将热能转换成电能或将电能转换成热能的机器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于将来自自由热沉积的热能转换为电能的机器(1)。所述机器使用特定材料的在经受相对于其居里温度(Tc)的温度变化时的磁相变特性。所述机器包括磁热转换器(2)，所述磁热转换器(2)设置有固定定子(S)和可动转子(R)，所述固定定子(S)设置有由所述材料制成的作用元件(4)，所述可动转子设置有磁极(5)和非磁极(5')。所述机器包括传热流体的闭合的流体回路(6)，所述流体回路经由热交换器(E1、E2)与不同温度(T1、T2)的两个热源(S1、S2)联接以及与定子(S)联接，以将收集的热能传递到作用元件(4)。同步系统使得作用元件(4)可以经受交替的热循环，以便在所述转子(R)和所述定子(S)之间产生永久磁失衡，以及产生所述转子(R)的运动，所述运动产生可以转换成电能的机械能。所述转换机(1)也可以反向操作，即作为磁冷产生器操作。为磁冷产生器操作。为磁冷产生器操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将热能转换成电能或将电能转换成热能的机器


[0001]本专利技术涉及一种将热能转换成电能或反之将电能转换成热能的机器，所述转换机包括至少一个磁热转换器，所述磁热转换器被配置为用于将温度变化转换成机械能或将磁场变化转换成热能。
[0002]本专利技术特别关注的是将热(包括废热)转换成电能。“热”是指热的(即温度高于绝对零度(>0开尔文))所有热源。本专利技术更特别地涉及温度在
‑
100℃和+100℃之间的热。
[0003]本专利技术还关注使用为转换废热而研发的技术来从机械能或电能产生热能。因此，本专利技术涉及一种可逆的转换机，即能够根据两种反向操作模式作用的可逆转换机。

技术介绍

[0004]废热(也称为即逝能量)对应于通过不是主要目的的方法产生的热能，并且其中产生的热不被回收而是被释放到大气或任何其它环境中。根据ADEME(法国生态过渡机构)在2017年9月进行的研究，法国工业具有109.5TWh(垓瓦小时)的废热潜力，即法国工业燃料消耗的36％，其中56.6TWh在低于100℃时损失。除此之外，污水处理厂、家庭垃圾焚烧厂、数据中心、医院和其它三级场所也会释放8.4TWh的热。
[0005]在工业中，我们可以以示例的方式引用可燃物在炉中的燃烧过程，其有用能量仅为20％至40％。因此，如果不回收，则由该炉产生的热的剩余60％至80％是废热。该示例扩展到来自热电站、核电站、水泥厂、太阳能热电站、气体液化处理(该列表不是详尽的)的所有其它热源。
[0006]取决于工业处理，废热可以具备若干形式：气态散发物(例如，炉烟)、液体排放物(例如，锅炉)或扩散排放物(例如，热系统中的绝缘泄漏)。废热温度的范围很广，从
‑
100℃到超过+500℃。
[0007]对于温度高于150℃的废热，存在许多用于通过热转换(Rankin循环、基于Seebeck效应的反向热电转换、熔盐等)发电的技术。这些技术特别昂贵和复杂，并且不是成本有效的，也不足够有效地再循环温度低于100℃的废热(也称为“低级热排放”)。
[0008]对于低等级热排放，与卡诺循环的产率相比，现有技术仅提供小于30％的低转换率。公开US 2015/0295469 A1和US 9,998,036 B2提出了一种基于某些金属材料的磁相变的技术，但限于使用液体排放形式的废热。该技术难以实施、繁琐、效率非常低，因此其应用受限。实际上，与卡诺循环的产率相比，对于小于20％的转换率，该技术需要高的液体排放消耗。迄今为止，它尚未在工业上开发。
[0009]面对能源转变的挑战，来自所有部门(工业、第三产业和住宅)的废热回收和再循环构成了显著的节能潜力，因此，通过大幅减少向大气中的热散发，对全球变暖的影响显著降低。此外，废热是全世界广泛可用的热能来源。
[0010]此外，目前还没有基于某些金属材料的磁相变的技术，该技术是可逆的并且能够在第一操作模式中从热能产生电能并且在第二操作模式中从电能产生热能，特别是用于空调、制冷、加热、回火、干燥或类似应用。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是通过提出一种可逆的、可工业化的、紧凑的、可靠且安全的转换机来克服这些缺点，该转换机符合磁场和压力方面的标准，使用基于某些材料的磁相变的技术实施低约束、低维护的机构并因此提供长的使用寿命，提供与卡诺循环的产率相比超过60％的高转换率，而不对环境或景观有任何负面影响，能够利用不同形式的热能沉积物来产生绿色和可再生电能，而且还能够借助于模块化的可逆技术产生磁冷却，该技术可根据目标输出和能量沉积物的温度或制冷温度和/或待达到的加热来容易地配置。
[0012]为此，本专利技术涉及一种如技术方案1所限定的转换机。
[0013]磁热转换器的紧凑设计，其中分布在定子中的第一组作用元件和第二组作用元件的交替配置对应于转子的磁极和非磁极的交替配置，使得可以最大限度地利用转子的所有作用元件和磁极，并显著提高磁热转换器的性能和热效率。
[0014]在第一实施方式中，所述磁热转换器可以包括叠加在所述转子上的固定磁性框架，以在转子和磁性框架之间界定所述定子所在的气隙，所述磁性框架被配置成引导磁通量并闭合所述转子的磁极的通过所述定子和所述作用元件的场线。
[0015]在第二实施方式中，所述磁热转换器可以包括两个叠加的转子，以在两个叠加的转子之间界定所述定子所在的气隙，两个转子具有相同数量的磁极和非磁极，并且被配置成引导磁通量并闭合两个转子的磁极的通过所述定子和所述作用元件的场线。在这种情况下，两个转子可以通过机械连接件或通过磁耦合来联接。
[0016]在本专利技术的优选形式中，所述定子包括或形成供所述作用元件固定的隔热支撑件以及流体连接件，以便允许所述流体回路和所述作用元件之间的连通。所述定子有利地包括多个作用元件，其是所述至少一个转子的磁极和非磁极的数量的数倍，使得相同数量或相同量的作用元件与各个磁极和非磁极相对。
[0017]所述流体回路可以包括传热流体，所述传热流体选自包括具有或没有添加剂的水溶液、气态介质、液化气、石油产品的群组。所述流体回路还可以包括泵、两个热交换器和两个通过同步系统并联连接的用于所述传热流体的循环环路。在这种情况下，所述同步系统被配置成在所述循环环路中的一个循环环路和另一个循环环路中交替地将分别来自所述第一组和来自所述第二组的所述作用元件与所述热交换器串联连接。
[0018]所述同步系统有利地包括流体分配器，所述流体分配器根据由选自机械、液压、电动和/或电子致动器的致动器确定的切换频率被控制。另外，所述流体分配器可以由磁热转换器的所述至少一个转子和机械凸轮传动器控制，由变速辅助马达和机械凸轮传动器控制，或者由可编程的电动或电子凸轮控制。
[0019]所述流体回路还可以包括与各个所述循环环路串联连接的传热流体缓冲罐。更优选地，所述流体回路还包括用于所述传热流体的循环方向的控制单元，所述控制单元被配置成使传热流体在各个所述热交换器中沿单一循环方向循环。
[0020]所述作用元件可以包括选自包括钆(Gd)、钆(Gd)合金、铁(Fe)合金、锰(Mn)合金、镧(La)的群组的材料中的至少一者，所述合金包括选自至少包括硅(Si)、锗(Ge)、铁(Fe)、镁(Mg)、磷(P)、锰(Mn)、氢(H)、砷(As)的群组的材料中的至少一者或者某些所述材料的组合。并且所述材料可以是选自包括片、多孔块、片块、球团、粉末、团块的群组的形式中的一者。
[0021]在本专利技术的优选形式中，所述磁热转换器具有环状构造，所述定子和所述至少一个转子径向叠加并轴向延伸。在这种情况下，设置在所述作用元件中的流体通道的至少一部分轴向开口，并且所述流体连接件配置于所述定子的至少一个轴向端。
[0022]在该环形构造中，所述作用元件有利地呈杆的形式，在所述定子中轴向地延伸，并且各个作用元件均可以包括多孔材料块或材料的层状片块，并且在作用元件之间界定所述流体通道。
[0023]所述至少一个转子的磁极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于将热能转换成电能或相反地将电能转换成热能的机器(1)，所述转换机包括被配置成将温度变化转换成机械能或将磁场变化转换成热能的至少一个磁热转换器(2、200)以及在所述磁热转换器(2、200)内部的至少一个闭合流体回路，所述磁热转换器(2、200)包括具有磁相变或热相变的作用元件(4)以及被配置成使所述作用元件(4)经受温度变化或磁场变化的热调制单元或磁调制单元，所述温度变化或磁场变化具有分别改变所述作用元件(4)的磁状态或所述作用元件(4)的温度的效果，所述闭合流体回路被配置成借助于至少一个热交换器(E1、E2)将所述作用元件(4)与至少一个外部装置热联接，所述磁热转换器(2、200)包括设置有所述作用元件(4)的固定定子(S)，所述作用元件(4)在所述定子(S)中分布成处于第一磁状态或热状态的第一组(G1)作用元件(4)和处于不同于所述第一磁状态或热状态的第二磁状态或热状态的第二组(G2)作用元件(4)，所述第一组(G1)作用元件与所述第二组(G2)作用元件交替，以便在处于所述第一磁状态或热状态的作用元件(4)与处于所述第二磁状态或热状态的作用元件(4)之间产生交替，并且所述磁热转换器(2、200)还包括至少一个相对于所述定子(S)移位或旋转的可动转子(R、13、14)，所述转子(R、13、14)相同地设置有交替和规则分布的磁极(5)和非磁极(5')，所述磁极(5)和所述非磁极(5')的交替配置对应于所述第一组(G1)作用元件(4)和所述第二组(G2)作用元件(4)的交替配置。2.根据权利要求1所述的转换机，其特征在于，所述磁热转换器(2、200)包括固定的磁性框架，所述磁性框架叠加在所述转子(R)上，以在所述磁性框架和所述转子(R)之间界定其中配置所述定子(S)的气隙，所述磁性框架被配置成引导磁通量并闭合所述转子(R)的磁极(5)的通过所述定子(S)和所述作用元件(4)的场线(Lc)。3.根据权利要求1所述的转换机，其特征在于，所述磁热转换器(2、200)包括两个转子(13、14)，所述两个转子(13、14)叠加以在它们之间界定其中配置所述定子(S)的气隙(15)，所述两个转子(13、14)具有相同数量的磁极(5)和非磁极(5')，并且所述两个转子(13、14)被配置成引导磁通量并闭合所述两个转子(13、14)的磁极(5)的通过所述定子(S)和所述作用元件(4)的场线(Lc)，并且所述两个转子(13、14)通过机械连接或通过磁耦合联接在一起。4.根据前述权利要求中的任一项所述的转换机，其特征在于，所述定子(S)包括或形成隔热支撑件(12)，所述作用元件(4)以及流体连接件(21)固定在所述隔热支撑件(12)上，以允许所述流体回路(6)与所述作用元件(4)连通。5.根据前述权利要求中的任一项所述的转换机，其特征在于，所述定子(5)包括多个作用元件(4)，所述多个作用元件(4)的数量是所述至少一个转子(R、13、14)的磁极(5)和非磁极(5')的数量的倍数。6.根据前述权利要求中的任一项所述的转换机，其特征在于，所述流体回路(6)包括传热流体，所述传热流体选自包括具有添加剂或没有添加剂的水溶液、气态介质、液化气体、石油产品的群组。7.根据前述权利要求中的任一项所述的转换机，其特征在于，所述流体回路(6)包括泵(7)、两个热交换器(E1、E2)和通过同步系统并联连接的用于所述传热流体的两个循环环路(61、62)，并且所述同步系统被配置成在所述循环环路(61、62)中的一个循环环路和另一个循环环路中交替地将分别来自所述第一组(G1)和来自所述第二组(G2)的所述作用元件(4)与所述热交换器(E1、E2)串联连接。
8.根据权利要求7所述的转换机，其特征在于，所述同步系统包括流体分配器(10)，所述流体分配器(10)根据由致动器(11)确定的切换频率控制，所述致动器(11)选自机械致动器、液压致动器、电动致动器和/或电子致动器。9.根据权利要求8所述的转换机，其特征在于，所述流体分配器(10)通过所述磁热转换器(2)的所述至少一个转子(R、13、14)和机械凸轮传动器(26)控制，通过变速辅助马达和机械凸轮传动器(26)控制，或者通过可编程的电动或电子凸轮控制。10.根据权利要求7所述的转换机，其特征在于，所述流体回路(6)包括与所述循环环路(61、62)中的每一者串联连接的传热流体的缓冲罐(8)。11.根据权利要求7所述的转换机，其特征在于，所述液压回路(6)还包括用于所述传热流体的循环方向的控制单元(9)，所述控制单元(9)被配置成使所述传热流体在所述热交换器(E1、E2)的每一者中沿单一循环方向循环。12.根据前述权利要求中的任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：优比布鲁公司，
类型：发明
国别省市：