節(jié)能的永磁材料
降低現(xiàn)有
磁性材料的損耗,研發(fā)更低損耗的新材料,便可以在使用
磁性材料的各種電機(jī)和電器中節(jié)約能源。例如,用永磁體代替電流在空間形成1個靜磁場(如永磁電機(jī)中的定子磁場或轉(zhuǎn)子磁場,揚聲器和儀器儀表中的氣隙磁場等),這樣,不但節(jié)省了電能,降低了溫度,而且省去1部分電源及控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。
磁性材料 利用沒有勵磁線圈的鐵芯,不發(fā)熱的稀土永磁電機(jī)來代替常用電動機(jī),可縮小體積,減輕重量,提高效率。如在汽車中用永磁電機(jī)替代傳統(tǒng)的電機(jī),可使體積和重量減小40%~70%,效率提高50%以上,并可節(jié)省銅材和電力。將電氣設(shè)備中大量使用的電磁開關(guān)、電磁閥的電磁鐵換成永磁體,可節(jié)電90%以上。
在人類活動中,大量的能源消耗在克服摩擦力的做功上。利用永磁體之間的排斥力和吸引力,做成各種磁懸浮系統(tǒng),
磁性材料如果再將系統(tǒng)中的空氣抽出,則摩擦力幾乎按近于零。例如,利用磁懸浮原理制成新型磁軸承,其能源可降低90%以上,轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)。又如,應(yīng)用磁耦合的齒輪傳動機(jī)構(gòu),可以做到不嚙而合,隔而不斷,從而大量節(jié)約能源。再如,有1種在100大氣壓高壓室內(nèi)工作的機(jī)構(gòu),僅用以克服從動軸與高壓室壁間所設(shè)置的軸封摩擦即要消耗25kW的功率,如應(yīng)用磁耦合減速器,用1kW電動機(jī)便可操縱高壓室內(nèi)的機(jī)構(gòu)工作。同時,磁性軸承和磁性傳動器均無需直接接觸,不必潤滑,沒有污染。
用永磁體在空間建立1個磁場,除了在制作該永磁體時消耗一定能源外,長期使用過程中不再另外消耗能源,顯然,利用永磁體能夠取得節(jié)約資源、節(jié)省能源的顯著效果。 奇特的非晶態(tài)磁性合金
非晶態(tài)磁性合金就是磁性玻璃。這種非晶態(tài)合金材料是將熔融的金屬用每秒近100萬℃的超急冷方法直接噴在高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪上,使熔化的液態(tài)合金立即凝固成薄帶,來不及結(jié)晶而形成非晶態(tài)。
非晶態(tài)合金具有鐵芯損耗小、電阻率高、頻率特性好、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等特點。在漏電保護(hù)器、電感濾波器、電力配電變壓器和開關(guān)電源等方面已獲得廣泛應(yīng)用。由于非晶態(tài)材料的厚度只有0.03mm,所以鐵芯的占空系數(shù)較小,約在0.4~0.7之間,其鐵芯損耗也僅為硅鋼片的1/3,用作變壓器鐵芯,不但具有優(yōu)良的高頻電磁性能,而且與常規(guī)產(chǎn)品相比,體積可縮小30%,總能量損耗減少40%~60%。據(jù)資料顯示,由于鐵芯發(fā)熱,日本每年要損耗60億度電,相當(dāng)于2000億日元的價值。據(jù)估計,我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右,損耗每降低1%,每年可節(jié)約上百億度電,其節(jié)能效果十分顯著。
磁性節(jié)能器件
磁水器在鍋爐和熱交換系統(tǒng)中的使用,不但提高了熱效應(yīng),節(jié)約了能源,而且還減少了管道和設(shè)備的除垢工作。根據(jù)美國商業(yè)部和國家標(biāo)準(zhǔn)局的資料,鍋爐的水垢厚度為0.4mm~9.6mm,平均效率損失為4%~48%,每千升(或每千加侖)燃油浪費40升~480升(或加侖)。按照美國的運行情況,某些鍋爐在進(jìn)行酸洗除垢之前,其積垢厚度有的可達(dá)8mm左右,其燃油的浪費相當(dāng)嚴(yán)重。其它國家和地區(qū),因水質(zhì)和維護(hù)水平不同,嚴(yán)重者會造成更大損失。如果采用磁力除垢器或磁水器均可節(jié)約能源并提高維護(hù)保養(yǎng)水平。我國某油田用磁水器處理石油,使石油除蠟降粘,熱洗周期由12天增加到140天,單井年節(jié)電達(dá)1.4萬度,年節(jié)約天然氣1.8萬m3,年增產(chǎn)原油180噸,多獲利2萬元。
將磁化節(jié)油減煙器,燃油增能器或磁力強(qiáng)化節(jié)能器用于以碳?xì)浠衔铮ㄓ?、氣)為燃料的燃燒設(shè)備中,其節(jié)能效果明顯。例如煉鋼爐、鍋爐、電站、各種發(fā)動機(jī)等設(shè)備均可裝設(shè)此類節(jié)能器,令其燃料在使用之前進(jìn)行磁化,使油、氣分子鍵斷裂霧化,使其充分燃燒,提高燃燒效率,從而省油、省氣5%~15%。由于燃燒室溫度升高,發(fā)動機(jī)(引擎)輸出增加,可防止積垢,可使CO、NO等有害氣體的排放降低25%~65%,同時還可使廢氣中的含塵量降低25%~40%。在開采或煉制石油的輸油管道中,采用此類設(shè)置,也可取得有利于油氣輸送、除蠟降粘的效果。
用于石油鉆井7km深處打撈作業(yè)的稀土鈷永磁強(qiáng)磁力打撈器,可將掉落井里的鉆頭、齒輪、軸承、工具、碎片及其它雜物打撈干凈,確保鉆井速度,并保護(hù)油井不致報廢。
軟磁合金我國研制成功的60kVA永磁副勵磁機(jī),選用釤鐠鈷稀土永磁體裝在切面磁路的轉(zhuǎn)子上,電機(jī)功率等級是原型機(jī)的2.45倍,軸長縮短了1半,稀土永磁的用量僅為鋁鎳鈷副勵磁的47%,成本只有電磁副磁機(jī)系統(tǒng)總成本的1/3左右。 綠色節(jié)能磁冰箱
利用“絕熱去磁”(給1種磁性材料施加磁場時發(fā)熱,去掉磁場時冷卻)全新原理工作的磁冰箱,其致冷工作效率為常規(guī)氣體致冷機(jī)的2倍~4倍,能耗低,可節(jié)電50%。由于使用固體工質(zhì),故而體積小、重量輕,又無壓縮機(jī),很少有零件磨損和擠壓現(xiàn)象。即使有運動部件,其轉(zhuǎn)速也十分緩慢,故而省電、便于維護(hù)、壽命長、無振動噪音,沒有氟里昂對環(huán)境的污染,可保護(hù)臭氧層,因此被稱為綠色冰箱。
近來美國埃姆茲實驗室制成1臺以釓顆粒為致冷材料的樣機(jī),其循環(huán)系統(tǒng)較復(fù)雜,要求的工作磁場較高(5T),這樣高的磁場只有超導(dǎo)磁體才能達(dá)到。我國包頭稀土研究院與包頭鋼鐵學(xué)院共同承擔(dān)的“稀土磁致冷技術(shù)開發(fā)”課題,已制成1種采用釹鐵硼永磁磁場裝置,其強(qiáng)度為1.3T~2.0T,使室溫磁致冷技術(shù)向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)一大步。
其它節(jié)能實例
電子鎮(zhèn)流器只需傳統(tǒng)式鎮(zhèn)流器的70%的電功率便能令螢光燈發(fā)出同樣的光度。由于使用較小的磁性電感器,不需要啟動器,可節(jié)能30%,具有快速、重量輕、噪音低的特點,效率高達(dá)65%~85%。小損耗的開關(guān)電源必須使用的變壓器,扼流圈,雜波濾波器、飽和電抗器等4種磁性元件,全部可由磁性材料制造。
不用水和色漿的磁性染色工藝就是利用磁力和分散染料升華作用的1種連續(xù)染色法,可用于染素色和圖案印花。它無需使用水、溶劑和印花紙,且能耗大大減小。
沒有火患的安全灶——電磁爐,是1種新型“冷加熱”電氣灶具。這是通過高頻交變磁場與鐵鍋(或不銹鋼鍋)相互作用來加熱的,其熱效率高,節(jié)省電力。同樣是1.2kW,一般加熱器的熱效率只有56%,而電磁爐的熱效率卻達(dá)到83%,燒沸同量水的時間可縮短1/3。溫度可調(diào),安全衛(wèi)生,與微波爐相比,還具有價格低、宜炒菜特別是做中餐的特點,目前在我國已經(jīng)實用化、商品化。
利用磁場制作的水泥,具有松散,不結(jié)塊的特點。由于磁場的作用使水泥旋轉(zhuǎn),只要在水泥中添加1種可與水泥吸附在一起的鐵磁材料,使之具有韌性和彈性。因無轉(zhuǎn)動部件,磨損極小,耗能少。磁選 磁性水泥混凝土的形狀和大小不受限制,具有良好的持久性,在水中和海洋工程方面,可用于磁性定位;在危險地區(qū)可作成磁性地段,便于檢測;在路面上作磁性標(biāo)記以引導(dǎo)盲人步行,使汽車通行無阻。