CN105024522A - 一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，包括呈环形封闭的通道，该通道上设置有同向设置的第一单向阀和第二单向阀，通道内填充有磁流体，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体的太阳能板；还包括与通道平行设置的磁体，磁体与通道之间的间隙设置有一组垂直于磁场的导线，导线的两端连接储电设备或接入电网。工作时，利用太阳能板吸收太阳能热量，加热通道内的磁流体使其膨胀，加热后的磁流体，由于膨胀开始流动，通过单向阀后以一定速度在环形的通道内单向流动，当磁流体以一定速度流经磁体附近的通道时，磁流体和磁体之间形成流动的磁场，两者的相对运动使得导线切割磁感线，在导线内产生电流。

Description

一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统
技术领域：
本发明属于能源转换领域，涉及磁流体的发电，尤其涉及一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统。
背景技术：
磁流体是一种新型功能材料，它不仅具有流体的流动性还具有固体磁性材料的磁性，具有广泛的应用前景。磁流体发电，一般是指燃煤磁流体发电技术，是采用导电气体作为导电流体，用化石燃料直接加热使其电离为导电的离子流，然后使其在磁场中流动并切割磁感线，产生电流。其不但能提高煤炭资源的利用率，还具有污染小等特点。某燃煤磁流体发电结构的示意图如图1，燃煤磁流体发电系统需要燃烧化石燃料来加热磁流体使其电离，电离后的离子流高速通过磁场中的通道，切割磁感线从而产生电能。
燃煤磁流体发电技术中，对磁流体的电离往往是设计过程中最复杂的。通过燃烧化石燃料来加热磁流体，所能达到的温度是有限的，即使对空气进行预热，其最高温度也只能达到3000K左右，而一般情况下，气体在6000K以上的高温下才能电离并具有较大的导电率。因此，这种单纯加热后的气体其导电率达不到发电所需的值。为解决气体导电率太低而无法利用的问题，可在气体中加入一定比例的易电离物质，使气体在温度3000K左右时，即可电离并达到要求的导电率。
虽然燃煤磁流体发电是现有发电技术中较为先进且节能的，但这种设计和发电方法仍有以下弊端：一是依旧需要燃烧化石燃料来提供热能，有一定的碳排放量，与低碳环保的发展目标不符；二是为提高导电率在磁流体中加入易电离物质，如钾、铯等碱金属化合物，它们的性质很活泼，不仅操作危险而且需要一定的准备过程；三是磁流体中加入性质活泼的碱金属化合物等，这对磁流体流动通道的材质及设备安全性有着很高的要求，增加了整个系统的制造成本。
相比火力发电，燃煤磁流体发电技术在一定程度上减少了化石燃料的使用量，但其仍要依赖煤炭，无法做到真正的无污染发电。此外，由于加入了碱金属化合物，对设备和操作过程的安全性有着很高的要求，这使其大面积投入使用存在许多实际问题。
发明内容：
本发明的目的在于针对目前燃煤磁流体发电的几点不足，提供一种利用太阳能加热磁流体，直接将热能转化为电能的磁流体发电系统，该系统的发电过程具有不燃烧化石燃料、利用清洁太阳能、无需加入易电离物质、操作安全等优良特性，同时对设备的安全性能没有过高的要求。本发明在很大程度上改善了现有燃煤磁流体发电技术的不足，其推广使用较容易实现。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，包括呈环形封闭的通道，该通道上设置有同向设置的第一单向阀和第二单向阀，通道内填充有磁流体，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体的太阳能板；
还包括与通道平行设置的磁体，磁体与通道之间的间隙设置有一组垂直于磁场的导线，导线的两端连接储电设备或接入电网。
本发明进一步的改进在于：太阳能板与磁体在通道周向上的设置位置相对。
本发明进一步的改进在于：磁体的数量为两个，且两个磁体平行设置在通道相对的两侧；每个磁体与通道之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线。
本发明进一步的改进在于：通道的数量为两个，两个通道由内至外设置；每个通道上均设置有同向设置的第一单向阀和第二单向阀，通道内填充有磁流体，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体的太阳能板；
磁体设置在两个通道之间，磁体与每个通道之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线。
本发明进一步的改进在于：工作时，利用太阳能板吸收太阳能热量，加热通道内的磁流体使其膨胀，加热后的磁流体，由于膨胀开始流动，通过单向阀后以一定速度在环形的通道内单向流动，当磁流体以一定速度流经磁体附近的通道时，磁流体和磁体之间形成流动的磁场，两者的相对运动使得导线切割磁感线，在导线内产生电流。
本发明发电系统与现有燃煤磁流体发电系统相比，主要区别在于磁流体在两个发电过程中的作用不同。燃煤磁流体发电系统是利用磁流体的电离实现发电，而此磁流体发电系统是利用管道内流动的磁流体与磁体之间的相对运动，实现导线切割磁感线来发电，是一种直接将热能转化为电能的系统。该系统具有以下几个优点：
1、该系统实现了磁流体的无污染发电，有利于节能减排。该系统用太阳能板吸收的热量加热磁流体，使其膨胀后在管道内流动，利用磁流体与磁体的相对运动来发电，因而不需要燃烧化石燃料来加热磁流体。该系统利用太阳能这种清洁能源作为热量来源，直接将热能转化为电能，不仅节约煤炭资源，又保护环境。
2、该系统的磁流体通过加热膨胀而流动，在太阳能板附近的通道两侧各安装一个单向阀，以此控制磁流体流动方向，因此不需要安装泵来定向输送磁流体，采用阀门，可节省电能且系统结构更为简单。
3、与燃煤磁流体发电技术相比，此发电系统的结构布置简单，且不需要在磁流体内加入碱金属化合物等物质，省去了复杂的准备工作，操作容易且更为安全。同时，对于磁流体流动的通道等设备的材质及安全性能要求相对较低，降低了系统的制造成本。
附图说明：
图1是某燃煤磁流体发电结构示意图；
图2是单向阀局部示意图；
图3是通道、磁体和导线的相对位置示意图，其中，图3(a)为单通道单磁体的布置方式示意图，图3(b)为单通道双磁体的布置方式示意图，图3(c)为双通道单磁体的布置方式示意图；
图4是磁流体发电系统结构示意图，其中，图4(a)为单通道单磁体的系统结构示意图，图4(b)为单通道双磁体的系统结构示意图，图4(c)为双通道单磁体的系统结构示意图。
图中：1为通道，2为磁流体，3为第一单向阀，4为第二单向阀，5为太阳能板，6为导线，7为磁体。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图2和图4，本发明一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，包括呈环形封闭的通道1，该通道1上设置有同向设置的第一单向阀3和第二单向阀4，通道1内填充有磁流体2，单向阀用来控制磁流体2流向，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体2的太阳能板5；
还包括与通道1平行设置的磁体7，磁体7与通道1之间的间隙设置有一组垂直于磁场的导线6，导线6的两端连接储电设备或接入电网。工作时，通道1内的磁流体2吸收太阳能的热量，膨胀并开始流动，由于单向阀的作用，流动仅沿单向进行。
参见图3，虽然通道、磁体与导线的相对摆放位置有多种情况，但其布置原则均相同：磁流体2流动的通道1与磁体7应保持平行，当磁流体2以一定速度流过磁体7附近的通道时，会形成流动的磁场。通道1与磁体7之间留有一定空隙来布置垂直于磁场(即垂直于纸面)的导线6，由磁流体2与磁体7间运动的磁场，实现导线6切割磁感线，导线6内出现电流。导线6两端连接储电设备或接入电网。图3(a)为单通道单磁体的布置方式示意图；图3(b)为单通道双磁体的布置方式示意图，两个磁体分别在通道两侧，磁体与通道的间隙各排布一组导线；图3(c)为双通道单磁体的布置方式示意图，两个通道分别在一磁体两侧，磁体与通道之间的间隙各排布一组导线。
参见图4，磁流体发电系统的三个结构图对应于图3中磁体及通道的三种不同布置方式。其中，参见图4(b)，磁体7的数量为两个，且两个磁体7平行设置在通道1相对的两侧；每个磁体7与通道1之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线6。
参见图4(c)，通道1的数量为两个，两个通道1由内至外设置；每个通道1上均设置有同向设置的第一单向阀3和第二单向阀4，通道1内填充有磁流体2，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体2的太阳能板5；磁体7设置在两个通道1之间，磁体7与每个通道1之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线6。
工作时，利用太阳能板5吸收太阳能热量，加热通道1内的磁流体2使其膨胀，加热后的磁流体2，由于膨胀开始流动，通过单向阀后以一定速度在环形的通道1内单向流动，当磁流体以一定速度流经磁体7附近的通道1时，磁流体2和磁体7之间形成流动的磁场，两者的相对运动使得导线6切割磁感线，在导线6内产生电流，导线6内产生电流并直接存储在储电设备中或者直接连入电网。

Claims (5)

1.一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，其特征在于：包括呈环形封闭的通道(1)，该通道(1)上设置有同向设置的第一单向阀(3)和第二单向阀(4)，通道(1)内填充有磁流体(2)，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体(2)的太阳能板(5)；
还包括与通道(1)平行设置的磁体(7)，磁体(7)与通道(1)之间的间隙设置有一组垂直于磁场的导线(6)，导线(6)的两端连接储电设备或接入电网。
2.根据权利要求1所述的一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，其特征在于：太阳能板(5)与磁体(7)在通道(1)周向上的设置位置相对。
3.根据权利要求1或2所述的一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，其特征在于：磁体(7)的数量为两个，且两个磁体(7)平行设置在通道(1)相对的两侧；每个磁体(7)与通道(1)之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线(6)。
4.根据权利要求1或2所述的一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，其特征在于：通道(1)的数量为两个，两个通道(1)由内至外设置；每个通道(1)上均设置有同向设置的第一单向阀(3)和第二单向阀(4)，通道(1)内填充有磁流体(2)，两个单向阀之间设置有用于借助太阳能加热磁流体(2)的太阳能板(5)；
磁体(7)设置在两个通道(1)之间，磁体(7)与每个通道(1)之间的间隙均设置有一组垂直于磁场的导线(6)。
5.根据权利要求1或2所述的一种直接将热能转换为电能的磁流体发电系统，其特征在于：工作时，利用太阳能板(5)吸收太阳能热量，加热通道(1)内的磁流体(2)使其膨胀，加热后的磁流体(2)，由于膨胀开始流动，通过单向阀后以一定速度在环形的通道(1)内单向流动，当磁流体以一定速度流经磁体(7)附近的通道(1)时，磁流体(2)和磁体(7)之间形成流动的磁场，两者的相对运动使得导线(6)切割磁感线，在导线(6)内产生电流。
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