Микрокогенерационная установка Российский патент 2024 года по МПК F02B71/04 F02B63/04 F01B11/00 F02B19/12 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэлектроэнергетики, в частности, к свободнопоршневым двигателям-электрогенераторам, и предназначено для удовлетворения потребностей в электроэнергии и тепле в изолированных производственных и жилых помещениях при отсутствии возможности электропитания от сети.

Уровень техники

Известны свободнопоршневые двигатели-электрогенераторы по патентным источникам: RU95.102.590, RU2.150.014, RU2.176.025, RU2.046.966, RU2.186.231, RU2.539.906, US3.629.596, US3.675.031, US4.154.200, US4.342.920, US4.403.153, US6.181.110, US6.707.175, US6.953.010, US7.318.506, US9.376.958, US2020.019.5093, US2013.025.5080, US2012.026.6842, US2012.025.5434.

Близким к заявляемому изобретению (аналогом) является генератор электрического тока по патенту US 4.403.153 со свободным поршнем, в котором поршень выполнен с возможностью скольжения в вертикальном цилиндре, открытом на его верхнем конце, с камерой сгорания на его нижнем конце, и индукционными катушками расположенными подлине цилиндра.

В указанном генераторе поршень выполнен из магнитного материала, его возврат осуществляется под действием силы тяжести, при этом в нижней части цилиндра расположены клапаны открытие и закрытие которых синхронизировано с движением поршня.

Недостатком указанного генератора является требование наличия устройства управления клапанами, и сложность его работы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство для создания вакуума по патентной заявке US 2004.011.2308 со свободным поршнем, в котором поршень выполнен с возможностью скольжения в вертикальном цилиндре, с камерой сгорания на его нижнем конце, и индукционными катушками расположенными подлине цилиндра.

В указанном генераторе поршень выполнен из магнитного материала, его возврат осуществляется под действием силы тяжести, при этом в нижней части цилиндра расположены клапаны, открытие и закрытие которых синхронизировано сдвижением поршня.

Недостатком указанного генератора является требование наличия механизма удержания поршня на месте, механизма герметичного закрытия цилиндра, и сложность работы данных механизмов.

Целью заявляемого изобретения является устранение недостатков известных решений.

Раскрытие изобретения

Цель заявляемого решения достигается тем, что Микрокогенерационную установку для выработки тепла и электричества выполняют следующим образом.

В состав микрокогенерационной установки включают:

- Питающую емкость или баллон с газообразным или сжиженным топливом, соединенную через редуктор и буферную емкость с камерой сгорания питающей трубкой;

- Камеру сгорания соединенную через впускной продувочный клапан с атмосферой;

- Впускной продувочный обратный клапан атмосферного воздуха, установленный в камере сгорания, с возможностью пропуска атмосферного воздуха в камеру сгорания;

- Выпускной клапан продуктов сгорания топливовоздушной смеси газов;

- Рабочий цилиндр, расположенный вертикально, в верхней части открытый в атмосферу или выхлопную трубу, и соединенный с камерой сгорания;

- Магнитный поршень, снабженный одним или несколькими магнитами или магнитными сборками, установленный в рабочем цилиндре с зазором, допускающим возможность свободного линейного перемещения поршня по длине цилиндра;

- Линейный генератор, присоединенный к внешней нагрузке, конструктивно сопряженный или совмещенный с рабочим цилиндром и магнитно-связанный с магнитным поршнем;

- Искровую свечу с искровым электродом, выведенным в полость камеры сгорания, соединенную с источником высокого напряжения таким как аккумулятор, конденсатор или генератор через коммутирующий таймер;

- Коммутирующий таймер;

отличающаяся тем, что:

- Питающая трубка соединяющая камеру сгорания и буферную емкость с топливом выполнена капиллярной с Диаметром канала не более 0,4 мм. и длиной не менее 20 см.;

- Камера сгорания соединена с рабочим цилиндром через выпускной клапан;

- Рабочий цилиндр соединен с верхней частью камеры сгорания в месте выхода в полость цилиндра выпускного клапана камеры сгорания;

- Выпускной клапан установлен в камере сгорания между внутренним объемом камеры сгорания и внутренним объемом рабочего цилиндра;

- Магнитный поршень до начала работы установки расположен на выступающей верхней части мембраны выпускного клапана так, что вес поршня по направлению и величине суммируется с силой упругой деформации удерживающей пружины или эластичного запорного элемента клапана, преодоление которой необходимо для открытия и срабатывания клапана за счет разницы перепада давления;

- При этом до начала работы установки в зазор между цилиндром и поршнем и на верхнюю часть поршня помещена охлаждающая жидкость предотвращающая прорыв выхлопных газов в зазор между поршнем и цилиндром в количестве и объеме таком, что после просачивания части данной жидкости в зазор и под поршень, сверху поверх поршня остается жидкость в количестве и объеме в пять или более раз превышающем объем зазора между цилиндром и поршнем

В дополнительных вариантах реализации Микрокогенерационной установки, в ее состав могут включать дополнительные элементы и особенности исполнения указанные далее, и применяемые по отдельности, или в сочетании друг с другом.

В нижней части дна камеры сгорания (и ниже уровня верхнего впускного отверстия впускного (продувочного) обратного клапана) проделывают сквозное отверстие, к которому герметично присоединяют устройство удаления избыточной жидкости (дренаж), включающее в себя дренажный капилляр, дренажный обратный клапан, и дренажную трубку, и соединяют их так, что: отверстие выходит в дренажный капилляр, дренажный капилляр через дренажный обратный клапан сообщается с дренажной трубкой, дренажная трубка выведена в верхнюю часть полости рабочего цилиндра.

Коммутирующий таймер выполняют с возможностью регулировки времени (периода) срабатывания.

Магнитный поршень выполнен в форме одного или нескольких магнитов закрытых защитной оболочкой.

Магниты в магнитном поршне собирают с повторением последовательности образующих цилиндр магнитных элементов с циклической ориентацией вектора намагниченности (на его торцевых поверхностях) влево, вверх, вправо, вниз, влево, и т.д. (по магнитной сборке Халбаха).

Магниты в магнитном поршне собирают посредством последовательного соединения одноименными полюсами кольцеобразных (или дисковых) магнитов с аксиальным типом намагниченности.

Магниты в магнитном поршне снабжают полюсными наконечниками из магнитомягкой стали.

Линейный генератор конструктивно сопрягают с рабочим цилиндром путем установки катушек генератора поверх (вокруг) трубы цилиндра, опционально - с возможностью перемещения по высоте цилиндра.

Секции катушки линейного генератора конструктивно совмещают с рабочим цилиндром путем изготовления данных секций в форме неотъемлемой части цилиндра так, что внутренняя часть секций выполнена в форме полости с ровной цилиндрической поверхностью, с сохранением герметичности цилиндра.

В верхнюю часть рабочего цилиндра, в его внутренний объем устанавливают ограничивающую пружину препятствующая дальнейшему (за пределы цилиндра) продвижению магнитного поршня за счет своего упругого сжатия.

В верхнюю часть рабочего цилиндра устанавливают сепаратор, отделяющий обтюрирующую охлаждающую жидкость от выхлопных газов, и выполняют его в форме внешнего цилиндра с выпускными отверстиями для отработанных газов и брызг, и сливным отверстием для стекающей жидкости, выходящим в полость цилиндра.

Искровой электрод искровой свечи зажигания выводят в полость камеры сгорания через промежуточную защитную форкамеру, выходящую в полость камеры сгорания под наклоном, или соединенную с ней L/J/U/V-образным каналом, препятствующую попаданию обтюрирующей охлаждающей жидкости на искровой электрод.

Описание рисунков

На Фиг. 1 показан вариант реализации Микрокогенерационной установки. На Фиг. 2 показан жесткий выпускной клапан в закрытом (а), и в открытом (b) положении.

На Фиг. 3 показан мягкий грибковый силиконовый клапан в закрытом (а), и в открытом (b) положении.

На Фиг. 4 показаны циклы работы установки.

Осуществление изобретения

Заявляемое изобретение может быть реализовано следующим образом.

Базовой вариант реализации Микрокогенерационной установки показан на Фиг. 1, где: 1 - камера сгорания; 2 - цилиндр; 3 - магнитный поршень; 4 - впускной продувочный клапан; 5 - искровая свеча зажигания; 6 - катушки линейного генератора; 7 - сепаратор; 8 - капилляр подачи газа; 9 - дренажный обратный клапан; 10 - дренажный капилляр; 11 - дренажная трубка; 12 - баллон с топливом; 13 - редуктор; 14 - питающая емкость; 15 - выпрямитель; 16 - таймер; 17 - высоковольтный преобразователь напряжения; 18 - аккумуляторная батарея; 19 - выпускной клапан; 20 - ограничивающая пружина; 21 - жидкость сверху поршня; 22 - верхняя часть цилиндра над поршнем; 23 - выхлопная труба; 24 - форкамера (показан L-образной вариант).

На Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны варианты реализации выпускного (жесткого), и мягкого грибкового силиконового клапанов, а также их работа и конфигурация в закрытом (а), и в открытом (b) положении.

На Фиг. 4 показаны циклы работа установки, где:

- на Фиг. 4а) газообразное топливо поступает в камеру сгорания и смешивается с воздухом, оба клапана закрыты, поршень своим весом дополнительно прижимает запорный элемент выпускного клапана;

- на Фиг. 4b) на искровую свечу подается напряжение, топливовоздушная смесь в камере сгорания превращается в раскаленные газы;

- на Фиг. 4с) раскаленные продукты сгорания давят на выпускной клапан, сила их давления преодолевает силу сжатия пружины клапана и вес поршня, происходит открытие клапана, начинается движение поршня, впускной продувочный клапан закрыт, обтюрирующая жидкость служит смазкой поршня, и одновременно (за счет движения однонаправленно с поршнем) предотвращает прорыв выхлопных газов через зазор между поршнем и цилиндром;

- на Фиг. 4d) поршень после прохождения катушек генератора (не показаны продолжает движение по инерции, давление в полости цилиндра и камере сгорания становится меньше атмосферного, впускной продувочный клапан открывается, атмосферный воздух входит в камеру сгорания вытесняя остатки выхлопных газов в полость цилиндра;

- на Фиг. 4е) поршень достигает своего верхнего положения (или останавливается ограничительной пружиной (не показана)), перепад давления между полостями цилиндра и камерой сгорания становится меньше давления срабатывания (открытия) выпускного клапана, который закрывается, изолируя полость цилиндра с остатками отработанных газов от полости камеры сгорания;

- на Фиг. 4f) по мере движения поршня вверх объем под поршнем увеличивается, и газы, совершая работу, охлаждаются, давление под поршнем снижается, поршень начинает движение вниз под силой своего веса, капли жидкости, попавшие в сепаратор начинают стекать в полость цилиндра, поршень вытесняет отработанные газы через зазор, поршень опускается на запорный элемент выпускного клапана, остатки жидкости в районе выпускного клапана и та что была собрана поршнем со стенок цилиндра, смягчают удар в момент контакта, капли жидкости со стенок цилиндра над поршнем, стекая, заполняют зазор и пространство над поршнем, оба клапана закрыты, газообразное топливо поступает в камеру сгорания смешивается с воздухом, установка готова к повторению цикла работы.

В качестве топлива в установке может использоваться сжиженный углеводородный газ, например пропан, или смесь пропана и бутана.

Топливо может храниться в жидкой фазе в баллонах, и через редуктор, питающую емкость и капилляр, поступать в камеру сгорания.

Давление насыщенных паров топлива при температуре окружающей среды позволяет в камере сгорания установки сформировать стехиометрическую топливовоздушную смесь без использования вспомогательного насоса и/или карбюратора.

Для зажигания топливной смеси используется искровая свеча.

Поршень выполнен свободным, без использования уплотнительных колец и без жесткой механической связи с остальными деталями установки.

Зазор между внутренней стенкой цилиндра и поршнем заполнен жидкостью, обладающей необходимыми вязкостью и теплоемкостью, например, водой.

На этапе движения поршня вверх (под действием расширяющихся газов из камеры сгорания) жидкость выполняет функцию обтюрации и смазки, препятствуя прорыву раскаленных газов между стенкой цилиндра и поршнем.

При обратном движении поршня (сверху вниз) поршень вытесняет продукты сгорания через зазор, дополнительно собирая капли жидкости оставшиеся на стенках при движении вверх.

Проходя через слой жидкости, отработанные газы передают жидкости большую часть своего тепла, что способствует повышению тепловой эффективности установки.

Камера сгорания отделена от цилиндра с поршнем выпускным клапаном.

Цилиндрическая форма камеры сгорания позволяет повысить эффективность продувки с использованием впускного и выпускного клапанов, расположенных в ее торцах.

Вертикальное расположение цилиндра и вынос поршня за пределы камеры сгорания позволяют использовать его обратный ход под действием силы тяжести для последующего удаления продуктов сгорания топлива и их охлаждения.

В установке не используется предварительное сжатие топливовоздушной

смеси.

В установке используется расширение продуктов сгорания вплоть до атмосферного давления окружающей среды, за счет чего обеспечивается приемлемый термодинамический, механический и электрический КПД, а также достигается малошумность ее работы.

Процессы продувки камеры сгорания воздухом и наполнения ее новой порцией топлива разнесены во времени, что повышает экономичность и экологичность работы установки.

Выпускной клапан позволяет продуктам сгорания топлива покидать камеру сгорания, при этом препятствует попаданию в нее воды и охлажденных выхлопных газов при их вытеснении из цилиндра при обратном движении поршня.

Перед началом очередного рабочего такта поршень располагается на запорном элементе клапана, а остальное пространство вокруг запорного элемента клапана, а также зазор между стенкой цилиндра и поршнем заполнены жидкостью.

При обратном движении поршня вниз, он своим весом вытесняет продукты сгорания, которые просачиваются через зазор, и отдают тепло поршню, стенкам цилиндра и жидкости.

Поршень выполнен в форме цилиндра с размещенными в нем постоянными магнитами.

Направление намагниченности постоянных магнитов поршня выбирается из расчета достижения максимальной магнитной связи с катушками генератора, расположенными снаружи цилиндра.

Масса поршня выбирается из расчета предотвращения преждевременного открытия выпускного клапана под воздействием небольшого давления топливовоздушной смеси в камере сгорания до момента ее воспламенения и обеспечения квази-изохорного сгорания топливовоздушной смеси.

Большая часть кинетической энергии движения поршня расходуется на генерацию тока в катушках генератора, а остальная часть используется для создания разрежения в цилиндре и камере сгорания, открытия впускного продувочного клапана, перемещения отработанных газов в выхлопную трубу и закачки атмосферного воздуха в камеру сгорания.

Засасываемый воздух замещает собой продукты сгорания в камере, перемещая их в цилиндр, откуда они впоследствии будут удалены при обратном движении поршня.

Для уменьшения длины цилиндра, в его верхней части, на пути движения поршня могут располагать пружину, препятствующую дальнейшему инерционному движению поршня и за счет своей упругой деформации ускоряющую его движение в обратном направлении.

При работе установки, часть капель жидкости вместе с отработанными газами, в виде брызг может попадать в верхнюю часть цилиндра, для отделения данной жидкости от потока отработанных газов установка снабжается сепаратором.

В минимальном варианте, сепаратор может быть выполнен в форме продолжения трубы цилиндра без изменений ее конструкции и геометрии.

При длинной трубе цилиндра, оторвавшиеся от поршня капли жидкости претерпят соударения со стенками цилиндра и не долетят до его конца, при этом давления потока газов будет недостаточно для их дальнейшего перемещения или удержания, вследствие чего капли жидкости будут опускаться на поршень и стенки цилиндра.

Дополнительно, сепаратор может выполняться в виде набора цилиндров и отверстий, ускоряющих отделение капель жидкости от потока отработанных газов и возвращающих жидкость с полость цилиндра.

При работе установки часть жидкости в виде капель может попадать в камеру сгорания в результате переходных процессов в выпускном клапане в момент его закрытия.

Для защиты свечи зажигания отданных капель, она может быть соединена с камерой сгорания форкамерой (например, L-образной).

Для удаления из камеры сгорания попавшей в нее жидкости, в нижней точке камеры сгорания проделано отверстие, выходящее в дренажный капилляр, связанный через дренажный обратный клапан с дренажной трубкой, верхняя часть которой выведена в верхнюю полость цилиндра.

Данная конструкция удаляет излишки жидкости, возвращает ее в цилиндр, и за счет малого сечения дренажного клапана препятствует непродуктивной потере продуктов сгорания топливовоздушной смеси.

Выходную мощность установки можно регулировать путем изменения периода срабатывания таймера.

Таймер позволяет осуществлять независимую регулировку периода и скважности выходных импульсов, являющихся питающими для высоковольтного преобразователя, связанного со свечой зажигания.

Описание цикла работы

Искровая свеча поджигает стехиометрическую топливовоздушную смесь пропана с воздухом, заполняющую камеру сгорания и находящуюся при небольшом избыточном давлении относительно окружающей среды) порядка 4400 Па (33 мм рт.ст.).

Это избыточное давление запирает нижний впускной продувочный клапан и стремится открыть верхний (выпускной) клапан, чему препятствует воздействующий на его запорный элемент массивный свободный поршень, расположенный в цилиндре.

Дренажный обратный клапан также закрыт давлением столба жидкости в дренажной трубке, а утечка смеси через капиллярную питающую трубку невозможна, т.к. в питающей емкости с пропаном давление такое же или немногим выше.

Жидкость в цилиндре, выполняющая обтюрирующую, смазывающую и охлаждающую функции заполняет зазор между поршнем и внутренней стенкой цилиндра.

Также ее слой толщиной 1-2 см покрывает верхний торец поршня.

Небольшое количество жидкости может присутствовать в камере сгорания в кольцевом зазоре вокруг впускного продувочного клапана.

Серия импульсов высокого напряжения (7-8 кВ) общей длительностью 0,2…,5 с поступают на свечу с высоковольтного преобразователя, запитываемого от таймера.

Таймер задает как длительность работы высоковольтного преобразователя, так и ее периодичность.

После воспламенения топливовоздушной смеси происходит ее сгорание в замкнутом объеме камеры.

Сгорание сопровождается ростом температуры и давления газов, под воздействием которого открывается выпускной клапан.

Однако вследствие своей значительной массы поршень не может достаточно быстро начать движение и изменить свое положение в цилиндре, обеспечивая тем самым практически изохорное сгорание топливовоздушной смеси и позволяя при этом достичь максимальных (для конкретных начальных условий) величин температуры и давления продуктов сгорания.

Далее поршень под воздействием давления газов набирает скорость, а сами газы совершают работу как против силы атмосферного давления, так и по приданию поршню скорости (увеличивая тем самым его кинетическую энергию).

Объем газов при этом возрастает, а их температура и давление падают.

Обойти поршень газы не могут, т.к. зазор между ним и стенкой цилиндра заполнен жидкостью, которая не может мгновенно его покинуть вследствие действия сил трения и поэтому увлекается поршнем, продолжая движение вместе с ним.

Как показывает выполненный расчет, заполненный водой зазор в 0.1 мм между поршнем и внутренней стенкой цилиндра обеспечивает обтюрацию, а жидкость в нем дополнительно служит смазкой и охлаждающей субстанцией.

После набора максимальной скорости (давление газов под поршнем в этот момент сравнивается с атмосферным) радиальные составляющие полей магнитов поршня пересекают плоскости катушек линейного генератора, наводя в них знакопеременную эдс.

Эдс отдельных катушек суммируются и периодически, по мере перемещения поршня, одновременно меняют знак.

При подключенной к катушкам нагрузке в них возникает ток, создающий собственные поля, взаимодействующие с магнитными полями поршня и приводящие к его торможению.

Вырабатываемый линейным генератором переменный ток может быть выпрямлен и использован, например, для зарядки аккумулятора, от которого питаются потребители электрической энергии и, в том числе, таймер системы зажигания.

Слой жидкости на верхнем торце поршня ускоряется вместе с ним и дополнительно смачивает (смазывает) стенки цилиндра, а также частично проникает в зазор.

После покидания зоны расположения катушек линейного генератора поршень имеет некоторую скорость и продолжает перемещаться, увеличивая объем, заполненный совершившими работу газами.

Это приводит к дальнейшему падению давления как в камере сгорания, так и в цилиндре.

В результате падения давления открывается нижний впускной продувочный клапан и засасываемый наружный воздух перемещает продукты сгорания из камеры сгорания в цилиндр.

При дальнейшем движении поршня, имеющего некоторую остаточную скорость, происходит его взаимодействие с пружиной, в результате чего он останавливается, а пружина при этом сжимается.

Слой жидкости на верхнем торце поршня продолжает свое движение и, отрываясь от поршня, попадает в сепаратор.

В результате столкновения со стенками сепаратора жидкость разбивается на капли, которые затем под действием силы тяжести стекают в цилиндр.

Охлажденные выхлопные газы предшествующего рабочего цикла вытесняются останавливающимся поршнем из сепаратора через многочисленные отверстия в его боковых стенках и далее направляются в выхлопную трубу.

После остановки поршня сжатая пружина распрямляется и ускоряет его движение в нижнем направлении, чему способствует также сила тяжести.

Давление газов в камере сгорания и цилиндре становится выше атмосферного и как выпускной, так и продувочный клапаны закрываются.

Поршень, набравший существенно меньшую, нежели чем при движении вверх, скорость и кинетическую энергию, расходует их вновь на генерацию тока в катушках линейного генератора и на проталкивание горячих выхлопных газов через зазор между ним и внутренней стенкой цилиндра.

Проходя через узкий зазор и слой жидкости на верхнем торце поршня, выхлопные газы в значительной степени охлаждаются, отдавая тепло жидкости, поршню и стенкам цилиндра.

Опускаясь в цилиндре с постоянной и небольшой скоростью, поршень собирает капли жидкости с его стенок и, достигнув выпускного клапана,

останавливается.

Запорный элемент клапана из устойчивого к высоким температурам эластомера, а также собранная поршнем жидкость амортизируют удар и защищают поршень и клапан от повреждений.

Если в кольцевом зазоре впускного клапана присутствует вода, проникшая в камеру сгорания из-за неидеальной работы выпускного клапана во время предыдущего цикла, то она будет удалена из него через капилляр, дренажный обратный клапан и дренажную трубку в результате скачка давления при сгорании топливовоздушной смеси.

Если в кольцевом зазоре вода отсутствует, то по вышеуказанному пути, не совершив полезной работы, уйдет лишь весьма небольшая часть газов от сгорания топливовоздушной смеси.

Таким образом, периодическое появление пузырьков газа в прозрачной дренажной трубке будет являться индикатором правильной работы двигателя и отсутствия жидкости в камере сгорания.

При продувке камеры сгорания наружным воздухом давление в ней падает, и через капиллярную трубку из буферной питающей емкости в камеру сгорания поступает новая порция пропана.

При этом в камеру сгорания вытесняются газы, попавшие ранее в питающую магистраль при скачке давления в результате сгорания топливовоздушной смеси.

Процесс вытеснения этих газов начинается еще до закрытия продувочных клапанов в камере сгорания и не приводит к росту давления ней.

Поэтому к моменту закрытия клапанов в камеру сгорания начнет поступать уже чистый пропан, а вытесненные ранее газы практически не ухудшат качество топливовоздушной смеси ввиду их малого объема в сравнении с объемом воздуха в камере.

Спустя несколько секунд процесс наполнения камеры сгорания пропаном практически завершится и давления в ней и в буферной питающей емкости сравняются.

Стенки камеры сгорания горячие, а поступающий в нее пропан холодный, что способствует образованию конвекционных потоков и эффективному перемешиванию топливовоздушной смеси.

Этому способствует также практически двукратная разница в плотности пропана и воздуха (более тяжелый пропан из верхней части камеры сгорания, где впаян питающий капилляр, опускается вниз, смешиваясь при этом с воздухом).

Затем с таймера подается питающее напряжение на высоковольтный преобразователь, и искровая свеча поджигает стехиометрическую смесь, после чего вышеописанные процессы повторяются.

Описанные варианты осуществления изобретения не являются исчерпывающими в отношении использования установки.

Изобретение относится к двигателестроению. Микрокогенерационная установка на базе свободнопоршневого двигателя-электрогенератора включает в себя емкость 12 с топливом, соединенную через редуктор 13, буферную емкость 14 и капиллярную питающую трубку 8 с камерой сгорания 1, имеющей впускной продувочный клапан 4 для пропуска атмосферного воздуха в камеру сгорания и выпускной клапан 19 для выпуска продуктов сгорания. Установка включает рабочий цилиндр 2, в верхней части открытый в выхлопную трубу 23 и соединенный через выпускной клапан 19 с камерой сгорания 1, магнитный поршень 3, установленный в рабочем цилиндре 2 с зазором, с возможностью свободного линейного перемещения по длине цилиндра, линейный генератор 6, присоединенный к внешней нагрузке, искровую свечу 5 с искровым электродом, выведенным в полость камеры сгорания 4, соединенную с источником высокого напряжения 18 через коммутирующий таймер 16. В зазор между цилиндром 2 и поршнем 3 и на верхнюю часть поршня 3 помещена охлаждающая жидкость, предотвращающая прорыв выхлопных газов в зазор между поршнем и цилиндром. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Микрокогенерационная установка на базе свободнопоршневого двигателя-электрогенератора, включающая в себя:

- питающую емкость или баллон с газообразным или сжиженным топливом, соединенную через редуктор и буферную емкость с камерой сгорания питающей трубкой;

- камеру сгорания, соединенную через впускной продувочный клапан с атмосферой;

- впускной продувочный обратный клапан атмосферного воздуха, установленный в камере сгорания, с возможностью пропуска атмосферного воздуха в камеру сгорания;

- выпускной клапан продуктов сгорания топливовоздушной смеси газов;

- рабочий цилиндр, расположенный вертикально, в верхней части открытый в атмосферу или выхлопную трубу, и соединенный с камерой сгорания;

- магнитный поршень, снабженный одним или несколькими магнитами или магнитными сборками, установленный в рабочем цилиндре с зазором, допускающим возможность свободного линейного перемещения поршня по длине цилиндра;

- линейный генератор, присоединенный к внешней нагрузке, конструктивно сопряженный или совмещенный с рабочим цилиндром и магнитно-связанный с магнитным поршнем;

- искровую свечу с искровым электродом, выведенным в полость камеры сгорания, соединенную с источником высокого напряжения, таким как аккумулятор, конденсатор или генератор, через коммутирующий таймер;

- коммутирующий таймер;

отличающаяся тем, что

- питающая трубка, соединяющая камеру сгорания и буферную емкость с топливом, выполнена капиллярной с диаметром канала не более 0,4 мм и длиной не менее 20 см;

- камера сгорания соединена с рабочим цилиндром через выпускной клапан;

- рабочий цилиндр соединен с верхней частью камеры сгорания в месте выхода в полость цилиндра выпускного клапана камеры сгорания;

- выпускной клапан установлен в камере сгорания между внутренним объемом камеры сгорания и внутренним объемом рабочего цилиндра;

- магнитный поршень до начала работы установки расположен на выступающей верхней части мембраны выпускного клапана так, что вес поршня по направлению и величине суммируется с силой упругой деформации удерживающей пружины или эластичного запорного элемента клапана, преодоление которой необходимо для открытия и срабатывания клапана за счет разницы перепада давления;

- при этом до начала работы установки в зазор между цилиндром и поршнем и на верхнюю часть поршня помещена охлаждающая жидкость, предотвращающая прорыв выхлопных газов в зазор между поршнем и цилиндром в количестве и объеме таком, что после просачивания части данной жидкости в зазор и под поршень сверху поверх поршня остается жидкость в количестве и объеме, в пять или более раз превышающем объем зазора между цилиндром и поршнем.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в нижней части дна камеры сгорания ниже уровня седла впускного продувочного обратного клапана проделано сквозное отверстие, к которому герметично присоединено устройство дренажа и удаления избыточной жидкости, включающее в себя дренажный капилляр, дренажный обратный клапан и дренажную трубку, соединенные так, что отверстие выходит в дренажный капилляр, дренажный капилляр через дренажный обратный клапан сообщается с дренажной трубкой, дренажная трубка выведена в верхнюю часть полости рабочего цилиндра.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий таймер выполнен с возможностью регулировки времени периода срабатывания.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный поршень выполнен в форме одного или нескольких магнитов, закрытых защитной оболочкой.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что магниты в магнитном поршне собраны с повторением последовательности образующих цилиндр магнитных элементов с циклической ориентацией вектора намагниченности на его торцевых поверхностях влево, вверх, вправо, вниз, влево, и т.д. по магнитной сборке Халбаха.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что магниты в магнитном поршне собраны посредством последовательного соединения одноименными полюсами кольцеобразных или дисковых магнитов с аксиальным типом намагниченности.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что магниты в магнитном поршне снабжены полюсными наконечниками из магнитомягкой стали.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линейный генератор конструктивно сопряжен с рабочим цилиндром путем установки катушек генератора поверх и вокруг трубы цилиндра.

9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что секции катушки линейного генератора конструктивно совмещены с рабочим цилиндром путем изготовления данных секций в форме неотъемлемой части цилиндра так, что внутренняя часть секций выполнена в форме полости с ровной цилиндрической поверхностью, с сохранением герметичности цилиндра.

10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части рабочего цилиндра, в его внутренний объем, установлена ограничивающая пружина, препятствующая дальнейшему продвижению магнитного поршня за счет своего упругого сжатия.

11. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части рабочего цилиндра установлен сепаратор, отделяющий охлаждающую жидкость от выхлопных газов, выполненный в форме внешнего цилиндра с выпускными отверстиями для отработанных газов и брызг и сливным отверстием для стекающей жидкости, выходящим в полость цилиндра.

12. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что искровой электрод искровой свечи зажигания выведен в полость камеры сгорания через промежуточную защитную форкамеру, выходящую в полость камеры сгорания под наклоном или соединенную с ней L/J/U/V-образным каналом, препятствующую попаданию охлаждающей жидкости на искровой электрод.