從專利角度看磁流體發(fā)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

代煜

摘 要 磁流體發(fā)電機(jī)（MHD）主要由帶電離子產(chǎn)生裝置，發(fā)電通道和磁體組成，本文從專利角度分析傳統(tǒng)的開環(huán)式和閉環(huán)式磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電通道的整體結(jié)構(gòu)，尤其具有代表性的波浪能MHD和燃煤式MHD兩個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展路線，深入了解磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 磁流體發(fā)電機(jī)；波浪能；發(fā)電通道；燃煤式；專利分析

中圖分類號(hào) P142 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）15-0176-01

隨著目前人們環(huán)保意識(shí)的提高，在傳統(tǒng)發(fā)電形式的基礎(chǔ)上尋找一種可靠、環(huán)保的發(fā)電方式已經(jīng)形成了一種社會(huì)共識(shí)，而磁流體發(fā)電機(jī)由于其具有可循環(huán)、低污染的特點(diǎn)正受到關(guān)注。目前磁流體發(fā)電機(jī)主要分類閉環(huán)和開環(huán)式，開環(huán)式主要應(yīng)用在燃煤式磁流體發(fā)電機(jī)中，與傳統(tǒng)的火電相結(jié)合，依靠火電產(chǎn)生的高溫環(huán)境產(chǎn)生帶電離子進(jìn)行發(fā)電，而閉環(huán)式磁流體發(fā)電機(jī)運(yùn)用具有帶電離子的液體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。

磁流體發(fā)電機(jī)為了適應(yīng)不同環(huán)境，目前發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在小型化、高效率化、耐高溫、耐腐蝕等方面。

1 磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理

磁流體發(fā)電機(jī)包括帶電離子產(chǎn)生裝置、發(fā)電通道、電極和磁體，帶電離子產(chǎn)生裝置主要通過加熱燃料、堿金屬蒸汽等形成帶電離子，另外還有閉環(huán)的帶電離子液體，上述形成的帶電離子經(jīng)過發(fā)電通道，通過磁體在發(fā)電通道形成一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)高速的帶電離子經(jīng)過該磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力，分別在兩個(gè)電極板上形成電壓，從而進(jìn)行發(fā)電?？梢钥闯霾徽撌前l(fā)電通道的整體結(jié)構(gòu)還是其材料選擇均需要根據(jù)產(chǎn)生帶電離子的環(huán)境進(jìn)行考慮

選擇。

2 磁流體發(fā)電機(jī)技術(shù)演進(jìn)路線

磁流體發(fā)電機(jī)從應(yīng)用領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)來進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)的研究，以波浪能MHD發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、燃煤型MHD發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)以及燃煤MHD電極3個(gè)代表性的角度進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)的分析。

2.1 閉環(huán)式的發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)（以波浪能發(fā)電示例）

1991—1996為技術(shù)萌芽期，美國(guó)專利US5136173A提出了磁流體發(fā)電機(jī)包括發(fā)電通道、磁體、浮體的整體結(jié)構(gòu)，并該裝置將發(fā)電通道設(shè)置在海水中進(jìn)行發(fā)電的整體思路。但對(duì)于發(fā)電通道的具體結(jié)構(gòu)，工質(zhì)的選擇，電的傳導(dǎo)等方面均沒有詳細(xì)的描述。

1996—2010年為成熟期，在2005年美國(guó)專利US2005/0146140A1提出了一種漂浮式的波浪能磁流體發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）磁流體液封閉，把磁流體液與海水隔開，大大提高了磁流體液的密度，一方面大大地提高了發(fā)電效率，另一方面，由于海水具有腐蝕性，往往會(huì)造成發(fā)電通道的腐蝕，對(duì)發(fā)電通道的材料制造形成了比較大的困難，而采用該方式避免了海水與磁流體發(fā)電通道內(nèi)部的接觸，提高了裝置的耐用性；2）該發(fā)電通道的兩端采用活塞結(jié)構(gòu)，波浪的上下移動(dòng)推動(dòng)活塞，利用活塞推動(dòng)內(nèi)部的磁流體液在發(fā)電通道中流動(dòng)從而進(jìn)行發(fā)電。該裝置較好地解決了此前磁流體發(fā)電機(jī)效率低下的技術(shù)問題，在此后的波浪能磁流體發(fā)電機(jī)的原理基本上均是按照該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

2010年至今，在此后的專利中，更加從各個(gè)部件的細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變來進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)的效率，以及從磁流體發(fā)電機(jī)的易安裝性上進(jìn)行改造。比如2016年，中國(guó)專利CN105720785A提出了一種將發(fā)電通道設(shè)置為S形，采用單管多段的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)磁場(chǎng)的合理設(shè)置，可以不斷地對(duì)磁流體液進(jìn)行加速，因此提高輸出電壓。

綜上所述，波浪能磁流體發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)變化，主要是從發(fā)電效率、安裝性能等方面入手不斷地進(jìn)行

改進(jìn)。

2.2 開環(huán)式的發(fā)電通道結(jié)構(gòu)

在磁流體技術(shù)發(fā)展早期，氣體式磁流體發(fā)電機(jī)通常是與常規(guī)發(fā)電機(jī)聯(lián)合使用，也就是我們通常所說的燃煤式磁流體發(fā)電機(jī)，1974年美國(guó)專利US3854061A提出了一種從磁流體通道從入口到出口寬度逐漸增大的結(jié)構(gòu)，也稱為法拉第直線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在保證了發(fā)電通道功率輸出的情況下，達(dá)到了通道體積減小的結(jié)果。

1995年以后，隨著新能源的發(fā)展，傳統(tǒng)的火電站在環(huán)境保護(hù)上具有先天缺陷，因此聯(lián)合火電廠一起設(shè)置的燃煤式磁流體發(fā)電裝置在發(fā)展動(dòng)力上存在不足，在1995年以后的燃煤式磁流體發(fā)電機(jī)的專利申請(qǐng)數(shù)量急速下降，然而氣體式磁流體發(fā)電機(jī)在余熱利用等領(lǐng)域的應(yīng)用前景被重視，因此在余熱利用方面的磁流體發(fā)電機(jī)申請(qǐng)量大增。在這個(gè)階段，發(fā)電通道的形狀呈現(xiàn)小型化、多樣化的趨勢(shì)，例如2005年的美國(guó)專利US2005/0140341A1中，提出了一種微燃燒器磁流體發(fā)電裝置，該裝置具有加速裝置，帶電粒子經(jīng)過加速進(jìn)入發(fā)電通道發(fā)電，該發(fā)電通道為入口和出口等寬，而中間部分窄的結(jié)構(gòu)，使發(fā)電通道形成兩部分，在窄的部分設(shè)置有導(dǎo)電覆層，使負(fù)電荷在覆層內(nèi)的等離子體流動(dòng)方向上傳播，由此在負(fù)載中產(chǎn)生電流，該發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)較小，且發(fā)電穩(wěn)定。2008年中國(guó)專利CN101123389A公開了一種利用汽車尾氣產(chǎn)生的高溫進(jìn)行磁流體發(fā)電的裝置，該發(fā)電通道整體構(gòu)造和之前的燃煤式磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但尺寸大大降低。因此我們將1995年以后的磁流體發(fā)電通道技術(shù)成為拓展期?？梢婇_環(huán)式主要從帶電離子的加速上以及通道的小型化方向進(jìn)行研究。

3 結(jié)論

從本文對(duì)磁流體發(fā)電技術(shù)的分析可知，不論是開環(huán)還是閉環(huán)式，磁流體發(fā)電已經(jīng)從過去的大型發(fā)電結(jié)構(gòu)逐漸小型化、高效率化從而進(jìn)入了我們的生活中，例如工業(yè)余熱發(fā)電、汽車尾氣發(fā)電等。

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