[发明专利]一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态金属磁流体发电机。

技术背景

美国专利5473205提出了一种可根据汽车功率要求而改变排量的往复式液态金属磁流体（Liquid metal magnetohydrodynamic,LMMHD）汽车发动机，开始了往复式LMMHD发电机的研究。该发动机有4个活塞，采用双通道结构；每个通道两端的自由活塞将液态金属密封；推动液态金属（液态K或Na）运动的内活塞与通过常规内燃过程运动的外活塞采用磁性耦合。交替的内燃冲程驱动液态金属在MHD通道内往复直线运动，切割磁力线，产生交流电能。随后，往复式LMMHD发电机开始应用在变排量汽车引擎、分布式供电以及波浪能发电中。

往复式LMMHD发电机利用密封在MHD通道内部的高导电性的液态金属作为发电工质，实现了高的发电功率密度和发电效率。因而，液态金属的物化特性，如化学稳定性、熔点、密度、电导率、磁导率、黏度和导热系数，在很大程度上影响往复式LMMHD发电机的结构、运行性能以及该技术的应用前景。目前，可选择的发电工质有水银（汞）、U47和钠钾合金。水银是唯一在常温下呈液态并易流动的金属，中国专利CN1202758A采用高温喷射产生的汞蒸汽作为发电工质，设备复杂，发电效率不高。这主要是因为汞的密度很大（13.5939g/cm³），而电导率仅为1.03×10⁶S/m，输入能量中很大一部分用于汞本身的动能和内阻的焦耳热损耗。此外，汞是剧毒金属，具有高挥发性，安全隐患极大。中国专利CN101718247A和中国专利CN101571097使用钠钾合金或U47作为发电工质。U47是用Bi、Pb、In、Sn和Cd配制的合金，熔点47°C，密度8.8g/cm³，液态时电导率为1.67×10⁶S/m。常温下，U47是固态，所以在具体应用中，如波浪能发电装置中，就要考虑U47的加热问题，不但降低了发电装置的可操作性、且增加了发电装置的复杂性。钠钾合金的熔点是-11°C，密度为0.875g/cm³，电导率为2.6×10⁶S/m，从密度和熔点来看，很适合作为往复式LMMHD发电系统的发电工质。然而，钠钾合金非常活泼，长时间暴露空气会发生自燃，遇水则会发生强烈爆炸。因而，钠钾合金就对发电装置的装配环境及密封性提出了很高的要求，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出了一种使用低熔点镓合金作为工质的往复式磁流体发电机。

本发明主要由主液压缸、主活塞、主活塞轴、上、下副液压缸、磁体、磁流体发电通道、一对平板型电极、发电工质、上、下副活塞和液压油组成。主液压缸和上、下副液压缸均为圆柱形。主活塞和主活塞轴同轴置于主液压缸内。上、下副活塞之间无联结轴，上、下副活塞分别同轴置于上、下副液压缸内。上、下副液压缸的一端分别与主液压缸连通，上、下副液压缸的另一端分别与磁流体发电通道连通；磁流体发电通道穿过磁体的磁孔。主活塞及上、下副活塞分别将主液压缸和上、下副液压缸分为上、下两个空间；主液压缸的上部空间与上副液压缸的上部空间连通，主液压缸的上部空间与上副液压缸的上部空间充满液压油。主液压缸的下部空间与下副液压缸的下部空间连通，主液压缸的下部空间与下副液压缸的下部空间充满液压油。上、下副活塞之间的连通空间充满发电工质。主活塞轴的一端与主活塞固联，主活塞轴的另一端从主液压缸的上端伸出，与外部往复式驱动装置相连接，如随波浪上下运动的浮子。上副液压缸的下端与磁流体发电通道的上端相连，该连接处的截面的内半径至发电通道的平板型电极上端逐渐缩小；下副液压缸的上端与磁流体发电通道下端相连，该连接处的截面的内半径至发电通道的平板型电极下端逐渐缩小。磁体为两极磁体，产生与发电工质流动方向相垂直的磁场。一对平板型电极对称地紧贴在磁流体发电通道内与磁场方向平行的内壁上。发电工质采用熔点为5°C的镓合金，镓合金的密度为6.4g/cm³，电导率为3.4×10⁶S/m，常温下为液态，化学稳定性好。

本发明工作原理和工作过程如下：