[发明专利]爆轰波引射环道式磁流体发电系统

说明书

一、技术领域

爆轰波引射环道式磁流体发电系统属发电机械装置，特别是涉及一种天然气爆轰燃气在闭路环道中反复循环，将热能直接转换成电能的新型磁流体发电系统。另外涉及一种高气压滑移弧强电离放电非平衡等离子体发生器和一种等离子体激波聚焦起爆重复爆轰发动机。

二、技术背景

众所周知，磁流体发电系统按其工作循环来分，可以分成开环磁流体发电和闭环磁流体发电。无论开环与闭环系统都是以化石燃料(也可以是核能)为热源，闭环不过是把化石燃料燃烧产生的热能通过某种热交换器传给惰性气体或液态金属而已，因此在化石燃料燃烧为热源的磁流体发电中，将会有大部分热能跟随尾气直接排向大气，造成环境的污染和能源的极大浪费，如何控制化石燃料燃烧后二氧化碳的排放及对其进行有效能量的再利用，是全球科学家急需解决的难题。

化学能通过燃烧后的激波传播速度的不同，燃烧波可分为缓燃波和爆轰波。燃料的缓燃可近似认为是等压过程，爆轰燃烧过程近似于等容过程，热循环效率高于等压燃烧效率近一倍。设想通过燃料的爆轰，将化学能转化为工质的动能，虽然会得到高速磁流体，但燃气的电导率一般只有10^-2～10^-1S/M数量级，即使通过外加非平衡等离子体放电，提高磁流体工质的电导率，也属弱电离磁流体，其电离程度在10^-6<a<0.01范围内。等离子体导电性主要由等离子体中电子浓度决定的。所谓的非平衡一般指系统中电子与重粒子相比具有较大的动能，表现为电子的温度远远高于重粒子温度，在非平衡条件下，外加强电场的能量主要作用于电子，可使等离子体中电子温度很容易达到几万K，而重粒子温度几乎不变，此时的流体才具有较高的导电性，同时也避免了发电工质对高温材料的限制。

等离子体重整CH₄-CO₂制合成气(H2+CO)，不仅可以合理利用自然界丰富的CH₄与CO₂资源，而且可以缓解两者引起的温室效应，减轻大气环境污染。国内外已开展的等离子CH₄-CO₂反应制合成气研究中，多采用非平衡等离子体和热等离子体两种工艺流程。非平衡等离子体具有很高的选择性和能量效率，但是等离子体密度较低，很难在高流量下达到高的转化率。另外，大气压下非平衡等离子体放电的非均匀性很难保证原料气全部通过等离子体区，导致反应的能量产率偏低，不利于工业化应用。热等离子体的重粒子温度与电子温度接近相等，可达到5000K---10000K，不仅含有丰富的化学活性粒子，同时也是一种很好的高温热源，可为强吸热反应过程提供足够的能量并可加速化学反应进程。虽然热等离子体重整CH₄、CO₂处理量大，但工质基础温度高，能源效率很低。

三、发明内容

针对现有技术本发明目的在于，提供一种以天然气爆轰波为动力的闭环磁流体发电系统，与现有技术相比具有如下特点：1、燃烧磁流体发电机采用闭路环道式结构，无需排气系统，不存在排气污染环境；2、回收利用尾气中的能量提高燃烧效率；3、可将二氧化碳和水蒸气在磁流体发电通道内转化为燃料，并在磁流体闭路环道内重新燃烧；4、通过非平衡等离子体强电离放电提高磁流体的电导率，增加磁流体发电效率；5、系统无运动部件，结构简单可靠；6、提出一种等离子体激波聚焦起爆重复爆轰发动机；7、提出一种滑移弧强电离放电非平衡等离子体发生器。

本发明的主要技术特征：在一个闭路环道上，有一个以上的爆轰发动机通过引射混合器，将爆轰燃气喷人闭路环道中，在闭路环道中串联设置至少一段磁流体发电单元，每段磁流体发电单元都设有一个强电离放电非平衡等离子体发生器；，强电离放电非平衡等离子体发生器在闭路环道中，既是离子源也是等离子体化学反应器；爆轰燃气在闭路环道内，经过串联的强电离放电非平衡等离子体化学反应器时，发生等离子体甲烷二氧化碳重整、水蒸气重整和甲烷部分氧化联合重整；可将CH₄、CO₂和H₂O在闭路环道内接近100％转化为H₂+CO合成气燃料(由于气体内存在其它微量元素)，并在闭路环道内经引射混合器吸入重复燃烧，如此反复循环无需排气系统，同时环道内被强电离的燃气非平衡磁流体工质，高速经过串联的磁流体发电通道时切割磁力线，将动能直接转化为电能输出。

所述爆轰发动机可以是脉冲爆轰发动机或旋转爆轰发动机，它们都是通过引射混合器将爆轰燃气喷人闭路环道中，并在闭路环道中形成压力梯度。