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一种以低熔点镓 合金为发电工质的磁流体发电机

阅读：316发布：2020-05-23

专利汇可以提供一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机，其主活塞（5）和主活塞轴（4）同轴置于主液压缸（1）内；上、下副活塞（7、8）分别同轴置于上、下副液压缸（2、3）内；上、下副液压缸（2、3）的两端分别与主液压缸（1）连通和磁流体发电通道（9）连通；磁流体发电通道（9）穿过磁体（11）的磁孔；一对平板型电极（12）对称紧贴在磁流体发电通道（9）内与磁场方向平行的内壁上；主液压缸（1）的上部空间与上副液压缸（2）的上部空间（2-1）充满液压油（6），主液压缸（1）与下副液压缸（3）的下部空间（3-1）充满液压油（6），上、下副活塞（7、8）之间的连通空间充满发电工质（10）。发电工质（10）为低熔点镓合金。，下面是一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机，其特征在于：所述的磁流体发电机主要由主液压缸(1)，主活塞(5)，主活塞轴(4)，上、下副液压缸(2、3)，磁体(11)，磁流体发电通道(9)，一对平板型电极(12)，发电工质(10)，上、下副活塞(7、8)和液压油(6)组成；所述的主活塞(5)和主活塞轴(4)同轴置于主液压缸(1)内；上副活塞(7)置于上副液压缸(2)内，下副活塞(8)置于下副液压缸(3)内，上副活塞(7)和下副活塞(8)同轴；上副液压缸(2)和下副液压缸(3)的一端与主液压缸(1)连通，上副液压缸(2)和下副液压缸(3)的另一端与磁流体发电通道(9)连通；磁流体发电通道(9)穿过磁体(11)的磁孔；
一对平板型电极(12)对称紧贴在磁流体发电通道(9)内与磁场方向平行的内壁上；主活塞(5)将主液压缸(1)分为上、下两个空间；上副活塞(7)将上副液压缸(2)分为上、下两个空间；下副活塞(8)将下副液压缸(3)分为上、下两个空间；主液压缸(1)的上部空间与上副液压缸(2)的上部空间(2-1)连通，主液压缸(1)的上部空间与上副液压缸(2)的上部空间(2-1)充满液压油(6)，主液压缸(1)的下部空间与下副液压缸(3)的下部空间(3-1)连通，主液压缸(1)的下部空间与下副液压缸(3)的下部空间(3-1)充满液压油(6)；上副活塞(7)和下副活塞(8)之间连通，上副活塞(7)和下副活塞(8)之间的连通空间充满发电工质(10)；主活塞轴(4)的一端与主活塞(5)固联，主活塞轴(4)的另一端从主液压缸(1)的上端伸出；发电工质(10)采用低熔点镓合金。
2.按照权利要求1所述的一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机，其特征在于：上、下副活塞(7、8)无联结轴。
3.按照权利要求1所述的一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机，其特征在
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于：镓合金的熔点为5℃，密度为6.4g/cm，电导率为3.4×10S/m，常温下为液态。

说明书全文

一种以低熔点镓合金为发电工质的磁流体发电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种液态金属磁流体发电机。技术背景

[0002] 美国专利5473205提出了一种可根据汽车功率要求而改变排量的往复式液态金属磁流体（Liquid metal magnetohydrodynamic,LMMHD）汽车发动机，开始了往复式LMMHD发电机的研究。该发动机有4个活塞，采用双通道结构；每个通道两端的自由活塞将液态金属密封；推动液态金属（液态K或Na）运动的内活塞与通过常规内燃过程运动的外活塞采用磁性耦合。交替的内燃冲程驱动液态金属在MHD通道内往复直线运动，切割磁力线，产生交流电能。随后，往复式LMMHD发电机开始应用在变排量汽车引擎、分布式供电以及波浪能发电中。

[0003] 往复式LMMHD发电机利用密封在MHD通道内部的高导电性的液态金属作为发电工质，实现了高的发电功率密度和发电效率。因而，液态金属的物化特性，如化学稳定性、熔点、密度、电导率、磁导率、黏度和导热系数，在很大程度上影响往复式LMMHD发电机的结构、运行性能以及该技术的应用前景。目前，可选择的发电工质有水银（汞）、U47和钠钾合金。水银是唯一在常温下呈液态并易流动的金属，中国专利CN1202758A采用高温喷射产生的汞蒸汽作为发电工质，设备复杂，发电效率不高。这主要是因为汞的密度很大（13.5939g/3 6
cm），而电导率仅为1.03×10S/m，输入能量中很大一部分用于汞本身的动能和内阻的焦耳热损耗。此外，汞是剧毒金属，具有高挥发性，安全隐患极大。中国专利CN101718247A和中国专利CN101571097使用钠钾合金或U47作为发电工质。U47是用Bi、Pb、In、Sn和Cd配
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制的合金，熔点47°C，密度8.8g/cm，液态时电导率为1.67×10S/m。常温下，U47是固态，所以在具体应用中，如波浪能发电装置中，就要考虑U47的加热问题，不但降低了发电装置
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的可操作性、且增加了发电装置的复杂性。钠钾合金的熔点是-11°C，密度为0.875g/cm，
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电导率为2.6×10S/m，从密度和熔点来看，很适合作为往复式LMMHD发电系统的发电工质。
然而，钠钾合金非常活泼，长时间暴露空气会发生自燃，遇水则会发生强烈爆炸。因而，钠钾合金就对发电装置的装配环境及密封性提出了很高的要求，限制了其使用范围。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出了一种使用低熔点镓合金作为工质的往复式磁流体发电机。

[0005] 本发明主要由主液压缸、主活塞、主活塞轴、上、下副液压缸、磁体、磁流体发电通道、一对平板型电极、发电工质、上、下副活塞和液压油组成。主液压缸和上、下副液压缸均为圆柱形。主活塞和主活塞轴同轴置于主液压缸内。上、下副活塞之间无联结轴，上、下副活塞分别同轴置于上、下副液压缸内。上、下副液压缸的一端分别与主液压缸连通，上、下副液压缸的另一端分别与磁流体发电通道连通；磁流体发电通道穿过磁体的磁孔。主活塞及上、下副活塞分别将主液压缸和上、下副液压缸分为上、下两个空间；主液压缸的上部空间与上副液压缸的上部空间连通，主液压缸的上部空间与上副液压缸的上部空间充满液压油。主液压缸的下部空间与下副液压缸的下部空间连通，主液压缸的下部空间与下副液压缸的下部空间充满液压油。上、下副活塞之间的连通空间充满发电工质。主活塞轴的一端与主活塞固联，主活塞轴的另一端从主液压缸的上端伸出，与外部往复式驱动装置相连接，如随波浪上下运动的浮子。上副液压缸的下端与磁流体发电通道的上端相连，该连接处的截面的内半径至发电通道的平板型电极上端逐渐缩小；下副液压缸的上端与磁流体发电通道下端相连，该连接处的截面的内半径至发电通道的平板型电极下端逐渐缩小。磁体为两极磁体，产生与发电工质流动方向相垂直的磁场。一对平板型电极对称地紧贴在磁流体发电通道内与3
磁场方向平行的内壁上。发电工质采用熔点为5°C的镓合金，镓合金的密度为6.4g/cm，
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电导率为3.4×10S/m，常温下为液态，化学稳定性好。

[0006] 本发明工作原理和工作过程如下：

[0007] 当外力驱动主活塞向上运动，将主液压缸内上部空间的液压油压入上副液压缸的上部空间，使上副液压缸的上部空间的液压油逐渐增多，推动上副活塞向下挤压上副液压缸下部空间的发电工质，从而使发电工质以一定的速度垂直向下通过磁流体发电通道，推动下副活塞向下运动，与之对应的下副液压缸下部空间的液压油流入主液压缸的下部空间。反之亦然。发电工质在磁流体发电通道内往复流动，不断地切割磁力线，从而产生交变电能，通过电极导出。

[0008] 本发明采用低熔点、低密度、高电导率的镓合金作为发电工质，低熔点使其在常温下为液态，简化了发电机的结构，提高了其可操作性；其密度约为水银的一半，约为U47的75%，在相同的输出功率下，降低了需要的驱动外力，提高了系统效率。此外，镓合金无毒无污染、化学性能稳定、配制简单安全。因此本发明功率密度大、系统效率高，安装简单，体积较小，维护方便，可适用波浪能发电等领域。
附图说明

[0009] 图1为本发明液态磁流体发电机结构示意图，图中：1主液压缸、2上副液压缸、3下副液压缸、4为主活塞轴、5为主活塞、6为液压油、7上副活塞、8下副活塞、9磁流体发电通道、10发电工质、11磁体；

[0010] 图2为本发明磁流体发电通道示意图，图中：9磁流体发电通道、10发电工质、11磁体、12平板型电极。

具体实施方式

[0011] 以下结合具体实施例及附图进一步说明本发明。

[0012] 图1为本发明液态磁流体发电机结构示意图。液态金属磁流体发电机主要由主液压缸1，主活塞5，主活塞轴4，上、下副液压缸2、3，磁体11，磁流体发电通道9，一对平板型电极12，发电工质10，上副活塞7、下副活塞8和液压油6组成。主活塞5和主活塞轴4同轴置于主液压缸内；上副活塞7置于副液压缸2内，下副活塞8置于下副液压缸3内，上副活塞7和下副活塞8同轴。上副液压缸2和下副液压缸3的一端分别与主液压缸1连通，上副液压缸2和下副液压缸3的另一端分别与磁流体发电通道9连通；磁流体发电通道9穿过磁体11的磁孔；一对平板型电极12对称地紧贴在磁流体发电通道9内与磁场方向平行的内壁上；主活塞5将主液压缸1为上、下两个空间；上副活塞7将上副液压缸2分为上、下两个空间；下副活塞8将下副液压缸3分为上、下两个空间；主液压缸1的上部空间与上副液压缸2的上部空间2-1连通，主液压缸1的上部空间与上副液压缸2的上部空间2-1充满液压油6，主液压缸1的下部空间与下副液压缸3的下部空间3-1连通，主液压缸1的下部空间与下副液压缸3的下部空间3-1充满液压油6。上副活塞7和下副活塞8之间连通，上副活塞7和下副活塞8之间的连通空间充满发电工质10；主活塞轴4的一端与主活塞5固联，主活塞轴4的另一端从主液压缸1的上端伸出；发电工质10采用低熔点镓合金。

[0013] 图2为本发明磁流体发电通道示意图。一对平板型电极12对称地紧贴在磁流体发电通道9内与磁场方向平行的内壁上。所述的平板型电极12之间充满低熔点镓合金。

[0014] 当外力驱动主活塞5向上运动，将主液压缸1内上部空间的液压油6压入上副液压缸2的上部空间2-1，使上副液压缸2的上部空间2-1的液压油6逐渐增多，推动上副活塞7向下挤压上副液压缸2下部空间的发电工质10，从而使发电工质10以一定的速度垂直向下通过磁流体发电通道9推动下副活塞8向下运动，与之对应的下副液压缸3下部空间3-1的液压油6流入主液压缸1的下部空间。反之亦然。发电工质10在磁流体发电通道9内往复流动，不断地切割磁力线，从而产生交变电能，通过一对平板型电极12导出。本发明磁流体发电机通道长为120mm，电极间距50mm，电极宽度5mm，发电工质的速度为15～20m/
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s，镓合金密度6.4g/cm，电导率3.4×10S/m，磁场强度1T的条件下，输出功率6kW。

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