[发明专利]电荷分离机制

说明书

技术领域

本发明涉及磁流体动力学，尤其(但不是排他地)涉及一种用于分离导电流体中的正电荷和负电荷的机制。

背景技术

磁流体动力学(MHD)的研究涉及导电流体在外部磁场中的行为。导电流体在静态磁场中的运动导致了作用于载流子从而在该流体内产生电流的洛伦兹力。洛伦兹力的作用方向同时垂直于运动方向和磁场方向，如下式所示：

F＝q(vxB)

其中F是洛仑兹力，q是以速度v移动通过磁场B的粒子的电荷。

通过使导电流体移动通过垂直磁场，可以实现流体中载流子的电荷分离。例如，在流体是海水的情况下，由于相关的洛伦兹力作用于相反的方向，因此正离子和负离子将分离，因此该技术可用于海水淡化。电荷分离在第三轴线中建立电势，可以在MHD发电机中利用该电势以通过在电阻负载两端施加电势来驱动电流。MHD发电机通常使用海水、等离子体、熔融盐或熔融金属作为导电流体。

来自MHD发电机的功率输出主要由导电流体的流速和导电率决定。因此，传统的等离子体MHD发电机通常使用热的致密的等离子体来确保最大的电导率。为了确保足够的流体流速和足够的磁场以便实现所需的电荷分离，传统的MHD发电机需要很大。通常，所使用的致密材料使MHD限于地面应用。

本发明旨在克服这种限制，以得到一种较小的发电机，该发电机相比于传统发电机需要较弱的待施加磁场，从而显著增加了潜在应用的数量。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种在具有低粒子密度的等离子体中产生电荷分离的方法，所述等离子体包括多个电子和多个正离子。该方法包括产生磁场并使具有低粒子密度的等离子体沿第一轴线通过所述磁场。所述磁场被产生成具有垂直于所述第一轴线的分量，并且被配置成从所述第一轴线偏移所述多个电子，并允许所述多个正离子沿着所述第一轴线进行基本上不偏移的行进。

具有低粒子密度的等离子体可以是基本上理想的等离子体，在所述等离子体中，所述多个正离子和所述多个电子基本上彼此独立地进行移动。

具有低粒子密度的所述等离子体的等离子体频率可以大于具有低粒子密度的所述等离子体的粒子碰撞频率。所述等离子体的粒子密度可以低于10²⁰m^-3

所述磁场可以使所述多个电子偏移以以在绕所述第一轴线的闭合漂移回路中行进。

所述磁场的垂直分量可以沿相对于所述第一轴线的径向方向延伸。

所述磁场可以由多个环形磁体形成，所述多个环形磁体布置成与所述第一轴线对齐的一连串相邻圆环。可以布置所述多个环形磁体，使得每个圆环的磁极与在该串中的每个相邻圆环的磁极是相对的

可以使用第一电极产生电流，所述第一电极被布置成收集在所述磁场下基本上不偏移的所述多个正离子。

可以将所述第一电极通过负载连接至地面连接(ground connection)而产生所述电流。

可以将所述第一电极通过负载连接至第二电极而产生所述电流，所述第二电极被布置成收集在所述磁场下偏移的所述多个电子

具有低粒子密度的所述等离子体可以包括一种或多种电离推进物质。所述一种或多种推进物质包括至少一种燃料和至少一种氧化剂。

根据本发明的另一方面，还可以提供一种磁流体动力学(MHD)发电机，其包括入口，连接到腔室，所述入口被布置成接收沿第一轴线流动的具有低粒子密度的等离子体，所述具有低粒子密度的等离子体包括多个电子和多个正离子；装置，用于在所述腔室中产生磁场，所述磁场具有垂直于所述第一轴线的分量，所述磁场被配置成使得当具有低粒子密度的所述等离子体通过所述腔室时，所述多个电子从所述第一轴线偏移，并且所述多个正离子被允许沿着所述第一轴线进行基本上不偏移的行进；以及一个或多个电极，用于连接至负载，以便使用通过所述磁场在所述等离子体中建立的电荷分离来产生电流。