CN101572476B - 爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 - Google Patents
爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101572476B CN101572476B CN2009100256996A CN200910025699A CN101572476B CN 101572476 B CN101572476 B CN 101572476B CN 2009100256996 A CN2009100256996 A CN 2009100256996A CN 200910025699 A CN200910025699 A CN 200910025699A CN 101572476 B CN101572476 B CN 101572476B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- fuel
- deflagration
- equilibrium
- power generating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明提出一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其使用的装置，可以产生低温非平衡态等离子体流，流经磁场，组成磁流体发电系统。一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法，步骤为：第一步，燃料爆燃：氧化剂和燃料气按照化学反应当量的1.05～1.5倍比例混合进入燃料爆燃室发生连续爆燃，形成高压气体；第二步，产生射流等离子体：第一步得到的高压气体进入等离子体发生管中，产生电导率为10S/m～20S/m、温度为1000K～1200K的具有磁流体特性的非平衡态射流等离子体；第三步，磁流体发电：第二步产的非平衡态射流等离子体进入磁感应强度为0.5～2.5T的常导电磁体磁场内运动产生电动势。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流体发电方法，尤其是指一种利用燃料爆燃与非平衡态等离子体磁流体进行发电的方法。
背景技术
传统火力发电方式为通过锅炉燃烧，使燃料化学能转移到工质中，由工质推动发电机发电，该方法效率较低，污染严重。
磁流体发电是将导电流体喷射到磁场中，荷电粒子在磁场中运动由于霍尔效应发生偏转形成电动势。磁流体发电效率高、污染低。传统磁流体发电技术利用燃料燃烧的高温产生高温平衡态等离子体进行磁流体发电，磁流体温度一般在2000～3000K，对材料高温特性要求苛刻。
在杨爱勇硕士毕业论文名为《氢气爆炸过程中气体电离特性研究——一种氢能利用新方法的探索》2003年2月，东南大学，10-11页中提供了一种方法是氢气和氧气按一定的配比进入混气器，充分混合的预混气体按一定的流量进入起爆段。同时种子喷嘴喷射一定计量的种子进入起爆段，和预混气体进行充分的混合。经过一定时间，点火头点火引爆气体。气体经过一段时间发展，到达发电段时候进入稳定爆轰状态。在发电段形成了高温高压的工作气体，由于种子的加入，气体具有一定的电导率，在高速通过发电段的过程中发电做功。该方法中，通过向燃料中添加电离种子的方法使气体电离，产生等离子体为高温平衡态等离子体，系统需要种子添加和回收环节，装置复杂。
在王心亮博士毕业论文名为《爆轰磁流体发电概念及核心问题研究》2009年3月，东南大学，43-53页中提出了一种方法，在脉冲爆轰段中由脉冲爆轰产生高速气流，主要利用气体的动能；紧接着为高频强电场非平衡等离子体发生段，此处非平衡强电场放电，使气体电导率增加；最后一部分为MHD通道，进行磁流体发电。该方法使用的等离子体发生装置，是气体外部两高频高压电极直接对气体放电，增加气体电导率，该方法没有使用介质阻挡技术，形成等离子体尽管整体温度较低，但是并非典型低温非平衡态等离子体，产生过程中能耗较大。
发明内容
为了克服现有的磁流体发电技术存在的对材料的高温特性要求高和产生高电导率磁流体耗能大的缺点，本发明提出了一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其使用的装置，利用本方法和装置可以产生低温非平衡态等离子体流，流经磁场，组成磁流体发电系统。
本发明的技术方案为：一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法，步骤为：第一步，燃料爆燃：氧化剂和燃料气按照化学反应当量的1.05～1.5倍比例混合进入燃料爆燃室发生连续爆燃，形成压力为0.5MPa～2MPa的高压气体；所述的燃料气为C1～C4的碳氢化合物、氢气、一氧化碳、天然气、石油气、煤气中的任意一种，氧化剂为空气或氧气。
第二步，产生射流等离子体：第一步得到的高压气体以20m/s～200m/s的速度进入电压为5KV～50KV、频率为10kHz～1MHz的等离子体发生管中，产生电导率为10S/m～20S/m、温度为1000K～1200K的具有磁流体特性的非平衡态射流等离子体；
第三步，磁流体发电：第二步产生的非平衡态射流等离子体以20m/s～200m/s的速度进入磁感应强度为0.5～2.5T的常导电磁体磁场内运动产生电动势，气流出口的温度为400K～600K，电磁场初始励磁电流由外接电源给出，在正常发电后通过切换器切换，励磁电流由自身发电供应。等离子体流通过磁场发电阶段电动势由两电极从发电段引出。
所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置，所述的装置由燃料爆燃室、等离子体发生管、磁流体发电室组成，燃料爆燃室设有燃料气和氧化剂进口，燃料爆燃室和等离子体发生管连接，等离子体发生管和磁流体发电室连接。所述的等离子体发生管为石英玻璃管或者陶瓷管。爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置中，等离子体发生管有两种结构，一种为管道外壁设有一对平行环状电极，平行环状电极和电源连接；另一种为在等离子体发生管的介质管道外壁沿轴线方向上设有一针形电极，并在介质管道外壁设有一环形电极，两电极和电源连接。在磁流体发电室中设有一对电极，电极外接负载，磁流体发电室中还设有切换器。
有益效果：1.本发明利用气态燃料在富氧条件下爆燃产生高压气体，燃料化学能转化为气体压力能，高压气体通过由高频高压电源驱动的等离子体发生段，利用介质阻挡放电等离子体射流方法，形成低温非平衡态等离子体射流，产生高电导率磁流体，磁流体温度为1000K～1200K，流速在20～200m/s，整个过程中，气体电离耗能低，不需要另外添加种子使气体电离。
2.磁流体通过磁场时，荷电粒子偏转形成电动势，通过电极引出。该过程中气体压力能直接转化为电能。出口气流出口温度为400K～600K。
3.使用本发明的方法利用低温非平衡态等离子体射流产生磁流体能耗低，气体电导率高，温度低，流速低。具有极高焓值等离子体通过磁场时，压力逐步下降，离开发电段的气体焓值很低，焓值被以电能形式取用。该方法结构简单，没有转动部件，损失小，对于焓值仍然很高的尾气可以串联多级射流等离子体发生段，实现分级发电以提高效率，发电效率可以达到60％以上。
附图说明
图1为本发明总体结构图，包含燃料爆燃段、射流等离子体发生段和磁流体发电段。
图2为平行环状电极等离子体发生管结构。
图3为针形环状电极等离子体发生管结构。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3，对本发明作详细说明：
一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法，步骤为：第一步，燃料爆燃：燃料气和氧化剂按照富氧燃烧进入燃料爆燃室发生连续爆燃，形成压力为0.5MPa～2MPa的高压气体；所述的燃料气为C1～C4的碳氢化合物、氢气、一氧化碳、天然气、石油气、煤气中的任意一种，氧化剂为空气或氧气。爆燃过程中使用空气作为氧化剂，如果使用纯氧作为氧化剂可以获得更好的爆燃效果。燃料和氧化剂按照一定比例进入爆燃腔，在爆燃腔内发生连续爆燃，通过爆燃将燃料化学能转化为气体压力能，形成高压气体。
第二步，产生射流等离子体：第一步得到的高压气体以20m/s～200m/s的速度进入电压为5KV～50KV、频率为10kHz～1MHz的等离子体发生管中，产生电导率为10S/m～20S/m、温度为1000K～1200K的具有磁流体特性的非平衡态射流等离子体；射流等离子体发生段应用介质阻挡放电技术，利用高频高压电源驱动产生等离子体。高压气体通过等离子体发生段产生高电导率的射流等离子体。为提高电导率，可以在燃料中添加适当比例的易于电离的氩气或氦气等气体。
第三步，磁流体发电：第二步产生的非平衡态射流等离子体以20m/s～200m/s的速度进入磁感应强度为0.5～2.5T的常导电磁体磁场内运动产生电动势，气流出口的温度为400K～600K，在磁流体发电段，磁流体通过磁场，在和磁场垂直方向上产生电动势由两电极引出。电磁场初始励磁电流由外接电源给出，在正常发电后通过切换器切换，励磁电流由自身发电供应。等离子体流通过磁场发电阶段电动势由两电极从发电段引出。
所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置，所述的装置由燃料爆燃室、等离子体发生管、磁流体发电室组成，燃料爆燃室设有燃料气和氧化剂进口，燃料爆燃室和等离子体发生管连接，等离子体发生管和磁流体发电室连接。所述的等离子体发生管为石英玻璃管或者陶瓷管。爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置中，等离子体发生管有两种结构，一种为管道外壁设有一对平行环状电极，平行环状电极和电源连接，如图2所示；另一种为在等离子体发生管的介质管道外壁沿轴线方向上设有一针形电极，并在介质管道外壁设有一环形电极，两电极和电源连接，如图3所示。在磁流体发电室中设有一对电极，电极外接负载，磁流体发电室中还设有切换器。
Claims (6)
1.一种爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法，其特征在于，步骤为：
第一步，燃料爆燃：氧化剂和燃料气按照化学反应当量的1.05～1.5倍比例混合进入燃料爆燃室发生连续爆燃，形成压力为0.5MPa～2MPa的高压气体；
第二步，产生射流等离子体：射流等离子体发生段应用介质阻挡放电技术，利用高频高压电源驱动第一步得到的高压气体以20m/s～200m/s的速度进入电压为5KV～50KV、频率为10kHz～1MHz的等离子体发生管中，产生电导率为10S/m～20S/m、温度为1000K～1200K的具有磁流体特性的非平衡态射流等离子体；
第三步，磁流体发电：第二步产生的非平衡态射流等离子体以20m/s～200m/s的速度进入磁感应强度为0.5～2.5T的常导电磁体磁场内运动产生电动势，气流出口的温度为400K～600K，电磁场初始励磁电流由外接电源给出，在正常发电后通过切换器切换，励磁电流由自身发电供应。
2.如权利要求1所述的爆燃一非平衡态等离子体磁流体发电方法，其特征在于，所述的燃料气为C1～C4的碳氢化合物、氢气、一氧化碳、天然气、石油气、煤气中的任意一种。
3.如权利要求1所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法，其特征在于，氧化剂为空气或氧气。
4.如权利要求1所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置，其特征在于，所述的装置由燃料爆燃室、等离子体发生管、磁流体发电室组成，燃料爆燃室设有燃料气和氧化剂进口，燃料爆燃室和等离子体发生管连接，等离子体发生管和磁流体发电室连接。
5.如权利要求4所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置，其特征在于，所述的等离子体发生管为石英玻璃管或者陶瓷管。
6.如权利要求4所述的爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法中使用的装置，其特征在于，在磁流体发电室中设有一对电极，电极外接负载，磁流体发电室中还设有切换器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100256996A CN101572476B (zh) | 2009-03-06 | 2009-03-06 | 爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100256996A CN101572476B (zh) | 2009-03-06 | 2009-03-06 | 爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101572476A CN101572476A (zh) | 2009-11-04 |
| CN101572476B true CN101572476B (zh) | 2011-02-09 |
Family
ID=41231735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100256996A Expired - Fee Related CN101572476B (zh) | 2009-03-06 | 2009-03-06 | 爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101572476B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102333411B (zh) * | 2011-09-19 | 2012-10-03 | 大连海事大学 | 一种分区激励式大气压非平衡等离子体发生装置 |
| CN102545694B (zh) * | 2011-11-24 | 2015-06-24 | 曾令伦 | 一种磁流体发电装置 |
| CN102723895B (zh) * | 2012-06-27 | 2015-02-11 | 曾令伦 | 一种热电气体发电及化工合成装置 |
| CN103855907B (zh) * | 2012-12-01 | 2016-06-08 | 熊英雕 | 无种子磁流体发电机 |
| CN103441641A (zh) * | 2013-09-02 | 2013-12-11 | 董国光 | 爆轰波引射环道式磁流体发电系统 |
| CN103899437B (zh) * | 2014-04-04 | 2015-09-16 | 东南大学 | 一种基于非平衡态等离子体推进气体的弱爆震方法及装置 |
| CA2852460A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-23 | Donald J. Stein | Implosion reactor tube |
| CN104485797B (zh) * | 2014-09-18 | 2017-04-19 | 清华大学 | 一种无旋转运动的磁粒流发电系统 |
| CN105634242A (zh) * | 2014-10-30 | 2016-06-01 | 熊英雕 | 以水为辅助燃料的磁流体发电机 |
| CN104578682B (zh) * | 2015-01-29 | 2016-09-21 | 东南大学 | 一种可利用汽化潜热闭环磁流体发电方法及其循环发电系统 |
| CN104901509B (zh) * | 2015-04-03 | 2017-05-31 | 潘格超 | 基于感应电流的蜗牛火力发电机及控制方法 |
| CN106065852A (zh) * | 2015-06-09 | 2016-11-02 | 熵零股份有限公司 | 一种发动机 |
| CN105699359A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-06-22 | 大连理工大学 | 大气压空气中获取环状均匀等离子体的实验装置及方法 |
| CN106848357B (zh) * | 2017-01-20 | 2023-04-14 | 孟青林 | 等离子体涡流燃料电池及发电方法 |
| CN110545025A (zh) * | 2018-05-28 | 2019-12-06 | 河北沃桦农业科技开发有限公司 | 循环生态电机 |
| CN110380646A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 刘金刚 | 获取瞬态能装置 |
| CN113037052B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-04-22 | 中国科学院理化技术研究所 | 多相热声磁流体发电机 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004350398A (ja) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 発電システム及びその方法 |
-
2009
- 2009-03-06 CN CN2009100256996A patent/CN101572476B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004350398A (ja) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 発電システム及びその方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王心亮等.利用爆炸能发电的研究进展.《煤气与热力》.2004,(第10期), * |
| 王心亮等.爆轰等离子体非平衡区的双流体模型.《爆炸与冲击》.2008,(第02期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101572476A (zh) | 2009-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101572476B (zh) | 爆燃-非平衡态等离子体磁流体发电方法及其装置 | |
| CN103899437B (zh) | 一种基于非平衡态等离子体推进气体的弱爆震方法及装置 | |
| CN103855907B (zh) | 无种子磁流体发电机 | |
| US8146371B2 (en) | Direct induction combustor/generator | |
| CN201134972Y (zh) | 一种交流等离子电弧加热器 | |
| CN101463763B (zh) | 磁稳等离子流点火发生器 | |
| CN104071747A (zh) | 一种等离子体甲烷重整制备合成气的方法 | |
| CN100585279C (zh) | 一种煤粉点燃装置和点燃方法 | |
| CN102723895B (zh) | 一种热电气体发电及化工合成装置 | |
| CN102753790A (zh) | 具有磁流体动力顶循环的发电设备 | |
| CN105221319A (zh) | 一种用于点火和辅助燃烧的滑动放电反应器 | |
| Xia et al. | Dry reforming of CO2CH4 assisted by high-frequency AC gliding arc discharge: Electrical characteristics and the effects of different parameters | |
| CN103953474A (zh) | 定向自旋等离子体助燃系统 | |
| WO2014031037A2 (ru) | Система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии | |
| CN103945628A (zh) | 定向自旋等离子体激励器及定向自旋流动控制方法 | |
| CN104630814B (zh) | 一种高效低耗汽车水燃料系统 | |
| CN106685180B (zh) | 一种以高速液态金属为发电工质的脉冲磁流体发电机 | |
| CN205382131U (zh) | 等离子体热解系统 | |
| CN109743832B (zh) | 一种大功率长寿命等离子体炬复合冷却装置及设计方法 | |
| Zhou et al. | Hydrogen production by reforming methane in a corona inducing dielectric barrier discharge and catalyst hybrid reactor | |
| CN203879652U (zh) | 定向自旋等离子体助燃系统 | |
| CN103441641A (zh) | 爆轰波引射环道式磁流体发电系统 | |
| CN104314692B (zh) | 一种微波表面波点火助燃装置 | |
| CN106848357B (zh) | 等离子体涡流燃料电池及发电方法 | |
| Gupta et al. | Magnetohydrodynamic system—A need for a sustainable power generation source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110209 Termination date: 20150306 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |