一种使用磁性液体发电的装置 |
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| 申请号 | CN200910219307.X | 申请日 | 2009-12-03 | 公开(公告)号 | CN101702569B | 公开(公告)日 | 2012-05-09 |
| 申请人 | 西安交通大学; | 发明人 | 何永清; 毕勤成; | ||||
| 摘要 | 一种使用 磁性 液体发电的装置，包括垂直圆管，垂直圆管内充灌有磁性液体，垂直圆管的两端各配置有一个环形的永磁 铁 ，两 块 永 磁铁 的南北极相对而置，在永磁铁中间 位置 的垂直圆管外壁缠绕有感应线圈，感应线圈与外部的负载相连形成一个回路，垂直圆管的底部中心配置有 喷嘴 ，通 过喷 嘴将非磁性物体置于垂直圆管的磁性液体中，让其做间歇运动，造成这一区域内磁性液体的体积发生变化，进而磁化强度发生变化引发磁感应强度随时间变化，穿过感应线圈的磁通将随时间而改变，感应线圈中会产生感应电动势，即可实现利用磁性液体发电，本 发明 具有成本低，易实施的优点，可应用于小型发 电机 、分布式发电系统、余热利用等领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使用磁性液体发电的装置，包括垂直圆管(1)，其特征在于，垂直圆管(1)内充灌有磁性液体(2)，垂直圆管(1)的两端各配置有一个环形的永磁铁(3)，永磁铁(3)的上下面为南北两极，两块永磁铁(3)的南北极相对而置，在永磁铁(3)中间位置的垂直圆管(1)外壁缠绕有感应线圈(4)，感应线圈(4)与外部的负载(5)相连形成一个回路，垂直圆管(1)的底部中心配置有喷嘴(6)，在磁性液体(2)中设置有不连续运动的非磁性物体(7)。 |
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| 说明书全文 | 一种使用磁性液体发电的装置技术领域背景技术[0002] 磁性液体是悬浮有单磁畴纳米磁性颗粒(＜＝10nm)的超顺磁性胶体体系，由磁性颗粒、基液和包覆颗粒的表面活性剂三部分组成，是人工制备的唯一的既有磁性，又有流动性的物质，当施加外磁场时，磁性液体中纳米磁性颗粒的磁矩将沿磁场方向排列对外显示磁性，外加磁场消失时，颗粒的磁矩立即又恢复到之前的混乱排列，不再显示磁性，磁性液体的应用领域主要有真空密封、扬声器冷却等方面。 [0003] 目前的新能源发电主要包括风电、核电、太阳能光伏发电等几个大类，适合于大规模发电，对于小型的发电装置，有燃料电池及太阳能电池，燃料电池技术发展不成熟，太阳能电池的效率低下，目前还没有使用磁性液体发电的装置。 发明内容[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用磁性液体发电的装置，具有成本低，易实施的优点。 [0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为： [0006] 一种使用磁性液体发电的装置，包括垂直圆管1，垂直圆管1内充灌有磁性液体2，垂直圆管1的两端各配置有一个环形的永磁铁3，永磁铁3的上下面为南北两极，两块永磁铁3的南北极相对而置，在永磁铁3中间位置的垂直圆管1外壁缠绕有感应线圈4，感应线圈4与外部的负载5相连形成一个回路，垂直圆管1的底部中心配置有喷嘴6。 [0007] 所述的永磁铁3与感应线圈4还可以如下配置，两块永磁铁3分别配置在垂直圆管1的两侧，两个感应线圈4配置在永磁铁3与垂直圆管1之间，两个感应线圈4之间串联。 [0008] 一种使用磁性液体发电的装置，其工作原理为： [0009] 通过喷嘴6将非磁性物体7置于垂直圆管1的磁性液体2中，让其做间歇运动，非磁性物体7可以是固体也可以是气体或者是与磁性液体2不相溶的液体，对磁性液体2施加外磁场进行磁化，由于非磁性物体7的不连续运动会造成这一区域内磁性液体2的体积发生变化，进而磁化强度发生变化引发磁感应强度随时间变化，由于在该区域外部缠绕有感应线圈4，这样穿过感应线圈4的磁通将随时间而改变，基于法拉第电磁感应原理，感应线圈4中会产生感应电动势，即可实现利用磁性液体2发电。 [0011] 图1为本发明的剖面图。 [0012] 图2是本发明的永磁体及感应线圈的另一种布置方式的剖面图。 具体实施方式[0013] 下面结合附图对本发明进行详细说明。 [0014] 参见图1，一种使用磁性液体发电的装置，包括垂直圆管1，垂直圆管1内充灌有磁性液体2，垂直圆管1的上下部的外壁上各配置有一个环形的永磁铁3，永磁铁3的上下面为南北两极，两块永磁铁3的南北极相对而置，在永磁铁3中间位置的垂直圆管1外壁缠绕有感应线圈4，感应线圈4与外部的负载5相连形成一个回路，垂直圆管1的底部中心配置有喷嘴6。 [0015] 参见图2，所述的永磁铁3与感应线圈4还可以如下配置，两块永磁铁3分别配置在垂直圆管1的两侧，两个感应线圈4配置在永磁铁3与垂直圆管1之间，两个感应线圈4之间串联。 [0016] 参见图1、2，一种使用磁性液体发电的装置，其工作原理为： [0017] 通过喷嘴6将非磁性物体7置于垂直圆管1的磁性液体2中，磁性液体2在管道内静止不动，两块永磁铁3之间的磁场为均匀磁场，图1中磁场方向与非磁性物体7的流动方向平行且朝向相反，H表示磁场强度，感应线圈4位于两块永磁铁3的中间位置，缠绕在垂直圆管1的外壁上，匝数为n，并与外部的负载5相连形成一个回路，垂直圆管1的内径为d，垂直圆管1内磁性液体2的饱和磁化强度为Ms，在外磁场未能使磁性液体2达到磁饱和之前，磁性液体2的磁化强度与外磁场强度H和磁性液体温度T有关，非磁性物体7在磁性液体2中上升运动，当非磁性物体7穿过感应线圈4所在的区域时，由于磁性液体的不可压缩性，该区域中的磁性液体质量会发生改变，也就是磁性液体2在区域中的份额会改变，非磁性物体7离开后，磁性液体2又重新充满该区域，区域中磁性液体2在任截面上的份额随时间的函数为α(t)， [0018] 当外部为绝热条件，没有热量输入，整个过程中磁性液体的温度不发生变化，以法拉第电磁感应定律进行分析，其中磁感应强度的符号为B，磁介质中磁感应强度的计算式为B＝μ0(M+H)，μ0为真空磁导率。 [0019] 在没有非磁性物体7时，感应线圈中的磁通为： [0020] Φ＝BS＝μ0(M+H)πd2/4 [0021] 温度T不变，外磁场强度H不变，磁性液体2的磁化强度M不变，感应线圈4中的磁通Φ亦不变，dΦ/dt＝0，感应线圈4中没有感应电动势生产，也就没有感应电流产生； [0022] 在有非磁性物体7流过时，感应线圈4中则会有部分区域的磁化强度为零，整体的磁化强度将会减小，由此，可以得到某一时刻感应线圈中任一横截面磁通的计算式： [0023] Φ＝BS＝μ0(M+H)απd2/4+μ0H(1-α)πd2/4 [0024] 在非磁性物体7穿过感应线圈的过程中，磁性液体2在每个横截面的份额α是随时间变化的，也就是说感应线圈中的磁通Φ是随时间变化的，线圈中磁通的时间变化率不为零，由法拉第电磁感应原理可以知道线圈中会产生感应电动势，其与线圈匝数和磁通变化率有关系，感应电动势e的大小可以由下式计算得到： [0025] [0026] 感应电动势与线圈匝数、磁性液体的磁化强度及磁性液体的份额随时间的变化率成正比，并与管道的直径有关系； [0027] 当外界条件为非绝热的，流动为非稳态，那么感应电势e的大小还将与温度的时间变化率有关。 [0029] 附图中：1为垂直圆管；2为磁性液体；3为永磁铁；4为感应线圈；5为负载；6为喷嘴；7为非磁性物体；S、N表示永磁铁的两极；H表示磁场强度。 |
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