CN103368468A

CN103368468A - 磁热发电系统

Info

Publication number: CN103368468A
Application number: CN2012103745394A
Authority: CN
Inventors: 郭钟荣; 毛之成; 刘玠成; 林铭赐; 林明瀚; 吴俊霖; 邱瀞美
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc; Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: CN103368468B; US20130258593A1; DE102012110720A1; US8754569B2

Abstract

一种磁热发电系统包括一磁热发电装置、一第一循环装置、以及一第二循环装置。第一循环装置以及第二循环装置分别连接于磁热发电装置。流体经由第一循环装置加热，并经由第二循环装置冷却。前述加热后的流体以及冷却后的流体经由第一循环装置以及第二循环装置循环于磁热发电装置的热磁元件内。

Description

磁热发电系统

技术领域

本发明主要关于一种发电系统，尤指一种磁热发电系统。

背景技术

热磁发电器（thermo-magnetic power generator）为一种高效能以及环保的发电技术。热磁发电技术利用了热磁材料（magnetocaloric materials,MCM)的热磁效应来产生间歇性的磁场（intermittent magnetic field）。

一般而言，热磁材料具有一居里温度(T_c)。当热磁材料经过加热使其温度超过居里温度后，热磁材料会产生一磁场。另一方面，当热磁材料冷却使且其温度低于居里温度后，热磁材料所产生的磁场减弱，或是不产生任何的磁场。因此通过改变热磁材料的温度，可使热磁材料产生间歇性的磁场变化。另外，当热磁材料可旋转地设置于一永久磁铁中，可通过间歇性的磁场变化产生一力矩，并由此产生电力。

于现有的热磁发电器中，热磁材料经由热水加热。然而，于热水流经热磁材料后，热水会被直接排出，且不会被热磁发电器再度利用，降低了现有的热磁发电器整体的能源转换效率。此外，由于热磁材料是经由与环境温度之间较小的温度差进行缓慢的冷却，因此限制了热磁材料通过永久磁铁的旋转频率，进而降低了热磁发电器能产生的电量。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺失，本发明的目的为提供一种磁热发电系统，包括一磁热发电装置、一第一循环装置、以及一第二循环装置。一流体循环于磁热发电装置、第一循环装置、以及第二循环装置之间，以增加能源效率以及发电量。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种磁热发电系统，包括一磁热发电装置、一第一循环装置、以及一第二循环装置。磁热发电装置包括一热磁元件以及一磁性单元。热磁元件定义一第一热端、一第二热端、一第一冷端、以及一第二冷端。磁性单元提供一磁场于该热磁元件。第一循环装置包括一耦接于该第一热端以及该第二热端的第一导管，其中该第一循环装置通过该第一导管连接于该磁热发电装置，并由该第一热端传送一流体进入该热磁元件，以及由该第二热端接收该流体；。第二循环装置包括一耦接于该第一冷端以及该第二冷端的第二导管，其中该第二循环装置通过该第二导管连接于该磁热发电装置，并由该热磁元件的该第一冷端接收该流体，以及由该第二冷端传送该流体进入该热磁元件。其中从该第一冷端接收的流体经由该第二循环装置冷却，且从该第二热端接收的流体经由该第一循环装置加热。

为了达到上述的目的，本发明另提供了一种磁热发电系统，包括一磁热发电装置、一第一循环装置、以及一第二循环装置。磁热发电装置包括一热磁元件以及一磁场单元。热磁元件设有一第一热端、一第一冷端、以及多个热磁部，其中所述热磁部于该第一热端以及该第一冷端之间排成一列。磁场单元产生磁场于所述热磁部。第一循环装置包括一第一主导管以及多个第一分支导管。第一主导管耦接于该第一热端，并由该第一热端传送一流体进入所述热磁部。第一分支导管，其一端分别耦接于该第一主导管，以及其另一端分别耦接于热磁部，其中所述第一分支导管分别接收所述热磁部所排放的该流体，且该流体经由该第一循环装置冷却。第二循环装置包括一第二主导管、一蓄水槽以及多个第二分支导管。第二主导管耦接于该第一冷端，且由该第一冷端接收该流体。蓄水槽耦接于该第二主导管，并储存该流体。第二分支导管其一端分别耦接于该蓄水槽，另一端分别耦接于所述热磁部，其中所述第二分支导管分别将该流体由该蓄水槽传送至所述热磁部，且该流体经由该第二循环装置冷却。

综上所述，本发明的流体经由第一循环装置加热，且经由第二循环装置冷却。前述加热过的流体以及冷却过的流体经由第一循环装置以及第二循环装置循环于热磁元件，可增加磁热发电系统的能源效率。此外，由于加热过的流体以及冷却过的流体交替地流经热磁元件的同一区域，因此可通过增加热磁元件经过磁性单元的频率来增进磁热发电装置的发电量。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的磁热发电系统的示意图；

图2为本发明的第一实施例的磁热发电装置的分解图；以及

图3为本发明的第二实施例的磁热发电系统的示意图。

其中，附图标记说明如下：

磁热发电系统1、1a

磁热发电装置10

热磁元件11

热扇区域11a、11b、11c、11d

热磁部111、112、113、111a、112a、113a

通道114

轴件12

磁性单元13a、13b

第一止挡元件14

第一注入口141

第一排出口142

第二止挡元件15

第二排出口151

第二注入口152

第三止挡元件16

第三注入口161

第三排出口162

穿孔163

第一循环装置20、20a

第一导管21、21a

第一主导管211

第一分支导管212

泵22

加热元件23

第二循环装置30、30a

第二导管31、31a

第二主导管311

第二分支导管312

冷却元件32

蓄水槽33

冷却流道装置40

弯曲冷却流道41

旋转轴AX1

第一冷端C1

第二冷端C2

第一方向D1

第一方向D2

第一热端H1

第二热端H2

具体实施方式

图1为本发明的第一实施例的磁热发电系统1的示意图，图2为本发明的第一实施例的磁热发电装置10的分解图。磁热发电系统1包括一磁热发电装置10、一第一循环装置20、一第二循环装置30以及一冷却流道装置40。一流体于磁热发电装置10、第一循环装置20以及第二循环装置30的内部循环。前述的流体可为水。

磁热发电装置10包括一热磁元件11、一轴件12以及二个磁性单元13a、13b、一第一止挡元件14以及一第二止挡元件15。热磁元件11由热磁材料所制成。热磁元件11包括多个热磁部111、112、113。热磁部111、112、113沿着由第一热端H1延伸至第一冷端C1的一第一方向D1依序排成一列并位于第一热端H1以及第一冷端C1之间。热磁部111、112、113的居里温度均不相同。于本实施例中，热磁部111、112、113的居里温度沿第一方向D1逐渐递减。此外，热磁元件11定义热扇区域11a、11b、11c、11d。每一热扇区域11a、11b、11c、11d具有一通道114通过热磁部111、112、113。热磁元件11、热扇区域11a、11b、11c、11d、以及通道114均分别沿第一方向D1延伸。

轴件2可为沿第一方向D1延伸的圆柱状结构。热磁元件11环绕轴件12设置。轴件12以及热磁元件11均绕一旋转轴AX1旋转。旋转轴AX1平行于第一方向D1。于另一实施例中，热磁元件11以及轴件12为一体成形。

磁性单元13a以及13b可为永久磁铁、超导磁铁、电磁圈或是前述元件的组合。磁性单元13a、13b可沿该第一方向D1延伸，并设置于热磁元件11的两相反侧。磁性单元13a、13b分别提供磁性相反的一磁场至热磁元件11的热磁部111、112、113。举例而言，磁性单元13a产生正极磁场、磁性单元13a产生负极磁场，且热磁元件11可产生正极磁场或是不产生磁场。

第一止挡元件14以及第二止挡元件15设置于热磁元件11以及轴件12的两相反侧。第一止挡元件14具有一第一注入口141以及一第一排出口142。第二止挡元件15具有一第二排出口151以及一第二注入口152。由于热磁元件11以及轴件12相对于第一止挡元件14以及第二止挡元件15旋转，当通道114的其中之一靠近磁性单元13a时，与第一注入口141以及第二排出口151相互连通。当通道114的其中另一靠近磁性单元13b时，与第二排出口142以及第二注入口152相互连通。此外，当通道114并不与第一注入口141以及第一排出口151，或是第二排出口142以及第二注入口152相互连通时，流体被热磁元件11的侧壁所止挡。

如图1以及图2所示，热磁元件11定义一第一热端H1以及一第一冷端C1，其位于热扇区域11a、11b、11c或是11d的两相反侧，且邻近于磁性单元13a。热磁元件11另定义一第二热端H2以及一第二冷端C2，其位于热扇区域11a、11b、11c或是11d的两相反侧，且邻近磁性单元13b。热磁部111、112、113位于第一热端H1和第一冷端C1之间，以及位于第二热端H2以及第二冷端C2之间。

第一循环装置20连接于磁热发电装置10。第一循环装置20用以传送一流体由第一热端H1进入热磁元件11，以及由第二热端H2接收流体。此外，第一循环装置20接收由磁热发电装置10排出并被冷却的流体，并加热前述被冷却的流体，之后传送被加热的流体于热磁元件11。

第一循环装置20包括一第一导管21、一泵22、以及一加热元件23。第一导管21的一端连通于第一注入口141，且另一端连通于第一排出口142。此外，第一导管21的一端耦接于第一热端H1，且另一端耦接于第二热端H2。泵22设置于第一导管21，用以增加第一循环装置20内的流体的流压。加热元件23设置于第一导管21用以加热第一循环装置20的流体。加热后的流体沿着第一导管21由第一排出口142流至第一注入口141。

第二循环装置30连接于磁热发电装置10。第二循环装置30用以从热磁元件11的第一冷端C1接收流体，并从第二冷端C2传送流体进入热磁元件11。此外，第二循环装置30接收由磁热发电装置10所排出加热过后的流体、冷却前述加热过后的流体、并将前述冷却的流体经由第二循环装置30传输至热磁元件11。

第二循环装置30包括一第二导管31以及一冷却元件32。第二导管31的一端与第二注入口151相互连通，且另一端与第二排出口152相互连通。此外，第二导管31的一端耦接于第一冷端C1，且另一端耦接于第二冷端C2。流体由第二导管31流至热磁元件11。冷却元件32设置于第二导管31，用以冷却第二循环装置30内的流体。前述冷却过后的流体沿第二导管31由第二注入口151流至第二排出口152。

第一导管21以及第二导管31设置于冷却流道装置40。冷却流道装置40包括一弯曲冷却流道41，与第二导管31相互连通。

于此实施例中，当热磁元件区域11a旋转并接近磁性单元13a，热扇区域11a的通道114连通于第一注入口141以及第一排出口151，加热过的流体沿由第一热端H1至第一冷端C1的第一方向D1流经热磁元件11的热磁部111、112以及113的通道114。当热扇区域11a旋转并接近磁性单元13b，热扇区域11a的通道114与第二排出口142以及第二注入口152相互连通。流体沿由第二冷端C2至第二热端H2的第二方向D1流经热磁元件11的热磁部111、112、113的通道114。因此，加热后的流体以及冷却后的流体于磁热发电装置10交替地流经热扇区域11a的通道114。前述的第一方向D1相反于第二方向D2。

再者，当由第一循环装置20加热过的流体流经通道114时，热扇区域11a的热磁部111、112、113被前述加热过的流体加热，进而使得热扇区域11a的热磁部111、112、113的温度超过其本身的居里温度。因此，热扇区域11a的热磁部111、112、113会产生一较强的磁场，使得热扇区域11a以及磁性单元13b13a之间产生一磁斥力（repulsion magnetic force），以及热扇区域11a以及磁性单元13a、13b之间产生一磁吸力（attractive magnetic force）。因此，通过前述的磁斥力以及磁吸力，轴件12以及热磁元件11可绕旋转轴AX1旋转。

接着，当热扇区域11a旋转至接近磁性单元13b的位置时，由于第二循环装置30冷却过的流体流经通道114，热扇区域11a的热磁部111、112、113被冷却过的流体冷却，使得热扇区域11a的热磁部111、112、113的温度会低于其本身的居里温度，造成热扇区域11a的热磁部111、112、113所产生的磁场变弱。由于热扇区域11a的热磁部111、112、113和磁性单元13a13b之间的磁吸力变弱，热扇区域11a热磁元件11可较轻易地脱离磁性单元13a13b。

于本实施例中，举例而言，热磁部111的居里温度为38℃，热磁部112的居里温度为33℃，以及热磁部113的居里温度为28℃。由于热磁部111、112、113和流体之间的热平衡，于热扇区域11a内加热过的流体的温度逐渐降低，使得流体在第一注入口141的温度低于流体在第二排出口151的温度（举例而言，流体在第一注入口141的温度为45℃，且流体在第二排出口151的温度为30℃），但由于热磁部111、112、113的居里温度沿流体流动的方向逐渐降低，因此在与流体经过热平衡后，热磁部111、112、113的温度还是分别高于热磁部111、112、113的居里温度。再者，由于流体在第二排出口151的温度接近热磁部113的居里温度，因此冷却元件32仅利用少量的能源冷却流体，以使得流体的温度低于热磁部113的居里温度。

同理，由于热磁部111、112、113以及流体之间的热平衡，流体在第二注入口152的温度会大于流体在第二排出口142的温度。举例而言，流体在第二注入口152的温度为20℃，且流体在第一排出口142的温度为28℃，但由于热磁部111、112、113的居里温度沿流体流动的方向逐渐升高，因此在与流体经过热平衡后，热磁部111、112、113内的温度还是分别低于热磁部111、112、113的居里温度。由于流体在第一排出口142的温度接近热磁部111的居里温度，因此加热元件23可仅利用少量的能源加热流体，以使流体的温度超过热磁部111的居里温度，以使得磁热发电装置10具有高能源效率。

再者，由于热磁元件11被冷却过的流体冷却，因此热磁元件11通过磁性单元13a、13b的频率可以增加，进而使得磁热发电装置10产生较多的电力。

此外，于弯曲冷却流道41内的流体的温度，可经由环境温度加以冷却，且第一导管21可接触冷却流道装置40，以使得第一导管21内的流体被冷却流道装置40加热。因此，由于在第二导管31内的流体，不需要花费额外的能源冷却，且第一导管21内的流体也可不需要花费额外的能源冷却加热，进而增加了本实施例的能源效率。

图3为本发明的第二实施例的磁热发电系统1a的示意图。第一实施例与第二实施例的差异描述如下。磁热发电装置10a还包括多个第三止挡元件16，分别设置于两相邻的热磁部111a、112a、113a之间。每一第三止挡元件16包括一第三注入口161、一第三排出口162、以及一穿孔163。穿孔163与相邻的通道114相互连通。

第一循环装置20a的第一导管21a还包括一第一主导管211以及多个第一分支导管212。第一分支导管212的一端分别于第一主导管211相互连通。第一分支导管212的另一端分别与第一排出口142或是第三排出口162相互连通。

第二循环装置30a还包括一第二导管31a以及一蓄水槽33。第二导管31a还包括一第二主导管311以及多个第二分支导管312。第二主导管311的一端与第二排出口151相互连通，另一端与蓄水槽33相互连通。第二分支导管的一端与蓄水槽33相互连通，另一端与第二注入口152或是第三注入口161相互连通。

加热过的流体沿由第一热端H1至第一冷端C1的方向流经热磁部111a、112a以及113a，且冷却过的流体沿第二主导管311至第一主导管211的方向分别流经热磁部111a、112a、113a。

由于经由第二分支导管312分别被传送于热磁部111a、112a、113a的流体的温度均大致相同于蓄水槽33的温度，因此，被传送于热磁部111a、112a的流体的温度可低于第一实施例中被传送于热磁部111、112的流体的温度，且使得热磁部111a、112a的温度低于其居里温度的时间减少。

于本实施例中，流体依序流经第一主导管211、热磁元件11、第二主导管311、蓄水槽33、第二分支导管312、热磁元件11以及第一分支导管212后，最后流回第一主导管211。每一第一分支导管211的长度均不相同，且较长的第一分支导管211具有较大的截面积。每一第二分支导管312的长度也不同，且较长的第二分支导管312具有较大的截面积。因此，传送至距离蓄水槽33较远的热磁部111的流体的流量为足够的。

本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅作为参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种磁热发电系统，其特征在于，包括：

一磁热发电装置，包括：

一热磁元件，设有一第一热端、一第二热端、一第一冷端、以及一第二冷端；以及

一磁性单元，提供一磁场于该热磁元件；

一第一导管，耦接于该第一热端以及该第二热端；

一第一循环装置，包括一耦接于该第一热端以及该第二热端的第一导管，其中该第一循环装置通过该第一导管连接于该磁热发电装置，并由该第一热端传送一流体进入该热磁元件，以及由该第二热端接收该流体；

一第二导管，耦接于该第一冷端以及该第二冷端；以及

一第二循环装置，包括一耦接于该第一冷端以及该第二冷端的第二导管，其中该第二循环装置通过该第二导管连接于该磁热发电装置，并由该热磁元件的该第一冷端接收该流体，以及由该第二冷端传送该流体进入该热磁元件，

其中从该第一冷端接收的流体经由该第二循环装置冷却，且从该第二热端接收的流体经由该第一循环装置加热。

2.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该热磁元件由热磁材料所制成。

3.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该磁热发电装置包括一轴件，绕一旋转轴旋转，且该热磁元件设置于该轴件。

4.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该磁性单元为一永久磁铁、一超导磁铁、一电磁圈、或是前述至少一元件的组合。

5.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该第一循环装置包括一泵，用以增加该流体的流压。

6.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该第一循环装置包括一加热元件，用以加热该第一导管内的流体。

7.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该第二循环装置包括一冷却元件，用以冷却该第二导管内的流体。

8.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，该热磁元件包括一通道，且该流体流经该通道。

9.如权利要求1所述的磁热发电系统，其特征在于，前述经由该第一循环装置加热的该流体沿一第一方向由该第一热端流经该热磁元件至该第一冷端后被加热，以及前述经由该第二循环装置冷却的该流体沿一相反于该第一方向的第二方向由该第二冷端流经该热磁元件至该第二热端后被冷却。

10.如权利要求9所述的磁热发电系统，其特征在于，该热磁元件包括多个依序排列的热磁部，且所述热磁部的居里温度沿该第一方向从该第一热端至该第一冷端逐渐递减。

11.一种磁热发电系统，其特征在于，包括：

一磁热发电装置，包括：

一热磁元件，设有一第一热端、一第一冷端、以及多个热磁部，其中所述热磁部于该第一热端以及该第一冷端之间排成一列；以及

一磁场单元，产生磁场于所述热磁部；

一第一循环装置，包括：

一第一主导管，耦接于该第一热端，并由该第一热端传送一流体进入所述热磁部；以及

多个第一分支导管，其一端分别耦接于该第一主导管，以及其另一端分别耦接于热磁部，其中所述第一分支导管分别接收所述热磁部所排放的该流体，且该流体经由该第一循环装置冷却；

一第二循环装置，包括：

一第二主导管，耦接于该第一冷端，且由该第一冷端接收该流体；

一蓄水槽，耦接于该第二主导管，并储存该流体；以及

多个第二分支导管，其一端分别耦接于该蓄水槽，另一端分别耦接于所述热磁部，其中所述第二分支导管分别将该流体由该蓄水槽传送至所述热磁部，且该流体经由该第二循环装置冷却。

12.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，该热磁元件由热磁材料所制成。

13.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，该磁性单元为一永久磁铁、一超导磁铁、一电磁圈、或是前述至少一元件的组合。

14.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，该第一循环装置包括一泵，用以增加该第一主导管内的流体的流压。

15.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，该第一循环装置包括一加热元件，用以加热该第一主导管内的流体。

16.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，该第二循环装置包括一冷却元件，用以冷却该第二主导管内的流体。

17.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，每一所述热磁部包括一通道，且该流体流经所述通道。

18.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，前述经由该第一循环装置冷却的流体经由该第一热端依序流经所述热磁部至该第一冷端，以及前述经由该第二循环装置冷却的流体经由所述第二分支导管分别流经所述热磁部至所述第一分支导管。

19.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，所述热磁部沿一方向由该第一热端至该第一冷端依序排列，且所述热磁部的居里温度沿该方向依序递减。

20.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，所述多个第一分支导管的长度彼此不同，且所述多个第一分支导管中较长的第一分支导管具有较大的截面积。

21.如权利要求11所述的磁热发电系统，其特征在于，所述多个第二分支导管的长度彼此不同，且所述多个第二分支导管中较长的第二分支导管具有较大的截面积。