复合混合感应分层发电机 |
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| 申请号 | CN202280065593.2 | 申请日 | 2022-07-29 | 公开(公告)号 | CN118020246A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 理查德·亚当斯; | 发明人 | 理查德·亚当斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于使用由热 力 学导体绕组形成的 热力学 电感器发电的方法和设备，热力学导体绕组将热转换成绕组内的动态 磁场 密度 ，从而在绕组中感应 电流 ，该电流是用于负载的电力。绕组可以是包括两个或更多个超导层的同轴布置的复合物。第一层具有低临界磁场。当热力学层中的场增大时，该层转变到中间状态，从而从熵增加冷却并且吸热。随后，当场减小时，该层恢复 超导性 ，从而增加用于排出场并感应所发的电的可用 能量 。绕组中与第一导电层电 接触 的第二导电层保持超导状态，从而减少发热。连接的电容器提供L‑C振荡和能量存储，从而保持循环操作，并且为连接的耗散负载供电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合混合感应分层发电机，包括： |
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| 说明书全文 | 复合混合感应分层发电机[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本专利申请基于Richard Keith Adams于2021年7月30日提交的标题为“Composite Hybrid Inductive Layered Electric Generator”的美国临时申请第63,227,348号并要求其优先权，此处通过援引将该美国临时申请全文并入。 [0003] 背景 [0004] 热力学第二定律是对在隔离的物理系统中温度、压力和化学势的差异随着时间的推移而平衡的趋势的表述。根据热力学平衡状态，第二定律表明通过称为第二类永动的过程从自然界丰富的内能产生可用能量的机器是不可能的。 [0005] 热力学第二定律以许多特定方式应用；例如，涉及可测量的热传递的任何系统具有一些对热的不可逆能量损失。尽管已经有许多实验证明这种一般规则的例外，但是还没有利用热能并将其无损地转换成电的装置。 技术领域背景技术[0007] 本文中使用以下定义： [0008] 导体：由形成一定体积的具有低损失或无损失传导电流的特性的材料的物质的集合体组成。 [0010] 热力学导体：由具有I型超导体的特性的材料组成的导体，特性包括低电阻、磁热效应、抗磁性，并且该导体具有预定的临界磁场，本文中也称为临界磁场或临界场。 [0011] 绕组：电感器的承载电流的部分。绕组是任何形状的导体，包括直导线。 [0012] 热力学电感器：导体包括热力学导体的电子部件。除了已知电子电感器具有的特性之外，热力学电感器还可以吸收热并发电。 发明内容[0015] 本发明促使增大和减小热力学导体内的磁场密度。热力学导体被形成为导线并用作热力学电感器中的绕组。热力学导体被称为第一导体。当该第一导体转变为超导状态时，其从导体内部排出磁场。场的排出改变了第一导体内的磁场密度，从而在该导体中产生电流，即产生了电力。 [0016] 当进入超导状态时第一导体的增加的自由能密度使得能量可用于从超导体内部排出磁场。用于从第一导体超导体内部排出磁场的能量在第一导体的细长长度中感应出电流，这导致电流流动。 [0017] 由于第一导体有时处于非超导状态并因此可能具有增大的电阻，因此存在通过组合加热来耗散第一导体中的能量的可能性。 [0018] 本发明还提供了与第一导体物理邻接并电连接到第一导体的第二导体。该第二导体理想地是超导体，其在发电机操作时始终保持在超导状态，不会显著地俘获磁场，并且具有的电阻小于或等于第一导体的电阻。当第一导体是电阻性的时，源自第一导体的电流将寻找第二导体的更低电阻路径，从而减少导体中的组合加热。替代地，通过使用在本发明的操作期间具有低电阻的第一导体，可以省略第二导体。 [0019] 本发明的能量转换目的的磁热方面利用了以下特性：当超导体处的临界场超过预定场密度(称为临界场)时，如果冷却超过同时发生的组合加热，则场随后穿透超导体材料，从而使材料更冷。当更冷时，材料周围的热移动到材料中。被吸收的热从热源传递。这提供了能量以操作本发明的发电。 [0020] 在本发明中，布置在第一导体处的磁场增大，从而导致超过预定临界磁场的特性阈值的磁场。当第一导体变得磁化时，场移动通过第一导体。在这种情况下，在第一导体中感应的电流不是产生的电，因为产生该变化场的能量来自第一导体和第二导体中的变化电流，而在第一导体的磁化期间来自第一导体的电能没有显著的积极贡献。 [0021] 能量转换目的的这种磁热方面使第一导体准备吸收作为热的能量(在用于排出场之后不久的能量)，并且如前所述产生电。由此，能量转换在上述两个过程的循环振荡步骤中吸收热并发电，而不是一次全部。 [0023] 因此，本发明的另外目的是使将热力学电感器保持在所需操作温度所需的能量消耗最小化。对于超导体，温度保持在最大温度以下，该最大温度小于或等于发电机中使用的所有超导体的临界温度特性，这些超导体旨在保持在超导状态，或者通过除了温度之外的方式切换进入和离开超导状态。在将低温恒温器中的超导体的初始温度冷却到低于超导体的所有临界温度之后，由于磁热效应，发电机趋向于更冷的温度。热源提供所需的替换热，以随着时间的推移近似等温操作，作为平均值。 [0024] 当由本发明供电的负载电路不需要恒定量的电时，本发明的另外目的是改变传递到第一导体的热的量。本发明的另外目的还是即使当本发明工作时基本上不需要电来为负载供电时也将热力学电感器中的所有超导体的温度保持在临界温度以下。为了促进这一点，提供了一种能量耗散负载电路。耗散器基本上定位成使得耗散的能量在放置超导体的低温恒温器的外部。 [0025] 作为改变传递到第一导体的热的量的替代方案，本发明的目的是通过控制器电路改变递送到低温恒温器外部的能量耗散负载的能量。 [0026] 本发明的目的是将维持振荡所需的能量作为从传递到第一导体的热转换的电能的一部分。电能可以由控制器提供，或者通过第一导体绕组与其他导体之间的互感来提供，或者在没有其他导体的实施例中直接从第一导体提供。 [0027] 进入包含本发明的超导体的低温恒温器的热被转换成用于负载的电、RF和耗散在低温恒温器外部的热。在作为热进入低温恒温器的能量与离开低温恒温器的每种形式的能量之间建立平衡。这种平衡使超导体保持在它们的临界温度以下。 [0028] 本发明的另外目的是使操作发电机时的能量消耗最小化。本发明规定，布置在第一导体处的场源可以是多于一个磁场源的总和，其中，以减小的振幅提供振荡分量，从而需要更少的能量来产生。 [0029] 在承载持续电流的热力学电感器中的超导体绕组产生基本上恒定的磁场，该磁场本身小于第一导体的临界场。在承载振荡电流的热力学电感器中的另一超导体绕组产生场，当与其他场相加时，所得到的总场以在临界电流以上和临界电流以下的密度之间的场密度振荡。从而，降低了产生磁场振荡的能量消耗。 [0030] 本发明可以通过使用单个热力学电感器来最低程度地实践，其与制造电子电感器的现有技术所提供的一样小或一样大。可以组合多个发电热力学电感器。可增加热力学电感器的尺寸、热力学电感器的数量和操作循环频率，以增加所产生的电。 [0032] 本发明是一种复合混合感应分层发电机，其意义在于，在发电热力学电感器内使用的导体可以由分层材料的复合物和/或混合物组成。 附图说明[0034] 通过参考附图阅读以下具体实施方式，可以更好地理解本发明，附图中： [0035] 图1是简化本发明使用的电子示意图，其示出了热力学电感器、通过形成L‑C振荡器控制热力学电感器电流的电容器、利用或耗散所产生的电的电负载、以及提供电流以启动发电机循环的电池。示出了本发明的热力学电感器的新的示意符号。 [0036] 图2是并入了连接在一起以形成单个绕组的邻接的第一导体和第二导体的复合绕组的螺旋线圈的图示。包括提供所布置的磁场的一部分的磁体。 [0037] 图3是由第一导体和第二导体形成的复合物的中间剖视图，该第一导体和第二导体是细长的并且布置为彼此靠近地同轴且邻接分层，并且电连接到彼此作为混合物，以用作热力学电感器的绕组。 [0038] 图4是第一导体和第二导体的中间剖视图，该第一导体和第二导体是细长的并且布置为以同心方式彼此靠近地同轴且邻接分层，电连接到彼此作为复合物或混合物，以用作热力学电感器的绕组。扁平形状提供更均匀的磁场。 [0039] 图5是图3中的导体的布置的顶部剖视图。 [0040] 图6是第一导体和第二导体的剖视图，其连接到彼此，从而形成分层并且夹在提供磁场的两个相邻绝缘导电层之间的导电混合物。 [0041] 图7是圆柱形热力学电感器的侧视图，其中，图3的混合同轴分层导线是一个绕组导体，而另外两个绝缘绕组导体提供布置的磁场。 [0042] 图8是本发明的示意图，其描绘了控制系统、热源、散热器和输出的元件。 [0044] 图10是用于包含本发明的热力学电感器的圆柱形中空低温恒温器的端视图，其中为了说明性目的，去除了低温恒温器的端部。图4的热力学电感器绕组被封闭在低温恒温器中，而圆柱的中空部分中的磁芯位于低温恒温器的外部。 [0045] 图11至图18是步进循环的说明图，各个图示出了本发明中的热力学电感器的绕组段的相同部分，其中，热力学电感器具有布置为同轴邻接电连接、彼此靠近同心分层的第一导体和第二导体，其中X射线图揭示了第一导体内部的第二导体。这八个图例示了冷却和发电的步骤。 具体实施方式[0046] 在描述附图中例示的本发明的优选实施例时，为了清楚起见，采用了特定的术语。然而，本发明不旨在限于如此选择的特定术语，并且应当理解，各个特定元件包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。在图示中使用的部件的比例包括适于图示目的的比例。在优选实施例中制造的部件的实际尺寸可以包括不同的比例。 [0047] 本发明是图8的功能方框示意图所示的复合混合感应分层发电机。它组合了电感器和超导体热力学的特性，以使用磁热效应和电磁感应来吸收热和发电。 [0048] 参考图7，示出了圆柱形热力学电感器形式，其缠绕有包括三个绝缘绕组的多个导体。在一个实施例中，热力学电感器由一个导体形成，在其他实施例中，使用多个导体。各个绕组的轴线沿着各个导体的螺旋延伸。导体用聚酰亚胺绝缘。 [0049] 图7的第一绕组31是混合配对，在图3中也被认为是复合物。外层12是绝缘材料。两个导体是细长的、邻接的，并且通过在它们的配合边界14处的物理接触而电连接。第一导体13是直径32密耳的元素铅(Pb)。第二导体15是元素铌(Nb)，直径5密耳，总直径为37密耳。图 5中示出了图3的相同混合导体的横截面，其例示了具有顶部横截面的段长度的延长，具有外层绝缘材料23、第一导体22Pb、第二导体20Nb、以及电连接边界21。 [0050] 替代地，第一绕组31可以由图4中的同心层组成，具有绝缘材料16、第一导体17Pb、第二导体19Nb(直径5密耳)、电连接边界18。外径为32密耳。复合导体组件已经被扁平化以提供更均匀的磁场。 [0051] 在发电机的操作温度下，第一导体中的元素Pb具有预定的临界磁场，大约0.06特斯拉，而第二导体Nb具有预定的更高的第一临界磁场，大约0.14特斯拉。选择Nb作为第二导体，因为即使它是II型超导体，它仍保持I型超导体模式，并且当由此形成的热力学电感器产生使第一导体失超所需的场时，它不俘获磁场。 [0052] 为了利用替代材料，第一导体应是其中已经验证失超时的冷却并且量化和最小化磁场的俘获的导体，诸如I型超导体。第二导体可以是临界磁场比第一导体高的另一种I型超导体。不是超导体的导体隐含地具有更高的临界磁场，并且有资格作为第二导体。第二导体可以替代地是II型超导体。然而，如果用于使第一导体失超的场在第二导体中引起俘获磁场，则第一导体的超导性的恢复和能够发电的场的对应排出会被延迟直到下一个循环，只要俘获磁场由于场的反转而消磁。 [0053] 在一个实施例中，可以通过控制器内的电流测量电路来测量通量俘获导体内的电流。电流可以替代地由场强、互感或由从控制器施加到通量俘获导体的端子的实际电流来预先确定。 [0054] 由此，复合绕组中的两个互连的第一导体和第二导体构成连续的低电阻路径，以用于减少能量损失，即零电阻，因为当第一导体是电阻性的时，即当第一导体失超时，第二导体保持在超导状态。 [0055] 第二绕组30和第三绕组62分别都是绝缘Nb导线，直径为5密耳。由此，这两者都是布置在第一导体处的磁体装置，该第一导体由用于承载电流的绝缘导体构成。 [0056] 替代地，布置在第一导体处的场可包括上述场，但该场完全或部分地源自第一导体或第二导体中的电流。 [0057] 替代地，第一绕组、第二绕组和第三绕组可以由如图6中的横截面所示的分层组件组成，其中第一绕组由接触并电连接的第一导体Pb 26和第二导体27Nb组成。第二绕组导体24Nb具有绝缘材料25，第三绕组导体29Nb具有绝缘材料28。层的横截面积利用了上面对于图4描述的导体的横截面积尺寸。 [0058] 参考图7，圆柱形芯63是在本发明发电时净相对磁导率为10的金属粉末。 [0059] 圆柱尺寸为高0.8英寸、直径0.8英寸。邻接导体一和二的混合绕组是十匝。各个绝缘Nb导体的绕组为一百匝。 [0060] 在示例性实施例中，在3.7开氏度的操作温度下，在一个绝缘Nb绕组中保持0.9安培的持续电流。另一个Nb绕组具有0.09安培的AC电流，导致近似0.06特斯拉的总峰值最大场和0.05特斯拉的总峰值最小场。混合绕组处的磁场密度在所述的最大值与最小值之间振荡。在此如上所述，这促使复合/混合导体中的Pb在最大值处吸收热，并在最小值处发电，而同样在混合绕组中的邻接Nb以零电阻承载所发的电。如果在100KHz下操作，在减去耗散的热和RF之后，从热转换为电的净能量是通过开关8到图1的负载9的12瓦的电力。负载9由包括有用功和耗散能量两者的负载构成。 [0061] 电池7经由开关4和6连接，以提供能量来启动电容器5和热力学电感器3的第一循环。 [0062] 由此，所布置的磁场装置是由若干Nb导电绕组30和62中的电流产生的场的组合，并且磁场密度是组合场的规定强度。在第一导体的容积内，场密度还由所布置的场是否超过预定临界磁场来确定。 [0063] 由此，磁场控制器装置是利用固态电子开关4、6和8产生如上所示的电流和频率的电路。由此，通过改变振荡频率，热到电的转换率被改变，并且可以增加或减少从低温恒温器转移出的电量。进一步地，由于临界场关于超导体的温度变化，所以可以增加或减少递送到负载9的电，以保持所需的电流，从而关于温度提供正确的临界场。 [0064] 由此，在本发明操作的各个循环期间，第一导体中的熵、磁场密度和自由能量密度存在相当大的振荡变化。 [0065] 图9是示出在独立电源单元中构建的本发明的外部视图的说明性示例。标记“CHILE‑G”是本发明英文名称(Composite Hybrid Inductive Layered Electric Generator)的首字母缩写。图8的部件通过本发明和现有技术内置在该单元内，包括热交换器93、低温恒温器中的复合混合感应分层发电机95、控制器96和能量耗散负载99。示出了电输出92的正端子101，其中，电力被递送到负载。由此，传递到第一导体中的能量的热源装置是热源91和热交换器93。 [0066] 参考图8，在准备操作时，临时附接的外部低温泵97将低温恒温器内的温度降低到小于5开氏度或更低，该温度小于低温恒温器内的所有超导体的临界温度，同时将热移动到外部废热散热器98。外部电池94(可以与7相同)临时连接以提供启动能量，从而经由控制器96发起布置在第一导体处的振荡磁场，这开始了发电机循环。在启动之后，发电机95继续将热转换成电。然后，电池94、低温泵97和废热散热器98断开连接，并且在操作期间不再需要，同时在热力学电感器3或电容器5中保持使第一导体失超的最小能量。 [0067] 在操作期间，虽然通过本发明图9的说明性示例实施方式发电，但是单元100的导热外表面是热交换器93的一部分。由具有比第一导体的临界温度高的更高温度的任何热源组成的外部热源91将热传导到单元100的外部，热通过温差传递到单元中，其中，单元表面100比热源更冷，从而传递热以由低温恒温器内的第一导体吸收，并转换成电。在去除废热散热器98的情况下，浪费的分散能量以RF能量的形式分散到开放系统，该RF能量由本发明的各种所述电场振荡期间的电子的循环加速产生。 [0068] 为了将低温恒温器内产生的热减到最小，仅超导材料的热力学电感器绕组需要在低温恒温器中。为了便于将磁芯与该热力学电感器一起使用，通过利用图10的圆柱形中空低温恒温器，可以将芯放置在低温恒温器的外部并与低温恒温器相邻，为了说明性目的，以去除一端以示出内部的端视图来描绘该圆柱形中空低温恒温器。热力学电感器绕组111放置在低温恒温器的内表面112和外表面110之间。磁芯113放置在低温恒温器的外部，在圆柱体的中空部分中。 [0069] 在一个未示出的实施例中，热源放置在低温恒温器(诸如图10的圆柱形中空低温恒温器)内。在一个这样的实施例中，热源包括核放射性同位素。在一个实施例中，同位素是具有1mm×5mm尺寸的一个或更多个放射性种子的形式，如放射性同位素热电发电机或医疗应用中常见的。在另一实施例中，放射性同位素是粉末形式，并分布在形成另一层的外壳中，诸如图10所示的电感器绕组111。在一些实施例中，核燃料是至少90％铀‑235和剩余钼的合金。根据可用性，可以使用其他同位素。任何所选同位素的半衰期必须足够长以在应用寿命期间持续释放稳定量的能量，并且其必须具有足够的功率密度。可能的适用同位素包括钚‑238、锔‑244、锶‑90、镅‑241和它们的合金。在一些实施例中使用同位素的显著特征是它不依赖于裂变反应，而是直接使用同位素的能量输出。 [0070] 在没有连接负载的操作期间，低温恒温器95的不完全绝热继续将热传递到低温恒温器中。为了将低温恒温器中的超导体的温度保持在它们的临界温度以下，本发明的热到电的电转换继续进行。参考图8，进入低温恒温器95的热被转换成电并传递到能量耗散负载99。在一个实施例中，能量耗散负载99是位于图9的单元内、在100处的单元的表面附近、并且基本上在低温恒温器95外部的电阻加热器。替代地，在其他实施例中可使用将电转换成热的其他电加热器。由此，在这种情况下，能量耗散负载是电阻加热器。热传递、到电的转换和耗散的组合的净效应是，来自源91的到达低温恒温器95内部的一部分热量被排出到低温恒温器外部，而当不连接负载时，RF从本发明的电子器件耗散。这保持了单元的操作，而不需要在单元不使用时重新连接低温泵97或废热散热器98。 [0071] 由于除了将热转换为功之外还存在附加的效应，因此获得了对热力学第二定律的开尔文‑普朗克重述的顺应性。另一个效应是上述的作为RF的能量耗散，这是一个相当于损失的过程。通过完全根据热力学第二定律考虑整个系统的熵的变化(随着时间的增加，熵增加)，最终在开放系统中，耗散的RF减少到分散的热。 [0072] 图1是包括本发明的示例性部件的电子示意图。本发明的热力学电感器被分配了新的示意图符号3，其从电感器、电流源和指示热传递的箭头绘制。电容器5经由开关4、6和8用作磁场控制器和负载控制器。互连的热力学电感器和电容器形成L‑C振荡器，其控制发电机在共振频率下的循环操作，同时电容器还存储将由负载电路使用的能量。电池7提供初始能量以开始操作发电机，并且还用于存储所发的电。 [0073] 参考图8，本发明的复合混合感应分层发电机利用控制器96来实现对热交换器、能量耗散负载、低温泵、电池、布置的磁场、电输出和热力学电感器中的电流的控制。这些控制器由使用反馈、换能器和人机接口的现有技术的电路和机构组成。由此，传递电力的电路装置包括电子开关。温度控制器装置包括对将电力传递到电输出和能量耗散负载的电路的控制和来自该电路的反馈，并且是其中具有温度传感器的IC。由此，将能量传入和传出导体的能量传递控制装置是此前描述的所有控制器的集合，并且并入控制器96中。 [0074] 图11至图18各自例示了本发明中的热力学电感器中的复合同轴同心导体绕组的相同段。附图示出了热利用和发电的步骤。控制该过程的电流源被假定为根据图1连接到绕组的端部。 [0075] 第一导体210是同轴电缆的最外层，在该示例中是元素铅Pb。第二导体220是最内导体，在该示例中是元素铌Nb。两个导体在复合导体的整个长度上彼此电连接。为了简化，该图示使用单个第二导体，而通过使用与第一导体邻接的多个第二导体可以提高效率。 [0076] 曲线230例示了磁场的一部分的近似相对位置。磁场的相对强度由特定图中这些曲线的数量例示。仅示出了场的一部分，以指示场在哪里，例示了各个特定附图中的导体的抗磁效应。场强、电流强度和场位置根据图号以连续的顺序从一个图到下一个图发生变化。图11至图18形成一个循环，在图11开始，在图18结束。下一个循环再次在图11开始。这样，所描绘的过程是循环过程。 [0077] 当由图1的电容器5控制时，在开关4闭合的情况下，电路是L‑C振荡器。在特定阶段期间，复合导体吸收热。在其他阶段期间，复合导体发电。在各个循环之后，电流和磁场极化的方向被反转，使得图11至图18为L‑C振荡器半循环的一半。因此，作为LC振荡器，由图11至图18构成的完整循环出现两次。每次循环在图11开始时，电流的极性反转。在各个循环中发生热的吸收，同时所发的电的极性反转。这导致具有L‑C振荡器的交流发电机形成电流控制器装置。 [0078] 近似的相对电流如箭头250所示。从一个图到下一个图的电流的相对强度由特定图中的箭头的总量表示。 [0079] 在这八个图中的所有步骤中，作为内导体的第二导体220保持抗磁性，没有磁场穿透或俘获到第二导体的内部。这些图中的第二导体总是排出磁场，并且连续地为电流提供低电阻或零电阻路径。 [0080] 在图11，没有显著的施加电流。由此，在该图中没有例示磁场。 [0081] 在图12，电流增大。第一导体是抗磁性的，并且正在排出增大的磁场。 [0082] 在图13，电流和对应的磁场继续增大。 [0083] 在图14，电流和磁场已经增大，使得已经超过第一导体的预定临界磁场。第一导体变成电阻性的。电流寻找最低电阻路径，并且现在流过内部第二导体。磁场被抗磁性第二导体排出，但是已经穿透第一导体，从而磁化第一导体。第一导体冷却，因为由熵变构成的温度变化的总和以及组合加热导致温度的净降低。于是温度降低，热240被吸收。不发电，因为与图16和图17发生的磁场排出不同，在该磁化步骤，第一导体的可用能量没有增加。 [0084] 从引起第一导体磁化的磁场吸收的能量用于增加熵，这引起冷却以及组合加热。冷却允许超导体吸收热形式的能量。 [0085] 为了确保冷却，用于布置磁场的电流被限制为第一导体的磁化所需的最小值，使得磁场能量到热的转换基本上最小化。 [0086] 在图15，所施加的电流和磁场开始减小。场继续被第二导体排出。第一导体仍然被磁化。 [0087] 特性地，为了恢复超导性，必须减小布置在第一导体处的磁场。在导体的大部分中基本上恢复超导性之前，必须将磁场减小到比预定临界磁场小另一个有限的预定Δ量的场强。 [0088] 例如，使第一导体的预定临界场等于B。然后，当布置在第一导体处的磁场增大到大于B时，第一导体基本上失超并被磁化，如图14中。超导性基本上直到布置在第一导体处的磁场减小到B减去预定Δ(即观察间隙)才恢复。 [0089] 关于超导体的一些文献将本文的预定Δ称为临界磁场或临界电流中的滞后。在此避免了词语“滞后”的该使用。词语滞后具有若干定义，包括描述铁磁材料的无限磁场保持的特定含义。在该示例中用于第一导体的热力学导体通常不是这种情况。由于用于铁磁定义的词语滞后的使用也涉及磁性，但是磁性不是无限地被第一导体保持或铁磁，所以词语滞后不是如这里的解释那样清楚，因此要被避免。在此，该特性被称为预定Δ。 [0090] 在图16中，由电流产生的磁场已经减小到小于B减去前面段落中讨论的预定Δ，使得第一导体的大部分开始恢复超导性，并且开始排出磁场。第一导体内的磁场的排出导致第一导体内的磁场减小。 [0091] 导体中变化的磁场产生电。同时，场的排出减小了第一导体中的磁场，导体中的电流的减小也减小了磁场。 [0092] 由于第一导体的抗磁排出，磁场的额外减小利用了第一导体在其恢复超导状态时增加的可用能量。导体中的这种附加变化的磁场导致导体中的附加增加的电流。该电流与减小的磁场相反。这种附加增加的电流是本发明所发的电。一些所发的电可以在第一导体中流动，因为第一导体现在恢复超导性。 [0093] 重申一下，驱动排出和电力产生的能量来自第一导体的增加的自由(可用)能量，其在此描述的循环的该步骤期间正恢复其超导状态。这不是图14所利用的能量的反转，因为在图14，从磁场吸收的能量被用于增加熵并产生冷却。冷却允许超导体吸收热形式的能量。由于在超导状态下观察到热传导降低，因此超导性恢复时的加热温度变化小于失超时的冷却温度变化。 [0094] 图1的负载9然后通过开关8利用所发的电。 [0095] 在图16中开始的磁场排出和发电在图17中继续。 [0096] 在图18，磁场排出完成。通过复合导体的电流继续减小。第一导体现在完全抗磁性，并且磁场现在从第一导体的内部排出，并且从而在第一导体的内部不再变化。停止所发的电的电流的增大。 [0097] 在图18的循环步骤之后，电流和场继续减小到零，这再次从图11开始循环。 [0098] 尽管未例示，在导体中的电流变化的各个循环步骤，RF从导体分散，表示能量损失和净操作效率小于一。 [0099] 说明能量转换过程的循环的这里的讨论被简化以引入使用第二导体的概念，该第二导体与第一导体邻接并电连接到第一导体，一起组成热力学电感器的绕组。附加考虑包括由于实际建立的设计的几何形状而引起的场集中之间的相互作用，改变入射磁场的位置的热力学导体的可预测关系，以及处于超导状态的热力学导体的百分比，同时场强接近预定临界场。 [0100] 在第二示例性实施例中，具有0.9安培的持续电流的Nb绕组30或62被去除并且用图2的磁体11代替，使得总的最小和最大磁场、除持续磁场之外的其他参数以及所发的电与先前的示例性实施例相同。 [0101] 在第三示例性实施例中，具有37密耳的总体相同总直径的图7的混合绕组31被缠绕为非金属线圈绕组形式的3层7匝的内部绕组，其直径为80密耳，宽度为330密耳。在一个实施例中，上述Nb绕组30缠绕为包围内部绕组的250匝的外部绕组。外部绕组的直径为470密耳。在Nb绕组30中，3安培的振荡峰值电流在9kHz的频率下提供了0.07特斯拉的振荡磁场，从而生成2瓦的净输出。当频率增加时，输出功率增加。 [0102] 在第四示例性实施例中，仅有一个绕组。将先前描述的混合绕组31扁平化成图2的绝缘带状缠绕螺旋10。有250匝扁平带绕组，每层一匝。包括绝缘材料在内，绕组带的每匝为1.32密耳厚。总的堆叠绕组高度为330密耳。3安培的振荡峰值电流在一个绕组中，从而提供所布置的磁场。如果在9Khz的循环频率下操作，生成2瓦的电。在其他实施例中，匝数根据设计参数(诸如包括绕组的带状导线的宽度和厚度)而变化。在其他实施例中，带内的邻接的第二导体定位于带内，以使所生成的功率最大化。在其他实施例中，多于一个的邻接的第二导体定位在带内以最小化加热。 [0103] 在第五示例性实施例中，先前示例性实施例的一个带状混合绕组被铅的相同尺寸的非复合、非混合扁平的绝缘带状绕组代替，而没有由不同材料制成的邻接的第二导体。在该实施例中，铅导体用于提供所布置的磁场，以在很少或没有损失的情况下承载电流，并且发电。 [0104] 绝缘铅带绕组的各个匝的行为由容积分段描述。对于螺旋带状线圈绕组的各个匝，存在内部的第一部分容积和外部的第二部分容积。第一容积和第二容积之和近似为总容积。内部第一部分是被失超且没有抗磁性的容积部分。外部第二部分是仍然超导且抗磁性的容积部分。在该实施例中，期望有连续超导的外部第二部分，其以很小的损失或无损失地承载线圈电流。在其他实施例中，保持在超导状态的该外部第二部分容积取代了第二导体。带状绕组中的振荡电流提供了所布置的磁场。磁场朝向线圈的内部最强。 [0105] 在各个循环期间，当电流增加时，内部第一部分首先失超，并且失超的部分增加，向外扩展。当内部第一部分失超时，电流流过外部第二部分，并且磁场向外扩展，从而增加第一部分的容积。当失超的第一部分容积增加并且磁场扩展时，承载电流的超导的第二部分容积变小。 [0106] 在整个容积失超之前，电流减小。随着电流减小，第二部分容积增加，由于在扩展的第二部分中恢复超导性和抗磁性，将磁场向内朝向螺旋线圈的中心压缩。在场被排出时，产生电力。当带状绕组的匝的整个容积超导时，第一部分容积是该容积的最小值。这种行为与铜缠绕电感器显著不同，因为铅在超导状态下是抗磁性的，而铜相对不是抗磁性的。与前面的示例性实施例一样，该实施例在9Khz下操作，生成2瓦的电。 [0107] 在第六示例性实施例中，用氮化钛膜带来代替先前实施例的铅带。这提供了具有更高预定临界场的I型超导体，从而提供了每单位容积增加的发电容量。与Pb相比，TiN的发电容量增加每单位容积比铅的发电容量高一个数量级。在一些实施例中，热力学带状线圈的显著特征是，层到层表面积和间隔可以被选择成对线圈的自电容具有更大的影响，以便调节受该电容影响的能量转换循环频率。 |
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