用于转换能量的设备和方法技术

一种用于将热能变换成电能的设备包括：磁路（１），至少包括由磁性材料制成的部分（３）；温度改变装置（５），用于在磁性材料的相变温度以上和以下交替地改变由磁性材料制成的部分中的温度，以由此改变该磁路的磁阻；以及线圈（７），布置于磁路周围，其中响应于磁路中的改变的磁通来感生电能。该设备包括与线圈并联连接的电容器（９），由此形成谐振电路（１１），其中谐振电路的谐振频率和在所述磁性材料的相变温度以上和以下的温度改变的频率相互依赖，以便优化电功率输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及一种用于将热能转换成电能的发电机设备和方法。
技术介绍
用于使用最少的移动部件将热能直接转换成电能的装置由来已久。在19世纪末，爱迪生和特斯拉描述了用于将热能转换成电力 的、基于热磁性材料的设备。如在英国专利第16709号中描述的爱 迪生热磁发电机包括热磁工作材料、用于磁化工作材料的装置、 连接到工作材料的热源和冷源、以及包围工作材料并且在其中通过 使工作材料热循环来感生交变电流的绕组。特斯拉在美国专利第 428057号中通过提出一种替代的热交换机制来公开对爱迪生发电机 的一些改进。Chilowsky在美国专利第2,510,806号中公开了一种用于热磁 能量转换的设备，其中通过闭合流体电路中的热流体和冷流体来实现温度改变。Bartels在德国专利第23 47 377号公开了 一种与爱迪生发电机 相似的设备，但是提出钆作为磁工作介质。在一个实施方式中提供 永；兹体以在热磁性材料中产生磁通，而在另一实施方式中4吏用电池 在线圈中感生电流以由此形成用以产生^兹通的电^兹体。尽管上述装置确实将热能直接转换成电能，但是它们看来并不 高效、不紧凑、未针对实际使用而优化和/或者对于制造而言不具成 本效率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种用于将热能转换成电能的设 备，其具有简化且改进的结构和操作。本专利技术的另一目的在于，提供一种用于将热能转换成电能的方 法，该方法更加可靠且能够;陂效率优化。本专利技术的又一目的在于，提供这样一种设备和方法，通过该设 备和方法可以实现对能量转换设备的磁路的》兹化的主动控制。本专利技术的再一目的在于，提供这样一种设备和方法，通过该设 备和方法能够与能量转换设备的磁路的热循环最优同步地分接出有 功电能。本专利技术的又一目的在于，提供这样一种设备和方法，其可控、 灵活且成本合理。根据本专利技术通过如在所附专利权利要求书中规定的设备和方 法来达到这些目的以及其它目的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于将热能变换成电能的设备，该设备包括磁路，至少包括由磁性材料制成的部分；温度 改变装置，用于在磁性材料的相变温度以上和以下交替地改变由磁 性材料制成的部分中的温度，以由此改变》兹路中的石兹阻，以及线圏 或者绕组，布置在》兹;洛周围，其中响应于^^各中的改变的i兹通而交替感生电能。这样的相变温度的例子是居里点或居里温度，和奈耳温度。铁 磁性材料的居里点是如下温度，在该温度以上铁磁材料失去它的特 性铁磁能力。奈耳温度是如下温度，反铁磁性材料在该温度变为顺 磁性——也就是如下温度，热能在该温度变得大到足以破坏材料中 的宏观磁排序。奈耳温度对于铁磁性材料而言类似于居里温度。该设备包括与线圏并联连接的电容器，以形成电子谐振电路， 其中电子谐振电路的谐振频率与在相变温度以上和以下的温度改变 的频率优化了至电子谐振电路的谐振能量传递。有利地，谐振电路 的谐振频率与在磁性 料的相变温度以上和以下的温度改变的频率之比大约为1/2或n/2，其中n为正整数。由此，来自每个循环的电能存储在电容器中，并且用于在后面 的循环中磁化磁路。这样的设备是紧凑的并且不需要移动部件或者旋转机械部件， 不需要附加的机械至电能转换单元，例如AC发电机，不需要永磁 体，不需要附加的DC线圏。在一个实施方式中，可控负载跨接在电容器上，以便调整每个 循环期间的输出功率，从而控制该设备的操作。于是，该设备可以 实现效率优化。在本专利技术的另 一 实施方式中，温度改变设备通过在闭合流体回 路或者可能的开》文流体回路中在单方向上使流体流通而以准连续的 方式来引起热循环。根据本专利技术的另 一方面，提供了 一种用于将热能转换为电能的 方法。根据本专利技术的方法，在至少包括由磁性材料制成的部分的磁 路中提供磁通。由磁性材料制成的部分中的温度在磁性材料的相变 温度以上和以下交替改变，以由此改变^兹^各中的-兹通。响应于在磁 路中改变的磁通，在布置于磁路周围的绕组或者线圏中感生电能。 利用在线圏中感生的电能对电容器进行交替地充电并对该电容器放 电，以便为线圏提供电流，从而在磁路中产生》兹通。电容器以选定的频率交替地充电(交替地正向、负向充电)和 放电，由磁性材料制成的部分中的温度以选定的频率交替地在磁性 材料的相变温度以上和以下改变，其中该频率优选地近似才艮据以下 式而〗皮此相关co0 =n Q0/2其中，(D。是由线圏和电容器形成的谐振电路的谐振频率，Qo是由磁 性材料制成的部分的温度改变的频率。上述频率由描述强迫振荡器 中的参量谐振现象的马修(Mathieu)方程来导出。本专利技术适合于通过使用例如废热、燃烧热、热存储库能量、地 热能、太阳能辐射、太阳热能、海洋热能或者来自核反应的能量中的任何能量生成各种电力。至图5将清楚本专利技术的更多特性及其优点，其中这些实施方式以及 图1至图5仅通过示例而给出，因此并非对本专利技术的限制。附图说明图1示意地示出了根据本专利技术一个实施方式的热磁发电机设备。图2示意地示出了根据本专利技术另一实施方式的热磁发电机设备。图3以顶视图示意地示出了可使用于图2的热磁发电机设备中 的旋转阀的例子。图4以透视图示意地示出了可使用于图2的热磁发电机设备中 的旋转阀的另一例子。图5示意性地示出了可在本专利技术的热》兹发电机设备中使用的 温度改变设备的侧视图。具体实施例方式根据本专利技术一个实施方式的用于将热直接变换成电能的热磁 或者磁热发电机设备如图1中所示，包括磁环或者磁路l、温度改变 设备5和布置于磁路1周围的线圏或者绕组7。磁路可以基本上具有铁或者其它材料2,但是至少包括磁性材 料制成的部分3，该磁性材料具有例如在区间0-100。C中的适当相变 温度。取而代之，磁路的基本部分或者整个磁路是具有适当相变温 度的磁性材料。提供温度改变设备5以用于优选地以约为1Hz或者以上的频 率，在具有适当相变温度的磁性材料的磁相变温度以上和以下交替 地改变由该磁性材料制成的部分中的温度。稍后将在本说明书中描 述可以在本专利技术中使用的温度改变设备。磁相变温度的例子是居里温度和奈耳温度。在相变温度以上和以下的迅速温度改变造成》兹性材料的导》兹率的急剧改变，并且因此造成磁;洛i的》兹电阻或者》兹阻的迅速改变。 具体而言，当施加恒定》兹场时，迅速地改变》兹化。假如在磁路i中提供磁通，磁阻的迅速改变将调整该磁通，由 此在磁路i中获得迅速改变的磁通。结果，在线圏7中获得磁通势和交变电流。磁通可以由永磁体或者如在图i中那样由电磁体提供。 有利地以新颖方式从在线圏中感生的电流获取用于电磁体的电流。为此，电容器9与线圈7并联连接，以由此形成谐振电路ll, 其中对在磁性材料的相变温度以上和以下的温度改变的频率进行调 节，以优化向谐振电路11的谐振能量传递。有利地，谐振电路11的谐振频率与在磁性材料的相变温度以 上和以下的温度改变的频率之比约为1/2或者n/2，其中n是正整数。因此，单个线圈将用于将热转换成电能，并且用于在磁路l中 提供磁通。这样的方向交变的场提供一种成本效率更高的装置。在第一热循环的一半中感生的电流/电荷的一部分(例如大部 分)由电容器9存储，并且在第一热循环的后一半中用来在磁路1 中生成磁通。此第一热循环对应于电循环的一半。在第二热循环中 以使电流和电压相移180本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将热能转换成电能的设备，包括：　－磁路（１），至少包括由磁性材料制成的部分（３）；　－温度改变装置（５），用于在所述磁性材料的相变温度以上和以下交替地改变由所述磁性材料制成的所述部分中的温度，以由此改变所述磁路的磁阻；以 及　－线圈（７），布置于所述磁路周围，其中响应于所述磁路中的改变磁通来感生电能，其特征在于所述设备包括：　－电容器（９），与所述线圈并联连接，以由此形成谐振电路（１１），其中　－在所述相变温度以上和以下的所述温度改变的频率 和所述谐振电路的谐振频率优化至所述谐振电路的谐振能量传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G鲁斯伯格，M达尔格伦，S索尔伯恩，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[]