SK1072006A3 - Cross thermo-magnetic generator - Google Patents
Cross thermo-magnetic generator Download PDFInfo
- Publication number
- SK1072006A3 SK1072006A3 SK107-2006A SK1072006A SK1072006A3 SK 1072006 A3 SK1072006 A3 SK 1072006A3 SK 1072006 A SK1072006 A SK 1072006A SK 1072006 A3 SK1072006 A3 SK 1072006A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- heat
- sources
- cold
- cross
- thermal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/002—Generators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/20—Thermomagnetic devices using thermal change of the magnetic permeability, e.g. working above and below the Curie point
Abstract
Vynález je určený na výrobu elektrickej energie z nízkopotenciálneho tepla z ľubovoľného obnoviteľného alebo odpadového zdroja. Usporiadanie zdroja (3) magnetického toku magnetických obvodov, tepelného prerušovača (2) a cievky (7) umožňuje meniť polaritu magnetického toku v jadre cievky (7) s pomerne vysokou frekvenciou a výhodným špecifickým výkonom generátora. Termomagnetické elementy z amorfného kovu so strmou teplotnou závislosťou umožňujú využitie teplotného spádu 5 °K. Kaskádové usporiadanie termomagnetických elementov výrazne zvyšuje účinnosť premeny energie pri teplotných spádoch nad 5 °K.The invention is intended for the production of electricity from low potential heat from any renewable or waste heat source. Arrangement of the magnetic source (3) flow of magnetic circuits, thermal breaker (2) and the coil (7) allows to change the polarity of the magnetic flux in a coil core (7) of relatively high frequency and preferred specific power of the generator. thermomagnetic elements of amorphous metal with steep temperature dependence allow the use of a 5 ° K temperature gradient. cascade the arrangement of thermomagnetic elements greatly increases the energy conversion efficiency of the temperature gradient above 5 ° K.
Description
Vynález sa týka generátorov elektrickej energie z nízkopotenciálneho tepla, chladiacich zariadení, klimatizačných zariadení, kryogénnych zariadení.The invention relates to low-potential heat power generators, refrigeration equipment, air-conditioning equipment, cryogenic equipment.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Termomagnetické generátory elektrickej energie indukujú elektrickú energiu periodickým ohrevom a chladením magnetického obvodu alebo jeho časti okolo curieho bodu a účinkom zmeny magnetického toku indukujú v cievke elektrické napätie. V súčasnosti známe konštrukcie dosahujú nízku frekvenciu zmeny vpulzačnom režime, t.j. bez prepólovania magnetického toku do jadra cievky. Relatívne nízke výstupné napätie neumožňuje priemyselne rozšírenú výrobu elektrickej energie a zhoršuje účinnosť premeny tepla nízkeho potenciálu na elektrickú energiu.Thermomagnetic power generators induce electrical energy by periodically heating and cooling the magnetic circuit or a portion of it around the curie point and inducing electrical voltage in the coil by changing the magnetic flux. The currently known designs achieve a low rate of change in the pulsation mode, i. without reversing the magnetic flux to the core of the coil. The relatively low output voltage does not allow industrially widespread power generation and impairs the efficiency of converting low potential heat into electricity.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstatou riešenia je krížové usporiadanie magnetického obvodu, v ktorom zdroj magnetického toku môže byť trvalý magnet, napr. neodýmový alebo supravodivý magnet, ktorého opačné póly sú napojené na magneticky mäkké frekvenčné odolné rozvetvovače toku do štyroch tepelných prerušovačov, ktoré pozostávajú z elementov termomagnetického materiálu, ktorých curieho teplota má hodnotu medzi hodnotami zdroja tepla a zdroja chladu a ktorých dvojice sú vzájomne prepojené vidlicami, ktorých stredy sú prepojené jadrom cievky. Zdroj tepla a chladu sú pritom umiestnené na kríž tak, aby v perióde, keď účinkom presunu teplonosnej látky sú dva tepelné prerušovače po uhlopriečke ohriate, ostávajúce dva na krížnej uhlopriečke sú schladené. Magnetický tok teda tečie jedným smerom jadra cievky. V opačnej perióde sa magnetický tok prepóluje.The principle of the solution is a cross-arrangement of a magnetic circuit in which the source of magnetic flux can be a permanent magnet, e.g. a neodymium or superconducting magnet, the opposite poles of which are coupled to magnetically soft frequency-resistant flow branches into four thermal interrupters consisting of elements of a thermomagnetic material whose curie temperature is between the heat source and the cold source and whose pairs are interconnected by forks the centers are connected by the core of the coil. The heat and cold source are arranged on the cross so that in the period when the two thermal breakers are heated by the diagonal as a result of the transfer of the heat transfer medium, the remaining two on the cross diagonal are cooled. Thus, the magnetic flux flows in one direction of the core of the coil. In the opposite period, the magnetic flux is reversed.
Presun teplého a studeného média cez elementy termomagnetického materiálu (napr. 0,02 mm pásky amorfného kovu) môže byť presúvačmi z výmenníkov, ale tiež účinkom tlakového vzduchu z tlakových nádob periodickým otváraním štvorice ventilov pre každý tepelný prerušovač. Naraz je otvorený vždy výpustný ventil z tlakovej nádoby jednej teplotnej strany a vstupný ventil nízkotlakej nádoby opačnej teplotnej strany. Medzi tlakovou nádobou a nízkotlakovou nádobou je výmenník tepla a čerpadlo. Toto usporiadanie umožňuje použiť výmenník ľubovoľnej veľkosti v teplej alebo studenej časti bez závislosti na veľkosti a pôdorysnom tvare zariadenia.The transfer of hot and cold medium through elements of thermomagnetic material (eg 0.02 mm amorphous metal strips) can be exchangers from exchangers, but also the effect of compressed air from pressure vessels by periodically opening four valves for each thermal breaker. The discharge valve from the pressure vessel of one temperature side and the inlet valve of the low pressure vessel of the opposite temperature side are always open at the same time. There is a heat exchanger and a pump between the pressure vessel and the low pressure vessel. This arrangement makes it possible to use an exchanger of any size in a hot or cold part, regardless of the size and ground plan of the device.
Kvalitné termomagnetické materiály strácajú schopnosť magnetizácie z 90 % pri 5°C zmene. Pri teplotnom spáde vyššom ako 5°C je tepelný prerušovač v smere toku delený a zostavený z termomagnetických materiálov rôznej curieho teploty do kaskád tak, že teplonosná látka pri svojom presune zohrieva každú kaskádu len o jednotkový tepelný spád. Odpadové teplo vyššej kaskády je zdrojom tepla pre nižšiu.Quality thermomagnetic materials lose 90% magnetization at 5 ° C change. At a temperature gradient greater than 5 ° C, the thermal interrupter in the flow direction is split and assembled from thermomagnetic materials of different curie temperatures into cascades so that the heat transfer medium only heats each cascade by a single thermal gradient. The waste heat of the higher cascade is a source of heat for the lower.
Zdrojom tepla a chladu môžu byť aj teplotné oscilačné zdroje, u ktorých je chladiaci faktor (COP) vyšší, než obrátená hodnota účinosti termomagnetického cyklu. Takýto prípad nastáva v magnetokalorickom obvode vedenom kolmo na magnetický tok tepelných prerušovačov. Magnetokalorické pásky vedené cez termomagnetické elementy - pásky s tepelným kontaktom s nimi sa vyznačujú gigantickým magnetokalorickým javom a ich curieho teplota je occa 3°C vyššia než curieho teplota termomagnetických elementov. Pulzujúci magnetický tok z cievky ich zohrieva a chladí bez toho, aby sa prerušoval magnetický tok v magnetokalorickom obvode. Termomagnetický obvod v kolmom smere je zmenami teploty periodicky prerušovaný. Nízka zmena magnetizácie v magnetokalorickom obvode spôsobuje vysoký chladiaci a ohrevný faktor (COP) pri tvorbe a odber tepla a chladu do termomagnetických elementov. Výsledkom je chladiaci efekt celej sústavy a potreba dodávať len teplo teplonosným médiom dodávaným čerpadlom s reguláciou teploty termomagnetických elementov.The source of heat and cold may also be thermal oscillating sources in which the cooling factor (COP) is higher than the inverse of the efficiency of the thermomagnetic cycle. This is the case in a magnetocalor circuit perpendicular to the magnetic flux of thermal breakers. Magnetocaloric tapes routed through thermomagnetic elements - tapes with thermal contact with them are characterized by gigantic magnetocaloric phenomenon and their curie temperature is 3 ° C higher than the curie temperature of thermomagnetic elements. The pulsating magnetic flux from the coil heats and cools them without interrupting the magnetic flux in the magnetocaloric circuit. The thermomagnetic circuit in perpendicular direction is periodically interrupted by temperature changes. A low change in magnetization in the magnetocaloric circuit causes a high cooling and heating factor (COP) in the generation and removal of heat and cold into the thermomagnetic elements. The result is the cooling effect of the entire system and the need to supply only heat to the heat transfer medium supplied by the pump with temperature control of the thermomagnetic elements.
Analogicky - zdrojom tepla a chladu môžu byť elektréty v elektrokalorickom obvode, v ktorom pásky elektrokalorického materiálu ohrievajú termomagnetické elementy s dôsledkom indukcie výstupného napätia v cievke. Vyššie merné teplo pri ohreve pások než pri ich chladení vyvoláva chladiaci efekt s potrebou dodávky tepla čerpadlom.Analogously, the source of heat and cold may be electrodes in an electrocaloric circuit in which the strips of electrocaloric material heat the thermomagnetic elements resulting in induction of the output voltage in the coil. Higher specific heat when heating the tapes than when cooling the tapes produces a cooling effect with the need for heat supply by the pump.
Popis obrázkovDescription of pictures
Na obr. 1 je pôdorysný pohľad na zariadenie zo spodu bez chladičov - zdrojov chladu.In FIG. 1 is a plan view of the device from below without heat sinks.
Na obr.2 je bočný pohľad a čiastkové rezy.Fig. 2 is a side view and partial sectional views.
Na obr.3 je schéma presuvu teplonosného média cez jeden tepelný prerušovač pomocou štvorice ovládaných ventilov a tlakových nádobFig. 3 is a diagram of the transfer of the heat transfer medium through one thermal breaker by means of four actuated valves and pressure vessels
Na obr.4 je schéma ohrevu a chladenia termomagnetických elementov priečnymi páskami z magnetokalorického alebo elektrokalorického materiálu.Fig. 4 is a diagram of heating and cooling the thermomagnetic elements with cross strips of magnetocaloric or electrocaloric material.
Príklad uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Krížový termomagnetický generátor určený pre premenu tepla nízkeho potenciálu geotermálneho alebo solárneho pôvodu na elektrickú energiu v jednej kaskáde dostáva do zdroja tepla 40°C teplú vodu, do zdroja chladu 20°C vlažnú vodu. Termomagnetické elementy v kanáloch tepelných prerušovačov v tvare 0,02 mm pások amorfného kovu sú zo zliatiny MnFePo,45Aso,55, ktorého curieho teplota je cca 305 K. V magnetickom poli o hodnote 1 T materiál stráca 90% magnetizácie pri teplote 305 K, pôvodnú magnetizáciu nadobúda pri 300 K. Po prestupových stratách vo výmenníkoch 11 obr.3 je 307 K v teplých tlakových nádobách 12 a 279 K v studených tlakových nádobách 12'. Spustením ovládania výpustných riadených ventilov 14 a vstupných riadených ventilov 13 v protifázovom režime krížových dvojíc sa docieli periodický ohrev a chladenie termodynamických elementov - pások tepelných prerušovačov 2 a periodické prepólovanie magnetického toku v jadre cievky 7. Pri priereze magnetického obvodu aj jadra cievky 0,01 m2 a frekvencii teplotných kmitov 20 Hz je hydraulický odpor pások termodynamických elementov 105 Pa, pri potrebe vratného toku vody v štyroch tepelných prerušovačoch prierezu 0,1 x 0,1 x 0,02 m a 4.10'3 m3/s, takže sa spotrebuje 400 W na prečerpávanie vody do 1 at tlakových nádob, reálne cca 500 W.A cross-type thermomagnetic generator designed to convert low-potential heat of geothermal or solar origin into electrical energy in one cascade receives 40 ° C hot water and 20 ° C cold water into the heat source. Thermomagnetic elements in channels of thermal breakers in the form of 0.02 mm strips of amorphous metal are made of alloy MnFePo, 45Aso, 55, whose curie temperature is about 305 K. In a magnetic field of 1 T material loses 90% of magnetization at 305 K, magnetization takes place at 300 K. After leakage losses in the heat exchangers 11 of FIG. 3, 307 K is in the hot pressure vessels 12 and 279 K in the cold pressure vessels 12 '. Starting the control of the outlet controlled valves 14 and the inlet controlled valves 13 in the anti-phase mode of the cross pairs will achieve periodic heating and cooling of thermodynamic elements - thermal breaker tapes 2 and periodic polarity reversal of the magnetic flux in the coil core 7. 2 and a frequency of 20 Hz thermal oscillations, the hydraulic resistance of the tapes of thermodynamic elements is 10 5 Pa, with the need for a return water flow in four thermal breakers of 0.1 x 0.1 x 0.02 m and 4.10 3 m 3 / s, so 400 W for pumping water into 1 t of pressure vessels, approx. 500 W.
Výkon generátora je U2/R, pričom U = B.S.f = 2T.10m2.20 Hz = 400 V pri 1000 závitoch cievky 4 Ω jej odporu a 40 Ω celkovej záťaže je celkový elektrický výkon v cievke 160 / 40 = 4 kW. Pri čiastočnom regeneratívnom účinku termomagnetických pások je spotreba tepla Q = 2kg.4200.10K + Q - 84 kW + 16 kW = 100 kW, pričom Q' sú magnetokalorické straty.The generator power is U 2 / R, where U = BSf = 2T.10m 2 .20 Hz = 400 V at 1000 turns of 4 Ω coil resistance and 40 Ω of total load, the total electrical power in the coil is 160/40 = 4 kW. In the partial regenerative effect of thermomagnetic tapes, the heat consumption is Q = 2kg.4200.10K + Q - 84 kW + 16 kW = 100 kW, with Q 'being the magnetocaloric losses.
Úšinnosť premeny energie v zariadení bude :The energy conversion efficiency of an installation shall be:
5kW = = 5 čo je 3,5 %5kW = = 5 which is 3.5%
100ÄJF100ÄJF
Vzhľadom na lacno získané teplo (čierne hadice, bežná geotermálna voda) je to vyhovujúca účinnosť.Given the cheaply obtained heat (black hoses, common geothermal water), this is satisfactory efficiency.
Iné prevedenia účinnosť výrazne zvyšujú vzhľadom na kaskády pri vyššom teplotnom spáde a nižší podiel strát z výmenníkov, vzhľadom na progresívne termodynamické efekty oscilátorov magnetokalorických a elektrokalorických vyhotovení.Other embodiments significantly increase efficiency with respect to cascades at a higher temperature gradient and a lower proportion of heat exchanger losses, due to the progressive thermodynamic effects of magnetocaloric and electrocaloric oscillators.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK107-2006A SK1072006A3 (en) | 2006-07-27 | 2006-07-27 | Cross thermo-magnetic generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK107-2006A SK1072006A3 (en) | 2006-07-27 | 2006-07-27 | Cross thermo-magnetic generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK1072006A3 true SK1072006A3 (en) | 2008-03-05 |
Family
ID=39145254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK107-2006A SK1072006A3 (en) | 2006-07-27 | 2006-07-27 | Cross thermo-magnetic generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK1072006A3 (en) |
-
2006
- 2006-07-27 SK SK107-2006A patent/SK1072006A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8646280B2 (en) | Heat-power conversion magnetism devices | |
US8729718B2 (en) | Thermomagnetic generator | |
JP5027653B2 (en) | Heating apparatus and method using electromagnetic heat material | |
US4916907A (en) | Magnetocaloric monostable and bistable inductors for electrical energy and refrigeration | |
US6935121B2 (en) | Reciprocating and rotary magnetic refrigeration apparatus | |
CN102734977A (en) | Magnetic refrigerating device based on repetitive pulsed magnetic field | |
CN109764575A (en) | A kind of thermoelectric cooling and magnetic cooling couple device | |
CN202648242U (en) | Magnetic refrigeration device based on repetitive pulse magnetic field | |
CN105202799A (en) | Static room-temperature magnetic refrigerator and refrigerating method thereof | |
US20110061399A1 (en) | Heat-power conversion magnetism devices | |
CN108679875B (en) | Room temperature magnetic refrigeration system with multiple refrigeration temperature areas | |
JP2012177499A (en) | Magnetic temperature control apparatus | |
SK1072006A3 (en) | Cross thermo-magnetic generator | |
CN109506389B (en) | Magnetic refrigeration heat exchange system | |
CN101728990A (en) | Method for generating electricity by utilizing temperature difference | |
US8082740B2 (en) | Apparatus and methods of transferring heat with a differential magneto-thermal force | |
CN106286004B (en) | A kind of polyphase ac thermal-magnetic power generation system of Thermoacoustic engine | |
Molla et al. | Water cooled chiller based HVAC system used in a linear generator for oceanic wave energy conversion | |
CN105849479A (en) | Magnetocaloric thermal generator and method of cooling same | |
US20110315348A1 (en) | Magnetocaloric heat generator | |
CN101710781A (en) | Curie point oscillation power generation method and device | |
CN115435508B (en) | Thermoelectric and electromagnetic composite all-solid-state refrigerating device | |
Saad et al. | Magneto-caloric-effect-based quasi-static cooling system | |
CN113062837B (en) | Thermomagnetic power generation device for waste heat recovery | |
CN117155166A (en) | Novel high-power thermomagnetic generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FD9A | Suspended procedure due to non-payment of fee |