मुक्त पिस्टन रैखिक जनरेटर: Difference between revisions

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फ्री-पिस्टन लीनियर जनरेटर (FPLG) एक [[स्टेटर]] के माध्यम से मैग्नेट को चलाने के लिए ईंधन से रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करता है और इस रैखिक गति को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इसकी बहुमुखी प्रतिभा, कम वजन और उच्च दक्षता के कारण, इसका उपयोग अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जा सकता है, हालांकि यह इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए [[रेंज एक्सटेंडर (वाहन)]] के रूप में गतिशीलता उद्योग के लिए विशेष रुचि रखता है।
'''मुक्त-पिस्टन रैखिक जनरेटर''' (ऍफ़पीएलजी) एक [[स्टेटर|स्थिरक]] के माध्यम से चुम्बक को चलाने के लिए ईंधन से रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करता है और इस रैखिक गति को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इसकी बहुमुखी प्रतिभा, कम वजन और उच्च दक्षता के कारण, इसका उपयोग अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में किया जा सकता है, यद्यपि की यह विद्युत् वाहनों के लिए [[रेंज एक्सटेंडर (वाहन)|सीमा विस्तारक (वाहन)]] के रूप में गतिशीलता उद्योग के लिए विशेष रुचि रखता है।


== विवरण ==
== विवरण ==

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मुक्त-पिस्टन रैखिक जनरेटर (ऍफ़पीएलजी) एक स्थिरक के माध्यम से चुम्बक को चलाने के लिए ईंधन से रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करता है और इस रैखिक गति को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इसकी बहुमुखी प्रतिभा, कम वजन और उच्च दक्षता के कारण, इसका उपयोग अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में किया जा सकता है, यद्यपि की यह विद्युत् वाहनों के लिए सीमा विस्तारक (वाहन) के रूप में गतिशीलता उद्योग के लिए विशेष रुचि रखता है।

विवरण

फ्री-पिस्टन इंजन रैखिक जनरेटर को 3 उपप्रणालियों में विभाजित किया जा सकता है:[1][2]

  • एक या दो विपरीत पिस्टन के साथ एक (या अधिक) प्रतिक्रिया अनुभाग
  • एक (या अधिक) रैखिक विद्युत जनरेटर, जो एक स्थिर भाग (स्टेटर) और कनेक्शन रॉड से जुड़े एक गतिशील भाग (चुंबक) से बना होता है।
  • क्रैंकशाफ्ट (आमतौर पर गैस स्प्रिंग या विपरीत प्रतिक्रिया अनुभाग) की कमी के कारण पिस्टन को पीछे धकेलने के लिए एक (या अधिक) रिटर्न यूनिट

आंतरिक दहन इंजन द्वारा संचालित पारंपरिक विद्युत जनरेटर की तुलना में एफपीएलजी के कई संभावित फायदे हैं। एफपीएलजी का एक मुख्य लाभ क्रैंकशाफ्ट की अनुपस्थिति से आता है। यह कम भागों के साथ एक छोटे और हल्के जनरेटर की ओर ले जाता है। यह परिवर्तनीय संपीड़न और विस्तार अनुपात की भी अनुमति देता है, जिससे विभिन्न प्रकार के ईंधन के साथ काम करना संभव हो जाता है।

रैखिक जनरेटर प्रतिरोध बल के नियंत्रण की भी अनुमति देता है, और इसलिए पिस्टन की गति और प्रतिक्रिया का बेहतर नियंत्रण होता है। फ्री-पिस्टन रैखिक जनरेटर की कुल दक्षता (यांत्रिक और जनरेटर सहित) पारंपरिक आंतरिक दहन इंजनों की तुलना में काफी अधिक हो सकती है और ईंधन कोशिकाओं के बराबर हो सकती है।

विकास

1943 से एफपीएलजी पेटेंट - पोंटस ओस्टेनबर्ग, यूएसए, पी. ओस्टेनबर्ग द्वारा

फ्री-पिस्टन रैखिक जनरेटर का पहला पेटेंट 1940 के आसपास का है, हालांकि पिछले दशकों में, विशेष रूप से दुर्लभ-पृथ्वी मैग्नेट और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के बाद, कई अलग-अलग शोध समूह इस क्षेत्र में काम कर रहे हैं।[3][4]

इसमे शामिल है:

  • लिबर्टिन एलपीई, यूके।[5][6]
  • वेस्ट वर्जीनिया यूनिवर्सिटी (डब्ल्यूवीयू), यूएसए।[5]* चाल्मर्स यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी, स्वीडन।[5]* इलेक्ट्रिक जेनरेटर, पोंटस ओस्टेनबर्ग, यूएसए - 1943
  • निःशुल्क पिस्टन इंजन, वैन ब्लारिगन, सैंडिया नेशनल लेबोरेटरी, यूएसए[7] - 1995 के बाद से
  • एक्वेरियस इंजन, इज़राइल।[8]
  • फ्री-पिस्टन इंजन प्रोजेक्ट, न्यूकैसल यूनिवर्सिटी, यूके[9] - 1999 से
  • शंघाई जे आई औतोंग विश्वविद्यालय, चीन।[10]
  • फ्री-पिस्टन लीनियर जेनरेटर, जर्मन एयरोस्पेस सेंटर (डीएलआर), जर्मनी - 2002 से[11]
  • फ्री पिस्टन पावर पैक (एफपी3), पेम्पेक सिस्टम्स, ऑस्ट्रेलिया - 2003[12]
  • फ्री पिस्टन एनर्जी कन्वर्टर, रॉयल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, स्वीडन - 2006[13]
  • रैखिक दहन इंजन, प्राग में चेक तकनीकी विश्वविद्यालय - 2004[14] * आंतरिक दहन रैखिक जनरेटर एकीकृत विद्युत प्रणाली, जू नानजिंग, चीन - 2010
  • माइक्रोमर एजी (स्विट्जरलैंड) - 2012 [15]
  • फ्री-पिस्टन इंजन लीनियर जनरेटर, टोयोटा, जापान - 2014[16]

यद्यपि प्रौद्योगिकी के लिए कई प्रकार के नाम और संक्षिप्त रूप हैं, फ्री-पिस्टन रैखिक जनरेटर और एफपीएलजी शब्द विशेष रूप से जर्मन एयरोस्पेस सेंटर में परियोजना को संदर्भित करते हैं।

ऑपरेशन

फ्री-पिस्टन रैखिक जनरेटर में आम तौर पर तीन उपप्रणालियाँ होती हैं: दहन कक्ष, रैखिक जनरेटर और रिटर्न यूनिट (आमतौर पर एक गैस स्प्रिंग), जो एक कनेक्टिंग रॉड के माध्यम से जुड़े होते हैं।

दहन कक्ष में, ईंधन और हवा का मिश्रण प्रज्वलित होता है, जिससे दबाव बढ़ता है और चलती भागों (कनेक्शन रॉड, रैखिक जनरेटर और पिस्टन) को गैस स्प्रिंग की दिशा में मजबूर किया जाता है। गैस स्प्रिंग को संपीड़ित किया जाता है, और, जबकि पिस्टन निचले मृत केंद्र (बीडीसी) के पास होता है, ताजी हवा और ईंधन को दहन कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है, जिससे निकास गैसें बाहर निकल जाती हैं।

गैस स्प्रिंग चलती भागों की असेंबली को शीर्ष मृत केंद्र (टीडीसी) में वापस धकेलती है, हवा और ईंधन के मिश्रण को संपीड़ित करती है जिसे इंजेक्ट किया गया था और चक्र दोहराता है। यह दो स्ट्रोक इंजन के समान तरीके से काम करता है, हालांकि यह एकमात्र संभावित कॉन्फ़िगरेशन नहीं है।

रैखिक जनरेटर न केवल विस्तार के दौरान बल्कि संपीड़न के दौरान भी गति के विपरीत बल उत्पन्न कर सकता है। परिमाण और बल प्रोफ़ाइल पिस्टन की गति के साथ-साथ समग्र दक्षता को भी प्रभावित करते हैं।

विविधताएं

एफपीएलजी की कल्पना कई अलग-अलग विन्यासों में की गई है, लेकिन अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, विशेष रूप से ऑटोमोटिव उद्योग के लिए, प्रत्येक सिलेंडर के अंत में गैस स्प्रिंग के साथ एक दहन कक्ष के साथ एक ही सिलेंडर में दो विपरीत पिस्टन पर ध्यान केंद्रित किया गया है। यह कंपन और शोर को कम करने के लिए बलों को संतुलित करता है। सबसे सरल मामले में, दूसरी इकाई पहली का दर्पण मात्र है, जिसका पहली से कोई कार्यात्मक संबंध नहीं है। वैकल्पिक रूप से, एक एकल दहन कक्ष या गैस स्प्रिंग का उपयोग किया जा सकता है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और पिस्टन के बीच आसान सिंक्रनाइज़ेशन की अनुमति मिलती है।

गैस स्प्रिंग और दहन कक्ष को कनेक्शन छड़ों के सिरों पर रखा जा सकता है, या वे स्थान को कम करने के लिए विपरीत पक्षों का उपयोग करके एक ही पिस्टन को साझा कर सकते हैं।

रैखिक जनरेटर के भी कई अलग-अलग विन्यास और रूप होते हैं। गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को कम करने और/या गर्मी अपव्यय में सुधार करने के लिए इसे गोल ट्यूब, एक सिलेंडर या यहां तक ​​कि फ्लैट प्लेट के रूप में डिजाइन किया जा सकता है।

फ्री-पिस्टन रैखिक जनरेटर की महान बहुमुखी प्रतिभा क्रैंकशाफ्ट की अनुपस्थिति से आती है, जो एक महान पंपिंग हानि को दूर करती है, जिससे इंजन को और अधिक स्वतंत्रता मिलती है। दहन फोर स्ट्रोक इंजन या चार-स्ट्रोक इंजन हो सकता है। हालाँकि, चार स्ट्रोक के माध्यम से पिस्टन को आगे बढ़ाने के लिए, चार स्ट्रोक के लिए ऊर्जा के बहुत अधिक मध्यवर्ती भंडारण, क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी जड़ता की आवश्यकता होती है। क्रैंकशाफ्ट की अनुपस्थिति में, एक गैस स्प्रिंग को सेवन, संपीड़न और निकास स्ट्रोक के माध्यम से पिस्टन को शक्ति प्रदान करने की आवश्यकता होगी। यही कारण है कि अधिकांश वर्तमान शोध दो-स्ट्रोक चक्र पर केंद्रित हैं।

दहन के लिए कई विविधताएँ संभव हैं:

डीएलआर अनुसंधान

जर्मन एयरोस्पेस सेंटर का इंस्टीट्यूट ऑफ व्हीकल कॉन्सेप्ट वर्तमान में 2002 से एक एफपीएलजी (या फ्रीकोलबेनलाइनरजेनरेटर - एफकेएलजी) विकसित कर रहा है, और इस विषय के बारे में कई पत्र प्रकाशित किए हैं।[1][2][17][18] अनुसंधान के पहले कुछ वर्षों के दौरान, 3 उपप्रणालियों के साथ-साथ सैद्धांतिक पृष्ठभूमि अलग-अलग विकसित की गई थी। 2013 में, पहला संपूर्ण सिस्टम सफलतापूर्वक बनाया और संचालित किया गया था।[19] जर्मन केंद्र वर्तमान में पूरे सिस्टम के दूसरे संस्करण में है, जिस पर कंपन और शोर को कम करने के लिए दो विपरीत सिलेंडरों का उपयोग किया जाएगा, जिससे यह ऑटोमोटिव उद्योग के लिए व्यवहार्य हो जाएगा।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Pohl, Sven-Erik (2007). मुक्त पिस्टन रैखिक जनरेटर - पूरे सिस्टम के सैद्धांतिक विचार और गैस स्प्रिंग सबसिस्टम में प्रयोगात्मक जांच. Hamburg: Helmut-Schmidt-Universität.
  2. ↑ 2.0 2.1 Ferrari, Cornelius (2012). Entwicklung und Untersuchung eines Freikolbenlineargenerators unter besonderer Berücksichtigung des verbrennungsmotorischen Teilsystems mit Hilfe eines neuartigen vollvariablen Prüfstands. Stuttgart: Universität Stuttgart.
  3. ↑ R. Mikalsen; A.P. Roskilly. "फ्री-पिस्टन इंजन के इतिहास और अनुप्रयोगों की समीक्षा" (PDF).
  4. ↑ Kosaka, H.; Akita, T.; Moriya, K.; Goto, S.; et al. (2014). "Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part 1 - Investigation of Fundamental Characteristics". एसएई तकनीकी पेपर श्रृंखला. Vol. 1. SAE International. doi:10.4271/2014-01-1203.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 "Libertine LPE free piston technology targeting power generation, waste-heat recovery and range-extended EV applications; feasibility study with PETRONAS".
  6. ↑ "घर". libertine.co.uk.
  7. ↑ Van Blarigan, Peter (2001). "उन्नत आंतरिक दहन विद्युत जनरेटर" (PDF).
  8. ↑ "PSA evaluating Aquarius Engines' free-piston linear generator for range-extender".
  9. ↑ Sir Joseph Swan Centre for Energy Research (2016-07-21), Free-piston Engine Range Extender Technology, retrieved 2016-09-10
  10. ↑ "Modeling a Free-Piston Engine Genset for Hybrid Applications".
  11. ↑ DLR researchers unveil a new kind of range extender for electric cars
  12. ↑ Carter, Douglas; Wechner, Edward (2003). "The Free Piston Power Pack: Sustainable Power for Hybrid Electric Vehicles". SAE international. SAE Technical Paper Series. SAE. 1. doi:10.4271/2003-01-3277.
  13. ↑ Hansson, Jorgen (2006). "फ्री-पिस्टन ऊर्जा कनवर्टर द्वारा संचालित हाइब्रिड वाहन का विश्लेषण और नियंत्रण". Königlich Technische Hochschule Portal.
  14. ↑ "रैखिक दहन इंजन". रैखिक दहन इंजन. 2004.
  15. ↑ BEETRON: The transition to sustainable power generation
  16. ↑ "Toyota develops high-efficiency 'free piston' no-crankshaft combustion engine… to power an EV". Extreme Tech.
  17. ↑ Kock, F.; Haag, J. & Friedrich, H. (2013). फ्री पिस्टन लीनियर जेनरेटर - एक अभिनव, कॉम्पैक्ट, अत्यधिक कुशल रेंज-एक्सटेंडर मॉड्यूल का विकास. SAE International.
  18. ↑ Kock, F. (2015). Steuerung und Regelung des Freikolbenlineargenerators - Entwicklungsmethode und Regelungskonzept für den Betrieb eines neuartigen Energiewandlers. Stuttgart: Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt.
  19. ↑ "डीएलआर टीम ने ईवी के लिए रेंज एक्सटेंडर के रूप में फ्री-पिस्टन लीनियर जनरेटर का प्रदर्शनकर्ता विकसित किया है". Green Car Congress. 2013-02-20.


बाहरी संबंध

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