DE2114231A1

DE2114231A1 - Zusammengesetzte Wand fuer MHD-Vorrichtungen

Info

Publication number: DE2114231A1
Application number: DE19712114231
Authority: DE
Inventors: Blattmann Henri Igny; Jean Javellaud; David Yerouchalmi
Original assignee: INST BADAN JAADROWYCH; Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: INST BADAN JAADROWYCH; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1971-03-24
Publication date: 1971-10-14
Also published as: US3660701A; FR2082735A5

Description

PATEN TA N W A LT
DR. HANS ULRICH MAY 2114231

D a MDNOHEN £, OTTOSTRASSE 1 η TELEQRAMMEi MAYPATENT MÜNCHEN TELEFON CO81O 003082 B.3558*3 AT Hünchen,24.Mar* 1971

——— tkM/

CP 376/945

Commissariat a 1*Energie Atcunique, Paris / Frankreich und instytut Badah Jadrovych, Warschau / Polen

Zusammengesetzte Wand fttr MHD-Vorrichtungen

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Wände für »agnetohydrodynamische (MHD-) Vorrichtungen· velche sowohl als Elektroden vie auch als isolierende Wände verwendbar sind·

An bestimmten heißen und eintgeregelte Temperatur aufweisenden Wänden von MHD - Vorrichtungen, welche in kühlende Metallgerüste eingespannte Keramikteile aufweisen, treten erhebliche elektrische Verluste auf* Bei den zusammengesetzten Elektroden solcher Generatoren besteht die Gefahr von Xursschlüssen. unter diesen Bedingungen funktioniert die MHD - Vorrichtung schlecht und nan erhält ganz unbefriedigende Wirkungsgrade. Insbesondere besteht die Gefahr der Lichtbogenbildung zwischen verschiedenen Elektroden» was zur Zerstörung der Düse führen kann.
Die Erfindung bezweckt die Behebung der beschriebenen Nachteile.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine zusammengesetzte Wand für Düsen von MHD - Generatoren gelöst, die aus einer Anordnung von gleichen Hauptelementen, welche jedes mindestens einen Ceramikblock mit einem Halter aus Metall aufweisen, besteht und

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dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hauptelemente unter Zwischenschaltung von zwischen gewellten Metallblechen, insbesondere aus rostfreiem Stahl, angeordneten» trapezförmig prismatischen Zwischenstücken aus isolierendem feuerfestem Keramikmaterial so ausammengesetzt sind, daft ein Kreislauf von Kühlgas zwischen den Hauptelementen möglich ist»

Die Hauptelemente weisen jedes mehrere Arten von besonderen Teilen

auf. Die trapezförmig prismatischen Zwischenstücke aus isolierendem W fe;_4'festern Keramikmaterial können aus Magnesiumoxyd MgO oder Strontiumzirconat SrZrQg bestehen.

In den~ die gewellten Bleche aus rostfreiem Stahl haltenden Haltern aus Metall köxuien Nuten ausgebildet sein« welche das Durchströmen eines unter geringem Druck stehenden Ktihlgases ermöglichen·

Die Hauptelemente dieser Wände können durch quer angeordnete gewellte Bleche aus rostfreiem stahl in mehrere Untereinheiten auf- * geteilt sein.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die beschriebenen Merkmale sind sowohl bei Elektroden als auch bei isolierenden Wänden anwendbar.

Die Erfindung und ihre verseh&s-ete©» technischen Vorteile werden erläutert durch die folgend© Beschreibung zweier nur als Beispiele

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angegebener Ausführungsforaen, die in den beigefügten Figuren gezeigt sind.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß zusaasengesetsten Elektrode und

Fig. 2 zeigt ebenfalls im Ausschnitt eine erfindungsgeaäfle zusammengesetzte Wand.

Fig. 1 betrifft die Anwendung, der Erfindung auf eine zusammengesetzte Elektrode 20. Die Außenseite der Elektrode reicht bis zur Oberfläche einer Wand der HHD - Düse, die sum Magnetfeld parallel ist. Sie weist mehrere gleiche Haupteleraente 24» 26 und 28 auf» von denen das zuletzt genannte im Längsschnitt gezeigt ist» und jedes dieser Hauptelementen besteht aus mehreren Arten von Einzelteilen· Ein Hauptelement umfaßt Stroaabftthrungseleaente 30, 32, deren Außenflächen einen Teil der genannten Düsenfläche bilden. Die Rückseiten dieser Stromabführungselemente stehen in Berührung mit einem hinteren Teil 34» 36 oder 38 aus Kupfer, der durch einen Wasserstrom 41 gekühlt ist (die Kühlkammern sind im Haupteleaent 28 sichtbar). Diese Teile sind fest verbunden mit Stangen 42, 44 und 46, die mit Gewinde versehen sind und der Befestigung dienen. Die Stromabführungselemente 30, 32 aus Keramik sind zwischen wärnieisolierenden Keramikelemnten 48 und 50 oder 42 und 54 angeordnet, untereinander stehen diese Typen von Keramikblucken über nicht gezeigte Platinnetze in Berührung. Diese verbessern den Stromdurchgang von der Stirnseite der Elektrode zu den Kupferteilen. Die Temperatur dieser Netze muß unter 1700⁰ C bleiben» um ihr Schmelzen zu vermeiden.

Es sei bemerkt, daß die Verwendung von elektrisch leitenden

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Keramikelementen, welche die Rolle von Stromabführungselementen spielen, ( 30, 32 aus Zirconiumoxyd ZrO₂ oder Lantancromit LaCrO₃, beispielsweise) und wärmeisolierenden elektrisch leitenden Keramikelementen ( 48, 50 oder 52, 54 aus Magnesiumoxyd MgO oder Strontiumzireonat SrZrO₃) Gegenstand einer gleichzeitigen Patentanmeldung mit dem Titel "Korrosionsfeste Elektrode für MHD - Vorrichtungen" der gleichen Anmelder ist.

Die Anordnungen der stromabführenden Elemente und der isolierenden Blöcke sowie die hinteren Teile aus Kupfer sind zwischen Metallelementen 52, 58-60, 62-64 .·· gehalten, deren mit den heißen Gasen in Berührung kommenden Oberflächen aus rostfreiem Stahl bestehen. Um die Verbindung Kupfer - rostfreier Stahl leicht herzustellen» sind die Elemente 56, 58-60, 62-64 aus einem Schichtmaterial aus rostfreiem Stahl und Kupfer herausgearbeitet· Die Schweißnähte 66, 68, 70, 72 und 74 zwischen Teilen, welche rostfreien Stahl, aufweisen, und Kupferteilen sind daher zwischen Oberflächen des letztgenannten Metalls (Kupfer) ausgeführt, und die Berührungen sind sehr innig·

Der Aufbau des metallischen Halters der Hauptelemente der Elektroden ist so, daß die mit den Gasen in Berührung kommenden Teile aus rostfreiem stahl, dagegen die gekühlten Teile aus Kupfer bestehen· Infolgedessen liegt die Temperatur der Außenfläche der Elektroden in einem Bereich nicht unterhalb 950° bis 1000° C, in dem die rostfreien Stähle widerstandsfähig sind, und der nicht unterhalb der Verflüssigungstemperatur der Saat liegt.

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Die Hauptelenente 24» 26 und 28 der zusammengesetzten Elektrode sind mechanisch unter Einschaltung von Zwischenstücken 76 mit trapezförmigem Querschnitt aus elektrisch isolierendem feuerfestem Xeraraikmaterial zusammengesetzt. Diese Zwischenstücke bestehen vorzugsweise aus Magnesiumoxid HgO oder Strontiumzirconat

Außerdem besteht die Möglichkeit, daß die die Saat bildenden Alkalisalze in den Zwischenstücken wandern und die Hauptelemente» die von einander isoliert werden sollen, kurzschließen, um diese Gefahr zu vermeiden, sind zwischen den Zwischenstücken 76 aus Keramikmaterial und den Elementen 56» 53, 60, 62 und 64 der metallischen Halter, welche Teile aus rostfreiem Stahl aufweisen, gewellte Bleche 48, die ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehen, angeordnet· Diese Bleche haben eine Dicke zwischen 0,05 und 0,5 m· Nuten 80 sind in den Elementen 56, ... 64 ausgebildet, damit Druckluft unter geringem Druck längs der Hinnen der gewellten Bleche strömen kann.

Zu diesem Zweck ist die Gesamtanordnung der MHD - Generatordüse in einer dichten Kammer angeordnet, in die man Luft unter einem einige Millimeter Hg über dem Atmosphären Druck liegenden Druck einbläst. Diese Luft dringt durch die Nuten 80 in die Rinnen der Bleche 78 ein, steigt darin nach oben und drückt die Tröpfchen von Saatmaterial, die sich zwischen den Zwischenstücken und den gewellten Blechen bilden können, dauernd in den durch die Düse strömenden Strom von heißem Gas, ohne diesen Strom jedoch zu stören, da der Luftdruck nur gering ist.

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— O —.

Die elektrische Isolation der Haupteleraente der Elektrode ist vollkommen, und die gewellten Bleche 78 dienen hier außerdem als fedrnde Kondensatoren der Ausdehnung der verschiedenen Elemente zwischen der Ruhetemperatur und der Betriebstemperatur·

Fig. 2 zeigt einen Teil einer Isolierwand 100, die ebenfalls aus gleichen Hauptelementen 102, 104 und 106 besteht, von denen das letzgenannte im Längsschnitt gezeigt ist und die jedes aus mehreren Typen von Einzelteilen bestehen.

Jedss Hauptelement umfaßt prismatische Blöcke 108, 110 aus isolierendem Keramikmaterial, die mit einem durch einen Vasserstrom 113, 120 und 122 gekühlten Teil 112, 114, 116 aus iCupfer in Berührung stehen. Zwischen den Keramikblöcken sind nicht gezeigte Platinnetze bzw. -gitter angeordnet, die einen guten VJärmekontakt gewährleisten, wobei die Temperatur dieser Netze unterhalb 1700° C bleiben muß, um ihr Schmelzen zu verhindern.

Die Anordnungen der isolierenden Keramikblöeke 108, 110 und der hinteren Teile 118, 120, 122 aus Kupfer sind zwischen Metallelementen 123, 124, 126, 128 und 130 gehalten, deren mit den heißen Gasen in Berührung kommende Flächen aus rostfreiem Stahl bestehen. Um die Verbindung Kupfer - rostfreier Stahl zwischen den Metallelementen und den gekühlten Blöcken leicht herstellen zu können, sind die erwähnten Metallelemente aus einem -Schichtmaterial aus rostfreiem Stahl und Kupfer herausgearbeitet. Die Schweißnähte 132, 134, 136, 138 xveiä 140 zwischen Teilefy welche rostfreien Stahl aufweisen, und Kupferteilen sind daher zwischen Oberflächen des letztgenannten Metalls (Kupfer) hergestellt.

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Die Wandelamente 102, 104 oder 106 sind durch einen Halter 142» 144 und 146 mittels einer darin ausgebildeten Hut,in die der Heil 118, 120 oder 122 aus Kupfer eingreift, festgehalten. Die Halter ruhen auf einer Grundplatte 148 aus Metall.

Die Hauptelemente 102, 104 und 106 der zusammengesetzten Wand sind mechanisch unter Zwischenschaltung von prismatischen Zwischenstücken 150 mit trapezförmigem Querschnitt aus elektrisch isolierendem und feuerfestem Keramikmaterial zusammengesetzt. Diese Zwischenstücke bestehen vorzugsweise aus Magnesiumoxid MgO oder Strontiumzirconat SrZrO3 ·

Aus den gleichen Gründen wie im Fall der Elektrode der Fig.1 wird die Gefahr der Wanderung von Saat in flüssiger Form ausgeschaltet. Zu diesem Zweck sind zwischen den Zwischenstücken 150 aus Keramikmaterial und den Teilen 122, 124* 126, 128 und 130 der Halter aus Metall, welche rostfreien Stähl aufweisen, gewellte Bleche 152» die ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehen, angeordnet. Diese Bleche haben hier ebenfalls eine Dicke zwischen 0,05 und 0,5

Zur Unterteilung der Hauptelemente in mehrere isolierte Abschnitte kann man zwischen ihnen quer gewellte Bleche 154 aus rostfreiem Stahl anordnen.

Die Hauptelemente der zusammengesetzten Wand sind elektrisch vollkommen isoliert,und die gewellten Bleche 152 wirken zusätzlich als . federnde Korapensationseleraente der Ausdehnungen der verschiedenen Elemente zwischen der Ruhetemperatur und der Betriebstemperatur.

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Untersuchungen, die rait einer solchen zusammengesetzten Wand durchgeführt vurden, haben erwiesen» daß das Auftreten elektrischer Verluste durch diese Wand vermieden werden kann;

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Claims

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1.)) zusammengesetzte Wand für Düsen von HHD - Generatoren, die aus gleichen Hauptelementen aufgebaut ist, die jedes mindestens einen Keramikblock in einem Halter aus Metall aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelemente (102, 104) unter Zwischenschaltung von prismatischen Zwischenstücken (150) mit trapezförmigem Querschnitt aus isolierendem und feuerfestem Keramikmaterial, die zwischen gewellten Blechen (152) aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Stahl, angeordnet sind, welche ein Durchleiten eines gegen die Hauptelemente gerichteten Kühlgasstroms ermöglichen, zusammengesetzt sind.

2.) Zusammengesetzte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die prismatischen Zwischenstücke mit trapezförmigem Querschnitt aus Magnesiumoxid MgO bestehen,

3.) Zusammengesetzte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die prismatischen Zwischenstücke (15O) mit trapezförmigem Querschnitt aus Strontiumzirconat SrZrO^ bestehen.

4«) Zusammengesetzte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gewellten Bleche (152) aus rostfreiem Stahl zwischen 0,05 und 0,5 mm beträgt.

5.) Zusammengesetzte Vand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand isolierend ist.

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6«) Zusammengesetzte Vand nach den Ansprüchen: 1-5₁ dadurch gekennzeichnet _y daß die Hauptelemente durch quer angeordnet« gewellte Bleche (154) aus rostfreiem Stahl in mehrere Abschnitte unterteilt sind·

7·) Zusammengesetzte Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vand eine Elektrode ist'·

8.) Zusammengesetzte Vand nach den Ansprüchen 1 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß in den die gewellten Bleche (152) haltenden Teilen Nuten (80) ausgebildet sind» welche das Durchleiten eines unter geringem Druck stehenden Kühlgases ermöglichen.

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