CN1745484A - 具有电磁热效应异步发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁热效应式异步发电机，所述发电机具有：为产生一沿一第一方向的磁场的装置(4，10)；产生沿一基本垂直于第一方向的第二方向的温度梯度(▽T)的一热源(6)和一冷源(8)，及；至少一元件(2；14)，所述元件具有热电转换性能，布置在一基本垂直于温度梯度(▽T)方向的平面里。所产生的磁场为一沿所述第二方向移动的行波场。各具有热电转换性能的元件在垂直于第二方向的平面内具有一连续形状。

Description

具有电磁热效应异步发电机

技术领域

本发明涉及一电磁热效应式异步发电机。

此处涉及一使用某些材料的热电性能的发生器。所述发生器一方面连接一热源，而另一方面连接一冷源。因而它既可作为一热泵运行，又可以作为一发电机工作。在第一种情况中，发生器能够从所述冷源中获取能量，以便将其传送给热源。在第二种情况下，从热源到冷源进行能量传递并产生电能。

背景技术

文件EP-0 644 599中公布了一热电发电机设备，所述设备利用能斯脱效应，从热能中产生电能。所述设备包括一以具有热电性能的材料实现的转换元件、用于产生磁场的装置、用于产生一垂直于磁场的温度梯度的加热和冷却装置。具有热电性能的所述元件开有孔隙，且所述孔隙的各边缘具有一电极。有磁场和温度梯度时，所述两电极之间出现一电势差。所述设备的缺点在于：两电极之间的电势差最好约1伏。因此必须耦合多个元件，以便获得更大电压。另外，所述设备提供的功率相对较弱。因此能量效率也相当弱。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一发电机，所述发电机利用能斯脱效应，以便获得可以从经济上有利可图的良好效率。

因此，它提出一电磁热效应式异步发电机，包括：

——用于产生一个沿一第一方向的磁场的装置，

——产生在一基本上垂直于第一方向的第二方向上的温度梯度的一热源和一冷源，及

——至少一元件，所述元件具有热电转换性能，布置在一基本上垂直于温度梯度的方向的平面内，

根据本发明，所产生的磁场为一沿所述第二方向前进的行波场；具有热电转换性能的每个元件在垂直于第二方向的平面内呈现连续的形状。

因此在具有热电转换性能的元件处产生一短路电场。从而在为产生一磁场的装置处获得一电流成为可能。在所述发电机装置中，一基本消耗无功功率的信号被发送出，以便产生一磁场，且由于热电转换，可以获得一电流及有功功率。

第一实施方式提出：一根据本发明的发电机包括多个具有热电转换性能的元件，所述各元件呈一环形的形状，且位于一垂直于第二方向的平面里。在另一实施方式中，具有热电转换性能的元件例如为圆柱管的形状，且沿第二方向延伸。

为获得所述设备的更佳效率，为具有热电转换性能的各元件选择一具有有效能斯脱系数的材料。因而建议采用锑化铟(InSb)实现所述元件。

用于产生一磁场的装置例如一方面具有一铁磁芯，而另一方面具有被供给电的绕组形式的电感线圈。

在另一实施变型里，用于产生一磁场的装置具有被供给电的绕组形式的电感线圈，所述电感线圈两个一组相对安置，以便在两对应电感线圈之间的间隙内有至少一个具有热电转换性能的元件。

可以考虑所述发电机装置的自激励。此时，产生的电流一部分用于供给电感线圈。

为提高一根据本发明的发电机的效率，有利地是，电感线圈由超导体绕组制成。

附图说明

本发明的细节及优点从后文参照所附示意图进行的说明中更好地体现出来。附图中：

图1为根据本发明的一发电机的第一实施方式的原理示意图，

图2简略示出图1的发电机的一实施变型，

图3示出图2的发电机的一实施变型，及

图4示出可以实施图1至图3的发电机的自激励的一电路的电路原理图。

具体实施方式

图1示出具有热电转换性能的环形元件2、一磁芯4、一热源6、一冷源8及电感线圈10。

因此，环形元件2一方面承受一温度梯度T，而另一方面承受一磁场H。由于环形元件2的热电性能，因而在所述各环形元件内产生一电场E。所述电场的产生称为能斯脱效应。

在图1所示的实施方式中，可看到，所述设备相对于一纵轴12呈现旋转对称。温度梯度T平行于所述旋转轴线，而磁场H相对于所述轴是径向的。电场根据以下等式确定：

其中，N为能斯脱系数，算符^表示一向量积。在所述条件下，电场E存在于同时垂直于磁场H和温度梯度的任意点上。因此获得电场E的切向循环。

热源6例如可能为由一热电站或类似物产生的一热源。冷源8通过一冷却系统获得。图中未示出的一热绝缘体可以隔绝热源6和冷源8。

电感线圈10被供给交流电，以便利用所述磁核4在环形元件2处产生一磁场H。馈电使得一磁行波相对于轴线12纵向地移动。因而产生一沿所述轴线12的方向移动的滑动磁场。此处，结构类似于环形钠电磁泵的结构。此处，钠液流管被一系列环形元件2取代。此处，选择具有一大的能斯脱系数的材料以便制造所述环形元件。锑化铟(InSb)适合所述应用。

电感线圈10可以是单相的也可为多相，最好为三相。如上所述，它们在环形元件2处产生一正弦形感应行波。所述感应行波称为施感波(onde inductrice)或初级波。所述相对于热电材料的相对运动式波在各环形元件2内感应一自身闭合的多相电流系统。所述电流又再产生称为次级波或电枢反应的感应渐近正弦形分布。所述次级波相对于初级波是静止的。此处一切如同在一实施两同速渐近或旋转场的电机转换器中发生的那样。

所述系统可以以发电机或接收机模式运行。当构成环形元件2的材料的传递参数大于初级场的速度时，所述系统以发电机模式运行。反之则以接收机模式运行。网络和图中所示设备之间交换的电能出现在电感线圈10里，从而电枢和设备的任何其它部分之间不存在任何接触。

此处涉及的传递参数具有速度量纲。它对应N.T，其中N为能斯脱系数，T为温度梯度。就锑化铟而言，在约300K的温度下，有N＝(-5.7e^(T-273)/65-3.2)*10^-5m²K^-1s^-1(根据H.Nakamura，K.Ikeda，S.Yamaguchi，et K.Kuroda的文章《Transport coefficients ofthermoelectric semiconductor InSb in the magnetic field》(磁场中热电半导体InSb的传递系数)J.Adv.Sci.，8(1996)，153(日文))。

此处发现又类似于环形钠电磁泵。事实上，当所述泵以泵模式工作时，在所述泵的绕组里发送一产生渐进磁场的电流，且钠以一低于磁波的渐进速度的速度移动。如果反之流体流动得比初级磁波更快，则泵以发电机模式运行(参见F.JOUSSELLIN及其同事的文章《(induction generator at weak magnetic Reynolds number》(弱磁雷诺数的感应发电机)EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS(欧洲机械报)B/FLUIDS，VOL.8，N°4，1989Gauthier-Villars)。

根据本发明，还可能以电磁热效应式异步接收器模式运行的发电机，根据和一线性变压器相同的原理工作，所述变压器的次级绕组为一短路。在图示实施方式中，所述发电机有一线性结构，因为电感线圈产生一滑移感应。而电枢则是固定的。

这又和现有电机类似，而异步发电机转子由导电体构成(绕线式或笼式转子)，本设备的线性电枢由环形元件(图1)或一管(图2)构成，电枢电流在所述元件或所述管的相同主体中循环。另外，当一旋转电机只有一个电感线圈定子时，根据本发明的发电机优选使用两相对的电感线圈。还可如图1和图2所示，有一面对一磁核4的电感线圈。所述布局的优点在于：一方面方便磁路中的磁通，而另一方面增加在间隙中的感应。因此实施成一更大厚度的间隙。最后，当旋转电机有一固定电感线圈和一转动电枢时，根据本发明的线性发电机可能有以下两定子装置的其中之一：

——电枢比因而假定无限长的电感线圈短：发电机因而称为“长电感线圈式”，

——电感线圈比因而假定无限长的电枢短：发电机因而称为“短电感线圈式”。

在图2的实施方式中，环形元件2被一管14代替。在所述图中，同样有一安放在管14中央的磁核4，由磁核和管形成的组件被有规律地分布在管周边上的电感线圈10环绕着。此处又为一具有一旋转轴12的设备。

管此处也优选地采用锑化铟制成。可以使用其它材料如碲化物和铅、铋、锑化硒或某些硅和锗合金。当然，所述列表并不完全。

和图1的装置一样，此处供电给电感线圈，所述电感线圈优选为三相式，以便在管14里产生一磁行波。当设备以发电机模式工作时在管14里产生的电场，又在电感线圈10里感应一电流。因此，所述电感线圈一方面吸收无功功率PR，另一方面提供由于在热电材料里产生的电场而提供的有功功率PA。

图3示出一类似于图2的实施方式的实施变型。此处，磁核被电感线圈10’代替。所述设备的运行因而类似于前面参照图2所述的运行。在所述图中，还示出一绝缘套16。所述绝缘套的目的在于隔绝热电管14的热，以便不会损坏温度梯度。当然，用于制成所述套16选用的材料是一磁导材料。

可以考虑自励发电机。所述自励可以如上述F.JOUSSELLIN及其同事在文章中公布的那样实施。因而使用电容器以便供电给电感线圈。所述电容器优选地被供给产生的部分电流。图4示出一可以实施所述自励的设备的电路图(节选自上述文章)。此处认为发电机以三相模式工作。因而示出三个感应绕组L，所述各绕组分别对应三相电流的一相。此处所示的绕组为图1至图3所示的一电感线圈10(或10’)的绕组。各绕组不是一纯电感，还示出对应各绕组的一电阻r。图4还示出图2和图3中的管14。V表示绕组在构成管14的热电材料里产生的行波的速度。它大致平行于温度梯度T。数值C和R对应电容量和电阻。它们和绕组的电感值L定义产生管14内的一磁场的振荡频率。

为了提高设备的效率，可考虑使用超导体绕组以便实施电感线圈10。

如上所述，可以用一电感线圈组件(图3)代替磁核。因而使得电感线圈相对。为有更多空间给位于设备内部的电感线圈，还可考虑采用一面的结构。在此情况下，例如可以配备一热电材料板片，优选一平的圆形板片。电感线圈因而径向地延伸在所述板片的两个表面上。因此有一夹在两呈星形布置的电感线圈网之间的热电盘。温度梯度因而也是径向的。例如还可假设加热热电盘的中心，而冷却其边围。当然，热电材料盘中心可以挖空。

本发明并不局限于上述以非限制性实例方式加以描述的实施方式及其实施变型。它还涉及本领域技术人员在后文权利要求的范围内进行的所有实施变型。

Claims (8)

1.一种电磁热效应异步发电机，包括：

——用于产生一个沿一第一方向的磁场的装置(4，10)，

——产生在一基本上垂直于第一方向的第二方向上的温度梯度(T)的一热源(6)和一冷源(8)，及

——至少一元件(2；14)，所述元件具有热电转换性能，布置在一基本上垂直于温度梯度(T)的方向的平面内，

其特征在于，所产生的磁场为一沿所述第二方向前进的行波场；具有热电转换性能的每个元件在垂直于第二方向的平面内呈现连续的形状。

2.按照权利要求1所述的异步发电机，其特征在于，它包括多个具有热电转换性能的元件(2)，所述每个元件呈一环形的形状，且位于垂直于第二方向的一平面上。

3.按照权利要求1所述的异步发电机，其特征在于，它包括一具有热电转换性能的元件(14)，所述元件呈圆柱管状，且沿第二方向延伸。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的异步发电机，其特征在于，采用锑化铟(InSb)实现具有热电转换性能的各元件(2；14)。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的异步发电机，其特征在于，用于产生一磁场的装置一方面具有一铁磁芯(4)，而另一方面具有被供给电的绕组形式的电感线圈(10)。

6.按照权利要求1至4中任一项所述的异步发电机，其特征在于，用于产生一磁场的装置包括被供给电的绕组形式的电感线圈，所述电感线圈两个一组相对安置，以便在两对应电感线圈之间的间隙内有至少一个具有热电转换性能的元件。

7.按照权利要求5或6所述的异步发电机，其特征在于，产生的电流的一部分被用于向电感线圈供电。

8.按照权利要求5至7中任一项所述的异步发电机，其特征在于，电感线圈由超导体绕组制成。

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