根据电磁感应原理,用导电流体(气体或液体)与磁场相对运动而发电。
导电流体在通道中横越磁场B流过时,由于电磁感应而在垂直于磁场和流速的方向上感生出一个电场E,如把导电流体与外负载相接,导电流体中的能量就可直接转换成电能,向外输出(图1)。这样能省去普通发电机组中某些能量转换的中间过程,因此这种发电又称磁流体直接发电,在这种发电装置中主要部件是发电通道、电极和磁场。
图1 磁流体发电装置示意图
装置类型 按照电流由导电流体中引出的方式,发 电装置可分为传导式和感应式两种。在传导式发电器中,电流是通过发电通道两侧的电极引出的;在感应式发电器中,没有电极,电流直接由磁场绕组输出。按照输出 电流的类别,发电装置可分为交流和直流两种。根据工作介质在装置中是一次使用还是在系统中循环使用,发电装置可分为开式和闭式两种。根据发电通道几何形状的不同,发电装置可分为直线型、涡旋型和径向外流型等几种。下面介绍两种装置:
①开式循环直线型磁流体发电装置这种发电装置中的工作介质是温度2500~3500开的高温电离气体,即等离子体。在连续电极的直线型发电装置中(图2a),如果平均电子碰撞频率比电子在磁场中的回旋频率大得多,则当等离子体横越磁场时,就感生出一个同磁场和流速相垂直的电场,但当等离子体密度较低,电子在磁场中的回旋频率相当于或甚至大于平均电子碰撞频率时,电子在磁场中就沿曲线运动。这一现象称为霍耳效应,由此产生的垂直于电场的电流称为霍耳电流。电子回旋频率ω与平均电子碰撞频率1/t之比ωt称为霍耳系数,它表征霍耳效应的大小,在物理意义上相当于存在磁场时一个电子在两次碰撞间转过的弧度,也相当于沿等离子体流动方向的霍耳电流与平行于电场方向的电流之比。在连续电极发电装置中,由于出现霍耳电流(损耗电流),平行于电场的电流要降低为原值的。为了减小霍耳电流,通常采用分段电极(图2b),也可直接利用霍耳电流来代替平行于电场的电流,从而成为霍耳发电装置(图2c)。近年来又在此基础上发展出斜框式通道的发电装置。使用开式循环磁流体发电装置可减少环境污染,特别对含硫较高的矿物燃料,由于在燃烧室中“种子” 碳酸钾几乎完全离解,在发电装置的通道下游,通过化学反应复合成硫酸钾,从而显著降低二氧化硫的排放量。