以水為輔助燃料的磁流體發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領域】
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[0001]磁流體發(fā)電是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，與普通發(fā)電相比，減少了轉(zhuǎn)換成機械能這一階段，但其工作原理與普通發(fā)電是基本相同的，都是利用電磁感應現(xiàn)象獲得電能。100多年前法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象:導體在磁場中做橫向切割磁力線的運動時，沿著導體并與磁場相垂直的方向會產(chǎn)生感應電動勢。只要存在自由電子的物質(zhì)，不論以哪種形態(tài)，只要在磁場中運動時存在電磁感應現(xiàn)象的都是我們所說的導體。目前所用的各種發(fā)電機都是利用導電的金屬固體在磁場中高速運動而產(chǎn)生感應電動勢的，磁流體發(fā)電則是利用高溫導電流體高速通過磁場，在電磁感應的作用下，將熱能轉(zhuǎn)換成電能。磁流體發(fā)電中所用的導電流體可以是導電的氣體，也可以是液態(tài)金屬。導電流體的高溫可以從礦物性燃料燃燒時的化學能或核燃料在核反應堆中的核能轉(zhuǎn)換而來。
【背景技術(shù)】
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[0002]磁流體發(fā)電是一種新型的高效發(fā)電方式，其定義為當帶有等離子狀態(tài)，是指物質(zhì)原子內(nèi)的電子在高溫下脫離原子核的吸引，使物質(zhì)呈為正負帶電粒子狀態(tài)存在。磁流體的等離子體橫切穿過磁場時，按電磁感應定律，等離子體的正負粒子在磁場的作用下分離，而聚集在與磁力線平等的兩個面上，由于電荷的聚集，從而產(chǎn)生電勢。在磁流體流經(jīng)的通道上安裝電極和外部負荷連接時，則可發(fā)電。為了使磁流體具有足夠的電導率，需在高溫和高速下，加上鉀、銫等堿金屬和加入微量堿金屬的惰性氣體(如氦、氬等)作為工質(zhì)，以利用非平衡電離原理來提高電離度。前者直接利用燃燒氣體穿過磁場的方式叫開環(huán)磁流體發(fā)電，后者通過換熱器將工質(zhì)加熱后再穿過磁場的叫閉環(huán)磁流體發(fā)電。磁流體發(fā)電機中，運行的是溫度在三、四千度的導電流體，它們是高溫下電離的氣體。為進行有效的電力生產(chǎn)，電離了的氣體導電性能還不夠，因此，還要在其中加入鉀、銫等金屬離子，稱之為種子。但是，當這種含有金屬離子的氣流，高速通過強磁場中的發(fā)電通道，達到電極時，電極也隨之遭到腐蝕。電極的迅速腐蝕是磁流體發(fā)電機面臨的最大難題。還有種子的回收問題等。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明是以名稱為《無種子磁流體發(fā)電機》專利申請?zhí)?201210509348.4為基礎上的發(fā)明。它是由可燃氣體(石油、天然氣、煤氣等)與助燃氣體(氧氣等)經(jīng)各自的管道由氣體電極噴嘴噴出的可燃氣體與助燃氣體還有水霧混合后(類似于焊炬焊接)經(jīng)公知的高壓脈沖擊穿氣隙放電引弧點燃后又與起動電源的移動電極形成等離子電路回路(類似于電弧焊機的電弧焊接)。因為鎢或鉬等高熔點金屬制成的電極在高溫下?lián)p耗較小，用石墨作電極更好，因為石墨的熔點更高。形成等離子后采用公知的移動裝置和控制糸統(tǒng)將電極自動拉開到設定的距離并保持等離子態(tài)。此時的等離子中包括兩部份等離子；一部份是水霧混合氣體燃燒經(jīng)電弧進一步加溫形成的等離子，屬自由離子根據(jù)法拉第原理和羅倫茲力方向經(jīng)過磁場時偏轉(zhuǎn)向法拉第通道電極匯集供輸出另一部份是起動電源形成的等離子，屬非自由離子，主要作用是維持等離子態(tài)只供氣體的加溫不提供輸出，是一種合理的損耗。采用分段電極法拉第通道，采用公知的推進裝置和控制糸統(tǒng)將通道電極拫據(jù)腐蝕程度進行自動調(diào)整。通道電極可采用廉價的石墨作電極也可以用高熔點金屬作電極。磁流體發(fā)電機本身的熱效率不很高，只能達到20?30%左右，但是因為其排氣溫度很高，達2000K左右，其所含的熱量還可以充分利用。如果組成磁流體-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，就可使一次燃燒所產(chǎn)生的熱量被兩次利用。通常認為聯(lián)合循環(huán)的總效率可達50?60%。此時水既起到了輔助燃料的作用又增加了離子積既電導率。水(化學式凡0)是由氫、氧兩種元素組成的無機物，一般無毒。在常溫常壓下為無色無味的透明液述，被稱為人類生命的源泉。水，包括天然水(河流、湖泊、大氣水、海水、地下水等)，人工制水(通過化學反應使氫氧原子結(jié)合得到的水)。水是地球上最常見的物質(zhì)之一，是包括無機化合、人類在內(nèi)所有生命生存的重要也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要作用。它是一種狹義不可再生的資源，廣義可再生資源。當氣壓和溫度達到一定值(約22MPa，374攝氏度)時，水達到超臨界狀態(tài)。體系溫度和壓力超過臨界點的水，稱為超臨界水。臨界點時水與水蒸氣不可區(qū)分，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的流體。這種超臨界流體有很多性質(zhì)，比如具有極強的氧化能力，將需要處理的物質(zhì)放入超臨界水中，再向其中溶解氧氣(可以大量溶解)，其氧化性強于高錳酸鉀。二是許多物質(zhì)都可以在其中燃燒，冒出火焰。三是可以溶解很多物質(zhì)(比如油)，且在溶解時體積會大大縮小，這是因為超臨界水在這時會緊緊裹住油。四是它能夠緩慢地溶解腐蝕幾乎所有金屬，甚至包括黃金(與王水相仿)。五是它的超級催化作用，在超臨界水中，化學反應變得很快。
【附圖說明】
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[0004]圖1.由燃氣站提供可燃氣體供磁流體發(fā)電機發(fā)電；由氧氣分離機分離出氧氣后經(jīng)壓縮機壓縮至氧氣站，由氧氣站提供助燃氣體與可燃氣體混合后還有水霧供磁流體發(fā)電機發(fā)電。在磁流體發(fā)電過程中的等離子高溫經(jīng)過蒸汽發(fā)生器時產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動渦輪機傳動發(fā)電機發(fā)電，渦輪發(fā)電機組與磁流體發(fā)電機所發(fā)出的電經(jīng)逆變器變換后供電網(wǎng)輸出。水蒸汽經(jīng)渦輪機和冷凝器冷凝后成為液態(tài)，用水泵強制打入蒸汽發(fā)生器的循環(huán)水道供循環(huán)使用。廢氣經(jīng)空氣凈化器的活性碳吸附后排氣至煙囪。
[0005]圖2.圖中I為流量調(diào)節(jié)閥，2為氣體噴嘴，3為滑動導桿，4為螺母滑塊，5為旋轉(zhuǎn)螺桿，6為旋轉(zhuǎn)電動機，7為法拉第通道磁極，8為磁極水管法蘭，9為蜂蝸狀蒸汽發(fā)生器燃氣通道，10為水管法蘭,11為蜂蝸狀管道，12為移動電極,13為移動電極滑動槽,14為法拉第通道電極。旋轉(zhuǎn)電動機6傳動旋轉(zhuǎn)螺桿5帶動螺母滑塊4和移動電極12。旋轉(zhuǎn)電動機的正、反向旋轉(zhuǎn)決定移動電極的進或退，由行程開關(圖中未畫)限位。
[0006]圖3.是蜂蝸狀蒸汽發(fā)生器的透視圖，9為燃氣通道，10為水管法蘭，11為蜂蝸管，13為移動電極滑動槽。
[0007]圖4.為法拉第通道磁極的循環(huán)水道，7為法拉第通道磁極，8為循環(huán)水管法蘭。
[0008]圖5.BI—電源變壓器、B2—電流互感器、B3—振蕩變壓器、B4—高壓脈沖變壓器、T一雙向可控??圭、Z一法拉第通道電極、Cl、C2一交流接觸器、Jl、J2一繼電器、J3—時間繼電器、M—電動機、KU Κ2—行程開關。當按下起動按扭后，電源變壓器通電工作，時間繼電器工作3— 5秒，高壓脈沖放電擊穿氣隙放電引弧，在噴嘴電極與移動電極間形成等離子。此時電流互感器感應出電流觸發(fā)雙向可控硅T，J2動作，電動機M旋轉(zhuǎn)移動電極，將電極移動到設定距離，行程開關Kl斷開，電動機停止。當按下停止按扭Jl時，J2斷開，電動機反向旋轉(zhuǎn)，電極退回到起始點，為下次起動作好準備。該圖為順序控制電原理圖，如采用可編程序控制器編程可實現(xiàn)自動控制。
[0009]圖6.是磁流體發(fā)電機的機頭結(jié)構(gòu)示意圖，15是磁軛、16是電磁場或永磁場、17是管道、18是噴嘴電極、19是移動電極、20是磁極、21、22是絕緣層、23是法拉第通道電極。
【具體實施方式】
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[0010]將水采用公知的霧化器霧化后分別與可燃氣體、助燃氣體送到噴嘴電極的輸入端，其中水霧、可燃氣體、助燃氣體的流量都是可調(diào)的。按氧焊焊接要求配比，水霧噴射量根據(jù)等離子狀態(tài)來調(diào)節(jié)，只要水霧的增加量不影響等離子的形成即可。移動電極采用減速電機傳動螺桿再傳動滑動螺母帶動電極移動。法拉第通道電極的推進采用類似移動電極的移動原理根據(jù)電極的腐觸程度自動推進補償，通道電極間需絕緣。也可以采用其它的移動方式來完成移動的需要，如氣動傳動、液壓傳動等。以電弧焊的方式形成的等離子高溫給噴嘴噴出的混合體加溫至等離子態(tài)。熱力循環(huán)裝置是用循環(huán)水冷磁體既可冷卻磁體又能獲得蒸汽，該蒸汽能帶動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。法拉第通道磁極采用電工純鐵，經(jīng)機械加工成通孔，在通孔的端部用彎管電焊密封，使其形成循環(huán)水道，水道的多少取決于降溫的程度。水道多了影響磁性能，水道少了影響降溫，需綜合考量。蜂蝸狀蒸汽發(fā)生器的制作主要是密封性能要好，要耐壓，需無縫鋼管制作，要留出移動電極滑動槽，使移動電極無障礙移動。用活性碳吸附方式將排出的廢氣吸附有害氣體后排出，凈化了空氣。將磁流體發(fā)電機和汽輪發(fā)電機組所發(fā)電經(jīng)逆變器變壓成標準電壓后與電網(wǎng)并網(wǎng)。
【主權(quán)項】
1.一種以水霧為輔助燃料的磁流體發(fā)電機,它是由氣體噴嘴電極(18)和移動電極(19)、氣管(17)、永磁場或電磁場(16)、磁軛(15)、分段電極法拉第通道電極(23)、磁極(20)、磁極絕緣層(21)、通道電極絕緣層(22)、與電極移動裝置和法拉第通道電極的推進裝置、熱力循環(huán)裝置組成，其特征在于；形成等離子態(tài)的電極是由氣體噴嘴電極(18)與移動電極(19)組成并由氣體噴嘴電極(18)噴出的可燃氣體與助燃氣體和水霧混合后經(jīng)高壓脈沖擊穿氣隙放電點燃后又與起動電源的移動電極(19)形成等離子電路回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的無種子磁流體發(fā)電機，其特征在于；采用電的等離子高溫直接給混合燃氣加溫至電的和燃氣的混合等離子而無需種子。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的氣體噴嘴電極(18)和移動電極(19)組成等離子電極結(jié)構(gòu)，其特征在于；氣體噴嘴電極(18)與移動電極(19)經(jīng)移動裝置和控制糸統(tǒng)將移動電極(19)自動拉開到設定的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的分段電極法拉第通道電極(23)處在通道電極絕緣層(8)中，其特征在于法拉第通道電極(23)可拫據(jù)腐蝕程度進行自動推進補償。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的熱力循環(huán)裝置，其特征在于:用循環(huán)水冷磁體既可冷卻磁體又能獲得蒸汽。6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的水霧，其特征在于:水霧既起到了輔助燃料的作用又增加了離子積。
【專利摘要】一種以水為輔助燃料的磁流體發(fā)電機，它是由磁流體發(fā)電機(燃料由可燃氣體、助燃氣體和水霧混合而成)、蒸汽發(fā)生器、渦輪發(fā)電機組、冷凝器、水泵等組成。將法拉第通道磁極采用循環(huán)水冷使其近3000℃的高溫降低到水蒸汽的溫度，約200℃，使磁性受溫度的引響降到最低。它既解決了法拉第通道磁極的降溫問題又使其產(chǎn)生了蒸汽動力供渦輪機傳動發(fā)電機發(fā)電。它既使水成為輔助燃料又增加了磁流體發(fā)電的電導率。
【IPC分類】H02K44/10
【公開號】CN105634242
【申請?zhí)枴緾N201410603105
【發(fā)明人】熊英雕
【申請人】熊英雕
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月30日