CN102545694A - 一种磁流体发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁流体发电装置，由太阳能反射镜、进气管、喷气室、电离室、发电通道、回收室、排气管、永磁体、输电系统、蓄电池组组成，附加化石燃料燃烧室。电离室设有2对正负反向高压放电棒，发电通道设有收集挡板，反射镜由半球形凹镜和小圆柱体组成，配有跟踪光线自动转向装置，喷气室设有进气泵和电气石网，回收室设有排气泵。工质氙气在反射镜内吸热升至高温后输入进气管，经喷气室加速后与电气石网摩擦电离，喷入电离室后遇到交叉强电场发生电晕，气体几乎全被电离，产生的等离子气体进入发电通道受到洛仑兹力发生偏转，正负带电粒子分别集结到收集挡板、负极板上，形成发电机正、负极，导出电能，导出电能，经稳压、逆变后输出额定交流电。发电机两极并联一个蓄电池组，相互进行充放电。本发明的效果是利用太阳的光能和热能，把它转换为电能，获得较高的发电效率。

Description

一种磁流体发电装置

技术领域

本发明涉及一种新型的磁流体发电装置，主要利用太阳能加热电离工质气体、实施电晕放电产生等离子气体，再进行发电的装置。

背景技术

目前，电气体发电机在一些小功率场所得到应用，如用作航天飞行器火箭发动机的电源、静电喷漆、静电除尘等，但它对等离子气体利用率不高，只有其中的正离子对发电作出了贡献，电子不是载流子，只有正离子才是载流子，能量转换率最高达50％(如图1)。处于实验阶段的磁流体发电机，通过对工质气体加热后添加钾、铯等电离种子，使其具有一定电导率，致使发电能够进行，再与蒸汽电站系统联合，总效率可达52％甚至更高，但气体电导率还不够高，进一步提高异常困难，必须使用超导磁体来获得强磁感应强度，价格十分昂贵；气体中的电离种子和煤渣、灰尘等，易使电机通道电极短路腐蚀，从而缩短电机寿命；对等离子气体利用率不高，只有电子才是载流子，正离子不是载流子。广泛使用的太阳能电池，是根据光电转换原理，利用半导体材料吸收太阳光能发电，但目前光电转换效率还不太高，最高仅30％左右，太阳热能没有得到充分利用，且生产成本偏高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新型的磁流体发电装置，充分利用太阳的光能和热能，把它转换为电能，并提高发电功率和效率。因本发明与电气体发电、磁流体发电和太阳能发电专业存在交叉，与传统的磁流体发电机也有所不同，故称为热电气体发电机。以下文中所述的热电气体发电机，即是指本发明的新型磁流体发电装置。

这种发电机既与常规的火力、水力、风力及其它能源动力发电机不同，又与传统的电气体发电、磁流体发电、太阳能发电不同。常规的动力发电机一般要经过中间能量转换过程才能发电，传统的电气体发电和磁流体发电，都只是利用等离子气体中的一种带电粒子(正离子或电子)作为载流子，太阳能电池也只利用了太阳的光能，而热电气体发电机将等离子气体中的所有带电粒子都作为载流子，充分利用太阳的热能和光能，并将热能和光能直接转化为电能，其电效率是磁流体发电机的2倍，其单位容积的比功率是磁流体发电机的4倍。

热电气体发电机，包括一套气体密闭循环装置、永磁体(如图25)、输电系统(如图22)和蓄电池组87，附加化石燃料燃烧室(如图3)。

气体密闭循环装置：包括太阳能反射镜(如图2)、进气管、喷气室、电离室44、发电通道45、回收室、排气管，各部件内空、依次联通，均使用耐高温绝缘隔热材料，如复合硅酸盐(铝镁)制品(如图11)。一是吸收能量装置：用半球形凹镜和圆柱体组成反射镜，内装工质氙气，通过吸收太阳能来加热、电离气体，再将太阳能转化为电能(如图2)。同时配套制作一个俯仰转动机和水平旋转机(如图4)，其中俯仰转动机采用齿轮转动部件15，通过手工调整好俯仰角，使反射镜在高低上正对阳光；水平旋转机则采用电磁驱动装置(如图10)，通过接收光线跟踪器发出的光线偏移信号(如图6)，在水平上同步自动调整反射镜方向，使光线始终垂直照射反射镜口部(如图4)。考虑在不见阳光时段持续发电需要，以化石燃料作为替代能源，辅助研制一个化石燃料燃烧室(如图3)，将工质气体输入预热室10、燃烧室中的螺旋管进行加热，再输入喷气室、电离室44、发电通道45发电，以弥补太阳能之不足。二是喷气室和电离室44：由一个长方体双层绝热陶瓷柜制成，前端作为喷气室，内置一个进气泵43、几张交叉电气石网(如图14)，以电气石网为分界线，后端作为电离室44；在陶瓷柜外围套装一个磁屏蔽管，用磁导率很大的软磁材料(如坡莫合金或铁铝合金)做成，以防部分磁力线穿入电离室44，致使带电粒子在电离室内就受到洛仑兹力发生偏转；柜内壁安装一层金属板(如钨铜合金)，起到电场屏蔽作用。热气体在进气泵助推下沿装置快速流动，流经电气石网时(如图14)发生激烈摩擦，少量气体原子被电离，再次增加带电粒子密度。电离室内置4根高压放电棒(正负电势各2根，用钨铜合金制成针状形)，用陶瓷包裹后穿过磁屏蔽管、陶瓷壁和金属板，插入电离室44，露出金属针；每对放电棒正负针锋相对设置，但2对放电棒正负相反放置。4根放电棒外接高压直流电后，在电离室内形成上下左右强电场，热气体喷入电离室发生电晕放电，生成带电粒子，它们在电离室内受到4种电场力制衡作用(如图18、图19)，正负带电粒子分别向上、下偏转，呈弧形前进，但相互不会碰撞，也不会碰到室壁上(如图20、图21)；经过多次电离，气体原子几乎全被电离成正离子和电子，成为等离子气体。三是发电通道45：由一个正四棱锥体截体的陶瓷柜制成，与电离室44紧密相连，其进气左侧壁和右侧壁均内衬一张栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(如1厘米厚，置于栅格式钨铜合金板上，点上若干蜂窝孔)，作为正、负极板(如图11)；在通道出口端安装一张内弯曲弧形收集挡板46，与左侧正极板、上下绝缘通道壁相连接，三面结合部预留若干个小孔气隙58。收集挡板46以陶瓷为支架(如氮化硼特种结构陶瓷)，上面衬上一层栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(同正极板)，各层分别与正极板相同材料连为一体。由于电子将集结到负极板前方区域，设其中心为a点129，因此从a点引出一条导线，作为发电机负极；正离子将集结到收集挡板上靠近正极板一侧的区域，设其中心为b点130，因此从b点引出一条导线，作为发电机正极。等离子气体喷入通道后45，由于有磁场上下垂直穿过通道，电子受到洛仑兹力作用向右偏转，遇到微粒发生碰撞，再偏转、再碰撞，最后偏转到通道右侧极板上，大量电子汇集起来形成负极板(如图11)；正离子受到洛仑兹力作用向左偏转，因其质量大、惯性大、横截面大，连碰几下也不再偏转了，将随气流“大部队”向前流动，但轨迹方向是偏向左侧极板的(即靠近正极板一侧)(如图11)；气流流至出口端时，一小部分气体从右侧负极板与挡板46间的缺口流出，大部分气流则被挡板46拦阻，顺势沿着弧形挡板上的小孔气隙滑出，其中绝大部分正离子被挡板上的石墨层收集，可能有少量的正离子被气流裹携带走，这就避免了电荷浪费(如图11)。收集挡板46由于收集了大量正离子而成为发电机正极，正离子也变成了载流子(如图26)。四是回收室：也由一个正四棱锥体截体的陶瓷柜制成，其底面与发电通道紧密相连，出口端呈收缩状，口部内置一个排气泵47，配合进气泵助推气体沿着排气管、反射镜(如图2)、进气管、喷气室、电离室44、发电通道45循环流动(如图11)。

磁体设计：采用永磁材料(如矩磁铁氧体)，制作一个半封闭矩形磁性瓷体(如图25)，事先挂接充电线圈后使其保留较强磁性，只要缺口中的剩磁达到规定值(如8×10^-4(T))以上即可。磁体上下两个臂长要大于缺口间距，以防缺口中磁力线向凹部弯曲；因缺口边缘处上下磁力线会弯曲穿行，所以边缘处不能作为工作空间，缺口空间应稍大于发电通道体积，使发电通道置于缺口中央位置(如图25)。

工质气体选择：参照部分元素第一电离能表如下：

综合考虑元素第一电离能不太高、常温下成气体状态、加热后不易发生化学反应、无毒等因素，所以应优先选择氙气作为工质气体。

气体电离分析：常温气体呈中性分子状态，难以电离，当气温升至8000℃以上时，部分中性气体分子才开始电离。但当气体充分吸收太阳能升至足够高的温度后(如400k--1000K间)，少量气体原子受阳光辐射将被电离成正离子、电子；再对气流加速，当热气体流经电气石网(如图14)时发生激烈摩擦，少量气体原子又被电离，再次增加带电粒子密度；当热气体喷入电离室44后，进入上下左右交叉强电场59、60、61、62，发生多次电晕放电，中性原子几乎全被电离成正离子、电子，且正负电荷总数相等，即为等离子气体。

霍尔效应分析：因为霍尔电场与运动电荷速度、磁感应强度成正比；霍尔电压与电流强度、磁感应强度成正比，但与电荷密度成反比；霍尔系数也与电荷密度成反比。在本发电机中，由于工质气体几乎全被电离，载流子包括电子和正离子，带电粒子密度很高，且其运动速度不高，磁感应强度较低，所以霍尔电场很弱，霍尔系数很小，相应的霍尔电压就很弱。所以研究热电气体发电机内电流问题时，只需要研究法拉弟电流，而霍尔效应则可以忽略。

电路设计：一是基本电路：将热电气体发电机88与蓄电池组87、滤波电容95、稳压二极管96、逆变器89并联，逆变器89连接外电路(如图22)。发电机启动时，闭合蓄电池组87和发电机88的开关，由蓄电池组87向发电机88充电。蓄电池组87放出的直流电经稳压、逆变89后变为额定常压交流电，经变压器90升压后变为高压交流电，经桥堆整流后变为高压直流电，接入发电机电离室内放电棒54、55、56、57，产生强电场59、60、61、62；热气体喷入电离室44后发生电晕放电，产生等离子气体，再喷入发电通道45，带电粒子受到洛仑兹力作用发生偏转，电子聚集到负极板上、正离子汇集到正收集挡板46上。随着时间延长，各极板上积聚的带电粒子逐步增多，积累电量逐步增大，发电机电压逐步升高，通过逆变器89对外输电。当发电机88电压小于蓄电池组87电压时，由蓄电池组87向逆变器89输电；当二者电压相等时，二者同时向逆变器89输电；当发电机88电压高于蓄电池组87电压时，发电机88代替蓄电池组87向逆变器89输电，并向蓄电池组87充电。当热气体供应中断后，发电机88停止发电，由蓄电池组87代替发电机88继续对外供电。二是稳压电路：为保证发电机输出电压稳定，设置一个稳压电路1即91，在发电机88与逆变器89间串接一个开关K₁、一个限流电阻R_限1即93，并联一个滤波电容C即95、一串稳压二极管D_z1即96。当稳压电路的输入电压U_i1即98升高时，起初其输出电压U₀即100随着升高，通过稳压二极管D_z1即96的工作电流亦迅速增加，通过限流电阻R_限1即93的电流I即101亦增加，电压降I R_限1增大，只要参数选得适当，就可基本抵消输入电压U_i1即98的升高值，使输出电压U₀即100基本保持不变。相反，当输入电压U_i1即98下降引起输出电压U₀即100降低时，通过稳压二极管D_z1即96的工作电流I_z1亦降低，限流电阻R_限1即93的电压降IR_限1减小，同样可使输出电压U₀即100基本保持不变。当负载电流I_负即102在一定范围内变化时，亦由于稳压二极管D_z1即96的补偿，使U₀即100基本保持不变。由于发电机88输出电压较高，一般稳压二极管的工作电压仅7V左右，所以需将若干个稳压二极管串联起来，或制作特殊的高电压稳压二极管，提高其承压能力。同时，为了保护蓄电池组87，防止发电机88输出过高电压烧坏蓄电池组87，并确保蓄电池组88在额定电压条件下进行充放电，还应在蓄电池组和发电机之间增加一个稳压电路2即92，其设计方法同上述稳压电路。三是带负载时的稳压设计：电源接通外部负载105后，稳压电路的输出电压U₀即100要下降，否则需增大输入电流I即101；如果下降得很厉害，上述两个稳压电路都难以调节。要保持输出电压U₀即100基本不变，就需要增大输入电压U_i1即98，或增大输入电流I即101；继而要求提高发电机的发电功率，通常做法是保持电流不变，提高发电机电动势。因此，事先启用反射镜内热气体时，应只打开部分导气管阀门、关闭另一部分阀门(如图2)；当发电机积累电量增大、输出电压升至额定值并接通负载时，将原先关闭的导气管阀门迅速打开，启用备用反射镜蓄积的热气体，快速增大发电通道内热电气体流量，瞬间提高发电机电动势ε_发′，新的电动势ε_发′大于原来的电动势ε_发，使得发电机输出电压U_i1达到其额定电压U_发额。

直接推导发电功率公式

已知太阳1秒内垂直照射在地球表面1平方米上的能量约为1350(J)。设每个反射镜面积为s平方米，共有x个反射镜。设工质气体共有n摩尔，气压为一个标准大气压，全被密封循环，与外界隔热，体积不变，可以认为反射镜吸收的大部分太阳能(设为η_吸)用来加热工质气体，另有部分太阳能(1-η_吸)通过装置泄漏。则气体增加的内能为：

ΔE_气体增＝∑Q_反射镜吸η_吸＝1.35sxt_吸η_吸×10³(J)(2-3)

假设所有气体全被电离成电子、正离子，均为n摩尔；少量被气流裹携带走的正离子，暂忽略不计。如果测出正收集挡板49与负极板48间电压U，可得发电量如下：

W_气体发电＝UQ

＝U(n_电子+n_正离子)mol×N_A×e

＝U×2n mol×6.02×10²³个.mol^-1×1.6×10^-19C/个

＝1.926n U×10⁵(J)(2-9)

式中N_A为阿伏加德罗常数，e为基本电量。发电机对外净输出电能，应等于其发电量减去预借电能和电机内部耗电：

E_{净输出电能}＝W_气体发电-E_{气体吸热后借电}-E_内耗

＝1.926n U×10⁵-[E_{电离气体耗}-(E_{气体常温内能}+ΔE_气体增)]-E_内耗

＝1.926n U×10⁵+E_{气体常温内能}+ΔE_气体增-E_{电离气体耗}-E_内耗

＝1.926n U×10⁵+(3nRT_常温)/2+1.35sxt_吸η_吸×10³-E_{电离气体耗}-E_内耗(2-10)

式中n为气体摩尔数，U为正收集挡板49与负极板48间电压，T_常温为气体常温，s为反射镜面积，x为反射镜数量，t_吸为吸收太阳能时间，η_吸为吸收太阳能效率，E_{电离气体耗}为电离气体需要的能量，E_内耗表示消耗在发电机内气泵103、104、逆变器89、变压器90、桥堆上的电能。

设全部气体沿装置循环一周，需时间t_全循环，其对外输电功率为：

P_净输出＝E_{净输出电能}/t_全循环

＝[1.926n U×10⁵+(3nRT_常温)/2+1.35sxt_吸η_吸×10³-E_{电离气体耗}-E_内耗]/t_全循环(2-11)

参照磁流体发电公式推导公式

①传统磁流体发电公式如下：

设在等离子气体喷入磁场的坐标系统中(该坐标系统图见《磁流体发电》第1章3节基本概念。该书是根据俄译本一书1970年版转译的，统一书号是：15031.113，俄译本又是根据英文原本(1968年版)翻译的，作者美R.J.罗沙)，有一个单元体积气体(1m³)，长为L(1m)，面积为s(1m²)，标量电导率为σ，气体流动速度为v，磁感应强度为B。设气体感生电流密度为j，负载的外电场为E，K为负载系数，且k＝E/vB，发电机的有效体积为V，发电机单位容积的比功率为P₀，发电功率为P_磁流体，电效率为η_e。气体通过磁场时所消耗的功率为P_T。

单位容积的比功率P₀＝jE＝k(1-k)σv²B²(3-4)

磁流体发电功率为P_磁流体＝k(1-k)σv²B²V(3-5)

单元气体输出电压和比功率对电流密度的关系：

U_输＝EL＝(vB-j/σ)L＝vB-j/σ(3-6)

P₀＝jvB-j²/σ(3-7)

气体通过磁场时所消耗的功率为P_T＝Fv＝(1-k)σv²B²(3-9)

电效率η_e＝P₀/P_T＝k    (3-10)

②参照上式推导热电气体发电机公式

等离子气体喷入发电通道45后，电子、正离子流动速度均为v，在洛仑兹力作用下，电子偏转到负极板上，集中在以a点129为中心的区域；正离子偏转并集结到正收集挡板上，集中在以b点130为中心的区域(如图26)。电子受到非静电力即洛仑兹力作用：

F₁＝(-e)vB＝(-e)E_k1；(4-1)

力F₁可以看作是某一等效电场E_k1即131对自由电子作用。由于发电通道中央气流为等离子气体，可以将中央平面看作零等势面；设在该面上有一条线段O₁-O₂即127-128，O₁点127位于通道入口中央，O₂点128靠近通道出口中央，a即129、O₂即128、b即130三点成一线(如图26)。电子在洛仑兹力作用下，从零等势面上O₁点即127偏转到负极板上的a点129，可等效看作是在等效电场E_k1即131作用下，从O₂点128偏转到a点129；E_k1即131的方向是由a点129指向零等势面上的O₂点128，它驱使电子由O₂点128移向电势较低的a点129。

正离子受到非静电力即洛仑兹力作用：F₂＝qvB＝qE_k2；(4-2)

力F₂也可以看作是某一等效电场E_k2即132对正离子作用。在洛仑兹力作用下，正离子从零等势面上O₁点127运动到正收集挡板上的b点130，可等效看作是在等效电场E_k2即132作用下，从O₂点128偏转到b点130；E_k2即132的方向是由零等势面上的O₂点128指向正收集挡板上的b点130，它驱使正离子由O₂点128移向电势较高的b点130(如图26)。这两个非静电性电场E_k1即131)、E_k2即132，方向均是从a点129经O₂点128到b点130，合并起来即为：

E_k1+E_k2＝2vB(4-3)

设负载的外电场为E_负，发电机内阻为r_发，负载系数为K。假设发电机内一个单元体积气体(1m³)，长为L(1m)，面积为s(1m²)，标量电导率为σ、电阻率为ρ，发电机带上负载后电路中电流为I，气体电流密度为j。发电机单位容积的比功率为P₀，有效体积为V。则有：

σ＝1/ρ＝L/(r_发s)(4-4)

K＝E_负/(E_k1+E_k2)＝E_负/2vB(4-5)

发电机内电阻上电压：Ir_发＝L[(E_k1+E_k2)-E_负](4-6)

∴I/s＝L[(E_k1+E_k2)-E_负]/(r_发s)

∴j＝σ(2vB-E_负)(4-7)

∴j＝2(1-K)σvB(4-8)

∴发电机单位容积的比功率为：

P₀＝jE_负＝2(1-K)σvB 2vBK＝4K(1-K)σv²B²(4-9)

∴发电机功率为P_热电气体＝4k(1-k)σv²B²V(4-10)

由式(4-7)和(4-9)，可得单元气体输出电压和比功率对电流密度的关系：

U_输＝E_负L＝(2vB-j/σ)L＝2vB-j/σ(4-11)

P₀＝2jvB-j²/σ(4-12)

在单位容积上使气体制动的比作用力为

F＝jB＝2(1-k)σv B B＝2(1-k)σvB²(4-13)

气体通过磁场时所消耗的功率为P_T＝Fv＝2(1-k)σv²B²(4-14)

功率P₀与P_T之比便是电效率η_e＝P₀/P_T＝2k    (4-15)

将式(3-4)和式(4-9)进行比较，可知：本发电机单位容积的比功率是传统磁流体发电机的4倍。

将式(3-10)和式(4-15)进行比较，可知：本发电机的电效率是传统磁流体发电机的2倍。

将式(3-6)和式(4-11)进行比较，可知：本发电机单元气体的输出电压比传统磁流体发电机的高，近2倍。

式(2-11)是从测算发电机输出功率的角度出发，通过测出发电机的额定电压U，计算工质气体数量、太阳能吸收量、电离气体耗能和电机内耗电量来计算发电功率，是发电机对外净输出功率。

式(4-10)是从借鉴传统磁流体发电功率公式的角度出发，通过测出气体电导率和速度、磁感应强度、发电机有效体积来计算发电功率，该功率值需减去电离气体耗能和电机内耗电的功率后才是净输出功率。

公式(2-11)得出的结果更为直接，相对准确可靠。公式(4-10)得出结果仅作参考，通过它与磁流体发电公式比较可以看出其优越性。

附图说明

图1：现有电气体发电机示意图

1是燃烧室，2是电晕，3是高电压，4是大地，5是负载，6是收集板。

燃烧室腔体经过收缩口接入发电通道，发电通道呈锥体扩张形。气体在燃烧室加热升温喷出后，在高电压作用下，发生电晕现象，电子被电源正极吸走，正离子被气流带动进入绝缘通道，直接喷到收集板上，收集板由于集收了大量正离子成为发电机正极，对外通过负载输出电能。

图2：太阳能反射镜及管道示意图

7是输入发电机气流，8是从发电机排出气流。

太阳能反射镜由半球形凹镜和圆柱体组成，口部用玻璃板密封，其表面涂上单向透光材料。进气管一端伸入反射镜到达焦点附近，另一端接入喷气室，中间管道部位设有阀门、并预留管口。排气管一端接回收室，另一端接反射镜底部，中间管道也设有阀门、预留管口。整个循环装置均选用耐高温绝缘隔热材料，如复合硅酸盐(铝镁)制品，并采用夹层真空隔热和内壁反辐射技术，增强保温绝热性能。

图3：利用化石燃料加热工质气体示意图

9是燃烧室，10是预热空间。

正中部位为燃烧室，燃烧室外围为预热空间，其正上方为燃烧空间，悬挂较粗的螺旋陶瓷管，再上方为排烟道。预热空间下端与发电机排气管连接，上端与螺旋陶瓷管下端连接；螺旋陶瓷管上端与发电机进气管连接。燃烧室的进气管和排气管，均设有总气阀。该燃烧室可对工质气体进行密闭加热，再输入发电机。

图4：反射镜及支架侧视图

11是光线跟踪器，12是反射镜腔体，13是半球形框架，14是小型电磁铁，15是俯仰转动机，16是支架。

反射镜置于半球形框架内，通过下端支柱和上端吊杆连接，反射镜可围绕支柱、吊杆组成的转轴水平转动；半球形框架下端连接一条弧形支架，该支架下端又通过俯仰转动机、支撑螺栓、卡槽与地面上的支架相连接；在反射镜底端外壳上伸出一根陶瓷杆，其末端穿挂一个小型永磁体，与之水平相对的半球形框架上安装5个小型电磁铁，成环形均匀分布在框架上。该反射镜被支架支撑，可高低调整，并在水平上受电磁驱动旋转。

图5：光线跟踪器立体图

17、18、19、20、21，均是一个光敏电阻，设在D形盒内壁上。

用陶瓷制作的D形盒，口部开设一条狭槽，内壁上均匀分布5条光敏电阻，均与狭槽平行，相互间保持适当间距。主要用于接收并反映光偏移信号。

图6：光线跟踪器俯视图

22、23、24、25、26，也都是一个光敏电阻，与17、18、19、20、21表示物相同。

用陶瓷制作的D形盒，口部开设一条狭槽，内壁上均匀分布5条光敏电阻，均与狭槽平行，相互间保持适当间距。阳光通过狭槽照入D形盒时，仅有一束光线能照在其中一条光敏电阻上，该光敏电阻被照射后导通，与之连接的电磁铁通电，吸引反射镜上永磁体。随着光线移动，照入D形盒内的光线也从当前光敏电阻上移至下一个光敏电阻上，光信号变为电信号传出。

图7：电磁铁与光线跟踪器连接电路图

27、28、29、30、31，也都是一个光敏电阻，与17、18、19、20、21表示物相同；32、33、34、35、36，均是一个小型电磁铁，分别与第27、28、29、30、31个光敏电阻相接。

D形盒内的5条光敏电阻分别与半球形框架上的5个电磁铁连接，并联在一个小型直流电源上；该直流电源由蓄电池组串接一个电阻后提供。光敏电阻受阳光照射后导通，与之连接的电磁铁通电，吸引反射镜上永磁体，驱动反射镜沿顺时针方向水平旋转。

图8：俯仰转动机立体图

由一个半径较大的圆形齿轮和半径较小的转轮组成，中间用连杆连接。通过人工旋转小转轮，带动俯仰转动机旋转。

图9：卡槽示意图

两边为钢板，中间为空槽。螺栓穿过空槽，依靠上下螺母、垫圈，支撑夹持卡槽。

图10：反射镜与框架俯视图

37、38、39、40、41，均是一个小型电磁铁；42是永磁体。

由半球形反射镜与半球形框架组成，框架通过上下转轴支撑起反射镜，反射镜可沿水平左右旋转；在框架上设置的5个电磁铁，分别沿顺时针方向依次吸引反射镜上永磁体，可使反射镜顺时针旋转。

图11：喷气室、电离室、发电通道、回收室剖面图

43是进气泵，44是电离室，45是发电通道，46是收集挡板，47是排气泵，48是发电机负极，49是发电机正极，50、52是高压负极放电棒，51、53是高压正极放电棒。

喷气室、电离室、发电通道、回收室依次紧密相连，采用耐高温绝缘隔热材料。喷气室内置进气泵、几张交叉电气石网，电离室内置2对正负反向放电棒，喷气室和电离室均外表覆盖一层坡莫合金、内衬金属板；发电通道进气左侧壁和右侧壁均内衬一张栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层，作为正负极板；在通道出口端安装一张内弯曲弧形收集挡板，以陶瓷为支架，上面衬上一层栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(同正极板)，各层与正极板相同材料连为一体。收集挡板与正极板、通道上下壁的结合部预留若干个小孔气隙。回收室内置一个排气泵。喷气室、电离室都作为等离子气体准备间，发电通道作为等离子气体工作间，回收室作为工质气体回收间。

图12：进气管、排气管汇集处剖面图

各支进气管、支排气管分别汇集起来，形成一个总的接口，接入总进气管、总排气管。

图13：电离室立体图

54、56是高压负极放电棒，同50、52表示相同物；55、57是高压正极放电棒，同51、53表示相同物。

呈长方体形状，前端一小部分为喷气室、后端大部分为电离室，中间安装电气石网作为分界线。主要作为等离子气体准备间。

图14：电气石网正视图

呈长方形，由几张电气石网组成，主要与气流摩擦产生带电粒子。

图15：发电通道立体图

呈正四棱锥体截体形，通道进气左侧壁和右侧壁均内衬一张栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层，作为正负极板；在通道出口端安装一张内弯曲弧形收集挡板，以陶瓷为支架，上面衬上一层栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(同正极板)，各层与正极板相同材料连为一体。

图16：正收集挡板左视图

58是收集挡板与正极板、绝缘通道上下壁结合部间的小孔气隙。

收集挡板与正极板、绝缘通道上下壁相接，三面结合部预留若干个小孔气隙，保证大部分气流能沿挡板上的小孔气隙滑出。

图17：放电棒外接高压电后电离室内电场分析

59是电离室入口端上下放电棒产生的电场，60是电离室上部左右放电棒产生的电场，61是电离室下部左右放电棒产生的电场，62是电离室出口端上下放电棒产生的电场。

显示放电棒外接高压直流电后，在电离室内产生的交叉强电场，用电力线表示。

图18：带正电粒子在电离室内受力分析

63、64、65、66分别是带正电粒子在电离室入口端受到的4种电场力作用；67、68、69、70分别是带正电粒子在电离室中间段受到的4种电场力作用；71、72、73、74分别是带正电粒子在电离室出口端受到的4种电场力作用。

分析带正电粒子在电离室内受到4种交叉强电场的作用力。

图19：带负电粒子在电离室内受力分析

75、76、77、78分别是带负电粒子在电离室入口端受到的4种电场力作用；79、80、81、82分别是带负电粒子在电离室中间段受到的4种电场力作用；83、84、85、86分别是带负电粒子在电离室出口端受到的4种电场力作用。

分析带负电粒子在电离室内受到4种交叉强电场的作用力。

图20：带正电粒子在电离室内运动轨迹

分析带正电粒子在电离室内受到4种电场力制衡作用发生偏转轨迹。

图21：带负电粒子在电离室内运动轨迹

分析带负电粒子在电离室内受到4种电场力制衡作用发生偏转轨迹。

图22：基本电路和稳压电路图

87是蓄电池组，88是热电气体发电机，89是逆变器，90是变压器，91是稳压电路1，92是稳压电路2，93是限流电阻R_限1，94是限流电阻R_限2，95是滤波电容C，96是稳压二极管D_z1，97是稳压二极管D_z2，98是输入电压U_i1，99是输入电压U_i2，100是输出电压U₀，101是通过限流电阻R_限1的电流I，102是输出负载电流I_负，103是进气泵，104是排气泵，105是负载R_负载。

基本电路，包括发电机、蓄电池组、逆变器并联组成的内电路，进气泵、排气泵、负载并联组成的外电路，变压器、整流器、放电棒连接成的分支电路。稳压电路，由限流电阻、稳压二极管、滤波电容组成，通过串并联方式接在内电路中，包括2套。

图23：断开外部负载时电路图

106是稳压电路1，107是发电机内部负载R₀，108是外部负载R_外负载，109是稳压电路输出电流I_负1，110是稳压电路输出电压U₀₁，111是流经内部负载的电流I₀₁。

将逆变器、变压器、桥堆、气泵等内部负载视为内部负载R₀。分析对外空载时输出电压与电流关系情况。

图24：接通外部负载时电路图

112是稳压电路1，113是发电机内部负载R₀，114是外部负载R_外负载，115是稳压电路输出电流I_负2，116是稳压电路输出电压U₀₂，117是流经内部负载的电流I₀₂，118是流经外部负载的电流I_外负载。

将逆变器、变压器、桥堆、气泵等内部负载视为内阻R₀。分析带上负载时输出电压与电流关系情况。

图25：永磁体结构图

119是磁性瓷柱，120是磁性瓷臂，121是磁性瓷爪。

设计永磁体尺寸大小，保证产生工作需要的磁场。

图26：发电通道内等效电场示意图

122是负极板，123是正极板，124是内弯曲弧形收集挡板，125是发电机负极，126是发电机正极，127是零等势面上的O₁点，128是零等势面上的O₂点，129是负极板上的a点，130是正收集挡板上的b点，131是等效电场E_k1，132是等效电场E_k2。

发电通道内正负带电粒子受到非静电力(即洛仑兹力)作用发生偏转分离，分别集结在正收集挡板和负极板上，产生电动势。该图主要描述这种非静电力等效电场图。

具体实施方式

本发明的实施方式是这样的，发电装置主要由太阳能反射镜、进气管(如图2)、喷气室43、电离室44、发电通道45、回收室47、排气管、永磁体(如图25)、输电系统(如图22)、蓄电池组87组成，附加化石燃料燃烧室(如图3)。其特征在于电离室设置有2对正负反向高压放电棒54、55、56、57，发电通道出口端设置有内弯曲弧形收集挡板46，反射镜由半球形凹镜和小圆柱体组成，配有跟踪光线自动转向装置(如图4)，喷气室设有进气泵和电气石网(如图13)，回收室设有排气泵47。工质氙气在反射镜内吸热升至高温后输入进气管(如图2)，经喷气室加速后与电气石网摩擦电离，喷入电离室后遇到交叉强电场发生电晕，气体几乎全被电离(如图13)，产生的等离子气体进入发电通道受到洛仑兹力发生偏转，正负带电粒子分别集结到收集挡板46、负极板上，形成发电机正极49、负极48，从两极上导出电能，经稳压91、逆变89后对外输出额定常压交流电。发电机两端并联一个蓄电池组87，相互进行充放电。从输出电路中分流一股交流电，经升压90、整流后变为高压直流电，接入发电机内2对放电棒54、55、56、57，提供电离能源。气体循环装置选用耐高温绝缘隔热材料，如复合硅酸盐(铝镁)制品，并采用夹层真空隔热和内壁反辐射技术。

1、制作工质气体循环装置。选用耐高温绝缘隔热材料，如复合硅酸盐(铝镁)制品，并采用夹层真空隔热和内壁反辐射技术，以增强保温绝热性能。(1)太阳能反射镜及化石燃料燃烧室。制作一个半球形凹镜和圆柱体组成的反射镜，器壁夹层真空，内壁黑色光滑(球体和圆柱体半径1米)；反射镜口部采用平板玻璃密封，内表面涂上单向透光材料(如图2)。使用不锈钢制作一个俯仰转动机15和水平旋转机(如图10)。其中俯仰转动机由圆形齿轮和弧形支架上的横向齿轮组成，两对齿轮相互咬合(如图4)；接地支架为长方形，竖起4根撑杆，长约0.5米，撑杆上端焊接4根横杆，长约1-2米，围成一个长方形，其中一边焊接一根支柱，撑起圆形齿轮，另一边焊接一排支柱，支柱焊上支撑螺栓，螺栓插入弧形支架上卡槽；接地支架下端斜伸四只脚撑地，脚凹部安装4个滚球，使得整个支架既能水平旋转，又能固定。另用不锈钢制作一个稍大于反射镜的半球形框架，半径约1.2米，使之能装放悬挂反射镜；使用若干根钢条将框架下端与弧形支架焊接在一起，形成一个整体；使用不锈钢圆棒制作反射镜的上下转轴，下转轴焊接在半球形框架内下方，上转轴焊接在框架内上方，上下转轴成一线穿入反射镜壳上小孔，但不穿透，使反射镜能围绕转轴水平旋转。制作一套电磁水平驱动装置，包括反射镜上的小型永磁体42、半球形框架上的电磁铁37、38、39、40、41，以及框架顶端的光线跟踪器11。其中小型永磁体是用矩磁铁氧体制成的圆柱体，被一根从反射镜底端壳上延伸出的陶瓷棒穿挂，它们与反射镜固定成一个整体(如图4)。与小型永磁体水平相对的半球形框架上，固定5个小型电磁铁37、38、39、40、41，由软磁铁心线圈组成，成环形均匀分布在框架上(如图10)。用陶瓷制作一个D形盒的光线跟踪器(如图5)，口部开设一条狭槽，D形盒内壁上均匀分布5条光敏电阻27、28、29、30、31，均与狭槽平行，相互间保持适当间距，并分别按顺时针方向依次与半球形框架上5个小型电磁铁32、33、34、35、36连接(如图7)；5条光敏电阻分别连接5个电磁铁后，并联在一个小型直流电源上，该直流电源由蓄电池组串接一个电阻后提供(如图7)；光线跟踪器11安装在半球形框架13顶端，通过一根螺杆与框架连接，可左右旋转(如图4)。另外，辅助研制一个化石燃料燃烧室(如图3)，主要采用耐高温陶瓷(如氮化硼特种结构陶瓷)。在燃烧室9正中上方，悬挂一组较粗的耐高温螺旋陶瓷管(口径1米，管身径长5米)，陶瓷管上方则为排烟道；在燃烧室外围则用陶瓷围制一个预热空间10，预热空间下端与发电机各支排气管连接，上端与螺旋陶瓷管连接；螺旋陶瓷管上端则与发电机各支进气管连接(如图3)。(2)进气管和排气管。使用耐高温绝缘隔热材料，采用夹层真空隔热和内壁反辐射技术，制成双层管壁，作为输气管道(半径1/6米、长6米)(如图2)。在进口端和出口端，均安装一道气阀，并在进气管和排气管上均预留一条管口，以便连接化石燃料燃烧室的出气管道和进气管道。在燃烧室的出气管道和进气管道上，也各安装一个总气阀(如图3)。(3)喷气室和电离室。使用耐高温绝缘隔热材料，制作一个长方体瓷柜(长2.5米，正截面为正方形，边长1米)，外表覆盖一层坡莫合金作为磁屏蔽管，内壁安装一层金属板，如钨铜合金(如图13)；瓷柜前端一小段作为喷气室(长0.5米)，它与各支进气管相接，内置一个耐高温的进气泵，后端交叉安装几张电气石网，以电气石网为界线，瓷柜后端作为电离室(长2米)(如图13)；将4根用陶瓷包裹后的高压放电棒(正负电势各2根，用钨铜合金制成针状形)，穿过电离室上下两个壁面，插进室内一小节，露出金属针54、55、56、57；每对放电棒正负针锋相对设置，但2对放电棒正负相反放置；4根放电棒外接高压直流电。(4)发电通道和回收室。使用耐高温绝缘隔热材料制作2个陶瓷柜，均成正四棱锥体截体形，截面为正方形，边长1米；底面也为正方形，边长1.2米，其中一个正四棱锥体截体高2米，作为发电通道45；另一个正四棱锥体截体高1米，作为回收室，它们的底面连在一起(如图11)。发电通道的前端(锥体截口)与电离室喷气口紧密相接，其进气左侧壁和右侧壁均内衬一张栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(如1厘米厚，点上若干蜂窝孔)，作为正、负极板；在通道出口端安装一张内弯曲弧形收集挡板46，以特种结构陶瓷为支架，上面衬上一层栅格式钨铜合金板、粘填蜂窝状石墨层(同正极板)，各层分别与正极板相同材料连为一体。收集挡板与正极板、通道上下壁的结合部预留若干个小孔气隙58。回收室的底面与发电通道紧密相连，也使用耐高温绝缘隔热材料(如图11)，出口端内置一个排气泵47，助推气体循环流动。

2、制作永磁体。用矩磁铁氧体材料制作一个半封闭矩形磁性瓷体，缺口作为工作空间，要求长3米、宽1.8米、高1.3米，磁性瓷体臂长须大于缺口间距，如2米为宜。在磁性瓷体上下爪中挂接相同旋向的粗线圈，接通强直流电后(如50A--100A)使其保留较强磁性，断电后测出剩磁达到规定值(如8×10^-4(T))以上即可。尔后取下粗线圈，将磁性瓷体水平摆放，将发电通道平直插入缺口中央部位(如图25)。

3、连接电路。以粗铜芯线为基本线材，将热电气体发电机88与蓄电池组87、滤波电容95、稳压二极管96、逆变器89并联，逆变器连接对外输电线路，形成一个基本电路。为保证发电机输出电压稳定，设置一个稳压电路1即91，在发电机88与逆变器89之间串接一个开关K₁、一个限流电阻R_限1即93，并联一个滤波电容C即95、一串稳压二极管D_z1(或制作特殊专用的稳压二极管，使其承压能力达到几百伏甚至上千伏)即96，组成一个稳压电路1；同时在蓄电池组87和发电机88之间增设一个稳压电路2即92，方法同上。在对外输电线路中，并联引出一条分支电路，连接变压器90、整流器，再接入发电机内4根放电棒54、55、56、57(如图22)。

发电运行是这样的：以工质气体为媒介，充分吸收太阳能后升至高温，少量气体被电离，再利用气泵加速、与电气石网摩擦、喷入电离室实施电晕放电，产生等离子气体，喷入发电通道发出电能，尔后再返还预借给气泵和电离室的电能，并辅以燃烧化石燃料(如煤、天然气等)加热气体发电。发电机净输出电能，来自于气体从常温升至高温吸收的太阳能。

Claims (12)

1.一种磁流体发电装置，包括气体密闭循环装置、永磁体、输电装置和蓄电池组，所述气体密闭循环装置包括太阳能反射镜、进气管、喷气室、电离室、发电通道、回收室、排气管，各部件依次连通，气体密闭循环装置内有工质气体，其特征在于，电离室设置有正负反向高压放电棒，发电通道出口端设置有收集挡板。

2.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，电离室设置有2对正负极反向高压放电棒，放电棒上下针锋相对设置，2对正负极相反放置。

3.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，发电通道出口端设置的收集挡板呈内弯曲弧形，通道左右两侧壁设有导电极板，收集挡板与左侧正极板、上下绝缘通道壁相连，三面接合部留有小孔气隙。

4.根据权利要求3所述发电装置，其特征在于，收集挡板以陶瓷为支撑，衬上栅格式钨铜合金板和粘填蜂窝状石墨层，与正极板连为一体。

5.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，喷气室设有进气泵和电气石网，回收室设有排气泵。

6.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，太阳能反射镜由半球形凹镜和小圆柱体组成，配有跟踪光线自动转向装置，工质氙气经过吸收太阳能升温、加速后与电气石网摩擦、进入电离室发生电晕放电，被电离成等离子气体。

7.根据权利要求6所述发电装置，其特征在于，自动转向装置包括俯仰转动机和水平旋转机，俯仰转动机采用齿轮转动部件，使反射镜在高低上正对阳光；水平旋转机采用电磁驱动装置，通过接收光线跟踪器发出的光线偏移信号，在水平上同步自动调整反射镜方向，使光线始终垂直照射反射镜口部。

8.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，输出电路并联一条交流电路，交流电路依次连接变压器、整流器，接入发电装置放电棒，提供电离所需能源。

9.根据权利要求1所述发电装置，其特征在于，发电装置与蓄电池组、滤波电容、稳压二极管、逆变器并联，逆变器连接外电路。

10.如权利要求1所述发电装置，其特征在于，气体循环装置选用耐高温绝缘隔热材料。

11.如权利要求1所述发电装置，其特征在于，还包括化石燃料预热室和燃烧室，工质气体输入化石燃料预热室和燃烧室中的螺旋管进行加热，再输入喷气室、电离室、发电通道发电。

12.如权利要求1至11所述任一种发电装置，其特征在于，工质气体为氙气。

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