CN102116197A - 一种基于直线内燃机的混合能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，特别涉及一种集成气体能量储存装置和发电装置的混合能量转换装置，属于热能与动力工程技术领域。由直线内燃机及火花塞、气体蓄能器、直线发电机、直线电动机、蓄能电池和进气道喷油器构成，工作过程包括冷机启动过程和与运行过程。本发明结构简单，加工成本低，可靠性好，实现了从内燃机燃料的化学能直接转换为压缩气体的能量和电能，总体能量转换效率高，其混合能量输出特定适合多种应用场合，可以利用气体蓄能器内的压缩气体能量实现内燃机的增压，解决燃油燃烧不充分、排放污染严重等问题。

Description

一种基于直线内燃机的混合能量转换装置

技术领域

本发明涉及一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，特别涉及一种集成气体能量储存装置和发电装置的混合能量转换装置，属于热能与动力工程技术领域。

技术背景

现有内燃发电机组通常使用传统内燃机与发电机结合的方式。传统内燃机由于其固有的结构和原理限制，在效率、能源和环境问题上存在先天的不足。例如，曲柄连杆机构带来的惯性力和不平衡性，使得机械和能量转换传递效率大大降低，不可避免地造成整机的剧烈振动，并引起噪声；由于燃烧条件的限制，燃油燃烧不充分，再加上其中燃料污染物的影响，燃烧产物中存在大量的氮氧化物和硫化物，这些物质对清洁排放和环境保护是致命的。同时，在发电机组运行过程中，由于上述内燃机缺陷，使得发电机运行状态很不稳定，为此，增加了体积庞大的传动装置以稳定内燃机动力性，而且考虑到内燃机散热和***控制的要求，又需要增加附件，例如冷却***，废弃循环***，内燃机启动***，发电机电流调理***和发电机组综合匹配***，这些***庞大而复杂，成本较高。从能源效率来看，由于上述问题，从燃料化学能传递到内燃机曲轴旋转机械能，再由传动装置传递到发电机动力旋转机械能，最终转化为电能输出，整个能量链较长，又由于传热、散热、尾气排放和机械摩擦等能量损耗，整机***能量传递效率较低，代价较大，极大地浪费宝贵的石油资源。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，解决当前内燃机的能量转换效率低，燃油燃烧不充分，振动噪声大，排放污染严重等问题，提出一种基于直线内燃机的混合能量转换装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，由直线内燃机及火花塞、气体蓄能器、直线发电机、直线电动机、蓄能电池和进气道喷油器构成，其外部设备为用电负载和采用空气压力作为动力的气动负载，直线内燃机的活塞与动力传动轴、气体蓄能器的活塞、直线发电机的动力传动轴和直线电动机的动力传动轴同轴连接；蓄能电池通过两组电缆分别与直线电动机和直线发电机相连；气体蓄能器通过气路与直线内燃机的进气口相连，进气道喷油器将雾化燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，与气体蓄能器喷出的压缩空气混合后形成油气混合气喷入直线内燃机的进气口；直线发电机通过电缆与外部的用电负载相连；气体蓄能器通过气路与外部的气动负载相连。

本发明的一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，利用点燃式二冲程汽油机工作原理，采用预混合燃烧方式，其工作过程分为冷机启动过程和运行过程，分别为：

1)冷机启动过程中，蓄能电池驱动直线电动机运动，直线电动机通过传动轴带动直线内燃机的活塞向上止点运动，进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，启动直线内燃机；

2)直线内燃机启动后，进入运行过程，运行过程为：当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，所产生的能量推动活塞向下止点运动；直线内燃机的活塞通过动力传动轴带动直线发电机的次级进行直线运动切割磁场，生成感应电动势，从而产生电能，所产生的电能一部分提供给外部的用电负载，另一部分对蓄能电池充电；同时直线内燃机的活塞通过动力传动轴推动气体蓄能器的活塞运动，压缩气体蓄能器内的气体，实现能量的存储，压缩气体一部分进入气体蓄能器与直线内燃机连接的气路，实现进气增压功能，另一部分为外部启动负载提供能量；当直线内燃机的活塞运动到下止点时，蓄能电池为直线电动机提供能量，直线电动机通过动力传动轴推动直线内燃机的活塞向上止点运行，此时进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当内燃机活塞运行到上止点，完成一个工作循环；本装置运行过程中按照此工作循环继续运行。

有益效果

本发明结构简单，可靠性好，易于生产，加工成本低，优点在于实现了从内燃机燃料的化学能直接转换为压缩气体的能量和电能，总体能量转换效率高，其混合能量输出特定适合多种应用场合，可以利用气体蓄能器内的压缩气体能量实现内燃机的增压，解决燃油燃烧不充分、排放污染严重等问题。

附图说明

图1是实施例的结构示意图，图中箭头的方向分别表示不同连接通路中对应介质的流向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，由直线内燃机及火花塞、气体蓄能器、直线发电机、直线电动机、蓄能电池和进气道喷油器构成，其外部设备为用电负载和采用空气压力作为动力的气动负载，直线内燃机的活塞与动力传动轴、气体蓄能器的活塞、直线发电机的动力传动轴和直线电动机的动力传动轴同轴连接；蓄能电池通过两组电缆分别与直线电动机和直线发电机相连；气体蓄能器通过气路与直线内燃机的进气口相连，进气道喷油器将雾化燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，与气体蓄能器喷出的压缩空气混合后形成油气混合气喷入直线内燃机的进气口；直线发电机通过电缆与外部的用电负载相连；气体蓄能器通过气路与外部的气动负载相连；

一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，利用点燃式二冲程汽油机工作原理，采用预混合燃烧方式，其工作过程分为冷机启动过程和运行过程，分别为：

1)冷机启动过程中，蓄能电池驱动直线电动机运动，直线电动机通过传动轴带动直线内燃机的活塞向上止点运动，进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，启动直线内燃机；

2)直线内燃机启动后，进入运行过程，运行过程为：当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，所产生的能量推动活塞向下止点运动；直线内燃机的活塞通过动力传动轴带动直线发电机的次级进行直线运动切割磁场，生成感应电动势，从而产生电能，所产生的电能一部分提供给外部的用电负载，另一部分对蓄能电池充电；同时直线内燃机的活塞通过动力传动轴推动气体蓄能器的活塞运动，压缩气体蓄能器内的气体，实现能量的存储，压缩气体一部分进入气体蓄能器与直线内燃机连接的气路，实现进气增压功能，另一部分为外部启动负载提供能量；当直线内燃机的活塞运动到下止点时，蓄能电池为直线电动机提供能量，直线电动机通过动力传动轴推动直线内燃机的活塞向上止点运行，此时进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当内燃机活塞运行到上止点，完成一个工作循环；本装置运行过程中按照此工作循环继续运行。

Claims (4)

1.一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，其外部设备为用电负载和采用空气压力作为动力的气动负载，其特征在于：

由直线内燃机及火花塞、气体蓄能器、直线发电机、直线电动机、蓄能电池和进气道喷油器构成，直线内燃机的活塞与动力传动轴、气体蓄能器的活塞、直线发电机的动力传动轴和直线电动机的动力传动轴同轴连接；蓄能电池通过两组电缆分别与直线电动机和直线发电机相连；气体蓄能器通过气路与直线内燃机的进气口相连，进气道喷油器将雾化燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，与气体蓄能器喷出的压缩空气混合后形成油气混合气喷入直线内燃机的进气口；直线发电机通过电缆与外部的用电负载相连；气体蓄能器通过气路与外部的气动负载相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，其特征在于：其工作过程包括冷机启动过程和运行过程。

3.根据权利要求2所述的一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，其特征在于所述冷机启动过程为：蓄能电池驱动直线电动机运动，直线电动机通过传动轴带动直线内燃机的活塞向上止点运动，进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，启动直线内燃机。

4.根据权利要求2所述的一种基于直线内燃机的混合能量转换装置，其特征在于所述工作过程为按照工作循环进行工作，每个工作循环内容为：当直线内燃机的活塞运动到上止点时，火花塞点燃预混合气，所产生的能量推动活塞向下止点运动；直线内燃机的活塞通过动力传动轴带动直线发电机的次级进行直线运动切割磁场，生成感应电动势，从而产生电能，所产生的电能一部分提供给外部的用电负载，另一部分对蓄能电池充电；同时直线内燃机的活塞通过动力传动轴推动气体蓄能器的活塞运动，压缩气体蓄能器内的气体，实现能量的存储，压缩气体一部分进入气体蓄能器与直线内燃机连接的气路，实现进气增压功能，另一部分为外部启动负载提供能量；当直线内燃机的活塞运动到下止点时，蓄能电池为直线电动机提供能量，直线电动机通过动力传动轴推动直线内燃机的活塞向上止点运行，此时进气道喷油器将燃油喷入气体蓄能器与直线内燃机相连的气路，并控制气路打开，向直线内燃机的汽缸供入油气混合气；当内燃机活塞运行到上止点，完成一个工作循环。