[其他]往復式液態金屬磁流體發電機

無效

• 申請號: 86103390
• 申請日: 1986-04-17
• 公開（公告）號: CN86103390A
• 公開（公告）日: 1987-06-17
• 發明（設計）人: 加勒特·邁克爾·塞恩斯伯里
• 申請（專利權）人: 加勒特·邁克爾·塞恩斯伯里
• 主分類號: H02K44/08
• 分類號: H02K44/08;H02K44/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 楊凱

本發明屬於應用磁流體原理將熱能轉換成電能的領域，取消了通常的轉換系統中要使用的渦輪機或引擎。

在磁流體發電機中，導電流體流經位于電磁鐵磁極中間的通道。在流體中垂直于流體流動方向和磁通方向這二者的方向上產生電流，被和流體接觸的電極上跨接的外負載所利用。

現有的磁流體發電機有各種型式：

1.等離子體式

燃燒以電離元素為種子的燃料/空氣混合物產生的高溫導電氣體混合體（等離子體）膨脹而通過磁流體發電通道。等離子體甚至在所應用的高運行溫度下（典型的溫度約為3000℃）也是相對地較差的導體，磁通密度達6^T的超導磁鐵必需用來提高輸出。由于高的運行溫度和磁通密度，等離子體式發電機只能被用於大容量的系統。

2.液態金屬式

這種型式里導電流體是液態金屬，連同可分離的熱力工作流體一起用來使其通過磁流體發電通道。由于不需要象在等離子體式發電機中那樣的高溫來使流體有導電性，故可以應用較低溫度的熱源和比較低的磁場強度的磁鐵，使得這樣的發電機更適合于小容量裝置。

這兩種主要的發電機型式在通道中使用單相或兩相介質。

兩相

熱力流體在磁流體發電通道前面的混合器內被注入到熱的液態金屬中去。已使用的或推薦使用的組合物對低溫系統來說是有機流體和鈉-鉀易熔混合物，對中溫系統是水和錫，對高溫系統是氦和鈉或鋰。工作流體膨脹結果的兩相混合物或者蒸汽或氣體和液態金屬加速通過磁流體發電通道而產生電能。從磁流體發電通道出來，此混合物進入噴咀，在這里進一步加速，隨后于一個旋轉分離器中各成分分離。金屬通過一個擴散器把它的部分動能轉換成壓力形式的位能，此壓力足以使它通過初級熱交換器，它回到混合器去繼續以上流程前在這里被加熱。

從分離器出來，仍在高溫下的蒸汽或氣體通過一個熱交換器，它相當一部分熱轉到經這里去混合器的工作流體中。從熱交換器中出來的、部分地被冷卻了的蒸汽或氣體其后在余熱交換器中進一步被冷卻，蒸汽凝成液體，經由熱交換器再被泵送回混合器。在氣體態的工作流體情況時，從余熱交換器出來的冷氣體被壓縮、並經由熱交換器回到混合器去。

這些型式發電機的主要問題是：

（a）電能輸出是直流型式，它不易轉換成通常使用的交流電，因為電壓太低及電壓和電流的波動很大。

（b）由于有不導電的蒸汽或氣泡存在于液態金屬中和液態金屬溫度很高，磁流體發電單元的內阻損耗很高。

（c）噴咀，分離器和擴散器是很大的損耗源。

單相

這種發電機的一個型式在1969年五月六日的美國專利No????3443129中描述過了，它由一個直立的U形管、其兩個分支的端部伸入一個罐內所構成，管和罐中均充有液態金屬。液態金屬在U形管彎曲部分被加熱，熱力工作流體在兩個分支中的一個分支之底部注入金屬之中。工作流體蒸發形成兩相混合體，其密度比另一分支中的物質小因而被迫上升。蒸汽和液態金屬在罐中分離，蒸汽凝結，並以液態回到第一分支的底部，液態金屬則流入第二分支保持循環。

磁流體發電通道構成第二分支的一部分並將在罐中液態金屬的位能轉變成電能。

由于在磁流體發電通道中流體的單相（即只有液態金屬）流動，兩相型式中的問題如電流電壓波動較大就可以避免。還有，不存在蒸汽泡，磁流體發電單元的內阻損耗降低，並且單元中流體較高的導電性使得可以使用磁場強度不很高的磁鐵。再者，高損耗的噴咀，分離器和擴散器也取消了。

然而，某些技術上和經濟上的問題依舊存在，且其他一些問題又產生了，它有：

（a）電輸出是很低電壓的直流型式。

（b）磁流體發電單元內阻損耗因液態金屬溫度增加而增加了。

（c）氣泡相對于液態金屬滑移降低了效率。

（d）需要大量昂貴的液態金屬。

（e）電站很龐大。

上面這些系統的主要缺點之一是它們都產生低壓直流，必需將它轉換成適于傳輸及通常使用的高壓交流，這進一步導致復雜性及損耗。