CN105634242A - 以水为辅助燃料的磁流体发电机 - Google Patents

Abstract

一种以水为辅助燃料的磁流体发电机，它是由磁流体发电机(燃料由可燃气体、助燃气体和水雾混合而成)、蒸汽发生器、涡轮发电机组、冷凝器、水泵等组成。将法拉第通道磁极采用循环水冷使其近3000℃的高温降低到水蒸汽的温度，约200℃，使磁性受温度的引响降到最低。它既解决了法拉第通道磁极的降温问题又使其产生了蒸汽动力供涡轮机传动发电机发电。它既使水成为辅助燃料又增加了磁流体发电的电导率。

Description

以水为辅助燃料的磁流体发电机

技术领域：

磁流体发电是将热能直接转变为电能的一种发电方式，与普通发电相比，减少了转换成机械能这一阶段，但其工作原理与普通发电是基本相同的，都是利用电磁感应现象获得电能。100多年前法拉第发现了电磁感应现象：导体在磁场中做横向切割磁力线的运动时，沿着导体并与磁场相垂直的方向会产生感应电动势。只要存在自由电子的物质，不论以哪种形态，只要在磁场中运动时存在电磁感应现象的都是我们所说的导体。目前所用的各种发电机都是利用导电的金属固体在磁场中高速运动而产生感应电动势的，磁流体发电则是利用高温导电流体高速通过磁场，在电磁感应的作用下，将热能转换成电能。磁流体发电中所用的导电流体可以是导电的气体，也可以是液态金属。导电流体的高温可以从矿物性燃料燃烧时的化学能或核燃料在核反应堆中的核能转换而来。

背景技术：

磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律，等离子体的正负粒子在磁场的作用下分离，而聚集在与磁力线平等的两个面上，由于电荷的聚集，从而产生电势。在磁流体流经的通道上安装电极和外部负荷连接时，则可发电。为了使磁流体具有足够的电导率，需在高温和高速下，加上钾、铯等碱金属和加入微量碱金属的惰性气体(如氦、氩等)作为工质，以利用非平衡电离原理来提高电离度。前者直接利用燃烧气体穿过磁场的方式叫开环磁流体发电，后者通过换热器将工质加热后再穿过磁场的叫闭环磁流体发电。磁流体发电机中，运行的是温度在三、四千度的导电流体，它们是高温下电离的气体。为进行有效的电力生产，电离了的气体导电性能还不够，因此，还要在其中加入钾、铯等金属离子，称之为种子。但是，当这种含有金属离子的气流，高速通过强磁场中的发电通道，达到电极时，电极也随之遭到腐蚀。电极的迅速腐蚀是磁流体发电机面临的最大难题。还有种子的回收问题等。

发明内容：

本发明是以名称为《无种子磁流体发电机》专利申请号：201210509348.4为基础上的发明。它是由可燃气体(石油、天然气、煤气等)与助燃气体(氧气等)经各自的管道由气体电极喷嘴喷出的可燃气体与助燃气体还有水雾混合后(类似于焊炬焊接)经公知的高压脉冲击穿气隙放电引弧点燃后又与起动电源的移动电极形成等离子电路回路(类似于电弧焊机的电弧焊接)。因为钨或铂等高熔点金属制成的电极在高温下损耗较小，用石墨作电极更好，因为石墨的熔点更高。形成等离子后采用公知的移动装置和控制糸统将电极自动拉开到设定的距离并保持等离子态。此时的等离子中包括两部份等离子；一部份是水雾混合气体燃烧经电弧进一步加温形成的等离子，属自由离子根据法拉第原理和罗伦兹力方向经过磁场时偏转向法拉第通道电极汇集供输出另一部份是起动电源形成的等离子，属非自由离子，主要作用是维持等离子态只供气体的加温不提供输出，是一种合理的损耗。采用分段电极法拉第通道，采用公知的推进装置和控制糸统将通道电极拫据腐蚀程度进行自动调整。通道电极可采用廉价的石墨作电极也可以用高熔点金属作电极。磁流体发电机本身的热效率不很高，只能达到20～30％左右，但是因为其排气温度很高，达2000K左右，其所含的热量还可以充分利用。如果组成磁流体-蒸汽联合循环，就可使一次燃烧所产生的热量被两次利用。通常认为联合循环的总效率可达50～60％。此时水既起到了辅助燃料的作用又增加了离子积既电导率。水(化学式H₂O)是由氢、氧两种元素组成的无机物，一般无毒。在常温常压下为无色无味的透明液体，被称为人类生命的源泉。水，包括天然水(河流、湖泊、大气水、海水、地下水等)，人工制水(通过化学反应使氢氧原子结合得到的水)。水是地球上最常见的物质之一，是包括无机化合、人类在内所有生命生存的重要资源也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要作用。它是一种狭义不可再生的资源，广义可再生资源。当气压和温度达到一定值(约22MPa，374摄氏度)时，水达到超临界状态。体系温度和压力超过临界点的水，称为超临界水。临界点时水与水蒸气不可区分，成为一种新的呈现高压高温状态的流体。这种超临界流体有很多性质，比如具有极强的氧化能力，将需要处理的物质放入超临界水中，再向其中溶解氧气(可以大量溶解)，其氧化性强于高锰酸钾。二是许多物质都可以在其中燃烧，冒出火焰。三是可以溶解很多物质(比如油)，且在溶解时体积会大大缩小，这是因为超临界水在这时会紧紧裹住油。四是它能够缓慢地溶解腐蚀几乎所有金属，甚至包括黄金(与王水相仿)。五是它的超级催化作用，在超临界水中，化学反应变得很快。

附图说明：

图1.由燃气站提供可燃气体供磁流体发电机发电；由氧气分离机分离出氧气后经压缩机压缩至氧气站，由氧气站提供助燃气体与可燃气体混合后还有水雾供磁流体发电机发电。在磁流体发电过程中的等离子高温经过蒸汽发生器时产生蒸汽驱动涡轮机传动发电机发电，涡轮发电机组与磁流体发电机所发出的电经逆变器变换后供电网输出。水蒸汽经涡轮机和冷凝器冷凝后成为液态，用水泵强制打入蒸汽发生器的循环水道供循环使用。废气经空气净化器的活性碳吸附后排气至烟囱。

图2.图中1为流量调节阀，2为气体喷嘴，3为滑动导杆，4为螺母滑块，5为旋转螺杆，6为旋转电动机，7为法拉第通道磁极，8为磁极水管法兰，9为蜂蜗状蒸汽发生器燃气通道，10为水管法兰，11为蜂蜗状管道，12为移动电极，13为移动电极滑动槽，14为法拉第通道电极。旋转电动机6传动旋转螺杆5带动螺母滑块4和移动电极12。旋转电动机的正、反向旋转决定移动电极的进或退，由行程开关(图中未画)限位。

图3.是蜂蜗状蒸汽发生器的透视图，9为燃气通道，10为水管法兰，11为蜂蜗管，13为移动电极滑动槽。

图4.为法拉第通道磁极的循环水道，7为法拉第通道磁极，8为循环水管法兰。

图5.B1—电源变压器、B2—电流互感器、B3—振荡变压器、B4—高压脉冲变压器、T—双向可控硅、Z—法拉第通道电极、C1、C2—交流接触器、J1、J2—继电器、J3—时间继电器、M—电动机、K1、K2—行程开关。当按下起动按扭后，电源变压器通电工作，时间继电器工作3—5秒，高压脉冲放电击穿气隙放电引弧，在喷嘴电极与移动电极间形成等离子。此时电流互感器感应出电流触发双向可控硅T，J2动作，电动机M旋转移动电极，将电极移动到设定距离，行程开关K1断开，电动机停止。当按下停止按扭J1时，J2断开，电动机反向旋转，电极退回到起始点，为下次起动作好准备。该图为顺序控制电原理图，如采用可编程序控制器编程可实现自动控制。

图6.是磁流体发电机的机头结构示意图，15是磁轭、16是电磁场或永磁场、17是管道、18是喷嘴电极、19是移动电极、20是磁极、21、22是绝缘层、23是法拉第通道电极。

具体实施方式：

将水采用公知的雾化器雾化后分别与可燃气体、助燃气体送到喷嘴电极的输入端，其中水雾、可燃气体、助燃气体的流量都是可调的。按氧焊焊接要求配比，水雾喷射量根据等离子状态来调节，只要水雾的增加量不影响等离子的形成即可。移动电极采用减速电机传动螺杆再传动滑动螺母带动电极移动。法拉第通道电极的推进采用类似移动电极的移动原理根据电极的腐触程度自动推进补偿，通道电极间需绝缘。也可以采用其它的移动方式来完成移动的需要，如气动传动、液压传动等。以电弧焊的方式形成的等离子高温给喷嘴喷出的混合体加温至等离子态。热力循环装置是用循环水冷磁体既可冷却磁体又能获得蒸汽，该蒸汽能带动汽轮发电机组发电。法拉第通道磁极采用电工纯铁，经机械加工成通孔，在通孔的端部用弯管电焊密封，使其形成循环水道，水道的多少取决于降温的程度。水道多了影响磁性能，水道少了影响降温，需综合考量。蜂蜗状蒸汽发生器的制作主要是密封性能要好，要耐压，需无缝钢管制作，要留出移动电极滑动槽，使移动电极无障碍移动。用活性碳吸附方式将排出的废气吸附有害气体后排出，净化了空气。将磁流体发电机和汽轮发电机组所发电经逆变器变压成标准电压后与电网并网。

Claims (6)

1.一种以水雾为辅助燃料的磁流体发电机，它是由气体喷嘴电极(18)和移动电极(19)、气管(17)、永磁场或电磁场(16)、磁轭(15)、分段电极法拉第通道电极(23)、磁极(20)、磁极绝缘层(21)、通道电极绝缘层(22)、与电极移动装置和法拉第通道电极的推进装置、热力循环装置组成,其特征在于；形成等离子态的电极是由气体喷嘴电极(18)与移动电极(19)组成并由气体喷嘴电极(18)喷出的可燃气体与助燃气体和水雾混合后经高压脉冲击穿气隙放电点燃后又与起动电源的移动电极(19)形成等离子电路回路。

2.根据权利要求1中所述的无种子磁流体发电机，其特征在于；采用电的等离子高温直接给混合燃气加温至电的和燃气的混合等离子而无需种子。

3.根据权利要求1中所述的气体喷嘴电极(18)和移动电极(19)组成等离子电极结构，其特征在于；气体喷嘴电极(18)与移动电极(19)经移动装置和控制糸统将移动电极(19)自动拉开到设定的距离。

4.根据权利要求1中所述的分段电极法拉第通道电极(23)处在通道电极绝缘层(8)中，其特征在于法拉第通道电极(23)可拫据腐蚀程度进行自动推进补偿。

5.根据权利要求1中所述的热力循环装置，其特征在于：用循环水冷磁体既可冷却磁体又能获得蒸汽。

6.根据权利要求1中所述的水雾，其特征在于：水雾既起到了辅助燃料的作用又增加了离子积。