CN1288286A

CN1288286A - 磁流体发电技术的改进及应用

Info

Publication number: CN1288286A
Application number: CN 99118265
Authority: CN
Inventors: 高宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-11
Filing date: 1999-09-11
Publication date: 2001-03-21

Abstract

根据磁流体发电技术的要求,用电解质溶液取代高温的离子流。设计合适的磁场通道,使电解质溶液在高速通过磁场通道时,阳离子与阴离子在磁场作用下,相互分离,在阳极和阴极间产生一定的电动势。把磁场使运动的阳离子和阴离子相互分离这一过程运用到海水淡化及化工原料生产,造纸行业废水处理,水产养殖业富氧,氢气和氧气制备,重金属冶炼等社会生产上,则比发电具有实用意义。

Description

磁流体发电技术的改进及应用

磁流体发电技术要求用高温的电离气体作为离子源(参考《电气工程师技术手册》P377磁流体发电机)，使气体与磁场成垂直方向移动，(如图1所示，磁力线方向垂直纸面向外，离子流从左向右运动，虚线框部分为磁场通道)，则在与磁场和气体运动方向呈直角建立一定的电动势。

带电量为q的离子在电场E中所受到的电场力F_E=qE。而在均匀磁场中垂直于磁场方向运动时受到的磁场力F_B=qVB。若要使磁流体发电机在磁场两侧建立一定的电动势，则F_E与F_B应大小相等，方向相反。

即F_E=F_B

由此得出E=VB

也就是说，在磁场和气体运动方向呈直角所建立的电动势与气体的运动速度和磁通密度成正比。

由于电离气体获得比较困难，还不能进入实用阶段。若用电解质溶液代替电离气体，离子源获得比较容易，所以可以提高磁流体发电机的性能。

图2所示为磁场通道沿液体流动方向的垂直切面图。a为永磁体构成，b为永磁体及可用外加电流增加磁场强度的组合磁场通道。

假设磁流体发电的磁缝宽为1，高为h，则每秒流过的电解质溶液的体积为1hV，其中流动的正离子数为n，n与溶液的浓度成正比。

则电流I=nqVlh

发电的电压U=1E=1VB

则磁流体发电机的内阻R=U/I=1VB/nqVlh=B/nqh

由此可以看出，发电机的电流与电解液的流速和浓度成正比，发电机的电压与溶液的流速和磁通密度成正比。

但由于流体的速度和磁场的磁通密度均不可能太大，所以也影响到它的发电的实用性。但是，若把磁流体发电机的两极用导线直接相连之后，可以发现，在它的两极将起电化学反应，把一改进方法用于诸如海水淡化，化工原料生产，造纸行业的废水处理，水产业养殖业富氧，氢氧和氧气制备，重金属的冶炼等方面，则更具有实用性。

1、海水淡化及其综合利用

因为海水中含有丰富的化学物质，如NaCl，MgCl₂，KCl，MgSO₄……等，它们在海水中都是以离子形式存在的，如图3所示，虚线框为磁场通道，磁场方向垂直纸面向外。当海水在泵的作用下高速通过图3所示的磁场通道流动时，其中的正负离子在磁场力的作用下，向与磁场和海水流动方向垂直的两则运动，当运动的离子通过网状电极时，将在网状电极上产生电压(若外接电器，将有电流产生，可以用此电流增加磁场强度)，在此以粗导线连接，以抵消电场对离子的作用。在阳极，阳离子获得电子成为原子如Na，K，Mg等化学性质活泼的原子又与水分子反应生成Na⁺，K⁺，Mg²⁺离子，同时放出氢气。而像Au，Cu，Ag等的原子，则沉淀下来。在阴极、阴离子失去电子也形成原子团，如Cl，I等，则聚集成气体或单质，而像SO₄ ^2-之类的原子团则与水分子结合生成酸，同时放出氧气。海水通过磁场通道时的中间部分，因离子向两侧移动，而成为无离子的淡水。这一过程可以在获得淡水的同时，使海水中的化学物质得到浓缩。将浓缩的液体再进行加工，就可以得到氯化钠，氯化镁、硫酸镁等多种化工原料。

2、烧碱的生产

将浓缩的氯化钠溶液经泵加压后通过如图4所示的磁场通道，在磁场力的作用下，Na离子向磁场的一侧运动，可以被收集起来成为NaOH的水溶液，经再处理后可得到烧碱，而在磁场的另一侧，可以获得氯气。产生的水可以循环使用。

3、在造纸行业中，因排出的废液中含有大量的碱性物质，会对环境造成污染。若将废液经泵加压后通过图4所示的磁场通道进行处理，可回收碱性物质中一部分水进入生产的循环使用，剩余部分因含有大量的木质素，可以用作生产沼气的原料。这样对废液进行综合利用，可减少对环境的污染。

4、用于水产养殖业产生富氧水流。

若把磁流体发电系统加以改进，用NaOH(或KOH)溶液代替其它电解质液，使之在(如图5所示)环路系统中循环使用，NaOH溶液流经磁场通道的过程中，Na⁺与OH^-分离，向磁场的两侧运动。阳极侧Na⁺得到电子后成为Na原子，钠原子性质活泼与水分子反应生成Na⁺离子并放出氢气。而在阴极侧OH^-失去电子结构成水分子并放出氧气。若氧气随阴极侧水流流入水系中，就可以为水产养质殖业提供富氧水流。

5、氢气和氧气的制备

如图6所示的循环系统。NaOH溶液在泵的作用下，流经磁场通道，在此过程中Na⁺与OH^-离子分离，并将阳极与阴极侧的液体分别隔离收集，循环使用，则在阳极侧可获得氢气，在阴极侧可获得氧气，此过程只消耗了部分水。用此方法制成制氧气和氧气的设备，不仅可以用于家庭、医院、工厂等，也可用于潜艇中为之提供氧气。

6、用于重金属的冶炼。

在电化学反应中，金属阳离子在阳极得到电子变成金属原子，性质不活泼的金属原子则沉淀下来。根据这一特性。可以用酸去腐蚀金属矿石，使之所含的金属溶于酸中。用化学提纯的方法使各种金属的盐相分离，然后溶于纯水中，形成电解液。使电解液高速通过磁场通道，酸被分离出来可循环使用，重金属则沉淀下来。加以收集，从而达到冶炼目的，此方法可以生产金、银、铜等在正常情况下不与水发生反应的各种金属。

也可以把处理过金属矿石的酸溶液直接引导进入磁场通道。根据金属原子的质量不同，不同的金属在阳极集结有一个范围，只要精确调整酸液注入磁场通道的位置，就可较好地进行不同金属的分别收集。

Claims

磁流体发电技术使用高温的电离气体为离子源，因为要获得高温的电离气体要消耗大量能源，且获得较为困难，还未进入应用阶段，而用电解质溶液作为磁流体发电机的离子源，则离子获得容易，虽然在发电方面效果不理想，但可用带电子离子在磁场中垂直磁场运动时受到磁场力的作用而使阴、阳离子相互分离这一特性，应用到社会生产上去，为社会生产提供一种无污染的方法，此项技术适用于：

1、海水淡化及综合利用。
2、烧碱的生产。
3、造纸行业废水处理。
4、水产养殖的水源富氧。
5、氢氧制备。
6、不活泼金属的冶炼及分离。