從專利角度看磁流體發電機的技術發展趨勢

代煜

摘 要 磁流體發電機（MHD）主要由帶電離子產生裝置，發電通道和磁體組成，本文從專利角度分析傳統的開環式和閉環式磁流體發電機的發電通道的整體結構，尤其具有代表性的波浪能MHD和燃煤式MHD兩個方面的技術發展路線，深入了解磁流體發電機的發展。

關鍵詞 磁流體發電機；波浪能；發電通道；燃煤式；專利分析

中圖分類號 P142 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0176-01

隨著目前人們環保意識的提高，在傳統發電形式的基礎上尋找一種可靠、環保的發電方式已經形成了一種社會共識，而磁流體發電機由于其具有可循環、低污染的特點正受到關注。目前磁流體發電機主要分類閉環和開環式，開環式主要應用在燃煤式磁流體發電機中，與傳統的火電相結合，依靠火電產生的高溫環境產生帶電離子進行發電，而閉環式磁流體發電機運用具有帶電離子的液體在磁場中的運動進行發電。

磁流體發電機為了適應不同環境，目前發展趨勢主要體現在小型化、高效率化、耐高溫、耐腐蝕等方面。

1 磁流體發電機的發電原理

磁流體發電機包括帶電離子產生裝置、發電通道、電極和磁體，帶電離子產生裝置主要通過加熱燃料、堿金屬蒸汽等形成帶電離子，另外還有閉環的帶電離子液體，上述形成的帶電離子經過發電通道，通過磁體在發電通道形成一個磁場，當高速的帶電離子經過該磁場時，會受到洛倫茲力，分別在兩個電極板上形成電壓，從而進行發電。可以看出不論是發電通道的整體結構還是其材料選擇均需要根據產生帶電離子的環境進行考慮

選擇。

2 磁流體發電機技術演進路線

磁流體發電機從應用領域、結構來進行技術演進的研究，以波浪能MHD發電機結構、燃煤型MHD發電機結構以及燃煤MHD電極3個代表性的角度進行技術演進的分析。

2.1 閉環式的發電機整體結構（以波浪能發電示例）

1991—1996為技術萌芽期，美國專利US5136173A提出了磁流體發電機包括發電通道、磁體、浮體的整體結構，并該裝置將發電通道設置在海水中進行發電的整體思路。但對于發電通道的具體結構，工質的選擇，電的傳導等方面均沒有詳細的描述。

1996—2010年為成熟期，在2005年美國專利US2005/0146140A1提出了一種漂浮式的波浪能磁流體發電機，該發電機具有以下特點：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電效率，另一方面，由于海水具有腐蝕性，往往會造成發電通道的腐蝕，對發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電通道內部的接觸，提高了裝置的耐用性；2）該發電通道的兩端采用活塞結構，波浪的上下移動推動活塞，利用活塞推動內部的磁流體液在發電通道中流動從而進行發電。該裝置較好地解決了此前磁流體發電機效率低下的技術問題，在此后的波浪能磁流體發電機的原理基本上均是按照該結構進行改進。

2010年至今，在此后的專利中，更加從各個部件的細節上進行改變來進一步提高發電機的效率，以及從磁流體發電機的易安裝性上進行改造。比如2016年，中國專利CN105720785A提出了一種將發電通道設置為S形，采用單管多段的結構，通過對磁場的合理設置，可以不斷地對磁流體液進行加速，因此提高輸出電壓。

綜上所述，波浪能磁流體發電機的整體結構變化，主要是從發電效率、安裝性能等方面入手不斷地進行

改進。

2.2 開環式的發電通道結構

在磁流體技術發展早期，氣體式磁流體發電機通常是與常規發電機聯合使用，也就是我們通常所說的燃煤式磁流體發電機，1974年美國專利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構，也稱為法拉第直線結構，該結構在保證了發電通道功率輸出的情況下，達到了通道體積減小的結果。

1995年以后，隨著新能源的發展，傳統的火電站在環境保護上具有先天缺陷，因此聯合火電廠一起設置的燃煤式磁流體發電裝置在發展動力上存在不足，在1995年以后的燃煤式磁流體發電機的專利申請數量急速下降，然而氣體式磁流體發電機在余熱利用等領域的應用前景被重視，因此在余熱利用方面的磁流體發電機申請量大增。在這個階段，發電通道的形狀呈現小型化、多樣化的趨勢，例如2005年的美國專利US2005/0140341A1中，提出了一種微燃燒器磁流體發電裝置，該裝置具有加速裝置，帶電粒子經過加速進入發電通道發電，該發電通道為入口和出口等寬，而中間部分窄的結構，使發電通道形成兩部分，在窄的部分設置有導電覆層，使負電荷在覆層內的等離子體流動方向上傳播，由此在負載中產生電流，該發電機結構較小，且發電穩定。2008年中國專利CN101123389A公開了一種利用汽車尾氣產生的高溫進行磁流體發電的裝置，該發電通道整體構造和之前的燃煤式磁流體發電機結構相似，但尺寸大大降低。因此我們將1995年以后的磁流體發電通道技術成為拓展期。可見開環式主要從帶電離子的加速上以及通道的小型化方向進行研究。

3 結論

從本文對磁流體發電技術的分析可知，不論是開環還是閉環式，磁流體發電已經從過去的大型發電結構逐漸小型化、高效率化從而進入了我們的生活中，例如工業余熱發電、汽車尾氣發電等。

參考文獻

[1]王索金.汽車尾氣磁流體發電技術研究[J].太原：中北大學，2010.

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