[发明专利]一种基于热沉式的法拉第型磁流体发电通道装置

说明书

本发明公开了一种基于热沉式的法拉第型磁流体发电通道装置，包括支撑框架；两个发电组块安装在支撑框架上，包括通过电极拉紧螺栓连接的相互平行的两个头部发电电极、多个中间发电电极和电极间绝缘垫片，两个头部发电电极之间设有多个中间发电电极，且多个中间发电电极之间设有电极间绝缘垫片。本发明针对磁流体发电通道的实际工作条件，提出用于磁流体发电的热沉式发电通道装置，其中发电部分为整体模块，更换时较为方便，通道可靠性高，通道密封多采用台阶，嵌套等机械密封方式，减少了连接件的使用，且通道主体采用紫铜等导热性较好的材料加工，可以很快的进行热量的传递与吸收，避免了冷却水的使用，提高了磁流体发电通道的效率。

技术领域

本发明属于等离子体加热设备技术领域，尤其涉及一种基于热沉式的法拉第型磁流体发电通道装置。

背景技术

磁流体发电是一种直接从高焓气体中提取能量的发电方式，这种方式无需机械部件的转换过程，主要通过导电流体在通道中切割磁感线产生感应电动势进行电能提取。磁流体发电在高超声速飞行器机载供电技术领域具有广阔的运用前景，进行相关的地面试验研究具有重要意义。

磁流体发电通道是磁流体功率提取的核心部分，其中的热电磁转换过程就发生在该装置内。在不同的应用领域，磁流体发电通道的结构与运行原理也不尽相同，目前，针对磁流体发电通道的研制工作主要集中在结构简单、原理清晰、效率较高的直线型磁流体通道。根据原理的不同，直线型磁流体功率提取通道又分为连续电极型、分段法拉第型、霍尔型和对角线型。分段法拉第型磁流体发电通道由于原理清晰、结构简单、稳定性好，被广泛应用到霍尔参数和通道尺寸都比较小的磁流体发电系统中。

磁流体通道是实现磁流体发电的关键部件，工程上通常采用向高温燃气中注入电离种子的方式来获得磁流体发电工质。这种情况下，流经发电通道的流体温度一般在2000K以上，在高温条件下长时间稳定工作成为了磁流体发电通道设计的主要技术难题，高温会给发电通道带来诸如壁面烧蚀，电极表面氧化，通道热变形等问题。高温燃气通常由碳氢燃料燃烧获得，随着工况改变，通道内表面还会发生积碳问题，在加入电离种子的过程中，由于流体流速较快，往往达到临界音速或超音速，电离种子会对通道内壁产生冲蚀作用，以上所有因素均会影响到通道的正常工作，进而影响磁流体发电的效率。

目前在磁流体发电装置的设计中经常采用水冷的方式，该方式虽然可以降低对材料的耐温要求，但是水冷方式会使近电极处的温度降低，进而导致该处电导率下降，直接增加了近电极处的电极压降，无论是功率密度还是电效率基本上都是随着电极压降成线性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种针对磁流体发电通道的实际工作条件，用于磁流体发电的热沉式发电通道设计，该装置装配方便、成本低，能够在高温条件下稳定运行，而且便于更换发电段的基于热沉式的法拉第型磁流体发电通道装置。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种基于热沉式的法拉第型磁流体发电通道装置，包括两个发电组块、支撑框架、两个绝缘件、电极拉紧螺栓、头部发电电极、中间发电电极、第三绝缘垫片和电极间绝缘垫片；

所述两个发电组块间隔安装在支撑框架上，两个绝缘件垂直于发电组块并安装在两个发电组块之间且两个绝缘件相互平行，第三绝缘垫片安装在绝缘件和发电组块连接处之间，两个发电组块和两个绝缘件形成中空腔；

所述发电组块，包括平行设置的两个头部发电电极、多个中间发电电极和电极间绝缘垫片，所述两个头部发电电极之间设有多个中间发电电极，且多个中间发电电极之间设有电极间绝缘垫片；所述电极拉紧螺栓穿过头部发电电极、中间发电电极和电极间绝缘垫片的轴心将其连接为一体。

优选的，所述支撑框架包括四个拉紧螺杆、八个紧固螺母、两个连接法兰和两个过渡件，所述过渡件安装在两个平行设置的连接法兰之间，过渡件和连接法兰互相垂直，过渡件靠近连接法兰的两个端面具有台阶段，台阶段与连接法兰内侧贴合连接，所述四个拉紧螺杆穿过两个连接法兰并通过八个紧固螺母压紧。