[发明专利]一种定量注入的碱金属种子系统

说明书

一种定量注入的碱金属种子系统，包括可编程高压不锈钢注射泵、液态碱金属输送管路系统、惰性气体供给与输送管路系统、真空泵和气动雾化种子注入环。液态碱金属种子按设定程序定量从高压注射泵推送输出，经液态碱金属输送管路系统，进入气动雾化种子注入环的气动雾化喷枪,直达喷枪的端部混合室内，与从惰性气体供给与输送管路系统输入气动雾化喷枪的端部混合室的惰性气体混合，液态碱金属种子被气动雾化，从喷口喷出,与注入环内高温主气流呈90度角注入到注入环内。本发明可实现碱金属种子按需定量化注入，为碱金属种子与主气流均匀混合和充分电离创造良好条件。

技术领域

本发明涉及一种磁流体发电机的碱金属种子注入系统。

背景技术

磁流体发电是一种将热能直接转换成电能的新型发电方式，基本工作原理是法拉第电磁感应定律。针对使用导电流体工质的不同，磁流体发电可以分成燃烧气体等离子体磁流体发电，惰性气体等离子体发电和液态金属磁流体发电等。在利用核能源作为热源时，惰性气体等离子体发电可以使核能产生的高热被充分利用，惰性气体总温总压升高，磁流体发电通道两端形成压力差，进而形成流场。惰性气体等离子体快速流经发电通道，切割垂直方向磁场的磁力线，通道两侧的电极之间产生感应电动势，在外加负载情况下发电。

在惰性气体等离子体发电过程中，为了提高等离子体的电导率，大幅提升磁流体发电的性能，需要在惰性气体中添加一定量的碱金属作为电离种子，此时，碱金属占碱金属与惰性气体总混合物的质量分数称为种子分数。对于核能磁流体发电盘式发电机，要达到高电导率、稳定的非平衡电离，最佳种子分数一般为千分之几到万分之几。要使主气流工质工作在最佳种子分数工况范围，需要严格控制主气流工质的种子分数，对于试验研究装置，碱金属的流量可低至每分钟几毫克。因此，如何对碱金属种子进行定量微流量注入是一大难点。

为了使惰性气体混合物的碱金属种子快速充分电离，获得均匀稳定的等离子体主气流工质，碱金属种子与主气流的混合及其注入方式，也是一个关键问题。

已有的碱金属注入多以载气带出碱金属蒸汽或以载气带动碱金属液滴方式，如图1所示的日本东工大盘式发电机试验采用的种子注入系统，以及图2所示的中国专利ZL201910947699.5的碱金属种子注入装置，均采用加热炉加热液态碱金属，产生碱金属蒸汽，再通入载气携带出碱金属蒸汽，形成载气与碱金属蒸汽的混合气，混合气经水冷却筒体和喷嘴，注入主气流中。载气与碱金属蒸汽的混合气需要经过细长的输送管，穿过水冷却的主气流筒体，这过程中碱金属蒸汽会冷凝成液体，同时由于气体的可压缩性，其流量也必然会受主气流压力波动的影响，混合气中所携带碱金属蒸汽的量与载气的压力和汽化过程有关，混合气体注入主气流中的流量与注入压力和主气流压力有关，受两者压力波动影响，实际注入的流量不易控制、难以确定，严重影响种子的电离，以致发电工质的电导率低下，影响发电机的功率输出和试验研究。

图3所示的中国专利ZL20150572329.X惰性气体等离子体磁流体发电机的纯碱金属种子注入系统，虽然提及应用注射器输出定量的碱金属，但是其注入系统是用一个三通混合器将载气与注射器送来的液态碱金属混合，带出碱金属的液滴，载气与碱金属液滴一起经过细长管道，由于需避免磁流体发电机强磁场的影响，管道长度一般需超过1.5米，再穿过水冷却的主气流筒体，这种两相流在输送管中同样不可避免会气液分离，呈现一段液体一段气体的状态。而且由于气体的可压缩性，在主气流压力波动时，也引起种子流量的波动，实际上种子注入的流量是波动的，与注射噐定量推出的流量不相等。

综上所述，上述现有技术中，注入主气流的碱金属种子的量不清楚而且不稳定，无法实现真正的碱金属精确定量输送，更无法实现微量定量的液态碱金属种子注入。所以既要定量又要微流量注入是一技术难题。

发明内容