一種霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁流體發(fā)電機(jī)，屬于磁流體發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)電機(jī)主體呈盤狀的圓形或扇形，包括發(fā)電通道、分別設(shè)于發(fā)電通道上下的一對(duì)相反極性的磁體、連接發(fā)電通道入口的入口通道和連接發(fā)電通道出口的回收通道；發(fā)電通道的入口處和出口處分別設(shè)有彼此成對(duì)的陰、陽電極；發(fā)電通道由二個(gè)以上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成；陰、陽電極的對(duì)數(shù)與扇形擴(kuò)張通道的數(shù)量相同；發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，扇形擴(kuò)張通道之間形成電磁隔絕。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)，將現(xiàn)有技術(shù)中的盤型發(fā)電通道拆分為若干等分的擴(kuò)張通道，而不需要制造出整個(gè)圓盤，各通道結(jié)構(gòu)相同，可進(jìn)行統(tǒng)一化加工，加工成本低；二是可以改進(jìn)原有盤式的缺點(diǎn)，提高發(fā)電的穩(wěn)定性和效率，延長發(fā)電機(jī)的使用壽命。
【專利說明】
-種霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種磁流體發(fā)電機(jī)，屬于磁流體發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁流體發(fā)電機(jī)，是一種W導(dǎo)電氣體為工質(zhì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感 生電流的發(fā)電機(jī)，其發(fā)電原理與普通發(fā)電機(jī)原理相同，都是電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電氣體工質(zhì)既 可W是含堿金屬離子的非平衡等離子體作為工質(zhì)，也可選用高溫?zé)崞胶饣蚓植繜崞胶獾亩?性氣體等離子體作為工質(zhì)。
[0003] 目前等離子體磁流體發(fā)電機(jī)通常分為法拉第型等離子體磁流體發(fā)電機(jī)和霍爾型 磁流體(通常采用等離子體)發(fā)電機(jī)。前者一般W電極位于通道兩側(cè)的直通道作為發(fā)電區(qū) 域，W高溫電離的導(dǎo)電氣體為工質(zhì)來發(fā)電的。其工質(zhì)溫度通常在1500-2000K左右，它和蒸汽 聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率可達(dá)50%~60%。后者與前者相比發(fā)電通道多為碟狀盤式，電極分別 分布于盤的入口和出口位置，通常為閉環(huán)磁流體發(fā)電，較前者而言優(yōu)勢(shì)在于減弱邊界層分 離、抑制電子溫度波動(dòng)。工質(zhì)溫度范圍比前者更大，高溫可達(dá)10000-13000K，發(fā)電效率更高。
[0004] 盤式磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)布局是為了利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電而設(shè)計(jì)。在盤式磁流 體發(fā)電機(jī)中，導(dǎo)電氣體沿徑向方向流動(dòng)，磁場(chǎng)沿軸線方向。導(dǎo)電氣體切割磁場(chǎng)產(chǎn)生法拉第電 流和徑向電流(霍爾電流），在氣流流動(dòng)方向放置的一對(duì)電極將徑向電流引出，切向的電流 分量(法拉第電流）自身完全短路，與氣流方向和磁場(chǎng)方向垂直，盤式磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電完 全依靠霍爾效應(yīng)。
[0005] 盤式磁流體發(fā)電機(jī)的洽提取率較直通道磁流體發(fā)電的效率更高，最高可達(dá)55 %， 相比于法拉第型等離子氣體磁流體發(fā)電機(jī)具有W下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
[0006] 1)相同距離下沿徑向方向的電壓要比法拉第型的高，運(yùn)樣就提高了輸出的總電能 和單位體積輸出的電能，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)可W很緊湊；
[0007] 2)盤式磁流體發(fā)電機(jī)使用簡(jiǎn)單的環(huán)形電極，電壓壓降小，而法拉第型發(fā)電機(jī)設(shè)及 到整個(gè)發(fā)電通道及復(fù)雜的電極分段問題；
[000引3)盤式磁流體發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)潔緊湊的結(jié)構(gòu)布局使得對(duì)應(yīng)的磁體系統(tǒng)也可W設(shè)計(jì)得很 簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)由一對(duì)放置于圓盤上下兩面的電磁線圈或永磁體提供，而法拉第型須使用鞍型 磁體，制造難度大。
[0009] 由于盤式磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率相對(duì)較高，在未來的商業(yè)應(yīng)用前景中也顯現(xiàn)出 明顯的優(yōu)勢(shì)。在空間的應(yīng)用背景下，考慮發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、技術(shù)難度、閉環(huán)使用等因 素，盤式磁流體發(fā)電機(jī)相比于法拉第型發(fā)電機(jī)具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決技術(shù)問題是：克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)。提供一種采用絕緣隔離的方法 削弱法拉第電流，從而提高洽提取率，穩(wěn)定發(fā)電性能的霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)。
[0011] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，包 括發(fā)電通道、分別設(shè)于所述發(fā)電通道上下的一對(duì)相反極性的磁體、連接所述發(fā)電通道入口 的導(dǎo)電氣體入口通道和連接所述發(fā)電通道出口的導(dǎo)電氣體回收通道;所述發(fā)電通道的入口 處和出口處分別設(shè)有彼此成對(duì)的陰、陽電極;其特征在于:所述發(fā)電通道由二個(gè)W上的扇形 擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成;所述陰、陽電極的對(duì)數(shù)與所述扇形擴(kuò)張通道的數(shù)量相同；所述發(fā)電 機(jī)在工作時(shí)，所述扇形擴(kuò)張通道之間形成電磁隔絕。
[0012] 本發(fā)明的發(fā)明人通過目前的一些理論研究發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)盤式磁流體發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過 程中也存在著一些問題，主要有W下幾點(diǎn)：1)放電結(jié)構(gòu)不均勻；電流局部過于集中；2)局部 洛倫茲力過大;3)工質(zhì)速度下降，靜壓上升;4)霍爾系數(shù)、電導(dǎo)率下降。運(yùn)主要是因?yàn)楸P式磁 流體發(fā)電機(jī)內(nèi)部工質(zhì)集中于盤中，當(dāng)工質(zhì)徑向流動(dòng)與磁場(chǎng)相互作用時(shí)除了徑向流動(dòng)方向的 霍爾電流
外，在垂直于中屯、軸和徑向的方向上也 會(huì)產(chǎn)生法拉第電流即切向電綺
：其中0為導(dǎo)電氣體 的電導(dǎo)率;β為導(dǎo)電氣體的霍爾系數(shù);化為導(dǎo)電氣體徑向速度;ue為導(dǎo)電氣體切向速度;Er為 徑向電場(chǎng)強(qiáng)度;Εθ為切向電場(chǎng)強(qiáng)度）。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電導(dǎo)率較高時(shí)會(huì)形成環(huán)形的法拉第電流通 路，運(yùn)會(huì)造成局部洛倫茲力增加阻礙流體的徑向流動(dòng)，使得靜壓升高，引起等導(dǎo)電氣體電導(dǎo) 率不均勻，電離不穩(wěn)定，造成放電結(jié)構(gòu)不均勻，電流局部過于集中，造成發(fā)電效率下降和發(fā) 電機(jī)的損壞。
[0013] 本發(fā)明采用沿通道徑向絕緣隔離的方法削弱因疊加而造成法拉第電流強(qiáng)度不斷 增加所引起的如【背景技術(shù)】中所述結(jié)果的影響，從而提高洽提取率，穩(wěn)定發(fā)電性能和保護(hù)發(fā) 電機(jī)部件。當(dāng)發(fā)電通道加上絕緣隔離壁面(每個(gè)扇形擴(kuò)張通道之間）后，每個(gè)扇形擴(kuò)張通道 相比W往的單個(gè)整體發(fā)電通道的空間相對(duì)壓縮，從而使得導(dǎo)電氣流等工質(zhì)的徑向流動(dòng)速度 增大，從W上的切向電流的表達(dá)式中不難看出，當(dāng)徑向速度增加時(shí)切向電流隨之減小且由 于絕緣隔離的作用不會(huì)形成原先的環(huán)形電流通路，從而減小局部洛倫茲力，提高了發(fā)電性 能。
[0014] 需要特別說明的是:上述對(duì)現(xiàn)有盤式磁流體發(fā)電機(jī)的存在問題背后的原因掲示和 理論認(rèn)識(shí)是發(fā)明人所獨(dú)有的，沒有現(xiàn)有技術(shù)的任何啟示。顯然沒有運(yùn)種獨(dú)到的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí) 不能得到本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明看似簡(jiǎn)單的技術(shù)方案與運(yùn)種獨(dú)到的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)之間有 著不可割裂的聯(lián)系。
[0015] 上述技術(shù)方案進(jìn)一步的改進(jìn)在于：1)所述發(fā)電通道是由非導(dǎo)磁、非導(dǎo)電材料制成； 所述扇形擴(kuò)張通道的截面是漸變的矩形。2)所述磁流體發(fā)電機(jī)的主體呈盤狀圓形，所述發(fā) 電通道由二個(gè)W上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成圓環(huán)形。3)所述磁流體發(fā)電機(jī)的主體呈盤 狀扇形，所述發(fā)電通道由二個(gè)W上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成扇環(huán)形。4)所述磁體由二 個(gè)W上與所述扇形擴(kuò)張通道相對(duì)應(yīng)的扇形塊并排拼接形成圓環(huán)形。5)所述磁體由二個(gè)W上 與所述扇形擴(kuò)張通道相對(duì)應(yīng)的扇形塊并排拼接形成扇環(huán)形。6)所述陽電極位于所述擴(kuò)張發(fā) 電通道的入口處的上下兩側(cè)，所述陰電極位于所述擴(kuò)張發(fā)電通道出口處的上下兩側(cè)，所述 陽電極和陰電極分別連接用電設(shè)備或負(fù)載。7)所述導(dǎo)電氣體入口通道的末端和所述導(dǎo)電氣 體回收通道的起始端均是弧形過渡。8)所述磁體是永磁體或電磁圈。9)所述導(dǎo)電氣體回收 通道分割成與所述扇環(huán)形擴(kuò)張通道數(shù)量對(duì)應(yīng)的多個(gè)。
[0016] 本發(fā)明提供的霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，將現(xiàn)有技術(shù)中的圓盤型發(fā)電通道拆分為若干 等分的扇形擴(kuò)張通道，此措施一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要根據(jù)需求加工相應(yīng)個(gè)數(shù)的通道即可，而不 需要制造出整個(gè)圓盤，各通道結(jié)構(gòu)相同，可進(jìn)行統(tǒng)一化加工，加工成本低；二是可W改進(jìn)原 有盤式的缺點(diǎn)，提高發(fā)電的穩(wěn)定性和效率，延長發(fā)電機(jī)的使用壽命，即使在使用過程中出現(xiàn) 某個(gè)擴(kuò)張通道的損壞也可繼續(xù)使用，且維修方便，通道互換性能好;Ξ是可W根據(jù)實(shí)際空間 需要，通過扇形擴(kuò)張通道的拼接布置，形成完整圓形盤狀發(fā)電機(jī)或者扇形盤狀發(fā)電機(jī)進(jìn)行 發(fā)電，相比現(xiàn)有僅有圓形盤狀發(fā)電機(jī)，本發(fā)明的發(fā)電機(jī)形狀可W更加靈活多變。
【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖視圖1中A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是圖1中單個(gè)擴(kuò)張通道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖5是圖4中B-B向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例一
[0024] 本實(shí)施例的霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，如圖1至圖3所示，發(fā)電機(jī)整體呈圓形盤狀，包 括:發(fā)電通道、位于發(fā)電通道上下的環(huán)形磁體、連接在發(fā)電通道入口的導(dǎo)電氣體入口通道1、 連接在發(fā)電通道出口的導(dǎo)電氣體回收通道6;發(fā)電通道的入口處設(shè)有陽電極2,發(fā)電通道的 出口處設(shè)有陰電極4。
[0025] 在本實(shí)施例中，發(fā)電通道是由十二個(gè)扇環(huán)形擴(kuò)張通道3并排組成圓環(huán)形；陽電極2 和陰電極4彼此成對(duì)的對(duì)數(shù)與擴(kuò)張通道3的數(shù)量相同，也是十二對(duì);每個(gè)扇環(huán)形擴(kuò)張通道3均 是由非導(dǎo)磁、非導(dǎo)電材料（比如塑料或玻璃鋼)制成。每個(gè)扇形擴(kuò)張通道的截面是漸變的矩 形。導(dǎo)電氣體入口通道1和導(dǎo)電氣體回收通道6是整體圓環(huán)形盤狀，導(dǎo)電氣體從一個(gè)入口通 道1分別進(jìn)入十二個(gè)扇環(huán)形擴(kuò)張通道3,然后又從十二個(gè)扇環(huán)形擴(kuò)張通道3匯集到一個(gè)導(dǎo)電 氣體回收通道6。
[0026] 在本實(shí)施例中，陽電極2位于每個(gè)扇形擴(kuò)張通道3的入口處的上下兩側(cè)，陰電極4位 于每個(gè)扇形擴(kuò)張通道3擴(kuò)張發(fā)電通道出口處的上下兩側(cè)
[0027] 本實(shí)施例中，位于發(fā)電通道上、下的一對(duì)永磁體均是整體的圓環(huán)形盤狀。其中位于 發(fā)電通道上的永磁體WS極5朝向發(fā)電通道，位于發(fā)電通道下的永磁體WN極7朝向發(fā)電通 道。
[0028] 本實(shí)施例中，導(dǎo)電氣體入口通道的末端和所述導(dǎo)電氣體回收通道的起始端均是弧 形過渡，便于導(dǎo)電氣體流動(dòng)。
[0029] 本實(shí)施例中，在發(fā)電通道（即每個(gè)扇形擴(kuò)張通道3)內(nèi)通入含堿金屬種子的非平衡 等離子體作為工質(zhì)。工質(zhì)從入口通道1流入，沿發(fā)電通道徑向切割由永磁鐵討及5、永磁鐵咐及 7所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生徑向的霍爾電流和法向的法拉第電流，通過徑向電流所產(chǎn)生的 電勢(shì)差來進(jìn)行發(fā)電，用電設(shè)備或負(fù)載即可連接在陽電極2和陰電極4之間做功。
[0030] 理論上來說，通道個(gè)數(shù)越多發(fā)電效果應(yīng)該越明顯，但實(shí)際中因?yàn)槊總€(gè)通道中流體 與通道壁面摩擦?xí)幸欢ǖ臒釗p失，扇形擴(kuò)張通道個(gè)數(shù)越多，損失也就越大，所W發(fā)電效率 反而會(huì)因此而下降，所W為了兼顧發(fā)電效率，需要對(duì)扇形擴(kuò)張通道的個(gè)數(shù)加 W優(yōu)化，因而具 體扇形擴(kuò)張通道的個(gè)數(shù)由發(fā)電功率大小和制作成本優(yōu)化而定，不局限于本實(shí)施例的十二 個(gè)，但至少應(yīng)當(dāng)是二個(gè)。
[0031] 本實(shí)施例中使用采用含堿金屬種子的非平衡等離子體作為工質(zhì)，也可選用高溫?zé)?平衡或局部熱平衡的惰性氣體等離子體作為工質(zhì)。既可W與燃煤發(fā)電機(jī)聯(lián)合發(fā)電，也可W 利用核反應(yīng)堆加熱惰性氣體產(chǎn)生等離子體發(fā)電。
[00創(chuàng)實(shí)施例二
[0033] 本實(shí)施例的霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，如圖4和圖5所示，發(fā)電機(jī)整體呈盤狀扇形（120 度扇形），發(fā)電通道是由四個(gè)扇環(huán)形擴(kuò)張通道3并排組成扇環(huán)形（120度），永磁體也呈扇環(huán)形 (120度）；其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，不再寶述。
[0034] 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例的具體技術(shù)方案，除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可W有 其他實(shí)施方式。比如：1)發(fā)電機(jī)整體也可W呈楠圓形或不規(guī)則圓形，相應(yīng)的發(fā)電通道可W呈 楠圓環(huán)形或不規(guī)則圓環(huán)形；2)陽電極2和陰電極4在發(fā)電通道的入口或出口位置可W互換； 3)扇形擴(kuò)張通道的截面也可W是漸變的梯形或其他形狀;4)永磁體的S極和N極7在發(fā)電通 道的上下位置可W互換;5)永磁體也可W由二個(gè)W上與扇形擴(kuò)張通道相對(duì)應(yīng)的的扇形塊并 排拼接形成圓環(huán)形或扇形，扇形塊的數(shù)量與扇形擴(kuò)張通道的數(shù)量相同；5)永磁體也可W由 電磁線圈代替；6)發(fā)電機(jī)整體可W由多個(gè)扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成半圓環(huán)形、四分之一 圓環(huán)形或八分之一圓環(huán)形;7)導(dǎo)電氣體入口通道的末端和所述導(dǎo)電氣體回收通道的起始端 也可W是非弧形過渡;8)導(dǎo)電氣體回收通道6也可W分割成與扇環(huán)形擴(kuò)張通道3數(shù)量對(duì)應(yīng)的 多個(gè);等等。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均為本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電通道、分別設(shè)于所述發(fā)電通道上下的一對(duì)相反 極性的磁體、連接所述發(fā)電通道入口的導(dǎo)電氣體入口通道和連接所述發(fā)電通道出口的導(dǎo)電 氣體回收通道;所述發(fā)電通道的入口處和出口處分別設(shè)有彼此成對(duì)的陰、陽電極;其特征在 于:所述發(fā)電通道由二個(gè)以上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成;所述陰、陽電極的對(duì)數(shù)與所述 扇形擴(kuò)張通道的數(shù)量相同；所述發(fā)電機(jī)在工作時(shí)，所述扇形擴(kuò)張通道之間形成電磁隔絕。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述發(fā)電通道是由非導(dǎo)磁、 非導(dǎo)電材料制成;所述扇形擴(kuò)張通道的截面是漸變的矩形。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述磁流體發(fā)電機(jī)的主體呈 盤狀圓形，所述發(fā)電通道由二個(gè)以上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成圓環(huán)形。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述磁流體發(fā)電機(jī)的主體呈 盤狀扇形，所述發(fā)電通道由二個(gè)以上的扇形擴(kuò)張通道并排拼接構(gòu)成扇環(huán)形。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述磁體由二個(gè)以上與所述 扇形擴(kuò)張通道相對(duì)應(yīng)的扇形塊并排拼接形成圓環(huán)形。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述磁體由二個(gè)以上與所述 扇形擴(kuò)張通道相對(duì)應(yīng)的扇形塊并排拼接形成扇環(huán)形。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述陽電極位于所 述擴(kuò)張發(fā)電通道的入口處的上下兩側(cè)，所述陰電極位于所述擴(kuò)張發(fā)電通道出口處的上下兩 側(cè)，所述陽電極和陰電極分別連接用電設(shè)備或負(fù)載。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述導(dǎo)電氣體入口 通道的末端和所述導(dǎo)電氣體回收通道的起始端均是弧形過渡。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述磁體是永磁體或電磁 圈。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述霍爾型磁流體發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述導(dǎo)電氣體回收通道分 割成與所述扇環(huán)形擴(kuò)張通道數(shù)量對(duì)應(yīng)的多個(gè)。
【文檔編號(hào)】H02K44/14GK106059244SQ201610454858
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】朱桂平, 李來, 曹嘉彬, 黃護(hù)林
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)