离心的制造方法

离心的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种方法和离心机，用于在将热能转化为交流电能的闭合回路能量转换器中消除将磁性流体中的磁性粒子以子弹形体的形式保持在一起的磁滞力并防止由所述子弹形体导致的对能量转换器的部件的损坏。
【专利说明】离心机

【技术领域】
[0001] 本发明涉及能量生产领域。更特别地，本发明涉及用于将热能转换成电能的能量 转换器单元（以后有时简称为"转换器"）的部件。

【背景技术】
[0002] 在美国专利US7, 745, 962中，本发明的发明人描述了一种基于铁磁流体的热-电 能量转换器。具有液体的流体特性和固体的磁特性的铁磁流体包含悬浮在液体介质中的磁 性固体的微小粒子。铁磁流体是液体载体中的子畴磁性粒子的稳定的胶状悬浮体。具有约 丨00人（l〇nm)的平均尺寸的粒子涂覆有稳定分散剂（表面活化剂）。典型的铁磁流体可以 包含5% (按体积计）的磁性固体，10%的表面活化剂和85%的载体（液体）。
[0003] 在国际专利申请W02008/010202中，本发明的发明人描述了 US7,745,962的热电 能量转换器，其中铁磁流体由磁流变悬浮液（MRS)代替，磁流变悬浮液也熟知为磁流变流 体（MRF)。MRS是平均颗粒直径d为约5至10 μ m的粒子（通常是铁或镍）颗粒的悬浮液， 该直径d约是铁磁流体中使用的磁性颗粒的直径的约500至1000倍。这些粗（course)磁 性颗粒在实践中用于抛光、磁畴界壁的可视化，用在磁性离合器、制动机构等中。MRS的技术 应用是基于它们在磁场下凝结的特性。与铁磁流体的子畴磁性颗粒相反，MRS的大粒子部 具有它们自己的磁矩，但它们容易在外部磁场中被磁化。多畴铁或镍粒子的磁导率μ是约 10 4。
[0004] 在两种情况中，通过由气体脉冲围绕闭合回路能量转换器连续地推动磁性流体 (本文中所定义的磁性流体是铁磁流体、MRS或二者的通称），将热量转换成电。在选定的 位置处，存在用于对准磁性粒子的磁矩的均匀磁场，在磁场所在的同一位置处，磁性流体脉 冲移动所穿过的管道被其中感生交流电流的线圈围绕。
[0005] 在开发工作转换器的过程中，发明人已经发现，效率受到不希望的现象的影响。对 于最大效率而言，通过（固有的或感生的）磁矩而彼此吸引的磁性粒子在其通过均匀磁场 和其中感生所述电流的线圈时必须立即彼此分开，并返回至磁性流体，以能够继续它们围 绕转换器的闭合回路的行程的剩余部分。可能希望的是，粒子从形成通过它们相互的磁吸 引而保持在一起的闭合束的状态至悬浮在液体载体中的分散状态的分离过程基本上是瞬 间完成的。然而，实际上，由于磁滞效应，该分离过程在粒子围绕转换器的回路移动的速度 方面是相对较慢地进行的。
[0006] 因此，本发明的目标是提供一种装置，其被结合到转换器的回路中以克服将磁性 粒子保持在一起的磁滞效应。
[0007] 本发明的其他目的和优点将随着描述的进行而显现。


【发明内容】

[0008] 在本文中采用下述定义：
[0009] "磁性流体"是由具有固有磁矩由在其中可以感生出磁矩的材料制成的粒子的悬 浮液。
[0010] "磁性粒子"是磁性流体中的固体成分，即，粒子。
[0011] "蒸汽"是磁性流体的液体成分的气相。
[0012] "铁磁流体"是一种磁性流体，其中的粒子具有固有磁矩。
[0013] "磁流变悬浮液"（MRS)或"磁流变流体"（MRF)是一种磁性流体，其中的粒子不具 有它们自己的磁矩但容易在外部磁场中被磁化。
[0014] "铁磁混合物（ferromixture) "是本发明的能量转换器的工作物质。它是包括下 述成分中的一些或全部的混合物：磁性流体、载气、蒸汽和磁性粒子。铁磁混合物在转换器 中的任一位置处的精确的瞬时成分取决于该位置处的瞬时温度和压力。
[0015] "云"是由转换器中的高压区域和低压区域之间的阀的开口形成的铁磁混合物的 短脉冲群（short burst)。云由在转换器的闭合回路中在预定时间和预定位置处产生的受 控压差绕转换器推进。在转换器的热至冷（hot-to-cold)部件中，云主要由分散在载气和 蒸汽中的磁性粒子构成，其中载气和蒸汽都从HAC(转换器的吸热容器）排出。在该转换器 的冷至热部件中，云主要由通过载气从HDC (转换器的散热容器）中推出的磁性流体构成。
[0016] "子弹形体（bullet)"是移动穿过均匀磁场时形成的空间分散的磁性粒子群。该 磁场在MRS中感生出磁矩，使粒子的磁矩对齐，并将它们束在一起。
[0017] 本发明的一个方面是一种离心机，其用于消除在用于将热能转换成交流电能的闭 合回路能量转换器中将磁性流体的磁性粒子以子弹形体的形式保持在一起的磁滞力以及 用于防止因子弹形体导致的对能量转换器的部件或操作的损坏。
[0018] 本发明的离心机所工作的能量转换器包括以下部段：
[0019] (i)第一部段，在该第一部段中磁性流体被分解成包括磁性粒子和气体成分的铁 磁混合物；
[0020] (ii)第二部段，在该第二部段中磁性粒子的磁矩被对齐，使磁性粒子形成为通过 线圈的子弹形体，在所述线圈中感生电流；
[0021] (iii)第三部段，在该第三部段中子弹形体破碎成具有随机定向的磁矩的单独的 磁性粒子；和
[0022] (iv)第四部段，在该第四部段中磁性粒子和冷凝后的气体成分重新组成磁性流 体。
[0023] 所述离心机适于连接至能量转换器的第三部段中的管道，并且该离心机包括：
[0024] (i)上歧管，该上歧管连接至能量转换器的所述管道；
[0025] (ii)下歧管；
[0026] (iii)至少一个分流器和直导管段，用于为铁磁混合物的成分从上歧管行进至下 歧管提供路径；和
[0027] (iv)大直径导管，该大直径导管具有第一端和第二端，其中第一端连接至下歧管 的底部并且第二端连接至一端部元件，所述端部元件具有截头圆锥形状、位于其壁中的多 个穿孔、和开口的远端。
[0028] 在本发明的离心机的实施例中，所述至少一个分流器的端部偏心地并且以一角度 进入下歧管。离心机的实施例包括用于在能量转换器工作时改变所述角度的机构。
[0029] 离心机的实施例包括至少一个线圈，所述至少一个线圈绕大直径导管缠绕并连接 至包括电阻负载的电子电路。
[0030] 本发明的第二方面为一种方法，其用于消除在用于将热能转换成交流电能的闭合 回路能量转换器中将磁性流体的磁性粒子以子弹形体的形式保持在一起的磁滞力以及用 于防止因子弹形体导致的对能量转换器的部件或操作的损坏。
[0031] 所述能量转换器包括以下部段：
[0032] (i)第一部段，在该第一部段中磁性流体被分解成包括磁性粒子和气体成分的铁 磁混合物；
[0033] (ii)第二部段，在该第二部段中磁性粒子的磁矩被对齐，使磁性粒子形成为通过 线圈的子弹形体，在所述线圈中感生电流；
[0034] (iii)第三部段，在该第三部段中子弹形体破碎成具有随机定向的磁矩的单独的 磁性粒子；和
[0035] (iv)第四部段，在该第四部段中磁性粒子和冷凝后的气体成分重新组成磁性流 体。
[0036] 所述方法包括下述步骤：
[0037] (a)将离心机连接至能量转换器的第三部段中的导管；所述离心机包括：
[0038] (i)上歧管，该上歧管连接至能量转换器的所述管道；
[0039] (ii)下歧管；
[0040] (iii)至少一个分流器和直导管段，用于为铁磁混合物的成分从上歧管行进至下 歧管提供路径；和
[0041] (iv)大直径导管，该大直径导管具有第一端和第二端，其中第一端连接至下歧管 的底部并且第二端连接至一端部元件，所述端部元件具有截头圆锥形状、位于其壁中的多 个穿孔、和开口的远端。
[0042] (b)使铁磁混合物的气体成分的第一部分从上歧管通过所述至少一个分流器流动 至下歧管；
[0043] (c)使铁磁混合物的气体成分的第二部分和由磁性粒子组成的子弹形体从上歧管 通过所述直导管段流动至下歧管；
[0044] (d)调整下歧管，使得流过所述至少一个分流器的气体在它们离开所述直导管段 并穿过下歧管的中心时冲击子弹形体的侧面，从而施加使子弹形体旋转的力；以及
[0045] (e)允许旋转的子弹形体继续行进穿过大直径导管，其中旋转时的离心力克服将 磁性粒子保持在一起的磁滞力，从而破碎所述子弹形体。
[0046] 在本发明的方法的实施例中，调整下歧管的步骤（d)包括使所述至少一个分流器 的端部偏心地并且以一角度进入下歧管。
[0047] 本发明的方法的实施例包括在能量转换器工作时改变所述角度。
[0048] 本发明的方法的实施例包括在大直径导管周围缠绕至少一个线圈，并将所述线圈 连接至包括电阻负载的电子电路。
[0049] 本发明的方法的实施例包括下述步骤：
[0050] (f)封闭或移除介于离心机的上歧管与下歧管之间的所述直管道段；
[0051] (g)用以下步骤替代步骤（b)和（c):使铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子组成 的子弹形体从上歧管通过所述至少一个分流器流动至下歧管；以及
[0052] (h)用以下步骤替代步骤（d):调整下歧管，使得流过所述至少一个分流器的气体 和子弹形体偏心地并且以一角度进入下歧管，从而在子弹形体进入大直径导管时施加使子 弹形体旋转的力。
[0053] 本发明的方法的其他实施例包括下述步骤：
[0054] (f)封闭或移除介于离心机的上歧管和下歧管之间的所述至少一个分流器；
[0055] (g)用弯曲成螺旋形的管道段替代介于离心机的上歧管和下歧管之间的所述直管 道段；
[0056] (h)用以下步骤替代步骤（b)、（c)和（d):使铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子 组成的子弹形体从上歧管通过所述螺旋形的管道段流动至下歧管，从而在子弹形体进入大 直径导管时施加使子弹形体旋转的力。
[0057] 本发明的第三方面是一种能量转换器，该能量转换器以使磁性流体绕闭合回路行 进为基础将热能转化为交流电能，该能量转换器包括至少一个离心机，所述至少一个离心 机适于消除将磁性流体中的磁性粒子以子弹形体形式保持在一起的磁滞力并防止由所述 子弹形体导致的对能量转换器的部件的损坏。
[0058] 通过参照附图阅读下文关于本发明的实施例的说明性的和非限制性的描述，将会 进一步地理解本发明的所有上述和其它特性和优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0059] 图1示意性地描绘了现有技术转换器的一般布局和功能；
[0060] 图2和图3示意性地示出了本发明的离心机；以及
[0061] 图4是示出了歧管内部的剖视图，其中，子弹形体在所述内部被引起旋转。

【具体实施方式】
[0062] 作为US7, 745, 962和W02008/010202的主题的能量转换器基本上是包含介质的 闭合回路装置，所述介质能够从高温容器中的外部热源吸收热量以及在输送所述热量的一 部分至冷温容器和随后将介质返回高温容器的过程中产生交流电。该转换器包括两个半 循环：第一个半循环从热位置至较冷的位置，第二个半循环从冷位置至热位置，这两个半循 环连接起来形成完整的循环。这种布置是具有非常高的能量转换效率的卡诺（Carnot)循 环。向转换器提供所需要的热量的外部热源本质上可以是任何热源。例如，可以由来自核 电站、来自空气调节系统、来自压缩机、来自任何运转的发动机、或来自马达的残热提供所 述热量。在一种实施例中，热源是太阳辐射，在另一种实施例中，热源是车辆发动机。与常规 工业发电厂相反，该系统不采用诸如压缩机、涡轮或泵之类的耗能机械。本发明的能量转换 器的工作物质是铁磁混合物，其代替了在常规发电厂中使用以用于驱动涡轮的过热蒸汽。 [0063] 能量转换器在其最基本的实施例（在图1中示意性地示出）中由通过管道串联 连接的两个腔构成。磁性流体与它的蒸汽一起共存于大的腔中，该大的腔在此称为吸热容 器（HAC)，在该吸热容器中从外部源吸收热量。为了控制磁性流体的沸腾温度，不反应的载 气被引入该腔中。例如，空气不能用作载气，因为它将引起磁性粒子的氧化。合适的选择的 例子是氮与酒精或氮与蒸馏水的混合物。当HAC内的温度和压力达到预定值时，阀被暂时 打开以将热的铁磁混合物的云从HAC释放到出口管道中。通过转换器中的阀的适当的同步 化，如以下在本文中将被描述的那样，阀在云之前将保持关闭，从而引起云的前沿的压力增 力口，使云在行进通过管道时具有较小的体积和更加尖锐的（sharply)限定形状。随着铁磁 混合物的云围绕闭环转换器推进，它遇到该管道的由均匀磁场和电线圈围绕的部分。如果 磁性流体是MRS，则均匀磁场在粒子中感生磁矩并将它们相对于磁场的方向对齐。在铁磁流 体的情况中，磁场对齐粒子的永磁磁矩（permanent magnetic moment)。在两种情况中，磁 场将云中的磁性粒子形成为被称作子弹形体（bullets)的紧密隔开的粒子群。子弹形体中 的粒子的对齐的磁矩在它们被推进穿过管道的该部分时在电线圈中产生交流电流。在通过 由磁场围绕的该区域后，磁矩的排列在铁磁流体中变成随机的；然而，发明人已经发现，磁 滞效应将MRS的粒子保持在一起，导致需要引入破碎子弹形体的装置。这些装置是本发明 的主题并且在下文被描述。在磁性粒子彼此分离之后，铁磁混合物被推动并被吸入散热腔 (HDC)中，在散热腔中蒸汽冷凝，直到在低的压力和温度下铁磁混合物包括悬浮在液体中的 磁性粒子（即，重构磁性流体）和载气。在进入HCD的较热的铁磁混合物的作用下，一些磁 性流体随后被载气推出HDC进入入口管道并返回至主加热腔，可选择地，穿过具有围绕它 的另一个电线圈和均匀磁场的管道返回，从而产生更多的电流。
[0064] 转换器利用HAC和HDC之间的温度差以及出口管道和入口管道的尺寸的仔细设 计，以利用与在流体流动穿过具有变化内径时发生的与压力和温度变化有关的已知现象， 使得铁磁混合物的压力和温度方面产生变化。这与回路中的阀的打开和关闭的适当的正时 (timing) -起产生绕转换器推动铁磁混合物的云的压力波。
[0065] 图1示意性地描绘了该转换器的简化实施例，以描述该转换的一般布局和工作原 理。靠近管道放置的小箭头指示磁性粒子通过该管道的流动方向。最初，即，在组装/安装 阶段，HAC 101，HDC 102以及连接HAC 101和HDC 102以形成闭环系统的管道被部分地填 充一定比例的磁性流体和载气，该比例适合防止HAC中的压力升高到危险水平以上。其中， 精确的比例取决于外部热源的最大温度、构建该转换器的材料、和磁性流体的类型。磁性流 体与载气的适合大多数情况的比例被认为约是1 : 4,但该比例可以根据需要而改变。
[0066] 在循环"开始"时，HAC 101的入口阀和出口阀107和104、HDC 102的入口阀和出 口阀105和106、以及阀117均分别地处于"关闭"状态。最初，如果外部热源的温度不是足 够高，则HDC中的载气的压力低于环境压力，以允许磁性流体的液体成分在比在环境压力 下可能的温度更低的温度下沸腾。在其它情况中，如果热源的温度非常高，则可能需要使载 气的压力大于环境压力以在转换器中维持合适的工作状态。可替换地，可以通过采用具有 较低沸点的载体克服起动问题。HAC 101以及其中的磁性流体和载气从外部源（如太阳） 吸收热量，以将磁性流体和气体加热至第一温度（T1)，并且同时，HDC 102将热量散发至外 部散热器，将其中包含的铁磁混合物冷却至低于第一温度T1的第二温度（T2)，以使蒸汽返 回至其液体状态。
[0067] 当HAC 101从外部热源吸收热量时，包含在HAC内的磁性流体的温度T1开始增 力口，导致磁性流体的液体部分蒸发，并且HAC 101内的总压力（P1)增加。同时，铁磁混合物 在HDC 102中被冷却至温度T2,导致铁磁混合物中存在的蒸汽冷凝并且HDC 102内的压力 (P2)降低。换句话说，第一和第二温度之间的差被转换成相应的HAC 101和HDC 102内的 压差。这些压力之间的差是将会是一种作用力，该作用力导致磁性粒子像波一样绕闭环转 换器循环前进，如下文将描述的那样。必须为转换器的每个具体实施例确定能够使转换器 安全工作以及具有最大效率的Pl，P2, T1和T2的实际的最大和最小值。在多种其他因素 中，这些值取决于构建反应器的各个部件的材料、壁厚等。例如，如果HAC由非强化玻璃制 成的，则建议不允许Ρ1超过约三个大气压。
[0068] 当压差（Ρ1-Ρ2)达到某个预定值时，阀104打开，通过将包括载气、蒸汽、磁性粒 子、以及可能存在的小比例的磁性流体的液滴的铁磁混合物的云释放到出口管道118中而 启动该循环的第一半。阀105可以与阀104基本上同时地打开，但通常优选的是在较短的 延迟之后打开阀105,以便管道118内的压力在所述云的前方聚积，从而将所述云限定到该 管道内的相对小的体积。一旦阀105打开，管道118中的压力就低于HAC 101中的压力并 且云被一侧的较高的压力"推动"并被另一侧的较低的压力"拉动"，即，从HAC 101到HDC 102的方向上沿着管道118被推进。当所述云从HAC中排出时，HAC 101内的压力Ρ1和温 度（Τ1)降低。当阀105打开时，所述云沿朝向关闭的阀106和117的方向推动最初存在于 管道118和HDC 102中的（较冷的）磁性流体和载气。推压着HDC 102的入口附近的铁磁 混合物的铁磁混合物云将铁磁混合物压缩，导致HDC 102中的压力（Ρ2)升高。随着铁磁混 合物被压缩并且所述云的已经到达HDC 102的部分的温度被降低，蒸汽冷凝，直到HDC 102 的出口侧附近的铁磁混合物仅包括磁性流体和载气。
[0069] 当Ρ2达到其最大值时，阀104和105关闭，以完成该循环的第一半。随后，阀106 和107打开。在短暂的时间内，Ρ2大于Ρ1，并且HDC 102中的载气相对于管道120和HAC 101中的压力的超压推动已经在HDC 102的最靠近阀106的端部处聚积的磁性流体穿过阀 106、管道120和阀107进入HAC 101。当HAC 101中的压力等于HDC 102中压力时，阀106 和107关闭，从而完成该循环的第二半。
[0070] 现在，下一个循环开始，其中：（1)HAC 101吸收外部热量，以将其中包含的（现在） 冷的磁性流体的温度升高至磁性流体的液体成分部分处于其蒸汽状态时的第一温度T1和 压力P1，以及（2)HDC 102散热至散热器，将其中包含的（现在）热的载气、蒸汽和磁性流体 的温度降低至大多数蒸汽冷凝时的第二温度T2和压力P2,以及（3)根据上文描述的第一个 循环操作阀104至107。一个循环将跟随着另一个循环，在每个循环中，磁性流体的一部分 都在HAC 101和HDC 102之间交换，除非转换器100出现故障或者由于某种原因需要停止 转换器的操作。通过这种方式，基本连续的子弹形体队列（train of bullets)被产生并被 推进通过管道118。这种流动被用于在电线圈中感生交流电流。
[0071] 导电线圈110和111分别围绕管道120和118盘绕。流过这些管道的磁性流体或 磁性粒子应当在连接至负载112和113的电线110和111中感生电流。然而，由于磁性流 体中悬浮的粒子和磁性粒子或者不具有固有磁矩或者它们的磁矩在它们的载体（无论是 液体还是气体，取决于转换器中的位置和该循环的所处的阶段）中（相对于彼此）随机地 排列，所述粒子的净磁场是零。在这种情况中，在电线110和111中将不感生电流。为了产 生电流，磁偶极子在必要情况下必须被诱导并以能够在移动通过盘绕的电线（110和111) 时能够产生非零的净磁场的方式排列。这种排列对齐是通过采用永磁铁108和109实现 的，永磁铁108和109定位成在闭环转换器的被线圈围绕着的并且铁磁混合物的子弹形体 通过的部分处产生恒定的磁场。应当理解，线圈110和111仅被象征性地示出，并且可以 表示成例如串联连接的多个线圈或者能够满足本发明要求的任意其他布置。类似地，定向 (alignment)磁铁108和109仅被象征性地示出，并且可以表示成例如多个环形磁铁、棒状 磁铁、或本领域已知的用于在给定区域中形成均匀磁场的任何其它布置。此外，沿着管道 118和120中的每一个的长度方向可设置一个以上的电流产生区域。同样将注意到，线圈 110和相关联的磁铁是可选择的，并且不需要存在于转换器的每个实施例中。此外，在穿过 线圈110之后，磁滞效应小于穿过线圈111之后的磁滞效应，并且子弹形体朝向转换器的 较热部分前进；因此，与在大多数情况中将必须随后布置有离心机的线圈111相比，在线圈 110之后可以不需要离心机。
[0072] 所示出的磁铁108和109环绕着管道118和120,以产生将在MRS的磁性粒子中感 生磁矩并将对齐磁性粒子的磁矩的磁场，使得它们的纵轴与管道的纵轴基本重合。通过这 种方式，磁性粒子流将产生局部非零磁场，该局部非零磁场在电线110和111中感生电流。 如果对齐的磁偶极子的连续流流过感生线圈，则净电输出将是零。因此，该磁偶极子被布置 成离散的子弹形体，以产生交流电流的脉冲。为了确保已经及时地感生出磁矩并且在整个 铁磁混合物云中形成了随机分布的粒子子弹形体，一些磁铁可以被设置在感生线圈上游的 管道周围。如果仅形成了单个高能子弹形体，则所有的能量在子弹形体通过线圈111时可 以不被耗散，从而，可以围绕管道118设置多个间隔开的线圈，以便由单个子弹形体产生多 个脉冲。可替换地，多个间隔开的环形磁铁可以用来形成来自单个铁磁混合物云的一系列 低能量的子弹形体。如之前说明的那样，子弹形体的形状可以至少部分地通过阀104和105 的打开和关闭的适当的同步以形成具有非常小的体积的云的方式实现。
[0073] 为了进一步控制转换器内的工作状态，设置了储存容器103。储存容器103的描述 和操作与本发明不相关。在US7, 745, 962和W02008/010202中充分地描述了它们。
[0074] 在通过由磁场围绕的区域之后，磁矩的排列在铁磁流体中变为随机的，并且包含 铁磁流体的铁磁混合物被推动和吸入散热腔（HDC)中。在包含MRS的铁磁混合物的情况中， 必须在该位置处向转换器增加用于消除继续将子弹形体保持在一起的磁滞效应的装置。在 HDC内，在将子弹形体保持在一起的磁力已经被充分地减弱以允许（铁磁流体和MRS二者中 的）磁性粒子分离之后，蒸汽冷凝,直到铁磁混合物包括悬浮液中的磁性粒子（即，重构磁 性流体）和处于低的压力和温度的载气。
[0075] 采用转换器的目标是尽可能多地产生电流。为了实现该目标，在设计转换器时可 以控制的两个最重要的因素是通过线圈的磁性粒子的密度和用于对齐磁性粒子的磁场强 度。当这些参数中的任一个或二者增加时，在线圈中感生的电流的量将增加。高磁场和高 磁性粒子密度导致半固态（semi-solid)的子弹形体的形成。磁性材料的磁滞特性将子弹 形体保持在一起，使得在离开线圈之后，它作为半固态材料块继续向着HDC行进。如果磁滞 未被足够快速地释放并且包括子弹形体的粒子返回至磁性流体状态，则转换器的有效的连 续操作将受到不利的影响，并且在所有情况下，向着HDC行进的半固态子弹形体将对转换 器的管道和阀产生损害，和/或该系统将在关键位置处（如HDC 102的出口处）因固体粒 子团的聚积而"堵塞"。
[0076] 图2和图3示意性地示出本发明的专门设计的离心机。离心机10将插入到转换 器的仅跟在线圈111之后的管道118中。在图2和图3中，仅示出了图1中理解本发明所 必需的部件。在所示的实施例中，离心机10用螺栓连接至HDC 102的开口端，使离心机10 一部分在HDC外，一部分在HDC内。在图3中，HDC 102的壁的一部分已经被去除以示出位 于在HDC内的离心机10的部分。
[0077] 在管道118的位于已经产生电流的位置之后的部分中，由高温高压载气、蒸汽和 磁性粒子构成的铁磁混合物由磁滞力保持在一起以形成子弹形体。管道118连接至上歧管 12的顶部，直的管道的一段（图中不能清楚地看到该部分）将顶部歧管的底部的中部连接 至底部歧管的顶部的中部，并且下部歧管14的底部连接至离心机10的导管18的近端。将 说明的是，导管18的内径应当比管道118的内径大的多，以向包括待分散的子弹形体的粒 子提供空间，如本文中描述的那样。在上歧管12中，铁磁混合物的气体成分的一部分被分 流到分流器16(在该实施例中示出四个，但可以采用更多或更少的分流器）中，分流器16 通向下歧管14,同时子弹形体连同一部分载气和蒸汽通过它们的动量在管道118被直接向 前地载送，穿过该连接上和下歧管的管道部分，进入导管18。
[0078] 现在参照图4,图4是示出穿过下歧管14的剖视图，可以看到，当行进穿过管道 118的子弹形体穿过下歧管时，它的侧面受到已经行进穿过分流器16的气体撞击。分流器 16的端部"偏心地"并且以如图所示的角度进入下部歧管，从而当来自每个分流器的气体 撞击子弹形体的侧面时，它们施加导致子弹形体旋转的作用力。分流器16的端部相对于管 道118应当被定向的精确的角度取决于几个因素，这些因素包括行进通过分流器的子弹形 体和气体的速度。在本发明的一个实施例中，下歧管14包括用于在转换器工作时改变该角 度的机构，以最大化子弹形体的旋转。
[0079] 当子弹形体行进通过导管18时，已经向其施加的旋转形成离心力，该离心力倾向 于增加磁性粒子之间的距离，从而减弱将它们保持在一起的磁力。
[0080] 最后，通过撞击离心机的端部元件20,子弹形体被完全地破碎。端部元件20具有 截头圆锥的形状。被推动至导管18的侧面的旋转的子弹形体撞击端部元件20的壁，并在 粒子穿过端部元件20的壁中的多个孔时破碎，同时铁磁混合物的气体成分的一部分通过 离心机10的端部元件20的打开的远端22进入HDC 102。在冷的HDC 102内，蒸汽冷凝，并 且分离的磁性粒子变为悬浮的以形成积聚在HDC的远端处的磁性流体。
[0081] 说明的是，如过如本文中描述的离心机10被放置在转换器中，那么则图1所示的 阀105和106是可选择的。阀105的功能由端部元件20的带穿孔的壁实现。如果离心机 的端部元件的端部22足够靠近在之前的循环中已在HDC 102的远端处聚积的磁性流体池， 则在之前的循环中离开端部22的气体的喷射将形成压力波，该压力波所述池中的磁性流 体推入管道120中；从而实现阀106的功能。
[0082] 在本发明的一个实施例中，至少一个线圈24围绕导管18缠绕。移动的子弹形体 所产生的磁场在线圈24中感生电流。该电流通过电阻负载26,从而进一步减弱将子弹形体 中的磁性粒子保持在一起的磁力。在负载26处产生的电能可以如图所示地被耗散至接地 端28,或者可以被获取以用于转换器的内部使用，如，给控制系统和/或电动阀供电。
[0083] 上文对离心机的描述仅是作为本发明的例子而被提供的。采用其它实施例可以获 得类似的效果。例如，在一个实施例中，介于离心机的上歧管和下歧管之间的管道的直段可 以被封闭或移除。在该实施例中，铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子组成的子弹形体将 从上歧管通过至少一个分流器流动至下歧管。如果采用下歧管，那么流动穿过所述至少一 个分流器的气体和子弹形体偏心地并且以一角度进入它。用于在子弹形体进入大直径的管 时导致引起子弹形体旋转的力将被形成。
[0084] 在另一种实施例中，离心机的上歧管和下歧管之间分流器被封闭或移除，并且介 于离心机的上歧管和下歧管之间的管道直段由弯曲成螺旋形的管段代替。在该实施例中， 使铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子组成的子弹形体从上歧管通过导管的螺旋形段流 动至下歧管将施加力，该力用于在子弹形体进入大直径管时引起子弹形体的旋转。
[0085] 虽然已经通过例证的方式描述了本发明的实施例，但应当理解，在不超出权利要 求的范围的情况下，本发明的实施可以具有多种变化、修改和调整。
【权利要求】
1. 一种离心机，用于消除在闭合回路能量转换器中将磁性流体的磁性粒子以子弹形体 的形式保持在一起的磁滞力以及用于防止因子弹形体导致的对能量转换器的部件或操作 的损坏，其中，所述能量转换器用于将热能转换成交流电能，并且所述能量转换器包括以下 部段： (i) 第一部段，在该第一部段中磁性流体被分解成包括磁性粒子和气体成分的铁磁混 合物； (ii) 第二部段，在该第二部段中磁性粒子的磁矩被对齐，使磁性粒子形成为通过线圈 的子弹形体，在所述线圈中感生电流； (iii) 第三部段，在该第三部段中子弹形体破碎成具有随机定向的磁矩的单独的磁性 粒子；和 (iv) 第四部段，在该第四部段中磁性粒子和冷凝后的气体成分重新组成磁性流体； 所述离心机适于连接至能量转换器的第三部段中的管道，并且该离心机包括： (i) 上歧管，该上歧管连接至能量转换器的所述管道； (ii) 下歧管； (iii) 至少一个分流器和直导管段，用于为铁磁混合物的成分从上歧管行进至下歧管 提供路径；和 (iv) 大直径导管，该大直径导管具有第一端和第二端，其中第一端连接至下歧管的底 部并且第二端连接至一端部元件，所述端部元件具有截头圆锥形状、位于其壁中的多个穿 孔、和开口的远端。
2. 根据权利要求1所述的离心机，其中所述至少一个分流器的端部偏心地并且以一角 度进入下歧管。
3. 根据权利要求2所述的离心机，包括用于在能量转换器工作时改变所述角度的机 构。
4. 根据权利要求1所述的离心机，包括至少一个线圈，所述至少一个线圈绕大直径导 管缠绕并连接至包括电阻负载的电子电路。
5. -种方法，用于消除在闭合回路能量转换器中将磁性流体的磁性粒子以子弹形体的 形式保持在一起的磁滞力以及用于防止因子弹形体导致的对能量转换器的部件或操作的 损坏，其中，所述能量转换器用于将热能转换成交流电能，并且所述能量转换器包括以下部 段： (i) 第一部段，在该第一部段中磁性流体被分解成包括磁性粒子和气体成分的铁磁混 合物； (ii) 第二部段，在该第二部段中磁性粒子的磁矩被对齐，使磁性粒子形成为通过线圈 的子弹形体，在所述线圈中感生电流； (iii) 第三部段，在该第三部段中子弹形体破碎成具有随机定向的磁矩的单独的磁性 粒子；和 (iv) 第四部段，在该第四部段中磁性粒子和冷凝后的气体成分重新组成磁性流体； 该方法包括下述步骤： (a)将离心机连接至能量转换器的第三部段中的导管；所述离心机包括： (i)上歧管，该上歧管连接至能量转换器的所述管道； (ii) 下歧管； (iii) 至少一个分流器和直导管段，用于为铁磁混合物的成分从上歧管行进至下歧管 提供路径；和 (iv) 大直径导管，该大直径导管具有第一端和第二端，其中第一端连接至下歧管的底 部并且第二端连接至一端部元件，所述端部元件具有截头圆锥形状、位于其壁中的多个穿 孔、和开口的远端； (b) 使铁磁混合物的气体成分的第一部分从上歧管通过所述至少一个分流器流动至下 歧管； (c) 使铁磁混合物的气体成分的第二部分和由磁性粒子组成的子弹形体从上歧管通过 所述直导管段流动至下歧管； (d) 调整下歧管，使得流过所述至少一个分流器的气体在它们离开所述直导管段并穿 过下歧管的中心时冲击子弹形体的侧面，从而施加使子弹形体旋转的力；以及 (e) 允许旋转的子弹形体继续行进穿过大直径导管，其中旋转时的离心力克服将磁性 粒子保持在一起的磁滞力，从而破碎所述子弹形体。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中调整下歧管的步骤（d)包括使所述至少一个分流 器的端部偏心地并且以一角度进入下歧管。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中在能量转换器工作时改变所述角度。
8. 根据权利要求5所述的方法，包括下述步骤： 在大直径导管周围缠绕至少一个线圈，并将所述线圈连接至包括电阻负载的电子电 路。
9. 根据权利要求5所述的方法，包括下述步骤： (f) 封闭或移除介于离心机的上歧管与下歧管之间的所述直管道段； (g) 用以下步骤替代步骤（b)和（c):使铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子组成的子 弹形体从上歧管通过所述至少一个分流器流动至下歧管；以及 (h) 用以下步骤替代步骤（d):调整下歧管，使得流过所述至少一个分流器的气体和子 弹形体偏心地并且以一角度进入下歧管，从而在子弹形体进入大直径导管时施加使子弹形 体旋转的力。
10. 根据权利要求5所述的方法，包括下述步骤： (f) 封闭或移除介于离心机的上歧管和下歧管之间的所述至少一个分流器； (g) 用弯曲成螺旋形的管道段替代介于离心机的上歧管和下歧管之间的所述直管道 段； (h) 用以下步骤替代步骤（b)、（c)和（d):使铁磁混合物的气体成分和由磁性粒子组成 的子弹形体从上歧管通过所述螺旋形的管道段流动至下歧管，从而在子弹形体进入大直径 导管时施加使子弹形体旋转的力。
11. 一种能量转换器，该能量转换器以使磁性流体绕闭合回路行进为基础将热能转化 为交流电能，该能量转换器包括至少一个离心机，所述至少一个离心机适于消除将磁性流 体中的磁性粒子以子弹形体形式保持在一起的磁滞力，因而确保能量转换器有效地工作， 并防止由所述子弹形体导致的对能量转换器的部件的损坏。
【文档编号】B04B5/10GK104302406SQ201280029500
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月17日
【发明者】海姆·摩根斯坦 申请人:绿金2007有限公司