[其他]往复式液态金属磁流体发电机

说明书

本发明属於应用磁流体原理将热能转换成电能的领域，取消了通常的转换系统中要使用的涡轮机或引擎。

在磁流体发电机中，导电流体流经位于电磁铁磁极中间的通道。在流体中垂直于流体流动方向和磁通方向这二者的方向上产生电流，被和流体接触的电极上跨接的外负载所利用。

现有的磁流体发电机有各种型式：

1.等离子体式

燃烧以电离元素为种子的燃料/空气混合物产生的高温导电气体混合体（等离子体）膨胀而通过磁流体发电通道。等离子体甚至在所应用的高运行温度下（典型的温度约为3000℃）也是相对地较差的导体，磁通密度达6^T的超导磁铁必需用来提高输出。由于高的运行温度和磁通密度，等离子体式发电机只能被用於大容量的系统。

2.液态金属式

这种型式里导电流体是液态金属，连同可分离的热力工作流体一起用来使其通过磁流体发电通道。由于不需要象在等离子体式发电机中那样的高温来使流体有导电性，故可以应用较低温度的热源和比较低的磁场强度的磁铁，使得这样的发电机更适合于小容量装置。

这两种主要的发电机型式在通道中使用单相或两相介质。

两相

热力流体在磁流体发电通道前面的混合器内被注入到热的液态金属中去。已使用的或推荐使用的组合物对低温系统来说是有机流体和钠-钾易熔混合物，对中温系统是水和锡，对高温系统是氦和钠或锂。工作流体膨胀结果的两相混合物或者蒸汽或气体和液态金属加速通过磁流体发电通道而产生电能。从磁流体发电通道出来，此混合物进入喷咀，在这里进一步加速，随后于一个旋转分离器中各成分分离。金属通过一个扩散器把它的部分动能转换成压力形式的位能，此压力足以使它通过初级热交换器，它回到混合器去继续以上流程前在这里被加热。

从分离器出来，仍在高温下的蒸汽或气体通过一个热交换器，它相当一部分热转到经这里去混合器的工作流体中。从热交换器中出来的、部分地被冷却了的蒸汽或气体其后在余热交换器中进一步被冷却，蒸汽凝成液体，经由热交换器再被泵送回混合器。在气体态的工作流体情况时，从余热交换器出来的冷气体被压缩、並经由热交换器回到混合器去。

这些型式发电机的主要问题是：

（a）电能输出是直流型式，它不易转换成通常使用的交流电，因为电压太低及电压和电流的波动很大。

（b）由于有不导电的蒸汽或气泡存在于液态金属中和液态金属温度很高，磁流体发电单元的内阻损耗很高。

（c）喷咀，分离器和扩散器是很大的损耗源。

单相

这种发电机的一个型式在1969年五月六日的美国专利No    3443129中描述过了，它由一个直立的U形管、其两个分支的端部伸入一个罐内所构成，管和罐中均充有液态金属。液态金属在U形管弯曲部分被加热，热力工作流体在两个分支中的一个分支之底部注入金属之中。工作流体蒸发形成两相混合体，其密度比另一分支中的物质小因而被迫上升。蒸汽和液态金属在罐中分离，蒸汽凝结，並以液态回到第一分支的底部，液态金属则流入第二分支保持循环。

磁流体发电通道构成第二分支的一部分並将在罐中液态金属的位能转变成电能。

由于在磁流体发电通道中流体的单相（即只有液态金属）流动，两相型式中的问题如电流电压波动较大就可以避免。还有，不存在蒸汽泡，磁流体发电单元的内阻损耗降低，並且单元中流体较高的导电性使得可以使用磁场强度不很高的磁铁。再者，高损耗的喷咀，分离器和扩散器也取消了。

然而，某些技术上和经济上的问题依旧存在，且其他一些问题又产生了，它有：

（a）电输出是很低电压的直流型式。

（b）磁流体发电单元内阻损耗因液态金属温度增加而增加了。

（c）气泡相对于液态金属滑移降低了效率。

（d）需要大量昂贵的液态金属。

（e）电站很庞大。

上面这些系统的主要缺点之一是它们都产生低压直流，必需将它转换成适于传输及通常使用的高压交流，这进一步导致复杂性及损耗。