一种环状液态金属磁流体发电系统及方法

【】本发明涉及液体金属磁流体发电，尤其涉及一种环状液态金属磁流体发电系统及方法。

背景技术

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背景技术：

1、随着经济和科技的日益进步，一系列的能源问题也逐渐凸显。能源浪费的源头之一来源于余热，工业余热排放量大的行业如水泥、钢铁、陶瓷、有色金属等，排放的这些余热占各过程总能量的一半以上。正是由于这些余热的大量排放，正在恶化着我们人类的生存环境，如何减少和利用好这些余热是我们人类当前面临的重要能源问题之一。液态金属磁流体发电技术可以有效利用大部分的工业余热，不仅符合当今我国节能减排、低碳环保的潮流，而且对于高效利用国家能源具有重要的科学意义。

2、在室温或者温度较低时，铁磁相变材料处于铁磁性状态，磁性材料内的磁矩会沿着外加磁场方向规则排布，将磁热材料进行加热，材料温度迅速上升并高于其居里温度，此时其内部的磁矩会由原来的规则排列状态变为无序排列，相应地，磁热材料会由铁磁性转变为顺磁性；之后将铁磁材料进行冷却，材料开始降温直到温度低于其居里温度，此时其内部的磁矩又会由无序排列状态恢复为有序排列，铁磁材料再次表现为铁磁性。

3、液态金属磁流体发电主要基于法拉第电磁感应定律，利用导电流体在磁场中的流动切割磁感线来产生电能，与常规的线圈式发电机不同的是，磁流体发电机是导电流体切割磁感线而不是线圈绕组内的磁通量变化。液态金属磁流体中的磁性颗粒具有显著的铁磁相变，在低温时处于铁磁性从而被磁铁吸引，但是在高温时处于顺磁性从而脱离磁铁的吸引，因此通过液态金属中磁性颗粒不断被磁铁吸引和脱离吸引，从而使得液态金属磁流体在环状流道内产生流动，流动过程中会切割磁铁的磁感线，由法拉第的电磁感应定律可知，磁场中的导体在垂直于磁场的方向运动时，就在磁场和导体运动的正交方向上产生电场。如果联结成回路，则将在电场方向上产生电流。

4、液态金属磁流体发电机相比传统的发电方式来说，更加节能环保、无污染，且能回收大量的余热，符合可持续发展的理念。此外，液态金属具有导电率高，比热大，热源温度要求不高等优点，同时液态金属还是核反应堆中常用的冷却剂，以液态金属为流动工质的磁流体发电系统有着以下优点：(1)液态金属磁流体发电通道没有运动的机械部件，因此可以使发电机的设计更加简单，并且减少系统的成本，提高稳定性；(2)可选择的热源范围很大，既可以是常见的煤、石油、天然气等，也可以是核能，还可以利用做功能力较差的热源，比如工业废热、太阳能甚至体温热能。(3)可以将不同相变温度的磁性颗粒进行级联，从而扩大发电温区，同时联合循环可以提高系统的效率。

5、因此，有必要研究一种环状液态金属磁流体发电系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、有鉴于此，本发明提供了一种环状液态金属磁流体发电系统及方法，通过在极板两端连接外部负载形成回路，电压和温度的数据由数据采集模块进行收集和存储，从而实现将热能转化为电能的目的。

2、一方面，本发明提供一种环状液态金属磁流体发电系统，所述发电系统包括：

3、绝缘通道，用于提供液态金属磁流体进行磁转变和流动，所述绝缘通道为环形；

4、磁铁模块，用于提供稳定磁场并吸引液态金属磁流体，所述磁铁模块位于绝缘通道上方，磁场方向垂直于液态金属磁流体的运动方向；

5、电极模块，用于当液态金属磁流体在切割磁铁模块提供的磁场的磁感应线时，形成电势差，极板方向与磁场方向和液态金属磁流体的运动方向均相互垂直；

6、数据采集模块，用于采集电极模块的电压数据以及绝缘通道和液态金属磁流体的温度数据。

7、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述绝缘通道包括液态金属磁流体、绝缘圆环、热端贴片和冷端贴片，所述液态金属磁流体位于绝缘圆环内，热端贴片和冷端贴片对称设置在绝缘圆环上。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述绝缘圆环包括外圆环、内圆环和环形流道，外圆环和内圆环同心圆设置，所述环形流道设置在外圆环和内圆环之间，所述环形流道具有容纳空间，所述液态金属磁流体位于环形流道的容纳空间内，所述冷端贴片位于环形流道上，所述热端贴片贴置于内圆环靠近环形流道一侧的内壁上，所述外圆环和内圆环厚度均大于环形流道厚度。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述冷端贴片为开口结构，开口方向朝向热端贴片方向。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述磁铁模块包括磁铁和磁铁支架，所述磁铁支架包括容置凹槽、连接片和四个支架腿，所述四个支架腿插置于绝缘通道内，所述连接片包覆于外圆环外侧，所述磁铁设置于容置凹槽内，所述容置凹槽通过连接片连接四个支架腿。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极模块包括两块对称设置的极板，两块极板均设置在环形流道内，液态金属磁流体在两块极板之间流动。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数据采集模块包括数据收集装置、温度传感器和电压传感器，所述电压传感器连接电极模块，所述温度传感器连接液态金属磁流体、热端贴片和冷端贴片，所述数据收集装置同时连接温度传感器和电压传感器。

13、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述液态金属磁流体为液态金属和磁性纳米颗粒的混合物，其中，液态金属的熔点低于室温，磁性纳米颗粒具有铁磁相变且居里温度位于热源和冷源的温度之间。

14、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述热端贴片和冷端贴片均具有导热性，且热端贴片和冷端贴片在靠近液态金属磁流体一侧均涂覆有绝缘介质。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种环状液态金属磁流体发电方法，所述发电方法通过在所述的发电系统的热端贴片处提供热源和在冷端贴片处提供冷源进行发电。

16、与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

17、1)：本发明通过提供一种环状液态金属磁流体发电系统，该发电系统中导电流体在切割磁感线时，其中的正离子和电子由于受到洛伦兹力的作用分别向极板的两侧聚集，最后在两侧极板产生电势差，通过在极板两端连接外部负载形成回路，电压和温度的数据由数据采集模块进行收集和存储，从而实现将热能转化为电能的目的；

18、2)：本发明设计简单，成本较低的同时还具有较好的稳定性；

19、3)：本发明可选择的热源范围很大，既可以是常见的煤、石油、天然气等，也可以是核能，还可以利用做功能力较差的热源，比如工业废热、太阳能甚至体温热能；

20、4)：本发明可以将不同相变温度的磁性颗粒进行级联，从而扩大发电温区，同时联合循环可以提高系统的效率。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。