Термомагнитный генератор Советский патент 1981 года по МПК H02N11/00 

1

Изобретение относится к преобразованию энергии, в частности, к устройствам для преобразования тепловой энергни в электрическую, основанного на термоциклировании магнитных материалов в FIOCTOянном .магнитном поле, и может использоваться в различны.х электротехнических приборах и конструкциях, работающих при низких температурах.

Известен термомагнитны п генератор, содержащий иодковообразный иостояннын магнит, рабочее тело, помещенное между полюсами магнита, источник тепла, иоглотитель теила и электрическую катушку для снятия выходного напряжения, намотанную на постоянный магнит {.

В качестве рабочего тела в генераторе применяется гадолиний.

Извеетен также термо.магнитный генератор аналогичной конструкции, в котором в качестве рабочего тела применяются железо-родиевые силавы (Fe-Rh), железо-родиевые сплавы с содержанием но крайней мере 20 ат. % другого элемента (Be, Mg, AI, Ga и др.), а также сплавы на основе марганца 2.

Эти устройства не иозволяют нолуч1ггь достаточно высокое выходное напряжение, поскольку в качестве рабочих тел применяются материалы, обеспечивающие сравни9

тельно небольиюе и.зменемче удельной намагниченности.

Известен термомагнитный генератор, содержаншй постоянный магнит, между полюсами которого размен1ен сердечник с катущкой так, что магнитное ноле направлено по оси катущкп, источник тепла и поглотитель тепла 3.

Сердечник (рабочее тело) в известном 1-енераторе выполнен из никеля, Измеиение магнитного потока нрн термоциклнровании рабочего тела вблизи точки Кюри (АГ 10°) прпводит к появлению вы.ходного напряжения в электричеекой катущке.

Недостатком известного устройства являетея низкое выходное напряжение, обусловленное небольшим изменением удельной

, „ ГС СМ

;гамагниченности раоочего тела (

в магнитном поле 0,5 кЭ).

Целью изобретения является повышение выходного напряжения путем увеличения пределов изменения удельной намагниченности рабочего тела.

Поставленная цель достигается тем, что в тсрмомагнитном генераторе, содержащем постоянный магннт, между полюсамп которого размещен сердечник с катущкой так, что магнитное поле направлено но оси

3

катушки, источник теила и поглотитель тепла, сердечник выполнен из дисирозия. Выиолненис рабочего тела из дисирозия, претерневающего ири температуре магнитного фазового иерехода 1 рода, равной 86°К, нревращение тина феррО1магнитное состояние ч: антнферромагнитное состояние, нозволяет значительно иовысить выходное нанрял ение генератора, так как значение индуцируемой ЭДС npii ирочих равных параметрах онределяется изменением намагниченности рабочего тела, а удельная намагниченность диспрозия в ферромагнитном состоянии является максимальной но сравнению с магнитными материалами, исиользуемыми в аналогичных устройствах,составляявеличину

гч/чл 1 С

-- в магнитном поле 0,5 кЭ.

зоо

г

Следовательно, вынолнение рабочего тела из диспрозия позволяет достнчь резкого изменения удельной иамагниченности рабочего тела нри термоциклировании - практически от нуля в антиферромагнитном соГС СМ

в ферромагнитном.

стоянии до 300

На чертеже схематически изображен термомагнитный генератор.

Генератор содерж гг сердечник (рабочее тело) 1 из поликристаллического диспрозия, помен1,енный между полюсами ностоянного магнита 2, источник 3 тепла (окружающая среда) и поглотитель 4 тепла (жндкнй азот). Электрическая катуи1ка 5 намотана вокруг сердечника так, что магнитное поле направлено вдоль ее оси.

Устройство работает следую1пим образом.

Рабочее тело 1 охлаждают с иомоихыо поглотителя 4 тепла до температуры 77°К в магнитном поле 0,5 кЭ, создаваемом постоянным магнитом 2. Намагниченность единицы объема рабочего тела 1 имеет при этом практически максимальпое значение М М 2500 гс, где значение намагниченности единицы объема диспрозия в состоянии насыщения. Затем рабочее тело нагревают с помоп|ью источника 3 тепла до температуры выше 86°К. При этом материал переходит ил ферромагнитного состояния в антиферромагнитное. Намагниченность диспрозия в антиферромагнитном состоянии практически равна нулю. Следовательно, рабочее тело 1 изменяет свою намагничеиность на величину ДМ М,, 2500 ГС.

4

PiaMcneHi-ic памаппшенпостп рабочего тела, вызывая изменеппе магнитного потока, пронизыва ощего нитки электрической катушки 5, приводит к возникновению в ней электродвпжуи1ей силы. Периодическое охлал дение и нагревание сердечника (термоциклирование) ириводит к возникновению периодической ЭДС, среднее значение которой, снимаемое с электрической катушки, может быть подсчптаио ио формуле:

4л- Mv-5-Л

р Л

где К - коэффициепт, учитываюпип рассеJ5яние магнитного гготока;

My - намагниченность материа; а в состоянии насыщения; с - скорость света;

т-время нагрева (охлаждения), не20обходимое для иерехода рабочего

тела из одного магнитного состояния в другое;

S - плоп1адь сечения образна в плоскости, перпендикулярной направ25лению магнпт}гого поля;

д - число витков электрической кату HI ки.

При /( 0,3; Н 0,5 кЭ; .М, 2500 гс; т 5 с; S 6 и JV - 1000, термомаг3(5 нитный дает среднее значение ЭДС, равное е 1,15 мВ, т. е. позволяет повысить выходное напряжение, но сравнению с известными устройствами при прочих равных параметрах, примерно на полтора по35 рядка.

Форму л а и 3 о б 1) е т е н и я

Термомагнитный генератор, содержащий 0 постоянный магнит, между нолюсами которого размещен сердечник с катушкой так, что магнитное поле направ,1ено по оси катушки, источник тепла и поглотитель теила, о т л и ч а ю п и и е я тем, что, с целью 5 повышения выходного напряжения путем увеличения пределов изменения удельной намагниченности рабочего те., сердечник выполнен из диспрозия.

Источники информации, г/, принятые во внимапие при экспертизе

1.США, J. of Appl. Phys. V. 30, № 11, 1959, p. 1774.

2.Патент США № 3274405, кл. 310-4, с- опублик. 1966.

3.США, J. of Appl. Phys. V. 30, № 10, 1959, p. 1622 (прототип).