一种三缸自由活塞直线发电系统

1.本发明涉及一种三缸自由活塞直线发电系统，属于能源动力领域。


背景技术：

2.如今火力发电技术虽然发电量达，技术成熟，但火力发电消耗了大量的煤炭资源，导致煤炭资源越来越少，其产生的co2会引发温室效应；同时风力发电有由于其依赖自然环境比较大，因此也存在一定的劣势；水力发电受地形限制，不能够大面积推广，因此寻找一种既环保又可以在各种场合使用的发电系统是非常有必要的。目前，常规的自由活塞发电系统为双缸自由活塞发电系统，其能量利用率不高。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种三缸自由活塞直线发电系统，通过三个气缸和三台自由活塞直线发电机往复运动，在其反向运动过程中能够充分利用气缸内膨胀完全的乏气，提高能量利用率。
4.具体技术方案如下：
5.一种三缸自由活塞直线发电系统，其特征在于，主要包括：自由活塞发电模块和控制模块。
6.所述自由活塞发电模块主要包括：直线电机a1，直线电机b2，直线电机c3，气缸a4，气缸b5，气缸c6，活塞a7，活塞b8，活塞c9，活塞d10，活塞e11，活塞f12，连杆a13，连杆b14，连杆c15，连杆d16，连杆e17，连杆f18，用户19，管道a38，管道b39，管道c40，管道d41，管道e42，管道f43，储气罐44；直线电机a1与活塞a7通过连杆a13固连；直线电机a1与活塞b8通过连杆b14固连；直线电机b2与活塞c9通过连杆c15固连；直线电机b2与活塞d10通过连杆d16固连；直线电机c3与活塞e11通过连杆e17固连；直线电机c3与活塞f12通过连杆f18固连；活塞a7在气缸a4内；活塞b8在气缸b5内；活塞c9在气缸b5内；活塞d10在气缸c6内；活塞e11在气缸c6内；活塞f12在气缸a4内；气缸a4通过管道a38与储气罐44连接；气缸b5通过管道b39与储气罐44连接；气缸c6通过管道c40与储气罐44连接；气缸a4通过管道d41与外界环境连接；气缸b5通过管道e42与外界环境连接；气缸f6通过管道f43与外界环境连接；直线电机a1通过输电线与用户19连接；直线电机b2通过输电线与用户19连接；直线电机c3通过输电线与用户19连接；直线电机a1通过控制线与控制器20连接；直线电机b2通过控制线与控制器20连接；直线电机c3通过控制线与控制器20连接，气缸a4在其传感器位置分别设有两个止点，气缸b5在其传感器位置分别设有两个止点，气缸c6在其传感器位置分别设有两个止点；
7.所述控制模块主要包括：控制器20，压力传感器a21，压力传感器b22，压力传感器c23，压力传感器d24，温度传感器a25，温度传感器b26，温度传感器c27，温度传感器d28，阀门a29，阀门b30，阀门c31，阀门d32，阀门e33，阀门f34，阀门g35，阀门h36，阀门i37；其中压力传感器a21固定在气缸a4上并通过控制线与控制器20连接；压力传感器b22固定在气缸b5上并通过控制线与控制器20连接；压力传感器c23固定在气缸c6上并通过控制线与控制器
20连接；压力传感器d24固定在储气罐44上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器a25固定在气缸a4上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器b26固定在气缸b5上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器c27固定在气缸c6上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器d28固定在储气罐44上并通过控制线与控制器20连接；阀门a29固定在管道a38上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门b30固定在管道a38上靠近气缸a4一端并通过控制线与控制器20连接；阀门c31固定在管道b39上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门d32固定在管道b39上靠近气缸b5一端并通过控制线与控制器20连接；阀门e33固定在管道c40上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门f34固定在管道c40上靠近气缸c6一端并通过控制线与控制器20连接；阀门g35固定在管道d41上靠近气缸a4一端并通过控制线与控制器20连接；阀门h36固定在管道e42上靠近气缸b5一端并通过控制线与控制器20连接；阀门i37固定在管道f43上靠近气缸c6一端并通过控制线与控制器20连接；
8.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的设备要求：直线电机a4,直线电机b5,直线电机c6采用永磁型直线电机；气缸a4，气缸b5，活塞c6，活塞d15采用耐高压、耐磨损材料；阀门a29，阀门b30，阀门c31，阀门d32，阀门e33，阀门f34，阀门g35，阀门h36，阀门i37采用耐高压阀门；管道a38，管道b39，管道c40，管道d41，管道e42，管道f43采用耐高压管道；连杆a13，连杆b14，连杆c15，连杆d16，连杆e17，连杆f18采用不锈钢材质的连杆；
9.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的正向运动工作状态为：阀门a29、阀门b30打开，阀门g35关闭，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，此时，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆c15、连杆d16保持不动，控制器20通过控制线对直线电机c3发出控制，使其连杆e17、连杆f18保持不动，控制器20通过控制线对直线电机a1解除控制，使其连杆a13、连杆b14可以往复运动，气缸a4中的压缩空气推动活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸b5方向加速运动，此时压力传感器a21对此时气缸a4内的压力进行识别，并命名为标定压力，当活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14加速运动到距气缸b5止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30关闭，阀门c31、阀门d32打开，此时，活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸b5方向做减速运动，直至到达气缸b5的止点，直线电机a1内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机b2解除控制，使其连杆c15、连杆d16可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机a1发出控制，使其连杆a13、连杆b14保持不动，通过压力传感器b22监控气缸b5中的压力，当气缸b5中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门c31、阀门d32关闭，当气缸b5中的压缩空气低于标定压力时，阀门c31、阀门d32打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，直到气缸b5中的压力达到标定压力，阀门c31、阀门d32关闭，此时由于控制器20解除了对直线电机b2的控制，气缸b5中的压缩空气推动活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸c6方向加速运动，当活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16加速运动到距气缸c6止点一半的距离时，阀门e33、阀门f34打开，此时，活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸c6方向做减速运动，直至到达气缸c6的止点，此时直线电机b2内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机c3解除控制，使其连杆e17、连杆f18可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆c15、连杆d16保持不动，通过压力传感器c23监控气缸c6中的压力，当气缸c6中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门e33、阀门f34关闭，当气缸c6中的压缩空气低于标定压力时，阀
门e33、阀门f34打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸c6中，直到气缸c6中的压力达到标定压力，阀门e33、阀门f34关闭，此时由于控制器20解除了对直线电机c3的控制，气缸c6中的压缩空气推动活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸a4方向加速运动时，当活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18加速运动到距气缸a4止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30打开，此时，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸a4方向做减速运动，直至到达气缸a4的止点，此时直线电机c3内的磁棒切割直线电机产生电能；
10.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的反向运动工作状态为：当活塞f12运动到气缸a4的止点位置时，阀门a29、阀门b30打开，压缩空气通过管道a38由储气罐44进入到气缸a4中，压力传感器a21监控气缸a4中的压力，当气缸a4中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门a29、阀门b30关闭，当气缸a4中的压缩空气低于标定压力时，阀门a29、阀门b30打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，直到气缸a4中的压力达到标定压力，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18在气缸a4内的压缩空气的作用下向气缸c6做加速运动，当活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18加速运动到距气缸c6止点一半的距离时，阀门e33、阀门f34打开，此时，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸c6方向做减速运动，直至到达气缸c6的止点，此时直线电机c3内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机b2解除控制，使其连杆c15、连杆d16可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机c3发出控制，使其连杆e17、连杆f18保持不动，通过压力传感器c23监控气缸c6中的压力，当气缸c6中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门e33、阀门f34关闭，当气缸c6中的压缩空气低于标定压力时，阀门e33、阀门f34打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸c6中，直到气缸c6中的压力达到标定压力，此时由于控制器20解除了对直线电机b2的控制，气缸c6中的压缩空气推动活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸b5方向加速运动，当活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16加速运动到距气缸b5止点一半的距离时，阀门c31、阀门d32打开，此时，活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸b5方向做减速运动，直至到达气缸b5的止点，此时直线电机b2内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机a1解除控制，使其连杆a13、连杆b14可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆c15、连杆d16保持不动，通过压力传感器b22监控气缸b5中的压力，当气缸b5中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门c31、阀门d32关闭，当气缸b5中的压缩空气低于标定压力时，阀门c31、阀门d32打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸b5中，直到气缸b5中的压力达到标定压力，此时由于控制器20解除了对直线电机a1的控制，气缸b5中的压缩空气推动活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸a4方向加速运动，当活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14加速运动到距气缸a4止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30打开，此时，活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸a4方向做减速运动，直至到达气缸a4的止点，此时直线电机a1内的磁棒切割直线电机产生电能；
11.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的工作过程，其工作状态分为正向运动和反向运动，完成一次正向运动和反向运动为自由活塞直线发电系统的一次周期运动，通过压缩空气带动直线电机a4,直线电机b5,直线电机c6发电产生电能供给用户19。
12.与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
13.1.自由活塞直线电机是由自由活塞膨胀机与直线电机耦合形成的一种新型能量转换装置，直线电机通过往复运动产生电能，结构简单，易于操作。相对于双缸膨胀机，三缸
膨胀机能够提高能量的利用率，同时，结构紧凑，占用空间小，优势显著。
14.2.整个系统采用三次机械运动完成单向运动，比常规一次完成单向机械运动节省机械功，效率更高。同时，在整个系统做往复运动过程中，可以反复利用膨胀机内的乏气，进而可以节约能源，提高效率。
15.3.本发明选用空气作为工质，空气性质稳定，易于获得，成本低，环保无污染，可多次利用。
附图说明
16.图1一种双级多缸自由活塞压缩空气制冷系统整体剖面图；
17.其中，1—直线电机a、2—直线电机b、3—直线电机c、4—气缸a、5—气缸b、6—气缸c、7—活塞a、8—活塞b、9—活塞c、10—活塞d、11—活塞e、12—活塞f、13—连杆a、14—连杆b、15—连杆c、16—连杆d、17—连杆e、18—连杆f、19—用户、20—控制器、21—压力传感器a、22—压力传感器b、23—压力传感器c、24—压力传感器d、25—温度传感器a、26—温度传感器b、27—温度传感器c、28—温度传感器d、29—阀门a、30—阀门b、31—阀门c、32—阀门d、33—阀门e、34—阀门f、35—阀门g、36—阀门h、37—阀门i、38—管道a、39—管道b、40—管道c，41—管道d，42—管道e、43—管道f、44—储气罐
具体实施方式
18.结合附图对本技术进一步说明。
19.一种三缸自由活塞直线发电系统。如图1所示，主要包括：自由活塞发电模块和控制模块。
20.如图1所示，所述自由活塞发电模块主要包括：直线电机a1，直线电机b2，直线电机c3，气缸a4，气缸b5，气缸c6，活塞a7，活塞b8，活塞c9，活塞d10，活塞e11，活塞f12，连杆a13，连杆b14，连杆c15，连杆d16，连杆e17，连杆f18，用户19，管道a38，管道b39，管道c40，管道d41，管道e42，管道f43，储气罐44；直线电机a1与活塞a7通过连杆a13固连；直线电机a1与活塞b8通过连杆b14固连；直线电机b2与活塞c9通过连杆c15固连；直线电机b2与活塞d10通过连杆d16固连；直线电机c3与活塞e11通过连杆e17固连；直线电机c3与活塞f12通过连杆f18固连；活塞a7在气缸a4内；活塞b8在气缸b5内；活塞c9在气缸b5内；活塞d10在气缸c6内；活塞e11在气缸c6内；活塞f12在气缸a4内；气缸a4通过管道a38与储气罐44连接；气缸b5通过管道b39与储气罐44连接；气缸c6通过管道c40与储气罐44连接；气缸a4通过管道d41与外界环境连接；气缸b5通过管道e42与外界环境连接；气缸f6通过管道f43与外界环境连接；直线电机a1通过输电线与用户19连接；直线电机b2通过输电线与用户19连接；直线电机c3通过输电线与用户19连接；直线电机a1通过控制线与控制器20连接；直线电机b2通过控制线与控制器20连接；直线电机c3通过控制线与控制器20连接，气缸a4在其传感器位置分别设有两个止点，气缸b5在其传感器位置分别设有两个止点，气缸c6在其传感器位置分别设有两个止点；
21.所述控制模块主要包括：控制器20，压力传感器a21，压力传感器b22，压力传感器c23，压力传感器d24，温度传感器a25，温度传感器b26，温度传感器c27，温度传感器d28，阀门a29，阀门b30，阀门c31，阀门d32，阀门e33，阀门f34，阀门g35，阀门h36，阀门i37；其中压
力传感器a21固定在气缸a4上并通过控制线与控制器20连接；压力传感器b22固定在气缸b5上并通过控制线与控制器20连接；压力传感器c23固定在气缸c6上并通过控制线与控制器20连接；压力传感器d24固定在储气罐44上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器a25固定在气缸a4上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器b26固定在气缸b5上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器c27固定在气缸c6上并通过控制线与控制器20连接；温度传感器d28固定在储气罐44上并通过控制线与控制器20连接；阀门a29固定在管道a38上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门b30固定在管道a38上靠近气缸a4一端并通过控制线与控制器20连接；阀门c31固定在管道b39上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门d32固定在管道b39上靠近气缸b5一端并通过控制线与控制器20连接；阀门e33固定在管道c40上靠近储气罐44一端并通过控制线与控制器20连接；阀门f34固定在管道c40上靠近气缸c6一端并通过控制线与控制器20连接；阀门g35固定在管道d41上靠近气缸a4一端并通过控制线与控制器20连接；阀门h36固定在管道e42上靠近气缸b5一端并通过控制线与控制器20连接；阀门i37固定在管道f43上靠近气缸c6一端并通过控制线与控制器20连接；
22.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的设备要求：直线电机a4,直线电机b5,直线电机c6采用永磁型直线电机；气缸a4，气缸b5，活塞c6，活塞d15采用耐高压、耐磨损材料；阀门a29，阀门b30，阀门c31，阀门d32，阀门e33，阀门f34，阀门g35，阀门h36，阀门i37采用耐高压阀门；管道a38，管道b39，管道c40，管道d41，管道e42，管道f43采用耐高压管道；连杆a13，连杆b14，连杆c15，连杆d16，连杆e17，连杆f18采用不锈钢材质的连杆；
23.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的正向运动工作状态为：阀门a29、阀门b30打开，阀门g35关闭，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，此时，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆c15、连杆d16保持不动，控制器20通过控制线对直线电机c3发出控制，使其连杆e17、连杆f18保持不动，控制器20通过控制线对直线电机a1解除控制，使其连杆a13、连杆b14可以往复运动，气缸a4中的压缩空气推动活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸b5方向加速运动，此时压力传感器a21对此时气缸a4内的压力进行识别，并命名为标定压力，当活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14加速运动到距气缸b5止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30关闭，阀门c31、阀门d32打开，此时，活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸b5方向做减速运动，直至到达气缸b5的止点，直线电机a1内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机b2解除控制，使其连杆c15、连杆d16可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机a1发出控制，使其连杆a13、连杆b14保持不动，通过压力传感器b22监控气缸b5中的压力，当气缸b5中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门c31、阀门d32关闭，当气缸b5中的压缩空气低于标定压力时，阀门c31、阀门d32打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，直到气缸b5中的压力达到标定压力，阀门c31、阀门d32关闭，此时由于控制器20解除了对直线电机b2的控制，气缸b5中的压缩空气推动活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸c6方向加速运动，当活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16加速运动到距气缸c6止点一半的距离时，阀门e33、阀门f34打开，此时，活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸c6方向做减速运动，直至到达气缸c6的止点，此时直线电机b2内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机c3解除控制，使其连杆e17、连杆f18可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆
c15、连杆d16保持不动，通过压力传感器c23监控气缸c6中的压力，当气缸c6中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门e33、阀门f34关闭，当气缸c6中的压缩空气低于标定压力时，阀门e33、阀门f34打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸c6中，直到气缸c6中的压力达到标定压力，阀门e33、阀门f34关闭，此时由于控制器20解除了对直线电机c3的控制，气缸c6中的压缩空气推动活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸a4方向加速运动时，当活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18加速运动到距气缸a4止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30打开，此时，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸a4方向做减速运动，直至到达气缸a4的止点，此时直线电机c3内的磁棒切割直线电机产生电能；
24.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的反向运动工作状态为：当活塞f12运动到气缸a4的止点位置时，阀门a29、阀门b30打开，压缩空气通过管道a38由储气罐44进入到气缸a4中，压力传感器a21监控气缸a4中的压力，当气缸a4中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门a29、阀门b30关闭，当气缸a4中的压缩空气低于标定压力时，阀门a29、阀门b30打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸a4中，直到气缸a4中的压力达到标定压力，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18在气缸a4内的压缩空气的作用下向气缸c6做加速运动，当活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18加速运动到距气缸c6止点一半的距离时，阀门e33、阀门f34打开，此时，活塞e11，活塞f12，连杆e17，连杆f18向气缸c6方向做减速运动，直至到达气缸c6的止点，此时直线电机c3内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机b2解除控制，使其连杆c15、连杆d16可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机c3发出控制，使其连杆e17、连杆f18保持不动，通过压力传感器c23监控气缸c6中的压力，当气缸c6中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门e33、阀门f34关闭，当气缸c6中的压缩空气低于标定压力时，阀门e33、阀门f34打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸c6中，直到气缸c6中的压力达到标定压力，此时由于控制器20解除了对直线电机b2的控制，气缸c6中的压缩空气推动活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸b5方向加速运动，当活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16加速运动到距气缸b5止点一半的距离时，阀门c31、阀门d32打开，此时，活塞c9，活塞d10，连杆c15，连杆d16向气缸b5方向做减速运动，直至到达气缸b5的止点，此时直线电机b2内的磁棒切割直线电机产生电能；此时控制器20通过控制线对直线电机a1解除控制，使其连杆a13、连杆b14可以往复运动，控制器20通过控制线对直线电机b2发出控制，使其连杆c15、连杆d16保持不动，通过压力传感器b22监控气缸b5中的压力，当气缸b5中的压缩空气能够达到标定压力时，阀门c31、阀门d32关闭，当气缸b5中的压缩空气低于标定压力时，阀门c31、阀门d32打开，压缩空气通过储气罐44进入气缸b5中，直到气缸b5中的压力达到标定压力，此时由于控制器20解除了对直线电机a1的控制，气缸b5中的压缩空气推动活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸a4方向加速运动，当活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14加速运动到距气缸a4止点一半的距离时，阀门a29、阀门b30打开，此时，活塞a7，活塞b8，连杆a13，连杆b14向气缸a4方向做减速运动，直至到达气缸a4的止点，此时直线电机a1内的磁棒切割直线电机产生电能；
25.所述的一种三缸自由活塞直线发电系统的工作过程，其工作状态分为正向运动和反向运动，完成一次正向运动和反向运动为自由活塞直线发电系统的一次周期运动，通过压缩空气带动直线电机a4,直线电机b5,直线电机c6发电产生电能供给用户19。