环二(39)、直线发电机(40)、直线发电机动子(41)、防撞弹簧一(42)、防撞弹簧二(43)、防撞弹簧三(44)、防撞弹簧四(45)、位移传感器(46)以及各种连接管路和电路；有机朗肯循环系统包括：车用内燃机(1)、压气机(2)、涡轮(3)、蒸发器(4)、自由活塞膨胀机‑直线发电机(5)、冷凝器(6)、储液罐(7)、工质泵(8)；其中自由活塞膨胀机‑直线发电机(5)结构如下：自由活塞膨胀机一(34)的气缸上布置有进气门一(19)、排气门一(21)、温度传感器三(30)和压力传感器四(32)，其中压力传感器二(28)布置在排气门一(21)上；气缸内自由活塞一(36)布置有活塞环一(38)；同理，自由活塞膨胀机二(35)的气缸上布置有进气门二(20)、排气门二(22)、温度传感器四(31)和压力传感器五(33)，其中压力传感器三(29)布置在排气门二(22)上；气缸内自由活塞二(37)上布置有活塞环二(39)；自由活塞膨胀机一(34)和自由活塞膨胀机二(35)采用水平对置放置，并通过连杆将自由活塞一(34)、自由活塞二(35)和直线发电机动子(41)耦合在一起形成活塞动子组件；位移传感器(46)内置布置在直线发电机动子(41)内；活塞动子组件的连杆两侧布置有防撞弹簧一(42)、防撞弹簧二(43)、防撞弹簧三(44)、防撞弹簧四(45)；有机朗肯循环系统各部件连接关系是：进气通路与压气机(2)相连、车用内燃机(1)与压气机(2)和涡轮(3)相连，涡轮(3)与排气通路相连，压气机(2)与涡轮(3)同轴；车用内燃机(1)的排气总管分为两个支路，一条支路经过电动阀一(25)后直接与大气相通，另一条支路经过电动阀二(26)与蒸发器(4)通过管路相连接，排气经过管路进入蒸发器(4)与有机工质进行换热，将能量传递给有机工质后排入大气中；蒸发器(4)的一端与工质泵(8)通过管路相连接，另一端通过管路分别与进气门一(19)和进气门二(20)相连接；排气门一(21)和排气门二(22)通过管路与冷凝器(6)相连接；储液罐(7)的一端与工质泵(8)相连接，另一端通过管路与冷凝器(6)相连接，以上所有连接均为管路连接，形成完整的有机朗肯循环回路；复合电源包括：直线发电机(40)、交/直流电转换器(9)、双向DC/DC转换器(10)、超级电容(11)、蓄电池(12)、功率分配器(13)、DC/DC转换器(16)、驱动电机(17)，直线发电机(40)产生的电能经过交/直流电转换器(9)变成直流后进入双向DC/DC转换器(10)中，双向DC/DC转换器(10)分别与蓄电池(12)和超级电容(11)相连接，从蓄电池(11)、超级电容(12)流出的电流首先经过功率分配器(15)后再经过DC/DC转换器(16)调压后供给驱动电机(17)；控制系统包括：指示器一(13)、指示器二(14)、控制单元(18)、进气门一(19)、进气门二(20)、排气门一(21)、排气门二(22)、压力传感器一(23)、温度传感器一(24)、电动阀一(25)、电动阀二(26)、温度传感器二(27)、压力传感器二(28)、压力传感器三(29)、温度传感器三(30)、温度传感器四(31)、压力传感器四(32)、压力传感器五(33)、位移传感器(46)；压力传感器一(23)和温度传感器一(24)布置在涡轮(3)与电动阀一(25)之间的排气总管上；温度传感器二(27)布置在蒸发器(4)之后的排气管路上。