CN102723895A - 一种热电气体发电及化工合成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电气体发电及化工合成装置，包括1套或1套以上吸能装置，1套电离室、发电通道、永磁体、输电系统、蓄电池组、化工合成装置等。电离室设有1组电气石网、3组放电棒网；发电通道设有3组收集挡板，正负极板均外接1个放电室、1个收气室；利用太阳能将水变为高温高压水蒸气，喷入电离室实施电晕放电，生成等离子气体，喷入发电通道受到洛伦兹力作用偏转分离，正负带电粒子分头聚集，产生电动势，通过电路输出电能。发电机并联1个蓄电池组，相互充放电。带电粒子放电后生成氢气和氧气、水蒸气，自然分离输出。将氢气与二氧化碳合成反应，制得甲醇或甲醛等原料。本发明的效果是吸收太阳能，转换为电能；将产生氢气参与化工合成。

Description

一种热电气体发电及化工合成装置

技术领域

本发明涉及一种新型的热电气体发电及化工合成装置，主要利用太阳能加热过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，产生高温高压水蒸气，实施电晕放电，生成等离子气体，把它转换为电能，提高发电功率和效率；发电机对外输电时将产生氢气、氧气和水蒸气，将其中的氢气与二氧化碳进行化学合成反应，生成化工原料，如甲醇或甲醛，再继续下步化学反应。

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％。磁流体发电机，采用加热工质气体，添加钾、铯等电离种子，使气体具有一定电导率，致使发电能够进行，再与蒸汽电站系统联合，总效率可达52％以上，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(见《八六三计划能源技术领域研究工作进展(1986-2000)》第四篇燃煤磁流体发电技术第268、291页，童建忠著，2001.1北京第1版)；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。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，使处于低能级上的电子吸收能量后跃迁到高能级，发生电子运动，产生电动势，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。作者去年提出的《一种磁流体发电装置》(专利申请号201110377659.5，正在审查中)，也即一种热电气体发电机，以氙气为工质，采取闭环循环方式进行发电，但制取工质成本较高，并只有发电功能。氢气和氧气是重要的能源材料、功能材料、生命材料，目前制取方法多但还不够先进，普遍需要消耗燃料、电能和原材料。如，制氢有化石燃料制氢、电解水制氢、光催化制氢、生物质制氢、太阳能制氢、核能制氢和等离子化学法制氢，其中化石燃料制氢较成熟，但使用的资源不可再生；电解水制氢操作简便，但成本高、耗电量大；光催化制氢存在着催化剂活性低、效率不高；生物质制氢，利用的是可再生能源，采用热解、气化、裂解/气化方法，但易产生焦油，体积大，储存和运输成本高；太阳能制氢，是用聚焦型集热器收集到的太阳能直接分解水，产生氢和氧，所需温度高达2500K，对材料要求较高，其产物是水蒸气、氢气和氧气的混合物，高温下这些混合物可能重新结合生成水，或发生爆炸；核能制氢，尚在研究中，但其核辐射危害不可小视；等离子体化学法制氢，包括使用甲烷重整制氢、甲醇制氢、汽油柴油制氢、硫化氢制氢、水制氢、车载制氢技术，但不同程度存在着反应温度偏高、能耗高、氢产率低、产生废气等问题，尚处于实验阶段(见《现代能源化工技术》第6章，李为民、王龙耀、许娟等编，化学工业出版社，2011.4)。制氧有物理方法和化学方法，其中物理方法有空气精馏法、变压吸附法、膜分离法，主要是从大气中分离氧气；化学方法主要有化学氧源法、电解水法，普遍存在耗能大、产氧率低、成本高等问题(见《制氧技术》第1章，张辉、王和平编著，化学工业出版社，2011.7)。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新型的热电气体发电及化工合成装置，采取开环循环方式，使用过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，作为工质，输入吸能装置，充分吸收太阳能后变为高温高压水蒸气，经自动控制阀门喷入电离室实施电晕放电，先离解成自由基H、OH、O，再电离成以电子e、氢离子H⁺、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-为主体的等离子气体，喷入垂直磁场，受到洛伦兹力作用，正负带电粒子分头聚集，产生电动势，通过电路对外输出电能；工质水加热后，水中的金属非金属离子、矿物微粒等聚为水垢，与微生物尸体一起被阻隔、单独排出。发电机对外输电过程中，聚集在负极板上的电子e、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-放电后变为氧分子O₂和水蒸气H₂O，沿管道泵出后在水箱中密闭冷却，分离出氧气和纯净冷水；聚集在正极板上的氢离子H⁺放电后变为氢原子H、氢分子H₂，沿管道泵出后与二氧化碳CO₂压入高温高压装置，结合现代人工光合作用技术，在不同催化剂、溶剂和阳光作用下，分别生成甲醇CH₃OH或甲醛HCHO，作为化工原料，从而将太阳能转化为化学能；将生成的甲醛再次压入高压装置，加入多种酶和纯净水，根据需要吸收阳光，发生化学合成反应，生成葡萄糖C₆H₁₂O₆水溶液。

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存在较大差异，也与作者去年提出的热电气体发电机有所不同，故称为热电气体发电及化工合成装置。

这种装置既与常规的火力、水力、风力、核能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，而本装置同去年提出的热电气体发电机一样，将等离子气体中的正负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，其输出电压大约是磁流体发电机的2倍。同时，本发明将发电与化工合成结合起来，充分利用发电机产生的氢气，结合现代二氧化碳分离捕集和固定利用技术(见《二氧化碳的固定和利用》第1、3章，王献红、王佛松主编，化学工业出版社，2011.6)和人工光合作用研究成果，把氢气与二氧化碳压入高温高压反应器，添加催化剂，发生化学合成反应，生成甲醇或甲醛，其中甲醛再在11种酶作用下，进一步生成葡萄糖(见《氢能或电能驱动人工光合作用固定CO₂合成糖》总结段，中国科学技术大学地球与空间科学学院环境分部黄卫东著)。本装置只需提供阳光，过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，蓄电池组，二氧化碳，催化剂，多种酶等条件，就能实现既发电，又产氢、产氧、产纯净水，并利用氢气与二氧化碳合成甲醇或甲醛，再进一步合成葡萄糖，初步探索了一条人工光合作用途径，为人类下步遨游太空和外星球提供基础保障设施。

微观分析发电可行性

电解液态水，相比电离水蒸气，需要消耗更多的能量。从微观上分析，水分子H₂O中有2个极性共价键O-H，断开第1个共价键需耗能502KJ/mol，断开第2个共价键需耗能426KJ/mol，1个O-H键的平均键能为465KJ/mol(见网上《共价键的键能》)；液态时能发生微弱的电离，生成少量的氢离子H⁺和氢氧根离子OH^-，电解水时为增大导电离子浓度，教学实验采取增加稀硫酸、工业上增加氢氧化钾或氢氢化钠碱性溶液的办法来增加水中氢离子H⁺或氢氧根离子OH^-浓度，从而加快电解速度(见《制氧技术》第6章)；水在固态、液态时分子间存在氢键，其键能为18.8KJ/mol，而气态时没有。电离液态水，首先需断裂分子间氢键，再断裂氢氧原子间的极性共价键；当接上电源(插上电极)后，水中氢离子H⁺、氢氧根离子OH^-分别移向电源的负极、正极，2个氢离子H⁺从负极获取2个电子后变为氢原子、再合成氢分子逸出；2个氢氧根离子OH^-向正极释放2个电子后变为1个氧原子、1个水分子，2个氧原子再合成氧分子逸出。从整个电解过程看，断裂水分子氢键、原子间共价键需耗能，正负离子定向移动时克服水的粘滞阻力、克服微粒间相互碰撞需耗能，正负离子到达电源两极后，还需从电源吸收电能才能变为氢原子、氧原子和水分子。因此，电解液态水，耗电量大，如电解水生产1m³的H₂约需耗电4.0～4.5kW，这样耗电获得氢能似乎得不偿失(见网上《共价键的键能》)；且电解用的酸性、碱性溶液对设备有腐蚀。固体氧化物电解槽，工作在高温下，部分电能由热能代替，效率很高，运行成本也不高，但也需消耗外部电能，制造工艺贵，成本高(见《现代能源化工技术》第6章2节)。

当液态水充分吸收太阳能变为高温高压水蒸气后，分子间氢键早已断裂，分子间距变大，气体粘滞阻力很小，分子活动变得十分激烈。当气温升至3000K左右时，水分子开始离解成不带电的自由基H、OH、O，以及生成部分H₂、O₂；要使这些自由基电离，需要升至上万K温度，只是在离解温度下已经出现微量电离可以导电了(见网上《想请问下水蒸气等离子体里面包含哪些粒子？》)。然而利用太阳能加热水变为水蒸气，受目前保温材料限制和高温热辐射加剧影响，能把气温升至1300K已经很不容易了，进一步提升气体温度越来越困难，如果将来能够研制出耐受2000K、3000K甚至更高温的保温材料和单向透光且反热辐射材料，无疑将提高吸收太阳能的效率，进而提高发电机的功率和效率。目前，升至1300K的水蒸气既不能离解成不带电的自由基，也不能电离，只有输入蒸汽轮机发电，但效率低。采用常规加热手段，无法把水蒸气变为等离子气体，因此人们至今尚未尝试过利用水蒸气等离子体来发电。本发明就是使用1300K左右的水蒸气，将其输入电离室，先预借部分电能(如“贷款”)对其实施电晕放电(如施加3万V的高电压)，先断裂氢氧原子间的极性共价键，使其离解为自由基H、OH、O，因H的还原性较强、易失电子，而OH、O的氧化性较强、易得电子，进一步实施电晕放电，将产生氢离子H⁺、电子e、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-，再喷入发电通道，遇到由上至下的垂直磁场，受到洛伦兹力作用实现正负带电粒子偏转分离，电子e、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-，集结到通道右侧，形成负极板；氢离子H⁺集结到通道左侧，形成正极板。正负极板作为发电机的正负极，通过外电路对外输出电能(如“还款并付利息”)；输电过程中，负极板上的电子e转移到正极板上，氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-放电后生成H₂O、O₂，它们释放出的电子也转移到正极板上；正极板上的氢离子H⁺吸收负极板通过外电路转移来的电子后生成H₂。从整个发电过程看，液态水变为高温高压水蒸气，升温至1300K，吸收的是太阳能，对气体进行压缩、实施电晕放电，变为等离子气体，需消耗电能，等离子气体喷入通道过程中，无需克服粘滞阻力，且在洛伦兹力作用下发生偏转分离，无需耗能，聚集在正负极板上的带电粒子放电后变为氢气、氧气、水分子，不仅不需吸收外电能，而且要对外输出电能，其中部分电能用来偿还前期压缩、电离气体预借的电能。此外，高温高压水蒸气等离子体的载流子浓度和定向移动速度，均大于电解水中的载流子浓度和定向移动速度，所以用水蒸气等离子体发电，具有较高的发电功率，而电解水的产气率则较低。因此从微观上分析，电解液态水制氢气氧气消耗的电能，与吸收太阳能、电离水蒸气变为等离子体发电相比，消耗的电能大得多。

能量转换分析

液态水吸收太阳能变为水蒸气后，其内能增大，分子活动更加激烈，电离其就越容易。逆向看，水的温度越低，其内能越小，越难电离，尤其是变为固态冰后，几乎不能电离。液态水分子间存在氢键，设其键能为E_水氢键；水分子氢氧原子间存在极性共价键，设其键能为E_水共价键；电离水自由基H、OH、O，使它们变为H⁺、OH^-、O^2-，需耗能为E_{电离水自由基耗}；正负离子移动过程中克服水的粘滞阻力和微粒间碰撞，需耗电为E_{粘滞碰撞耗}；正负离子到达电源两极后，需从电源吸收电能变为中性原子，设耗电为E_离子吸电。设电解液态水需借电为E_{电解常温水借电}；液态水通过吸收太阳能变为高温高压水蒸气，设增加热力学能为ΔU_水吸热增，实施电晕放电需借电为E_{电离水蒸气借电}。对于一定数量的水而言，常温下使其电解，需借用的电能为：

E_{电解常温水借电}＝E_水氢键+E_水共价键+E_{电离水自由基耗}+E_{粘滞碰撞耗}+E_离子吸电    (1-1)

让同样数量的水充分吸热变为高温高压水蒸气后，实施电晕放电需借电能为：

E_{电离水蒸气借电}＝E_水共价键+E_{电离水自由基耗}-ΔU_水吸热增    (1-2)

将式(1-1)--(1-2)得：

E_{电解常温水借电}-E_{电离水蒸气借电}＝E_{水氢键+E粘滞碰撞耗}+E_离子吸电+ΔU_水吸热增    (1-3)

由此可见，电解常温水，要比电离高温高压水蒸气多借一些电能：即液态水中存在的氢键键能E_水氢键、正负离子在水中移动时的粘滞碰撞耗能E_{粘滞碰撞耗}、正负离子吸电变为中性原子时的耗能E_离子吸电，以及液态水吸热变为蒸气后增加的热力学能ΔU_水吸热增。水吸热越多，温度升得越高，增加的热力学能ΔU_水吸热增越大，需借用的电能就越少，这减少的部分，就来自太阳能。所以，吸收的太阳能对电离水蒸气作出了贡献，其大小推导公式如下：

因为容器体积不变，液态水在吸热变为高温高压水蒸气过程中，没有对外作功。根据热力学第一定律，有：ΔU＝Q+W                                                    (1-4)

其中W＝0。水从外部吸收的热量Q，只用于增加其热力学能ΔU。因此可通过计算吸热量来计算其增加的热力学能。

据世界气象组织(WMO)1981年公布，太阳辐射地球常数值是1367±7(瓦/米²)，一年中，由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上述值的3.4％(见北京交通大学传热学中《太阳能利用初探》，机电0811班组员徐刚、罗吉著)。因此可取值：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)。即：Q_{太阳辐射标准}＝1.35×10³J/(m².s)                            (1-5)

设每个球形太阳能吸收器横截面积为s平方米，2个串联的球形太阳能吸收器连为1套，设有x套，吸收器吸收的大部分太阳能(设为η_吸)用来加热工质，另有部分太阳能(1-η_吸)通过装置泄漏。则在t_吸时间内，水增加的热力学能为：

ΔU_水吸热增＝ΣQ_吸收器吸η_吸＝1.35×2sx×t_吸η_吸×10³(J)

＝2.7sxt_吸η_吸×10³(J)    (1-6)

可见，太阳能吸收器横截面积越大，其吸能功率越高。要使发电机具有有用的发电功率，球体体积不能小，但也不能太大，过大不便于制造和运输。初步考虑将球半径设计为2米。

电离不同温度气体借用电能的差异，主要体现在对外加电场的要求上。如要电离常温气体，需使电离室放电棒间电压达到3万V(见网上《空气击穿电压》)，对电场能密度要求较高；但对高温高压水蒸气而言，其电离电压将下降，可能只需2万多V了(通过实验测出)，对电场能密度要求下降了。

装置结构

热电气体发电及化工合成装置，包括吸能装置(如图1、图2、图3、图4、图5)、电离室(如图14)、发电通道(如图20)、放电室(267、276，280、285)、收气室(240、250，或255、262，或268、270，或288、286)、排气管(277、289)、半封闭矩型永磁体(如图26)、输电系统(如图27)、蓄电池组(305)和化工合成装置(如图28、图29、图30、图31)。

吸能装置：一是球形太阳能吸收器(如图1、图5)：用石英玻璃制成1个球体，上半球及中央部位透明(1)；下小半球不透明，外用保温材料(3)包围，下接底座(9)，托起球体；球体外围使用球形网(2)包绕；球内安放1个四瓣形吸热板(4，或图2)，其下部开设若干个圆孔(12)；接入球体管口均设有单向阀门(6、28，如图12)。1号太阳能吸收器(如图1)中央部位开设1个进水管口和1个输气管口，其中进水管设有人工阀门(5)，入球管口设有单向阀门(6)，防止水蒸气倒灌进水管；输气管外接单向高压喷气阀(10，或图3)。2号太阳能吸收器(如图5)中央部位开设两个管口，1个接单向高压喷气阀(图3)，入球管口设有单向阀门(28)；另1个接输气管道，设有自动控制阀门(32，或图6)，管道接入电离室(如图14)。1号吸收器(如图1)下小半部内装部分液态水，吸收太阳能升温后，水蒸气充满其余球腔；2号吸收器(如图5)被输入水蒸气，吸收太阳能继续升温。接入球体管口的单向阀门(6，28，或图12、图13)，采用石英玻璃制成弧形长方体挡板(160，或169)，上端延伸出一条挂杆(165)，通过转轴(161，或164)挂接在球体内壁支架(162，或163)上，挂杆下端通过收缩弹簧(158，或166)与球体内壁相连；管口周围粘有一圈石英玻璃圆环柱(159，或168)，长方体挡板(160，或169)能全部遮挡管口(157，或167)及周边圆环柱(159，或168)。二是单向高压喷气阀(10，或图3)：由自动喷压管道和主动压缩管道组成，其中自动喷压管道包括圆柱形管道(16)、过滤层(17，或图4)、圆柱形活塞(18)、压缩弹簧(19)、挡板(20)、螺栓(22)、螺母(21)、管道喷口(23)，圆柱形活塞(18)在压缩弹簧(19)顶压下沿管道滑动，被管道上2号卡笋(15)卡住；主动压缩管道包括1号压缩机(24)、压缩管道、圆柱形活塞(25)、单向阀门(28)组成。过滤层(17，或图4)由1个不锈钢空心圆柱体制成，刚好能插入自动喷压管道，并被管道中1号卡笋(14)卡住，其两底面开设若干个圆孔(26)，里面填塞若干块难溶于水的小砂石(如二氧化硅)(27)，留有大量小孔气隙。过滤层(17，或图4)用来阻挡水中各种水垢和微生物尸体等杂质通过，并防止球体翻转时或在太空失重时球内液态水直接灌入自动喷压管道，但水蒸气能渗压通过，还能提高1号吸收器内水蒸气压强上限值。整个管道外表覆盖保温材料。三是自动控制阀门：由气压敏感装置(如图9)和开关阀门装置(如图6、图7)组成，它们均安装在输气管道(36)上。其中，气压敏感装置(如图9)包括螺栓(45)、螺母(46)、压缩弹簧(47)、绝缘活塞壁(49)、绝缘活塞(50)、导电活塞套筒(51)、导电接头(48)、3号卡笋(52)，均安装在管道支气管上。开关阀门装置包括开管线圈(38)、关管线圈(41)、条形永磁体(40)、转轴(35，或39)、管中圆形阀门(37)；其中开管线圈上绕制1个初级线圈，套装1个次级线圈；关管线圈上只绕制1个初级线圈。四是组合吸能装置：因吸收太阳能加热水，升温缓慢，仅靠1套吸能装置难以持续供应高温高压水蒸气。所以，需将x套(如有9套)吸能装置组合起来，都并联接入1个电离室(如图14)、1个发电通道(233)进行发电，每套吸能装置包括2个串联的球形太阳能吸收器(如图1、图5)、1个单向高压喷气阀(图3)、1个自动控制阀门(如图6)及2个单向阀门(6、28)、3个人工阀门(5、7、29)、2条排垢管道(8、30)。

电离室(如图14)：由1个长方体双层绝缘隔热陶瓷柜制成，外围套装1个磁屏蔽管(228)，用磁导率很大的软磁材料做成，防止部分磁力线穿入电离室(如图20)，致使带电粒子在电离室内就受到洛伦兹力发生偏转；柜内壁安装一层耐高温抗氧化导电板(227)，起到电场屏蔽作用。在电离室进气方向上，先设置一组电气石网(170，或图15)，高温高压水蒸气喷入后，遇到电气石网(170，或图15)发生激烈摩擦，产生少量电离；而后平行间隔设置三组放电棒网(171、172、173，或图16、图17、图18，或191、192、193，或230、231、232)，将电离室横向分割成5段；第1、2组放电棒网(171、172，或图16、图17)由2n对放电柱(图中例举2对)(180、181、182、183，184、185、186、187)并成一面组成，它们将电离室横截分割，如果电离室空间较大，则需设置4对、6对、8对......放电柱，形成两道严密的放电棒网，将放电室横截分割；第3组放电棒网(173，或图18)由一对放电柱(188、156)并成一面组成，靠近电离室出口端；每条放电柱套装一层耐高温绝缘陶瓷(190)，柱上设有左右两排针状形放电棒，它们并成一面穿过陶瓷伸出针尖；相邻两条放电柱极性相反(180、181，182、183，184、185，186、187，188、189)，其柱上的放电棒针锋相对设置；三组放电棒网前后正对的放电柱极性相反，在进气方向上第1、2、3组最右边的放电柱分别接高压正极(174)、负极(176)、正极(178)，第1、2、3组最左边的放电柱分别接高压负极(175)、正极(177)、负极(179)。当高压直流电输入电离室后(如图19)，各组放电棒网内将产生超强电场，如第1组放电棒网内(191)将产生电场E₁(204)、E₂(205)、E₃(206)、E₄(207)、E₅(208)，第2组放电棒网内将产生电场E₁₀(213)、E₁₁(214)、E₁₂(215)、E₁₃(216)、E₁₄(217)，第3组放电棒网内将产生电场E₁₈(220、221、222)，第1、2组放电棒网间还将产生交错电场E₆(209)、E₇(210)、E₈(211)、E₉(212)，第2、3组放电棒网间也将产生交错电场E₁₅(218)、E₁₆(219)。高温高压水蒸气喷入各组放电棒网中时，遇到超强电场将发生电晕放电，水蒸气分子先后被离解成自由基、电离成等离子气体；喷入第1、2组放电棒网间交错电场时，气体中的中性分子和自由基将进一步被离解和电离，正负带电粒子还将被电场加速；喷入第2、3组放电棒网间交错电场时，中性分子和自由基继续被离解、电离，带电粒子在被加速的同时又被分离，使得带正电粒子向左(225)、带负电粒子向右(226)偏转，呈曲线喷入发电通道。

发电通道(如图20)：为正四棱锥体截体形，与电离室(如图14)紧密相连，通道(233)为止四棱锥体截体形，上下两壁为耐高温绝缘陶瓷(229，或256、263)，左右两侧壁为耐高温抗氧化导电板(254、261)，作为正负极板，与上下绝缘壁相连接(229，或256、263)；两极板上均间隔设置三组脊峰形收集挡板(235、236、239，245、247、249，或257、258、259，264、265、266，或272、273、275，281、283、284)，用相同导电材料制成，极板及收集挡板上开设若干个小孔气隙(234，或271、279)；两极板的第1、2、3号收集挡板(235、236、239，245、247、249)相对设置，在进气方向上三组收集挡板(235、236、239，245、247、249)的脊峰由短变长，前两组相对挡板(235、245，236、247)的脊峰长度彼此相同，第3组挡板左边短(239)、右边长(249)，相互连接，其脊峰段用耐高温绝缘陶瓷(243)制成，并与上下绝缘通道壁相连，将通道底部封闭起来。正负带电粒子喷入发电通道(233)时，遇到由上至下的垂直磁场，受到洛伦兹力作用向左右偏转。电子由于质量小、体积小，遇到微粒发生碰撞，再偏转、再碰撞，最后偏转到通道进口附近右侧极板上(245)；氢氧根离子、氧离子在受到洛伦兹力作用向右偏转过程中，遇到微粒也会发生碰撞，因其质量大、横截面大，连碰几下不再偏转了，但轨迹方向是偏向右侧极板(261)的，它们随气流“大部队”向前运动过程中，被右侧极板上三组脊峰形收集挡板(245、247、249，或264、265、266)拦阻，顺势沿着极板及挡板上小孔气隙(279)滑出，并被右侧极板(261)及挡板(245、247、249，或264、265、266)收集，集中到其中部、后方区域。氢离子在受到洛伦兹力作用向左偏转过程中，遇到微粒也会发生碰撞，也因质量和横截面较大，连碰几下也不再偏转了，但轨迹方向是偏向左侧极板(254)的，也被左侧极板上三组脊峰形收集挡板(235、236、239，或257、258、259)拦阻，在随气流沿极板及挡板上小孔气隙(271)滑出过程中，被左侧极板及挡板收集，集中到其中部、后方区域。因氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-相对氢离子H⁺而言，质量、横截面都较大，在通道中更易被气流“大部队”裹携带走，其偏转效应更低，因此设置第3组收集挡板时，右边接负极板的收集挡板(249)适当宽些，约占通道口径2/3，确保氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-被充分收集；左边接正极板的收集挡板(239)适当窄些，约占通道口径1/3。右侧极板及挡板收集了大量电子、氢氧根离子、氧离子而成为发电机负极(246)，左侧极板及挡板收集了大量氢离子而成为发电机正极(238)。这样，所有正负带电粒子都成了载流子。大量带负电粒子集结在右侧极板上，其分布中心靠近通道进口端中前方，设为a点(287，或297)；大量带正电粒子集结在左侧极板上，其分布中心靠近通道出口端，设为b点(274，或301)。

放电室(267、276，280、285)：两张正负极板分别向侧外延伸，连接上、下、外三张导电板，各自围制成1个梯形长方体放电室(267，280)；第3组收集挡板(259、266，或275、284)也向通道后方延伸，对外连接上、下、外三张耐高温抗氧化导电板，围制成1个长方体放电室(276，285)；两极板侧方构建的梯形长方体放电室(267，280)，分别与其通道后方的长方体放电室(276，285)连为一体；各内极板及其收集挡板、放电室外壁，均开设若干个小孔气隙(271、279)；两个放电室外壁与外围耐高温绝缘隔热材料围制成1个收气室。正负带电粒子随气流偏转到正负极板及挡板上，通过小孔气隙(271、279)进入放电室(267、276，280、285)，各自在室壁上放电产生氢气、氧气、水蒸气，通过外室壁小孔气隙进入收气室(268、270，288、286)、排气管(277、289)，再由排气泵(278、290)抽出。

收气室(268、270，288、286)：两个放电室外围用耐高温绝缘隔热材料包围，相互间留有空隙，作为侧方收气室(268，288)；通道底部后方放电室与外围耐高温绝缘隔热材料间也留有空隙，作为后方收气室(270，286)。每个放电室的侧方收气室、后方收气室连为一体，暂时收集储存放电室生成的气体，并通过排气管将气体抽出。

排气管(277、289)：安设2条管道(277、289)，分别与正、负极板两个收气室(270、286)相连，管内各设1个排气泵(278，290)，分别抽出氢气(242)、氧气和水蒸气(252)。

半封闭矩型永磁体(如图26)：采用永磁材料(如矩磁铁氧体)制成半封闭矩形磁性瓷体(如图26)，采取挂接强直流线圈方法保留较强磁性，尔后卸掉线圈，只要缺口中剩磁达到规定值(如8×10^-4(T))以上即可。磁体上下两个臂长(303)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。

霍尔效应分析：因为霍尔电场、霍尔电压、霍尔系数的公式为(见高等学校试用教材《物理学》中册第220-222页，南京工学院等编，高等教育出版社，1990.4)：

E_H＝vB；U_H＝(IB)/(nqd)；R_H＝1/nq；U_H＝(R_HIB)/d

所以，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。传统磁流体发电机中，由于带电粒子运动速度、磁感应强度都很高，所以霍尔电场较强；因为带电粒子密度偏低，所以霍尔系数较大，霍尔电压较高，能产生很强的霍尔效应。但在本发电机中，由于工质水蒸气喷入电离室后发生多次电晕放电，气体大部分被电离，带电粒子包括电子、氢离子、氢氧根离子、氧离子，总体浓度很高，但运动速度不是很高，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。所以研究本发电机内电流问题时，只需研究法拉弟电流，而霍尔效应则可以忽略。

自动控制阀门电路(如图11)：设有9套吸能装置，每套配有1组自动控制阀门(59、60、61、62、63、64、65、66、67)，每组自动控制阀门包括1个气压敏感装置(如图9)和1个开关阀门装置(如图6、图7)。启动前，各输气管道(36，或71、82、93、102、111、120、129、138、147)中各个圆形阀门(37)均处于关闭状态、条形永磁体(34，或40)紧贴关管线圈(41，或77、88、99、108、117、126、135、144、153)。当9套吸能装置充分吸收太阳能一段时间后，各套装置的2号太阳能吸收器(如图5)都充满高温高压水蒸气；各个气压敏感装置中活塞(50)被水蒸气挤压到上端，弹簧(47)被高度压缩，导电活塞套筒(51)将上方左右两个导电接头(55、57)连通，各组自动控制阀门的1号晶闸管[T₁₁(70)、T₂₁(81)、T₃₁(92)、T₄₁(101)、T₅₁(110)、T₆₁(119)、T₇₁(128)、T₈₁(137)、T₉₁(146)]都承受正向电压，但未导通；下方左右两个导电接头(56、58)断开，各组2号晶闸管[(T₁₂(74)、T₂₂(85)、T₃₂(96)、T₄₂(105)、T₅₂(114)、T₆₂(123)、T₇₂(132)、T₈₂(141)、T₉₂(150)]无正向电压。这时，从第1组自动控制阀门(59)开始，首先闭合开关₁，给晶闸管T₁₁(70)输入触发电流，尔后断开开关₁，晶闸管T₁₁(70)在正向电压下，得到触发电流迅速导通；从直流电源(155)输出的电流，沿晶闸管T₁₁(70)、上方两个导电接头(55、57)、导电活塞套筒(51)、二极管D₁₂(72)、开管线圈₁(73)之线流通，形成开管电流；开管线圈₁(73)的初级线圈通电后产生磁场，将条形永磁体(34，或40)吸引过来，使永磁体(34，或40)及其圆形阀门(37)随之旋转90度，阀门(37)被打开，第1套吸能装置中水蒸气被释放，沿输气管道(36，或71)喷入电离室(如图14)；在初级线圈通电之初，根据楞次定律，次级线圈要产生互感电动势，其感应电流产生的磁场要反抗初级线圈产生磁场的增加，感应电流从次级线圈左端流出，经电阻R₁₂(76)至二极管D₁₃(75)，因二极管D₁₃具有单向通电性，电流被阻断，消耗在电阻R₁₂(76)上，逐渐降为0。同样原理，当第1套吸能装置中水蒸气消耗将尽、气压不足时，启用第2套、或再加第3套吸能装置，闭合开关₂、或开关₃，给晶闸管T₂₁(81)、或T₃₁(92)输入触发电流，尔后断开开关₂，或开关₃，晶闸管T₂₁(81)、或T₃₁(92)迅速导通，形成开管电流；第2套、或3套吸能装置的圆形阀门被打开，水蒸气随后被喷入电离室(如图14)。

随着时间延续，第1套吸能装置中水蒸气释放后气压越来越低，使得第1组自动控制阀门(59)中气压敏感装置活塞(50)被弹簧压回下降，下端活塞套筒(51)将下方两个导电接头(56、58)接通，出现上方、下方两对导电接头(55、57，56、58)同时连通情况，2号晶闸管T₁₂(74)开始承受正向电压，但未导通；随着活塞(50)进一步下降，上方两个导电接头(55、57)断开，开管线圈₁(73)随之断电，其初级线圈(43)在断电之初，根据楞次定律，次级线圈(44)要产生互感电动势，其感应电流产生的磁场要反抗初级线圈(43)产生磁场的减小，感应电流从次级线圈右端流出，经2号晶闸管T₁₂控制极(74)、二极管D₁₃(75)、电阻R₁₂(76)、次级线圈左端形成回路，将晶闸管T₁₂(74)导通，随后感应电流消耗在电阻R₁₂(76)上，逐渐降为0。从直流电源(155)输出的电流，沿下方两个导电接头(56、58)、导电活塞套筒(51)、2号晶闸管T₁₂(74)、关管线圈₁(77)、二极管D₁₄(78)之线流通，形成关管电流；从该关管电路中引出支流，将第4组自动控制阀门(62)的1号晶闸管T₄₁(101)触发导通，启动第4套吸能装置；关管线圈₁(77)通电后产生磁场，将永磁体(34，或40)吸引到关管线圈₁端(77)，圆形阀门(37)随之旋转90度而关闭，第1套吸能装置开始重新吸收太阳能蓄积水蒸气，当气压回升并将活塞(50)压回上端，下方导电接头(56、58)又断开、上方导电接头(55、57)连通，2号晶闸管T₁₂(74)又断开、1号晶闸管T₁₁(70)承受正向电压但未导通；关管线圈1(77)断电后将产生自感电动势，因匝数少感应电流较弱，消耗在电阻R₁₂(76)、二极管D₁₄(78)等元件中，电流很快减小至0。

当第2套吸能装置中水蒸气释放后气压逐步降低，同样原理，第2组自动控制阀门(60)的关管线圈₂(88)自动通电，第2套吸能装置自动关闭，触发第5组自动控制阀门(63)的1号晶闸管T₅₁(110)，启用第5套吸能装置。当第3套吸能装置中水蒸气释放后气压降低，自动关闭阀门后启用第6套吸能装置。当第4套吸能装置中水蒸气释放后气压降低，自动关闭阀门后启用第7套吸能装置。当第5套吸能装置中水蒸气释放后气压降低，自动关闭阀门后启用第8套吸能装置。当第6套吸能装置中水蒸气释放后气压降低，自动关闭阀门后启用第9套吸能装置。当第7套吸能装置中水蒸气释放后气压降低，自动关闭阀门后启用第1套吸能装置……。如此循环下去，各套吸能装置利用关闭间隙，既可以清除吸收器中的水垢等杂质，又可以重新吸收太阳能蓄积水蒸气。电路中使用的直流电源(155)，由输电系统中的蓄电池组或发电机，并联一条支路，通过1个滑动变阻器(323)提供(324)。

输电系统(如图27)：一是基本电路：将热电气体发电机(312)与蓄电池组(305)、滤波电容(313)、稳压二极管(309、319)、逆变器(325)、自动控制阀门供电电路(324)并联，逆变器(325)连接外电路。发电机(312)启动时，闭合蓄电池组(305)和发电机(312)的开关₄，由蓄电池组(305)向发电机(312)充电。蓄电池组(305)放出的直流电经稳压、逆变(325)后变为额定常压交流电(326)，经变压器(334)升压后变为高压交流电(335)，经桥堆整流(336)后变为高压直流电(337、338)，分别接入电离室3对正负放电导线(174、175，176、177，178、179)。发电机启动后，随着时间延长，两个放电室积累电量逐步增多，电压逐步升高，通过逆变器(325)对外输电。当发电机(312)电压小于蓄电池组(305)电压时，由蓄电池组(305)向逆变器(325)输电；当二者电压相等时，二者同时向逆变器(325)输电；当发电机(312)电压高于蓄电池组(305)电压时，发电机(312)代替蓄电池组(305)向逆变器(325)输电，并向蓄电池组(305)充电。当高温高压水蒸气供应中断后，发电机(312)停止发电，由蓄电池组(305)代替发电机(312)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1个稳压电路₁(315)，在发电机(312)与逆变器(325)之间串接1个开关₄、1个限流电阻R_限1(316)，并联1个滤波电容C(313)、一串稳压二极管D_z1(319)。当稳压电路的输入电压U_i1(314)升高时，起初其输出电压U₀(321)随着升高，通过稳压二极管D_z1(319)的工作电流I_z1(318)亦迅速增加，通过限流电阻R_限1(316)的电流I(317)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(314)的升高值，使输出电压U₀(321)基本保持不变。相反，当输入电压U_i1(314)下降引起输出电压U₀(320)降低时，通过稳压二极管D_z1(319)的工作电流I_z1(318)亦降低，通过限流电阻R_限1(316)的电流I(317)亦减小，电压降I R_限1减小，同样可使输出电压U₀(321)基本保持不变。当负载电流I_负(322)在一定范围内变化时，亦由于稳压二极管D_z1(319)的补偿，使U₀(321)基本保持不变。由于发电机(312)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(305)，防止发电机(312)输出过高电压烧坏蓄电池组(305)，并确保蓄电池组(305)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1个稳压电路₂(306)，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R_负载(333)后，稳压电路的输出电压U₀(321)要下降，否则需增大输入电流I(317)；如果下降得厉害，上述两个稳压电路都难以调节。要保持输出电压U₀(321)基本不变，就需增大输入电压U_i1(314)，或增大输入电流I(317)；继而要求提高发电机功率，通常做法是保持电流不变，提高发电机电动势。因此，当有x套吸能装置(如9套)充分吸收太阳能后，发电时首先启用第1套吸能装置水蒸气，闭合开关₁(如图11)，将水蒸气输入电离室，经过一段时间，发电机积累一定电量、输出电压U_i1(314)升至额定值，但第1套吸能装置水蒸气却消耗将尽、气压降低，这时要启用第2套吸能装置，打开开关₂(如图11)，保证水蒸气供应不减；随后闭合开关₆、接通负载R_负载(333)，为防止输出电压U₀(321)下降，要启用第3套吸能装置水蒸气，打开开关₃(如图11)，快速增加水蒸气流量，继而增大等离子体流量，输入发电通道后瞬间提高发电机电动势ε_发′，新的电动势ε_发′大于原有电动势ε_发，使得发电机输出电压U_i1(314)达到其额定电压U_发额。

化工合成装置：包括氧气水蒸气分离装置(如图28)、氢气加二氧化碳合成甲醇装置(如图29)，或氢气加二氧化碳合成甲醛装置(如图30)、甲醛合成葡萄糖装置(如图31)。一是氧气水蒸气分离装置(如图28)。设置1个冷却水箱(345)，设有1条进冷水管道(341)、1条排热水管道(351)、1条输送氧气和水蒸气的密闭管道(343)，其中密闭管道插入水箱内(345)弯曲延伸一节后，伸出水箱，在输出端分成两条支管，放电产生的热氧气、水蒸气(343)在密闭管道内冷却输出，氧气自然逸出(347)，水蒸气降温变为纯净水输出(349)，用于生活及其他用途；普通水在水箱内(345)预热后(351)，输入吸能装置作为工质。二是氢气加二氧化碳合成甲醇装置(如图29)。与球形太阳能吸收器(如图1)相似，区别在于用小半球吸热内壳(357)取代四瓣形吸热板(4，或图2)，球壳开设5条管道：1条管道泵入氢气H₂(354)，1条管道(363)加注催化剂Cu/ZnO/Al₂O₃(359)，1条管道排出反应中产生的废物(361)，1条管道压入二氧化碳CO₂(376)，1条管道输出反应物和产物混合体(369)。球腔内压强很高，部分产物甲醇CH₃OH和未反应的氢气、二氧化碳混合体被压入输气管(369)，催化剂则被过滤网(365)阻隔。混合气体沿输气管排出，经附属水箱(368)密闭冷却后，产物甲醇变为液体，加上透气膜(373)阻隔，甲醇沿侧边管道排出(372)，作为工业原料；其中氢气、二氧化碳，通过透气膜(373)被重新吸收(374)，随外部输入的纯二氧化碳(376)一起，被压入球体继续参加化学反应；普通水在水箱内(368)预热后(371)，输入吸能装置作为工质。三是氢气加二氧化碳合成甲醛装置(如图30)。与氢气加二氧化碳合成甲醇装置(如图29)相似，区别在于：添加的催化剂为双环戊二烯镍(384)，并添加丁醇水混合液为溶剂(385)；输出的混合产物(395)为甲醛HCHO和未反应的氢气、二氧化碳，经附属水箱(394)冷却排出时，甲醛因分子体积大被透气膜(399)阻隔，沿侧边管道排出(398)，作为工业原料；其中氢气、二氧化碳，通过透气膜(399)被重新吸收(400)，随外部输入的纯二氧化碳(402)一起，被压入球体继续参加化学反应；普通水在水箱内(394)预热后(397)，输入吸能装置作为工质。四是甲醛合成葡萄糖装置(如图31)。与氢气加二氧化碳合成甲醛装置(如图30)相似，差别在于：球壳只开设三条管道：1条管道添加11种酶和纯净冷水(403)，1条管道压入上步反应产物甲醛HCHO(398)，1条管道输出反应产物葡萄糖C₆H₁₂O₆，根据需要吸收阳光；输出的混合产物(413)为葡萄糖C₆H₁₂O₆、甲醛HCHO和水，经附属水箱(412)冷却排出时，葡萄糖被透甲醛膜(417)阻隔，溶于水中，沿侧边管道排出(416)，作为一种生活原料；甲醛通过透甲醛膜(417)后，被重新吸收(418)，随输入的纯甲醛(420)一起，被压入球体继续参加化学反应；普通水在水箱内(412)预热后(415)，输入吸能装置作为工质。

发电公式

直接推导发电功率公式：

假设水蒸气大部分(设为η_电离)被电离成正负带电粒子，均为n摩尔。如果测出发电机正极(238，或294)与负极(246，或296)之间电压U，可得发电量如下：

W_发电＝UQ

＝U(n_{带正电粒子}+n_{带负电粒子})mol×N_A×e

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

＝1.926nη_电离U×10⁵(J)                                    (2-1)

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。根据式(1-2)、(1-6)和(2-1)，得：

E_{净输出电能}＝W_发电-E_{电离水蒸气借电}-E_内耗

＝1.926nη_电离U×10⁵-[E_水共价键+E_{电离水自由基耗}-ΔU_水吸热增]-E_内耗

＝1.926nη_电离U×10⁵+ΔU_水吸热增-E_水共价键-E_{电离水自由基耗}-E_内耗

＝1.926nη_电离U×10⁵+2.7sxt_吸η_吸×10³-E_水共价键-E_{电离水自由基耗}-E_内耗    (2-2)

式中E_内耗表示消耗在压缩机(329、330、331、332)、气泵(327、328)、限流电阻(307、316)、稳压二极管(309、319)、自动控制阀门电路(324)、滑动变阻器(323)、逆变器(325)、变压器(334)、桥堆(336)等内电器上的电能。现对式中共价键耗能E_水共价键和电离自由基耗能E_{电离水自由基耗}的计算公式推导如下：

对于1mol水H₂O而言，如全部断裂其第1个O-H键，需耗能502KJ/mol，离解成1mol自由基H、OH；如全部断裂其第2个O-H键，需耗能426KJ/mol，离解成1mol自由基H、O。如果1mol水两个共价键全部断裂，最后离解成2mol自由基H和1mol自由基O。但实际离解过程比较复杂，水分子一般难以全部离解，当第1个共价键断裂后，第2个共价键还可能断裂部分、保留部分，形成自由基H、OH、O共存的局面。

将断裂第1个共价键称为第1次离解，断裂第2个共价键称为第2次离解。设第1次离解率为η_离解1，第2次离解率为η_离解2。则第1次离解1mol水H₂O生成的自由基H、OH均为1×η_离解1＝η_离解1mol，第2次离解自由基OH生成的自由基H、O均为η_离解1×η_离解2=η_离解1η_离解2mol，保留自由基OH为(η_离解1-η_离解1η_离解2)mol。这两次离解，共生成自由基H为(η_离解1+η_离解1η_离解2)mol、生成自由基O为η_离解1η_离解2mol、生成自由基OH为(η_离解1-η_离解1η_离解2)mol。如果离解n mol水，则需耗能：

_{E水共价键}＝502×nη_离解1+426×nη_离解1η_离解2＝nη_离解1(502+426η_离解2)(KJ)    (2-3)

将自由基H、OH、O电离成电子e、氢离子H^-、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-，又需外部提供能量。从电子转移看，首先是激发自由基H上的电子，变成氢离子H⁺和自由电子e，这需提供能量；其次，部分电子e在自由运动中，被电负性较强的自由基OH、O吸附，变为氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-，这一步基本上不需消耗外部能量。因此，计算电离自由基耗能，只需计算第一步激发自由基H上电子的耗能。已知H的第一电离能为1312.0KJ/mol。对于1mol水H₂O而言，对两次离解产生的自由基H进行电离，需耗能：

1312.0KJ/mol×(η_离解1+η_离解1η_离解2)mol＝1312η_离解1(1+η_离解2)(KJ)。

所以对于nmol水蒸气而言，对两次离解产生的自由基进行电离，则需电离能为：

E_{电离水自由基耗}＝1312nη_离解1(1+η_离解2)(KJ)    (2-4)

将式(2-3)、(2-4)代入式(2-2)，得：

E_{净输出电能}＝1.926nη_电离U×10⁵+2.7sxt_吸η_吸×10³-nη_离解1(502+426η_离解2)-1312nη_离解1(1+η_离解2)-E_内耗    (2-5)

式中η_电离为水蒸气分子的电离率，即带电粒子数除以带电粒子数与中性分子数、不带电的自由基原子分子数之和的商。η_离解1为水蒸气分子第1次离解率，η_离解2为第2次离解率。η_离解1η_离解2为两次离解率，即两次断键率。

设常温水从进入发电装置开始，到排放出去，变为氢气、氧气或水蒸气，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

＝[1.926nη_电离U×10⁵+2.7sxt_吸η_吸×103-nη_离解1(502+426η_离解2)-1312nη_离解1(1+η_离解2)-E_内耗]/t_全循环    (2-6)

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。该书是美R.J.罗沙著，南京工学院吴大榕根据俄译本一书1970年版转译的，统一书号15031.113，俄译本又是根据英文原本(1968年版)翻译的。科学出版社，1975)，有1个单元体积气体(m³)，长为L(m)，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。设气体感应电流密度为j，负载的外电场为E，K为负载系数，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。

当单元体积气体以速度v通过磁感应强度为B的垂直磁场时，根据法拉第电磁感应定律，其感应出来的电流密度为

j＝σ(vB-E)    (3-1)

式中E取决于负载的外电场，K为负载系数，由下式决定：

k＝E/vB    (3-2)

∴j＝(1-k)σvB    (3-3)

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)

在单位容积上使气体制动的比作用力为F＝jB＝(1-k)σvB²    (3-8)

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(233)后，正负带电粒子流动速度均为v，在洛伦兹力作用下，带负电粒子偏转到负极板及收集挡板(261)上，集中在以a点(287，或297)为中心的区域；带正电粒子偏转到正极板及收集挡板(254)上，集中在以b点(274，或301)为中心的区域(如图25)。带负电粒子均受到非静电力即洛伦兹力作用：

F₁＝q^-vB＝q^-E_k1；    (4-1)

力F₁可以看作是某一等效电场E_k1(298)对带负电粒子作用。由于发电通道中央气流为等离子气体，可以将中央垂直平面近似看作零等势面；设在该面上有一条线段O₁-O₂(292-299)，O₁点(292)位于通道入口中央，O₂点(299)靠近通道出口中央，a(297)、O₂(299)、b(301)三点成一线(如图25)。带负电粒子在洛伦兹力作用下，从零等势面上O₁点(292)偏转到负极板上的a点(297)，可等效看作是在等效电场E_k1(298)作用下，从O₂点(299)偏转到a点(297)；E_k1(298)的方向是由a点(297)指向零等势面上的O₂点(299)，它驱使带负电粒子由O₂点(299)移向电势较低的a点(297)。

带正电粒子受到非静电力即洛伦兹力作用：F₂＝q⁺vB＝q⁺E_k2；    (4-2)

力F₂也可以看作是某一等效电场E_k2(300)对带正电粒子作用。在洛伦兹力作用下，带正电粒子从零等势面上O₁点(292)运动到正极板上的b点(301)，可等效看作是在等效电场E_k2(300)作用下，从O₂点(299)偏转到b点(301)；E_k2(300)的方向是由零等势面上的O₂点(299)指向正极板上的b点(301)，它驱使带正电粒子由O₂点(299)移向电势较高的b点(301)(如图25)。这两个非静电性电场E_k1(298)、E_k2(300)，方向均是从a点(297)经O₂点(299)到b点(301)，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1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)σvB2vBK＝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)σvB 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)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)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)比较，可知本发电机单元气体的输出电压大约是传统磁流体发电机的2倍。

式(2-6)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、水蒸气分子的电离率η_电离，水蒸气分子的两次离解率η_离解1、η_离解2，计算工质水的数量、太阳能吸收量、发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，该功率需减去电离气体耗能和发电机内耗电的功率后才是净输出功率。

公式(2-6)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1：1号球形太阳能吸收器示意图

1是石英玻璃球壳，2是不锈钢球形网，3是小半球保温壳，4是四瓣形吸热板，5是人工阀门，6是单向阀门，7是人工阀门，8是排垢管道，9是底座，10是单向高压喷气阀。

太阳能吸收器为1个石英玻璃球体，上半球及中央部位透明，便于吸收太阳能；下小半球不透明，外壁用保温材料包围，便于保温。吸收器制成球体形，吸能效果不如平面玻璃板封闭的凹镜，但它大大提高了容器承受内压能力，加之外围用不锈钢球形网包绕，进一步增强了承压能力，可盛装高温高压水蒸气。为增强吸热效果，球内安放四瓣形吸热板。外部过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，在冷却室吸热升温后，沿输水管道输入吸收器，经过一段时间吸热升温，逐步变为高温水蒸气，沿单向高压喷气阀喷出，输入2号球形太阳能吸收器。吸收器下端设有排垢管道，用于定期排放普通水，或海水、被污染的水加热后产生的水垢及其他杂质。

图2：四瓣形吸热板

11是半圆吸热瓣，12是吸热板上圆孔。

将两张圆形吸热板垂直相交粘合在一起，就象一朵花儿四瓣开放，其下半部开设若干个圆孔，便于四瓣间水相互流动。吸热板半径稍小于球内半径，用黑色耐高温抗氧化难溶于水的材料制成，表面粗糙，便于吸收太阳能，减少反射损失。吸热板置于球中，可将吸收的太阳能传递给水，用来加热水。

图3：单向高压喷气阀示意图

13是保温层，14是1号卡笋，15是2号卡笋，16是圆柱形管道，17是过滤层，18是圆柱形活塞，19是压缩弹簧，20是挡板，21是螺母，22是螺栓，23是喷口，24是1号压缩机，25是圆柱形活塞。

单向高压喷气阀主要由石英玻璃制成，外表用保温材料覆盖，活塞与管道结合严密。在1号太阳能吸收器吸热之初、球内水蒸气尚未形成高压，1号压缩机处于关闭、活塞处于回缩状态，两个管道间喷口畅通。当1号吸收器内水吸热升温变为蒸气渗透过滤层、挤压活塞及压缩弹簧后，沿喷口、管道喷入2号吸收器；此时通过旋转螺栓，调整压缩弹簧张力，调控水蒸气喷出的最高压强阀值。随着2号吸收器内不断涌入水蒸气，加之吸热升温，球内气压逐步增大，当喷口两边气压平衡时，1号吸收器中水蒸气不再自动喷入2号吸收器；此时打开1号压缩机，在活塞运动下，将1号吸收器中水蒸气强行压入2号吸收器，继续提高2号吸收器内气体压强。

图4：过滤层立体结构图

26是气孔，27是难溶于水的小砂石。

过滤层由不锈钢空心圆柱体制成，两底面开设若干个圆孔，里面填塞大量不规则难溶于水的小砂石(如二氧化硅)，留有大量小孔气隙，整个圆柱体刚好能插入自动喷压管道，并被管道上1号卡笋卡住。主要用来阻挡水中各种金属或矿物杂质通过，并防止球体翻转时或在太空失重时球内液态水直接灌入自动喷压管道，但能使水蒸气渗压通过，还能提高1号吸收器内水蒸气压强上限值。

图5：2号球形太阳能吸收器示意图

28是单向阀门，29是人工阀门，30是排垢管道，31是底座，32是自动控制阀门，33是喷出的高温高压水蒸气。

2号吸收器与1号吸收器相似，主要对1号吸收器输入的水蒸气进行再次吸热，达到高温极限、生成高温高压水蒸气，通过输气管道喷出。排垢管道，用于定期排放水蒸气中残存水垢及其他杂质。

图6：自动控制阀门横截面图

34是条形永磁体，35是转轴，36是输气管道，37是圆形阀门。

条形永磁体采用矩磁铁氧体，与圆形阀门通过一条转轴串为一体，并成一面，可围绕转轴旋转。

图7：自动控制阀门俯视图

38是开管线圈，以软磁材料(如坡莫合金)为骨架，首先绕制1个初级线圈，约100匝，再在外面套上1个次级线圈，约300匝，均采用绝缘良好的金属导线绕成；39是转轴；40是条形永磁体；41是关管线圈，以软磁材料为骨架，只绕制1个初级线圈，约100匝。

条形永磁体通过中间转轴可自由转动。开管线圈的初级线圈通电后，产生磁场吸引条形永磁体，圆形阀门随之转动，顺着管道呈纵向摆放，输气管道开放；开管线圈断电、关管线圈通电后，产生磁场吸引条形永磁体，永磁体旋转90度，圆形阀门随之旋转90度，横向摆放在管道中，输气管道关闭。

图8：开关线圈示意图

42是铁心，43是初级线圈，44是次级线圈。

初级线圈缠绕在软磁材料上，匝数较少，约100匝，接在开管电路中，通电后能产生磁场，吸引条形永磁体。次级线圈套装在初级线圈上，用绝缘良好的金属导线绕成，匝数较多，约300匝。如第1组自动控制阀门(59)所示，次级线圈与晶闸管T₁₂控制极(74)、二极管D₁₃(75)、电阻R₁₂(76)形成闭合回路(其他组类似)。当初级线圈电流变化时，能在次级线圈中产生较强的感应电动势，输出短时感应电流。

图9：气压敏感开关示意图

45是螺栓，46是螺母，47是压缩弹簧，48是上下两对导电接头，49是绝缘活塞壁，50是绝缘活塞，51是上下两对导电活塞套筒，52是3号卡笋，53是输气管道。

气压敏感开关安装在输气管的支气管上。3号卡笋用于挡住活塞，防止活塞掉入输气管道。调节螺栓，使压缩弹簧保持适当压力。当输气管道内气压增高时，挤压活塞、弹簧，导电活塞套筒将上方左右两个导电接头连通，形成通路，下方左右两个导电接头开始也连通，随着气压继续升高、活塞上升，下方左右导电接头断开。当管道内气压降低时，活塞被弹簧压下，下方左右两个导电接头被接通，形成通路，上方左右导电接头开始处于连通状态，随着气压进一步降低、活塞被弹簧进一步压下，上方导电接头断开，只有下方导电接头连通。当气压逐步回升、活塞被气体挤压上去，形成新一轮的接头连通、断开循环。

图10：活塞壁导电接头示意图

54是绝缘活塞壁，55是上方导电接头₁，57是上方导电接头₂，56是下方导电接头₁，58是下方导电接头₂。

整个活塞壁为绝缘材料，上下两对导电接头平行正对地镶嵌在活塞壁中，既能局部导电，又能防止气流外泄；管内活塞通过上下运动，将两对导电接头间断地连通、断开。

图11：6组自动控制阀门电路图

59是1组自动控制阀门，60是2组自动控制阀门，61是3组自动控制阀门，62是4组自动控制阀门，63是5组自动控制阀门，64是6组自动控制阀门，65是7组自动控制阀门，66是8组自动控制阀门，67是9组自动控制阀门。68是电阻R₁₁，69是二极管D₁₁，70是晶闸管T₁₁，71是输气管道，72是二极管D₁₂，73是开管线圈1，74是晶闸管T₁₂，75是二极管D₁₃，76是电阻R₁₂，77是关管线圈₁，78是二极管D₁₄。79是电阻R₂₁，80是二极管D₂₁，81是晶闸管T₂₁，82是输气管道，83是二极管D₂₂，84是开管线圈₂，85是晶闸管T₂₂，86是二极管D₂₃，87是电阻R₂₂，88是关管线圈₂，89是二极管D₂₄。90是电阻R₃₁，91是二极管D₃₁，92是晶闸管T₃₁，93是输气管道，94是二极管D₃₂，95是开管线圈₃，96是晶闸管T₃₂，97是二极管D₃₃，98是电阻R₃₂，99是关管线圈₃，100是二极管D₃₄。101是晶闸管T₄₁，102是输气管道，103是二极管D₄₁，104是开管线圈₄，105是晶闸管T₄₂，106是二极管D₄₂，107是电阻R₄，108是关管线圈₄，109是二极管D₄₃。110是晶闸管T₅₁，111是输气管道，112是二极管D₅₁，113是开管线圈₅，114是晶闸管T₅₂，115是二极管D₅₂，116是电阻R₅，117是关管线圈₅，118是二极管D₅₃。119是晶闸管T₆₁，120是输气管道，121是二极管D₆₁，122是开管线圈₆，123是晶闸管T₆₂，124是二极管D₆₂，125是电阻R₆，126是关管线圈₆，127是二极管D₆₃。128是晶闸管T₇₁，129是输气管道，130是二极管D₇₁，131是开管线圈₇，132是晶闸管T₇₂，133是二极管D₇₂，134是电阻R₇，135是关管线圈₇，136是二极管D₇₃。137是晶闸管T₈₁，138是输气管道，139是二极管D₈₁，140是开管线圈₈，141是晶闸管T₈₂，142是二极管D₈₂，143是电阻R₈，144是关管线圈₈，145是二极管D₈₃。146是晶闸管T₉₁，147是输气管道，148是二极管D₉₁，149是开管线圈₉，150是晶闸管T₉₂，151是二极管D₉₂，152是电阻R₉，153是关管线圈₉，154是二极管D₉₃。155是直流电源，由蓄电池组、发电机提供，见图27中324。

根据需要，吸能装置可设x组。暂设9套吸能装置，本图设计9组自动控制阀门电路与之配备。每组自动控制阀门包括1个气压敏感装置和1个开关阀门装置。气压敏感装置利用活塞、弹簧感受气压变化，上下滑动，使得开管电路、关管电路交替连通、断开，交替输送开管电流、关管电流，传递给开管线圈和关管线圈，实现阀门自动开、关，同时从关管电路中引出支流，传送给后续第三组自动控制阀门中开管电路的晶闸管控制极，实现各组自动控制阀门依次开关，依次启用各套吸能装置，为每套吸能装置重复吸热、轮流提供水蒸气创造条件。

图12：球体上单向阀门横截面图

156是球壳，157是管口，158是收缩弹簧，159是口周圆环柱，160是弧形长方体挡板，161是转轴，162是支架。

单向阀门安装在进球管口，由弧形长方体挡板制成，上端挂杆通过转轴挂接在支架上，挂杆下端通过收缩弹簧与球体内壁相连；管口周围粘有石英玻璃圆环柱，长方体挡板能全部遮挡管口及口周圆环柱。当进球管道内无物质注入时，长方体挡板在收缩弹簧作用下，能将进球管口及圆环柱盖住，防止球内气、液倒灌入管道；当物质沿管道注入球体时，在物流压力作用下，长方体挡板被打开，物质顺利注入球体，随后挡板再次关闭。该阀门只可进、不可出，成为单向进入阀门。

图13：球体上单向阀门弧形挡板主视图

163是支架，164是转轴，165是挂杆，166是收缩弹簧，167是管口，168是口周圆环柱，169是弧形挡板。

用石英玻璃制成的弧形长方体挡板，能全部遮挡进球管口及口周圆环柱。只准进，不能出。

图14：电离室立体图

170是电气石网，171是第1组放电棒网，172是第2组放电棒网，173是第3组放电棒网，174、177、178是连接高压正极导线，175、176、179是连接高压负极导线。

每组放电棒网由2n对(本图例举2对)放电柱组成，每条放电柱上的放电棒针锋相对，其间距是固定的，约1厘米。如果电离室空间较大，则需设置若干对放电柱，组成严密的放电棒网，将电离室横截分割。电离室呈长方体形状，内设电气石网、3组放电棒网，将电离室分割成5段。主要作为等离子气体准备间。

图15：电气石网图

用电气石编织成的丝网，安设在电离室通道上。

图16：第1组放电棒网示意图

180、182是接高压负极放电柱，181、183是接高压正极放电柱。

正负放电柱交替设置，上面安插若干根放电棒，形成一道严密的放电棒网，将电离室通道横截分割。

图17：第2组放电棒网示意图

184、186是接高压正极放电柱，185、187是接高压负极放电柱。

图18：第3组放电棒网示意图

188是接高压负极放电柱，189是接高压正极放电柱，190是安装在放电柱上的绝缘陶瓷壳。

主要对前两次穿过放电棒网仍未电离的中性分子进行电离，并利用电场吸引排斥作用(同性相斥、异性相吸)，使带负电粒子向电离室右壁、带正电粒子向左壁偏转，为下步进入发电通道偏转作些铺垫。

图19：电离室内电场示意图

191是指第1组放电棒网，192是指第2组放电棒网，193是指第3组放电棒网，194是1号正放电柱，195是1号负放电柱，196是2号正放电柱，197是2号负放电柱，198是3号负放电柱，199是3号正放电柱，200是4号负放电柱，201是4号正放电柱，202是5号正放电柱，203是5号负放电柱，204是1号正放电柱指向外侧电场E₁，205是1号正放电柱与1号负放电柱间电场E₂，206是2号正放电柱与1号负放电柱间电场E₃，207是2号正放电柱与2号负放电柱间电场E₄，208是2号负放电柱指向外侧电场E₅，209、210、211、212是第1组放电棒网与第2组放电棒网之间的交错电场(E₆、E₇、E₈、E₉)，213是3号负放电柱指向外侧电场E₁₀，214是3号正放电柱与3号负放电柱间电场E₁₁，215是3号正放电柱与4号负放电柱间电场E₁₂，216是4号正放电柱与4号负放电柱间电场E₁₃，217是4号正放电柱指向外侧电场E₁₄，218、219是第2组放电棒网与第3组放电棒网之间的交错电场(E₁₅、E₁₆)，220是5号正放电柱指向外侧电场E₁₇，221是5号正放电柱与5号负放电柱间电场E₁₈，222是5号负放电柱指向外侧电场E₁₉，223、224分别是代表正、负带电粒子在第1、2组放电柱之间电场中运动轨迹，225、226分别是代表正、负带电粒子在第2、3组放电柱之间电场中运动轨迹。

主要显示电离室中各个电场分布情况，并依此分析正、负带电粒子在电场中的运动轨迹。

图20：电离室、发电通道横截面图

227是导电板，228是磁屏蔽管，229是耐高温绝缘隔热陶瓷，230是第1组放电棒网，231是第2组放电棒网，233是第3组放电棒网，234是小孔气隙，235是1号正收集挡板，236是2号正收集挡板，237是连接杆，238是正极，239是3号正收集挡板，240是收气室，241是1号排气泵，242是泵出的H₂，243是耐高温绝缘陶瓷，244是耐高温绝缘隔热陶瓷。245是1号负收集挡板，246是负极，247是2号负收集挡板，248是连接杆，249是3号负收集挡板，250是收气室，251是2号排气泵，252是热O₂和H₂O。

电离室、发电通道、收气室依次紧密相连。电离室内置1张电气石网，3组放电棒网，电离室外表覆盖一层磁屏蔽管、内衬耐高温抗氧化导电板；发电通道进气左侧壁和右侧壁均内衬1张耐高温抗氧化导电板、板上间隔设置三组脊峰形收集挡板，极板及收集挡板上开设若干个小孔气隙，作为正负极板；三组收集挡板相对设置，在进气方向上脊峰由短变长，第3组收集挡板相互间用耐高温绝缘陶瓷连接，将通道底部封闭起来。气流通过两极板上小孔气隙流出。

图21：正极板主视图

253是电离室壁，254是正极板，255是收气室。256是绝缘陶瓷壁，257是1号正收集挡板，258是2号正收集挡板，259是3号正收集挡板。

正极板采用耐高温抗氧化导电板，正面呈梯形，上下两边镶嵌在绝缘陶瓷壁中。

图22：负极板主视图

260是电离室壁，261是负极板，262是收气室。263是绝缘陶瓷壁，264是1号负收集挡板，265是2号负收集挡板，266是3号负收集挡板。

负极板采用耐高温抗氧化导电板，正面呈梯形，上下两边镶嵌在绝缘陶瓷壁中。

图23：正极板放电室立体图

267是正极板左侧放电室，268是左侧收气室，269是连接杆，270是后方收气室。271是小孔气隙，272是1号正收集挡板，273是2号正收集挡板，274是带正电粒子分布中心b，275是3号正收集挡板，276是后方放电室，277是排气管，278是排气泵。

放电室是以正极板和3号正收集挡板为依托，分别向外延伸搭建的“偏房”。正极板和正收集挡板上开设若干个小孔气隙，给发电通道中的气流外泄留下渠道；带正电粒子随气流沿小孔气隙滑出过程中，被正极板、正收集挡板和放电室四壁捕获，越聚越多，电势越来越高，形成电源正极，其积累的氢离子H⁺通过外电路放电后，生成氢原子H、再合成氢分子H₂；放电室外侧壁也开设若干个小孔气隙，给水蒸气和生成的氢气留下外流渠道。排气泵将收气室中气体排出，使收气室形成局部低压，增大发电通道与收气室间的压力差，促进气体加速循环流出。

图24：负极板放电室立体图

279是小孔气隙，280是负极板右侧放电室，281是1号负收集挡板，282是连接杆，283是2号负收集挡板，284是3号负收集挡板，285是后方放电室，286是后方收气室，287是带负电粒子分布中心a，288是右侧收气室，289是排气管，290是排气泵。

放电室是以负极板和3号负收集挡板为依托，分别向外延伸搭建的“偏房”。负极板和负收集挡板上开设若干个小孔气隙，给发电通道中的气流外泄留下渠道；带负电粒子随气流沿小孔气隙滑出过程中，被负极板、负收集挡板和放电室四壁捕获，越聚越多，电势越来越低，形成电源负极，其积累的氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-，通过外电路放电后，生成水分子H₂O、氧原子O、再合成氧分子O₂；放电室外侧壁也开设若干个小孔气隙，给生成的水蒸气、氧气留下外流渠道。排气泵将收气室中气体排出，使收气室形成局部低压，增大发电通道与收气室间的压力差，促进气体加速循环流出。

图25：发电通道内等效电场示意图

291是电离室，292是通道入口中央O₁点，293是正极板，294是正极，295是负极板，296是负极，297是负极板上分布中心a点，298是等效电场E_k1，299是靠近通道出口中央O₂点，300是等效电场E_k2，301是正极板上分布中心b点。

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

图26：半封闭矩型永磁体结构图

302是磁性瓷柱，303是磁性瓷臂，304是磁性瓷爪。

设计半封闭矩形永磁体结构大小，缺口空间磁场作为工作磁场。

图27：基本电路和稳压电路图

305是蓄电池组，306是稳压电路₂，307是限流电阻R_限2，308是稳压二极管D_Z2的工作电流I_Z2，309是稳压二极管D_Z2，310是输入电压U_i2，311是稳压二极管D_Z2的电压U_Z2，312是发电机，313是滤波电容C，314是输入电压U_il，315是稳压电路1，316是限流电阻R_限1，317是通过限流电阻R_限1电流I，318是稳压二极管D_Z1的工作电流I_Z1，319是稳压二极管D_Z1，320是稳压二极管D_Z1的电压U_Z1，321是输出电压U₀，322是输出负载电流I_负，323是滑动变阻器R_变阻，324是自动控制阀门供电电路，325是逆变器，326是输出常压交流电，327是1号排气泵，328是2号排气泵，329是各套吸能装置的1号压缩机，330是2号压缩机，331是3号压缩机，332是4号压缩机，333是负载R_负载，334是变压器，335是升压后的高压交流电，336是桥堆线路，337是输出高压直流电正极，338是输出高压直流电负极，339是正放电导线，340是负放电导线。

基本电路，包括发电机、蓄电池组、逆变器、自动控制阀门供电电路等并联组成的内电路，逆变器连接的外输出电路，在外输出电路上并联1条内供电电路、2个排气泵、4台压缩机和负载。外输出电路中的开关₉，可同时控制各套吸能装置的1号压缩机。稳压电路由限流电阻、稳压二极管、滤波电容组成，接在内电路中，包括2套。

图28：氧气水蒸气分离装置图

341是输入过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，342是人工阀门，343是泵入热氧气和水蒸气，344是人工阀门，345是冷却水箱，346是人工阀门，347是逸出氧气O₂，348是人工阀门，349是输出纯净水，350是人工阀门，351是输出预热后的普通热水。

将普通水，甚至海水、被污染的水，过滤净化后输入冷却水箱，作为冷却剂。负极板放电室产生的氧气和水蒸气，被2号排气泵输入水箱密闭冷却，降温后氧气逸出、水蒸气变为纯净水输出。冷却剂预热后变为热水，注入1号球形太阳能吸收器。

图29：氢气加二氧化碳合成甲醇装置示意图

352是石英玻璃球壳，353是人工阀门，354是泵入热氢气H₂，355是不锈钢球形网，356是小半球形保温壳，357是小半球形吸热内壳，358是单向阀门，359是Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂，360是人工阀门，361是排废管道，362是底座，363是加入催化剂，364是人工阀门，365是过滤网，366是人工阀门，367是2号压缩机，368是冷却水箱，369是甲醇CH₃OH、氢气H₂、二氧化碳CO₂的混合体，370是输入过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，371是输出预热后的冷却剂，372是输出液态甲醇CH₃OH，373是透气膜，374是分离出的氢气H₂、二氧化碳CO₂，再次随纯CO₂压入反应腔，375是管中单向阀门，376是输入纯CO₂。

正极板放电室产生的氢气，被泵入该装置，与CO₂、Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂一起，高温高压下发生化学合成反应，生成甲醇，产物CH₃OH与反应物H₂、CO₂的混合体经过滤网沿管道输出，经水箱密闭冷却，产物CH₃OH变为液体后输出，反应物H₂、CO₂经透气膜被分离出，随纯CO₂被压入反应腔，再次参加化学合成反应。反应中产生的废物，包括中毒的催化剂，定期通过排废管道排出。与前一装置相同，采用普通水，甚至海水、被污染的水，过滤净化后作为冷却剂，输入水箱，预热后注入1号太阳能吸收器。管中单向阀门(375)，与球体上单向阀门(图12)相似，区别在于用平面长方体挡板取代弧形长方体挡板。

图30：氢气加二氧化碳合成甲醛装置示意图

377是石英玻璃球壳，378是人工阀门，379是泵入热氢气H2，380是不锈钢球形网，381是小半球形保温壳，382是小半球形吸热内壳，383是单向阀门，384是以双环戊二烯镍为催化剂，385是以丁醇水混合液为溶剂，386是人工阀门，387是排废管道，388是底座，389是加入催化剂、溶剂，390是人工阀门，391是过滤网，392是人工阀门，393是3号压缩机，394是冷却水箱，395是甲醛HCHO、氢气H₂、二氧化碳CO₂的混合体，396是输入过滤后的普通水，甚至海水、被污染的水，397是输出预热后的冷却剂，注入1号太阳能吸收器，398是输出液态甲醛HCHO，399是透气膜，400是分离出的氢气H₂、二氧化碳CO₂，再次随纯CO₂压入反应腔，401是单向阀门，402是输入纯CO₂。

发电机正极板放电室产生的热氢气H₂，被泵入该装置，与压入的CO₂、双环戊二烯镍催化剂一起，以丁醇水混合液为溶剂，在高温高压下发生化学合成反应，生成甲醛，产物HCHO、反应物H₂、CO₂的混合体经过滤网沿管道输出，经密闭冷却，产物HCHO变为液体后输出，反应物H₂、CO₂经透气膜被分离出，随纯CO₂被压入反应腔，再次参加化学合成反应。反应中产生的废物，包括中毒的催化剂，定期通过排废管道输出。与前两个装置相同，采用普通水，甚至海水、被污染的水，过滤净化后作为冷却剂。

图31：甲醛合成葡萄糖装置示意图

403是加入11种酶和纯净冷水，404是人工阀门，405是单向阀门，406是甲醛HCHO和11种酶混合体，407是人工阀门，408是排废管道，409是过滤网，410是人工阀门，411是4号压缩机，412是冷却水箱，413是甲醛HCHO、葡萄糖C₆H₁₂O₆和水的混合体，414是输入过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，415是输出预热后的冷却剂，注入1号太阳能吸收器，416是输出葡萄糖C₆H₁₂O₆水溶液，417是透甲醛膜，418是分离出的甲醛HCHO，再次随纯甲醛压入反应腔，419是单向阀门，420是输入纯甲醛。

将前一装置产生的甲醛，压入该装置，添加11种酶和纯净冷水，该水来自氧气和水蒸气分离装置(372)，并根据需要吸收阳光，高温高压下发生合成反应，生成葡萄糖C₆H₁₂O₆，产物C₆H₁₂O₆、反应物HCHO和纯净水的混合体经过滤网沿管道输出，经密闭冷却，产物C₆H₁₂O₆溶于水中输出，反应物HCHO经透甲醛膜被分离出，随纯甲醛压入反应腔，再次参加合成反应。反应中产生的废物，包括中毒失效的酶、污水，定期通过排废管道输出。与前三个装置相同，采用普通水，甚至海水、被污染的水，过滤净化后作为冷却剂。

具体实施方式

1、制作装置。一是球形太阳能吸收器(如图1)。用石英玻璃制成球体(1)，半径2米，球壳厚约2厘米，上半球和中央部位透明；下小半球不透明(见网上：石英玻璃是二氧化硅单一组分的玻璃，硬度大、耐高温、膨胀系数低、耐热震性，化学稳定性和电绝缘性能良好，能透过紫外线、可见光、近红外线，分透明、不透明两大类，气炼级的石英玻璃可长时间耐受1100℃高温，联熔级的石英玻璃可短时间耐受1100℃高温)，外表覆盖耐高温绝缘隔热材料(3)，如复合硅酸盐(铝镁)制品(见网上：复合硅酸盐(铝镁)制品，具有导热系数低、保温性能好、耐热性能明显，能耐700℃以上温度，可保温-40℃--800℃)；球体外用不锈钢球形网(2)包绕；球内安放1个四瓣形吸热板(4，或图2)，用黑色耐高温抗氧化难溶于水的材料制成，如不锈钢，表面粗糙，被氧化成Fe₃O₄，下半部开设若干个圆孔。二是单向高压喷气阀(如图3)。用石英玻璃制作圆柱形管道(16)，1号、2号卡笋(14、15)和活塞(18、25)，管壁厚约3厘米、管道直径约16厘米；活塞(18、25)直径约10厘米、长约3厘米，与管道紧密结合，表面光滑；管中压缩弹簧(19)、挡板(20)、螺母(21)、螺栓(22)、压缩机(24)连杆均用不锈钢制成。管道采用螺栓螺母旋转接口方式，与1号、2号太阳能吸收器(如图1、图5)相连接。整个阀门装置外表用耐高温绝缘隔热材料(13)覆盖。三是输送管道。输水管(341、351，370、371，396、397，414、415)为不锈钢圆管，管壁厚约0.3厘米、直径约3厘米。输工质水蒸气管(53，或71、82、93、102、111、120、129、138、147，)用石英玻璃制成圆管，管壁厚约2厘米、管道直径约14厘米，外表覆盖耐高温绝缘隔热材料。输生成气体管(277、289，343，354、376，379、402，420)，亦采用石英玻璃，管壁厚约2厘米、管道直径约14厘米；但在冷却水箱中(345、368、394、412)和输出产物端(347、349，372，398，416)，管道则用不锈钢，管壁厚约0.3厘米、管道直径约14厘米。各条输送管道，接口处均采用螺栓螺母旋转接口的方式进行连接。四是自动控制阀门。用矩磁铁氧体材料制作条形永磁体(34，或40)，长约14厘米，安装在旋转轴(35，或39)上，与输气管(36)中圆形阀门(37)同步转动。旋转轴(35)与圆形阀门(37)均采用石英玻璃，其中旋转轴上端固定在条形永磁体(34)中间，下端与圆形阀门(37)融为一体；圆形阀门(37)直径约10厘米，厚1厘米，与输送管道(36)紧密结合，能有效关闭气流。开管线圈(38)和关管线圈(41)均用软磁材料(如坡莫合金或铁铝合金)作骨架，在其外围用绝缘良好的金属导线绕制线圈，其中开管线圈(38)上先绕制1个初级线圈，匝数约100匝，再在上面套装1个次级线圈，匝数约300匝；关管线圈(41)上只绕制1个初级线圈，匝数约100匝。气压敏感装置安装在输气管道的支气管上(如图9)，主要使用耐高温绝缘陶瓷，除螺栓(45)、螺母(46)、压缩弹簧(47)、上下两对导电接头(48)、导电活塞套筒(51)使用导电材料外(对螺栓要增加一层绝缘外套)，其余均使用绝缘材料。五是单向阀门(6、28、358、375、383、401、405、419)。用石英玻璃制成弧形挡板(如图12)或平面挡板，下设收缩弹簧。六是电离室(如图14)。参照燃煤磁流体发电机做法，其选用Fe-Cr-Al系高温合金作阳极材料、W-Cu合金作阴极材料，用BN或Sialon陶瓷作耐高温绝缘材料(见《八六三计划能源技术领域研究工作进展(1986-2000)》第四篇燃煤磁流体发电技术第282页)，所以本装置也用Fe-Cr-Al系高温合金作为耐高温抗氧化导电材料，用BN或Sialon陶瓷作为耐高温绝缘材料。电离室也采用BN或Sialon陶瓷，制成1个长方体陶瓷柜(如图14)，截面为正方形，边长1米，柜长2米，壁厚约2厘米。内衬耐高温抗氧化导电板(227)。电离室外围用磁导率很大的软磁材料(如坡莫合金或铁铝合金)(228)覆盖。进口端设置一张电气石网(170，或图15)(见网上《电气石》：Tourmaline，英译名托玛琳，是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，具有热电性与压电性)。用耐高温抗氧化导电材料制作放电棒、放电柱(180、181、182、183、184、185、186、187、188、189)、放电导线(174、175、176、177、178、179)；放电柱上套装耐高温绝缘陶瓷(190)(用BN或Sialon陶瓷)，放电棒穿过陶瓷，伸出针尖。因为常温常压下，空气击穿电压为3KV/mm(见网上《空气击穿电压》)。参照该参数，每条放电柱直径设为0.5厘米，每根放电棒长0.5厘米，相邻放电棒针锋相对、间距1厘米，上下放电棒间距0.5厘米，最外侧的左右两排放电柱(180、184、188，183、187、189)，其柱上放电棒距室壁0.5厘米。每组放电棒网由2n对(图中例举了2对)放电柱组成，正负放电柱交替设置，若干对放电柱并成一面(171、172，或图16、图17)，组成一道严密的放电棒网，将电离室横截分割。这样间隔设置两组放电棒网(171、172，或图16、图17)，出口端设置一对放电柱(173，或图18)。七是发电通道(如图20)。用BN或Sialon陶瓷，制作1个正四棱锥体截体形的陶瓷柜(233)，截面为正方形，边长1米；底面也为正方形，边长1.2米，正四棱锥体截体高2米，绝缘壁厚2厘米，制成发电通道(233)。通道前端(锥体截口)与电离室出口紧密相接(如图20)，其进气左侧壁、右侧壁均内衬一张耐高温抗氧化导电板(254、261)。该导电板镶嵌在上下耐高温绝缘隔热壁中(如图21、图22)，板上设置三组脊峰形收集挡板(235、236、239，245、247、249，或257、258、259，264、265、266，或272、273、275，281、283、284)，第1组收集挡板(235，245)脊峰长0.2米，第2组收集挡板(236，247)脊峰长0.4米。第3组收集挡板的左边(239)直长0.4米，右边(249)直长0.8米，相互连接，其脊峰段采用耐高温绝缘陶瓷(243)(BN或Sialon陶瓷)制成，并与上下绝缘通道壁相连，将通道底部封闭起来。极板和收集挡板上开设若干个小孔气隙(234，或271、279)。依托正负极板及收集挡板，使用相同耐高温抗氧化导电板，在其外侧搭建放电室(267、276，280、285)，室壁上开设若干个小孔气隙(271、279)。正负极板放电室(267、276，280、285)与最外保温绝缘层之间留有空间，分别作为收气室(268、270，288、286)。两个收气室后方各设置一条排气管道(277，289)，管内设有排气泵(278、290)，可将收气室中气体加速排出。八是半封闭矩形永磁体(如图26)。使用矩磁铁氧体材料制作1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(303)须大于缺口间距，如2米为宜。在磁性瓷体上下爪中(304)挂接相同绕向的粗线圈，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。尔后卸下粗线圈，水平摆放磁性瓷体，将发电通道平直插入缺口中央部位，斜坡段垫上一节陶瓷材料，确保磁力线垂直穿过发电通道(如图26)。九是基本电路(如图27)。以粗铜芯线为基本线材，将热电气体发电机(312)与蓄电池组(305)、滤波电容(313)、稳压二极管(309、319)、自动控制阀门供电电路(324)、逆变器(325)并联，逆变器(325)连接对外输电线路，形成1个基本电路。为保证发电机(312)输出电压稳定，设置1个稳压电路₁(315)，在发电机(312)与逆变器(325)之间串接1个开关₄、1个限流电阻R_限1(316)，并联1个滤波电容C(313)、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)(319)，组成1个稳压电路₁(315)；同时在蓄电池组(305)和发电机(312)之间增设1个稳压电路₂(306)。在对外输电线路中，并联引出一条分支电路，连接1个开关₅、变压器(334)、桥堆线路(336)，再接入发电机放电导线(174、175、176、177、178、179)。十是氧气水蒸气分离装置(如图28)。用石英玻璃制作一个长方体冷却水箱(345)，设有进冷水管道(341)、排热水管道(351)和进热气管道(343)、排氧气管道(347)、排纯净水管道(349)。将热气管道(343)插入水箱，弯曲延伸一节后再伸出水箱。热气管道中的热氧气和水蒸气(343)，通过水箱中管道与冷却水进行热交换，降温后输出；冷却水受热后(351)注入1号太阳能吸收器(如图1)。十一是氢气加二氧化碳合成甲醇装置(如图29)、或氢气加二氧化碳合成甲醛装置(如图30)。同球形太阳能吸收器(如图1)一样，用石英玻璃制成球体(352、377)，外接5条管道，分别泵入氢气(354、379)、加注催化剂(363、389)、压入二氧化碳(376、402)、排出产物(372、398)、排出废物(361、387)。管道内设人工阀门(353、360、364、366，378、386、390、392)、单向阀门(358、375，383、401)，安装2号压缩机(367)、3号压缩机(393)，外表用耐高温绝缘隔热材料包围。十二是甲醛合成葡萄糖装置(如图31)。同合成甲醛装置一样，用石英玻璃制成球体，外接4条管道，分别加注多种酶和纯净冷水(403)、压入甲醛(420)、排出产物(416)、排出废物(408)。管道内设人工阀门(404、407、410)、单向阀门(405、419)，安装4号压缩机(411)，外表用耐高温绝缘隔热材料包围。

2、使用方法。一是准备装置。启动前，给蓄电池组(305)充满电能，电路中各个开关断开；将各套吸能装置的单向高压喷气阀(如图3)的1号压缩机活塞(25)回收、使喷口(23)畅通；闭合电路开关₄、开关₇、开关₈，启动1号排气泵(241，或278，或327)、2号排气泵(251，或290，或328)，将电离室(如图14)、发电通道(如图20)、放电室(267、276，280、285)、收气室(268、270，288、286)、排气管(277、289)中的气体排空，尔后关闭各个人工阀门；再使用外部气泵，通过1号、2号太阳能吸收器的排垢管道(8、30)和3个化学合成装置的排废管道(361、387、408)，将2个太阳能吸收器和3个化学合成装置中气体也排空，尔后关闭各个人工阀门。二是准备工质。将普通水，甚至海水、被污染的水，进行清洁处理，采取阳光照射、搅拌、过滤等方法，除去溶解在水中的其他气体和各种悬浮杂物，并测出其酸碱性，添加适量的碱性或酸性物质进行中和，生成难溶于水的固体物，再次过滤净化，当水中仅留存金属和非金属离子(如K⁺、Na⁺、Ga²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、CL^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-等)、各种矿物微粒(如GaCO₃、GaSO₄、BaSO₄、SiO₂、GaSiO₃等)、以及细菌、病毒等微生物后，可作为工质水输入各个冷却水箱(345、368、394、412)，预热后输入1号球形太阳能吸收器(如图1)，经吸热升温变为高温高压水蒸气，水中的金属和非金属离子、矿物微粒聚合成水垢，各种微生物死亡，其尸体和水垢被过滤器(17，如图4)阻挡，最终沿排垢管道(8，30)排出。三是生成水蒸气。启动时，将工质水注入各套吸能装置的1号太阳能吸收器(如图1)，盛至下半球的1/2至2/3容积为宜；通过充分吸收太阳能，调节各套吸能装置的单向高压喷气阀螺栓(22)，保持适当压力，使工质水吸热后逐步变为高温水蒸气，当球内压强足够高时，水蒸气沿着单向高压喷气阀(如图3)，渗透过滤层(17，或图4)、压缩圆柱形活塞(18)，从喷口(23)、1号压缩机(24)管道喷出，进入2号太阳能吸收器(如图5)，继续吸热升温；当2号吸收器中水蒸气升至高温、与1号吸收器气压平衡时，闭合开关₉，启动各套吸能装置中的1号压缩机(24，或329)，将各套吸能装置的1号吸收器(如图1)中水蒸气强行压入其2号吸收器(如图5)，继续增大内压，再吸热一段时间，各套吸能装置中的2号吸收器(如图5)都充满高温高压水蒸气。四是使用水蒸气发电。当水蒸气升至高温极限后，首先启用第1套吸能装置，打开第1组自动控制阀门(59)的开关₁，连通开管线圈₁(73)电路，打开阀门，释放水蒸气，喷入电离室，实施电晕放电，产生等离子气体，喷入发电通道(如图20)发电，1号排气泵(241，或278，或327)、2号排气泵(251，或290，或328)随即将放电室(267、276，280、285)、收气室(268、270，288、286)中气体抽出；将水蒸气输入电离室、发电通道发电，经过一段时间，发电机积累一定电量、其输出电压U_i1(314)达到额定值，第1套吸能装置水蒸气消耗将尽，打开第2组自动控制阀门(60)开关₂，启用第2套吸能装置水蒸气，继续发电；当接上负载R_负载(333)时，迅速打开开关3(如图11)，启用第3套吸能装置水蒸气，以防输出电压下降。随后，第1套吸能装置气压逐渐下降直到关闭，自动启用第4套吸能装置，让第2、3、4套供应水蒸气；当第2套吸能装置气压降低、关闭，启用第5套吸能装置，让第3、4、5套供应水蒸气；当第3套气压降低、关闭，启用第6套，让第4、5、6套供应水蒸气；当第4套气压降低、关闭，启用第7套，让第5、6、7套供应水蒸气；当第5套气压降低、关闭，启用第8套，让第6、7、8套供应水蒸气；当第6套气压降低、关闭，启用第9套，让第7、8、9套供应水蒸气；当第7套气压降低、关闭，启用第1套，让第8、9、1套供应水蒸气………，如此循环下去。五是参与化工合成。发电产生的氧气、水蒸气，被2号排气泵(251，或290，或328)抽出，打开两个人工阀门(342、344)，将普通水，甚至海水，被污染的水(341)输入水箱(345)，并将热氧气和水蒸气(343)输入水箱(345)密闭冷却，再打开两个人工阀门(346、348)，排出氧气(347)、纯净水(349)，用于生活及其他用途，冷却水预热后(351)，输入1号太阳能吸收器(如图1)；发电产生的氢气，被1号排气泵(241，或278，或327)泵入合成甲醇装置(图29)、或合成甲醛装置(图30)后，闭合电路开关₁₀、开关₁₁,启用2号压缩机(330，或367)、3号压缩机(331，或393)，将外部纯二氧化碳(376、402)压入合成装置(如图29、图30)，再打开人工阀门(364、390)，加注不同的催化剂及溶剂(363、389)。当合成反应持续一段时间达到平衡后，分别打开人工阀门(366、392)，输出产物和反应物的混合体，沿管道经水箱(368、394)冷却分离，获得甲醇(372)或甲醛(398)。闭合电路开关K₁₂，启用4号压缩机(332，或411)，将产生的甲醛(398，或420)压入反应球体(如图31)，打开人工阀门(404)，加入多种酶和纯净冷水(403)，发生化学合成反应，生成葡萄糖，再打开人工阀门(410)，输出产物和反应物混合体(413)，经冷却分离。

发电和化工合成是这样运行的：设有9套吸能装置，配备9组自动控制阀门(如图11)。使用过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水作为工质，输入冷却水箱(345、368、394、412)预热，变为热水后注入各套吸能装置的1号球形太阳能吸收器(如图1)，再充分吸收太阳能升至高温，变为水蒸气，经单向高压喷气阀(如图3)输入2号球形太阳能吸收器(如图5)，进一步吸收太阳能，升至高温极限，使各套吸能装置的2号吸收器充满高温高压水蒸气。启动时，依次打开第1、2、3组自动控制阀门，依次启用第1、2、3套吸能装置的高温高压水蒸气，尔后轮流自动启用第4、5、6、7、8、9、1……套吸能装置；水蒸气与电气石网(170，或图15)发生摩擦、实施电晕放电，产生等离子气体，喷入发电通道(如图20)，受洛伦兹力作用正负带电粒子发生偏转分离，分别聚集到正负极板及收集挡板上(如图21、图22)。其中负极板上的氢氧根离子、氧离子放电后产生氧气、水蒸气，泵出后经水箱(345)冷却分离使用；正极板上的氢离子放电后产生氢气，被输入球形反应腔(如图29、图30)，与压入的二氧化碳(376、402)一起，在不同催化剂(359、384)、溶剂(385)作用下，高温高压下发生化学合成反应，生成甲醇(372)或甲醛(398)，作为化工原料，其中甲醛(398，或420)被压入另1个球形反应腔(如图31)，与添加的多种酶一起(406)，继续发生化学合成反应，生成葡萄糖，溶于纯净水中输出(416)。发电机净输出电能，来自于液态水从常温升至高温变为水蒸气吸收的太阳能。

Claims (14)

1.一种热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，包括1套或1套以上吸能装置，1套电离室、发电通道、放电室、收气室、排气管、半封闭矩形永磁体、输电系统、蓄电池组和化工合成装置；所述每套吸能装置由2个串联的球形太阳能吸收器、1个单向高压喷气阀、1组自动控制阀门和部分单向阀门、人工阀门、管道组成，内装工质水蒸气，每套并联接入电离室；所述化工合成装置包括氧气水蒸气分离装置、氢气加二氧化碳合成甲醇装置，或所述化工合成装置包括氧气水蒸气分离装置、氢气加二氧化碳合成甲醛装置、甲醛合成葡萄糖装置；每套吸能装置采用自动控制阀门电路，轮流自动供应高温高压水蒸气，并利用关闭间隙清除水垢杂质和重复吸热；电离室设有1组电气石网和3组放电棒网，发电通道设有3组正负收集挡板，正负极板各外接1个放电室，放电室外围设有1个收气室。

2.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述球形太阳能吸收器，用石英玻璃制成球体，上半球及中央部位透明；下小半球不透明，外用保温材料包围，下接底座；球体外围用球形网包绕；球内安放1个四瓣形吸热板，下部开设若干个圆孔；球体上设有进水(气)管道、输气管道、排垢管道；进球管口设有单向阀门。

3.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述单向高压喷气阀，由自动喷压管道和主动压缩管道组成，其中自动喷压管道包括圆柱形管道、过滤层、圆柱形活塞、压缩弹簧、挡板、螺栓、螺母、管道喷口；主动压缩管道包括压缩机、压缩管道、圆柱形活塞；整个管道外表覆盖保温材料。

4.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述自动控制阀门，由气压敏感装置和开关阀门装置组成，安装在输气管道上，所述气压敏感装置包括螺栓、螺母、压缩弹簧、绝缘活塞壁、绝缘活塞、2个导电活塞套筒、上下2对导电接头、卡笋；开关阀门装置包括开管线圈、关管线圈、条形永磁体、转轴、管中圆形阀门；开管线圈上绕制1个初级线圈，套装1个次级线圈，关管线圈上只绕制1个初级线圈。

5.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述自动控制阀门电路，将自动控制阀门(例如9组)联接起来，与每套吸能装置一一配对；每组气压敏感装置利用活塞、弹簧感受气压变化，上下滑动，使得开管电路、关管电路交替连通、断开，交替输送开管电流、关管电流，传递给开管线圈和关管线圈，实现阀门自动开、关，同时从关管电路中引出支流，传送给后续第三组自动控制阀门中开管电路的晶闸管控制极，实现各组自动控制阀门依次开关，依次启用各套吸能装置。

6.根据权利要求2所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述接入球体管口的单向阀门，由弧形长方体挡板制成，上端延伸出一条挂杆，通过转轴挂接在球体内壁支架上，挂杆下端通过收缩弹簧与球体内壁相连；管口周围粘接一圈石英玻璃圆环柱，长方体挡板能全部遮挡管口及周边圆环柱。

7.根据权利要求3所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述过滤层，由一个不锈钢空心圆柱体制成，刚好能插入自动喷压管道，并被管道上卡笋卡住，其两底面开设若干个圆孔，里面充塞若干块不规则难溶于水的小砂石。

8.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述电离室，在室内进气方向上先设置一组电气石网，然后平行间隔设置三组放电棒网，将电离室横向分割成5段；第1、2组放电棒网由2n对放电柱并成一面组成，第3组放电棒网由1对放电柱并成一面组成，靠近电离室出口端；每条放电柱套装一层耐高温绝缘陶瓷，柱上设有左右两排针状形放电棒，它们并成一面穿过绝缘陶瓷延伸出去；相邻两条放电柱极性相反，其柱上放电棒针锋相对设置；三组放电棒网前后正对的放电柱极性相反，在进气方向上第1、2、3组最右边的放电柱分别接高压正极、负极、正极，第1、2、3组最左边的放电柱分别接高压负极、正极、负极。

9.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述发电通道，为正四棱锥体截体形，上下两壁为耐高温绝缘陶瓷，左右两侧壁为耐高温抗氧化导电极板，与上下绝缘壁相连接；两极板上均间隔设置三组脊峰形收集挡板，极板及收集挡板上开设若干个小孔气隙；两极板的第1、2、3号收集挡板相对设置，在进气方向上三组收集挡板的脊峰由短变长，前两组相对挡板的脊峰长度彼此相同；第3组挡板左边短、右边长，相互连接，其脊峰段用耐高温绝缘陶瓷制成，并与上下绝缘通道壁相连，将通道底部封闭起来。

10.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述放电室，正负极板与其第3号收集挡板分别向侧外、后方延伸，连接上、下、外三张导电板，各自围成1个侧方放电室、后方放电室，每边两室连为一体；各内极板及其收集挡板、放电室外壁，均开设若干个小孔气隙；放电室外壁与外围耐高温绝缘隔热材料留有空隙，分别围制成1个收气室。

11.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述工质水蒸气，采取开环循环方式，将外部普通水，甚至海水、被污染的水，过滤净化后输入冷却水箱预热，再输入吸能装置，充分吸收太阳能，生成高温高压水蒸气，喷入电离室实施电晕放电，生成以电子e、氢离子H⁺、氢氧根离子OH^-、氧离子O^2-为主体的等离子气体，喷入发电通道受到洛伦兹力作用偏转分离，实现正负带电粒子分头聚集，产生电动势，通过电路对外输出电能；正负带电粒子分别在两个放电室放电后生成氢气H₂，氧气O₂、水蒸气H₂O，暂存到两个收气室，实现氢气与氧气水蒸气自然分离，其中氢气泵出后参与化工合成，氧气和水蒸气泵出冷却分离后使用。

12.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述输电系统，将发电机与蓄电池组、滤波电容、稳压二极管、逆变器、自动控制阀门供电电路并联，组成内电路；逆变器连接外输出电路，外输出电路上并联1条内供电电路、2个排气泵、4台压缩机和负载。

13.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述氧气水蒸气分离装置，设置1个冷却水箱，设有1条进冷水管道、1条排热水管道、1条输送氧气和水蒸气的密闭管道，其中密闭管道插入水箱弯曲延伸一节后，伸出水箱，在输出端分成两条支管，使冷却后的氧气和水蒸气自动分离；普通水在水箱内预热后，输入吸能装置作为工质。

14.根据权利要求1所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述氢气加二氧化碳合成甲醇装置，或氢气加二氧化碳合成甲醛装置，甲醛合成葡萄糖装置，3个装置结构与球形太阳能吸收器相似，区别在于用小半球吸热内壳取代四瓣形吸热板，根据化学反应需要添加不同的催化剂和溶剂；反应物和产物的混合体由过滤网、管道输出后，经附属水箱密闭冷却，再分别经不同型号的透气膜过滤，分离出反应物和产物，其中产物经管道输出，反应物通过透气膜后继续输入球体参加反应；反应中产生的废物，定期通过排废管道排出；普通水在水箱内预热后，输入吸能装置作为工质。

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