[发明专利]将热能转换成电能或将电能转换成热能的机器

说明书

本发明涉及一种用于将来自自由热沉积的热能转换为电能的机器(1)。所述机器使用特定材料的在经受相对于其居里温度(Tc)的温度变化时的磁相变特性。所述机器包括磁热转换器(2)，所述磁热转换器(2)设置有固定定子(S)和可动转子(R)，所述固定定子(S)设置有由所述材料制成的作用元件(4)，所述可动转子设置有磁极(5)和非磁极(5')。所述机器包括传热流体的闭合的流体回路(6)，所述流体回路经由热交换器(E1、E2)与不同温度(T1、T2)的两个热源(S1、S2)联接以及与定子(S)联接，以将收集的热能传递到作用元件(4)。同步系统使得作用元件(4)可以经受交替的热循环，以便在所述转子(R)和所述定子(S)之间产生永久磁失衡，以及产生所述转子(R)的运动，所述运动产生可以转换成电能的机械能。所述转换机(1)也可以反向操作，即作为磁冷产生器操作。

技术领域

本发明涉及一种将热能转换成电能或反之将电能转换成热能的机器，所述转换机包括至少一个磁热转换器，所述磁热转换器被配置为用于将温度变化转换成机械能或将磁场变化转换成热能。

本发明特别关注的是将热(包括废热)转换成电能。“热”是指热的(即温度高于绝对零度(0开尔文))所有热源。本发明更特别地涉及温度在-100℃和+100℃之间的热。

本发明还关注使用为转换废热而研发的技术来从机械能或电能产生热能。因此，本发明涉及一种可逆的转换机，即能够根据两种反向操作模式作用的可逆转换机。

背景技术

废热(也称为即逝能量)对应于通过不是主要目的的方法产生的热能，并且其中产生的热不被回收而是被释放到大气或任何其它环境中。根据ADEME(法国生态过渡机构)在2017年9月进行的研究，法国工业具有109.5TWh(垓瓦小时)的废热潜力，即法国工业燃料消耗的36％，其中56.6TWh在低于100℃时损失。除此之外，污水处理厂、家庭垃圾焚烧厂、数据中心、医院和其它三级场所也会释放8.4TWh的热。

在工业中，我们可以以示例的方式引用可燃物在炉中的燃烧过程，其有用能量仅为20％至40％。因此，如果不回收，则由该炉产生的热的剩余60％至80％是废热。该示例扩展到来自热电站、核电站、水泥厂、太阳能热电站、气体液化处理(该列表不是详尽的)的所有其它热源。

取决于工业处理，废热可以具备若干形式：气态散发物(例如，炉烟)、液体排放物(例如，锅炉)或扩散排放物(例如，热系统中的绝缘泄漏)。废热温度的范围很广，从-100℃到超过+500℃。

对于温度高于150℃的废热，存在许多用于通过热转换(Rankin循环、基于Seebeck效应的反向热电转换、熔盐等)发电的技术。这些技术特别昂贵和复杂，并且不是成本有效的，也不足够有效地再循环温度低于100℃的废热(也称为“低级热排放”)。

对于低等级热排放，与卡诺循环的产率相比，现有技术仅提供小于30％的低转换率。公开US 2015/0295469 A1和US 9,998,036 B2提出了一种基于某些金属材料的磁相变的技术，但限于使用液体排放形式的废热。该技术难以实施、繁琐、效率非常低，因此其应用受限。实际上，与卡诺循环的产率相比，对于小于20％的转换率，该技术需要高的液体排放消耗。迄今为止，它尚未在工业上开发。

面对能源转变的挑战，来自所有部门(工业、第三产业和住宅)的废热回收和再循环构成了显著的节能潜力，因此，通过大幅减少向大气中的热散发，对全球变暖的影响显著降低。此外，废热是全世界广泛可用的热能来源。

此外，目前还没有基于某些金属材料的磁相变的技术，该技术是可逆的并且能够在第一操作模式中从热能产生电能并且在第二操作模式中从电能产生热能，特别是用于空调、制冷、加热、回火、干燥或类似应用。

发明内容