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摘 要 磁流体发电机（MHD）主要由带电离子产生装置，发电通道和磁体组成，本文从专利角度分析传统的开环式和闭环式磁流体发电机的发电通道的整体结构，尤其具有代表性的波浪能MHD和燃煤式MHD两个方面的技术发展路线，深入了解磁流体发电机的发展。
关键词 磁流体发电机；波浪能；发电通道；燃煤式；专利分析
中图分类号 P142 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0176-01
随着目前人们环保意识的提高，在传统发电形式的基础上寻找一种可靠、环保的发电方式已经形成了一种社会共识，而磁流体发电机由于其具有可循环、低污染的特点正受到关注。目前磁流体发电机主要分类闭环和开环式，开环式主要应用在燃煤式磁流体发电机中，与传统的火电相结合，依靠火电产生的高温环境产生带电离子进行发电，而闭环式磁流体发电机运用具有带电离子的液体在磁场中的运动进行发电。
磁流体发电机为了适应不同环境，目前发展趋势主要体现在小型化、高效率化、耐高温、耐腐蚀等方面。
1 磁流体发电机的发电原理
磁流体发电机包括带电离子产生装置、发电通道、电极和磁体，带电离子产生装置主要通过加热燃料、碱金属蒸汽等形成带电离子，另外还有闭环的带电离子液体，上述形成的带电离子经过发电通道，通过磁体在发电通道形成一个磁场，当高速的带电离子经过该磁场时，会受到洛伦兹力，分别在两个电极板上形成电压，从而进行发电。可以看出不论是发电通道的整体结构还是其材料选择均需要根据产生带电离子的环境进行考虑
选择。
2 磁流体发电机技术演进路线
磁流体发电机从应用领域、结构来进行技术演进的研究，以波浪能MHD发电机结构、燃煤型MHD发电机结构以及燃煤MHD电极3个代表性的角度进行技术演进的分析。
2.1 闭环式的发电机整体结构（以波浪能发电示例）
1991—1996为技术萌芽期，美国专利US5136173A提出了磁流体发电机包括发电通道、磁体、浮体的整体结构，并该装置将发电通道设置在海水中进行发电的整体思路。但对于发电通道的具体结构，工质的选择，电的传导等方面均没有详细的描述。
1996—2010年为成熟期，在2005年美国专利US2005/0146140A1提出了一种漂浮式的波浪能磁流体发电机，该发电机具有以下特点：1）磁流体液封闭，把磁流体液与海水隔开，大大提高了磁流体液的密度，一方面大大地提高了发电效率，另一方面，由于海水具有腐蚀性，往往会造成发电通道的腐蚀，对发电通道的材料制造形成了比较大的困难，而采用该方式避免了海水与磁流体发电通道内部的接触，提高了装置的耐用性；2）该发电通道的两端采用活塞结构，波浪的上下移动推动活塞，利用活塞推动内部的磁流体液在发电通道中流动从而进行发电。该装置较好地解决了此前磁流体发电机效率低下的技术问题，在此后的波浪能磁流体发电机的原理基本上均是按照该结构进行改进。
2010年至今，在此后的专利中，更加从各个部件的细节上进行改变来进一步提高发电机的效率，以及从磁流体发电机的易安装性上进行改造。比如2016年，中国专利CN105720785A提出了一种将发电通道设置为S形，采用单管多段的结构，通过对磁场的合理设置，可以不断地对磁流体液进行加速，因此提高输出电压。
综上所述，波浪能磁流体发电机的整体结构变化，主要是从发电效率、安装性能等方面入手不断地进行
改进。
2.2 开环式的发电通道结构
在磁流体技术发展早期，气体式磁流体发电机通常是与常规发电机联合使用，也就是我们通常所说的燃煤式磁流体发电机，1974年美国专利US3854061A提出了一种从磁流体通道从入口到出口宽度逐渐增大的结构，也称为法拉第直线结构，该结构在保证了发电通道功率输出的情况下，达到了通道体积减小的结果。
1995年以后，随着新能源的发展，传统的火电站在环境保护上具有先天缺陷，因此联合火电厂一起设置的燃煤式磁流体发电装置在发展动力上存在不足，在1995年以后的燃煤式磁流体发电机的专利申请数量急速下降，然而气体式磁流体发电机在余热利用等领域的应用前景被重视，因此在余热利用方面的磁流体发电机申请量大增。在这个阶段，发电通道的形状呈现小型化、多样化的趋势，例如2005年的美国专利US2005/0140341A1中，提出了一种微燃烧器磁流体发电装置，该装置具有加速装置，带电粒子经过加速进入发电通道发电，该发电通道为入口和出口等宽，而中间部分窄的结构，使发电通道形成两部分，在窄的部分设置有导电覆层，使负电荷在覆层内的等离子体流动方向上传播，由此在负载中产生电流，该发电机结构较小，且发电稳定。2008年中国专利CN101123389A公开了一种利用汽车尾气产生的高温进行磁流体发电的装置，该发电通道整体构造和之前的燃煤式磁流体发电机结构相似，但尺寸大大降低。因此我们将1995年以后的磁流体发电通道技术成为拓展期。可见开环式主要从带电离子的加速上以及通道的小型化方向进行研究。
3 结论
从本文对磁流体发电技术的分析可知，不论是开环还是闭环式，磁流体发电已经从过去的大型发电结构逐渐小型化、高效率化从而进入了我们的生活中，例如工业余热发电、汽车尾气发电等。
参考文献
[1]王索金.汽車尾气磁流体发电技术研究[J].太原：中北大学，2010.
[2]倪秋芽.高性能磁流体发电机发电通道的工程问题[J].电工电能新技术，1998（3）：30-34.
[3]刘传博.磁流体（MHD）发电通道绝缘材料的新发展[J].材料科学与工程，1993（4）：60-64.
关键词 磁流体发电机；波浪能；发电通道；燃煤式；专利分析
中图分类号 P142 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0176-01
随着目前人们环保意识的提高，在传统发电形式的基础上寻找一种可靠、环保的发电方式已经形成了一种社会共识，而磁流体发电机由于其具有可循环、低污染的特点正受到关注。目前磁流体发电机主要分类闭环和开环式，开环式主要应用在燃煤式磁流体发电机中，与传统的火电相结合，依靠火电产生的高温环境产生带电离子进行发电，而闭环式磁流体发电机运用具有带电离子的液体在磁场中的运动进行发电。
磁流体发电机为了适应不同环境，目前发展趋势主要体现在小型化、高效率化、耐高温、耐腐蚀等方面。
1 磁流体发电机的发电原理
磁流体发电机包括带电离子产生装置、发电通道、电极和磁体，带电离子产生装置主要通过加热燃料、碱金属蒸汽等形成带电离子，另外还有闭环的带电离子液体，上述形成的带电离子经过发电通道，通过磁体在发电通道形成一个磁场，当高速的带电离子经过该磁场时，会受到洛伦兹力，分别在两个电极板上形成电压，从而进行发电。可以看出不论是发电通道的整体结构还是其材料选择均需要根据产生带电离子的环境进行考虑
选择。
2 磁流体发电机技术演进路线
磁流体发电机从应用领域、结构来进行技术演进的研究，以波浪能MHD发电机结构、燃煤型MHD发电机结构以及燃煤MHD电极3个代表性的角度进行技术演进的分析。
2.1 闭环式的发电机整体结构（以波浪能发电示例）
1991—1996为技术萌芽期，美国专利US5136173A提出了磁流体发电机包括发电通道、磁体、浮体的整体结构，并该装置将发电通道设置在海水中进行发电的整体思路。但对于发电通道的具体结构，工质的选择，电的传导等方面均没有详细的描述。
1996—2010年为成熟期，在2005年美国专利US2005/0146140A1提出了一种漂浮式的波浪能磁流体发电机，该发电机具有以下特点：1）磁流体液封闭，把磁流体液与海水隔开，大大提高了磁流体液的密度，一方面大大地提高了发电效率，另一方面，由于海水具有腐蚀性，往往会造成发电通道的腐蚀，对发电通道的材料制造形成了比较大的困难，而采用该方式避免了海水与磁流体发电通道内部的接触，提高了装置的耐用性；2）该发电通道的两端采用活塞结构，波浪的上下移动推动活塞，利用活塞推动内部的磁流体液在发电通道中流动从而进行发电。该装置较好地解决了此前磁流体发电机效率低下的技术问题，在此后的波浪能磁流体发电机的原理基本上均是按照该结构进行改进。
2010年至今，在此后的专利中，更加从各个部件的细节上进行改变来进一步提高发电机的效率，以及从磁流体发电机的易安装性上进行改造。比如2016年，中国专利CN105720785A提出了一种将发电通道设置为S形，采用单管多段的结构，通过对磁场的合理设置，可以不断地对磁流体液进行加速，因此提高输出电压。
综上所述，波浪能磁流体发电机的整体结构变化，主要是从发电效率、安装性能等方面入手不断地进行
改进。
2.2 开环式的发电通道结构
在磁流体技术发展早期，气体式磁流体发电机通常是与常规发电机联合使用，也就是我们通常所说的燃煤式磁流体发电机，1974年美国专利US3854061A提出了一种从磁流体通道从入口到出口宽度逐渐增大的结构，也称为法拉第直线结构，该结构在保证了发电通道功率输出的情况下，达到了通道体积减小的结果。
1995年以后，随着新能源的发展，传统的火电站在环境保护上具有先天缺陷，因此联合火电厂一起设置的燃煤式磁流体发电装置在发展动力上存在不足，在1995年以后的燃煤式磁流体发电机的专利申请数量急速下降，然而气体式磁流体发电机在余热利用等领域的应用前景被重视，因此在余热利用方面的磁流体发电机申请量大增。在这个阶段，发电通道的形状呈现小型化、多样化的趋势，例如2005年的美国专利US2005/0140341A1中，提出了一种微燃烧器磁流体发电装置，该装置具有加速装置，带电粒子经过加速进入发电通道发电，该发电通道为入口和出口等宽，而中间部分窄的结构，使发电通道形成两部分，在窄的部分设置有导电覆层，使负电荷在覆层内的等离子体流动方向上传播，由此在负载中产生电流，该发电机结构较小，且发电稳定。2008年中国专利CN101123389A公开了一种利用汽车尾气产生的高温进行磁流体发电的装置，该发电通道整体构造和之前的燃煤式磁流体发电机结构相似，但尺寸大大降低。因此我们将1995年以后的磁流体发电通道技术成为拓展期。可见开环式主要从带电离子的加速上以及通道的小型化方向进行研究。
3 结论
从本文对磁流体发电技术的分析可知，不论是开环还是闭环式，磁流体发电已经从过去的大型发电结构逐渐小型化、高效率化从而进入了我们的生活中，例如工业余热发电、汽车尾气发电等。
参考文献
[1]王索金.汽車尾气磁流体发电技术研究[J].太原：中北大学，2010.
[2]倪秋芽.高性能磁流体发电机发电通道的工程问题[J].电工电能新技术，1998（3）：30-34.
[3]刘传博.磁流体（MHD）发电通道绝缘材料的新发展[J].材料科学与工程，1993（4）：60-64.