中国研发新款FPLG 能源转化率高达45.82%

新能源汽车讯 据外媒报道，中国的研究人员研发了全新款自由活塞发动机线性发电机（free-piston linear generator，FPLG），可高效回收汽车发动机的尾气废热。该FPLG被用于小型有机郎肯循环（organic Rankine cycle，ORC）系统中，可将工作流体（working fluid）的热力学能（内能，thermodynamic energy）直接转化为电能。

北京工业大学（Beijing University of Technology）电动车合作创新中心（Collaborative Innovation Center of Electric Vehicles）与大同北方天力增压技术有限公司（Datong North Tianli Turbocharging Technology Co., Ltd.）的研究团队在《实用热力工程》（Applied Thermal Engineering）期刊上发表的一篇论文中宣称，当进气压力为2.6 bar时，FPLG的能量转换率（energy conversion efficiency）高达45.82%。

在该份研究报告中，新款FPLG由双对动活塞型（dual-opposed piston type）自由活塞式膨胀机（free piston expander）、置于两个气缸间的线性发电机及各类辅助组件构成，只需通过一根连接杆，就能将活塞与线性发电机相连。

活塞可在上止点（top dead center）与下止点（bottom dead center）间自由移动。由于活塞并不受制于曲柄轴（crankshaft），其动能收到缸内气压、电磁力（electromagnetic force）及机械摩擦（mechanical friction）的影响。此外，在工程进程中，上止点与下止点可能会有变化。研究人员在该实验中采用了压缩空气试验台（compressed air test rig）。

在进气膨胀冲程及排气冲程中，两个气缸将被交替使用。压缩空气流可交替进入各气缸，驱动活塞组件往复运动，线性发电机将部分活塞组件的动能（kinetic energy）转化为电能。

部分研究结论：

1. 活塞位移曲线类似于正弦波（sinusoidal wave），随着进气压力的增大，活塞振幅（piston amplitude）也将随之增大。

2. 工作频率的增大将使活塞振幅及运动对称性（motion symmetry）降低。

3. 活塞的峰值速率及功率输出表明其与进气压力几乎呈线性关联性，表明功率输出对活塞速度十分敏感。当操作频率为1.0Hz且外部载重阻力（external load resistance）为20Ω时，最大峰值速度约为0.69m/s，而最高功率输出为96W。

4. FPLG的转换效率随进气压力的增大而增大。

5. 当操作频率为2.0Hz时，FPLG的能源转化率将高达45.82%，进气压力为2.6 bar。

在测定该系统的潜在能量转速率后，研究人员将继续研究增大压力及操作频率对FPLG所产生的影响，并在小型ORC系统内测试FPLG设备。