一种直线压缩机驱动的热磁发电系统的制作方法
【专利摘要】一种直线压缩机驱动的热磁发电系统包括：直线压缩机、热源供应系统及热磁发电机；热源供应系统为热磁发电机提供热量；热磁发电机利用流体交变流动将热能转换成电能；热磁发电机包括两个室温换热器及位于其间的高温换热器；装于室温与高温换热器间的软磁体；相对放置的两组弓型导磁体；每组弓型导磁体一端夹装永磁体；另一端夹装软磁体；导磁体上套有线圈；每一软磁体、永磁体和一组弓型导磁体构成磁回路；工作时，直线压缩机驱动流体在室温与高温换热器间来回运动，软磁体周期性被加热和冷却，其温度在居里点附近变化，磁导率周期性变化，磁回路磁阻和磁通量变化，线圈产生感应电动势而产生电能；本发明无噪音、应用温区宽、发电量灵活调节。
【专利说明】一种直线压缩机驱动的热磁发电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热磁发电装置，特别涉及一种直线压缩机驱动的热磁发电系统。
【背景技术】
[0002] 热磁发电机是利用高磁导率软磁材料在居里点附近磁导率发生巨大变化，从而引 起磁回路中通过线圈的磁通量变化，进而产生电能的装置。但是，热磁发电系统需要交替加 热和冷却磁性材料，而如何实现磁性材料的快速加热和冷却是该技术中的难点之一。
[0003] 现有技术的往复式活塞泵驱动的热磁发电系统，如图8所示，1是第一室温换热 器，4是由软磁材料片叠加的软磁体，5是高温换热器，7是第二室温换热器，8是流体通道， 32是往复活塞，磁回路由软磁体4、工型导磁体2和永磁体3组成，整个系统是封闭的，流 体可以是气体或者液体，随着活塞泵驱动流体往复振荡，流体在高温换热器5处被加热，在 室温换热器1和7处被冷却，并通过与软磁体4的热交换，使软磁材料周期性的被加热和冷 却，磁导率周期性变化，使得外接磁路中的磁通量变化，线圈感应产生电流。不过活塞泵与 流道的密封安装较为复杂，同时高温换热器需要加热棒供能，一是提供的高温有限，限制了 高居里点软磁材料的应用；二是加热棒也是电能的输入，对于效率的计算以及热磁发电技 术的应用产生了制约。
[0004] 与此同时，太阳能资源安全、无污染、储量丰富且可以经济利用。我国地处北半球 欧亚大陆的东部，幅员辽阔，太阳能资源十分丰富。每年陆地面积接受的太阳辐射能相当于 2. 4万亿吨标准煤，约等于上万个三峡工程发电量的总和。其中年日照时数超过2000小 时，辐射总量高于1630kwh / m2的地区占全国总面积的2 / 3以上，主要分布在西藏大部、 新疆、青海、甘肃、黄土高原、内蒙、华北大部和苏北等地。如果能够将这些太阳能有效利用， 对于缓解我国的能源问题，保护生态环境，保证经济发展过程中能源的持续稳定供应都将 具有重大而深远的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于克服往复式活塞泵驱动的热磁发电系统存在的诸多缺陷，而提供 一种直线压缩机驱动的热磁发电系统，驱动时不需要密封，只需将直线压缩机与U型流道 一侧连通，即可根据连通器原理，使流体往复振荡，安装简单，运行可靠。热源的供应可以采 用燃气式或太阳能式，燃气的方式可以大大增加热端温度，如果气体燃料采用天然气，温度 可高达1100°C，如果采用液化石油气，温度在900°C左右，这样可以应用更高居里点的软磁 材料，流道采用316L耐高温钢；同时回收的烟气通过套管式逆流换热器将余热传给入口段 冷空气，提高了热能的利用率。而采用太阳能热源供应系统，高效环保，也能够适当提高热 端温度，碟式集热器能达到的温度范围为750°C?1380°C，槽式集热器能达到的温度范围 为390°C?700〃C，塔式集热器能达到的温度范围为560°C?1000°C。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 本发明提供的一种直线压缩机驱动的热磁发电系统，其包括直线压缩机、热磁发 电机和热源供应系统；所述热源供应系统为热磁发电机的高温换热器提供所需热量；所述 热磁发电机利用流体的交变流动将高温换热器的热能转换成电能；
[0008] 所述的热磁发电机包括：
[0009] 由依次相连的第一室温换热器1、第一软磁体4、高温换热器5、第二软磁体6和第 二室温换热器7构成的热交换组件；
[0010] 一对其上套有线圈相对放置的弓型上导磁体2,所述弓型上导磁体2相对的一端 夹装第一软磁体4,另一端夹装上永磁体3 ;
[0011] 一对其上套有线圈相对放置的弓型下导磁体201，所述弓型下导磁体201相对的 一端夹装第二软磁体6,另一端夹装下永磁体301 ;
[0012] 所述直线压缩机9通过一空心管道与所述第一室温换热器1相连；所述第二室温 换热器7与所述热交换组件呈U形排列的管道相连，所述与所述热交换组件呈U形排列的 管道与大气相通；
[0013] 所述第一软磁体4和第二软磁体6由软磁材料片叠摞而成；所述软磁材料片的居 里温度小于高温换热器5的温度；
[0014] 所述的第一软磁体4、上永磁体3和所述的一对弓型上导磁体2构成一磁回路并形 成一个热磁发电单元；
[0015] 所述的第二软磁体6、下永磁体301和所述的一对弓型下导磁体201构成另一磁回 路并形成另一个热磁发电单元；
[0016] 所述的热源供应系统与所述高温换热器5相连，而为高温换热器5提供热量；
[0017] 直线压缩机可以进行容量调节，活塞的行程直接取决于驱动电压和排气压力，方 便改变流体的振荡幅度，使流体温度梯度与软磁材料片居里点更好吻合。
[0018] U型流体通道的左侧与直线压缩机相连，右侧与大气相通，利用连通器原理，使得 流体往复振荡。当直线压缩机9驱动流体在所述第一室温换热器1与高温换热器5之间及 第二室温换热器7与高温换热器5之间来回运动时，第一软磁体4和第二软磁体6的软磁 材料片呈周期性被加热和冷却；所述软磁材料片的居里温度小于高温换热器5的温度；当 软磁材料片温度在居里点之下时，软磁材料片呈现磁导率很大的铁磁性；当软磁材料片温 度在居里点之上时，软磁材料片呈现磁导率很小的顺磁性；所述磁回路的磁阻和磁通量随 着软磁材料片磁导率的变化而发生变化，所述弓型上导磁体2和弓型下导磁体201上的线 圈产生感应电动势，进而热磁发电单元产生电能并输出电能；
[0019] 所述的热源供应系统或为燃气式热源供应系统，其包括：一台用于驱动空气流动 的风机12 ;-个用于空气和回收烟气热交换的套管式逆流换热器11 ;用于气体燃料与空气 混合燃烧的燃烧室10,燃烧室10内装有喷嘴、点火装置，空气流道14和烟气管道13 ;所述 风机12通过套管式逆流换热器11中的空气流道14与所述燃烧室10相连通；所述燃烧室 10输出与所述高温换热器5输入相连；所述高温换热器5输出通过套管式逆流换热器11中 的烟气管道13与大气或烟气回收装置相连；
[0020] 所述的燃气式热源供应系统将烟气的余热与冷空气在逆流换热器进行热交换，从 而使进入燃烧室的空气温度升高，排出外界的烟气温度降低，大大节约了能量。
[0021 ] 所述的燃气式热源供应系统中的燃烧室由喷嘴喷出气体燃料，与输送来的空气混 合再由点火装置点燃，最后将高温烟气输送到高温换热器。所述高温换热器的纵向是发电 机流体流道，横向是烟气流道，换热器材料为紫铜。
[0022] 所述的热源供应系统或为太阳能热源供应系统，所述太阳能热源供应系统为碟式 太阳能热源供应系统或槽式太阳能热源供应系统；
[0023] 所述的碟式太阳能热源供应系统包括：菲涅尔透镜或抛物面镜25、接收器和水泵 121 ;所述菲涅尔透镜或抛物面镜25将太阳光聚焦至接收器上，水泵121通过输入管道23 与菲涅尔透镜或抛物面镜25,菲涅尔透镜或抛物面镜25,而接收器通过输出管道与高温换 热器5相连；所述高温换热器5输出通过套管式逆流换热器11中的烟气管道13与水泵相 连；
[0024] 所述的槽式太阳能热源供应系统中的线聚焦抛物面镜将太阳光聚焦在中间的真 空集热管上，加热集热管内的导热油。
[0025] 所述的热交换组件可为二组热交换组件，该二组热交换组件由U型管相连并呈U 形布置。
[0026] 所述二组热交换组件中的第一软磁体4和第二软磁体6可沿轴向分成多段，各段 软磁体的软磁材料片的居里温度不同，从高温换热器5到第一室温换热器1或高温换热器5 到第二室温换热器7之间的各段软磁体软磁材料片的居里温度呈阶梯下降，以形成多个热 磁发电单元，可将多个热磁发电单元的线圈串联或并联输出电功。
[0027] 所述的太阳能热源供应系统中可设有自动跟踪系统，根据太阳高度角的不同自动 调节抛物面镜方位，以使抛物面镜充分获得太阳光直射。
[0028] 所述高温换热器纵向是热磁发电机的流体流道，横向是烟气流道，高温换热器5 的换热器材质为紫铜。
[0029] 所述的第一室温换热器1和第二室温换热器7之间可通过管道相互连通。
[0030] 所述软磁材料片材质为铁及铁系合金，坡莫合金，铁氧体或非晶态金属玻璃，其厚 度小于2倍的软磁材料片热穿透深度
【权利要求】
1. 一种直线压缩机驱动的热磁发电系统，其包括直线压缩机、热磁发电机和热源供应 系统；所述热源供应系统为热磁发电机的高温换热器提供所需热量；所述热磁发电机利用 流体的交变流动将高温换热器的热能转换成电能； 所述的热磁发电机包括： 由依次相连的第一室温换热器（1)、第一软磁体（4)、高温换热器（5)、第二软磁体（6) 和第二室温换热器（7)构成的热交换组件； 一对其上套有线圈相对放置的弓型上导磁体（2)，所述弓型上导磁体（2)相对的一端 夹装第一软磁体（4)，另一端夹装上永磁体（3); 一对其上套有线圈相对放置的弓型下导磁体（201 )，所述弓型下导磁体（201)相对的 一端夹装第二软磁体（6 )，另一端夹装下永磁体（301); 所述直线压缩机（9)通过一空心管道与所述第一室温换热器（1)相连；所述第二室温 换热器（7)与所述热交换组件呈U形排列的管道相连，所述与所述热交换组件呈U形排列 的管道与大气相通； 所述第一软磁体（4)和第二软磁体（6)由软磁材料片叠摞而成；所述软磁材料片的居 里温度小于高温换热器（5)的温度； 所述的第一软磁体（4)、上永磁体（3)和所述的一对弓型上导磁体（2)构成一磁回路并 形成一个热磁发电单元； 所述的第二软磁体（6)、下永磁体（301)和所述的一对弓型下导磁体（201)构成另一磁 回路并形成另一个热磁发电单元； 所述的热源供应系统与所述高温换热器（5)相连为高温换热器（5)提供热量； 当直线压缩机（9)驱动流体在所述第一室温换热器（1)与高温换热器（5)之间及第二 室温换热器（7)与高温换热器（5)之间来回运动时，第一软磁体（4)和第二软磁体（6)的 软磁材料片呈周期性被加热和冷却；所述软磁材料片的居里温度小于高温换热器（5)的 温度；当软磁材料片温度在居里点之下时，软磁材料片呈现磁导率很大的铁磁性；当软磁 材料片温度在居里点之上时，软磁材料片呈现磁导率很小的顺磁性；所述磁回路的磁阻和 磁通量随着软磁材料片磁导率的变化而发生变化，所述弓型上导磁体（2)和弓型下导磁体 (201)上的线圈产生感应电动势，进而热磁发电单元产生电能并输出电能； 所述的热源供应系统或为燃气式热源供应系统，其包括：一台用于驱动空气流动的风 机（12);-个用于空气和回收烟气热交换的套管式逆流换热器（11);用于气体燃料与空 气混合燃烧的燃烧室（10)，燃烧室（10)内装有喷嘴、点火装置，空气流道（14)和烟气管道 (13);所述风机（12)通过套管式逆流换热器（11)中的空气流道（14)与所述燃烧室（10)相 连通；所述燃烧室（10)输出与所述高温换热器（5)输入相连；所述高温换热器（5)输出通 过套管式逆流换热器（11)中的烟气管道（13)与大气或烟气回收装置相连； 所述的热源供应系统或为太阳能热源供应系统，所述太阳能热源供应系统为碟式太阳 能热源供应系统或槽式太阳能热源供应系统； 所述的碟式太阳能热源供应系统包括：菲涅尔透镜或抛物面镜（25)、接收器和水泵 (121);所述菲涅尔透镜或抛物面镜（25)将太阳光聚焦至接收器上，水泵（121)通过输入管 道（23)与菲涅尔透镜或抛物面镜（25)，菲涅尔透镜或抛物面镜（25)，而接收器通过输出管 道与高温换热器（5)相连；所述高温换热器5输出通过套管式逆流换热器（11)中的烟气管 道（13)与水泵相连； 所述的槽式太阳能热源供应系统中的线聚焦抛物面镜将太阳光聚焦在中间的真空集 热管上，加热集热管内的导热油。
2. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的热交 换组件为二组热交换组件，二组热交换组件由U型管相连并呈U形布置。
3. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，二组热交换 组件中的第一软磁体（4)和第二软磁体（6)沿轴向分成多段，各段软磁体的软磁材料片的 居里温度不同，从高温换热器（5 )到第一室温换热器（1)或高温换热器（5 )到第二室温换热 器（7)之间的各段软磁体软磁材料片的居里温度呈阶梯下降，形成多个热磁发电单元，将多 个热磁发电单元的线圈串联或并联输出电功。
4. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的太阳 能热源供应系统中设有自动跟踪系统，根据太阳高度角的不同自动调节抛物面镜方位，以 使抛物面镜充分获得太阳光直射。
5. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述高温换 热器（5)轴向是热磁发电机的流体流道，径向是烟气流道，高温换热器（5)的换热器材质为 紫铜。
6. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的第一 室温换热器（1)和第二室温换热器（7)之间通过管道相互连通。
7. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述软磁材 料片材质为铁及铁系合金，坡莫合金，铁氧体或非晶态金属玻璃，其厚度小于2倍的软磁材 料片热穿透深度
；其中κ为软磁材料的热扩散系数，ω为流体运动角频率，c为软磁 材料比热容，Ρ为软磁材料密度。
8. 按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述直线压 缩机（9)驱动的是气体，U型流道内流动的是液体介质，两者的交面在第一室温换热器之 上；所述液体介质为水、导热油或液态金属。
【文档编号】H01L37/04GK104124335SQ201310152665
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年4月27日
【发明者】罗二仓, 李东辉, 吴张华 申请人:中国科学院理化技术研究所