一种双流体发电装置的制作方法

本发明涉及热力发电技术领域，尤其涉及一种双流体发电装置。

背景技术：

液态金属磁流体LMMHD(Liquid Metal Magnetohydrodynamic)发电是根据法拉第电磁感应原理，利用液态金属导电流体在流动过程中切割磁感线产生电流进行发电。发电过程中主要的能量转换过程为：将机械能转换为电能。

由于液态金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，且具有流动性，因而可以使发电装置做得很小，并可以实现快速、高效的能量转换，与传统的发电方式相比具有实质性的进步。然而，驱动液态金属存在一定的技术难度。目前，驱动液态金属切割磁感线运动的方式主要为：利用气体驱动固体活塞，使液态金属在固体活塞的推动下运动，切割磁感线产生电流。然而，在使用固体活塞驱动液态金属运动的过程中，活塞会与液态金属的发电通道壁发生摩擦，增加发电装置的能耗，影响发电装置的发电效率。

技术实现要素：

为了降低发电装置的能耗，提高发电装置的发电效率，本发明提供了一种双流体发电装置。

第一方面，本发明提供了一种双流体发电装置，包括：流体容器、液体驱动工质、液态金属、第一电极、第二电极、磁体和加热装置；

所述流体容器为电绝缘材料制成的密封容器，所述液体驱动工质和所述液态金属盛放在所述流体容器中；

所述加热装置与所述液体驱动工质的位置关系为：当所述加热装置启动时，所述液体驱动工质在所述加热装置的加热作用下发生膨胀或者沸腾；

所述磁体设置在所述流体容器的外壁上，所述磁体与所述流体容器的位置关系为：当所述液态金属在所述流体容器中运动时，所述液态金属切割所述磁体的磁感线；

所述液体驱动工质与所述液态金属的总体积小于所述流体容器的容积；

所述第一电极与所述第二电极相对，分别设置在所述流体容器的内壁上，所述第一电极和所述第二电极在所述流体容器内壁上的位置为：当所述液态金属切割所述磁体的磁感线产生感应电流时，所述第一电极与所述第二电极导出所述感应电流。

进一步的，所述流体容器的空腔中未填充所述液体驱动工质和所述液态金属的部分为真空。

进一步的，所述磁体为永久磁体。

进一步的，所述磁体与所述流体容器的位置关系为：当所述液态金属在所述流体容器中运动时，所述液态金属垂直切割所述磁体的磁感线。

进一步的，所述液态金属为镓、或水银；

所述液体驱动工质为氟化液FC-87。

进一步的，所述流体容器由柔性材料制成。

进一步的，所述加热装置为电加热器、光加热器或者燃料加热器。

进一步的，所述第一电极和所述第二电极均为铜电极。

第二方面，本发明提供了一种发电机组包括：

第一方面中所述的双流体发电装置。

本发明提供的双流体发电装置，通过加热液体驱动工质使其发生膨胀或者产生蒸汽，驱动液态金属作切割磁体的磁感线的运动，从而产生感应电流。并利用第一电极和第二电极将产生的感应电流引出。由于液态驱动工质具有自润滑能力，其与流体容器的内壁的摩擦阻力几乎为零，从而能够降低发电装置的能耗，提高发电效率。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的双流体发电装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的双流体发电装置工作时的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的流体容器为环形结构的双流体发电装置的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的流体容器为环形结构的双流体发电装置的横截面的结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的流体容器为螺旋型结构的双流体发电装置的结构示意图；

图6为本发明第三实施例提供的流体容器为螺旋型结构的双流体发电装置的横截面的结构示意图；

图7为本发明第四实施例提供的发电机组的结构示意图；

图8为本发明第四实施例提供的发电机组的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的第一实施例提供了一种双流体发电装置，如图1所示，包括：

流体容器1、第一电极2、第二电极3、磁体4、液态金属5、液体驱动工质6和加热装置7；流体容器1为电绝缘材料制成的密封容器，液体驱动工质6和液态金属5盛放在流体容器1中；液态金属5与液体驱动工质6接触；加热装置7与液体驱动工质6的位置关系为：当加热装置7启动时，液体驱动工质6在加热装置7的加热作用下发生膨胀或者沸腾；磁体4设置在流体容器1的外壁上，磁体4与流体容器1的位置关系为：当液态金属5在流体容器1中运动时，液态金属5切割磁体4的磁感线；液体驱动工质6与液态金属5的总体积小于流体容器1的容积；第一电极2与第二电极3相对，分别设置在流体容器1的内壁上，第一电极2和第二电极3在流体容器1内壁上的位置为：当液态金属5切割磁体4的磁感线产生感应电流时，第一电极2与第二电极3导出所述感应电流。

如图2所示，当加热器装置7启动时，液体驱动工质6受热发生膨胀或者沸腾。当液体驱动工质6沸腾时会产生大量气泡和蒸汽。液态金属5在液体驱动工质6的膨胀的推动作用下，或者在气泡和蒸汽的脉动冲击下在流体容器1中向上运动。当驱动液态金属5到达流体容器1的顶部时，在重力的作用下落回到底部，之后再次在液体驱动工质6的推动作用下在流体容器1中向上运动，如此液态金属5不断地作向上和落回的往复运动，在运动过程中切割磁体4的磁感线产生交流电流。第一电极2与第二电极3将产生的交流电流导出。

本发明提供的双流体发电装置，通过加热液体驱动工质6驱动液态金属5在流体容器1中向上运动；当驱动液态金属5到达流体容器1的顶部时，在重力的作用下落回底部，之后再次在液体驱动工质6驱动作用下在流体容器1中向上运动，如此液态金属5不断地作向上和落回的往复运动，在运动过程中切割磁体4的磁感线产生交流电流，并利用第一电极2与第二电极3将其导出。液态驱动工质6起到了柔性活塞的作用。由于液态驱动工质6具有自润滑能力，其与流体容器1的内壁的摩擦阻力几乎为零，从而能够降低发电装置的能耗，提高发电效率。此外，本发明提供的双流体发电装置能够实现原动机与发电机的一体化，提高发电装置结构的简易性与运行的可靠性。本装置无机械转动部件，因此不易损坏，性能稳定，可以与各种流动管路相结合，以实现更加复杂的流动和发电功能。

在具体实施时，流体容器1的横截面可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形或者其他多边形。第一电极2和第二电极3的关系可以为平行关系。第一电极2和第二电极3可以对称紧贴在流体容器1的内壁上。加热装置7可以设置在流体容器1的底部的外部，也可以设置在流体容器1底部的内部，然而将加热装置7设置在流体容器1的底部的外部可以避免加热装置7受液体驱动工质6的影响。

在具体实施时，流体容器1可以为耐热的电绝缘材料，其在液体驱动工质6的沸点以上可以保持耐热性能。在具体实施时，流体容器1可以为玻璃、耐热塑料、环氧树脂、二氧化硅或者聚四氟乙烯。液态金属5可以为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、水银和其他低熔点的金属或其合金。液体驱动工质6可以为氟化液FC-87、氟化液FC-72和氟化液R-113，或者其他低沸点的流体。FC-87的沸点为30℃，FC-72的沸点56℃为，R-113的沸点为48℃。由于液态金属5的密度一般都比较大，为了使液体驱动工质6更容易驱动液态金属5，液态金属5的体积可以小于液体驱动工质6的体积。

在具体实施时，流体容器1的空腔中未填充液体驱动工质6和液态金属5的部分为真空。

如此设计的好处在于，不但可以避免液态金属5被空气中的氧气氧化，而且可以减小液态金属5在流体容器1中运动时的阻力。

在具体实施时，磁体4为永久磁体。

在具体实施时，磁体4可以为钕铁硼磁体、铁氧体磁体、钴镍磁体、纳米钕铁硼磁体、纳米铁氧体磁体、纳米钴镍磁体、铁磁体、钴磁体，或者镍磁体。

如此设计的好处在于，可以增加发电装置的稳定性，延长其使用寿命。

在具体实施时，磁体4与流体容器1的位置关系可以为：当液态金属5在液体驱动工质6的膨胀或者蒸汽的推动作用下作切割磁体4的磁感线的运动时，液态金属5垂直切割磁体4的磁感线。

如此设计的好处在于，可以使液态金属5作切割磁体4的磁感线的运动时的磁通量的变化量达到最大，产生更多的感应电流，提高发电效率。

在具体实施时，液态金属5可以为镓或水银；

液体驱动工质6可以为氟化液FC-87。

常温下镓和水银为液态。如此设计的好处在于，在人体温度范围内发电装置便可发电，从而能够实现便携式可穿戴发电设备。

在具体实施时，流体容器1可以由柔性材料制成。

如此设计的好处在于，可以实现柔性发电机。

在具体实施时，加热装置7可以为电加热器、光加热器、燃料加热器或者其他形式的加热器。当加热装置7为电加热器时，可以采用电阻丝或者电热丝实现对液体驱动工质6的加热。当加热装置7为光加热器时，可以为采用聚光器和跟踪系统组成的太阳能加热器。

如此设计的好处在于，可以将不同形式的能量转换成电能，能够增加双流体发电装置的应用范围，此外，还可以扩大其工作范围，使其可以适用于低品位预热利用或工业发电领域。

在具体实施时，第一电极2和第二电极3可以均为铜电极。在具体实施时，第一电极2和第二电极3也可以为其他材料制成的电极，例如用金、银、钛、镍等金属或者石墨等导电材料制备第一电极2和第二电极3。

本发明的第二实施例提供了流体容器1为环形结构的双流体发电装置。如图3所示，环形结构的流体容器1，包括：第一表面11、第二表面12、第一环形壁13、第二环形壁14。第一表面11和第二表面12上都设有磁体4。流体容器1内腔的横截面为圆形、椭圆形、矩形、三角形，或者其他多边形。第一电极2和第二电极3都为环形电极。第一电极2设置在流体容器1内，具体设置在第一环形壁13的内侧上，第二电极3设置在流体容器1内，具体设置在第二环形壁14的内侧上。加热装置7设置在流体容器1的外部，具体可以设置在第一环形壁13的外侧上，也可以设置在第二环形壁14的外侧上。

如图4所示，当加热装置7启动时，液体驱动工质6受热发生膨胀或者沸腾。当液体驱动工质6沸腾时会产生大量气泡和蒸汽，液态金属5在液体驱动工质6的膨胀的推动作用下，或者在气泡和蒸汽的脉动冲击下在流体容器1中作圆周运动，并在运动过程中切割磁体4的磁感线产生感应电流。第一电极2与第二电极3将产生的感应电流导出。

本发明的第三实施例提供了流体容器1为螺旋型结构的双流体发电装置，如图5所示。磁体4为磁棒。流体容器1缠绕在磁体4上。加热装置7设置在流体容器1的外壁上。

在具体实施时，可以将流体容器1直接制作成螺旋型结构，也可以使用柔性材料制备流体容器1，然后将流体容器2绕成螺旋型。

如图6所示，当液态金属5在液体驱动工质6的驱动下由流体容器1底部向上运动时，切割磁感线，产生感应电流。当液态金属5到达流体容器1的顶部后，在重力的作用下回落，再次切割磁感线。如此液态金属5不断地作向上和落回的往复运动，在运动过程中切割磁体4的磁感线产生感应电流。第一电极2与第二电极3将产生的感应电流导出。

本发明的第四实施例提供了一种发电机组，如图7所示，包括：基板9和上述任一实施例中所述的双流体发电装置。在具体实施时，该发电机组包括的所述双流体发电装置的数量可以为一个或者多个。如图8所示，流体容器1的横截面可以为圆形，流体容器1可以在基板1上以阵列的方式分布。磁体4设置在流体容器1的两侧。

在具体实施时，各个双流体发电装置之间的关系可以为串联，如此可以增加发电容量，为需要高电压的用电设备提供电能。在具体实施时，各个双流体发电装置之间的关系可以为：存在预设数量的双流体发电装置的关系为串联。如此设计的好处在于，可以根据需要同时为多个用电设备供电。在具体实施时，双流体发电装置在基板9上的分布方式以及数量可以视情况而定。在具体实施时，增加双流体发电装置的数量也可以增加发电容量。在具体实施时，液体驱动工质6可以为沸点接近人体体表温度的流体，例如氟化液FC-87，如此可以将该发电机组制作成做成可穿戴的体表发电机组，为人们的用电提供方便。在具体实施时。可以采用玻璃、耐热塑料、环氧树脂、二氧化硅或者聚四氟乙烯等电绝缘材料制备基板1，加热装置7可以为太阳能加热器，如此不但可以随时随地为用户提供电能，而且更加环保。在具体实施时，可以将该发电机组应用在手机旅行充电器中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。