[发明专利]一种磁流体发电装置

说明书

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)。