涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机及发电方法技术

本发明专利技术属于动力装置领域，尤其是交通运输载运工具动力系统领域，具体涉及涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机及发电方法。包括壳体、进气部分、发电部分以及喷气部分，所述进气部分包括设于壳体上的空气进气口；所述发电部分包括氢源、涡轮、条形电磁铁、圆环状的正电极板以及固设于壳体内部的支撑轴；所述涡轮包括轴流式涡轮扇叶；所述喷气部分包括设于壳体上的喷气口、转动安装于壳体内的电风扇；所述电风扇位于喷气口处。本发明专利技术中氢焰磁流体发电和涡轮旋转切割磁感线发电所组成的复合发电系统具有低温、高压、高速的优点，能够将化学能高效率的转化为电能，充分利用热能、减少散失，其能量利用效率大大提高。

【技术实现步骤摘要】
涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机及发电方法
本专利技术属于动力装置领域，尤其是交通运输载运工具动力系统领域，具体涉及涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机及发电方法。
技术介绍
一些载运工具可以同时用到喷气与电的动力，例如：航空飞行器（electricVerticalTake-OffandLanding，eVTOL，电动垂直起降飞行器）、磁悬浮高速飞行列车、飞行汽车（既能在陆地上行驶，也能在空中飞行）、复杂路况行驶的特种车辆，等等。氢气是当前行业认可的一种清洁、安全和廉价的化石燃料替代品，使用氢气作为燃料具有诸多优势，将氢能作为载运工具动力系统能源是未来的绿色发展趋势。氢能作为载运工具动力系统能源的主要利用方式有两种：一种是氢燃料发动机（内燃机），其能量转换效率遵守卡诺循环；另一种是氢燃料电池，不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，但是，质子交换膜作为燃料电池的核心部件，其性能的高低直接影响着燃料电池的稳定性和耐久性，同时其制备不易且受制于寿命，价格昂贵、技术门槛高，单位体积、单位质量的功率还需进一步提高。电气化是载运工具的重要发展趋势，无论是内燃机还是其他能源转换形式，都希望最终输出电能。在发电的同时，若能利用化学能转换为电能之外的其它能量可以提高氢能综合利用效率。在利用氢燃料时，以热能形式散失的能量往往不能有效利用（例如：一些发电的副产品是高温高压气体）；而以航空飞行器为代表的载运工具往往可以利用喷气推进，在发电的同时利用高温高压气体作为喷气推进动力，实现发电和喷气动力的融合，提高氢能的综合利用效率，期望实现氢能利用效率高于内燃机和燃料电池的能量利用效率。综上，本专利技术针对载运工具的动力需求，瞄准氢能清洁利用，旨在提供不同于氢内燃机和氢燃料电池的第三类氢能高利用效率的解决方案。
技术实现思路
本专利技术利用氢燃料喷气发动机与发电机融为一体，同时利用氢燃料电池发电部分机理、氢自燃涡旋运动驱动法拉第发电原理、以及微气隙氢焰磁流体的新发电机理，探索第三种氢燃料利用的技术途径，提供了一种涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机及发电方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，包括壳体、进气部分、发电部分以及喷气部分，所述进气部分包括设于壳体上的空气进气口；所述发电部分包括氢源、涡轮、至少两个条形电磁铁、圆环状的正电极板以及固设于壳体内部的支撑轴；所述涡轮包括转动安装于支撑轴上且与空气进气口相对的轴流式涡轮扇叶；每片轴流式涡轮扇叶均为两层结构，其中一层结构为导电极板层、另一层结构为支撑层，所述导电极板层和支撑层之间具有至少一条由支撑轴向圆周延伸的沟槽，所述氢源的氢气能够由支撑轴、沟槽输送至轴流式涡轮扇叶的扇叶尖端，且沟槽内表面附着有催化氢气分解成氢离子和电子的催化剂；所述轴流式涡轮扇叶圆周外围环设有正电极板，轴流式涡轮扇叶与正电极板之间存在间隙；所有条形电磁铁布设于正电极板外围且与正电极板之间绝缘，相邻条形电磁铁之间不接触；所述喷气部分包括设于壳体上的喷气口、转动安装于壳体内的电风扇；所述电风扇位于喷气口处。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述涡轮还包括转动安装于支撑轴上且固设于轴流式涡轮扇叶出气端的螺旋导流扇叶，所述螺旋导流扇叶的螺旋方向与来自轴流式涡轮扇叶出气端的气流方向相适配。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述发电部分还包括两呈环状的导磁圆盘，两个导磁圆盘分别固定盖设于所有条形电磁铁的磁极两端。作为本专利技术技术方案的进一步改进，两个导磁圆盘的内缘延伸至轴流式涡轮扇叶，且与轴流式涡轮扇叶之间存在间距。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述导电极板层至支撑层的布置方向与涡轮旋转方向一致。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述空气进气口处设置有导流罩，导流罩内缘具有进气弧面。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述支撑层为碳纤维层。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述支撑轴呈中空结构，所述氢源来自于设于壳体腰部的氢罐，氢罐通过软管、减压阀、流量控制阀与支撑轴气动连接，与沟槽相对的支撑轴上设置有出氢口。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述氢罐与壳体之间设有气凝胶隔热层。本专利技术进一步提供了一种微气隙氢焰燃料电池发电方法，是通过涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机实现的，包括以下步骤：①氢气通过沟槽向正电极板方向流动，其中一部分氢气在轴流式涡轮扇叶的扇叶尖端与正电极板之间的间隙进行稀薄燃烧，氢气燃烧形成导电氢焰与水；一部分氢气在沟槽表面催化剂作用下分解成电子e和氢离子H+，在涡轮旋转运动和磁场的洛伦兹力作用下，氢离子H+受到离心力，电子e受到向心力；②氢离子H+受到离心力且离心运动，聚集在沟槽表面、并且运动至轴流式涡轮扇叶的扇叶尖端，电子e受到向心力且向心运动并经过导电极板层、支撑轴和负载到达正电极板；③氢离子H+与水结合，形成水合氢离子H3O+；在涡轮旋转运动、磁场的洛伦兹力作用以及沟槽13内的水和氢气的压力推力作用下，氢离子H+与水合氢离子H3O+向正电极板运动，氢离子H+运输到正电极板上；在正电极板表面，氢离子H+、电子e和空气中的氧气O2在催化剂作用下生成水；④在轴流式涡轮扇叶的扇叶尖端与正电极板之间的间隙里氢离子H+定向移动，电子e经过负载定向移动到正电极板，源源不断的电子e移动形成电流，实现微气隙氢焰燃料电池发电。本专利技术所述的涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，与现有技术相比，具有如下有益效果：1.涡旋运动是流体运动中极普遍的运动形态，采用涡旋结构，利用涡旋运动代替传统内燃机的活塞运动，这种结构可以充分利用氢气储存的势能，同时有利于氢气燃烧后进行喷气，尽可能的减少能量的损耗，提高动力装置的能量利用效率。2.相对于传统的氢燃料电池，本专利技术中氢气作为燃料通过特殊的涡轮叶片结构，利用磁场驱动、离心力以及氢气和水的压力推力代替质子交换膜渗透，在不使用质子交换膜的情况下充分发挥氢燃料的优势。3.氢焰磁流体发电和涡轮旋转切割磁感线发电所组成的复合发电系统具有低温、高压、高速的优点，能够将化学能高效率的转化为电能，充分利用热能、减少散失，其能量利用效率大大提高。4.本专利技术利用静压高、动压低的特点，采用大喷口的设计，使得喷气量增大，充分利用涡旋运动的喷气动力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机的整体结构图。图2为涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机的内部结构图。图3为涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机的底部结构图。图4为涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机的整体剖视图。图5为涡旋式氢焰磁流体发电/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，包括壳体（8）、进气部分、发电部分以及喷气部分，/n所述进气部分包括设于壳体（8）上的空气进气口（16）；/n所述发电部分包括氢源、涡轮、至少两个条形电磁铁（2）、圆环状的正电极板（9）以及固设于壳体（8）内部的支撑轴（15）；所述涡轮包括转动安装于支撑轴（15）上且与空气进气口（16）相对的轴流式涡轮扇叶（1a）；每片轴流式涡轮扇叶（1a）均为两层结构，其中一层结构为导电极板层（11）、另一层结构为支撑层（12），所述导电极板层（11）和支撑层（12）之间具有至少一条由支撑轴（15）向圆周延伸的沟槽（13），所述氢源的氢气能够由支撑轴（15）、沟槽（13）输送至轴流式涡轮扇叶（1a）的扇叶尖端，且沟槽（13）内表面附着有催化氢气分解成氢离子和电子的催化剂；所述轴流式涡轮扇叶（1a）圆周外围环设有正电极板（9），轴流式涡轮扇叶（1a）与正电极板（9）之间存在间隙；所有条形电磁铁（2）布设于正电极板（9）外围且与正电极板（9）之间绝缘，相邻条形电磁铁（2）之间不接触；/n所述喷气部分包括设于壳体（8）上的喷气口（17）、转动安装于壳体（8）内的电风扇（6）；所述电风扇（6）位于喷气口（17）处。/n...

【技术特征摘要】
1.涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，包括壳体（8）、进气部分、发电部分以及喷气部分，
所述进气部分包括设于壳体（8）上的空气进气口（16）；
所述发电部分包括氢源、涡轮、至少两个条形电磁铁（2）、圆环状的正电极板（9）以及固设于壳体（8）内部的支撑轴（15）；所述涡轮包括转动安装于支撑轴（15）上且与空气进气口（16）相对的轴流式涡轮扇叶（1a）；每片轴流式涡轮扇叶（1a）均为两层结构，其中一层结构为导电极板层（11）、另一层结构为支撑层（12），所述导电极板层（11）和支撑层（12）之间具有至少一条由支撑轴（15）向圆周延伸的沟槽（13），所述氢源的氢气能够由支撑轴（15）、沟槽（13）输送至轴流式涡轮扇叶（1a）的扇叶尖端，且沟槽（13）内表面附着有催化氢气分解成氢离子和电子的催化剂；所述轴流式涡轮扇叶（1a）圆周外围环设有正电极板（9），轴流式涡轮扇叶（1a）与正电极板（9）之间存在间隙；所有条形电磁铁（2）布设于正电极板（9）外围且与正电极板（9）之间绝缘，相邻条形电磁铁（2）之间不接触；
所述喷气部分包括设于壳体（8）上的喷气口（17）、转动安装于壳体（8）内的电风扇（6）；所述电风扇（6）位于喷气口（17）处。


2.根据权利要求1所述的涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，所述涡轮还包括转动安装于支撑轴（15）上且固设于轴流式涡轮扇叶（1a）出气端的螺旋导流扇叶（1b），所述螺旋导流扇叶（1b）的螺旋方向与来自轴流式涡轮扇叶（1a）出气端的气流方向相适配。


3.根据权利要求1所述的涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，所述发电部分还包括两呈环状的导磁圆盘（20），两个导磁圆盘（20）分别固定盖设于所有条形电磁铁（2）的磁极两端。


4.根据权利要求3所述的涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，两个导磁圆盘（20）的内缘延伸至轴流式涡轮扇叶（1a），且与轴流式涡轮扇叶（1a）之间存在间距。


5.根据权利要求1所述的涡旋式氢焰磁流体发电/喷气发动一体机，其特征在于，所述导电极板层（11）至支撑层（12）的布置方向与涡轮旋转方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：马铁华，陈昌鑫，李帆，武耀艳，孙传猛，焦斌，张昆，姚博仁，冯娜，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14