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Conduit générateur hydromagnétique à réchauffage continu.
La présente invention concerne des générateurs hydromagné- tiques et, plus particulièrement, des conduits générateurs à ré- chauffage continu pour ces générateurs hydromagnétiques.
Suivant la théorie de l'hydromagnétisme, une tension élec- trique est produite entre des électrodes sur des parois espacées d'un conduit dans lequel un fluide conducteur ou gaz ionisé est transporté et dans lequel un champ magnétique est établi transver- salement à l'intervalle entre les électrodes et au sens dans lequel circule le fluide. Cette théorie est un cas spécial de la théorie ' d'induction électromagnétique plus générale de Faraday: suivant laquel- - le une force électromotrice ou tension est induite dans un circuit
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électrique chaque fois que le flux magnétique qui couple le circuit change.
Ainsi qu'on le sait, dans des machines électromécaniques, la théorie de Faraday explique la production d'une tension dans des conducteurs en cuivre ou autre matière solide avec lesquels des couplages inductifs subissent continuellement des variations par ,; . le déplacement des conducteurs dans un champ de flux magnétique ou par le déplacement d'un champ magnétique par rapport au conducteur.
Dans un générateur hydromagnétique, un gaz ionisé ou un fluide conducteur en circulation joue le rôle d'un conducteur ou d'un agent de conduction en mouvement dans un champ de flux magnéti-: que, et un champ électrique ainsi qu'une tension correspondante sont produits dans le gaz en mouvement dans un sens déterminé par les règles directionnelles bien connues de l'induction électromagnétique.
Cette tension induite apparaît sur les électrodes précitées entre .lesquelles le gaz est conduit et, lorsqu'un circuit d'utilisation est connecté aux électrodes, du courant est produit et est mis en circulation dans le circuit fermé.
La tension produite ainsi que d'autres caractéristiques de fonctionnement obtenues au moyen d'un générateur donné peuvent être prévues avec un degré raisonnable de certitude. Par exemple, si on utilise du gaz ionisé comme fluide de travail conducteur, la tension et le courant produits dépendent de paramètres physiques (comprenant la conductibilité électrique, la température, la pres- sion et la vitesse) du gaz (qui peut comprendre des produits de combustion ainsi que des atomes actifs ou des molécules d'un élément à faible puissanc d'ionisation tel que du césium ou du potassium) et de la façon dont ces paramètres subissent dynamiquement des va- riations, en particulier lorsque le gaz circule dans le conduit générateur.
Le champ de flux magnétique et les propriétés physiques des matériaux de construction, tels que la perméabilité magnétique, la résistivité ou la conductibilité électrique et les caractéristi- ques température - résistance sont également des facteurs impor- tants dans la détermination de la tension et du courant. D'une manière plus générale, la nature d'un générateur hydromagnétique
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peut être analysée mathématiquement et cette analyse en termes de débit, de principes électromagnétiques et de thermodynamique peut être trouvée dans des comptes rendus de travaux de recherches et d'autres publications récentes.
'Lorsqu'on utilise une combustion pour obtenir le fluide de.travail conducteur ou gaz ionisé, il est intéressant au pon de vue efficacité, comme décrit dans le brevet n 634.924 de la Demanderesse, de prévoir un. réchauffage du fluide continu ou inter- mittent pendant que le fluide s'écoule dans le conduit générateur.
En effet la conductibilité électrique du fluide augmente en général d'une manière exponentielle avec la température du fluide et le réchauffage contrecarre donc la chute de température et la chute de . conductibilité dans le circuit, pour produire une meilleure densité de production de courant dans le conduit. De plus, si on réalise le réchauffage par une combustion prolongée dans le conduit lui-même, on réalise des gains de conductibilité électrique et de densité de
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.courant (courant produit par unité de volume: supérieurs à ceux qui peuvent être attribués à l'accroissement de temp ture seul, car, il se produit dans la ou les zones de combustion, un J étag J 'ionisation' déséquilibré dans lequel de nombreux électrons sont libère onme porteurs de courant.
Pour établir une combustion dans toute la longueur du con duit, il est préférable que le combustible (tel que du charbon pul- vérisé dans un véhicule approprié, du gaz naturel, de l'acétylène ou un autre hydrocarbure) et les composants oxydants du fluide dans le conduit soient mélangés d'une manière non homogène. De cette façon, on crée des zones de combustion dans les régions interfacia- les entre le combustible et l'oxydant et ces zones peuvents'éten- dre sur toute la longueur du conduit ou jusque un point situé en aval où le combustible oxydant est évacué.
On peut obtenir un mélange de fluide non homogène en in- jectant du combustible ou de l'oxydant dans le fluide du conduit à l'extrémité d'entrée du conduit ou en des points espacés le long de
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ce dernier. Par suite de la géométrie de température de fluide ré- sultante dans le volume de fluide du conduit, la température de tra- vail moyenne du fluide non homogène peut être supérieure à la limite permise pour un mélange de fluide homogène qui est fixée à des limi- tations de température de la matière du conduit, ce qui en soi est très favorable pour le rendement du générateur.
De plus, on a consta- té qu'à moins que.la non-homogénéité du fluide prenne une certaine forme, l'injection non homogène d'un combustible ou d'un oxydant peut; détruire au moins en partie les effets bénéfiques du réchauffage continu du fluide de travail parce qu'elle peut par exemple diminuer la conductibilité réelle du fluide.
La présente invention a pour but principal de procurer un générateur hydromagnétique, à réchauffage continu comportant des mo- yens pour mélanger d'une façon non homogène les constituants com- bustibles du fluide de travail d'une manière qui ne contrecarre pas' les effets souhaitables du réchauffage continu.
Celà étant, l'invention réside d'une manière générale dans . un générateur hydromagnétique à réchauffage continu comprenant un .. conduit présentant un passage allongé, des électrodes placées dans le passage et espacées les unesdes autres dans un séns latéral, des moyens pour établir un champ magnétique dans le passage dans un autre sens latéral transversal à l'intervalle entre les électrodes, un dispositif d'alimentation du fluide de travail servant à intro- duire dans le pa.ssage un mélange primaire d'un fluide de travail thermiquement ionisé par la combustion d'au moins deux constituants donnant ensemble une combustion, le mélange primaire contenant un des constituants en excès de la quantité requise pour assurer une com- bustion complète,
et un dispositif dïnjection pour injecter d'une manière non homogène l'autre %ou les autres constituants dans le mélange primaire afin d'assurer une combustion avec le premier constituant dans des zones de combustion latéralement espacées qui s'étendent au moins en substance en travers du passage et dans l'intervalle entre les électrodes.
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L'invention ressortira de la description d'une forme d'exécution préférée donnée ci-après, à titre d'exemple, avec réfé- rence au dessin annexé dans lequel: la Fig. 1 est unevue en perspective d'un conduit généra- , teur hydromagnétique suivant l'invention, dont certaines parties sont arrachées ; la Fig. 2 montre schématiquement un profil de température . dans une section du conduit de la Fig.l; et la Fig. 3 représente une partie d'une coupe longitudinale du conduit générateur de la Fig. 1.
D'une manière plus spécifique, les Figs. 1 et 3 représen- ; tent un conduit générateur hydromagnétique pour lequel sont prévus des moyens appropriés de produire un flux magnétique. Les moyens produisant le flux magnétique qui peuvent par exemple comprendre un aimant allongé placé autour du conduit 10 (dont une partie seule- ment est représentée) et comportant des enroulements magnétiques longitudinaux 11, ne font pas partie de la présente Invention et ne seront donc pas décrits en détail.
Quoique des conduits générateurs hydromagnétiques puissent être annulaires ou d'une autre forme, le conduit. représenté est de section en substance rectangulaire et comporte des parois exté- rieures en métal (non représentées) qui peuvent être convenablement refroidies. Des parois intérieures isolantes qui forment une gar- niture 12, en céramique ou en une matière résistant aux températu- res élevées et électriquement isolante telle que du zircone, ta- pissent de préférence, mais pas nécessairement, les parois extérieu- : res du conduit.
Des électrodes 14 (en borure de zirconium, par exemple) sont convenablement Montées sur les parois extérieures opposées du conduit 10 de manière à se faire face dans le passage de circulation' du fluide 16 qui s'étend dans le sens de l'axe de référence X.
L'intervalle entre les électrodes se mesure donc dans le sens
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de l'axe de référence Y perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide. De plus; un flux magnétique, indiqué par le chiffre ' ' 18, est produit par les -enroulements 11 dans le sens de l'axe de référence Z perpendiculairement au sens de l'écoulement du fluide et à l'intervalle entre les électrodes.
Les électrodes 14 peuvent être continues sur toute la longueur du conduit ou, comme le montre le dessin, elles peuvent comprendre des éléments espacés 20 ou 22 répartis le long du con- dait et ayant de préférence une dimension dans le sens de l'axe X qui relativement courte comparée à la dimension de l'interval- le entre les électrodes. Des connexions appropriées peuvent être effectuées entre les électrodes 14 et les bornes de circuit exté- rieures lorsque du courant est produit pendant le fonctionnement du-conduit générateur 10.
Le fluide de travail ou gaz ionisé comprend un mélange de '.fluide primaire comprenant des produits de combustion et un excès d'agent de combustion convenablement transporté d'une chambre de combustion 13 vers une partie d'extrémité d'entrée 24 du conduit .10, avec une vitesse d'entrée et une température appropriées pour pro- duire du courant dans le conduit 10. Le fluide primaire peut égale- ' ment comprendre des atomes ou molécules actifs injectés fortement ionisables, tels que des atomes ou des molécules de césium ou de ' potassium, de manière à améliorer le rendement de la production de courant dans le conduit 10.
Afin d'augmenter l'efficacité de la production de courant et la densité du courant dans le conduit 10, on prolonge la combustion tout le long du conduit et, à cet effet, on injecte un agent ou un constituant de combustion additionnel dans le courant circulant dans le conduit au moyen du dispositif d'injection 26. Cet agent additionnel est un combustible tel que de l'acétylène ou du charbon pulvérisé entrainé par de l'air ou des produits de combustion si le fluide de travail d'entrée contient un ; excès d'oxygène comme agent de combustion ainsi que les produits de combustion primaires, ou bien il peut être un oxydant tel que de
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l'air chaud si le fluide de travail d'entrée contient un excès de combustible comme agent de combustion.
Dans cet exemple de l'invention, le dispositif d'injection 26 comprend plusieurs lames 28 qui s'étendent dans l'intervalle entre les électrodes et qui sont placées près de l'extrémité d'en- trée 24 du conduit. Les lames 28 sont espacées les unes des autres dans le sens de l'axe Z ou latéralement dans l'intervalle entre les électrodès et chacune a une dimension relativement petite dans ce sens, de manière à entraver au minimum l'écoulement du fluide dans le passage 16 du conduit.
De plus, chaque lame 28 contient une chambre 30, de laquel- le un combustible ou un oxydant est injecté dans le courant primaire par un orifice ou une fente 32 qui s'étend de préférence le long de chaque lame 28 dans le sens de l'intervalle entre les électrodes.
Des moyens appropriés tels qu'une conduite d'alimentation 34 sont prévus pour transporter le combustible ou l'oxydant vers les chambres 30 des lames.
Si on suppose que le courant de fluide primaire'contient dans son mélange un excès d'air ou d'oxydant, on introduit du com- bustible dans les chambres 30 des lames et on le décharge dans.le passage 16 du conduit pour former des régions ou des strates de com- bustible 36 qui s'étendent vers l'aval dans le sans longitudinal-dû passage 16 du conduit dans une mesure déterminée par la vitesse dé décharge initiale du combustible par les fentes 32 des lames, le volume de combustible injecté et d'autres facteurs. Comme le fluide s'écoule vers l'aval dans les régions 36, la combustion se produit dans des régions interfaciales 38 entre les régions de combustible 36 et les régions du courant primaire 40.
Les dimensions des régions de combustible 36 diminuent comme indiqué par le chiffre 42 (Fig.3) vers l'aval car le combustible y contenu est consumé par la combus- tion pendant l'écoulement vers l'aval. Si-le fluide primaire entrant est riche en combustible au lieu d'oxydant, on introduit un oxydant tel que de l'air dans les chambres 30 des lames et la combustion
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se produit vers l'aval ou dans le sens de l'axe X dans-le passage
16 du conduit d'une manière semblable à celle décrite lorsque l'agent ) de combustion injecté est du combustible.
Chaque région 36 s'étend de préférence en substance sans interruption entre les électrodes 20 et 22 de sorte qu'on peut obtenir une production de courant maximum de la conductibilité élec- trique élevée ou améliorée qui existe dans les régions interfaciales ou zones de combustion 38. De plus, les zones de combustion 38 sont de préférence espacées de la garniture 44 des parois latérales du conduit.
On peut aussi maintenir la température de travail moyenne du mélange de fluide non homogène dans le passage 16 du conduit à un niveau supérieur à la limite de température supérieure de la matière céramique ou autre formant la garniture 44 des parois laté- rales. Cette limite de température supérieure pour la matière des parois latérales existe lorsque les fuites de courant des parois latérales deviennent excessives ou lorsque l'intégrité structu- ' relle de la matière est soumise à' des détériorations thermi-, ques.
Ainsi, comme le montre la Fig. 2, par un profil de tempé- rature établi transversalement dans le passage 16 du conduit dans le sens de l'axe Z, la température moyenne 46 peut être légèrement supérieure à la température 48 des parois latérales. Comme la con- ductibilité électrique du fluide augmente d'une manière en substance exponentielle. avec la température, il est clair que même une légère augmentation de la température moyenne du fluide (par exemple 4500 à 46000F ou 2482 à 2538 C)a peu d'effet sur la production de courant.
Cet avantage de la production de courant s'ajoute à celui obtenu. de la meilleureconductibilité électrique existant dans les zones de combustion 38.
Les lames 28 peuvent être faites d'une plaque métallique refroidie par de l'eau ou par d'autres moyens et revêtues d'une matière déramique telle que du zircone, semblable à celle décrite
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dans le brevet de même date de la Demanderesse intitulé" Conduits, générateurs hydromagnétiques à réchauffage continun.
D'autre part, le dispositif d'injection 26 peut comprendre plusieurs ajutages (non représentés) espacés les uns des autres sur la surface supérieure ou la surface inférieure du passage 16 du conduit. Ces ajutages sont latéralement espacés dans le passage 16 du conduit d'une manière semblable à l'écartement entre les lames 28 et,de plus, ces ajutages peuvent être disposés en plusieurs rangées espacées le.long du passage 16 du conduit. Ce dispositif d'injection peut particulièrement être utilisé avec du combustible liquide parce que' ce combustible peut être injecté dans le passage 16 du conduit dans l'intervalle entre les électrodes, sous forme d'un jet, dans une mesure déterminée par la vitesse d'injection initiale et la section des ajutages.
Les ajutages situés en aval peuvent injecter le combustible dans des mesures successivement moindres, de sorte que la section du passage 16 du conduit près de la rangée d'ajutage la plus éloignée en aval contient une géométrie de fluide non homogène semblable à celle représentée sur la Fig. 1.
En fonctionnement, on peut modifier les paramètres du gé- nérateur de façon que la vitesse à 'laquelle la chaleur est dégagée par la combustion dans le passage 16 du conduit soit en substance égale à la vitesse à laquelle de la chaleur est absorbée ou utilisée pour produire de l'énergie électrique. De cette manière, l'écoule- ment du fluidè dans le passage 16 du conduit peut être en substance isothermique, car la température du fluide de sortie peut être main- tenue en substance égale à la température du fluide d'entrée. La densité de courant produite peut ainsi être maintenue en substance uniforme sur toute la longueur du conduit générateur 10, ce qui . améliore l'efficacité du'générateur et la densité du courant.
Par exemple, sans un réchauffage continu réalisé par une combustion dans' le conduit 10, on obtient fréquemment une chute de température du fluide de 200 F ( 111 C) sur la longueur du conduit pendant le fonctionnement et, dans ce cas, la densité du courant peut tomber
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d'un facteur de trois sur la longueur du conduit* Ainsi, sans l'ef- fet de réchauffage de la combustion dans le conduit 10, le rendement. : ou Inefficacité du générateur diminue vers l'aval, tandis que, avec une combustion dans le conduit, le rendement ou l'efficacité du générateur est maintenu en substance constant sur toute la longueur du conduit.
En résume, le rendement amélioré du générateur obtenu grâce à la présente invention comprend les gains de courant ou de puissance obtenus grâce au maintien de la température le long du conduit, les gains de puissance obtenus par une température de fluide
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"" :::":Qyenne relativement accrue, et les gains de puissance obtenus par 1a 4;.ure conductibilité des zones de combustion 38. En ce qui cncei?amlioxatào:a obtenue grâce aux zones de combustion à meil- leurt,- ^î, t3b.3.ité électrique un simple calcul permet de prédire l'amélioration de la conductibilité électrique du fluide dans le conduit. insi, des produits de combustion, du combustible non brûlé et des flammes combustion forment le fluide non homogène dans'le conduit.
La contribution de conductibilité fournie par chacune des régions peut être ajoutée pour déterminer la conductibilité réelle par comparaison avec la conductibilité qui existerait dans'le passage 16 du conduit s'il n'était complètement rempli que de produits de combustion. Les calculs théoriques montrent que, dans la région de température comprise entre 2500 et 3000 K, une augmentation de température de 500 C augmente la conductibilité électrique des pro- duits de combustion actifs d'un facteur d'environ sept.
Si on suppose que la température du gaz dans la zone de combustion est d'environ 500 C supérieure à celle de la zone des produits de combustion et que le combustible non brûlé ne contribue pas à la conductibilité, le conduit utilisant le mélange non homogène peut présenter une conductibilité réelle d'au moins 2e5 fois celle d'un conduit rempli , complètement de produit de combustion.
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Continuously heated hydromagnetic generator duct.
The present invention relates to hydromagnetic generators and, more particularly, to continuously heated generator conduits for such hydromagnetic generators.
According to the theory of hydromagnetism, an electrical voltage is produced between electrodes on spaced walls of a conduit in which a conductive fluid or ionized gas is carried and in which a magnetic field is established transversely to the body. interval between the electrodes and in the direction in which the fluid flows. This theory is a special case of Faraday's more general electromagnetic induction theory: according to which an electromotive force or voltage is induced in a circuit
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electric whenever the magnetic flux that couples the circuit changes.
As we know, in electromechanical machines, Faraday's theory explains the production of a voltage in conductors made of copper or other solid material with which inductive couplings are continuously varied by,; . the movement of the conductors in a field of magnetic flux or by the movement of a magnetic field relative to the conductor.
In a hydromagnetic generator, an ionized gas or a circulating conductive fluid acts as a conductor or a moving conduction agent in a magnetic flux field, and an electric field and a corresponding voltage. are produced in gas moving in a direction determined by the well-known directional rules of electromagnetic induction.
This induced voltage appears on the aforementioned electrodes between .lesquelles gas is conducted and, when a user circuit is connected to the electrodes, current is produced and is circulated in the closed circuit.
The voltage produced as well as other operating characteristics obtained with a given generator can be predicted with a reasonable degree of certainty. For example, if ionized gas is used as the conductive working fluid, the voltage and current produced depend on physical parameters (including electrical conductivity, temperature, pressure and velocity) of the gas (which may include products of combustion as well as active atoms or molecules of an element with low ionizing power such as cesium or potassium) and how these parameters dynamically change, especially when gas is circulating in the gas. led generator.
The magnetic flux field and the physical properties of building materials, such as magnetic permeability, resistivity or electrical conductivity, and temperature - resistance characteristics are also important factors in determining voltage and current. . More generally, the nature of a hydromagnetic generator
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can be analyzed mathematically and this analysis in terms of flow, electromagnetic principles and thermodynamics can be found in research reports and other recent publications.
When using combustion to obtain the conductive working fluid or ionized gas, it is advantageous from an efficiency standpoint, as described in Applicant's Patent No. 634,924, to provide a. continuous or intermittent heating of the fluid while the fluid is flowing in the generator duct.
In fact, the electrical conductivity of the fluid generally increases exponentially with the temperature of the fluid and the heating therefore counteracts the drop in temperature and the drop in. conductivity in the circuit, to produce a better density of current generation in the conduit. In addition, if the heating is carried out by prolonged combustion in the duct itself, gains in electrical conductivity and in density of
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.current (current produced per unit volume: greater than those which can be attributed to the increase in temperature alone, because, in the combustion zone or zones, an unbalanced J stage J 'ionization' occurs in which many electrons are released as current carriers.
To establish combustion throughout the length of the pipe, it is preferable that the fuel (such as coal pulverized in a suitable vehicle, natural gas, acetylene or other hydrocarbon) and the oxidizing components of the fluid in the duct are mixed in a non-homogeneous manner. In this way, combustion zones are created in the interfacial regions between the fuel and the oxidant and these zones can extend over the entire length of the duct or to a point located downstream where the oxidizing fuel is discharged. .
An inhomogeneous fluid mixture can be obtained by injecting fuel or oxidant into the duct fluid at the inlet end of the duct or at spaced points along the duct.
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this last. As a result of the resulting fluid temperature geometry in the fluid volume of the conduit, the average working temperature of the non-homogeneous fluid may be greater than the allowable limit for a homogeneous fluid mixture which is set at limits. - Temperature of the material of the conduit, which in itself is very favorable for the efficiency of the generator.
In addition, it has been found that unless the non-homogeneity of the fluid takes some form, the non-homogeneous injection of a fuel or an oxidant can; destroy at least in part the beneficial effects of the continuous heating of the working fluid because it can for example decrease the actual conductivity of the fluid.
The main object of the present invention is to provide a continuously heated, hydromagnetic generator comprising means for non-homogeneously mixing the combustible constituents of the working fluid in a manner which does not counteract the desirable effects. continuous reheating.
However, the invention generally resides in. a continuously heated hydromagnetic generator comprising a duct having an elongated passage, electrodes placed in the passage and spaced from each other in a lateral sens, means for establishing a magnetic field in the passage in another lateral direction transverse to the 'gap between the electrodes, a working fluid supply device serving to introduce into the pa.ssage a primary mixture of a thermally ionized working fluid by the combustion of at least two constituents together giving combustion, the primary mixture containing one of the constituents in excess of the amount required to ensure complete combustion,
and an injection device for non-homogeneously injecting the other% or the other components into the primary mixture to provide combustion with the first component in laterally spaced combustion zones which extend at least substantially in the same way. through the passage and in the gap between the electrodes.
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The invention will emerge from the description of a preferred embodiment given below, by way of example, with reference to the appended drawing in which: FIG. 1 is a perspective view of a conduit generator, hydromagnetic generator according to the invention, some parts of which are torn off; Fig. 2 schematically shows a temperature profile. in a section of the duct of Fig.l; and Fig. 3 shows part of a longitudinal section of the generator duct of FIG. 1.
More specifically, Figs. 1 and 3 represented; tent a hydromagnetic generator duct for which suitable means are provided for producing a magnetic flux. The means producing the magnetic flux which may for example comprise an elongated magnet placed around the conduit 10 (only part of which is shown) and comprising longitudinal magnetic windings 11, do not form part of the present invention and will therefore not be part of the present invention. described in detail.
Although hydromagnetic generating conduits may be annular or of another shape, the conduit. shown is of substantially rectangular cross section and has metal outer walls (not shown) which can be suitably cooled. Insulating inner walls which form a gasket 12, made of ceramic or of a high temperature resistant and electrically insulating material such as zirconia, preferably, but not necessarily, coat the outer walls of the conduit. .
Electrodes 14 (of zirconium boride, for example) are suitably mounted on the opposite outer walls of conduit 10 so as to face each other in the fluid flow passage 16 which extends in the direction of the axis of. reference X.
The interval between the electrodes is therefore measured in the direction
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of the Y reference axis perpendicular to the direction of fluid flow. Furthermore; a magnetic flux, indicated by the number '' 18, is produced by the windings 11 in the direction of the reference axis Z perpendicular to the direction of the flow of the fluid and to the gap between the electrodes.
The electrodes 14 may be continuous along the entire length of the conduit or, as shown in the drawing, they may comprise spaced elements 20 or 22 distributed along the conduit and preferably having a dimension in the direction of the X axis. which is relatively short compared to the size of the gap between the electrodes. Appropriate connections can be made between the electrodes 14 and the external circuit terminals when current is produced during the operation of the generator duct 10.
The working fluid or ionized gas comprises a mixture of primary fluid comprising products of combustion and excess combustion agent suitably transported from a combustion chamber 13 to an inlet end portion 24 of the duct. 10, with an inlet velocity and temperature suitable to generate current in line 10. The primary fluid may also include injected strongly ionizable atoms or active molecules, such as cesium atoms or molecules. or potassium, so as to improve the efficiency of current generation in line 10.
In order to increase the efficiency of the current production and the density of the current in the duct 10, the combustion is prolonged all along the duct and, for this purpose, an additional combustion agent or component is injected into the stream. circulating in the duct by means of the injection device 26. This additional agent is a fuel such as acetylene or pulverized coal entrained by air or combustion products if the input working fluid contains a ; excess oxygen as a combustion agent as well as the primary combustion products, or it may be an oxidant such as
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hot air if the inlet working fluid contains excess fuel as a combustion agent.
In this example of the invention, the injection device 26 comprises several blades 28 which extend in the gap between the electrodes and which are placed near the inlet end 24 of the conduit. The blades 28 are spaced apart from each other in the direction of the Z axis or laterally in the gap between the electrodes and each has a relatively small dimension in this direction, so as to minimize the flow of fluid through the blade. passage 16 of the duct.
In addition, each blade 28 contains a chamber 30, from which a fuel or oxidant is injected into the primary stream through an orifice or slot 32 which preferably extends along each blade 28 in the direction of the flow. 'gap between the electrodes.
Appropriate means such as a supply line 34 are provided to transport the fuel or oxidant to the chambers 30 of the blades.
If it is assumed that the primary fluid stream contains in its mixture an excess of air or oxidant, fuel is introduced into the chambers 30 of the blades and discharged into passage 16 of the conduit to form channels. regions or strata of fuel 36 which extend downstream in the longitudinal-free passage 16 of the duct to an extent determined by the speed of initial discharge of the fuel through the slots 32 of the blades, the volume of fuel injected and other factors. As fluid flows downstream in regions 36, combustion occurs in interfacial regions 38 between fuel regions 36 and primary stream regions 40.
The dimensions of the fuel regions 36 decrease as indicated by numeral 42 (Fig. 3) downstream as the fuel contained therein is consumed by combustion during the downstream flow. If the incoming primary fluid is rich in fuel instead of oxidant, an oxidant such as air is introduced into the blade chambers and the combustion.
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occurs downstream or in the direction of the X axis in the passage
16 of the duct in a manner similar to that described when the injected combustion agent) is fuel.
Each region 36 preferably extends substantially uninterrupted between electrodes 20 and 22 so that maximum current output can be achieved of the high or improved electrical conductivity which exists in the interfacial regions or combustion zones 38. In addition, the combustion zones 38 are preferably spaced from the liner 44 of the side walls of the duct.
The average working temperature of the non-homogeneous fluid mixture in passage 16 of the conduit can also be maintained at a level above the upper temperature limit of the ceramic or other material forming the lining 44 of the side walls. This upper temperature limit for the side wall material exists when the side wall current leakage becomes excessive or when the structural integrity of the material is subjected to thermal deterioration.
Thus, as shown in Fig. 2, by a temperature profile established transversely in the passage 16 of the duct in the direction of the Z axis, the average temperature 46 may be slightly higher than the temperature 48 of the side walls. As the electrical conductivity of the fluid increases in a substantially exponential manner. with temperature, it is clear that even a slight increase in the average temperature of the fluid (eg 4500 to 46000F or 2482 to 2538 C) has little effect on current production.
This advantage of the production of current is added to that obtained. the best electrical conductivity existing in the combustion zones 38.
The blades 28 may be made of a metal plate cooled by water or other means and coated with a ceramic material such as zirconia, similar to that described.
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in the patent of the same date of the Applicant entitled "Conduits, hydromagnetic generators with continuous heating.
On the other hand, the injection device 26 can comprise several nozzles (not shown) spaced from each other on the upper surface or the lower surface of the passage 16 of the duct. These nozzles are laterally spaced in passage 16 of the conduit in a manner similar to the spacing between blades 28 and, moreover, these nozzles may be arranged in several rows spaced apart along passage 16 of the conduit. This injection device can particularly be used with liquid fuel because this fuel can be injected into the passage 16 of the conduit in the gap between the electrodes, in the form of a jet, to an extent determined by the speed of initial injection and section of nozzles.
The downstream nozzles can inject the fuel in successively smaller steps, so that the section of passage 16 of the conduit near the farthest row of nozzle downstream contains an inhomogeneous fluid geometry similar to that shown in Figure Fig. 1.
In operation, the generator parameters can be altered so that the rate at which heat is given off by combustion in passage 16 of the duct is substantially equal to the rate at which heat is absorbed or used for. produce electrical energy. In this way, the flow of fluid in passage 16 of the conduit can be substantially isothermal, since the temperature of the outlet fluid can be kept substantially equal to the temperature of the inlet fluid. The current density produced can thus be kept substantially uniform over the entire length of the generator duct 10, which. improves generator efficiency and current density.
For example, without continuous reheating by combustion in duct 10, a fluid temperature drop of 200 F (111 C) frequently occurs along the length of the duct during operation and, in this case, the density of the fluid. current can fall
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by a factor of three over the length of the duct * Thus, without the effect of heating the combustion in duct 10, the efficiency. : or Generator inefficiency decreases downstream, while, with combustion in the duct, the efficiency or efficiency of the generator is kept substantially constant along the length of the duct.
In summary, the improved efficiency of the generator obtained by virtue of the present invention comprises the current or power gains obtained by maintaining the temperature along the duct, the power gains obtained by a fluid temperature
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"" ::: ": Qyenne relatively increased, and the power gains obtained by 1a 4;. Conductivity of combustion zones 38. In what cncei? Amlioxatào: obtained thanks to better combustion zones, - ^ î, t3b.3.electricality a simple calculation can predict the improvement in the electrical conductivity of the fluid in the duct. insi, combustion products, unburned fuel and combustion flames form the non-homogeneous fluid in ' the conduit.
The conductivity contribution provided by each of the regions can be added to determine the actual conductivity compared to the conductivity that would exist in passage 16 of the conduit if it were completely filled with only combustion products. Theoretical calculations show that in the temperature region between 2500 and 3000 K, an increase in temperature of 500 C increases the electrical conductivity of the active combustion products by a factor of about seven.
If it is assumed that the temperature of the gas in the combustion zone is about 500 C higher than that of the combustion products zone and the unburned fuel does not contribute to the conductivity, the duct using the inhomogeneous mixture may have an actual conductivity of at least 2e5 times that of a pipe filled completely with combustion product.