热磁发电装置.pdf

《热磁发电装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热磁发电装置.pdf（13页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911337402.X (22)申请日 2019.12.23 (71)申请人 中国科学院理化技术研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路29 号 (72)发明人 蒋超罗二仓 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 吴欢燕 (51)Int.Cl. H02N 11/00(2006.01) (54)发明名称 热磁发电装置 (57)摘要 本发明涉及热能发电技术领域， 公开了一种 热磁发电装置， 包括热磁转换单元； 热磁转换单 元包括换热管。

2、和在换热管内往复流动的换热工 质， 换热管包括室温段、 高温段和位于室温段和 高温段之间的热磁段； 热磁段内设有热磁材料组 件， 流经室温段的换热工质用以冷却热磁材料组 件至居里温度以下， 流经高温段的换热工质用以 加热热磁材料组件至居里温度以上； 室温段和热 磁段之间还设有低温缓冲段， 热磁段和高温段之 间还设有高温缓冲段， 换热工质往复流动的行程 小于室温段与高温段之间的距离， 大于热磁段的 长度。 本发明提供的装置， 能够减少室温段和高 温段之间的窜热损失， 提高热磁发电过程的热能 利用率， 提高整机的能量转换效率及功率。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 110971143 。

3、A 2020.04.07 CN 110971143 A 1.一种热磁发电装置， 其特征在于， 包括热磁转换单元； 所述热磁转换单元包括换热管 和在所述换热管内往复流动的换热工质， 所述换热管包括室温段、 热磁段和高温段， 所述热 磁段位于所述室温段和所述高温段之间； 所述热磁段内设有热磁材料组件， 流经所述室温段的所述换热工质用以冷却所述热磁 材料组件至居里温度以下， 流经所述高温段的所述换热工质用以加热所述热磁材料组件至 居里温度以上； 所述室温段和所述热磁段之间还设有低温缓冲段， 所述热磁段和所述高温 段之间还设有高温缓冲段， 所述换热工质在所述换热管内往复流动的行程小于所述室温段 与所述。

4、高温段之间的距离， 并大于所述热磁段的长度。 2.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 沿所述换热管的轴线方向， 所述 换热工质在所述换热管内往复流动的行程为X0， 所述室温段与所述高温段之间的距离为L， 所述低温缓冲段的长度为Lc， 所述高温缓冲段的长度为Lh， 所述热磁段的长度为Lt， 则X0 L， LLc+Lh+Lt， 设LrLX0， Lr满足以下条件： LrLc， LrLh。 3.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述换热管为U型管， 所述装置包 括两组所述热磁转换单元， 一组所述热磁转换单元设置于所述U型管的一侧的直管部位， 另 一组所述热磁转换单元对应设。

5、置于所述U型管的另一侧的直管部位。 4.根据权利要求3所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述装置还包括设置于所述U型 管的两侧的直管部位之间的磁电转换单元； 设于所述U型管的一侧直管部位的一组所述热磁转换单元内的所述热磁材料组件为第 一热磁组件， 对应设于所述U型管的另一侧直管部位的另一组所述热磁转换单元内的所述 热磁材料组件为第二热磁组件； 所述磁电转换单元包括第一硅钢片、 第二硅钢片、 第一永磁 体和第二永磁体； 所述第一热磁组件、 所述第一永磁体、 所述第二永磁体和所述第二热磁组 件依次间隔设置于所述第一硅钢片和所述第二硅钢片之间， 且均与所述第一硅钢片和所述 第二硅钢片形成磁路连接；。

6、 环绕所述第一硅钢片在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的第一连接部设有第 一感应线圈， 环绕所述第二硅钢片在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的第二连接部 设有第二感应线圈。 5.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述热磁段有两个， 包括第一热 磁段和第二热磁段； 所述室温段有两个， 包括第一室温段和第二室温段； 所述第一室温段、 所述第一热磁段、 所述高温段、 所述第二热磁段和所述第二室温段依 次间隔设置； 所述第一室温段和所述第一热磁段之间为第一低温缓冲段， 所述第一热磁段 和所述高温段之间为第一高温缓冲段， 所述第二室温段和所述第二热磁段之间为第二低温 缓冲段， 所述第。

7、二热磁段和所述高温段之间为第二高温缓冲段。 6.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述装置还包括热声发动机， 所 述热声发动机包括谐振管和气库， 所述换热管的一端与所述谐振管连接， 所述换热管的另 一端与所述气库连接， 所述热声发动机用以驱动所述换热工质往复流动。 7.根据权利要求3所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述装置还包括第一热声发动机 和第二热声发动机， 所述U型管的一端端口与所述第一热声发动机的输出端口连接， 所述U 型管的另一端端口与所述第二热声发动机的输出端口连接； 所述第一热声发动机和所述第二热声发动机的运行相位相差180 ， 以驱动所述换热工 权利要求书 。

8、1/2 页 2 CN 110971143 A 2 质往复流动。 8.根据权利要求3所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述装置还包括往复电机和气 缸， 所述气缸内设有活塞， 所述活塞将所述气缸分为第一气室和第二气室， 所述第一气室与 所述U型管的一端连接， 所述第二气室与所述U型管的另一端连接， 所述往复电机驱动所述 活塞在所述气缸内往复运动。 9.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述热磁材料组件包括级联的多 组热磁片， 多组所述热磁片具有不同的居里温度， 轴向相连的所述热磁片交错排列。 10.根据权利要求1所述的热磁发电装置， 其特征在于， 所述高温段与高温热源连接， 所 。

9、述高温热源为工业废热热源或太阳能热源。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110971143 A 3 热磁发电装置 技术领域 0001 本发明涉及热能发电技术领域， 特别是涉及一种热磁发电装置。 背景技术 0002 现有的发电技术大多只能利用温度较高的热源， 对于工业废热等低品位热源， 目 前还没有比较高效且已投入实用的发电技术。 对于工业废热， 其不仅是一种能源， 如果没有 被很好地利用， 也是一种热污染。 因此， 开发高效的余热发电技术对于节能减排具有重要意 义。 0003 热磁发电是一种具有良好应用前景的余热发电技术。 热磁发电技术利用热磁材料 在居里温度附近的相变来最终实现热能到电能的。

10、转换。 具体来说， 当热磁材料处于居里温 度以下时， 其为铁磁态， 磁导率很大； 而当其被加热到居里温度以上时， 热磁材料会转变为 顺磁态， 磁导率大为减小。 如果把热磁材料连接到磁路中， 对热磁材料周期性地加热和冷 却， 使其温度在居里温度上下一定范围为内周期性波动， 那么热磁材料就起到一个近似于 磁路开关的作用， 与热磁材料串联的磁路中的磁通量就会周期性地变化， 从而能够在缠绕 于磁路上的线圈中产生感应电动势。 现有的热磁发电机热能利用率不高， 在使用过程中会 产生较大的热损失， 使整机的能量转换效率较低。 发明内容 0004 本发明实施例提供一种热磁发电装置， 用以解决现有的热磁发电机热。

11、能利用率不 高， 在使用过程中会产生较大的热损失， 使整机的能量转换效率较低的问题。 0005 本发明实施例提供一种热磁发电装置， 包括热磁转换单元； 所述热磁转换单元包 括换热管和在所述换热管内往复流动的换热工质， 所述换热管包括室温段、 热磁段和高温 段， 所述热磁段位于所述室温段和所述高温段之间； 0006 所述热磁段内设有热磁材料组件， 流经所述室温段的所述换热工质用以冷却所述 热磁材料组件至居里温度以下， 流经所述高温段的所述换热工质用以加热所述热磁材料组 件至居里温度以上； 所述室温段和所述热磁段之间还设有低温缓冲段， 所述热磁段和所述 高温段之间还设有高温缓冲段， 所述换热工质在。

12、所述换热管内往复流动的行程小于所述室 温段与所述高温段之间的距离， 并大于所述热磁段的长度。 0007 其中， 沿所述换热管的轴线方向， 所述换热工质在所述换热管内往复流动的行程 为X0， 所述室温段与所述高温段之间的距离为L， 所述低温缓冲段的长度为Lc， 所述高温缓冲 段的长度为Lh， 所述热磁段的长度为Lt， 则X0L， LLc+Lh+Lt， 设LrLX0， Lr满足以下条 件： LrLc， LrLh。 0008 其中， 所述换热管为U型管， 所述装置包括两组所述热磁转换单元， 一组所述热磁 转换单元设置于所述U型管的一侧的直管部位， 另一组所述热磁转换单元对应设置于所述U 型管的另一侧。

13、的直管部位。 0009 其中， 所述装置还包括设置于所述U型管的两侧直管部位之间的磁电转换单元； 说明书 1/7 页 4 CN 110971143 A 4 0010 设于所述U型管的一侧直管部位的一组所述热磁转换单元内的所述热磁材料组件 为第一热磁组件， 对应设于所述U型管的另一侧直管部位的另一组所述热磁转换单元内的 所述热磁材料组件为第二热磁组件； 所述磁电转换单元包括第一硅钢片、 第二硅钢片、 第一 永磁体和第二永磁体； 所述第一热磁组件、 所述第一永磁体、 所述第二永磁体和所述第二热 磁组件依次间隔设置于所述第一硅钢片和所述第二硅钢片之间， 且均与所述第一硅钢片和 所述第二硅钢片形成磁路。

14、连接； 0011 环绕所述第一硅钢片在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的第一连接部设 有第一感应线圈， 环绕所述第二硅钢片在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的第二连 接部设有第二感应线圈。 0012 其中， 所述热磁段有两个， 包括第一热磁段和第二热磁段； 所述室温段有两个， 包 括第一室温段和第二室温段； 0013 所述第一室温段、 所述第一热磁段、 所述高温段、 所述第二热磁段和所述第二室温 段依次间隔设置； 所述第一室温段和所述第一热磁段之间为第一低温缓冲段， 所述第一热 磁段和所述高温段之间为第一高温缓冲段， 所述第二室温段和所述第二热磁段之间为第二 低温缓冲段， 所述第二热磁段和。

15、所述高温段之间为第二高温缓冲段。 0014 其中， 所述装置还包括热声发动机， 所述热声发动机包括谐振管和气库， 所述换热 管的一端与所述谐振管连接， 所述换热管的另一端与所述气库连接， 所述热声发动机用以 驱动所述换热工质往复流动。 0015 其中， 所述装置还包括第一热声发动机和第二热声发动机， 所述U型管的一端端口 与所述第一热声发动机的输出端口连接， 所述U型管的另一端端口与所述第二热声发动机 的输出端口连接； 0016 所述第一热声发动机和所述第二热声发动机的运行相位相差180 ， 以驱动所述换 热工质往复流动。 0017 其中， 所述装置还包括往复电机和气缸， 所述气缸内设有活塞，。

16、 所述活塞将所述气 缸分为第一气室和第二气室， 所述第一气室与所述U型管的一端连接， 所述第二气室与所述 U型管的另一端连接， 所述往复电机驱动所述活塞在所述气缸内往复运动。 0018 其中， 所述热磁材料组件包括级联的多组热磁片， 多组所述热磁片具有不同的居 里温度， 轴向相连的所述热磁片交错排列。 0019 其中， 所述高温段与高温热源连接， 所述高温热源为工业废热热源或太阳能热源。 0020 本发明实施例提供的热磁发电装置， 通过热磁转换单元进行热能到磁能的转换。 热磁材料组件的温度将随着换热工质在换热管内的往复流动而在居里温度上下一定范围 内产生周期性地波动， 从而可以根据热磁发电的原。

17、理产生感应电动势， 完成热能最终到电 能的转换。 换热工质在换热管内往复流动时， 可以在室温段和热磁段之间设置低温缓冲段， 在热磁段和高温段之间设置高温缓冲段， 并使换热工质在换热管内往复流动的行程大于热 磁段的长度， 且小于室温段与高温段之间的距离， 从而可以避免从室温段流出的换热工质 流入高温段， 或者从高温段流出的换热工质流入室温段， 保证热磁材料组件整体的温度在 居里温度附近波动， 减少室温段和高温段之间的窜热损失， 有效提高热磁发电过程的热能 利用率， 提高整机的能量转换效率及功率。 说明书 2/7 页 5 CN 110971143 A 5 附图说明 0021 为了更清楚地说明本发明。

18、实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根 据这些附图获得其他的附图。 0022 图1为本发明实施例提供的热磁转换单元结构及换热工质半个往复周期流动的示 意图； 0023 图2为本发明另一实施例提供的热磁发电装置结构示意图； 0024 图3为本发明另一实施例提供的磁电转换单元结构示意图； 0025 图4为本发明另一实施例提供的通过往复电机驱动换热工质的热磁发电装置结构 示意图； 0026 图5为本发明另一实施例提供的。

19、热磁材料级联的热磁发电装置结构示意图； 0027 图中： 22、 室温段； 221、 第一室温段； 222、 第二室温段； 23、 高温段； 24、 热磁段； 241、 第一热磁段； 242、 第二热磁段； 25、 低温缓冲段； 251、 第一低温缓冲段； 252、 第二低温缓冲 段； 26、 高温缓冲段； 261、 第一高温缓冲段； 262、 第二高温缓冲段； 3、 磁电转换单元； 311、 第 一硅钢片； 312、 第二硅钢片； 321、 第一永磁体； 322、 第二永磁体； 331、 第一感应线圈； 332、 第 二感应线圈； 341、 第一热磁组件； 342、 第二热磁组件； 41、 。

20、反馈管； 42、 主室温端换热器； 43、 热声回热器； 44、 热声加热器； 45、 热缓冲管； 46、 次室温端换热器； 51、 往复电机； 52、 气缸； 53、 活塞。 具体实施方式 0028 下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 以下实施 例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。 0029 在本发明的描述中， 需要说明的是， 术语 “中心” 、“纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、 “前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底”“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了。

21、便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对 本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、“第三” 等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或 暗示相对重要性。 0030 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是 两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以视。

22、具体情况理解上述术语在 本发明中的具体含义。 0031 此外， 在本发明的描述中， 除非另有说明，“多个” 、“多根” 、“多组” 的含义是两个或 两个以上。 0032 如图1-图5所示， 本发明实施例提供了一种热磁发电装置， 包括热磁转换单元。 热 磁转换单元包括换热管和在换热管内往复流动的换热工质， 换热管包括室温段22、 热磁段 24和高温段23， 热磁段24位于室温段22和高温段23之间。 热磁段24内设有热磁材料组件， 流 说明书 3/7 页 6 CN 110971143 A 6 经室温段22的换热工质用以冷却热磁材料组件至居里温度以下， 流经高温段23的换热工质 用以加热热磁材料组。

23、件至居里温度以上； 换热工质在换热管内往复流动的行程小于室温段 22与高温段23之间的距离， 并大于热磁段24的长度； 室温段22和热磁段24之间还设有低温 缓冲段25， 热磁段24和高温段23之间还设有高温缓冲段26。 0033 本发明实施例提供的热磁发电装置， 通过热磁转换单元进行热能到磁能的转换。 换热工质在换热管内往复流动， 如图1所示， 换热管包括室温段22、 热磁段24和高温段23， 室 温段22用于冷却换热工质， 换热工质流过室温段22时将放热降温形成温度较低的冷流体 (图1中C所示)； 高温段23用于加热换热工质， 换热工质流过高温段23时将吸热升温形成温 度较高的热流体(图1。

24、中H所示)。 需要指出， 图1给出了本发明实施例提供的热磁转换单元结 构示意图， 及相对应的换热工质在t0、 tT/4和tT/2的半个往复周期的流动示意图。 随 着换热工质在换热管内的往复流动， 热磁段24将交替浸没于冷流体和热流体。 当热磁段24 浸没于冷流体时， 热磁材料组件将被冷流体冷却至居里温度以下； 当热磁段24浸没于热流 体时， 热磁材料组件将被热流体加热至居里温度以上； 即热磁材料组件的温度将随着换热 工质在换热管内的往复流动而在居里温度上下一定范围内产生周期性地波动， 从而可以根 据热磁发电的原理产生感应电动势， 完成热能最终到电能的转换。 0034 换热工质在换热管内往复流动。

25、时， 可以在室温段22和热磁段24之间设置低温缓冲 段25， 在热磁段24和高温段23之间设置高温缓冲段26， 并使换热工质在换热管内往复流动 的行程大于热磁段24的长度， 且小于室温段22与高温段23之间的距离， 从而可以避免从室 温段22流出的换热工质(即冷流体)流入高温段23， 或者从高温段23流出的换热工质(即热 流体)流入室温段22， 保证热磁材料组件整体的温度在居里温度附近波动， 减少室温段22和 高温段23之间的窜热损失， 有效提高热磁发电过程的热能利用率， 提高整机的能量转换效 率及功率。 0035 进一步地， 一个具体实施例中， 沿换热管轴线方向， 换热工质在换热管内往复流动。

26、 的行程为X0， 室温段22与高温段23之间的距离为L， 低温缓冲段25长度为Lc， 高温缓冲段26长 度为Lh， 热磁段24长度为Lt， 则有LtX0L， LLc+Lh+Lt， 设LrLX0。 换热工质在冷流体和 热流体之间将形成一个长度为Lr、 能够产生回热作用的回热区(图1中R所示)， 此回热区在 换热管内往复流动的一个周期T中， (理想情况下)将既没有进入室温段22， 也没有进入到高 温段23。 如图1所示， 在t0时刻， 往复流动的换热工质处于下止点， 高温段23与高温缓冲段 26之间的分界线所对应的换热工质界线可以认为是回热区的热端截止线； 在tT/2时刻， 往复流动的换热工质处于。

27、上止点， 室温段22与低温缓冲段25之间的分界线所对应的换热工 质界线可以认为是回热区的冷端截止线。 换热工质在热端截止线和冷端截止线之间的部分 即为回热区， 此回热区随着换热工质的往复流动而在换热管室温段22与高温段23之间距离 为L的区域往复流动。 理论上， Lr越大， 换热工质所起到的回热效果越好。 当Lr足够大时， 在一 个周期T中， 高温段23的放热换热量可以远小于热磁材料组件的吸热量， 热磁材料组件将主 要与回热段内的换热工质进行热交换， 高效回热的引入可以使得热磁发电的理论效率大大 提高。 另外， 为了保证冷流体对热磁段24的全覆盖， 可以使LrLh； 为了保证热流体对热磁段 2。

28、4的全覆盖， 可以使LrLc。 0036 一个具体实施例中， 如图2所示， 换热管为U型管， 装置包括两组热磁转换单元， 一 组热磁转换单元设置于U型管一侧的直管部位， 另一组热磁转换单元对应设置于U型管另一 说明书 4/7 页 7 CN 110971143 A 7 侧的直管部位。 0037 进一步地， 一个具体实施例中， 装置还包括设置于U型管两侧直管部位之间的磁电 转换单元3， 如图3所示。 设于U型管一侧直管部位的一组热磁转换单元内的热磁材料组件为 第一热磁组件341， 对应设于U型管另一侧直管部位的另一组热磁转换单元内的热磁材料组 件为第二热磁组件342。 磁电转换单元3包括第一硅钢片。

29、311、 第二硅钢片312、 第一永磁体 321和第二永磁体322； 第一热磁组件341、 第一永磁体321、 第二永磁体322和第二热磁组件 342依次间隔设置于第一硅钢片311和第二硅钢片312之间， 且均与第一硅钢片311和第二硅 钢片312形成磁路连接； 环绕第一硅钢片311在第一永磁体321和第二永磁体322之间的第一 连接部设有第一感应线圈331， 环绕第二硅钢片312在第一永磁体321和第二永磁体322之间 的第二连接部设有第二感应线圈332。 进一步地， 如图3所示的结构， 第一硅钢片311和第二 硅钢片312可以是上下对称设置的， 第一永磁体321和第二永磁体322、 第一热。

30、磁组件341和 第二热磁组件342可以是左右对称设置的。 0038 本发明实施例提供的热磁发电装置磁电转换单元3， 两个永磁体作为磁场源， 两个 热磁材料组件作为磁路 “开关” ， 硅钢片作为连接磁路的 “导线” ， 而感应线圈用于感应出电 动势。 在工作时， 当第一热磁组件341被加热、 第二热磁组件342被冷却时， 第一热磁组件341 呈顺磁态， 第二热磁组件342呈铁磁态， 则绝大部分磁感应线会通过第二热磁组件342回到 永磁体的S极； 当第一热磁组件341被冷却、 第二热磁组件342被加热时， 则刚好相反。 在这样 一个周期中， 每一个热磁材料组件被交替地加热和冷却， 与其连接的磁路交。

31、替地被 “切断” 和 “连通” ， 把线圈绕在磁路上， 感应线圈中的磁通量在正向的最大值和反向的最大值之间 变化， 由此可以在感应线圈中感生出电动势。 该磁电转换单元3磁路结构的特点在于， 由于 使用了多磁路并联结构， 并且两个磁路 “开关” 交替地开与关， 磁路的总磁阻始终较小， 有效 地避免了磁散场； 由于使用了双磁源+双 “开关” 的三孔结构， 磁通量在感应线圈的铁芯中实 现了反向， 有效地克服了铁芯的磁滞效应。 这两个特点对于高效地利用磁场有重要意义， 进 而可以更为高效地进行热磁发电。 对应设置于U型管两侧的第一热磁组件341和第二热磁组 件342， 通过换热介质的往复流动， 不但可。

32、以方便地同步实现一侧冷却与另一侧加热， 还可 以以往复流动的周期为周期进行状态切换， 显著减少冷热流体的切换时间， 实现连续高效、 高功率的热磁转换。 0039 一个具体实施例中， 热磁段24有两个， 包括第一热磁段241和第二热磁段242； 室温 段22有两个， 包括第一室温段221和第二室温段222。 第一室温段221、 第一热磁段241、 高温 段23、 第二热磁段242和第二室温段222依次间隔设置； 第一室温段221和第一热磁段241之 间为第一低温缓冲段251， 第一热磁段241和高温段23之间为第一高温缓冲段261， 第二室温 段222和第二热磁段242之间为第二低温缓冲段252。

33、， 第二热磁段242和高温段23之间为第二 高温缓冲段262。 通过在高温段23两侧分别设置热磁段24， 可以更好地利用流过高温段23的 换热工质热流体， 从而提高热能利用效率和发电功率。 需要指出， 还可以进一步设置多个高 温段23， 并在每个高温段23两侧设置热磁段24、 室温段22来进一步提高热能利用效率和发 电功率； 根据换热管内换热工质的不同温度分布， 也可以在不同位置设置具有不同居里温 度的热磁材料组件， 实现能量的梯级利用； 热磁材料组件可以是轴向尺寸较大的板叠， 也可 以是轴向尺寸较小的窄板阵列， 根据热磁材料组件的板厚和换热需求可自行选用。 0040 以图2所示实施例结构为例。

34、， 设置有上下两个磁电转换单元3， 磁电转换过程为： 当 说明书 5/7 页 8 CN 110971143 A 8 换热介质在U型管底部向右运动时， 左侧的第一热磁组件341第一热磁段241和右侧的第二 热磁组件342第二热磁段242被冷却， 左侧的第一热磁组件341第二热磁段242和右侧的第二 热磁组件342第一热磁段241被加热； 则在U型管中， 对于上方的磁电转换单元3， 左边磁路导 通， 对于下方的磁电转换单元3， 右边的磁路导通； 当换热介质往左运动时， 则刚好相反。 这 样， 在一个周期中， 每个磁电转换单元3中的两个永磁体之间的硅钢片连接部经历着磁通量 从正向最大到反向最大的变化。

35、， 绕于其上的线圈产生相应的感应电动势。 0041 一个具体实施例中， 装置还包括热声发动机， 热声发动机包括谐振管和气库， 换热 管的一端与谐振管连接， 换热管的另一端与气库连接， 热声发动机用以驱动换热工质的往 复流动。 0042 进一步地， 一个具体实施例中， 装置还包括第一热声发动机和第二热声发动机， U 型管一端端口与第一热声发动机的输出端口连接， U型管另一端端口与第二热声发动机的 输出端口连接； 第一热声发动机和第二热声发动机的运行相位相差180 ， 以驱动换热工质 的往复流动。 0043 热声发动机是一种外燃式发动机， 能够利用热能产生流体往复运动， 具有能源适 应性好、 无运。

36、动部件、 可靠性高、 工作频率宽等优点。 本发明实施例采用的热声发动机可以 为行波型热声发动机， 包括依次相连并形成行波回路的反馈管41、 主室温端换热器42、 热声 回热器43、 热声加热器44、 热缓冲管45、 次室温端换热器46、 谐振管及气库， 其工作原理为： 热量由热声加热器44进入行波型热声发动机后， 在热声加热器44和主室温端换热器42之间 的热声回热器43两端出现温度差， 在热声回热器43轴向建立起温度梯度， 当该温度梯度大 于临界温度梯度时， 行波型热声发动机产生自激振荡， 内部的气体工质往复运动， 并可以通 过谐振管传递出去， 驱动换热管内换热工质的往复流动。 0044 当。

37、换热管采用U型管时， 可以在U型管的两端均连接热声发动机， 热声发动机无需 包括气库。 此时， 该装置由两个对置的热声发动机驱动换热工质与热磁材料组件换热， 并且 两个热声发动机相位相差180 。 本发明实施例采用热声发动机驱动换热工质进行往复运 动， 可以使得整个热磁发电装置完全没有运动部件， 并且不需要额外消耗电功。 另外， 热磁 转换单元的高温段23与高温热源连接， 高温热源可以为工业废热热源或太阳能热源； 实际 运行时， 还可以把热声发动机的热声加热器44和U型管内的高温段23串联起来， 使高温热源 先驱动热声发动机工作， 再加热热磁材料。 0045 本发明实施例提供的热磁发电装置， 。

38、换热工质的往复流动也可以通过往复电机51 进行驱动。 比如， 如图4所示， 装置包括往复电机51和气缸52， 气缸52内设有活塞53， 活塞53 将气缸52分为第一气室和第二气室， 第一气室与U型管的一端连接， 第二气室与U型管的另 一端连接， 往复电机51驱动活塞53在所述气缸52内往复运动。 采用往复电机51驱动可以更 方便地控制换热工质的往复运动频率和行程， 并且设计更加简单。 往复电机51可以是直线 电机， 也可以是连接上曲柄连杆的旋转电机， 以及其它可以产生往复运动的机构。 0046 一个具体实施例中， 对于换热工质的充注量， 应当使得U型管内液柱的固有频率尽 可能接近整机运行的频率。

39、， 以降低驱动换热工质往复运动所需的功耗。 0047 一个具体实施例中， 热磁材料组件包括级联的多组热磁片， 多组热磁片具有不同 的居里温度， 轴向相连的热磁片交错排列。 比如， 如图5所示， 热磁材料组件由不同居里温度 的热磁材料级联而成， 不同的热磁材料根据其居里温度排列在不同的位置； 并且， 轴向相邻 说明书 6/7 页 9 CN 110971143 A 9 的热磁材料交错排列， 以增加热磁材料间隙流体的湍流度， 这可以有效地加强热磁材料和 换热工质之间的换热； 轴向相邻的热磁材料之间留有一定长度的缓冲区， 以适应对热磁材 料温度波动范围要求的突变； 使用不同居里温度热磁材料级联相较于使。

40、用单种热磁材料的 优势在于， 可以更高效、 便捷地利用温度较高的热源， 并且在同样的热磁材料组件尺寸下， 对换热工质的振幅要求更小。 0048 由以上实施例可以看出， 本发明提供的热磁发电装置， 通过热磁转换单元进行热 能到磁能的转换。 热磁材料组件的温度将随着换热工质在换热管内的往复流动而在居里温 度上下一定范围内产生周期性地波动， 从而可以根据热磁发电的原理产生感应电动势， 完 成热能最终到电能的转换。 换热工质在换热管内往复流动时， 可以在室温段22和热磁段24 之间设置低温缓冲段25， 在热磁段24和高温段23之间设置高温缓冲段26， 并使换热工质在 换热管内往复流动的行程大于热磁段2。

41、4的长度， 且小于室温段22与高温段23之间的距离， 从而可以避免从室温段22流出的换热工质流入高温段23， 或者从高温段23流出的换热工质 流入室温段22， 保证热磁材料组件整体的温度在居里温度附近波动， 减少室温段22和高温 段23之间的窜热损失， 有效提高热磁发电过程的热能利用率， 提高整机的能量转换效率及 功率。 0049 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 7/7 页 10 CN 110971143 A 10 图1 图2 说明书附图 1/3 页 11 CN 110971143 A 11 图3 图4 说明书附图 2/3 页 12 CN 110971143 A 12 图5 说明书附图 3/3 页 13 CN 110971143 A 13 。