CN101123389A - 一种磁流体发电装置 - Google Patents

Abstract

一种磁流体发电装置属发电机技术领域。其目的是提供一种发电效率较高，能满足汽车需求的磁流体发电装置。其技术要点：由两个相对的电极壁(1)和两个相对的、极性相反的磁极壁(2)构成一个盒式结构的方形截面的通道，通道为直线型纵向扩张通道，即从入口始渐增大，出口截面大于入口截面；电极壁从里向外由电极(11)、连接该连电极的铜板(12)和与铜板粘结的玻璃钢(14)构成，磁极壁从里向外由钕铁硼片(21)、固定该钕铁硼片的钢板(22)和与钕铁硼片粘结的玻璃钢(24)构成。其利用汽车尾气的热离子气体与磁场相互作用，把热能直接转换成为电能，既利用了燃料能源，又有利环保；且该装置无运动部件，启动快，输出是直流电，符合汽车用电特点。

Description

一种磁流体发电装置

技术领域：

本发明涉及一种发电设备，特别是一种利用汽车尾气进行发电的磁流体发电装置。

背景技术：

法拉第发现电磁感应定律以后，就有利用海流通过地球磁场来发电的设想，这是对磁流体发电原理最早的设想。但在对磁流体发电技术的研究方面，前苏联、美国、日本、中国等国都进行了不少研究。最早进行磁流体发电技术研究的是美国，1940年初，西屋电气公司制造了大型的霍尔型试验发电器，由于对电离气体的性质没有足够的了解，这一发电器未获成功。1959年，阿夫科公司建造了功率为11.5kW的试验性磁流体发电器，该装置应用3000K的氩等离子体喷流作为热源，发电器通道为截面25mm×7mm，长度为0.5m，通道中的相互间有等距离放着4对分开的电极。随后该公司曾提出50MW装置的方案。美国远景规划研究机构和美国空军还支持建造了功率为20MW的“马克-V”自励磁流体发电器主要用来研究可否利用火箭驱动大型的磁流体发电器。

进入20世纪70年代后，由于石油危机和环境污染的日益严重，考虑到磁流体发电的高转换效率和低环境污染，美国曾确定以煤为燃料的商用磁流体发电为主攻方向。前苏联是世界上对磁流体发电研究投入人力物力最多的国家。研究以科学院高温研究所为中心。1971年建成了烧天然气的半工业性试验电站U-25，最高发电功率20.4MW。1985年开始建设功率500MW，烧天然气的大型工业磁流体-蒸汽联合电站U-500，设计净效率为48.3％。1993年建成Y-25G的磁流体发电装置，主要用于燃煤发电试验研究，在原Y-25M机组上，重点作大型盘式磁流体的发电试验和理论研究。此外，前苏联库尔恰托夫原子能研究所还进行了可持续数秒钟的自激脉冲磁流体发电装置。

日本的磁流体发电试验始于20世纪60年代，东芝公司的烧煤油的磁流体发电装置，功率为100kW工业技术院列入大型试验研究计划，共进行了2期研究，建成了3套试验装置。1976年按石油危机后的形式发展，转向燃煤磁流体发电的试验，重点研究了烧油煤浆的磁流体发电试验。燃煤试验从1988年列入月光计划中的先行技术基础项目，重点进行单项技术的研究。另外，在闭环磁流体研究方面日本东京工业大学进行了不少的工作。在20世纪80年代，日本东京工业大学继承荷兰埃因霍温工业大学进行了利用天然气为热源的短时间吹出试验。发电机为富士1号盘式磁流体发电机。输入为5MW，利用天然气燃烧从顶部将氧化铝卵石床加热到2100K。除净燃烧气体之后再从下方吹入氩气或氦气进行加热，在加热后的惰性气体中加入10-4mol铯种子，在1900K下送入发电机，发电机中心磁场磁通密度为4.67T。

中国是世界上开始磁流体发电研究较早的国家之一。研究于1962年开始，主要从事燃油磁流体发电的研究。由于煤是中国的主要能源，1982年开始转向燃煤磁流体发电的研究。整个工作分8方面进行研究：高温燃煤燃烧室、磁流体发电通道、余热锅炉、逆变系统、超导磁体、电离种子回收、电离种子再生、已有电站磁流体发电改造的概念设计。工作主要在中科院电工研究所、东南大学、上海发电设备成套设计研究所3家单位进行。随着各国对磁流体发电研究的深入，发现磁流体发电系统中还有一些关键技术问题并没有很好的解决。归纳起来有如下3方面的问题：

(1)高温问题：由于在磁流体发电中温度一般为2000-3300K，这在燃烧室、发电通道等的材料和制作方面都造成不少困难。

(2)超导磁体的制作问题：由于在磁流体发电中要求有较强的磁场，一般由超导磁体产生的，而超导磁体的制作是其中的一个技术难题。

(3)排渣问题：由于燃煤磁流体发电的直接烧煤，通道中的排渣问题就成了一个关键性的问题。如何获得高的排渣率，决定了燃煤磁流体发电能否商业化。美国Billings磁流体-蒸汽联合循环示范电厂的方案之所以没能进入美国能源部的净煤发展计划，很大一部分原因是因为排渣率仅仅在60％左右。

最近，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院李刚等研究汽车尾气余热发电，汽车尾气余热发电是通过斯特林循环过程完成的，其基本工作原理为：工质从高温热源(汽车废气吸收热量，膨胀做功，向低温热源放热并收缩，再次从热源吸收热量，循环上述过程。在每次循环过程中，工质吸收的热能转化为机械能，而工质做功过程中通过活塞的往复运动带动直线发电机进一步将机械能转化为电能。2006年，南京理工大学田威博士通过研究一种小型排气能量转换装置，将排气能量转换为机械能，机械能再转换为电能，设计了冲击式和径流式两种类型的旋转驱动组件，实现排气能量的转换回收。

发明内容：

本发明的目在于克服上述现有技术之不足，提供一种发电效率较高，能满足汽车需求的磁流体发电装置，它能够利用汽车尾气的热离子气体与磁场相互作用，把热能直接转换成为电能，作为车载电源的能源。

其技术方案是：一种磁流体发电装置，其特征在于：由两个相对的电极壁和两个相对的、极性相反的磁极壁构成一个盒式结构的方形截面的通道，通道为直线型纵向扩张通道，即从入口始渐增大，出口截面大于入口截面；电极壁从里向外由电极、连接该电极的铜板和与铜板粘结的玻璃钢构成，磁极壁从里向外由钕铁硼片、固定该钕铁硼片的钢板和与钕铁硼片粘结的玻璃钢构成。

其技术效果是：由于汽车尾气属低温、低速等离子体状，低温等离子体中含有大量高能电子、离子和激发态粒子。而构成等离子体的带电粒子之间主要是长程的库仑力(Coulomb Force)，这使得每个导电粒子同时与许多带电粒子发生作用(集体相互作用)，并且受到电磁场的强烈影响，因而决定了等离子体具有一系列独特的性质。因此，汽车尾气通过安置有垂直磁场的整体式发电通道时，等离子体中的正、负离子在洛伦兹力的作用下，分别偏转到达通道两侧的电极上，使两极之间产生电势差，将两侧电极与外负载相接便可引出电流而获得电功率.只要等离子体连续通过磁场，便可以连续不断地输出电能。这种利用汽车尾气的磁流体发电装置，在汽车尾气的热离子气体与磁场相互作用下，把热能直接转换成为电能的发电方式，既省略了电离种子产生、电离种子回收、再生环节；又避免了现有技术中高温带来的燃烧室、发电通道等的材料和制作方面所造成的困难；还充分利用了燃料能源，提高了效率，有利环保；另外，由于其无运动部件，无需交流变直流的整流装置，并且选用连续法拉第型发电通道，这种通道连接负载比较方便，既适合为汽车提供电源，启动又快，符合汽车用电特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种磁流体发电装置，由两个相对的电极壁1和两个相对的、极性相反的磁极壁2构成一个盒式结构的方形截面的通道。通道为直线型纵向扩张通道，通道入口内面为100mm×100mm，出口内面为120mm×120mm，壁厚为20mm，通道长度为400mm。电极壁从里向外由电极11、连接该电极的铜板12和与铜板粘结的玻璃钢14构成。电极壁的两侧内各安装24个电极。电极为方形平板状，尺寸为18mm×18mm。电极材料选用石墨电极，这种电极不用冷却，电极压降小。相邻电极之间嵌入2mm厚的氮化硼片13使它们互相绝缘。磁极壁从里向外由钕铁硼片21、固定该钕铁硼片的钢板22和与钕铁硼片粘结的玻璃钢24构成。两个电极壁的铜板分别由导线引出，经DC-DC升压处理后，与负载的两端连接。

由于汽车尾气的初始速度较低、且属于低温等离子体，利用汽车尾气进行发电的磁流体发电装置所发出的电能为低电压、小电流的小功率电能，不能直接应用，需要经过DC-DC升压处理后才能给汽车蓄电池充电储能。DC-DC直流升压部分拟采用μMAX封装的升压型MAX669控制芯片，MAX669是以固定频率工作于电流模式的PWM控制器，输出功率达20W且可调，效率可达90％，具有宽范围的1.8-28V输入电压。

Claims (5)

1.一种磁流体发电装置，其特征在于：由两个相对的电极壁(1)和两个相对的、极性相反的磁极壁(2)构成一个盒式结构的方形截面的通道，通道为直线型纵向扩张通道，即从入口始渐增大，出口截面大于入口截面；电极壁从里向外由电极(11)、连接该电极的铜板(12)和与铜板粘结的玻璃钢(14)构成，磁极壁从里向外由钕铁硼片(21)、固定该钕铁硼片的钢板(22)和与钕铁硼片粘结的玻璃钢(24)构成。

2.根据权利要求1所述的一种磁流体发电装置，其特征在于：通道为连续法拉第型发电通道。

3.根据权利要求1所述的一种磁流体发电装置，其特征在于：电极(11)为方形平板状。

4.根据权利要求1所述的一种磁流体发电装置，其特征在于：两侧的电极壁(1)上安装有多个电极(11)。

5.根据权利要求4所述的一种磁流体发电装置，其特征在于：相邻电极(11)之间嵌入有氮化硼片(13)。

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