专利名称：用于转换能量的设备和方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明的一个目的在于，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。
本发明的另一目的在于，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。
本发明的又一目的在于，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。
本发明的再一目的在于，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。
本发明的又一目的在于，提供这样一种设备和方法，其可控、 灵活且成本合理。
根据本发明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。
根据本发明的一个方面，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。
在本发明的另 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。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种用于将热能转换为电能的 方法。根据本发明的方法，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。
本发明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将清楚本发明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，因此并非对本发明的限制。
图1示意地示出了根据本发明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发明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发明的热》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
根据本发明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 述可以在本发明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度来重复该过程。
为了能够控制由线圏7和电容器9形成的电路的谐振频率和电 抗，完全可控负载或者电力电子电路设备13跨接电容器9上。优选 地，该负载具有电感分量/电容分量和电阻分量，每个分量均单独且 独立地可控。有利地，该负载可以用来调节有功功率。提供适当控 制设备15用于控制负载13。可以提供不同测量设备，如热传感器 16、电流互感器17和电压互感器18，以向控制设备15供应适当测 量数据。热传感器16可以向控制设备15供应在具有适当相变温度 的磁性材料中或该磁性材料处、或者在温度改变设备5中或该温度 改变设备处瞬时测得的温度数据。互感器17、 18可以向控制设备15压和电流数据。因此，可以动态地控制负载的阻抗的幅度和相位。阻抗的改变 频率和周期是可控的，并且谐振电路1 1的谐振频率和周期也是如此。另外，控制设备15可以被配置成控制温度在相变温度以上和 以下的迅速改变的幅度和频率。另外，可以提供控制设备15以例如通过向》兹路1递送电流脉冲来启动发电机设备的操作，即开始谐振振荡。上述发电机设备可以是紧凑的，而基本上没有移动部件、也没 有向机械能的转换或者从机械能的转换。操作容易控制，并且可以 在循环期间通过调节输出功率来优化效率。应当理解，多个图1的发电机设备可以连接在一起形成多相发 电机设备。例如，三个图1的发电机设备可以连接在一起并且相对于彼此相移120。以形成三相发电机设备。接着参照图2,将简短地概述根据本发明又一实施方式的多相 热磁发电机设备。这一实施方式与先前实施方式使用相同的标号来表示相似部 分和细节。提供仅三个示意地表示的磁路1,每个磁路是参照图l描述的 类型，并且每个磁路可操作地连接到相应LC电路11,其包括并联 连接的绕组或者线圈7和电容器9。每个LC电路11的谐振频率与 前文一样基本相似于如由温度改变设备5产生的温度改变的频率。温度改变设备5包括外部部分，该外部部分包括其中通过馈送 泵22来使热流体流通的第一外部管道装置21和其中通过馈送泵24 来使冷流体流通的第二外部管道装置23。外部部分的热流体和冷流 体完全相互隔离且与》兹i 各1的材冲+隔离。第 一外部管道装置21中的热流体经由第 一热交换器26将热传 递到第一中间管道装置25中的流体，而第二外部管道装置23中的 冷流体经由第二热交换器28将冷传递到第二中间管道装置27中的 流体。第一和第二中间管道装置25、 27中的每个均连接于第一阀装置29与第二阀装置30之间，以将流体从第一阀装置29传送到第二 阀装置30。第一和第二阀装置29、 30有利地基于旋转阀，在图3-4 中公开了旋转阀的例子。应当理解，外部部分可以替换成用于在热交换器26和28中传 递热和冷的任何其它种类的装置。例如，热可以经由焚烧炉、热沙、太阳能加热板等在第一热交换器26中传递到第一中间管道装置25中的流体。最后，第一内部管道装置31、第二内部管道装置32和第三内 部管道装置各自经由磁路1中相应的磁路连接于第二阀装置30与第 一阀装置29之间。单种流体在包括中间和内部管道装置以及第 一和第二阀装置 的温度改变i殳备5的内部部分中流动。该内部部分因此才是供闭合流 体回路。提供第二阀装置30以用于优选地以其间120。相移将来自第一 中间管道装置25的热流体和来自第二中间管道装置27的冷流体交 替地切换到第一、第二和第三内部管道装置31、 32、 33中的每个内 部管道装置中。因此，第二阀装置30"斩断"了热流体和冷流体，并 且形成馈送到每个内部管道装置中的热冷交替流体脉冲串。随着热、 冷流体脉冲穿过磁路1的磁性材料或者经过该材料中的孔，将如上 文结合图1的实施方式描述的那样，交替地将磁性材料加热到相变 温度以上以及将磁性材料冷却到相变温度以下。如在本文中使用的术语"热流体"和"冷流体"旨在于表明"温度 在磁路的部分3的磁性材料的相变温度以上的流体"和"温度在磁路 的部分3的》兹性材冲牛的相变温度以下的流体"。可以将磁性材料提供为优选相互平行布置的平行片或者平行 板、颗粒、小^求、线、织物等，从而允许流体在层流或者湍流中以 大接触表面与磁性材料交换热。在已经通过磁性材料之后，热、冷流体脉冲之间的温度改变更 小和更平稳。热、冷流体脉冲串然后在相应内部管道装置31、 32、33中返回到第一阀装置29,这与热、冷流体脉冲串同步。因此提供第一阀装置29用于将较热流体脉沖从第一、第二和 第三内部管道装置31、 32、 33交替地切换到第一中间管道装置25 中而将较冷流体脉冲从第一、第二和第三内部管道装置31、 32、 33 切换到第二中间管道装置27中。因此，较热和较冷流体脉冲返回到 它们源自于其中的相应中间管道装置。第一中间管道装置25中的流 体然后返回到第一热交换器26以便再次被加热，而第二中间管道装 置27中的流体然后返回到第二热交换器28中以便再次被冷却。 内部部分中的流体由々贵送泵34、 35在单个方向上驱动。 图2的旋转阀29、 30有利地装配于单个轴上，以在其间有适 当相移的情况下被同时/同步旋转。在第一阀装置29的一个替代实施方式中，特别是当较热与较 冷流体脉沖之间的温度差异小时，来自第一、第二和第三内部管道 装置的较热和较冷流体脉沖可以不必切换回到第二和第 一 中间管道 装置中。因此，可以省却第一阀装置29,而可以代之以使用另一种 无源分发或者混合装置以便将流体返回到第二和第 一 中间管道装 置。如果使用开放回路，则无需返回流体。在图3中公开了将在本发明中使用的旋转阀40的例子。空心 圆柱体或者柱形外壳41容纳对称布置的可旋转轴42，其中两个叶片 或者翼部43固定地附接到该轴。与柱形外壳41紧密配合地提供优 选为隔热的两个叶片43,并且这些叶片限定旋转阀的两个基本上分 离且相同的腔室或者隔室44a-b。轴42和叶片43有利地借助轴承而 装配于柱形外壳41中，并且提供例如电机这样的装置以在轴42上 施加驱动转矩。取而代之，经由附接到轴42的内部推进器等和/或经 由流中的自推进来施加驱动转矩。第一腔室44a连接到第一中间管道装置25并且被配置成从该 管道装置接收热流体，而第二腔室44b连接到第二中间管道装置27 并且被配置成从该管道装置接收冷流体。为此，在旋转阀的相应轴 向端相对于轴42和叶片43固定地提供相应半圆盖^反(未明确地图片43旋转。第一盖板覆 盖第二腔室44b并且防止热流体在连接到第一中间管道装置25的轴 向端进入第二腔室44b，而第二盖板覆盖第一腔室44a并且防止冷流 体在连接到第二中间管道装置27的轴向端进入第一腔室44a。在所示例子中，六个出口 45a-f优选地相互之间等距离沿周边 布置于外壳41中。在操作期间，轴42和叶片43相对于外壳41和 出口 45a-f稳定地旋转，热、冷流体的稳定轴向流分别进入也相对于 外壳41和出口 45a-f旋转的腔室44a-b中，由此4吏每个出口 45a-f交 替地输出热、冷流体脉沖。旋转速度控制热、冷流体脉沖的波长和 频率，而出口的角度间隔控制相位。在图3中，叶片43被定向成使得从接收热流体的腔室44a经 过出口 45a-c输出热流体，而从接收冷流体的腔室44b经过出口 45d-f 输出冷流体。随着叶片顺时针旋转，出口 45a从输出热流体切换成 输出冷流体，而出口 45d从输出冷流体切换成输出热流体等等。旋转阀一般具有至少两个出口 ，并且优选地具有偶数个出口以 便使压力梯度和改变最小。对于图2中所示具体实施方式
，用于交 替地输出热、冷流体的旋转阀具有三个出口。另外，旋转阀可以包括四个或者更多叶片并且因而包括交替地 连接到热、冷流体的四个或者更多腔室。因此，可以增加温度改变 的频率。尽管已经将上述旋转阀描述为在不同腔室中接收热、冷流体并 且在旋转阀的周边处的多个出口中的每个出口交替地输出热、冷流 体，但是它同样适用于比如图2的旋转阀29这样的旋转阀，即在旋 转阀的周边处的多个入口中的每个入口交替地4妄收热、冷流体并且 经由不同腔室轴向地输出热、冷流体的旋转阀。为了配合图2的实施方式，每个旋转阀应当有利地在其周边具 有三个入口/出口 。在图4中公开了将在本发明中使用的旋转阀40'的一个替代例 子，其与图3的旋转阀不同之处在于叶片43替换成椭圆形盘43',该椭圆形盘43，在倾斜位置固定地附接到轴42。与柱形外壳41紧密 配合地布置椭圆形盘43，以限定第一和第二腔室44a-44b。在轴向位 置并且以倾斜角度布置椭圆形盘43，，从而使得随着轴42和椭圓形 盘43，相对于柱形外壳41旋转，在柱形外壳41的周边处的每个出口 /入口 45a-f交替地与第一和第二腔室44a-44b流体连接。与图3的旋 转阀40的轴向端相似，旋转阀40，的每个轴向端可以连接到第一和 第二中间管道装置25、 27中的相应管道装置。
可以通过从直径比柱形外壳的内径略小的预先钻孔的实心圆 柱体切割椭圆形板来制作该椭圆形板。
大量出口使与扫过出口的圆柱形盘43，关联的可能压力改变最 小。在这样的活动的高峰期间，盘43，可以根据所选实际设计来覆盖 整个出口区域(在出口流中需要容许一些不稳定性)或者它的仅一 部分(在出口流中需要容许一些混合)。假如流体压力在两个腔室 中相等，由于对称性而预见作用在盘43，和轴42上的力较小。也出 于相同原因，可以允许盘43，与柱形外壳41的壁之间有小间隔，乂人 而在仅混合数量可忽略的流体的情况下减少或者消除固体到固体的 接触力。
例如可以借助膨胀、弯曲和/或扭曲将盘43，适当地整形，由此 为了流中的轴/盘组合的自推进而需要除了椭圆形之外的形状。
如参照图3和图4已经描述的旋转阀能够在次第二(sub-second) 规模的最少混合的情况下将具有不同特性的工业规模数量的流体分 布到一个共同出口 (或者数个共同出口)。旋转阀在来自切换的扰 动最小、切换功率需求最小并且寿命长而且能够切换数以百万次循 环的情况下允许稳定的流体流动。常规阀和活塞泵过于緩慢、颇具 破坏性(流动停止、压力波)、功率要求高和/或在相当短的多次循 环之后磨损。
因此，旋转阀可以不仅用于产生热、冷流体脉沖串这一应用而 且可适用于各种工业过程，这些过程包括将具有不同特性的流体交 替地分布到共同出口中、按照每秒数次循环的速率在混合最少的情况下连续数年保持流体分离。流体具有优选大体上相似的流体性质， 例如涉及密度、粘度等。它们可以由不同物质(如水和乙醇)或者 由性质状态不同的相同物质(如热水和冷水)组成。
通过如上文参照图2描述的温度改变设备5来实现准连续或者 连续方式的热循环。借助于让流体在单向闭合回路中流通来完全地 避免在使用阀接通和关断流体流时具有破坏性以及能量效率低的传 统循环。然而，旋转阀可以替换成被打开或者闭合，以便获得上述 操作的普通阀的布置。
上述平稳连续热循环同样可以实施于两相发电机设备中或者 甚至实施在单相发电机设备中。在后一种情况下需要两个旋转阀， 每个旋转阀具有在阀外壳沿周边布置的两个入口/出口。从出口输出 的热冷交替的流体流中的 一 个流体流要么直接地连接到返回旋转阀 相，或者被适当地延迟、然后与热冷交替的流体流中的另一流体流 汇合以获得具有双倍流速的热冷交替的流体的单个流。热冷交替的 流体流中的不同流体流之间的压力差可以有利地由附加流通泵来平 衡。
内部闭合回路中使用的流体可以是可选地已经增添添加物的
水或者任何其它流体。可以添加减少对/磁性材^+的腐蚀的添加物。 除此之外或者取而代之，还可以添加其它添加物，诸如热盐等，其 相变按照磁性材料的相变温度来调节，由此增加流体热容量。
优选地，磁性材料是钆或者包括钆的合金。取而代之，具有适 当相变温度的磁性材料是铋、锌、锑、碲、硒、铅、硅、锗、锡、 镁、锰、砷、镍、镧、镓、磷、钓、钡、锶、镱、铁或者其任何合 金或者化合物中的任一种。请注意，并非所有上述元素有磁性，但 是可以在这样的实例中与磁性材料 一 起使用以修改它的^兹相变特 性。上述元素中的一些在本发明的磁性材料中作为氧化物存在，或 者存在于任何其它种类的化学化合物中。
图2的多相发电机设备还有利地包括在输出与三个发电机单 元或者三个相的电容器9连接的功率转换设备。控制线圏7和功率转换设备以匹配热改变的循环，并且由此实现从电路分接最佳能量。
功率转换设备可以包括AC/DC频率转换器或者AC/AC频率 转换器或者电力电子转换器，包括电流或者电压源转换器36，其包 含整流器和在整流器的直流侧的逆变器。
除此之外或者取而代之，电池还连接于DC侧。如果来自发电 机的功率输出波动很大，则这是特别有利的。
变换器37连接到电压源转换器36的输出，以将来自多相发电 机的约为lkV和1Hz的输出电压和频率变换成适合于正常电网连接 的频率和电压(50Hz、 10kV) 。 i殳备的额定值通常大于lkW。
优选地，提供本发明的发电机设备用于范围为100kW到50MW 并且更优选地范围为l-5MW的发电。数个发电才几设备可以净皮一起布 置为用以生成约为10-50MW的电力的模块。
可以提供发电厂控制系统用于例如如参照图1描述的那样测 量发电机设备的性能并且优化功率输出。可以提供更多传感器设备 (未图示)用于测量温度改变流体的流速，并且可以提供控制系统 用于控制温度改变流体的流速以及旋转阀的速度。
上述发电机设备能够进行对电子谐振电路中的振荡的主动控 制以便获得与磁性材料的温度改变的最佳相关。可以与循环最佳同 步地输出有功功率。
提供相互分离的内部部分和外部部分并非是必需的。例如，可 以例如从(液压)热钻孔直接地获取并且经由次级或者返回钻孔返
回热力i体。
接下来，将参考图5公开在本发明的热磁发电机设备中使用的 温度改变设备的另一实施方式。该实施方式使用了使存储流体机械 能的两个垂直流体柱之间的流体振荡的原理。
该实施方式包括优选地两个容器51、 52,其布置在发电机设 备的磁路中具有适当相变温度的磁性材料3之上。这两个容器51、 52经由磁性材料3彼此流体连通。热源53配置用于加热其中一个容 器51中或者其邻近的流体，冷源54配置用于冷却容器中另一容器52中或者其邻近的流体。流体来回震荡，使热冷交替的流体与磁性 材料3接触，以在磁性材料的相变温度以上或者以下交替地加热和 冷却磁性材料。泵55或其他馈送设备被提供用于增加由于摩擦而损 失的能量，以便保持振荡流体的幅值。
在本发明的热磁发电机设备中使用的温度改变设备的又一 实 施方式包括借助于活塞在闭合回路中振荡流体，以及可选地使用弹 簧来存储机械能。适当的驱动系统例如经由磁感应而适当地用于补 偿摩擦损失。
本发明的发电机设备有利地用于通过使用废热、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来发电。
权利要求
1.一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。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述谐振电路的谐振频率比大约为n/2,其中n为正整数。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其中所述电容器被提供用 以交替地存储在所述线圈中感生的电能，并且为所述线圈提供电流 以{更在所述磁路中产生石兹通。
4. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的设备，包括连接到 所述电容器的可控负载(13);以及用于控制该负载的控制设备(15)。
5. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的设备，包括连接至 所述电容器的AC/AC频率转换器(35)。
6. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的设备，包括连接至 所述电容器的电力电子转换器(35)。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述转换器包括电压源转 换器和/或电流源转换器。
8. 根据权利要求1至3中任一权利要求所述的设备，包括连接 至所述电容器的AC/DC转换器(35)。
9. 根据权利要求1至8中任一权利要求所述的设备，其中所述 温度改变装置被提供用于在单个方向上使热、冷流体交替地穿过所 述磁路中由所述磁性材料制成的所述部分或者经过所述部分中的 孔，以由此在所述f兹性材料的所述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。
10. —种多相发电机，包括多个根据权利要求1至9中任一权利 要求所述的用于将热能转换为电能的设备。
11. 根据权利要求IO所述的多相发电机，其中所述多个是三个， 并且所述用于将热能转换为电能的设备被提供用于递送三相交流 电。
12. 根据权利要求10或11所述的多相发电机，其中所述温度改 变装置包括开放流体通路，其提供用以将热和冷交替递送到每个磁 路中由磁性材料制成的部分。
13. 根据权利要求10或11所述的多相发电机，其中所述温度改 变装置包括闭合流体回路(26， 28-33 ),其提供用以将热和冷交替 地递送到每个》兹路中由》兹性材料制成的部分。
14. 根据权利要求12或13所述的多相发电机，包括第一阀装置 (30),所述第一阀装置(30)优选地包括旋转阀，为每个所述磁路提供所迷第一阀装置(30),用以将来自第一管道(25)的热流 体和来自第二管道(27)的冷流体交替地切换到相应第三管道(31， 32， 33)中并且将所述磁路中由所述磁性材料制成的所述部分暴露 于热冷交替的流体，从而使得所述磁路中由磁性材料制成的所述部 分将被加热到所述磁性材料的相变温度以上或者冷却到所述磁性材 料的相变温度以下。
15. 根据权利要求14所述的多相发电机，包括第二阀装置(29)， 优选地包括旋转阀，为每个所述磁路提供所述第二阀装置(29)用 以在已经向所述磁路中由所述磁性材料制成的所述相应部分暴露之 后在所述相应第三管道(31-33)中接收热冷交替的流体，并且将其 中的所述热流体切换到所述第一管道(25)中而将其中的所述冷流体切换到所述第二管道(27)中。
16. —种根据权利要求1-9中任一权利要求所述的设备或者根据 权利要求10-15中的任一权利要求所述的多相发电机的用途，用于通 过使用废热、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来生成电能。
17. —种用于将热能转换成电能的方法，包括步骤 在至少包括磁性材料制成的部分(3)的磁路(1)中提供磁通； 在所述》兹性材料的相变温度以上和以下交替地改变由所述》兹性材4牛制成的所述部分中的温度，以由此改变所述》兹路中的》兹通；以 及响应于所述磁路中的改变磁通，在布置于所述磁路周围的线圈 (7)中感生电能，其特征在于利用在所述线圏中感生的电能对电容器(9)进行交替充电，并 对该电容器放电以向所述线圏提供电流，从而在所述磁路中产生》兹通，其中在用以优化电功率输出的频率执行所述电容器的交替充电和放 电以及在该》兹性材料的相变温度以上和以下交替地改变由磁性材料 制成的部分的温度。
18. 根据权利要求n所述的方法，其中利用在所述线圏中感生的电能交替地对所述电容器进行(i)正向充电，(ii)放电t，负 向充电(iii)，以及(iv);改电，以^使以第一选定频率为所述线圈才是 供电流；以及所述温度以第二选定频率在磁性材料的相变温度以上 和以下改变，所述第一选定频率和所述第二选定频率之比大约为 n/2,其中n为正整数。
19. 根据权利要求17或18所述的方法，其中根据所述感生电流 的特性来控制连接到所述线圈的负载(13)。
全文摘要
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。
文档编号H01L37/00GK101647127SQ200880010223
公开日2010年2月10日 申请日期2008年3月18日 优先权日2007年3月28日
发明者G·鲁斯伯格, M·达尔格伦, S·索尔伯恩 申请人:Abb研究有限公司