離心的製造方法

2023-07-22 02:05:36 3

離心的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種方法和離心機，用於在將熱能轉化為交流電能的閉合迴路能量轉換器中消除將磁性流體中的磁性粒子以子彈形體的形式保持在一起的磁滯力並防止由所述子彈形體導致的對能量轉換器的部件的損壞。
【專利說明】離心機

【技術領域】
[0001] 本發明涉及能量生產領域。更特別地，本發明涉及用於將熱能轉換成電能的能量 轉換器單元（以後有時簡稱為"轉換器"）的部件。

【背景技術】
[0002] 在美國專利US7, 745, 962中，本發明的發明人描述了一種基於鐵磁流體的熱-電 能量轉換器。具有液體的流體特性和固體的磁特性的鐵磁流體包含懸浮在液體介質中的磁 性固體的微小粒子。鐵磁流體是液體載體中的子疇磁性粒子的穩定的膠狀懸浮體。具有約 丨00人（l〇nm)的平均尺寸的粒子塗覆有穩定分散劑（表面活化劑）。典型的鐵磁流體可以 包含5% (按體積計）的磁性固體，10%的表面活化劑和85%的載體（液體）。
[0003] 在國際專利申請W02008/010202中，本發明的發明人描述了 US7,745,962的熱電 能量轉換器，其中鐵磁流體由磁流變懸浮液（MRS)代替，磁流變懸浮液也熟知為磁流變流 體（MRF)。MRS是平均顆粒直徑d為約5至10 μ m的粒子（通常是鐵或鎳）顆粒的懸浮液， 該直徑d約是鐵磁流體中使用的磁性顆粒的直徑的約500至1000倍。這些粗（course)磁 性顆粒在實踐中用於拋光、磁疇界壁的可視化，用在磁性離合器、制動機構等中。MRS的技術 應用是基於它們在磁場下凝結的特性。與鐵磁流體的子疇磁性顆粒相反，MRS的大粒子部 具有它們自己的磁矩，但它們容易在外部磁場中被磁化。多疇鐵或鎳粒子的磁導率μ是約 10 4。
[0004] 在兩種情況中，通過由氣體脈衝圍繞閉合迴路能量轉換器連續地推動磁性流體 (本文中所定義的磁性流體是鐵磁流體、MRS或二者的通稱），將熱量轉換成電。在選定的 位置處，存在用於對準磁性粒子的磁矩的均勻磁場，在磁場所在的同一位置處，磁性流體脈 衝移動所穿過的管道被其中感生交流電流的線圈圍繞。
[0005] 在開發工作轉換器的過程中，發明人已經發現，效率受到不希望的現象的影響。對 於最大效率而言，通過（固有的或感生的）磁矩而彼此吸引的磁性粒子在其通過均勻磁場 和其中感生所述電流的線圈時必須立即彼此分開，並返回至磁性流體，以能夠繼續它們圍 繞轉換器的閉合迴路的行程的剩餘部分。可能希望的是，粒子從形成通過它們相互的磁吸 引而保持在一起的閉合束的狀態至懸浮在液體載體中的分散狀態的分離過程基本上是瞬 間完成的。然而，實際上，由於磁滯效應，該分離過程在粒子圍繞轉換器的迴路移動的速度 方面是相對較慢地進行的。
[0006] 因此，本發明的目標是提供一種裝置，其被結合到轉換器的迴路中以克服將磁性 粒子保持在一起的磁滯效應。
[0007] 本發明的其他目的和優點將隨著描述的進行而顯現。


【發明內容】

[0008] 在本文中採用下述定義：
[0009] "磁性流體"是由具有固有磁矩由在其中可以感生出磁矩的材料製成的粒子的懸 浮液。
[0010] "磁性粒子"是磁性流體中的固體成分，即，粒子。
[0011] "蒸汽"是磁性流體的液體成分的氣相。
[0012] "鐵磁流體"是一種磁性流體，其中的粒子具有固有磁矩。
[0013] "磁流變懸浮液"（MRS)或"磁流變流體"（MRF)是一種磁性流體，其中的粒子不具 有它們自己的磁矩但容易在外部磁場中被磁化。
[0014] "鐵磁混合物（ferromixture) "是本發明的能量轉換器的工作物質。它是包括下 述成分中的一些或全部的混合物：磁性流體、載氣、蒸汽和磁性粒子。鐵磁混合物在轉換器 中的任一位置處的精確的瞬時成分取決於該位置處的瞬時溫度和壓力。
[0015] "雲"是由轉換器中的高壓區域和低壓區域之間的閥的開口形成的鐵磁混合物的 短脈衝群（short burst)。雲由在轉換器的閉合迴路中在預定時間和預定位置處產生的受 控壓差繞轉換器推進。在轉換器的熱至冷（hot-to-cold)部件中，雲主要由分散在載氣和 蒸汽中的磁性粒子構成，其中載氣和蒸汽都從HAC(轉換器的吸熱容器）排出。在該轉換器 的冷至熱部件中，雲主要由通過載氣從HDC (轉換器的散熱容器）中推出的磁性流體構成。
[0016] "子彈形體（bullet)"是移動穿過均勻磁場時形成的空間分散的磁性粒子群。該 磁場在MRS中感生出磁矩，使粒子的磁矩對齊，並將它們束在一起。
[0017] 本發明的一個方面是一種離心機，其用於消除在用於將熱能轉換成交流電能的閉 合迴路能量轉換器中將磁性流體的磁性粒子以子彈形體的形式保持在一起的磁滯力以及 用於防止因子彈形體導致的對能量轉換器的部件或操作的損壞。
[0018] 本發明的離心機所工作的能量轉換器包括以下部段：
[0019] (i)第一部段，在該第一部段中磁性流體被分解成包括磁性粒子和氣體成分的鐵 磁混合物；
[0020] (ii)第二部段，在該第二部段中磁性粒子的磁矩被對齊，使磁性粒子形成為通過 線圈的子彈形體，在所述線圈中感生電流；
[0021] (iii)第三部段，在該第三部段中子彈形體破碎成具有隨機定向的磁矩的單獨的 磁性粒子；和
[0022] (iv)第四部段，在該第四部段中磁性粒子和冷凝後的氣體成分重新組成磁性流 體。
[0023] 所述離心機適於連接至能量轉換器的第三部段中的管道，並且該離心機包括：
[0024] (i)上歧管，該上歧管連接至能量轉換器的所述管道；
[0025] (ii)下歧管；
[0026] (iii)至少一個分流器和直導管段，用於為鐵磁混合物的成分從上歧管行進至下 歧管提供路徑；和
[0027] (iv)大直徑導管，該大直徑導管具有第一端和第二端，其中第一端連接至下歧管 的底部並且第二端連接至一端部元件，所述端部元件具有截頭圓錐形狀、位於其壁中的多 個穿孔、和開口的遠端。
[0028] 在本發明的離心機的實施例中，所述至少一個分流器的端部偏心地並且以一角度 進入下歧管。離心機的實施例包括用於在能量轉換器工作時改變所述角度的機構。
[0029] 離心機的實施例包括至少一個線圈，所述至少一個線圈繞大直徑導管纏繞並連接 至包括電阻負載的電子電路。
[0030] 本發明的第二方面為一種方法，其用於消除在用於將熱能轉換成交流電能的閉合 迴路能量轉換器中將磁性流體的磁性粒子以子彈形體的形式保持在一起的磁滯力以及用 於防止因子彈形體導致的對能量轉換器的部件或操作的損壞。
[0031] 所述能量轉換器包括以下部段：
[0032] (i)第一部段，在該第一部段中磁性流體被分解成包括磁性粒子和氣體成分的鐵 磁混合物；
[0033] (ii)第二部段，在該第二部段中磁性粒子的磁矩被對齊，使磁性粒子形成為通過 線圈的子彈形體，在所述線圈中感生電流；
[0034] (iii)第三部段，在該第三部段中子彈形體破碎成具有隨機定向的磁矩的單獨的 磁性粒子；和
[0035] (iv)第四部段，在該第四部段中磁性粒子和冷凝後的氣體成分重新組成磁性流 體。
[0036] 所述方法包括下述步驟：
[0037] (a)將離心機連接至能量轉換器的第三部段中的導管；所述離心機包括：
[0038] (i)上歧管，該上歧管連接至能量轉換器的所述管道；
[0039] (ii)下歧管；
[0040] (iii)至少一個分流器和直導管段，用於為鐵磁混合物的成分從上歧管行進至下 歧管提供路徑；和
[0041] (iv)大直徑導管，該大直徑導管具有第一端和第二端，其中第一端連接至下歧管 的底部並且第二端連接至一端部元件，所述端部元件具有截頭圓錐形狀、位於其壁中的多 個穿孔、和開口的遠端。
[0042] (b)使鐵磁混合物的氣體成分的第一部分從上歧管通過所述至少一個分流器流動 至下歧管；
[0043] (c)使鐵磁混合物的氣體成分的第二部分和由磁性粒子組成的子彈形體從上歧管 通過所述直導管段流動至下歧管；
[0044] (d)調整下歧管，使得流過所述至少一個分流器的氣體在它們離開所述直導管段 並穿過下歧管的中心時衝擊子彈形體的側面，從而施加使子彈形體旋轉的力；以及
[0045] (e)允許旋轉的子彈形體繼續行進穿過大直徑導管，其中旋轉時的離心力克服將 磁性粒子保持在一起的磁滯力，從而破碎所述子彈形體。
[0046] 在本發明的方法的實施例中，調整下歧管的步驟（d)包括使所述至少一個分流器 的端部偏心地並且以一角度進入下歧管。
[0047] 本發明的方法的實施例包括在能量轉換器工作時改變所述角度。
[0048] 本發明的方法的實施例包括在大直徑導管周圍纏繞至少一個線圈，並將所述線圈 連接至包括電阻負載的電子電路。
[0049] 本發明的方法的實施例包括下述步驟：
[0050] (f)封閉或移除介於離心機的上歧管與下歧管之間的所述直管道段；
[0051] (g)用以下步驟替代步驟（b)和（c):使鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子組成 的子彈形體從上歧管通過所述至少一個分流器流動至下歧管；以及
[0052] (h)用以下步驟替代步驟（d):調整下歧管，使得流過所述至少一個分流器的氣體 和子彈形體偏心地並且以一角度進入下歧管，從而在子彈形體進入大直徑導管時施加使子 彈形體旋轉的力。
[0053] 本發明的方法的其他實施例包括下述步驟：
[0054] (f)封閉或移除介於離心機的上歧管和下歧管之間的所述至少一個分流器；
[0055] (g)用彎曲成螺旋形的管道段替代介於離心機的上歧管和下歧管之間的所述直管 道段；
[0056] (h)用以下步驟替代步驟（b)、（c)和（d):使鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子 組成的子彈形體從上歧管通過所述螺旋形的管道段流動至下歧管，從而在子彈形體進入大 直徑導管時施加使子彈形體旋轉的力。
[0057] 本發明的第三方面是一種能量轉換器，該能量轉換器以使磁性流體繞閉合迴路行 進為基礎將熱能轉化為交流電能，該能量轉換器包括至少一個離心機，所述至少一個離心 機適於消除將磁性流體中的磁性粒子以子彈形體形式保持在一起的磁滯力並防止由所述 子彈形體導致的對能量轉換器的部件的損壞。
[0058] 通過參照附圖閱讀下文關於本發明的實施例的說明性的和非限制性的描述，將會 進一步地理解本發明的所有上述和其它特性和優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0059] 圖1示意性地描繪了現有技術轉換器的一般布局和功能；
[0060] 圖2和圖3示意性地示出了本發明的離心機；以及
[0061] 圖4是示出了歧管內部的剖視圖，其中，子彈形體在所述內部被引起旋轉。

【具體實施方式】
[0062] 作為US7, 745, 962和W02008/010202的主題的能量轉換器基本上是包含介質的 閉合迴路裝置，所述介質能夠從高溫容器中的外部熱源吸收熱量以及在輸送所述熱量的一 部分至冷溫容器和隨後將介質返回高溫容器的過程中產生交流電。該轉換器包括兩個半 循環：第一個半循環從熱位置至較冷的位置，第二個半循環從冷位置至熱位置，這兩個半循 環連接起來形成完整的循環。這種布置是具有非常高的能量轉換效率的卡諾（Carnot)循 環。向轉換器提供所需要的熱量的外部熱源本質上可以是任何熱源。例如，可以由來自核 電站、來自空氣調節系統、來自壓縮機、來自任何運轉的發動機、或來自馬達的殘熱提供所 述熱量。在一種實施例中，熱源是太陽輻射，在另一種實施例中，熱源是車輛發動機。與常規 工業發電廠相反，該系統不採用諸如壓縮機、渦輪或泵之類的耗能機械。本發明的能量轉換 器的工作物質是鐵磁混合物，其代替了在常規發電廠中使用以用於驅動渦輪的過熱蒸汽。 [0063] 能量轉換器在其最基本的實施例（在圖1中示意性地示出）中由通過管道串聯 連接的兩個腔構成。磁性流體與它的蒸汽一起共存於大的腔中，該大的腔在此稱為吸熱容 器（HAC)，在該吸熱容器中從外部源吸收熱量。為了控制磁性流體的沸騰溫度，不反應的載 氣被引入該腔中。例如，空氣不能用作載氣，因為它將引起磁性粒子的氧化。合適的選擇的 例子是氮與酒精或氮與蒸餾水的混合物。當HAC內的溫度和壓力達到預定值時，閥被暫時 打開以將熱的鐵磁混合物的雲從HAC釋放到出口管道中。通過轉換器中的閥的適當的同步 化，如以下在本文中將被描述的那樣，閥在雲之前將保持關閉，從而引起雲的前沿的壓力增 力口，使雲在行進通過管道時具有較小的體積和更加尖銳的（sharply)限定形狀。隨著鐵磁 混合物的雲圍繞閉環轉換器推進，它遇到該管道的由均勻磁場和電線圈圍繞的部分。如果 磁性流體是MRS，則均勻磁場在粒子中感生磁矩並將它們相對於磁場的方向對齊。在鐵磁流 體的情況中，磁場對齊粒子的永磁磁矩（permanent magnetic moment)。在兩種情況中，磁 場將雲中的磁性粒子形成為被稱作子彈形體（bullets)的緊密隔開的粒子群。子彈形體中 的粒子的對齊的磁矩在它們被推進穿過管道的該部分時在電線圈中產生交流電流。在通過 由磁場圍繞的該區域後，磁矩的排列在鐵磁流體中變成隨機的；然而，發明人已經發現，磁 滯效應將MRS的粒子保持在一起，導致需要引入破碎子彈形體的裝置。這些裝置是本發明 的主題並且在下文被描述。在磁性粒子彼此分離之後，鐵磁混合物被推動並被吸入散熱腔 (HDC)中，在散熱腔中蒸汽冷凝，直到在低的壓力和溫度下鐵磁混合物包括懸浮在液體中的 磁性粒子（即，重構磁性流體）和載氣。在進入HCD的較熱的鐵磁混合物的作用下，一些磁 性流體隨後被載氣推出HDC進入入口管道並返回至主加熱腔，可選擇地，穿過具有圍繞它 的另一個電線圈和均勻磁場的管道返回，從而產生更多的電流。
[0064] 轉換器利用HAC和HDC之間的溫度差以及出口管道和入口管道的尺寸的仔細設 計，以利用與在流體流動穿過具有變化內徑時發生的與壓力和溫度變化有關的已知現象， 使得鐵磁混合物的壓力和溫度方面產生變化。這與迴路中的閥的打開和關閉的適當的正時 (timing) -起產生繞轉換器推動鐵磁混合物的雲的壓力波。
[0065] 圖1示意性地描繪了該轉換器的簡化實施例，以描述該轉換的一般布局和工作原 理。靠近管道放置的小箭頭指示磁性粒子通過該管道的流動方向。最初，即，在組裝/安裝 階段，HAC 101，HDC 102以及連接HAC 101和HDC 102以形成閉環系統的管道被部分地填 充一定比例的磁性流體和載氣，該比例適合防止HAC中的壓力升高到危險水平以上。其中， 精確的比例取決於外部熱源的最大溫度、構建該轉換器的材料、和磁性流體的類型。磁性流 體與載氣的適合大多數情況的比例被認為約是1 : 4,但該比例可以根據需要而改變。
[0066] 在循環"開始"時，HAC 101的入口閥和出口閥107和104、HDC 102的入口閥和出 口閥105和106、以及閥117均分別地處於"關閉"狀態。最初，如果外部熱源的溫度不是足 夠高，則HDC中的載氣的壓力低於環境壓力，以允許磁性流體的液體成分在比在環境壓力 下可能的溫度更低的溫度下沸騰。在其它情況中，如果熱源的溫度非常高，則可能需要使載 氣的壓力大於環境壓力以在轉換器中維持合適的工作狀態。可替換地，可以通過採用具有 較低沸點的載體克服起動問題。HAC 101以及其中的磁性流體和載氣從外部源（如太陽） 吸收熱量，以將磁性流體和氣體加熱至第一溫度（T1)，並且同時，HDC 102將熱量散發至外 部散熱器，將其中包含的鐵磁混合物冷卻至低於第一溫度T1的第二溫度（T2)，以使蒸汽返 回至其液體狀態。
[0067] 當HAC 101從外部熱源吸收熱量時，包含在HAC內的磁性流體的溫度T1開始增 力口，導致磁性流體的液體部分蒸發，並且HAC 101內的總壓力（P1)增加。同時，鐵磁混合物 在HDC 102中被冷卻至溫度T2,導致鐵磁混合物中存在的蒸汽冷凝並且HDC 102內的壓力 (P2)降低。換句話說，第一和第二溫度之間的差被轉換成相應的HAC 101和HDC 102內的 壓差。這些壓力之間的差是將會是一種作用力，該作用力導致磁性粒子像波一樣繞閉環轉 換器循環前進，如下文將描述的那樣。必須為轉換器的每個具體實施例確定能夠使轉換器 安全工作以及具有最大效率的Pl，P2, T1和T2的實際的最大和最小值。在多種其他因素 中，這些值取決於構建反應器的各個部件的材料、壁厚等。例如，如果HAC由非強化玻璃制 成的，則建議不允許Ρ1超過約三個大氣壓。
[0068] 當壓差（Ρ1-Ρ2)達到某個預定值時，閥104打開，通過將包括載氣、蒸汽、磁性粒 子、以及可能存在的小比例的磁性流體的液滴的鐵磁混合物的雲釋放到出口管道118中而 啟動該循環的第一半。閥105可以與閥104基本上同時地打開，但通常優選的是在較短的 延遲之後打開閥105,以便管道118內的壓力在所述雲的前方聚積，從而將所述雲限定到該 管道內的相對小的體積。一旦閥105打開，管道118中的壓力就低於HAC 101中的壓力並 且雲被一側的較高的壓力"推動"並被另一側的較低的壓力"拉動"，即，從HAC 101到HDC 102的方向上沿著管道118被推進。當所述雲從HAC中排出時，HAC 101內的壓力Ρ1和溫 度（Τ1)降低。當閥105打開時，所述雲沿朝向關閉的閥106和117的方向推動最初存在於 管道118和HDC 102中的（較冷的）磁性流體和載氣。推壓著HDC 102的入口附近的鐵磁 混合物的鐵磁混合物雲將鐵磁混合物壓縮，導致HDC 102中的壓力（Ρ2)升高。隨著鐵磁混 合物被壓縮並且所述雲的已經到達HDC 102的部分的溫度被降低，蒸汽冷凝，直到HDC 102 的出口側附近的鐵磁混合物僅包括磁性流體和載氣。
[0069] 當Ρ2達到其最大值時，閥104和105關閉，以完成該循環的第一半。隨後，閥106 和107打開。在短暫的時間內，Ρ2大於Ρ1，並且HDC 102中的載氣相對於管道120和HAC 101中的壓力的超壓推動已經在HDC 102的最靠近閥106的端部處聚積的磁性流體穿過閥 106、管道120和閥107進入HAC 101。當HAC 101中的壓力等於HDC 102中壓力時，閥106 和107關閉，從而完成該循環的第二半。
[0070] 現在，下一個循環開始，其中：（1)HAC 101吸收外部熱量，以將其中包含的（現在） 冷的磁性流體的溫度升高至磁性流體的液體成分部分處於其蒸汽狀態時的第一溫度T1和 壓力P1，以及（2)HDC 102散熱至散熱器，將其中包含的（現在）熱的載氣、蒸汽和磁性流體 的溫度降低至大多數蒸汽冷凝時的第二溫度T2和壓力P2,以及（3)根據上文描述的第一個 循環操作閥104至107。一個循環將跟隨著另一個循環，在每個循環中，磁性流體的一部分 都在HAC 101和HDC 102之間交換，除非轉換器100出現故障或者由於某種原因需要停止 轉換器的操作。通過這種方式，基本連續的子彈形體隊列（train of bullets)被產生並被 推進通過管道118。這種流動被用於在電線圈中感生交流電流。
[0071] 導電線圈110和111分別圍繞管道120和118盤繞。流過這些管道的磁性流體或 磁性粒子應當在連接至負載112和113的電線110和111中感生電流。然而，由於磁性流 體中懸浮的粒子和磁性粒子或者不具有固有磁矩或者它們的磁矩在它們的載體（無論是 液體還是氣體，取決於轉換器中的位置和該循環的所處的階段）中（相對於彼此）隨機地 排列，所述粒子的淨磁場是零。在這種情況中，在電線110和111中將不感生電流。為了產 生電流，磁偶極子在必要情況下必須被誘導並以能夠在移動通過盤繞的電線（110和111) 時能夠產生非零的淨磁場的方式排列。這種排列對齊是通過採用永磁鐵108和109實現 的，永磁鐵108和109定位成在閉環轉換器的被線圈圍繞著的並且鐵磁混合物的子彈形體 通過的部分處產生恆定的磁場。應當理解，線圈110和111僅被象徵性地示出，並且可以 表示成例如串聯連接的多個線圈或者能夠滿足本發明要求的任意其他布置。類似地，定向 (alignment)磁鐵108和109僅被象徵性地示出，並且可以表示成例如多個環形磁鐵、棒狀 磁鐵、或本領域已知的用於在給定區域中形成均勻磁場的任何其它布置。此外，沿著管道 118和120中的每一個的長度方向可設置一個以上的電流產生區域。同樣將注意到，線圈 110和相關聯的磁鐵是可選擇的，並且不需要存在於轉換器的每個實施例中。此外，在穿過 線圈110之後，磁滯效應小於穿過線圈111之後的磁滯效應，並且子彈形體朝向轉換器的 較熱部分前進；因此，與在大多數情況中將必須隨後布置有離心機的線圈111相比，在線圈 110之後可以不需要離心機。
[0072] 所示出的磁鐵108和109環繞著管道118和120,以產生將在MRS的磁性粒子中感 生磁矩並將對齊磁性粒子的磁矩的磁場，使得它們的縱軸與管道的縱軸基本重合。通過這 種方式，磁性粒子流將產生局部非零磁場，該局部非零磁場在電線110和111中感生電流。 如果對齊的磁偶極子的連續流流過感生線圈，則淨電輸出將是零。因此，該磁偶極子被布置 成離散的子彈形體，以產生交流電流的脈衝。為了確保已經及時地感生出磁矩並且在整個 鐵磁混合物雲中形成了隨機分布的粒子子彈形體，一些磁鐵可以被設置在感生線圈上遊的 管道周圍。如果僅形成了單個高能子彈形體，則所有的能量在子彈形體通過線圈111時可 以不被耗散，從而，可以圍繞管道118設置多個間隔開的線圈，以便由單個子彈形體產生多 個脈衝。可替換地，多個間隔開的環形磁鐵可以用來形成來自單個鐵磁混合物雲的一系列 低能量的子彈形體。如之前說明的那樣，子彈形體的形狀可以至少部分地通過閥104和105 的打開和關閉的適當的同步以形成具有非常小的體積的雲的方式實現。
[0073] 為了進一步控制轉換器內的工作狀態，設置了儲存容器103。儲存容器103的描述 和操作與本發明不相關。在US7, 745, 962和W02008/010202中充分地描述了它們。
[0074] 在通過由磁場圍繞的區域之後，磁矩的排列在鐵磁流體中變為隨機的，並且包含 鐵磁流體的鐵磁混合物被推動和吸入散熱腔（HDC)中。在包含MRS的鐵磁混合物的情況中， 必須在該位置處向轉換器增加用於消除繼續將子彈形體保持在一起的磁滯效應的裝置。在 HDC內，在將子彈形體保持在一起的磁力已經被充分地減弱以允許（鐵磁流體和MRS二者中 的）磁性粒子分離之後，蒸汽冷凝,直到鐵磁混合物包括懸浮液中的磁性粒子（即，重構磁 性流體）和處於低的壓力和溫度的載氣。
[0075] 採用轉換器的目標是儘可能多地產生電流。為了實現該目標，在設計轉換器時可 以控制的兩個最重要的因素是通過線圈的磁性粒子的密度和用於對齊磁性粒子的磁場強 度。當這些參數中的任一個或二者增加時，在線圈中感生的電流的量將增加。高磁場和高 磁性粒子密度導致半固態（semi-solid)的子彈形體的形成。磁性材料的磁滯特性將子彈 形體保持在一起，使得在離開線圈之後，它作為半固態材料塊繼續向著HDC行進。如果磁滯 未被足夠快速地釋放並且包括子彈形體的粒子返回至磁性流體狀態，則轉換器的有效的連 續操作將受到不利的影響，並且在所有情況下，向著HDC行進的半固態子彈形體將對轉換 器的管道和閥產生損害，和/或該系統將在關鍵位置處（如HDC 102的出口處）因固體粒 子團的聚積而"堵塞"。
[0076] 圖2和圖3示意性地示出本發明的專門設計的離心機。離心機10將插入到轉換 器的僅跟在線圈111之後的管道118中。在圖2和圖3中，僅示出了圖1中理解本發明所 必需的部件。在所示的實施例中，離心機10用螺栓連接至HDC 102的開口端，使離心機10 一部分在HDC外，一部分在HDC內。在圖3中，HDC 102的壁的一部分已經被去除以示出位 於在HDC內的離心機10的部分。
[0077] 在管道118的位於已經產生電流的位置之後的部分中，由高溫高壓載氣、蒸汽和 磁性粒子構成的鐵磁混合物由磁滯力保持在一起以形成子彈形體。管道118連接至上歧管 12的頂部，直的管道的一段（圖中不能清楚地看到該部分）將頂部歧管的底部的中部連接 至底部歧管的頂部的中部，並且下部歧管14的底部連接至離心機10的導管18的近端。將 說明的是，導管18的內徑應當比管道118的內徑大的多，以向包括待分散的子彈形體的粒 子提供空間，如本文中描述的那樣。在上歧管12中，鐵磁混合物的氣體成分的一部分被分 流到分流器16(在該實施例中示出四個，但可以採用更多或更少的分流器）中，分流器16 通向下歧管14,同時子彈形體連同一部分載氣和蒸汽通過它們的動量在管道118被直接向 前地載送，穿過該連接上和下歧管的管道部分，進入導管18。
[0078] 現在參照圖4,圖4是示出穿過下歧管14的剖視圖，可以看到，當行進穿過管道 118的子彈形體穿過下歧管時，它的側面受到已經行進穿過分流器16的氣體撞擊。分流器 16的端部"偏心地"並且以如圖所示的角度進入下部歧管，從而當來自每個分流器的氣體 撞擊子彈形體的側面時，它們施加導致子彈形體旋轉的作用力。分流器16的端部相對於管 道118應當被定向的精確的角度取決於幾個因素，這些因素包括行進通過分流器的子彈形 體和氣體的速度。在本發明的一個實施例中，下歧管14包括用於在轉換器工作時改變該角 度的機構，以最大化子彈形體的旋轉。
[0079] 當子彈形體行進通過導管18時，已經向其施加的旋轉形成離心力，該離心力傾向 於增加磁性粒子之間的距離，從而減弱將它們保持在一起的磁力。
[0080] 最後，通過撞擊離心機的端部元件20,子彈形體被完全地破碎。端部元件20具有 截頭圓錐的形狀。被推動至導管18的側面的旋轉的子彈形體撞擊端部元件20的壁，並在 粒子穿過端部元件20的壁中的多個孔時破碎，同時鐵磁混合物的氣體成分的一部分通過 離心機10的端部元件20的打開的遠端22進入HDC 102。在冷的HDC 102內，蒸汽冷凝，並 且分離的磁性粒子變為懸浮的以形成積聚在HDC的遠端處的磁性流體。
[0081] 說明的是，如過如本文中描述的離心機10被放置在轉換器中，那麼則圖1所示的 閥105和106是可選擇的。閥105的功能由端部元件20的帶穿孔的壁實現。如果離心機 的端部元件的端部22足夠靠近在之前的循環中已在HDC 102的遠端處聚積的磁性流體池， 則在之前的循環中離開端部22的氣體的噴射將形成壓力波，該壓力波所述池中的磁性流 體推入管道120中；從而實現閥106的功能。
[0082] 在本發明的一個實施例中，至少一個線圈24圍繞導管18纏繞。移動的子彈形體 所產生的磁場在線圈24中感生電流。該電流通過電阻負載26,從而進一步減弱將子彈形體 中的磁性粒子保持在一起的磁力。在負載26處產生的電能可以如圖所示地被耗散至接地 端28,或者可以被獲取以用於轉換器的內部使用，如，給控制系統和/或電動閥供電。
[0083] 上文對離心機的描述僅是作為本發明的例子而被提供的。採用其它實施例可以獲 得類似的效果。例如，在一個實施例中，介於離心機的上歧管和下歧管之間的管道的直段可 以被封閉或移除。在該實施例中，鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子組成的子彈形體將 從上歧管通過至少一個分流器流動至下歧管。如果採用下歧管，那麼流動穿過所述至少一 個分流器的氣體和子彈形體偏心地並且以一角度進入它。用於在子彈形體進入大直徑的管 時導致引起子彈形體旋轉的力將被形成。
[0084] 在另一種實施例中，離心機的上歧管和下歧管之間分流器被封閉或移除，並且介 於離心機的上歧管和下歧管之間的管道直段由彎曲成螺旋形的管段代替。在該實施例中， 使鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子組成的子彈形體從上歧管通過導管的螺旋形段流 動至下歧管將施加力，該力用於在子彈形體進入大直徑管時引起子彈形體的旋轉。
[0085] 雖然已經通過例證的方式描述了本發明的實施例，但應當理解，在不超出權利要 求的範圍的情況下，本發明的實施可以具有多種變化、修改和調整。
【權利要求】
1. 一種離心機，用於消除在閉合迴路能量轉換器中將磁性流體的磁性粒子以子彈形體 的形式保持在一起的磁滯力以及用於防止因子彈形體導致的對能量轉換器的部件或操作 的損壞，其中，所述能量轉換器用於將熱能轉換成交流電能，並且所述能量轉換器包括以下 部段： (i) 第一部段，在該第一部段中磁性流體被分解成包括磁性粒子和氣體成分的鐵磁混 合物； (ii) 第二部段，在該第二部段中磁性粒子的磁矩被對齊，使磁性粒子形成為通過線圈 的子彈形體，在所述線圈中感生電流； (iii) 第三部段，在該第三部段中子彈形體破碎成具有隨機定向的磁矩的單獨的磁性 粒子；和 (iv) 第四部段，在該第四部段中磁性粒子和冷凝後的氣體成分重新組成磁性流體； 所述離心機適於連接至能量轉換器的第三部段中的管道，並且該離心機包括： (i) 上歧管，該上歧管連接至能量轉換器的所述管道； (ii) 下歧管； (iii) 至少一個分流器和直導管段，用於為鐵磁混合物的成分從上歧管行進至下歧管 提供路徑；和 (iv) 大直徑導管，該大直徑導管具有第一端和第二端，其中第一端連接至下歧管的底 部並且第二端連接至一端部元件，所述端部元件具有截頭圓錐形狀、位於其壁中的多個穿 孔、和開口的遠端。
2. 根據權利要求1所述的離心機，其中所述至少一個分流器的端部偏心地並且以一角 度進入下歧管。
3. 根據權利要求2所述的離心機，包括用於在能量轉換器工作時改變所述角度的機 構。
4. 根據權利要求1所述的離心機，包括至少一個線圈，所述至少一個線圈繞大直徑導 管纏繞並連接至包括電阻負載的電子電路。
5. -種方法，用於消除在閉合迴路能量轉換器中將磁性流體的磁性粒子以子彈形體的 形式保持在一起的磁滯力以及用於防止因子彈形體導致的對能量轉換器的部件或操作的 損壞，其中，所述能量轉換器用於將熱能轉換成交流電能，並且所述能量轉換器包括以下部 段： (i) 第一部段，在該第一部段中磁性流體被分解成包括磁性粒子和氣體成分的鐵磁混 合物； (ii) 第二部段，在該第二部段中磁性粒子的磁矩被對齊，使磁性粒子形成為通過線圈 的子彈形體，在所述線圈中感生電流； (iii) 第三部段，在該第三部段中子彈形體破碎成具有隨機定向的磁矩的單獨的磁性 粒子；和 (iv) 第四部段，在該第四部段中磁性粒子和冷凝後的氣體成分重新組成磁性流體； 該方法包括下述步驟： (a)將離心機連接至能量轉換器的第三部段中的導管；所述離心機包括： (i)上歧管，該上歧管連接至能量轉換器的所述管道； (ii) 下歧管； (iii) 至少一個分流器和直導管段，用於為鐵磁混合物的成分從上歧管行進至下歧管 提供路徑；和 (iv) 大直徑導管，該大直徑導管具有第一端和第二端，其中第一端連接至下歧管的底 部並且第二端連接至一端部元件，所述端部元件具有截頭圓錐形狀、位於其壁中的多個穿 孔、和開口的遠端； (b) 使鐵磁混合物的氣體成分的第一部分從上歧管通過所述至少一個分流器流動至下 歧管； (c) 使鐵磁混合物的氣體成分的第二部分和由磁性粒子組成的子彈形體從上歧管通過 所述直導管段流動至下歧管； (d) 調整下歧管，使得流過所述至少一個分流器的氣體在它們離開所述直導管段並穿 過下歧管的中心時衝擊子彈形體的側面，從而施加使子彈形體旋轉的力；以及 (e) 允許旋轉的子彈形體繼續行進穿過大直徑導管，其中旋轉時的離心力克服將磁性 粒子保持在一起的磁滯力，從而破碎所述子彈形體。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中調整下歧管的步驟（d)包括使所述至少一個分流 器的端部偏心地並且以一角度進入下歧管。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中在能量轉換器工作時改變所述角度。
8. 根據權利要求5所述的方法，包括下述步驟： 在大直徑導管周圍纏繞至少一個線圈，並將所述線圈連接至包括電阻負載的電子電 路。
9. 根據權利要求5所述的方法，包括下述步驟： (f) 封閉或移除介於離心機的上歧管與下歧管之間的所述直管道段； (g) 用以下步驟替代步驟（b)和（c):使鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子組成的子 彈形體從上歧管通過所述至少一個分流器流動至下歧管；以及 (h) 用以下步驟替代步驟（d):調整下歧管，使得流過所述至少一個分流器的氣體和子 彈形體偏心地並且以一角度進入下歧管，從而在子彈形體進入大直徑導管時施加使子彈形 體旋轉的力。
10. 根據權利要求5所述的方法，包括下述步驟： (f) 封閉或移除介於離心機的上歧管和下歧管之間的所述至少一個分流器； (g) 用彎曲成螺旋形的管道段替代介於離心機的上歧管和下歧管之間的所述直管道 段； (h) 用以下步驟替代步驟（b)、（c)和（d):使鐵磁混合物的氣體成分和由磁性粒子組成 的子彈形體從上歧管通過所述螺旋形的管道段流動至下歧管，從而在子彈形體進入大直徑 導管時施加使子彈形體旋轉的力。
11. 一種能量轉換器，該能量轉換器以使磁性流體繞閉合迴路行進為基礎將熱能轉化 為交流電能，該能量轉換器包括至少一個離心機，所述至少一個離心機適於消除將磁性流 體中的磁性粒子以子彈形體形式保持在一起的磁滯力，因而確保能量轉換器有效地工作， 並防止由所述子彈形體導致的對能量轉換器的部件的損壞。
【文檔編號】B04B5/10GK104302406SQ201280029500
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年4月5日 優先權日:2011年4月17日
【發明者】海姆·摩根斯坦 申請人:綠金2007有限公司