CN103362765A

CN103362765A - 热磁引擎与热磁引擎系统

Info

Publication number: CN103362765A
Application number: CN2012101015414A
Authority: CN
Inventors: 郭钟荣; 毛之成; 林铭赐; 刘玠成; 徐懋仁; 郑雅云; 史承彦
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-23

Abstract

一种热磁引擎与热磁引擎系统，其中热磁引擎包含固定件、转动件、工作流体以及鳍片结构。转动件包含工作材料，转动件可相对固定件旋转。工作流体流经转动件并使工作材料产生温度差，带动转动件沿旋转方向旋转。鳍片结构设置于转动件上，当工作流体流经转动件时，鳍片结构用以基于工作流体的流动带动转动件沿旋转方向旋转。

Description

热磁引擎与热磁引擎系统

技术领域

本发明内容是有关于一种热磁引擎及系统，且特别是有关于一种具有鳍片结构的热磁引擎及系统。

背景技术

自从几次石油危机以及核能灾变之后，人们开始积极寻找各种替代能源，主要目标便在于找出可以持续利用且低污染的替代能源。常见的替代能源包含生物能源(生物燃料)、地热、太阳能、风力、潮汐、海水温差发电等。其中，又以能重复利用的再生能源最为大家期待。

其中，利用温度差(或温度梯度)来产生或转换电能或机械能，算是其中一种广受关注的再生能源实现方式，其可利用海水温差、不同温度的工作流体或环境温度来实现温度差进而产生或转换能量。

热磁引擎的运作基础主要是基于一种工作材料(working material)或工作元件(working element)的材料特性。其中，工作材料的导磁率会随着环境温度的变化而改变，工作材料的导磁率会在某一温度范围有着显著的变化，此处所谓某一温度范围或一特定温度我们称之为居里温度(Curie temperature，Tc)，而一阶(first order)工作材料在居里温度附近的导磁率变化程度又大于相同条件下二阶(Second order)工作材料的导磁率变化程度。进而，热磁引擎或称居里马达(Curie motor)，则是利用此一工作材料在居里温度的导磁率变化的特性，间接将环境热能转变为机械能或其它能源的一种装置。

热磁引擎即是应用一外加磁场于工作材料制成的工作环上，利用外界提供的热源及/或冷源使磁场处的工作材料产生一温度梯度(温度变化范围涵盖居里温度Tc更佳)，因而使工作材料产生不同的导磁率变化，造成工作环上不同区域的磁场分布不均匀，故于磁场中产生磁力矩变化造成工作环转动，此处工作环例如是枢设于一架体。利用前述工作环转动效果及特定的传动装置将工作环转动的动能导出，便完成将温差转变为机械能的流程；若传动装置与电梳之类的装置连接，更可进一步将动能转换成电能。

一般来说，热磁引擎的热/冷源往往是利用工作流体(如海水、河水、泉水、自来水等)，将产热/冷处的温度带至热磁引擎所指定的部位(如含有工作材料的可转动部份)。可利用抽泵、高低落差的重力或各种方式带动工作流体，待工作流体流动至热磁引擎处时，再与热磁引擎中的工作材料进行热交换。然而，上述方式仅只利用到两工作流体之间的温度差，忽略了工作流体流经热磁引擎时亦带有一定程度的动能或位能，降低整体能源转换量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种热磁引擎及其系统，其中热磁引擎中包含有鳍片结构，设置在转动件上，当工作流体流经转动件时，不仅因温度差使含有工作材料的转动件受磁力影响开始转动，同时也因为工作流体流动时所带有的动能或位能，使鳍片结构基于工作流体的动能或位能，带动转动件沿旋转方向旋转。如此，便可更加且全面性地利用工作流体所具有的各种能量。

因此，本发明内容的一形态是在提供一种热磁引擎，其包含固定件、转动件、第一工作流体以及鳍片结构。转动件包含工作材料，转动件可相对固定件旋转。第一工作流体流经转动件并使工作材料产生温度差，带动转动件沿旋转方向旋转。鳍片结构设置于转动件上，当第一工作流体流经转动件时，鳍片结构用以基于第一工作流体流动，带动转动件沿旋转方向旋转。

根据本发明的一实施例，热磁引擎更包含磁性元件，磁性元件设置于固定件上并用以建立一磁场，磁场的磁力线通过该工作材料。

根据本发明的一实施例，该工作材料包含第一部份以及第二部份，该第一工作流体的第一温度异于环境的第二温度，该第一工作流体流动至该工作材料的该第一部份，使该工作材料的该第一部份与该第二部份之间形成该温度差。

根据本发明的一实施例，热磁引擎更包含第二工作流体，其中该工作材料包含第一部份以及第二部份，该第一工作流体流动至该工作材料的该第一部份，该第二工作流体流动至该工作材料的该第二部份

根据本发明的一实施例，其中该第一工作流体的第一温度与该第二工作流体的第二温度相异，由此使该工作材料的该第一部份与该第二部份之间形成该温度差。

根据本发明的一实施例，其中该工作材料的一导磁率于一临界温度区间明显改变，该第一温度与该第二温度分别位于该临界温度区间以外的两侧。

根据本发明的一实施例，其中该转动件包含一转动轴，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片由该转动轴的至少一侧表面上延伸设置，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向夹一特定角度。

根据本发明的一实施例，其中该转动件包含一转动框以及一转动轴，该转动轴与该转动框连动并枢接于该固定件上。

根据本发明的一实施例，其中该鳍片结构可进一步包含多个鳍片，所述鳍片由该转动框的至少一侧表面上延伸设置，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向夹一特定角度。于一实施例中，该特定角度为大致夹90度。

根据本发明的一实施例，其中该转动框包含一内环以及一外环，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别连接于该内环与该外环之间，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向夹一特定角度。在一实施例中，该特定角度为大致夹45度。

根据本发明的一实施例，其中该转动件包含多个转动框以及一转动轴，该转动轴大致通过所述转动框的一中心点并依序与所述转动框连接，该转动轴枢接于该固定件上，该第一工作流体依序流经所述转动框，该鳍片结构设置于所述转动框上。于一实施例中，其中该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别设置于所述转动框上。于一实施例中，其中所述转动框至少一部份由工作材料制成，所述转动框的所述工作材料各自具有相异的临界温度区间。

根据本发明的一实施例，其中该鳍片结构经一抗腐蚀处理。

根据本发明的一实施例，热磁引擎更包含多个线圈、多个整流子以及至少一电刷，其中该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别由该工作材料制成，所述线圈分别缠绕于所述鳍片上且分别与所述整流子电性连接，该电刷设置于该固定件上。

本发明内容的另一形态是在提供一种热磁引擎系统，其包含多个热磁引擎以及第一工作流体，所述热磁引擎依序设置于一流道上，其中每一热磁引擎包含固定件、转动件、以及鳍片结构。转动件包含一工作材料，并可相对该固定件旋转。鳍片结构设置于该转动件上。第一工作流体在该流道内流动并依序流经所述热磁引擎的所述转动件并使所述工作材料具有温度差，带动所述转动件沿一旋转方向旋转，其中该鳍片结构用以基于该第一工作流体的流动，带动该热磁引擎的该转动件沿该旋转方向旋转。

根据本发明的一实施例，其中该转动件进一步包含多个转动框以及一转动轴，该转动轴大致通过所述转动框的一中心点并依序与所述转动框连接，该转动轴枢接于该固定件上，该第一工作流体依序流经所述转动框，该鳍片结构分别设置于所述转动框上。

根据本发明的一实施例，其中所述转动框至少一部份由该工作材料制成。

根据本发明的一实施例，其中所述热磁引擎的该转动件的至少一部份设置于该流道中，使该第一工作流体流经该转动件的至少一部份。

根据本发明的一实施例，更包含第二工作流体在该流道外流动，当该第一工作流体流经该转动件的至少一部份时，该第二工作流体流经该转动件的其它部分。

根据本发明的一实施例，其中该第一工作流体与该第二工作流体具有温度差。

根据本发明的一实施例，其中该第一工作流体与第二工作流体为水性液体、油性液体、沙或气体。

附图说明

为让本发明内容的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1为一侧视示意图所示根据本发明的第一实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构；

图2为一侧视示意图所示根据本发明的第二实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构；

图3为一侧视示意图所示根据本发明的第三实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构；

图4为一示意图所示根据本发明的第四实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构；

图5为一示意图所示根据本发明的第五实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构；

图6为一示意图所示根据本发明的第六实施例中一种热磁引擎系统的主要结构；以及

图7为一示意图所示根据本发明的第五实施例中一种热磁引擎其内部的主要结构。

其中，附图标记说明如下：

100：热磁引擎 120：固定件

120a：低温工作流体馈入端 120b：高温工作流体馈入端

122：磁性固定轭 140：转动件

142：转动框 144：连接部

146：转动轴 160：鳍片结构

162：鳍片结构 RD1：旋转方向

200：热磁引擎 220：固定件

220a：低温工作流体馈入端 220b：高温工作流体馈入端

222：磁性固定轭 240：转动件

242：转动框 244：连接部

246：转动轴 260：鳍片结构

262：鳍片 264：鳍片

RD2：旋转方向 300：热磁引擎

320：固定件 320a：低温工作流体馈入端

320b：高温工作流体馈入端 322：磁性固定轭

340：转动件 342：转动框

342a：内环 342b：外环

344：连接部 346：转动轴

360：鳍片结构 362：鳍片

364：鳍片 RD3：旋转方向

400：热磁引擎 420：固定件

420a：低温工作流体馈入端 420b：高温工作流体馈入端

422：磁性固定轭 440：转动件

442：转动框 444：连接部

446：转动轴 460：鳍片结构

462：鳍片 RD4：旋转方向

500：热磁引擎 520：固定件

520a：低温工作流体馈入端 520b：高温工作流体馈入端

522a：磁性固定轭 522b：磁性固定轭

522c：磁性固定轭 540：转动件

542a：转动框 542b：转动框

542c：转动框 544：连接部

546：转动轴 560：鳍片结构

600：热磁引擎系统 602：热磁引擎

604：热磁引擎 606：流道

620a、620b：固定件 640a、640b：转动件

660a、660b：鳍片结构 RD6：旋转方向

700：热磁引擎 720：固定件

740：转动件 760：鳍片结构

762：鳍片 780：线圈

Lc：低温工作流体 Lh：高温工作流体

L1、L2：工作流体 RD7：旋转方向

P1：第一部份 P2：第二部份

具体实施方式

在本发明中热磁引擎的转动件上设置有鳍片结构，当工作流体流经转动件时，使鳍片结构基于工作流体流动时的动能或位能，带动转动件沿旋转方向旋转。如此一来，便可更加且全面性地利用工作流体所具有的温度差以及动能或位能，增加整体能源转换效率。

请参阅图1，图1为一侧视示意图所示根据本发明的第一实施例中一种热磁引擎100其内部的主要结构。如图所示，热磁引擎100包含固定件120(在此例中固定件120包含低温工作流体(Lc)馈入端120a、高温工作流体(Lh)馈入端120b以及磁性固定轭122)、可相对转动的转动件140(在此例中转动件140包含转动框142、连接部144以及转动轴146)，以及设置于转动件140上的鳍片结构160(在此例中鳍片结构160沿转动框142外侧环设)。转动件140以转动轴146为转动中心轴点可相对固定件120进行旋转。

在此实施例中，转动件140包含工作材料，例如，转动框142可直接由工作材料制成，但本发明并不以此为限。举例来说，转动框142亦可为至少一部份由工作材料制成(例如沿着转动框142外缘的一定厚度的范围包含工作材料、或沿转动框142的不同相位角度的各个圆弧部位上交替使用工作材料及其它一般材料等)。

在本发明中，固定件120包含一磁性元件，在此实施例中，磁性元件包含于磁性固定轭122当中，磁性元件可为一暂时性的电磁铁或永久性的磁石，在此实施例中，磁性元件设置于固定件120(磁性固定轭122)，磁性元件并用以建立磁场，该磁场的磁力线通过转动框142上的工作材料。

在此实施例中，转动框142由工作材料制成，低温工作流体馈入端120a与高温工作流体馈入端120b设置在转动框142周围且分别位于不同角度上，低温工作流体馈入端120a导引具第一温度的低温工作流体Lc流过转动框142的一区域，而高温工作流体馈入端120b导引具第二温度的高温工作流体Lh流过转动框142的另一区域，低温工作流体Lc与高温工作流体Lh间的温度为相异(在此实施例第一温度＜第二温度)。于是便在转动框142的工作材料上形成温度差。如图1中，对应低温工作流体馈入端120a处的第一部份P1，该处对应的工作材料温度较低，而对应高温工作流体馈入端120b处的第二部份P2，该处对应的工作材料温度较高，于是在转动框142的第一部份P1与第二部份P2上的不同工作材料之间形成温度差。

其中，因工作材料在不同温度下具有不同导磁率，将使得低温的第一部份P1的工作材料导磁率较高，在磁性固定轭122所建立的磁场作用下，经过第一部份P1的工作材料的磁力线较密集；而另一方面，高温的第二部份P2的工作材料导磁率较低，使该磁场中通过第二部份P2的工作材料的磁力线较松散。由此，在转动框142上产生一磁力矩(变化或差异)驱动转动框142沿旋转方向RD1(由低温部份往高温部份的方向)旋转。

在此实施例中，热磁引擎100设置有低、高温两组工作流体馈入端120a、120b，利用两工作流体Lc、Lh之间的温度差异，在转动件140上不同位置形成温度差。然而本发明并不以此为限，在另一实施例中，可进一步利用有更多组不同温度工作流体，例如以低温、高温、低温、高温方式排列，形成更多段的温度差。在再一实施例中，热磁引擎也可仅利用一组异于环境温度(如室温)的工作流体，利用工作流体(例如高温工业废水、或融化雪水等)与周围环境之间的温度不同，使转动件140上有工作流体流过的部位与其它常温部位之间形成温度差。

需补充说明的是，因工作材料的导磁率于临界温度区间附近变化程度较明显，因此在实际应用中，两组工作流体(或是一组工作流体与环境温度)的第一温度与第二温度可设计位于工作材料其导磁率变化较大的临界温度(Tc)区间的两侧。如此一来，当工作材料的不同部份具有第一温度至第二温度的温度差时，其导磁率的改变较为明显，产生磁力矩(变化或差异)带动转动件140旋转的力道也较大。

鳍片结构160设置于转动件140上，在此实施例中，鳍片结构160设置在转动框142的外侧表面上，鳍片结构160共包含转动框142的外侧表面上波浪状排列的多个鳍片162。如图1所示，鳍片162由转动框142的外侧表面上向外延伸设置，在此例中，鳍片162的延伸方向分别与低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流经该转动件140时的流动方向夹一特定角度，在此实施例中，鳍片162的延伸方向与流道方向大致夹90度。举例来说，其间的特定角度也也可夹45度。

实际应用中，为了有较佳的热交换效率，低温工作流体Lc、高温工作流体Lh经常须通过抽泵加压以高速流过转动框142的表面。如此一来，当低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流经(甚至以高流速冲击)转动框142外侧表面时，将分别推动转动框142上的各个鳍片162(鳍片结构160)，鳍片结构160承受此流体流动的冲击便具有动能或位能变化，便可带动转动框142及整个转动件旋转，此动能带来的旋转的方向可设计与磁力变化所造成的旋转沿同一旋转方向RD1，以加强工作流体整体带来的旋转效果(通过磁力矩、及动能或位能带动转动框142)。

转动轴146通过连接部144与转动框142连接，实际应用中，转动轴146可枢接于固定件120的枢接轴孔(图未示)或另外的枢接座(图未示)上。转动轴146可将转动件140转动时带有的机械能传动给其它的机械结构利用，或用来带动发电机组以发电等。也就是说，通过额外鳍片结构160的设置，本发明的热磁引擎100可整体利用到工作流体的温度差以及动能变化。此外，鳍片结构160的设置可增加转动框142与工作流体的总接触面积，也有助加速于热能交换的速率。

然而，鳍片结构160的设置位置、设置方式、其与冷/高温工作流体的相对方向关系，并不以上述第一实施例中的热磁引擎100为限。请一并参阅图2，图2为一侧视示意图所示根据本发明的第二实施例中一种热磁引擎200其内部的主要结构。如图所示，热磁引擎200包含位置固定的固定件220(在此例中固定件220包含低温工作流体馈入端220a、高温工作流体馈入端220b以及磁性固定轭222)、可相对转动的转动件240(在此例中转动件240包含转动框242、连接部244以及转动轴246)以及鳍片结构260。转动件240以转动轴246为转动中心轴点，可相对固定件220进行旋转。

在此实施例中，转动件240中的转动框242由工作材料制成。在本发明中，热磁引擎200的磁性固定轭222当中包含磁性元件(如暂时性的磁铁或永久性的磁石)，此磁性元件并用以建立磁场，磁场的磁力线通过转动框242上的工作材料。

低温工作流体馈入端220a、高温工作流体馈入端220b分别导引低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流过(甚至以高流速冲击)转动框242，并形成一温度差，因转动框242中的工作材料本身材料特性对应该温度差产生磁性的变化或差异，进而使转动框242因该磁力矩(变化或差异)而沿一旋转方向RD2(由低温部份往高温部份的方向)转动，此一机制的详细内容与第一实施例大致相同，可模拟参照本发明先前第一实施例的详细说明，在此不另赘述。

需特别说明的是，于图2所所示的第二实施例中，低温工作流体Lc、高温工作流体Lh沿垂直方向由高而低流过转动件240中的转动框242，在第二实施例中，鳍片结构260除了包含多个倾斜式的鳍片262设置于转动框242的外侧表面上并向外延伸，更包含多个倾斜式的鳍片264设置于转动框242的内侧表面上并向外延伸。此处的向外延伸是指在各侧表面上的一延伸方向，故前述两种倾斜式的鳍片262及264实际延伸方向不同，但本发明应不以此为限。

在第二实施例中，倾斜式的鳍片262、倾斜式的鳍片264与低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流过(甚至以高流速冲击)转动件240的流道方向夹一特定角度，此时该特定角度可为1～90度之间，也即，鳍片与流体流动方向不为平行。举例来说，鳍片262与低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流经转动框242时的流道方向夹一特定角度，举例来说，其间的特定角度可夹45度。如图2中，倾斜式的鳍片262、倾斜式的鳍片264与流道方向约夹10～15度。此时，低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流动时所带来的动能及位能将推动转动框242上的鳍片结构260，使转动件240沿同一旋转方向RD2旋转。

在第二实施例中，转动件240不仅基于低温工作流体Lc与高温工作流体Lh所带来的温度差对工作材料造成的磁力矩而间接转动，更可利用到低温工作流体Lc与高温工作流体Lh流动时所带来的动能以及位能推动鳍片结构260，达到更佳的能量转换效果。此外，鳍片结构260的设置可增加转动框242与工作流体Lc及Lh的总体接触面积，也有助于加速于热能交换的速率。

此外，请一并参阅图3与图4，其分别示出本发明不同实施例中鳍片结构的设置位置、设置方式以及其与冷/高温工作流体的相对方向关系。

图3为一侧视示意图所示根据本发明的第三实施例中一种热磁引擎300其内部的主要结构。如图3所示，热磁引擎300的转动框342包含内环342a以及外环342b，鳍片结构360包含多个鳍片362，所述鳍片362分别连接于内环342a与外环342b之间，且鳍片362与低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流经转动框342时的流道方向夹一特定角度，举例来说，其间的特定角度可夹45度。

在此实施例中，转动件340中的转动框342的至少一部份可由工作材料制成，此外，所述鳍片362也可含有工作材料或由工作材料制成。

在第三实施例中，转动件340不仅基于低温工作流体Lc与高温工作流体Lh所带来的温度差对工作材料造成的磁力矩而间接沿旋转方向RD3(由低温部份往高温部份的方向)转动，更可利用到低温工作流体Lc与高温工作流体Lh流动时所带来的动能以及位能推动鳍片结构360，达到更佳的能量转换效果。有关第三实施例中其它细部结构与运作方法与前述实施例大致相同，可参考前述实施例中的对应内容，在此不另赘述。

图4为一示意图所示根据本发明的第四实施例中一种热磁引擎400其内部的主要结构。如图4所示，热磁引擎400中的低温工作流体馈入端420a、高温工作流体馈入端420b分别沿垂直方向、水平方向将低温工作流体Lc、高温工作流体Lh导引至转动框442的不同位置。

在第四实施例中，转动件440不仅基于低温工作流体Lc与高温工作流体Lh所带来的温度差对工作材料造成的磁力矩而间接沿旋转方向RD4(由低温部份往高温部份的方向)转动，设置于转动框442上的鳍片结构460可基于低温工作流体Lc、高温工作流体Lh流动时带来的位能与动能带动转动件440沿旋转方向RD4转动，达到更佳的能量转换效果。有关第四实施例中其它细部结构与运作方法与前述实施例大致相同，可参考前述实施例中的对应内容，在此不另赘述。

如图1到图4所示，转动件可为垂直旋转式与水平旋转，此外，转动件也可为倾斜式的旋转，例如转动件的转动轴可与垂直线夹30度角，也可达到相似效果。另一方面，工作流体的配置除上述实施例中的侧向流道、垂直向下流道、水平流道之外，也可采用其它各种具相等性可在磁性材料上建立温度差的流动方式。

请一并参阅图5，图5为一示意图所示根据本发明的第五实施例中一种热磁引擎500其内部的主要结构。如图所示，热磁引擎500位置固定的固定件520(在此例中固定件520包含低温工作流体馈入端520a、高温工作流体馈入端520b、磁性固定轭522a、磁性固定轭522b以及磁性固定轭522c)、转动件540以及鳍片结构560。

须特别说明的是，在此例中转动件540包含转动框542a、转动框542b、转动框542c、各转动框各自的多个连接部544(此实施例为3个)以及转动轴546，转动轴546大致通过所述转动框542a、542b、及542c的中心点，转动轴546通过对应的多个连接部544依序与转动框542a、542b、及542c连接，转动轴546枢接于固定件520的枢接轴孔(图未示)或枢接座(图未示)上，低温工作流体Lc与高温工作流体Lh依序流经所述转动框542a、542b、及542c，鳍片结构560分别设置于所述转动框542a、542b、及542c上。

在此实施例中，转动件540中的转动框542a、542b、及542c及鳍片结构560的至少一部份可由工作材料制成。在本发明中，热磁引擎500的磁性固定轭522a、522b、及522c当中包含磁性元件(如暂时性的磁铁或永久性的磁石)，所述磁性元件并用以建立磁场，所述磁场的磁力线分别通过转动框542a、542b、及542c上的工作材料。

低温工作流体Lc与高温工作流体Lh依序流经所述转动框542a、542b、及542c使转动件540(包含转动框542a、转动框542b、转动框542c、连接部544以及转动轴546)形成温度差，并因所述工作材料本身材料特性对应该温度差产生磁性的变化或差异，进而带动所述转动框542a、542b、及542c转动，最终，带动该转动件540转动。此外，更因低温工作流体Lc与高温工作流体Lh流动时带来的动能及位能推动鳍片结构560，加强转动件540的转动。

须补充的是，低温工作流体Lc与高温工作流体Lh随时间流过三个转动框542a、542b、及542c上的工作材料时，其工作温度可能因此改变，例如温度逐渐降低。在此实施例中，转动框542a、542b、及542c至少一部份分别由不同的工作材料制成。因为，特定成份且特定比例的工作材料具有一临界温度区间，在该临界温度区间附近，工作材料的导磁率受温度变化影响的程度最大。

本实施例中，通过不同的工作材料的材料选择或比例，使转动框542a、542b、及542c上工作材料形成由高至低的临界温度区间，由此使不同的转动框542a、542b、及542c的工作材料各自具有相异的临界温度区间(由高至低)，例如，以对应工作流体的温度改变。反之，当工作流体的温度改变为由低至高时，转动框542a、542b、及542c的工作材料则相对应调整。

在第五实施例中，转动件540不仅基于低温工作流体Lc与高温工作流体Lh所带来的温度差，使工作材料产生磁力矩变化或差异而间接转动，更可利用到低温工作流体Lc与高温工作流体Lh流动所带来的动能以及位能推动鳍片结构560，达到更佳的能量转换效果。此外，通过多层的转动框(在此例中为三层转动框542a、542b、及542c，但本发明并不以此为限)可更有效率地利用低温工作流体Lc与高温工作流体Lh所带的温度差及动能与位能。

在本发明的第五实施例中，已揭露了具有多重转动框的热磁引擎，可以重复利用同一流道的工作流体或如前述多个流道内的同一或不同工作流体，达到较高的使用效率。上述多个流道内的同一或不同工作流体，指使同一流体经由多个流道分别导引至热磁引擎，或者指使不同工作流体经由不同流道分别导引至热磁引擎，其配置可依实际工作材料的温度需求，或其它设计理由作适应性调整，为此领域具通常知识者所能轻易思及的应用与置换，理应非为限制本发明。然而在更大型的引擎或发电应用当中(例如海洋温差发电、温泉水力温差发电或其它具相等或类似性质的发电应用等)，为了有足够大的能量输出以达到一定的经济规模，多个热磁引擎也可被整合设置为同一流道的不同位置形成热磁引擎系统，请一并参阅图6，图6为一示意图所示根据本发明的第六实施例中一种热磁引擎系统600的主要结构。

如图6所示，第六实施例中一种热磁引擎系统600包含了两组热磁引擎(602，604)，热磁引擎602与热磁引擎604依序设置于流道606上。

其中热磁引擎602与热磁引擎604分别包含各自的固定件620a、620b、转动件640a、640b以及鳍片结构660a、660b。转动件640a、640b其包含工作材料，并且转动件640a、640b可相对固定件620a、620b旋转。鳍片结构660a、660b设置于转动件640a、640b上，如上述第一至第五实施例所示，此不赘述。

工作流体L1在流道606内流动并依序流经热磁引擎602与热磁引擎604的转动件640a、640b，并使工作材料具有温度差，工作材料因温度差产生磁力矩(变化或差异)，间接带动转动件640a、640b沿旋转方向RD6旋转，且鳍片结构660a、660b用以基于工作流体L1流动所带来的动能或位能带动热磁引擎602与热磁引擎604的转动件660a、660b沿旋转方向RD6进行旋转。此实施例中工作流体L1例如为液体或类似的流体。

此外，因工作流体L1随时间依序流过热磁引擎602与热磁引擎604，其工作温度可能因此改变，例如温度逐渐降低等等。在此实施例中，热磁引擎602与热磁引擎604上采用的工作材料制成，可分别设计具有不同的临界温度区间。

热磁引擎602与热磁引擎604的临界温度区间可分别根据工作流体L1流过时的温度加以调整，使热磁引擎602与热磁引擎604上的工作材料的导磁率受温度变化影响的程度最大。

此外，在大型的热磁引擎系统600中，个别热磁引擎(如热磁引擎602或604)中的转动件640a、640b进一步包含多个转动框以及一个转动轴，转动轴大致通过所述转动框的中心点并依序与所述转动框连接，转动轴枢接于固定件上，工作流体L1依序流经所述转动框，鳍片结构660a、660b分别设置于所述转动框上，上述多重转动框的架构以于稍早第五实施例中有类似性的叙述，在此不另赘述。

此外，在图6中，热磁引擎系统600仅示一种工作流体L1，可利用该工作流体L1与环境温度之间的温度差异，在热磁引擎602或604的转动件640上形成温度差。但本发明并不以此为限。于另一实施例中，热磁引擎系统600可进一步包含工作流体L1之外的另一工作流体(图未示)，且另一工作流体与工作流体L1之间具有温度差。其中，另一工作流体可在流道606外流动，当工作流体L1流经该转动件的至少一部份(在此实施例中为转动框的底部)时，另一流体可流经转动件的其它部分，例如转动框的侧面或顶部等。另一实施例中，如图6所示，另一工作流体L2可为气体或类似的流体流经转动件640a、640b的顶部，用以带动机械能转换装置(如热磁引擎602或604的转动件640上的鳍片或风车)，提供热磁引擎系统额外的驱动力。由此，在转动件640a、640b的不同位置上形成温度差。上述各工作流体可分别为水性液体、油性液体、沙或气体。

此外，在上述实施例中可发现，热磁引擎主要根据工作材料在不同温度下的导磁率变化来产生动能，另一方面，磁场通过不同温度状态下的工作材料也会产生磁通量变化，若能有效利用此一磁通量变化便可依电磁感应产生电能。

请一并参阅图7，图7为一示意图所示根据本发明的第七实施例中一种热磁引擎700其内部的主要结构。热磁引擎700包含位置固定的固定件720、可相对转动的转动件740以及鳍片结构760。转动件740其包含工作材料，并且转动件740可相对固定件720旋转。鳍片结构760设置于转动件740上。

须特别注意的是，在此实施例的热磁引擎700中，鳍片结构760所包含多个鳍片762分别由工作材料制成。热磁引擎700更包含多个线圈780、多个整流子(未所示)以及至少一电刷(未所示)，所述线圈780分别缠绕于对应的所述鳍片762上且分别与对应的所述整流子电性连接，电刷设置于固定件720上，当该转动件740沿一旋转方向RD7旋转时，该至少一电刷用以自所述线圈780收集电能。如此一来，本发明的热磁引擎700有效率地利用工作流体所带的热能(温度差与磁力矩)、动能与位能，便可一并利用到工作材料上磁通量变化的特性。关于热磁引擎700中其它内部结构的细节可参考第一至第四实施例的说明内容，在此不另赘述。

综上所述，本发明提出一种热磁引擎及其系统，其中热磁引擎中包含有鳍片结构，鳍片结构设置在热磁引擎中的转动件上，当工作流体流经转动件时，不仅因温度差使含有工作材料的转动料受磁力影响开始转动，同时也因为工作流体所带有的动能或位能，使鳍片结构基于工作流体的动能或位能带动转动件沿旋转方向旋转。如此一来，便可更加全面性地利用工作流体所具有的各种能量。

在前述实施例中，鳍片结构及其上的鳍片或可自转动轴增厚的一侧面延伸设置，也即，一增厚的转动轴除可作为转轴用途，也兼具前述转动框及连接部的结构与作用，并使鳍片结构及其上的鳍片自此特殊转动轴增厚的一侧面延伸设置，达到简化结构设计的目的。

在前述实施例中，鳍片与低温工作流体、高温工作流体流经转动框时的流道方向夹一特定角度，举例来说，其间的特定角度也可大致夹90度、45度或其它特定角度；在90度的实施例中，鳍片承受高温流体及/或低温流体最大冲击的正向力，可较佳转换流体的动能及/或位能而带动旋转；在45度的实施例中，鳍片与流体有较大的接触面积与时间，且仍保留部份流体冲量的影响。

在前述实施例中，该特定角度可由多种方式达成，例如使用含有万向接头的流体喷嘴，使便于调整上述低温工作流体、高温工作流体的流向；例如使用分流的方式，同时提供单一流体或多流体自多流道方向流经鳍片及/或鳍片结构；例如使用额外的风机或其它机械能转换装置，提供本发明的热磁引擎额外的转动推力。

此外，在本发明中鳍片结构可经过抗腐蚀处理，以确保鳍片结构在各种工作流体的(物理)冲击或(化学)作用之下，能保有较长的使用寿命与稳定性。抗腐蚀处理包括将鳍片结构被覆隔离保护层、电化学防蚀、腐蚀抑制剂、防蚀金属或其组合。而本发明中的低温工作流体与高温工作流体可分别为水性液体、油性液体、沙或气体，但不应以此为限。

此外，在本发明中工作材料例如可为磁冷材料(magneto-caloric material)或对温度敏感的导磁性材料(temperature-sensitive magnetic-conductingmaterial)或具有居里转换温度的磁性材料(magnetic material having Curietransition Temperature，Tc)。该磁冷材料例如为FeRh、Gd₅Si₂Ge₂、Gd₅(Si₁ _xGe_x)₄、RCo₂、La(Fe_13-xSi_x)、MnAs_1-xSb_x、MnFe(P，As)、Co(S_1-xSe_x)₂、NiMnSn、MnCoGeB、R_1-xM_xMnO₃，(其中R＝lanthanide，M＝Ca，Sr and Ba)等，本说明书无法穷举工作材料，但任何具有居里温度Tc，且在该居里温度Tc温度区间以外两侧具有相异磁性质，如顺磁性与反磁性的材料宜为本发明适用的工作材料，但不应以此为限。

虽然本发明内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明内容的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种热磁引擎，其特征在于：包含：

一固定件；

一转动件，其包含一工作材料，该转动件可相对于该固定件旋转；

第一工作流体，流经该转动件并使该工作材料产生一温度差，带动该转动件沿一旋转方向旋转；以及

一鳍片结构，设置于该转动件上，基于该第一工作流体的流动，带动该转动件沿该旋转方向旋转。

2.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该固定件包含一磁性元件，该磁性元件设置于该固定件上并用以建立一磁场，该磁场的磁力线通过该转动件的该工作材料，在该磁场作用下该工作材料基于该温度差带动该转动件沿该旋转方向旋转。

3.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该工作材料包含第一部份以及第二部份，该第一工作流体的第一温度异于环境的第二温度，该第一工作流体流动至该工作材料的该第一部份，使该工作材料的该第一部份与该第二部份之间形成该温度差。

4.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，还包含第二工作流体，该工作材料包含第一部份以及第二部份，该第一工作流体流动至该工作材料的该第一部份，该第二工作流体流动至该工作材料的该第二部份。

5.如权利要求4所述的热磁引擎，其特征在于，该第一工作流体的第一温度与该第二工作流体的第二温度相异，由此使该工作材料的该第一部份与该第二部份之间形成该温度差。

6.如权利要求3所述的热磁引擎，其特征在于，该工作材料的一导磁率于一临界温度区间明显改变，该第一温度与该第二温度分别位于该临界温度区间以外的两侧。

7.如权利要求5所述的热磁引擎，其特征在于，该工作材料的一导磁率于一临界温度区间明显改变，该第一温度与该第二温度分别位于该临界温度区间以外的两侧。

8.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该转动件包含一转动轴，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片由该转动轴的至少一侧表面上延伸设置，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向大致夹90度。

9.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该转动件包含一转动框以及一转动轴，该转动轴与该转动框连动并枢接于该固定件上。

10.如权利要求9所述的热磁引擎，其特征在于，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片由该转动框的至少一侧表面上延伸设置，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向大致夹90度。

11.如权利要求9所述的热磁引擎，其特征在于，该转动框包含一内环以及一外环，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别连接于该内环与该外环之间，所述鳍片与该第一工作流体流经该转动件的一流道方向夹一特定角度。

12.如权利要求11所述的热磁引擎，其特征在于，该特定角度为大致夹45度。

13.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该转动件包含多个转动框以及一转动轴，该转动轴大致通过所述转动框的一中心点并依序与所述转动框连接，该转动轴枢接于该固定件上，该第一工作流体依序流经所述转动框，该鳍片结构设置于所述转动框上。

14.如权利要求13所述的热磁引擎，其特征在于，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别设置于所述转动框上。

15.如权利要求13所述的热磁引擎，其特征在于，所述转动框至少一部份由工作材料制成，所述转动框的工作材料各自具有相异的临界温度区间。

16.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，该鳍片结构经一抗腐蚀处理。

17.如权利要求1所述的热磁引擎，其特征在于，还包含多个线圈、多个整流子以及至少一电刷，该鳍片结构包含多个鳍片，所述鳍片分别由该工作材料制成，所述线圈分别缠绕于所述鳍片上且分别与所述整流子电性连接，该电刷设置于该固定件上。

18.一种热磁引擎系统，其特征在于：包含：

多个热磁引擎，所述热磁引擎依序设置于一流道上，其中每一热磁引擎包含：

一固定件；

一转动件，其包含一工作材料，并可相对该固定件旋转；以及

一鳍片结构，设置于该转动件上；以及

第一工作流体，在该流道内流动并依序流经所述热磁引擎的所述转动件并使所述工作材料具有一温度差，带动所述转动件沿一旋转方向旋转，

其中该鳍片结构用以基于该第一工作流体的流动，带动所述热磁引擎的该转动件沿该旋转方向旋转。

19.如权利要求18所述的热磁引擎系统，其特征在于，该转动件进一步包含多个转动框以及一转动轴，该转动轴大致通过所述转动框的一中心点并依序与所述转动框连接，该转动轴枢接于该固定件上，该第一工作流体依序流经所述转动框，该鳍片结构分别设置于所述转动框上，于该磁场作用下该工作材料基于该温度差带动该转动件沿该旋转方向旋转。

20.如权利要求18所述的热磁引擎系统，其特征在于，所述转动框至少一部份由该工作材料制成。

21.如权利要求18所述的热磁引擎系统，其特征在于，该转动件的至少一部份设置于该流道中，使该第一流体流经该转动件的至少一部份。

22.如权利要求21所述的热磁引擎系统，其特征在于，更包含第二工作流体在该流道外流动，当该第一工作流体流经该转动件的至少一部份时，该第二工作流体流经该转动件的其它部分。

23.如权利要求22所述的热磁引擎系统，其特征在于，该第一工作流体与该第二工作流体具有一温度差。

24.如权利要求18所述的热磁引擎系统，其特征在于，该第一工作流体为水性液体、油性液体、沙或气体。

25.如权利要求22所述的热磁引擎系统，其特征在于，该第二工作流体为水性液体、油性液体、沙或气体。