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6T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。

1968年四月二日的美国专利No3376440公开了一种产生交流的装置。它保持固定的磁场而使液态金属周期性地改变流经发电通道的方向。这用底部由一根水平管子连结的两个封闭的直立的 汽缸组成磁流体发电单元来实现。汽缸中部分地充以液态钾用作导电流体。初级热源是核能的，初级热交换器用来使作为热力工作流体的钾蒸发。余热交换器用来使蒸汽凝结。运行中从初级热交换器中出来的高压的钾蒸汽用管子送到汽缸中去。它们经过进汽阀被导入其中一个汽缸内液态钾的液面以上部分。同时第二个汽缸的排汽阀开着。这使得第一个汽缸的液态钾被迫从第一个汽缸通过磁流体发电通道进入第二个汽缸而产生一个方向的电流。蒸汽从第二个汽缸排出后由管道送到余热交换器，在那里凝成液体由泵送回初级热交换器再加热。当第一个汽缸上的进汽阀关闭而第二个汽缸上的排汽阀也关闭时，液态金属的运动被第二个汽缸盖所阻止。同时在第二个汽缸上的进汽阀打开且第一个汽缸上的排汽阀也打开时，使液态钾被迫以相反方向经磁流体发电通道回去。这样的循环连续重覆，结果发生交流电。

可以相信，这种方法的问题在于有许多的钾蒸汽在它做有用功之前由于接触冷的液体和汽缸的湿的    壁而凝结。这将导致热效率降低。由于液态金属在每一个冲程的末尾和汽缸盖突然接触时其动量被吸收，即使没有危险也将发生更多的损耗。再者，进汽阀和排汽阀运行在热的钾蒸汽气氛中也可预见到会有机械方面的问题。

本发明的目的是要提供一种简单可靠且不昂贵地将热能高速高效地转换成电能的装置，並且它能够利用任何中等级到高等级的能源的热能。

这可以用根据斯特林热循环一般原理的单相液态金属磁流体发电机来达到。

斯特林循环是有效的，原则上它机械方面的设施也很简单。它的基本形式是有两个汽缸，每个汽缸备有一个活塞，连到同一根曲轴上， 曲柄有90°相位差。汽缸之间有一定数量的气体可以在汽缸之间通过连结管自由运动。一个汽缸保持是热的，另一个保持是冷的。由于曲轴旋转，活塞盖之间的空间体积周而复始地增加与减小，气体交替地膨胀和压缩。由於曲柄的配置，膨胀开始时，多一半气体在热汽缸里，其压力相应地是高的。相反，当压缩开始时，多一半气体在冷汽缸里，其压力相应地是低的。体积改变和此改变发生时的压力之积是功。由于在膨胀时的体积改变期间的平均压力较高于在压缩时体积改变的平均压力，在完整的一个循环中净做正功为相当于加到热汽缸的热量和从冷汽缸废弃的热量之差。

为了改进热效率，在连结两个汽缸的气体管线上设置一个热交换器，它吸收由热汽缸到冷汽缸运动的热气体之热量，而把它送还给由冷汽缸到热汽缸运动的冷气体。

实际上上面的装置会出现某些困难，主要是关于通过外部热交换器以可以接受的速度把热能转给工作气体的问题或者其相反的问题。这个过程决定了要完成的功的速度（即引擎的功率）。

在一个型式中本发明归结为一台磁流体发电机包括了一对腔室，它装有一定量的液态金属的导电流体，並由一个热源加热，腔室在其下端通过一个通道互相连结起来组成一个磁流体发电单元，每一个腔室连到各自的气体工作流体源，该工作流体当某腔室里含有导电流体体积最大时可以在上述腔室下端以上某个中间位置处被注入该腔室内之导电流体之中，而工作流体是可以从腔室排出的，这被排出的工作流体在一个热交换器中被冷却並被压缩，以便再注入到腔室中去。这压缩了的工作流体在注入前在热交换器中加热。这种注入工作流体到成对的两个腔室里去时应有大约180°的相位差。

下面以一个实施例参照附图对本发明加以说明。对这个实施例特征的描述並不是要限定发明的范围。这些附图包括：

图一是表明装置的主要部件总体布置示意图;

图二是组成工作室四个单元中的两个单元部件的纵断面示意图;

图三是几个横断面复合的示意图;

图四是表示燃烧系统部分部件的侧视图;

图五是实施例中磁流体发电通道的一种形式的透视图;

图六是工作室内配气装置示意图以及用以代替机械抽运装置的抽运磁流体电机单元的布置图;

图七是从一对主室可得到的总功率曲线;

图八是主室下端的一种形式的局部纵断面图。

本实施例的磁流体发电机用液态金属作为导电流体，用惰性气体作为热力工作流体。磁流体发电机由一套两对圆柱形的主室1a和1d与1b和1c组成，其主室的每一对在下端借发电通道78而连通。每对主室中通过这发电通道78有一定量的液体金属流通。这四个主室放在有燃料喷咀18和进气口16的燃烧室2中。从燃烧室2的排气是由贯通每个主室顶部和底部的烟管5来完成的。每个主室的顶部有顶盖8接有排气管道9。排气管道接至燃烧室的空气预热器10。该空气预热器带有间隔14，並在预热器的空气进、出口间放有一系列的空气管道13。由风机12把空气送至预热器，被预热后的空气经进气管道15送至燃烧室进气口16。在本实施例的情况下，燃料用的是液体形式的，它从燃料箱经过滤器21和加热器22后供给的。加热器与燃烧室2排出的气体有热交换关系。应当指出的是：这燃料喷咀18易於替代或变更，以适应于使用气体和（或）固体颗 粒燃料。另一方面，这燃烧室可以由另外的能源如太阳能收集装置、地热收集装置或核加热的热交换器或诸如此类的能源所取代。

主室1a、1b、1c和1d的每一个分别接至热交换器31a、31b、31c和31d，该装置有由导热材料制成的细金属丝网格。主室1a、1b、1c和1d与热交换器31a、31b、31c和31d的连通分别由各自的排出管24a、24b、24c和24d与输入管23a、23b、23c和23d来实现。排出管24是通过防溅板（antisplash    barrier）32与其相应主室连通的，而输入管23则与装在主室底部和顶部之间的中间位置的喷射器33相连。每个由多根径向的多孔的管臂组成的喷射器33通过中心夹持件与各自的输入管相通。在排出管24a、24b、24c和24d上配置的单向阀58a、b、c和d分别保证了从各个主室出来的单向流通。同样地，在输入管23a、23b、23c和23d上配置的单向阀57a、57b、57c和57d亦分别保证了向各个主室的单向流通。

每个主室1a、1b、1c和1d分别与辅助室42a、42b、42c、和42d相联系。主室1和辅助室42通过热交换器31相通。辅助输入管35a、35b、35c和35d分别配置在辅助室42a、42b、42c和42d与相应的热交换器31上。配置在各自辅助管线上的单向阀56a、56b、56c和56d保证了从各自的热交换器31到辅助室42的单向流通。辅助排出管34a、34b、34c和34d分别配置在辅助室42a、42b、42c和42d与热交换器31之间。安置在相应辅助管线上的单向阀55a、55b、55c和55d保证了从辅助室42到热交换器31间的单 向流通。

在每个辅助室42里装一定量的热交换的流体和在主室里所装的流体可以一样，也可以不一样。辅助输入管35在辅助室42内的液面以下接引至该室。另外，辅助排出管34在辅助室42的入口配置有类似于在主室1中所设置的防溅板32。

每个辅助室42a、b、c和d又分别与第三级室44a、b、c和d相联系。每个第三级室分别滑动支承着活塞43a、b、c，这些活塞分别能使第三级室44a、44b、44c和44d的容积发生变化。每个第三级室44装有与辅助室一样的热交换流体，同时借助于每个辅助室下端间的管线及加在管线中的单向阀46a、46b、46c和46d连结起来，后者保证流体分别从辅助室42到相应的第三级室44的单向流通。另外的管线及加在管线中的单向阀门45a、45b、45c和45d连结每个辅助室42和对应的第三级室，这些单向阀门保证从第三级室44到对应的辅助室42的单向流通。这管线分别把第三级室43的下端和相应的辅助室的这样一个位置连通，这位置是在辅助室内的热交换流体占有最大和最小水平面间的某一位置。这管线在辅助室的出口配有喷头54。

配有热交换流体的辅助室42的每一个用与冷器77相通的热交换螺旋管76使辅助室内导电流体易于冷却。

公用的驱动电动机72带动一对曲轴65和66而使活塞43往复运动。曲轴65带动第三级室44b和44a的活塞43b和43a，而这第三级室又与每对主室中的主室1b和1a的一个相联系。同样地，另一个曲轴66带动另一对第三级室的活塞43c和43d，而这一对第三级室又与每对主室中的另一对主室1相联系。第三级室的 活塞与其每一对相关的主室相差180°相位，同曲轴带动的活塞彼此间相差90°相位。

主室和辅助室1和42内未被导电流体占据的空间以及在热交换器31中的自由空间共同构成了引擎的工作空间。在此空间内充以惰性气体，如氦，作为工作流体。导电流体在辅助室42里液面的升降受在第三级室44里活塞43移动的影响，因此，引起冷却了的导电流体从辅助室42流至第三级室44，同时通过喷头送回到辅助室42中去，这个喷头安置在辅助室的导电流体占有的最高和最低水平面中间的某个位置上。

在运行中可认为在发电通道78中没有由于摩擦或电磁负荷而存在的损耗，同时认为主室中的一对1a和1d里的导电流体的水平面各自处在它们的最高和最低的状况，在第三级室44a和44d空间里所占的体积分别在它们的最大和最小状况。随着一个第三级室44容积减小，热交换流体进到一个辅助室42a，使在辅助室42a里的工作流体对一个热交换器31a放热，在这里的流体则吸热，然后通过输入管线23a和一个主室1a的喷射器33，再冒泡地往上通过导电流体的上部区域，产生实际上等温的膨胀。在一个主室1a里的导电流体以上处的气体压力增加的结果，迫使这里导电流体通过发电通道78进入其它的主室。这种导电流体的流动使另一个主室1d的工作流体得以通过其相应的热交换器排出而放出大量的热，同时又注入到另一个辅助室42d的冷导电液中，使这里的热平衡破坏。由另一个第三级室44d的活塞43d的运动来调节这种工作流体的注入另一个辅助室42d。这个过程将持续到导电流体分别在其主室1a和1d里占有最小和最大体积时为止。由于活塞43d的向下冲 程，第三级室44d的容积被压缩了，使在发电通道58里的导电流体反向流动。在燃烧室里产生的热将使这种往复流动继续下去，在发电通道78里这样往复流动的结果将在发电单元里产生交变电流。

实际上，发生在发电通道58里的负荷将导致主室1a和1d里导电流体的流动、活塞43a和43d的往复运动以及由此相应在各自辅助室和第三级室间导电流体的流动都滞后，滞后大约90°时做功最大，其部分供引擎工作的需要，其余部分用於外部利用。

在孤立的和全负荷的条件下，当主室有导电流体的最大体积时，在主室的工作空间中的工作流体的气体压力对克服导电流体在发电通道58＊或其他地方的流动所产生的阻力是不够的。另一方面，在导电流体通过这主室间的发电通道的流动中间时，这气体压力又远超过了能使导电流体通过发电通道78时产生所需要的速度的压力。

因为这个缘故，应用了两对互相联系的主室。运行的一对与另一对有接近90°的相位差，由此，当两对中的一对主室的一个在其工作空间有最低气压时，在另一对中的一个主室中的气体压力却是最高值。为了促使一个主室下降循环的开始，一对主室和另一对主室间就有必要装设流体管线。在主室间工作流体的流动是通过单向压差阀67、68、69和70进行控制的。这样的阀仅在这些主室间达到预定的压差时才打开（参见图六）。压差阀67、68、69和70的开启压力可以按照引擎的运行需要通过调节凸轮轴71来调整。在每对主室间通过压差阀这样来连通，使当下降循环时主室里的工作空间呈现预定的压力，以排出工作流体来保持这主室的预定的压力，这工作流体被排引至有最小气压的主室中去，这有助于下降循环的开始，在每对主室间工作流体的流动保证了导电流体通过发电通道78的速 度是正弦规律变化的。

如图二所示，发电通道78与电磁铁59相联系，其磁极在通道的两边。导电流体穿过发电 通道78时正交地切割电磁铁的磁场。还有一对电极60和61设置在由电磁线圈59所产生的磁场区域内通道的空闲的两边。这导电流体穿过磁铁59的磁场时在电极60和61间产生电动势。这样的发电通道如图五所示。这通道还可以用隔板62再进一步细分，隔板与电磁铁的磁场正交而与导电流体的流动方向平行。隔板由高导磁率的材料制成並有与导电流体绝缘的涂层。如需要隔板可以是被永久磁化的。这由隔板所限定的每条通路和与导电流体相接触的一对电极63相联系。其结果是每个通路便成为一个单独的发电单元。把电极63若干对相串联比用一对大电极可以得到更高的电压。这更高的电压是以导电流体有更高的内电阻为代价的。为了降低此电阻，导电介质可以在发电通道58＊里借助于环绕通道的冷却套64加以冷却。该冷却套置于电磁线圈的每一侧。还有，要降低热损失，对每个主室1下端和烟管65进行绝热处理，可以把主室里导电流体下部的热量隔住。（如图八所示）。为进一步减小热损失，图八中抽空的空心圆柱81安放在通到每个发电单元室的管道的直线部位上。这就相当于在整个冲程的过程内自由往复运动传递力从一方到另一方的情况下，对热量从在容室1的热金属传导到在磁流体发电通道的较冷金属设置了一道障碍。液态金属的薄膜将起润滑作用。如果液态金属是钠和锂，它在一开始就需要有流经外套64循环的热流体加以预热。如果液态金属是在室温下易熔的KNa混合液，则就没有必要进行预热。可从图八的示意图上看到带有把热力工作流体注入液态金属的装置。

如果需要，可以用在一对主室1的辅助室42之间的辅助磁流体通道78a和78b（参见图六）来代替第三级室44及其相应的活塞，用交变电源加到辅助磁流体电机的电极上，它们将起到如泵的作用，使导电流体以所需要的方式在辅助室之间往复流动。

上述实施方案避免了在以上内容中涉及到的存在于现有技术中的几个重要问题：

1.一种适合商业上使用的，只需进行最小调节的交流供电系统可被制造出来。由于用与磁力线相垂直放置的高导磁率的或永久磁化材料的隔板来把磁流体发电通道分隔成许多更小的单元，因此，磁流体发电单元的开路电压比普通的要高。

而且，由于在主室内的液态金属的往复柱段（锂、钠或NaK易熔混合物）具有低的质量密度，因此，在加有正常压力差时，工作流体将以每秒25～30次循环着，纯物质並不过多。通过调节能容易地把这个输出升高到商用频率上，得到一个25伏、三相、50～60赫的正弦电压波形的输出，使用变压器可把它升高到任何所需的最终电压值。

2.把单元中的液态金属冷却到比其熔点稍高的温度上，並始终维持一个合理的低的粘滞度，这就使磁流体发电单元的内阻损耗减少。对于目前的单向型磁流体发电机，这种选择是不适用的。边缘效应（如湍流）和湿膜损耗（Wet    ting    film    Loss）仍然存在，但用平行於磁场的隔板在邻近通道处把流动分成薄层而使前者被减至最小，同时后者不是一个重要的损耗源。

3.由于气体和液体流的速度中等，得到低的摩擦和分离损耗，並且也不存在象在两相装置中那样的高损耗部件。

4.气泡滑移不是损耗源。

5.由于只需要少量的液态金属，就降低了花费。如果钠是主要金属，这点尤为明显，因为在就体积为基础而论，它是所有金属中最便宜的。一种在室温下是液态的钠钾易熔混合物被选用在冷的柱段中，但钠钾混合物能够被一种合适的非金属热交换流体所代替。这就需提供附加的预防措施以保证无任何东西会被带到热交换器那里去。如果一种非金属热交换流体被使用，那么用磁流体电机单元作为泵的选择就会失去了。

6.由于热力工作流体是一种惰性气体（因氦有比较好的导热性而常被采用）。因为工作流体与液态金属相接触而凝结的作用所产生的损耗将不会发生。

7.在其冲程的前半部分中消耗在加速液态金属柱段的能量在其后半部分中被完全地恢复了。因为液态金属的动量被吸收在帮助压缩工作气体过程中了。换句话说，液态金属柱段被气垫减速並使之停下来，而不是被容器的盖使液态金属流停止运动，並把其动能以热的形式消耗掉，假使不出现损坏的话。

8.进气和排气阀被取消了，除了一些简单的控制阀以外，不会有阀工作在热气体之中。

9.工作流体在进入工作空间的热的或冷的区域时，被用一个控制阀装置射入液态金属，並且在离开上述区域时被从上述液态金属的表面以上处抽出。在保持接近等温地压缩和膨胀的条件下，这使得把热传入或传出气体的速率达到最大，同时使功率输出达到最大和提高了效率。

同样，在工作流体进入期间（工作流体在此处已经被含有一种循 环冷却介质的盘管所冷却），安置在用於辅助室和第三级室之间运输导电流体金属的管道中的球阀装置使液态金属从辅助室底部被抽出，並且随后在压缩期间射入液态金属表面以上的工作流体中（但不排放）。这就促进了热交换的速率，及在压缩和膨胀期间保持接近等温的条件。

10.气体渗出的可能性已经被消除了。如果用磁流体电机单元作为代替活塞的泵的选择被采用，则仍存在润滑剂渗入工作空间的可能性。如果一个机械泵装置被使用，则包括用于驱动冷导电流体金属柱段的活塞43在内的机械部分就需要使用润滑剂。在活塞的盖和液态金属之间由矿物油层起润滑作用，而液态金属也可起密封作用，把导电流体与外部介质隔绝开来。

油将渗过活塞环使冷的热交换流体移动。但这可以用工作在活塞盖和其背部之间的一台小型离心活塞泵把油压回原处的办法来经常地进行调整。

11.由核工业中使用液态钠和钾为热交换媒质已公知了封装材料的要求，这些要求也不是复杂的。结构是简单的，由大量的管料组成。基於在1073°K的液态锂的初步计算指出热效率为48%，而不计系统损耗时的卡诺效率为66%，这是工作在同样温度限度内的任何热机理论上的最大可能性。

需要指出的是，本发明的范围不限于上述实施方案的具体范围之内。