ЭЛЕКТРОД МГД-ГЕНЕРАТОРА

ЭЛЕКТРОД МГД-ГЕНЕРАТОРА


RU (11) 2028710 (13) C1

(51) 6 H02K44/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4940529/25 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.31 
(45) Опубликовано: 1995.02.09 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 4430588, кл. H 02N 4/02, 1984. 2. Патент США N 3614489, кл. H 02N 4/02, 1971. 
(71) Заявитель(и): Гохштейн Яков Петрович 
(72) Автор(ы): Гохштейн Яков Петрович 
(73) Патентообладатель(и): Гохштейн Яков Петрович 

(54) ЭЛЕКТРОД МГД-ГЕНЕРАТОРА 

Сущность изобретения: электрод включает емкость в виде цилиндра 14 со стенками из волокнистого керамического материала, заполненнго металлическим расплавом, и электрический контакт в виде разъемного шарнира 25, 26. Боковые стенки емкости выполнены из керамической ленты 11, намотанной с перекрытием слоев, по внешней поверхности обмотки навита керамическая пружина 17. Электрический контакт вставлен в отверстие нижней торцевой керамической втулки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в установках закрытого и открытого циклов.

Известен электрод МГД-генератора с твердым платиновым токовыводом, отделенным от потока плазмы керамическим покрытием [1].

Известен также электрод МГД-генератора, включающий расположенную на огневой поверхности полости канала керамическую емкость с металлическим расплавом и электрический контакт, причем в качестве расплава использована жидкая пластина [2].

Сочетание термостойкости с электропроводностью достигнуто в известных электродах применением дефицитных материалов. Жидкая платина, обращенная в поток плазмы, подвержена образованию дуг, сокращающих срок службы электрода.

Предлагаемый электрод МГД-генератора, включающий расположенную на огневой поверхности полости канала керамическую емкость с металлическим расплавом и электрический контакт, отличается от известного тем, что боковые стенки керамической емкости выполнены из волокнистого керамического материала в виде вертикально ориентированной цилиндрической обмотки, отделяющей металлический расплав от потока плазмы.

Обмотка выполнена из керамической ленты с перекрытием слоев ленты, причем по боковой поверхности обмотки навита керамическая пружина, а на торцах обмотки установлены керамические втулки. Электрический контакт выполнен в виде разъемного шарнира, включающего охлаждаемый металлический стержень и керамическую втулку из электропроводного материала, вставленную в отверстие нижней торцевой керамической втулки.

При таком выполнении электрода МГД-генератора металлический расплав служит токовыводом и заключен в волокнистую керамическую оболочку, защищающую его от непосредственного механического и химического воздействия потока плазмы и обладающую повышенной - по сравнению с монолитной керамикой - термостойкостью. Это и возможность проточного обновления металлического расплава в полости оболочки позволяют использовать доступные материалы, в частности, жидкий чугун, и увеличить ресурс электрод.

Благодаря ячеистой структуре волокнистая оболочка секционирует приэлектродный слой плазмы и защищает этим металлический расплав от дуг. Краевой угол смачивания керамических волокон металлическим расплавом уменьшается при переходе от инертной к окислительной среде в канале МГД-генератора. Пропитка стенки волокнистой керамической оболочки металлическим расплавом создает композиционный электропроводный материал, который при достаточной плотности расположения волокон в обмотке противостоит утечке металлического расплава, ограничивая его сколь угодно малой величиной. Изменение состава металлического расплава при прохождении тока через электрод, в частности, обезуглероживание чугуна с превращением его в сталь в МГД-аноде, позволяет использовать электрод МГД-генератора в качестве реактора для переработки металла.

На фиг. 1 изображен электрод МГД-генератора, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - схема границы металлического расплава с керамическими волокнами оболочки.

Электрод МГД-генератора включает расположенную на огневой поверхности 1 полоски 2 канала 3 керамическую емкость 4 с металлическим расплавом 5 и электрический контакт 6, соединяющий расплав с внешней электрической цепью.

Полость 7 емкости отделена от полости канала стенкой 8 из волокнистого керамического материала 9. Стенка выполнена в виде ориентированной вертикальной цилиндрической обмотки 10 из волокнистой керамической ленты 11 с перекрытием слоев 12, 13 ленты. На боковую поверхность 14 обмотки навита керамическая пружина 15 с зазорами 16 между витками 17, 18, а на торцах 19, 20 обмотки установлены керамические втулки 21, 22. В полости емкости выполнена продольная перегородка 23, ориентированная параллельно огневой поверхности. Перегородка изготовлена из волокнистого керамического материала и припечена к стенке 8 емкости.

Электрический контакт выполнен в виде разъемного шарнира 24, составленного из охлаждаемого медного стержня 25 и керамической электропроводной пробки 26, вставленной в отверстие 27 нижней торцевой керамической втулки 22. Стержень и пробка соприкасаются по сферической поверхности 28. В качестве материала пробки использован карбид кремния. Находящийся в отверстии втулки торец 29 пробки покрыт слоем 30 отвержденного металлического расплава.

Емкость 4 заключена в оправу 31 из легковесного пористого керамического материала, например, пенокорунда. Оправа имеет окно 32, выходящее в полость канала и открывающее потоку плазмы доступ к участку 33 стенки 8. Боковыми поверхностями 34, 35 оправа 31 соприкасается с оправами 36, 37 смежных секций. Отверстие 38 в верхней торцевой втулке 21 сообщается с желобами 39, которые выполнены в оправе и втулке для заливки расплава в емкость и распределения его между электродами смежных секций канала МГД-генератора. Тыльная часть 40 оправы опирается на медный каркас 41, который имеет отверстия 42, 43 для пропускания охлаждающей жидкости и перемежающиеся с ними отверстия 44 для подачи воздуха в опоры оправы и защиты пор от проникания плазмы. Из отверстия 44 воздух поступает в оправу по каналам 45, 46. При этом избыточное давление воздуха создается также в приконтактной полости 47. Каркас изолирован керамическими прокладками 48, 49.

Емкость с контактом расположены между фланцами 50, 51 верхней изолирующей плиты 52 канала и нижней изолирующей плиты 53. На поверхности 54 металлического расплава может находиться слой 55 шлака, уровень 56 которого ограничен желобами 39. Составляющие ленту волокна 57, 58 разделены зазорами 59, в которых расположен мениск 60 металлического расплава 5 (см. фиг. 6). Форма мениска зависит от состава плазмы.

Торцы 19, 20 цилиндрической обмотки и втулки 21, 22 заделаны в обоймы 60, 62, являющиеся частью оправы 31. Обоймы соединены между собой средней частью 63 оправы, которая не обязательна для работы электрода. В отсутствие средней части 63 поток плазмы омывает обмотку 10 со всех сторон на участке между обоймами. В этих условиях каркас 41 может быть заменен керамической плитой либо заслонен ею.

При работе МГД-генератора электрический ток проходит через плазму, стенку 8, металлический расплав 5, отвержденный слой 30, пробку 26, стержень 25, внешнюю цепь с нагрузкой. На стороне участка 33 стенки 8 металлический расплав нагревается и подымается вверх вдоль перегородки 23. На противоположной стороне обмотки расплав отдает тепло и опускается (см. фиг. 1, движение расплава показано стрелками). Усиливая теплоотвод, циркуляция расплава снижает перепад температуры вдоль стенки 8, выравнивая температуру по сечению обмотки, что наряду с ее волокнистой структурой повышает термостойкость электрода.

Возможны два варианта электрода - с изолирующими волокнами, например, из оксида алюминия, и с электропроводными волокнами, например, из оксидов циркония и иттрия. Первый может быть применен в установке закрытого цикла, например, с плазмой, содержащей гелий и присадку цезия. В инертной атмосфере краевой угол на границе жидкого железа с керамикой тупой (см. фиг. 6), что удерживает металл в зазорах 59 между волокнами. В этих условиях ток из плазмы идет на мениск 60 металла.

Вариант с электропроводными волокнами может быть использован в установках открытого цикла с плазмой, содержащей кислород или двуокись углерода, которые служат донорами анионов кислорода, переносящих ток через керамику на основе оксида циркония. Удержание металла в обмотке достигается при этом более плотным расположением волокон в ленте и увеличением числа витков ленты по сравнению с первым вариантом. Ток от плазмы к металлическому расплаву идет в данном случае через оксидную керамику волокон.

В МГД-аноде на границе электропроводной стенки 8 с чугуном анионы кислорода окисляются с образованием окиси углерода, которая удаляется в виде пузырьков, всплывающих на поверхность 54 металлического расплава. Незначительная часть тока (около 10%) расходуется на окисление железа, продукты которого также всплывают с образованием слоя 55 шлака. В МГД-катоде прохождение тока сопровождается раскислением чугуна с поступлением анионов кислорода в керамику волокон. Частично кислород поступает в керамику из пор между волокнами. Присутствие газа в порах электропроводной керамики не препятствует переносу тока через стенку 8.

Если в условиях открытого цикла использованы волокна из изолирующей керамики, смачивание керамики металлическим расплавом способствует вытеснению газа из пор. Пропитка волокнистого материала металлическим расплавом, возможна в окислительной атмосфере, значительно повышает эффективную удельную электропроводность такого материала. Это, в свою очередь, позволяет увеличить толщину стенки 8 и плотность расположения волокон в ней для того, чтобы снизить утечку расплава через стенку до пренебрежимо малой величины. При фиксированных пористости и эффективной удельной электропроводности волокнистого материала сопротивление вязкого трения течению расплава в порах усиливается при уменьшении диаметра волокон. Удельное сопротивление жидкого чугуна близко по порядку к 100 мкОм см. При пористости 30% эффективное удельное сопротивление волокнистого материала, пропитанного жидким чугуном, близко, соответственно, к 330 мкОм см, что на несколько порядков ниже удельного сопротивления электропроводной керамики.

В отсутствие смачивания предельная высота заполнения емкости 4 металлическим расплавом без утечки может быть оценена по кривизне мениска. Например, для жидкого чугуна с плотностью 7,0 г/см3, поверхностным натяжением 1,7 Н/м, краевым углом на границе с керамикой 110о и зазоре между смежными волокнами 0,02 мм, предельная высота составляет 85 см. Дальнейшее увеличение высоты возможно за счет уплотнения упаковки волокон и утолщения стенки 8 с целью минимизации утечки, металлического расплава. Кроме того, утечка расплава из емкости может быть сделана контролируемой, например, путем выполнения калиброванного отверстия в емкости на ее тыльной стороне, обращенной к каркасу 41.

Перед заправкой электрода жидким металлом канал предварительно разогревают. Жидкий чугун, заливаемый через желоб 39, вытесняет более легкий слой 55 шлака. В процессе работы электрод допускает временное отверждение чугуна. Керамическая пружина 15 помогает обмотке 10 выдержать гидростатическое давление металла и сохранить обтекаемую форму. Пружина изготовлена из тех же оксидов, что и лента. Толщина стенки 0 емкости 2-10 мм, наружный диаметр 10-100 мм, длина 50-500 мм. Температура металлического расплава от 1700оС (для волокон из оксида алюминия) до 2300оС (для волокон из оксидов циркония и иттрия), что исключает конденсацию присадки на волокнистом материале, так как выше температуры ее кипения (1327оС для КОН). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ЭЛЕКТРОД МГД-ГЕНЕРАТОРА, включающий расположенную на огневой поверхности полости канала керамическую емкость с металлическим расплавом и электрический контакт, отличающийся тем, что боковые стенки керамической емкости выполнены из волокнистого керамического материала в виде вертикально ориентированной цилиндрической обмотки.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что обмотка выполнена из керамической ленты с перекрытием слоев, причем по боковой поверхности обмотки навита керамическая пружина, а на торцах обмотки установлены керамические втулки.

3. Электрод по п.1 и 2, отличающийся тем, что электрический контакт выполнен в виде разъемного шарнира, включающего охлаждаемый металлический стержень и керамическую пробку из электропроводного материала, вставленную в отверстие нижней торцевой керамической втулки.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru