專(zhuān)利名稱(chēng)：居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱力發(fā)電的方法及所采用的裝置。
背景技術(shù)：
電能作為一種高品質(zhì)的能源，人類(lèi)對(duì)它的的需求增長(zhǎng)迅速，發(fā)電的方式也多種多 樣。目前常用的方法主要有火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮夕發(fā)電、核能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā) 電。在熱力發(fā)電這一方面，現(xiàn)在的方法主要是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再利用機(jī)械能去帶動(dòng)發(fā) 電機(jī)發(fā)電，如蒸汽輪機(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電等。它們的共同之處是能量轉(zhuǎn) 換必須經(jīng)歷原始能一熱能一機(jī)械能一電能四種能量形式，中間過(guò)程較多，污染嚴(yán)重且能量 轉(zhuǎn)化率低。20世紀(jì)中葉以來(lái)，隨著保護(hù)環(huán)境的呼聲越來(lái)越高以及能源危機(jī)加重，世界各國(guó)都 致力于尋求更加環(huán)保、高效的新途徑。如果將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，少去一個(gè)中間環(huán)節(jié)，將 有可能使能量轉(zhuǎn)化率得以提高。在這個(gè)思想的啟發(fā)下，出現(xiàn)了磁流體發(fā)電和燃料電池發(fā)電 方式，能量轉(zhuǎn)化率都顯著提高。但由于這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，且許多關(guān)鍵技術(shù)尚 待突破，還不能達(dá)到實(shí)用階段。至今，低效率的內(nèi)燃機(jī)仍然是人類(lèi)活動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ础?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)狀，旨在提供一種能使熱能直接高效地轉(zhuǎn)化為電能， 以提高燃料利用率，減少環(huán)境污染的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法及裝置。 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式為，居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法，在由永磁鐵或電磁鐵、軟磁鐵、帶鐵芯 的線圈組成的磁路中，對(duì)軟磁鐵不斷加熱再冷卻，使其溫度在其居里點(diǎn)上下周期性地振蕩， 從而不斷地被磁化和消磁，使線圈中的磁通量周期性地增減，從而在線圈中感應(yīng)出連續(xù)的 交流電。 居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，由多塊相互絕緣的軟磁片疊成軟磁鐵，軟磁鐵的一側(cè)
面與一個(gè)加熱氣缸連接，另一側(cè)面與一個(gè)冷卻氣缸連接，冷卻氣缸內(nèi)有活塞，軟磁鐵內(nèi)每相
鄰兩塊軟磁片間都有氣隙將加熱氣缸和冷卻氣缸連通，由加熱氣缸、軟磁片間的氣隙或氣
孔、冷卻氣缸形成的封閉空間內(nèi)，充有工質(zhì)氣體， 帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成磁路。 軟磁鐵作為線圈的鐵芯，與永磁鐵或電磁鐵組成磁路。磁路為帶鐵芯的線圈、軟磁
鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的開(kāi)式磁路，或?yàn)閹цF芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的
閉合式磁路，或?yàn)閹цF芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的混聯(lián)閉合式磁路。 組成軟磁鐵的軟磁片居里點(diǎn)自加熱氣缸一側(cè)向冷卻氣缸一側(cè)漸次降低。 本發(fā)明發(fā)電過(guò)程平穩(wěn)，對(duì)燃料性質(zhì)要求不高，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置，能使熱能直接高效
地轉(zhuǎn)化為電能，熱電轉(zhuǎn)化率高，污染排放及噪音較小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖1是軟磁鐵與加熱氣缸及冷卻氣缸連接圖，
圖2是串聯(lián)開(kāi)式磁路圖， 圖3是串聯(lián)閉合磁路圖， 圖4是混聯(lián)閉合磁路圖， 圖5軟磁鐵作為線圈的鐵芯串聯(lián)磁路圖 圖6是典型溫度分布圖， 圖7是系統(tǒng)能流量圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，數(shù)片軟磁片2疊加所成的軟磁鐵l，每相鄰兩塊軟磁片之間相距一定距 離3，在軟磁鐵的兩個(gè)側(cè)面形成氣體隙， 一個(gè)側(cè)面連接加熱氣缸4，另一個(gè)側(cè)面連接冷卻氣 缸5，冷卻氣缸5內(nèi)裝一個(gè)活塞6。由加熱氣缸、軟磁片間的氣隙、冷卻氣缸形成的封閉空間 內(nèi)充有工質(zhì)氣體。 工質(zhì)氣體從加熱氣缸至冷卻氣缸流動(dòng)時(shí)，因加熱氣缸內(nèi)的氣體溫度高于冷卻氣 缸，因此軟磁片間的氣隙內(nèi)的工質(zhì)氣體在兩端存在溫差。為使本發(fā)明的裝置充分吸收軟磁 片間的氣隙內(nèi)的工質(zhì)氣體的熱量，需要將軟磁片做成具有靠近加熱氣缸端居里點(diǎn)較高、靠 近冷卻氣缸端居里點(diǎn)較低的性質(zhì)。 冷卻氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)頻率越高，線圈中磁通變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越
高。而每次加熱或冷卻過(guò)程都要有足夠的傳熱量，才能使軟磁片溫度在居里點(diǎn)上下跳動(dòng)，這
需要有足夠的溫差及傳熱面積，才能實(shí)現(xiàn)較快的傳熱頻率，因此軟磁片的居里點(diǎn)范圍要低
于加熱氣缸內(nèi)氣體溫度一定值，同時(shí)要高于冷卻氣缸內(nèi)的氣體溫度一定值。 為減小因交流電感在軟磁片2中形成的渦流，軟磁片2需要做成較薄的相互絕緣
的片狀，并且在磁路中要與磁力線方向平行安裝。采用較薄的軟磁片2，同時(shí)也使得在相同
體積下的軟磁鐵與工質(zhì)氣體間具有較大的傳熱接觸面積。 軟磁鐵1除了兩側(cè)與氣缸的接觸面外，其余表面均需要采取噴涂熱障涂層等絕熱 措施，以盡量減小對(duì)外散熱導(dǎo)致的熱損失。 參照?qǐng)D2，軟磁鐵1的兩個(gè)側(cè)面已分別連接了加熱氣缸及冷卻氣缸，另兩個(gè)側(cè)面分 別連接鐵芯7和永磁鐵9，串聯(lián)組成一段開(kāi)式磁路，軟磁鐵1在磁路中充當(dāng)"銜鐵"的作用。 當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)致使軟磁鐵溫度在其居里點(diǎn)上下振蕩時(shí)，線圈8中的磁通也一起周期性地 變化，在其中感應(yīng)出交流電。 永磁體9的磁性越強(qiáng)，裝置的尺寸及重量就越輕，因此永磁鐵盡可能采用強(qiáng)力磁 鐵，如釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵等。永磁鐵9還可以用電磁鐵代替。 參照?qǐng)D3，輸入端子10中通直流電，使左端的線圈8與鐵芯7形成電磁鐵，與上下 兩個(gè)軟磁鐵1、右端的鐵芯7組成串聯(lián)閉合磁路，當(dāng)軟磁鐵溫度在其居里點(diǎn)上下振蕩時(shí)，右 端線圈8中的磁通也一起周期性地變化，在其中感應(yīng)出交流電并輸出至輸出端子11。
圖中電磁鐵還可以用永磁鐵代替。 參照?qǐng)D4，輸入端子10中通直流電，使左端的線圈8與鐵芯7形成電磁鐵，與中間 的軟磁鐵1、右端的鐵芯7組成混聯(lián)閉合磁路，并且使軟磁鐵1材料的磁導(dǎo)率高于鐵芯7的 磁導(dǎo)率，當(dāng)軟磁鐵溫度在其居里點(diǎn)上下振蕩時(shí)，右端線圈8中的磁通也一起周期性地變化， 在其中感應(yīng)出交流電并輸出至輸出端子11。
圖中電磁鐵還可以用永磁鐵代替。 參照?qǐng)D5，對(duì)應(yīng)圖2中的情況，可以將軟磁鐵直接作為線圈的鐵芯，與磁路中的永 磁鐵串聯(lián)起來(lái)。這樣做的好處是精簡(jiǎn)了裝置，減少了鐵芯的重量，但也帶來(lái)工質(zhì)氣體密封及 軟磁體外表面散熱困難的一些問(wèn)題。 參照?qǐng)D6，新鮮空氣從進(jìn)氣管12進(jìn)入預(yù)熱器14預(yù)熱成約600K的氣體后進(jìn)入燃燒 室15，燃燒產(chǎn)物將其加熱到2500K，再流過(guò)換熱器16，在那里把熱量傳給工質(zhì)，將工質(zhì)氣體 加熱至約1000K的溫度，燃燒廢氣再流過(guò)預(yù)熱器14，將余熱傳遞給進(jìn)來(lái)的新鮮空氣，最后從 排氣管13排出。 工質(zhì)氣體進(jìn)入加熱氣缸4內(nèi)將其內(nèi)的氣體加熱至約900K的溫度，軟磁鐵1高溫端 居里點(diǎn)約760K，低溫端居里點(diǎn)約460K，經(jīng)冷卻氣缸5冷卻后，缸內(nèi)工質(zhì)氣體溫度接近環(huán)境溫 度330K。 冷卻氣缸中工質(zhì)釋出的熱，通過(guò)換熱器18至外部散熱系統(tǒng)，泵20形成冷卻循環(huán)將 熱量帶至外部散熱器19，最終排出至環(huán)境大氣中，環(huán)境溫度約300K。 參照?qǐng)D7，居里點(diǎn)振蕩發(fā)電裝置的熱力循環(huán)與熱氣機(jī)相似，輸入熱氣總能量A為 100% ，預(yù)熱器回?zé)酈大約為總輸入能量的45% ，預(yù)熱器散熱損失C大約為的5% ，排氣熱損 失D約為15% ，軟磁鐵回?zé)酕大約為的450% ，冷卻水中的熱損失H為25% ，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng) 耗能G為5%，在發(fā)電機(jī)線圈上的有效輸出I大約為50%。 圖中有一點(diǎn)值得注意，即軟磁鐵1同時(shí)擔(dān)負(fù)了回?zé)岬墓δ?。高溫工質(zhì)氣體流經(jīng)軟
磁鐵并對(duì)軟磁片加熱，然后低溫工質(zhì)氣體回流時(shí)又將軟磁鐵中上次加熱的大部分熱量帶回
到加熱氣缸，單次往返傳熱量大，每秒往返數(shù)十次，所以能流量非常高，相當(dāng)于加熱能輸入
能量的四倍多，或相當(dāng)于冷卻器能流量的18倍，有效功能流量的10倍。這種大量能流的再
循環(huán)，使得質(zhì)量較大的軟磁鐵能夠快速地升溫和降溫。 由此可見(jiàn)，采用本發(fā)明能使熱能直接高效地轉(zhuǎn)化為電能。 下面用實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。 例將100片由某鎳合金軟磁材料做成的軟磁片疊成一塊軟磁鐵，每片軟磁片尺 寸為lOOmmXlOOmmXlmm(長(zhǎng)X寬X厚度)，相鄰兩片軟磁片間距0. lmm ;輸出線圈為2000 匝，導(dǎo)線截面積為2. 5mm2 ;其最高磁通密度為0. 75特斯拉；靠近熱端居里點(diǎn)為890K，靠近冷 端居里點(diǎn)為340K。加熱氣缸內(nèi)氣體溫度為900K，冷卻氣缸內(nèi)氣體溫度為330K ;活塞往復(fù)頻 率為50Hz。求軟磁鐵中的軟磁片溫度變化范圍、線圈輸出電動(dòng)勢(shì)、輸出功率。
鐵芯溫度變化范圍 鐵芯磁通截面積=100X10X10X0. 01 = 100cm2 氣隙總面積=100X10X10X0.001 = 10cm2，鎳合金比重8. 9g/mm 軟磁片總質(zhì)量為8. 9X 100X 10 = 8900g，鎳合金比熱為0. 46J/g. °C ，每升溫1度需要熱量8900 X 0. 46 = 4094焦耳；鎳合金傳熱率約為90w/m. K，傳熱溫差為900-890 = 340-330 = IOK，接觸面積為
100X10X10X2cm2 = 2n^，傳熱距離為0. lmm/2 = 0. 0005m，活塞每單程送氣時(shí)間為0. 01秒。 每單程傳熱量為90X2/0. 0005X10X0. 01 = 36000焦。
因此鐵芯溫度變化范圍在36000/4094 = 8. 8°C內(nèi)。
線圈輸出電動(dòng)勢(shì) 線圈磁通量為n V = 2000X0. 01X0. 75 = 15韋； 因活塞往復(fù)頻率為50Hz，每個(gè)單程時(shí)間需要0. 01秒，則發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)為15/0. 01 =1500V。 線圈輸出功率導(dǎo)線截面積為2. 5咖2，輸出電流> IOA，則輸出功率為1500X10 = 15000W = 15KW。
權(quán)利要求
居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法，其特征在于由永磁鐵或電磁鐵、軟磁鐵、帶鐵芯的線圈組成的磁路中，對(duì)軟磁鐵不斷加熱再冷卻，使其溫度在其居里點(diǎn)上下周期性地振蕩，從而不斷地被磁化和消磁，使線圈中的磁通量周期性地增減，從而在線圈中感應(yīng)出連續(xù)的交流電。
2. 權(quán)利要求1所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于由多塊相互絕緣的軟磁片疊成軟磁鐵，軟磁鐵的一側(cè)面與一個(gè)加熱氣缸連接，另一側(cè)面與一個(gè)冷卻氣缸連接，冷卻氣缸內(nèi)有活塞，軟磁鐵內(nèi)每相鄰兩塊軟磁片間都有氣隙將加熱氣缸和冷卻氣缸連通，由加熱氣缸、軟磁片間的氣隙或氣孔、冷卻氣缸形成的封閉空間內(nèi)，充有工質(zhì)氣體，帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成磁路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于組成軟磁鐵的軟磁片居里點(diǎn)自加熱氣缸一側(cè)向冷卻氣缸一側(cè)漸次降低。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于軟磁鐵作為線圈的鐵芯，與永磁鐵或電磁鐵組成磁路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于磁路為帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的開(kāi)式磁路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于磁路為帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的閉合式磁路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于磁路為帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵或電磁鐵組成的混聯(lián)閉合式磁路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法的裝置，其特征在于不與氣缸接觸的軟磁鐵表面噴涂熱障涂層。
全文摘要
居里點(diǎn)振蕩發(fā)電法及裝置，涉及一種熱力發(fā)電的方法及所采用的裝置。由永磁鐵或電磁鐵、軟磁鐵和帶鐵芯的線圈組成的磁路中，對(duì)軟磁鐵不斷加熱再冷卻，使其溫度在其居里點(diǎn)上下周期性地振蕩，從而不斷地被磁化和消磁，線圈中的磁通量周期性地增減感應(yīng)出連續(xù)的交流電。裝置是由多塊相互絕緣的軟磁片疊成軟磁鐵的一側(cè)面接加熱氣缸，一側(cè)面接冷卻氣缸，冷卻氣缸內(nèi)有活塞，軟磁鐵內(nèi)每相鄰兩塊軟磁片間有氣隙將加熱氣缸和冷卻氣缸連通，由加熱氣缸、軟磁片間的氣隙或氣孔、冷卻氣缸形成的封閉空間內(nèi)充有工質(zhì)氣體，帶鐵芯的線圈、軟磁鐵、永磁鐵組成磁路。本發(fā)明發(fā)電過(guò)程高效平穩(wěn)，對(duì)燃料性質(zhì)要求不高，能使熱能直接高效地轉(zhuǎn)化為電能，污染排放及噪音較小。
文檔編號(hào)H02K57/00GK101710781SQ200910272779
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者朱長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:朱長(zhǎng)青