[发明专利]一种热声驱动的热磁发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热磁发电装置，特别是一种热声驱动的热磁发电系统。

背景技术

热声发动机具有能源适应性好、无运动部件、可靠性高等优点。它是一种利用热能产生流体往复运动的装置；另外，它的工作频率很宽，一般在几赫兹至上千赫兹。热磁发电机是利用高磁导率材料在居里温度附近磁导率发生巨大变化，从而引起磁回路中通过线圈的磁通量变化，进而产生电能的装置。但是，热磁发电系统需要交替加热和冷却磁性材料，而如何实现磁性材料的快速地加热和冷却是该技术中的难点之一。一般地，如果热磁发电需要产生50Hz的交变频率发电，则需要实现的加热和冷却的频率也要达到50Hz。

中国专利申请200880010226.2公开了一种热磁发电机，如图8所示。它包括导磁材料21、普通导磁体15、16、永磁体14，导磁材料21与永磁体14、导磁体15、16构成磁回路。还包括缠绕在普通导磁体16上的线圈17、用以对导磁材料21进行加热和冷却的设备22、用以进行系统控制的单元23。当加热和冷却设备22对导磁材料21进行加热并且温度超过导磁材料21的居里温度时，导磁材料21导磁率迅速下降，由此引起整个磁回路磁阻发生变化、磁能量也发生变化。由于电磁感应线圈17中产生感应电动势，从而可以输出电功。由于无法解决导率材料21的快速加热与冷却问题，该发电系统工作频率仅为1Hz左右，功率密度较低。同时在传热时需要借助外力实现换热流体的交变运动，机械结构比较复杂，维护等成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有热磁发电机中存在的机械运动部件问题以及难以实现快速换热的问题，从而导致制作难度大、维护成本高、功率密度低、扩展难等问题，而提供了一种热声驱动的热磁发电系统；该热声驱动的热磁发电系统完全无机械运动部件，而且可以实现高频率加热和冷却，具有可靠性高、功率密度高、制作成本低等优点，克服了传统热磁发电技术中存在的问题，在太阳能、生物质热能以及工业废热等利用方面具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的热声驱动的热磁发电系统，其包括热声发动机和安装于所述热声发动机谐振管的热磁发电机；所述热声发动机用于产生交变流动的流体；所述热磁发电机利用交变流动流体的流动将热磁发电机的室温换热器与高温换热器间的热能转换成电能；

所述的热磁发电机包括：

二个室温换热器；

位于该二个室温换热器之间的高温换热器；

安装于所述室温换热器与所述高温换热器之间的至少一个导磁段；所述导磁段由多片导磁材料薄片间隔叠加而成，导磁材料薄片厚度方向上的侧面分别与室温热器及高温换热器接触，所述导磁材料薄片的居里温度小于高温度换热器的温度；

相对放置的一对块状导磁体；

夹装于所述该对块状导磁体之间一端的永磁体；

所述导磁段夹装于所述该对块状导磁体之间的另一端；

所述导磁体上套有线圈；

每一个所述的导磁段与永磁体和所述该对导磁体构成一磁回路并形成一个热磁发电单元；

当所述热声驱动的热磁发电系统中交变流动的流体在所述室温换热器与所述高温换热器之间来回运动时，导磁段的导磁材料薄片将被加热或冷却；当导磁材料温度在居里温度至居里温度之上30℃范围内的磁导率发生变化，从而使得磁回路的磁阻和磁通量发生变化，所述线圈上产生感应电动势，进而热磁发电单元产生并输出电能。

所述的热磁发电机位于谐振管气库入口处或谐振管中部。

所述导磁段沿轴向分成多段，各段导磁段居里温度不同，并且从高温换热器到室温高温换热器的各段导磁段居里温度呈阶梯下降，形成多个热磁发电单元；将多个热磁发电单元的线圈串联或并联联接输出电功。

所述的热磁发电机中的永磁体产生的磁场使用连通直流电的线圈来代替。

所述导磁材料薄片的材质为铁氧体、铁、铁系合金、坡莫合金或非晶态导磁材料，其厚度小于2倍的固体热穿透深度，该深度为其中κ为导磁材料的热扩散系数，ω为流体运动角频率。

所述热声发动机使用气体介质，热磁发电机使用液体介质。所述液体介质为水、导热油或液态金属。

所述热声发动机为环路式行波热声发动机、同轴式行波热声发动机或对置式行波热声发动机。所述热声发动机还可为驻波热声发动机。

本发明的本发明的热声驱动的热磁发电系统具有如下优点：