CN113062837B - 一种用于余热回收的热磁发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于余热回收的热磁发电装置包括：磁路、冷源供给系统以及数据采集系统。磁路中利用磁化强度随温度变化的热磁材料将余热转换为电能；冷源供给系统用于转移磁路中热交换组件中的热量使热磁材料的温度产生周期性变化；数据采集系统用于测量热交换组件的温度变化以及热磁发电装置产生的电流。工作时，冷源供给系统交替工作，磁路两侧的热交换组件中的热磁材料被分时冷却，热磁材料的温度产生周期性变化，从而使磁路中的流通的磁通量产生周期性变化并在线圈中产生感应电流。本发明实现了磁路中流通磁通量的反转，使磁路中流通的磁通量产生了较大的增长，具有产生感应电流高、输出功率大等优点，在工业余热回收方面具有广泛的应用前景。

Description

一种用于余热回收的热磁发电装置

技术领域

本发明涉及热磁发电技术领域，特别是指一种用于余热回收的热磁发电装置。

背景技术

能源是驱动经济与社会发展的重要推动力。然而随着经济的增长，能源需求在不断地增大，地球中化石能源的储量也随之不断减少。能源危机也逐渐成为一个全球性问题。余热作为一次能源在生产过程产生的二次能源占据了总能源消耗的50％左右。在中国工业能耗占总能耗的70％以上,其中大约10-50％的工业能耗转化为载体不同、温度不同的工业余热。如果能够将工业余热转换为电能，不仅符合可持续发展的理念，也将有效的缓解能源危机。

热磁发电技术是一种能够将热能转换成电能的技术。其工作原理主要利用了热磁材料的磁化强度随温度变化的特性。当热磁材料的温度处于居里温度以下时，热磁材料处于高磁化强度的铁磁性。当利用余热加热磁材料到居里温度以上时，热磁材料由高磁化强度的铁磁性转变为低磁化强度的顺磁性。由于热磁材料磁化强度的变化，磁路中流通的磁通量产生变化。线圈感应到磁路中的磁通量变化从而产生感应电流。相反，当利用冷水冷却热磁材料到居里温度以下时，热磁材料由低磁化强度的顺磁性转变为高磁化强度的铁磁性。线圈中也将产生感应电流。

基于热磁发电技术可以将大量低品质的余热能源转化为电能这种适用性高且易于传输的高品质能源，尤其该技术在低于200℃以下的热电转化效率比传统蒸汽发电和热电技术等更高，表明该技术在余热回收利用方面具有巨大的潜力。但目前缺乏高效的热磁发电装置，严重阻碍了该新型技术的发展。因此，急需设计发明用于余热回收的热磁发电装置。

发明内容

本装置针对目前热磁发电装置磁路设计中存在的问题，设计了一种新的热磁发电装置；该装置在运行过程中可以实现磁通量的反转，从而实现磁路中流通的磁通量增大，提升装置产生的感应电流。在工业余热回收方面具有广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种用于余热回收的热磁发电装置,包括磁路、冷源供给系统以及数据采集系统；

所述的磁路包括：

由加热片1、热磁材料2、铜管3组成的热交换组件，磁路中总计四个热交换组件；

三根磁轭6，左侧磁轭6-1、中间磁轭6-2、右侧磁轭6-3；

一对其N极套有隔热层4的长方体永磁体I(5)，所述长方体永磁体I的N 极与热交换组件相连，S极与磁轭6相连；

一对其S极套有隔热层4的长方体永磁体II(13)，所述长方体永磁体II 的S极与热交换组件相连，N极与磁轭6相连；

所述中间磁轭6-2上套有线圈7；

所述左侧磁轭6-1、两个热交换组件、左侧长方体永磁体I(5-1)、左侧长方体永磁体II(13-1)以及所述中间磁轭6-2组成一个左侧磁回路；

所述右侧磁轭6-3、两个热交换组件、右侧长方体永磁体I(5-2)、右侧长方体永磁体II(13-2)以及所述中间磁轭6-2组成一个右侧磁回路；

所述冷源供给系统与铜管3相连为热交换组件转移热量；

根据以上方案，所述热交换组件，由一对加热片1、一对热磁材料2和一根铜管3堆叠而成。

根据以上方案，所述加热片1与工厂中烟囱壁接触，由于工厂中排放出的废气中存在余热使加热片的温度升高。

根据以上方案，所述铜管3两端切面为圆形便于与管道9连接，中间切面为长方形便于增大与热磁材料2的换热面积。铜管内部流通的流体为水。

根据以上方案，所述隔热层4为中空结构套在永磁体I5上，用于减小热交换组件与永磁体I之间的热量传递，从而防止永磁体I升温过高导致热退磁。

根据以上方案，所述冷源供给系统包括水箱8、管道9、水泵10以及控制器11组成。控制器通过控制左右两侧水泵的交替工作来实现左右两侧热交换组件的交替供水。

根据以上方案，所述数据采集系统包括测温模块、电流数据采集模块和数据存储模块12。所述测温模块用于测量热磁材料2温度变化情况。所述电流数据采集模块用于测量装置产生的电流。所述数据存储模拟可以用于数据的保存以及拷贝。

一种如上所述装置的使用方法，当冷源供给系统交替工作时，磁路两侧的热交换组件中的热磁材料2被分时冷却；当向左侧磁回路中的热交换组件通入冷流体时，左侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，右侧磁回路中的热磁材料则被加热片1加热到居里温度以上处于顺磁态。因此磁路中左侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭6-2中流通的磁通量方向向上。当向右侧磁回路中的热交换组件通入冷流体时，右侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，左侧磁路中的热磁材料被加热片1加热到居里温度以上处于顺磁态。因此磁路中右侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭6-2中流通的磁通量方向向下。由于中间磁轭6-2中流通的磁通量的方向发生逆转，所述线圈中产生感应电流，从而实现余热向电能的转换。

本发明有益效果为：该装置实现了磁路中流通磁通量的反转，使磁路中流通的磁通量产生了较大的增长，具有产生感应电流高、输出功率大等优点。在工业余热回收方面具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种用于余热回收的热磁发电装置的整体结构示意图；

图2是图1中热磁发电装置的俯视图；

图3是热磁发电装置中磁路的结构示意图；

图4是热磁发电装置中热交换组件的结构示意图；

图5是热交换组件中铜管的结构示意图；

图6是隔热层与永磁体的剖面图；

图中：

1、加热片；2、热磁材料；3、铜管；4、隔热层；5、长方体永磁体I；5-1、左侧长方体永磁体I；5-2、右侧长方体永磁体I；13、长方体永磁体II；13-1 左侧长方体永磁体II；13-2、右侧长方体永磁体II；6、磁轭；6-1、左侧磁轭；6-2、中间磁轭；6-3、右侧磁轭；7、线圈；8、水箱；8-1、左侧水箱；8-2、右侧水箱；9、管道；9-1、左侧管道；9-2、右侧管道；10、水泵；10-1、左侧水泵；10-2、右侧水泵；11、控制器；12、数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

图1是本发明一种用于余热回收的热磁发电装置的整体结构示意图。图2 是图1中热磁发电装置的俯视图。根据图可知，本发明中的热磁发电装置，其包括磁路、冷源供给系统以及数据采集系统。所述磁路用于将余热转换为电能；所述冷源供给系统用于转移磁路中热交换组件中热量；所述数据采集系统用于测量热交换组件的温度变化以及热磁发电装置产生的电流；

所述的磁路如图3所示，其包括：

由加热片1、热磁材料2、铜管3组成的热交换组件，磁路中总计四个热交换组件；

三根磁轭6，左侧磁轭6-1、中间磁轭6-2、右侧磁轭6-3；

一对其N极套有隔热层4的长方体永磁体I(5)，所述长方体永磁体I的N 极与热交换组件相连，S极与磁轭6相连；

一对其S极套有隔热层4的长方体永磁体II(13)，所述长方体永磁体II 的S极与热交换组件相连，N极与磁轭6相连；

所述中间磁轭6-2上套有线圈7；

所述左侧磁轭6-1、两个热交换组件、左侧长方体永磁体I(5-1)、左侧长方体永磁体II(13-1)以及所述中间磁轭6-2组成一个左侧磁回路；

所述右侧磁轭6-3、两个热交换组件、右侧长方体永磁体I(5-2)、右侧长方体永磁体II(13-2)以及所述中间磁轭6-2组成一个右侧磁回路。

所述热交换组件如图4所示，由一对加热片1、一对热磁材料2和一根铜管3堆叠而成。

所述加热片1与工厂中烟囱壁接触，由于工厂中排放出的废气中存在余热使加热片的温度升高。

所述铜管3如图5所示，两端切面为圆形便于与管道9连接，中间切面为长方形便于增大与热磁材料2的换热面积。铜管内部流通的流体为水。

所述隔热层4为中空结构套在永磁体I5上如图6所示，用于减小热交换组件与永磁体I之间的热量传递，从而防止永磁体I升温过高导致热退磁。

所述冷源供给系统与铜管3相连为热交换组件转移热量。

所述冷源供给系统包括水箱8、管道9、水泵10以及控制器11组成。控制器通过控制左右两侧水泵的交替工作来实现左右两侧热交换组件的交替供水；当冷源供给系统交替工作时，磁路两侧的热交换组件中的热磁材料2被分时冷却；当左侧水泵10-1工作时，左侧水箱8-1中的冷水经左侧管道9-1流入左侧磁回路中的一组热交换组件，左侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，右侧磁回路中的热磁材料则被加热片1加热到居里温度以上处于顺磁态。因此磁路中左侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭6-2中流通的磁通量方向向上。当右侧水泵10-2工作时，右侧水箱8-2中的冷水经右侧管道9-2流入右侧磁回路中的一组热交换组件，右侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，左侧磁路中的热磁材料被加热片1加热到居里温度以上处于顺磁态。因此磁路中右侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭 6-2中流通的磁通量方向向下。由于中间磁轭6-2中流通的磁通量的方向发生逆转，所述线圈中产生感应电流，从而实现余热向电能的转换。因此通过控制冷源供给系统可以持续地让该装置产生感应电流，有效的回收工业余热。

所述数据采集系统包括测温模块、电流数据采集模块和数据存储模块12。所述测温模块用于测量热磁材料2温度变化情况。所述电流数据采集模块用于测量装置产生的电流。所述数据存储模拟可以用于数据的保存以及拷贝。

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，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种用于余热回收的热磁发电装置,包括磁路、冷源供给系统以及数据采集系统；其特征在于：

所述的磁路包括：

由加热片（1）、热磁材料（2）、铜管（3）组成的热交换组件，磁路中总计四个热交换组件；

三根磁轭（6），左侧磁轭（6-1）、中间磁轭（6-2）、右侧磁轭（6-3）；

一对其N极套有隔热层（4）的长方体永磁体I（5），所述长方体永磁体I的N极与热交换组件相连，S极与磁轭（6）相连；

一对其S极套有隔热层（4）的长方体永磁体II（13），所述长方体永磁体II的S极与热交换组件相连，N极与磁轭（6）相连；

所述中间磁轭（6-2）上套有线圈（7）；

所述左侧磁轭（6-1）、两个热交换组件、左侧长方体永磁体I（5-1）、左侧长方体永磁体II（13-1）以及所述中间磁轭（6-2）组成一个左侧磁回路；

所述右侧磁轭（6-3）、两个热交换组件、右侧长方体永磁体I（5-2）、右侧长方体永磁体II（13-2）以及所述中间磁轭（6-2）组成一个右侧磁回路；

所述冷源供给系统与铜管（3）相连为热交换组件转移热量。

2.根据权利要求1所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：所述热交换组件，由一对加热片（1）、一对热磁材料（2）和一根铜管（3）堆叠而成。

3.根据权利要求2所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：所述加热片（1）与工厂中烟囱壁接触，由于工厂中排放出的废气中存在余热使加热片的温度升高。

4.根据权利要求2所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：所述铜管（3）两端切面为圆形便于与管道（9）连接，中间切面为长方形便于增大与热磁材料（2）的换热面积；铜管内部流通的流体为水。

5.根据权利要求1所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：所述隔热层（4）为中空结构套在永磁体I（5）上，用于减小热交换组件与永磁体I之间的热量传递，从而防止永磁体I升温过高导致热退磁。

6.根据权利要求1所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：

所述冷源供给系统包括水箱（8）、管道（9）、水泵（10）以及控制器（11）组成；控制器通过控制左右两侧水泵的交替工作来实现左右两侧热交换组件的交替供水。

7.根据权利要求1所述的用于余热回收的热磁发电装置，其特征在于：所述数据采集系统包括测温模块、电流数据采集模块和数据存储模块（12）；所述测温模块用于测量热磁材料（2）温度变化情况；所述电流数据采集模块用于测量装置产生的电流；所述数据存储模拟用于数据的保存以及拷贝。

8.一种如权利要求1-7任一项所述用于余热回收的热磁发电装置的使用方法，其特征在于：

当冷源供给系统交替工作时，磁路两侧的热交换组件中的热磁材料（2）被分时冷却；当向左侧磁回路中的热交换组件通入冷流体时，左侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，右侧磁回路中的热磁材料被加热片（1）加热到居里温度以上处于顺磁态；因此磁路中左侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭（6-2）中流通的磁通量方向向上；当向右侧磁回路中的热交换组件通入冷流体时，右侧磁回路中的热磁材料被冷却到居里温度以下处于铁磁态，左侧磁路中的热磁材料被加热片（1）加热到居里温度以上处于顺磁态；因此磁路中右侧磁回路中流通的磁通量占主导，中间磁轭（6-2）中流通的磁通量方向向下；由于中间磁轭（6-2）中流通的磁通量的方向发生逆转，所述线圈中产生感应电流，从而实现余热向电能的转换。

Images