本发明涉及能量转换技术领域，特别是指一种热发发电器，该热发发电器的操作方法，及应用该热发发电器的加热装置。
背景技术
能量以多种形式出现，包括辐射、物体运动、处于激发状态的原子、分子内部及分子之间的应变力。所有这些形式的重要意义在于其能量是相等的，也就是说一种形式的能量可以转变成另一种形式。宇宙中发生的绝大部分事件，例如，恒星的崩溃和爆炸、生物的生长和毁灭、机器和计算机的操作中都包括能量由一种形式转化为另一种形式。
wo2014/167429a1公布了一种旋转热发发电器，该热发发电器将机械运动转化为热能，该热发发电器基于由交变磁场产生的感应电流(也称为傅科电流)进行工作，在一个设计为转子、围绕一根带有轴承的轴转动的移动单元上布置有磁铁，由永磁铁产生的磁场被一个铁磁定子封闭，转子的运动在铁磁定子中感应电流，这时感应电流加热定子，机械旋转运动的能量由此被转化为热能，转子为单质金属或多种金属制成，如铜和钢、铝和钢或低电阻金属与铁磁材料的另一种结构组合。将热能从定子传递到固定在定子上由散热片组成的热交换器上，被加热的定子和热交换器将热能释放到周围介质中，并因此将热能传递到空气或其他气体中。这种热发发电器只能单纯地将机械能转换为热能并散发出去，实际的应用中具有一定的局限性。
技术实现要素：
本发明提出一种热发发电器，解决了现有技术中热发发电器具有局限性的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：热发发电器，用以将机械能转换成热能，具有一个可围绕旋转轴(x)旋转且带有磁铁装置(6)的转子(3)，一个在转子(3)运动时可在其中感应电流的定子(4)，以及一个与定子(4)热耦合的热交换器(5)，该热交换器(5)用于吸收由定子(4)中的感应电流产生的热能，并将其传递至传热介质(m)，所述热交换器(5)具有至少一个用于供应传热介质(m)的入口(5.1)和至少一个用于排出传热介质(m)的出口(5.2)，所述入口(5.1)和出口(5.2)以流体的方式与一个旁路装置(10)耦合，所述旁路装置(10)具有一个调节装置(11)，所述调节装置(11)调节在进流时位于入口侧的传热介质(m)和在出流时位于出口侧的传热介质(m)的混合比例。
作为一种优选的实施方式，所述调节装置(11)的调节变量是供应到所述入口(5.1)的传热介质(m)的温度。
作为一种优选的实施方式，所述供应到入口(5.1)的传热介质(m)的温度至少为40℃。
作为一种优选的实施方式，所述调节装置(11)具有一个调节器(12)，所述调节器(12)调节进流传热介质(m)的体积流量。
作为一种优选的实施方式，所述转子(3)与至少一个驱动单元(7)耦合，所述驱动单元(7)与一个转速调节器耦合，或具有转速调节器，所述转速调节器调节所述驱动单元(7)的转速。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：将机械旋转运动转化为热能的热发发电器，具有一个可围绕旋转轴旋转且带有磁铁装置的转子，一个在转子运动时可在其中感应电流的定子，以及一个与定子热耦合的热交换器，该热交换器用于吸收由定子中的感应电流产生的热能，并将其传递至传热介质。本发明的热交换器具有至少一个用于供应传热介质的入口和至少一个用于排出传热介质的出口，同时该入口和出口以流体方式与一个旁路装置耦合，并且该旁路装置具有一个调节装置，该调节装置调节在进流时位于入口侧的传热介质和在出流时位于出口侧的传热介质的混合比例。通过该旁路装置及其调节装置，可以调节供应到热交换器入口的传热介质的温度，从而提高热发发电器的性能系数(cop)。
根据热发发电器的一种可行性设计方案，调节装置的调节变量是供应到热交换器入口的传热介质的温度，该温度在热发发电器的可行设计方案中至少为40℃，由此通过明显缩短热发发电器的冷启动阶段，可以提高热发发电器的效率。缩短该冷启动阶段在热发发电器的汽车应用中特别有优势，因为可以降低车辆的功率消耗并提高乘客舒适度。
热发发电器的一种改进方案是调节装置具有一个调节器，该调节器调节进流传热介质的体积流量。通过调节体积流量，尤其是根据热交换器的运行状态而定，可以进一步缩短热发发电器的冷启动阶段。
在热发发电器的一种可行设计方案中，转子与至少一个驱动单元耦合，其中驱动单元与一个转速调节器耦合，该转速调节器调节驱动单元的转速，通过调节转速，尤其是根据热交换器的运行状态而定，可以进一步缩短热发发电器的冷启动阶段。
本发明专利还提出一种热发发电器的操作方法，一个带有磁铁装置的转子围绕旋转轴旋转，此外，在转子运动期间在定子中感应电流，并通过与定子热耦合的热交换器吸收由定子中的感应电流产生的热能，将其传输到传热介质中。
根据本发明，采用旁路装置的调节装置根据供应到热交换器入口的传热介质的温度，调节在进流时位于入口侧的传热介质和在出流时位于出口侧的传热介质的混合比例，该调节装置流体式与至少一个入口耦合，以将传热介质供应到热交换器中，并与至少一个出口耦合，以将传热介质排出热交换器。该方法可以调节供应到热交换器入口的传热介质的温度并提高热发发电器性能系数(cop)。
根据该方法的一种可行设计方案，可以将该温度设置为至少40℃，由此可以提高热发发电器的效率，明显缩热发发电器的冷启动阶段。缩短该冷启动阶段在热发发电器的汽车应用中特别有优势，因为可以降低车辆的功率消耗并提高乘客舒适度。
根据该方法的另一种可行设计方案，采用调节装置根据热交换器的运行状态调节供应到入口传热介质的体积流量。通过调节体积流量，尤其是根据热交换器的运行状态而定，可以进一步缩短热发发电器的冷启动阶段。
该方法的一种可行改进方案是，借助一个转速调节器根据热交换器的运行状态调节驱动转子的驱动单元的转速。通过调节转速，尤其是根据热交换器的运行状态而定，可以进一步缩短热发发电器的冷启动阶段。
本发明专利还提出一种加热装置，具有至少一个前述热发发电器和至少一个与热发发电器的热交换器入口和出口热耦合的用电器，在该用电器中传输传热介质。该用电器与一个加热装置耦合，该加热装置根据为热交换器的入口输送的传热介质的温度为传热介质输送热能。该加热装置除使用电器内的传热介质具备加热功能外，还可对该传热介质进行快速升温，也可借助向输入管道内输入传热介质，进一步缩短热发发电器的冷启动阶段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图中：1-加热装置；2-热发发电器；3-转子；4-定子；5-热交换器；5.1-入口；5.2-出口；6-磁铁装置；6.1-磁铁；6.2-磁铁；6.3-磁铁；7-驱动单元；8-用电器；9-热交换器；10-旁路装置；11-调节装置；12-调节器；13-第一温度传感器；14-第二温度传感器；15-控制元件；16-加热装置；17-泵；18-泵；19-体积流量调节器；20-体积流量调节器；21-体积流量调节器；x-旋转轴；m-传热介质；m′-传热介质；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1中示出了符合本发明加热装置1的可行结构示例的示意图，该加热装置1在示例中设计用于在车辆或住宅取暖设备内加热一种热传介质m(如水)。
该加热装置1具有一个热发发电器2，以将机械旋转运动转换成热能。针对此目的，该热发发电器2具有一个可围绕旋转轴x旋转的转子3，一个定子4和一个与该定子4热耦合的热交换器5。
该转子3具有一个带多个磁铁6.1、6.2、6.3的磁铁装置6，其中磁铁6.1至6.3是电磁铁或永磁铁，该永磁铁例如为安装在铝盘上的钕磁铁。
转子3与驱动单元7，例如一个最大功率为3kw至6kw的电机耦合，该驱动单元7使转子3围绕旋转轴x旋转。在转子3围绕该旋转轴x旋转的过程中，在定子4中感应电流。由此产生的涡流损耗导致定子4发热。在定子4中产生的热能被热交换器5吸收并传输到传热介质m。其中该热交换器5设计为水通道的形式，例如由铝制成，尤其是由铝管制成，其可在外部包裹一层不锈钢外壳，或可选择热交换器5完全由不锈钢制成。
该加热装置1此外还具有一个用电器8，例如一个所谓的热水储存器、一热水锅炉或一个加热设备，该加热设备填充有另一种传热介质m’。用电器8的设计使得例如该另一种传热介质m’具有60℃的温度。为将借助传热介质m传输的热能传输到该另一种传热介质m’中，在用电器8中布置有另一个热交换器9，该热交换器9以流体方式与热交换器5耦合，并且传热介质m流经该热交换器9。
热发发电器2向传热介质m传热过程的有效性尤其是与位于热交换器5入口5.1处的进流内的传热介质m的参数有关。该参数包括位于入口5.1处的传热介质m的温度(即始流温度)和该传热介质m的体积流量。热发发电器2内的传热过程的有效性还与驱动单元7的转速有关。
为提高热发发电器2的性能系数(英文为coefficientofperformance，缩写为cop)，该实施例设计有一个旁路装置10，该旁路装置10以流体方式与热交换器5的入口5.1和出口5.2耦合。
该旁路装置10具有一个调节装置11，该调节装置11调节在进流时位于入口5.1侧的传热介质m和在出流时位于出口5.2侧的传热介质m的混合比例。
为此该调节装置11具有一个调节器12，该调节器12与第一温度传感器13耦合，该第一温度传感器13例如为一个热敏电阻。该第一温度传感器13探测位于热交换器5入口5.1处的传热介质m的实际温度。该调节器12此外还具有第二温度传感器14，该第二温度传感器14例如为一个热敏电阻，它探测位于热交换器5出口5.2处的传热介质m的实际温度。
为提高热发发电器2的性能系数，尤其是在其冷启动阶段，对位于热交换器5入口5.1处的传热介质m的温度进行调节，使得该温度至少为40℃。出于此目的调节器12根据借助温度传感器13、14测定的传热介质m的温度控制一个控制元件15，该控制元件15例如为一个三通阀，以设置在进流时位于入口5.1侧的传热介质m和在出流时位于出口5.2侧的传热介质m的混合比例，并在之后设置位于热交换器5入口5.1处的传热介质m的温度。
为调控位于热交换器5入口5.1处的传热介质m的温度或桥接热发发电器2的冷启动阶段，用电器8与一个加热装置16耦合，该加热装置16根据接受传热介质m的热交换器5的入口5.1的温度为传热介质m`输送热能。例如，该另一种传热介质m`为此目的借助一个功率例如为2m3/h至3m3/h的转速可调的泵17可流经加热装置16。该加热装置16加热功率例如为7kwth至17kwth，从而使得该加热装置16的入口和该加热装置16的出口在另一种传热介质m`中的温差为5k至6k。
为根据热交换器5的运行状态设置传热介质m的体积流量以最大化热发发电器2的性能系数，设计有另一个转速可调的泵18，该泵18的泵功率例如为0.5m3/h至2m3/h，且形成一股传热介质m流体，该流体从热交换器5的出口5.2流出并经过另一个热交换器9后进入用电器8并返回热交换器5的入口5.1，穿过该热交换器5流到其出口5.2。一方面传热介质m的体积流量可通过调节泵18的转速进行设置，另一方面可通过多个体积流量调节器19、20、21进行设置。
此外根据热交换器5的运行状态设置驱动单元7的转速，使得热发发电器2的性能系数最大化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。