阅读说明：本技术 一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置 (Solid-state ionization seed injection device for high-efficiency magnetohydrodynamic power generation technology ) 是由 高岭 王卫民 张百灵 惠晓晖 陈小林 李博 陈威仰 王阳 于 2019-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置,包括气源装置、减压阀、减压阀出口管路、止回管路、增压管路、分压管路、电离种子输出管路、固态电离种子储存箱、电离种子注入喷管,所述气源装置通过增压管路与固态电离种子储存箱连接；所述气源装置通过止回管路与电离种子注入喷管连接且电离种子注入喷管伸入燃气发生器；所述固态电离种子储存箱通过电离种子输出管路与电离种子注入喷管连接。本发明采用固态电离种子注入装置,可以有效避免OH<Sup>-</Sup>和O、H原子的存在,防止OH<Sup>-</Sup>和O、H原子对电子的吸附,从而提高电导率的数值。(The invention relates to a solid-state ionization seed injection device for a high-efficiency magnetohydrodynamic power generation technology, which comprises an air source device, a pressure reducing valve outlet pipeline, a non-return pipeline, a pressurization pipeline, a pressure dividing pipeline, an ionization seed output pipeline, a solid-state ionization seed storage box and an ionization seed injection spray pipe, wherein the air source device is connected with the solid-state ionization seed storage box through the pressurization pipeline; the gas source device is connected with the ionized seed injection spray pipe through a non-return pipeline, and the ionized seed injection spray pipe extends into the fuel gas generator; the solid-state ionized seed storage box is connected with the ionized seed injection spray pipe through the ionized seed output pipeline. The invention adopts the solid ionization seed injection device, and can effectively avoid OH ‑ And O, H atoms, preventing OH ‑ And O, H adsorption of electrons by atoms, thereby increasing the value of conductivity.)

一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，尤其涉及一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置。

背景技术

磁流体发电是一种直接将热能转化为电能的新型发电方式，其工作原理为法拉第电磁感应定律，它是利用导电流体在磁场中高速运动时切割磁力线产生的感应电动势进行能量的转换，由于无需机械转换环节，减少了能量转换环节造成的损失，提高了能量利用率，有时也称之为“直接发电”，“磁流体发电”或者“等离子体发电”。磁流体发电是由导电的流体切割磁感线发电，而普通发电机是金属导体切割磁感线发电。因此，磁流体发电无需进行热能向金属导体动能的转换，能量损失较少，可实现高效率发电。

目前，由于非平衡电离技术还不太成熟，采用非平衡电离磁流体功率提取无法满足航空航天领域的要求；平衡电离技术相对来说比较成熟，只需要满足一定的温度要求(2500K)即可通过添加电离种子的方式产生提取一定电能所需电导率的要求，特别是当飞行速度足够高或者燃烧室温度足够高的情况下，平衡电离磁流体功率提取的优点尤为明显。随着轻质碳纳米管的研制成功，制约平衡电离磁流体功率提取技术在航空航天领域应用的磁体问题有望解决。

开展磁流体技术的研究必须使磁场中运动着的流体具有一定的电导率，普通的气体，当温度达到6000K才开始发生微弱的电离，这么高的温度是一般碳氢燃料燃烧所不可能达到的。为了使气体具有进行磁流体技术研究所需要的电导率，多采用向流体中注入电离电位较低的碱金属或碱金属盐类物质作为电离种子，如K₂CO₃，CsCO₃，NaK等，但是随电离种子一起进入到燃烧室的水会严重影响电导率的水平，直接制约磁流体发电效率。

目前，一般以电离种子水溶液的方式将电离种子注入到燃气发生器中，这种方式可以在一定程度上解决电离种子的注入问题。但是在高温条件下水蒸汽会分解出一定量的OH^-，根据已有资料可知，OH^-是负电性物质，它从两个方面影响电离气体中电子的浓度。一是吸附电子，组成OH^-负离子，减少由热电离所产生的自由电子的数目，从而直接影响电离气体的电导率；二是和K₂CO₃分解出来的钾原子还原重新化合成KOH，减少气体中可以电离的钾原子的数目，以致间接影响电离气体的电导率。此外，除去OH^-，还存在一定量的O、H原子，后两者对电子也有一定的吸附作用，会降低电导率的数值。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种可以有效避免OH^-和O、H原子的存在，用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置。

一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置，包括气源装置、减压阀、减压阀出口管路、止回管路、增压管路、分压管路、电离种子输出管路、固态电离种子储存箱和电离种子注入喷管，

所述气源装置的出口与减压阀连接，且减压阀出口管路分别与增压管路、止回管路的入口连接；

所述固态电离种子储存箱的一端与增压管路的出口连接且其另一端通过电离种子输出管路与止回管路连接；电离种子输出管路一端与固态电离种子储存箱连接且其另一端与电离种子注入喷管一端连接，电离种子注入喷管另一端伸入燃气发生器内；

所述止回管路上连有分压管路，所述分压管路上设有第三闸阀位于增压管路和电离种子输出管路之间，且止回管路内压力小于增压管路内压力。

所述增压管路的出口位于固态电离种子储存箱的底部，电离种子输出管路的入口位于增压管路的出口的正上方，增压管路的出口和电离种子输出管道入口的间距不小于5mm，且增压管路出口的高度低于物料的高度。

优选的，所述电离种子注入喷管的轴线与燃气发生器的轴线成20°-80°夹角。

优选的，还包括设置在电离种子输出管路上的泄料装置。

优选的，所述止回管路上靠近电离种子注入喷管的一端设有第一闸阀。

优选的，所述电离种子输出管路上设有第二闸阀，位于泄料装置与固态电离种子储存箱之间。

优选的，所述电离种子注入喷管的轴线与燃气发生器的轴线成30°夹角。

优选的，还包括设在固态电离种子储存箱上的电离种子注入阀。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明增加了止回管路，作为常开路，使管道中始终有高压气流经电离种子注入喷管流向燃烧室，一方面可以增加电离种子的弥散效果，使电离种子更加均匀的喷注到燃烧室，另一方面可以保证火焰不会回流且使注入的电离种子更加均匀、弥散；

(2)本发明增加了分压管路，用来调节止回路的压力和流速，调整电离种子的注入量；

(3)本发明增加了泄料装置，电离种子输出管路管道内残留的电离种子经泄料路排除，避免电离种子污染实验设备。

(4)本发明电离种子注入喷管位于燃气发生器喷注面板的上部，并且喷管轴线与发生器轴线成一夹角，增加了电离种子和气流的掺混效果，有助于提高气流的电导率。

(5)本发明采用研制的固态电离种子注入装置，可以有效避免OH^-和O、H原子的存在，避免对电子的吸附作用，从而提高电导率的数值，且装置结构简单、容易操作。

附图说明

图1为本发明一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置的结构示意图；

本发明的附图标记列示如下：

1、燃气发生器；2、电离种子注入喷管；3、止回管路；4、分压管路；5、泄料装置；6、气源装置；7、电离种子输出管路；8、固态电离种子储存箱；9、增压管路；10、电离种子注入阀；11、第一闸阀；12、第二闸阀；13、第三闸阀；14、减压阀；15、减压阀出口管路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。此外，术语“第一”，“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明包括提供一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置，采用固态电离种子注入装置，可以有效避免OH^-和O、H原子的存在。

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种用于高效磁流体发电技术的固态电离种子注入装置，包括气源装置6、减压阀14、减压阀出口管路15止回管路3、增压管路9、分压管路4、电离种子输出管路7、固态电离种子储存箱8和电离种子注入喷管2，这里选用无水碳酸钾作为电离种子，使用前用行星式球磨机将碳酸钾研磨至5um。

气源装置6的出口与减压阀14连接，且减压阀出口管路15分别与增压管路9、止回管路3的入口连接；通过减压阀14调节整个装置管路内总压力，使得从气源装置1中提供的气体压力不要过高或过低。

固态电离种子储存箱8的一端与增压管路9的出口连接且固态电离种子储存箱8的另一端通过电离种子输出管路7与止回管路3连接；电离种子输出管路7一端与固态电离种子储存箱8连接且其另一端与电离种子注入喷管2一端连接，电离种子注入喷管2另一端伸入燃气发生器1内；

止回管路3上连有分压管路4，分压管路4上设有第三闸阀13位于增压管路9和电离种子输出管路7之间，且止回管路3内压力小于增压管路9内压力。

具体地，增压管路9的出口位于固态电离种子储存箱8的底部，电离种子输出管路7的入口位于增压管路9的出口的正上方，增压管路9的出口和电离种子输出管路7入口的间距不小于5mm，且增压管路9出口的高度低于物料的高度。

气源装置6输出的气体依次经减压阀14、止回管路3与电离种子输出管路7汇合后进入到电离种子注入喷管2后注入到燃气发生器1；

分压管路4位于止回管路3，分压管路4上设有第三闸阀13，使用时将第三闸阀13打开，使止回管路3内压力小于增压管路9内压力，确保电离种子通过电离种子输出管路7进入电离种子注入喷管2中并通过电离种子注入喷管2注入到燃气发生器1。

分压管路4用来调节止回管路3的压力和流速，调整电离种子的注入量。且止回管路3中的压力不能过高，否则气体停留时间过短，无法有效喷射电离种子，当止回管路3中压力过高时，开启第三闸阀13打开分压管路4，通过分压管路4减压。

气源装置6提供的气体一部分经减压阀14、止回管路3和电离种子输出管路7汇合后进入到电离种子注入喷管2后注入到燃气发生器1，一部分经由减压阀14、增压管路9向固态电离种子储存箱8增加压力；固态电离种子储存箱8内高压作用和止回管路3的高速流动气流的引射作用，会使固态电离种子储存箱8内的电离种子进入到电离种子输出管路7，进而和止回管路3的气流汇合通过电离种子注入喷管2注入到燃气发生器1内。

具体地，电离种子注入喷管2位于燃气发生器1喷注面板的上部，并且电离种子注入喷管2轴线与燃气发生器1轴线成一夹角，电离种子注入喷管2的轴线与燃气发生器1的轴线成20°-80°夹角，该设计角度便于电离种子喷出，其中30°夹角为最佳，使得通过电离种子注入喷管2向燃气发生器1中喷入的电离种子是离散且均匀的并增加了电离种子和气流的掺混效果，有助于提高气流的电导率。

固态电离种子储存箱8通过电离种子输出管路7与止回管路3连接。

具体的，止回管路3上靠近电离种子注入喷管2的一端设有第一闸阀11。第一闸阀11的作用是开关作用，用来控制止回管路3中的电离种子是否进入电离种子注入喷管2。止回管路3作为常开路，使管道中始终有高压气流经电离种子注入喷管2流向燃气发生器1。固态电离种子注入装置在实验过程中由于止回管路3的存在，一方面可以增加电离种子的弥散效果，使电离种子更加均匀的喷注到燃气发生器1中，另一方面可以防止火焰的回流。

具体地，增压管路9的出口位于固态电离种子储存箱8的底部，电离种子输出管路7的入口位于增压管路9的出口的正上方，增压管路9的出口和电离种子输出管道7入口的间距不小于5mm，且增压管路9出口的高度低于物料的高度。以便气源装置6的气体通过增压管路9吹浮固态电离种子使其通过电离种子输出管路7输出至电离种子注入喷管2。

具体地，还包括设置在电离种子输出管路7上的泄料装置5。泄料装置5用来排放电离种子输出管路7残留的电离种子，避免电离种子污染设备。这里选用无水碳酸钾作为电离种子，使用前使用行星式球磨机将碳酸钾研磨至5um。

具体地，电离种子输出管路7上设有第二闸阀12，位于泄料装置5与固态电离种子储存箱8之间。第二闸阀12起开关作用，关闭第二闸阀12，打开泄料装置5，使得电离种子输出管路7中位于止回管路3与第二闸阀12之间残留的电离种子排出。

具体地，还包括设在固态电离种子储存箱8上的电离种子注入阀10，用于从外界将电离种子注入电离种子储存箱8。

工作原理：

气源装置6提供的气体一部分经由止回管路3和电离种子输出管路7汇合一起通过电离种子注入喷管2进入燃气发生器1，一部分经增压管路9向固态电离种子储存箱8增加压力，固态电离种子储存8内高压作用和止回管路3的高速流动气流的引射作用，会使固态电离种子储存箱8内的电离种子进入到电离种子输出管路7，进而和止回管路3的气流汇合通过电离种子注入喷管2注入到燃气发生器1内。止回管路3作为常开路，使管道中始终有高压气流经电离种子注入喷管2流向燃气发生器1，保证火焰不会回流且使注入的电离种子更加均匀、弥散。分压管路4用来调节止回管路3的压力和流速，泄料装置5用来排放电离种子输出管路7残留的电离种子。

综上所述，本发明采用固态电离种子注入装置，可以有效避免OH^-和O、H原子的存在，防止OH^-和O、H原子对电子的吸附作用，从而提高电导率的数值。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。