专利名称：一种往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热磁发电装置，特别涉及一种往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统。
背景技术：
热磁发电机是利用高磁导率材料在居里温度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。一般地， 如果热磁发电需要产生50Hz的交变频率发电，则需要实现的加热和冷却的频率也要达到 50Hz。中国专利申请200880010226. 2公开了一种热磁发电机设备，如图6所示。它包括导磁材料12、普通导磁体7、8、永磁体6，导磁材料12与永磁体6、导磁体7、8构成磁回路。 还包括缠绕在普通导磁体8的线圈9、用以对导磁材料12进行加热和冷却的设备13、用以进行系统控制的单元14。当加热和冷却设备13对导磁材料12进行加热并且温度超过导磁材料12的居里温度时，导磁材料12导磁率迅速下降，由此引起整个磁回路磁阻发生变化、 磁能量也发生变化。由于电磁感应线圈9中产生感应电动势，从而可以输出电功。该申请由于无法解决导率材料12的快速加热与冷却问题，该热磁发电机设备的工作频率仅为IHz 左右，功率密度较低。同时在传热时需要借助外力实现换热流体的交变运动，机械结构比较复杂，维护等成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有热磁发电机设备中难以实现快速换热，从而导致功率密度低、功率扩展难等问题，而提供一种往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统；该热磁发电系统可以实现较高频率加热和冷却，具有功率密度高、功率扩展易等优点，克服了传统热磁发电技术中存在的问题，在太阳能、生物质热能以及工业废热等利用方面具有广泛的应用前景。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下本发明提供的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其包括往复式运动活塞泵和热磁发电机；所述活塞泵由电机驱动用于产生交变流动的流体；所述热磁发电机利用交变流动流体的流动将热磁发电机高温换热器的热能转换成电能；所述的热磁发电机包括二个室温换热器；位于该二个室温换热器之间的高温换热器；安装于所述室温换热器与所述高温换热器之间的至少一个导磁段；所述导磁段由多片导磁材料薄片间隔叠加而成，导磁材料薄片厚度方向上的侧面分别与室温热器及高温换热器接触，所述导磁材料薄片的居里温度小于高温度换热器的温度；
相对放置的一对块状导磁体；夹装于所述该对块状导磁体之间一端的永磁体；所述导磁段夹装于所述该对块状导磁体之间的另一端；所述导磁体上套有线圈；每一个所述的导磁段与永磁体和所述该对导磁体构成一磁回路并形成一个热磁发电单元；当所述往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统中交变流动的流体在所述室温换热器与所述高温换热器之间来回运动时，导磁段的导磁材料薄片将被加热或冷却；当导磁材料温度在居里温度至居里温度之上30°C范围内的磁导率发生变化，从而使得磁回路的磁阻和磁通量发生变化，所述线圈上产生感应电动势，进而热磁发电单元产生并输出电能。所述导磁段沿轴向分成多段，各段导磁段居里温度不同，并且从高温换热器到室温高温换热器的各段导磁段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联接输出电功。所述的热磁发电机中的永磁体产生的磁场使用连通直流电的线圈来代替。所述导磁材料薄片的材质为铁氧体、铁、铁系合金、坡莫合金或非晶态导磁材料， 其厚度小于2倍的固体热穿透深度，该深度为其中κ为导磁材料的热扩散系数，ω 为流体运动角频率。所述的活塞泵使用气体介质，热磁发电机使用液体介质。所述的往复式运动活塞泵及所述热磁发电机都使用液体介质。所述液体介质为水、导热油或液态金属。所述的往复式运动活塞泵对称布置，以减小整机振动。本发明的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统的优点如下该往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，可以实现高频率加热和冷却，具有功率密度高的优点，克服了传统热磁发电技术中存在的问题，在太阳能、生物质热能以及工业废热等利用方面具有广泛的应用前景。
图1-1为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例1)的结构示意图。图1-2为图1中热磁发电机单元部分立体图。图2为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例2)的结构示意图。图3为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例3)的结构示意图。图4为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例4)的结构示意图。图5为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例5)的结构示意图。图6为已有的热磁发电机设备的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明提供了一种往复运动活塞泵驱动的热磁发电系统，包括往复运动活塞泵及热磁发电机；活塞泵用以产生流体的交变流动；而热磁发电机利用活塞泵产生的交变流动在位于高低温换热器之间的一定居里温度的多片导磁材料薄片形成的流道中往复运动，加热和冷却这些导磁材料薄片，使之在居里温度附近产生磁导率的大幅变化，从而在磁回路中产生磁阻和磁通量的变化，相应的线圈将产生感应电动势，实现热电转换，进而输出电能。实施例1图1-1为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统(实施例1)的结构示意图。图 1-2为图1-1中热磁发电单元的立体图；由图可知，本实施例1的往复运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其包括一环形通道5 ；位于所述环形通道5的纵截面上的电机带动的往复运动活塞1 ；及位于所述环形通道5之内的热磁发电机；所述热磁发电机在环形通道5由上至下依次放置第一室温换热器2、第一导磁段 3、高温换热器4、第二导磁段31和第二室温换热器21 ；所述第一导磁段3位于第一室温换热器2与高温换热器4之间；第二导磁段31位于高温换热器4与第二室温换热器21之间； 所述第一导磁段3和第二导磁段31分别由多片导磁材料薄片间隔叠加而成，导磁材料薄片的居里温度小于高温度换热器4的温度；导磁材料为铁氧体、铁、铁系合金、坡莫合金或非晶态导磁材料。导磁材料薄片的厚度应当小于2倍的固体热穿透深度7^，其中κ为导磁材料的热扩散系数，ω为流体运动角频率，可以以实现流体与固体间的快速换热；所述热磁发电机包括相对放置的一对块状导磁体(第一块状导磁体7和第二块状导磁体8)；夹装于所述该对块状导磁体之间一端的永磁体6 ；所述导磁段3夹装于所述该对块状导磁体之间的另一端；所述导磁体(第一块状导磁体7或/和第二块状导磁体8)上套有线圈9 (本实施例在第二块状导磁体8上套有线圈9)；每一个所述的导磁段与永磁体和所述该对导磁体构成一磁回路并形成一个热磁发电单元；所述的活塞泵1在电机的带动下实现往复运动，驱动热磁发电系统内的液体工质来回运动；这里带动活塞往复运动的电机可以是直线电机也可是旋转电机。第一导磁段3、 第二导磁段31分别由多片高导磁材料薄片间隔叠加而成，所述导磁材料薄片的居里温度小于高温度换热器4的温度。第一导磁段3与其外侧对应的永磁体6及第一普通导磁体7、 第二普通导磁体8紧密连接构成磁回路，在第二普通导磁体8上绕有线圈9，由此构成一个热磁发电单元。类似的第二导磁段31也与它外侧的永磁体及普通导磁体紧密连接构成磁回路，并在普通导磁体上也绕有线圈，构成另一个热磁发电单元。在活塞1的驱动下，热磁发电机所在位置的流体往复运动。一个周期内，当流体从上向下时，左侧流体先经过第一室温换热器2，流体先被冷却至室温再与第一导磁段3换热，第一导磁段3部分被冷却，温度下降至居里温度以下，此时第一导磁段3处于磁导率较大的状态；与此同时，右侧流体先经过高温换热器4，流体先被加热至高温再与第二导磁段31换热，第二导磁段31被加热，温度上升至居里温度以上后，第二导磁段31处于磁导率较小的状态。当流体从下向上时，过程正好相反。于是，在一个周期内由于第一导磁段3的磁导率发生大幅变化，导致磁回路中的磁阻发生变化、磁通量发生变化，根据电磁感应原理线圈9上产生感应电动势输出电功，实现热能到电能的转换。相应的，由于第二导磁段31的磁导率发生大幅变化，根据电磁感应原理其线圈上也会产生感应电动势输出电功，实现热能到电能的转换。本实施例中的热磁发电机，本领域技术人员容易理解，既可以用永磁体产生磁场也可以用线圈连通直流电的方式产生磁场。本实施例中的热磁发电机，本领域技术人员容易理解，根据功率需要，可以在环路上布置多个热磁发电机。实施例2图2为本发明往复运动活塞驱动的热磁发电系统实施例2的结构示意图，包括往复运动的活塞1及热磁发电机。在环形通道5内分别布置有活塞1、第一室温换热器2、第一导磁段3、高温换热器4、第二室温换热器21。活塞1在电机的带动下实现往复运动，驱动系统内的工作介质来回运动；这里带动活塞往复运动的电机可以是直线电机也可是旋转电机；第一导磁段3由多片导磁材料薄片按要求的间隔叠加而成，导磁材料薄片的居里温度应当小于高温度换热器4的温度。第一导磁段3与外侧对应的永磁体6及第一导磁体7、第二导磁体8紧密连接构成磁回路，在第二导磁体8上绕有线圈9 ；在活塞1的驱动下，热磁发电机所在位置的流体往复运动；一个周期内，当流体从上向下时，左侧流体先经过第一室温换热器2，流体先被冷却至室温再与第一导磁段3换热，第一导磁段3部分被冷却，温度下降至居里温度以下，此时第一导磁段3处于磁导率较大的状态；当流体从下向上时，右侧流体先经过高温换热器4，流体先被加热至高温再与第一导磁段3换热，第一导磁段3被加热，温度上升至居里温度以上后，第一导磁段3处于磁导率较小的状态。于是，在一个周期内由于第一导磁段3的磁导率发生大幅变化，导致磁回路中的磁阻和磁通量发生变化，根据电磁感应原理，线圈9上产生感应电动势输出电功，实现热能到电能的转换。实施例3图3为本发明往复活塞驱动的热磁发电系统实施例3的结构示意图。本实施例中， 在热磁发电机的第一室温换热器2与高温换热器4、第二室温换热器21与高温换热器4之间分别放置多个导磁段；各导磁段居里温度不同，从高温换热器到室温换热器各导磁段的居里温度从高到低呈阶梯下降；各热磁发电单元独立工作，各单元上线圈可独立驱动电负载，也可按次序联接后驱动电负载，可实现热能到电能的转换。其他同实施例1。实施例4图4为本发明往复活塞驱动的热磁发电系统实施例4的结构示意图。为进一步实现对第一导磁段3及第二导磁段31的快速加热和冷却，系统内部可以使用液体工质10。液体工质10可以是导热油、水或常温下的液态金属等。其他同实施例1。本实施例中的活塞1驱动的热磁发电机，本领域技术人员容易理解，也可以只在热磁发电机处使用液体工质，而在活塞处仍为气体。实施例5图5为本发明往复活塞驱动的热磁发电系统实施例5的结构示意图。为消除单个活塞出现的振动，本实施例采用了两个活塞(第一活塞1与第二活塞11对置运动，从而可将振动消除。活塞1与活塞11分别位于各自的环形流道5及51中，热磁发电机位于环形流道5与51共用的一段流道中。其它部分同实施例1。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
6管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其包括往复式运动活塞泵和热磁发电机；所述活塞泵由电机驱动用于产生交变流动的流体；所述热磁发电机利用交变流动流体的流动将热磁发电机高温换热器的热能转换成电能；所述的热磁发电机包括二个室温换热器；位于该二个室温换热器之间的高温换热器；安装于所述室温换热器与所述高温换热器之间的至少一个导磁段；所述导磁段由多片导磁材料薄片间隔叠加而成，导磁材料薄片厚度方向上的侧面分别与室温热器及高温换热器接触，所述导磁材料薄片的居里温度小于高温度换热器的温度；相对放置的一对块状导磁体；夹装于所述该对块状导磁体之间一端的永磁体；所述导磁段夹装于所述该对块状导磁体之间的另一端；所述导磁体上套有线圈；每一个所述的导磁段与永磁体和所述该对导磁体构成一磁回路并形成一个热磁发电单元；当所述往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统中交变流动的流体在所述室温换热器与所述高温换热器之间来回运动时，导磁段的导磁材料薄片将被加热或冷却；当导磁材料温度在居里温度至居里温度之上30°c范围内的磁导率发生变化，从而使得磁回路的磁阻和磁通量发生变化，所述线圈上产生感应电动势，进而热磁发电单元产生并输出电能。
2.按权利要求1所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述导磁段沿轴向分成多段，各段导磁段居里温度不同，并且从高温换热器到室温高温换热器的各段导磁段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联接输出电功。
3.按权利要求1所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的热磁发电机中的永磁体产生的磁场使用连通直流电的线圈来代替。
4.按权利要求1所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述导磁材料薄片的材质为铁氧体、铁、铁系合金、坡莫合金或非晶态导磁材料，其厚度小于2倍的固体热穿透深度，该深度为，其中κ为导磁材料的热扩散系数，ω为流体运动角频率。
5.按权利要求1所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的活塞泵使用气体介质，热磁发电机使用液体介质。
6.按权利要求1所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的活塞泵及所述热磁发电机都使用液体介质。
7.按权利要求6所述的往复式运动活塞泵驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述液体介质为水、导热油或液态金属。
8.根据权利要求1所述的往复式运动活塞驱动的热磁发电系统，其特征在于，所述的往复式运动活塞泵对称布置。
全文摘要
本发明涉及的往复活塞泵驱动的热磁发电系统，包括用于驱动流体往复运动的活塞，活塞由电机驱动；热磁发电机包括二个室温换热器；位于该二个室温换热器间的高温换热器；安装于室温与高温换热器间的至少一导磁段；相对放置的一对块状导磁体；夹装于该对块状导磁体间一端的永磁体；导磁段夹装于该对块状导磁体间的另一端；导磁体套有线圈；每一导磁段与永磁体和该对导磁体构成一磁回路；当系统中交变流动的流体在室温换热器与高温换热器之间来回运动时，导磁段的导磁材料薄片将被加热或冷却；在居里温度附近其磁导率发生变化，从而使磁回路的磁阻和磁通量发生变化，线圈上产生感应电动势，进而产生电能；具有功率密度高等优点。
文档编号H02N3/00GK102403925SQ201010287778
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者吴张华, 罗二仓 申请人:中国科学院理化技术研究所