Магнитотепловые преобразователи

В магнитотепловых преобразователях используется явление изменения ферромагнитными телами магнитных свойств при нагревании и последующем охлаждении.

Схема получения электрической энергии в магнитотепловом и термомагнитном генераторах представлена на рис. 4.4.1.

Источник тепла		Магнитотепловой или термомагнитный преобразователь		Охладитель

Рис. 4.4.1. Схема преобразования тепла в электрическую энергию в магнитотепловом и термомагнитном генераторах

В магнитотепловом генераторе используется изменение намагни-ченности ферромагнитных тел в широких пределах при их нагревании вплоть до перехода в парамагнитное состояние при достижении температуры Кюри.

Простая конструкция генератора – это индукционная катушка с ферромагнитным сердечником, который периодически подвергается нагреву и охлаждению. При этом будет изменяться его магнитный поток и в катушке будет индуктироваться ЭДС. Существуют различные конструкции магнитотепловых генераторов, в которых обмотка намотана на постоянный магнит, а нагреванию и охлаждению подвергается шунт из магнитно-мягкого материала, расположенного в зазоре постоянного магнита (рис. 4.4.2), или аналогичная конструкция, но обмотка намотана на шунт, и т. п.

Рис. 4.4.2. Схема магнитотеплового генератора: 1 – обмотка; 2 – постоянный магнит; 3 – магнитный шунт

При экспериментальных исследованиях было определено, что максимальный КПД такого типа генераторов не превышает 0,55 КПД цикла Карно, а удельная мощность на единицу массы – около 7 Вт/кг. Однако из-за отсутствия общепризнанной теории магнитотепловых генераторов эти цифры считаются приближенными.

Конструкция простейшего магнитотеплового двигателя представлена на рис. 4.4.3. Статор 1 – постоянный магнит, ротор 2 имеет форму диска. Источник тепла нагревает ферромагнитный ротор в зоне 3, близкой к магнитам. Ротор выполнен из чувствительного материала, магнитная проводимость которого изменяется с повышением температуры. Зона ротора за полюсами подвергается охлаждению. Из-за этого имеет место разница температур входящих и выходящих из-под полюсов частей ротора.

Рис. 4.4.3. Схема магнитотеплового двигателя: 1 – статор (постоянный магнит);

2 – ротор из термочувствительного материала;

3 – участок ротора, нагретый до температуры Кюри

Когда температура нагретого участка достигает точки Кюри, магнит-ная проницаемость этого участка резко уменьшается и в магнитное поле будет втянут холодный участок с высокой магнитной проводимостью. Ротор придет во вращение в сторону прогрева. Чтобы изменить направление вращения, необходимо переместить источник тепла, т. е. прогреть ротор с другой стороны магнитного полюса.

Сила, действующая на единичное поперечное сечение ферромагнит-ного диска, будет пропорциональна разности намагниченностей холодного (J₁) и нагретого до точки Кюри (J₂) участков ротора:

.

Рабочие элементы магнитотепловых двигателей, подвергаемые нагреву, располагаются у одного типа двигателя в роторе, у другого – в статоре, у третьего – это магнитный шунт, расположенный между полюсами электромагнита.

Рабочие элементы изготавливаются из магнито-твердых и магнито-мягких материалов. В жидкостном магнитотепловом двигателе перемещается поступательно проводящая жидкость во взвешенном состоянии. Для шунтов используются переходные элементы типа гадолиния, тулия или их соединенные сплавы.

Источником энергии может быть солнечная энергия, термальные воды, предварительно нагретая жидкость или газообразная масса, электронагрев, лучистая энергия нагретых тел и т. д.

Для того чтобы нагретый до точки Кюри элемент вновь приобрел первоначальные магнитные свойства, его охлаждают естественным воздушным или искусственным путем. Это краткий обзор компоновочных решений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: