JP2005185096A - 磁気流体効果を有する発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率で小寸法の発電機を提供する。
【解決手段】発電機（１）の閉鎖流体回路（３）は、回路（３）内で所定方向に導電性媒介液体を有した溶液を循環させると共に、気体と液体の混合物を形成することができる加圧気体の流れを受け入れる少なくとも一つの入口孔（３ａ；３’ａ）と、混合物の速度と凝縮を高めるように寸法設定された流れ断面の絞り（５）と、前記溶液に混合された気体を回路（３）から解放して排出する少なくとも一つの出口孔（３ｂ）とを有している。さらに、磁界発生手段（７；８、９）によって発生する溶液の流れ方向に対してほぼ直角の方向において互いに向き合った少なくとも一対の電極（１２、１３）とを有している。これらの構成により、流体回路（３）の長さ部分（６）における溶液の流速（ｖ）と、関連した磁界の強さ（Ｂ）と前記電極（１２、１３）間の電気抵抗（Ｒ１）とに依存する電流（Ｉ）を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機、特に磁気流体効果に基づいた発電機に関する。

本発明の目的は、特に高効率で小寸法の発電機を提供するものである。

これらの目的及び他の目的は、次の構成の発電機を介して本発明に従って達成されるものであり、その発電機は、
少なくとも一つの加圧気体源と、
或る投入量の金属材のマイクロ粒子又はナノ粒子が分散されている導電性の媒介液体を有したコロイド溶液を収容した実質的にリング形状の閉鎖流体回路であって、
運転中に回路内で所定方向に前記溶液を循環させて、共に二相の気体と液体の混合物を形成することができる加圧気体の流れを受け入れるように前記加圧気体源に接続された少なくとも一つの入口孔と、
該入口孔の下流側に配置され且つ前記二相混合物の速度と凝縮を高めるように設定された流れ断面の絞りと、
該絞りから下流側に配置され、前記溶液と混合された気体を回路から解放して、排出する少なくとも一つの出口孔とを有した流体回路と、
入口孔と断面の絞りとの間に在る流体回路の長さ部分と組み合わされていて、該回路の長さ部分における溶液の流れ方向に対してほぼ直角に誘導磁束を発生することのできる磁界発生手段と、
流体回路の長さ部分において溶液と接触した状態で設置され且つ前記発生手段によって発生された磁界の力線に対して、また前記回路の長さ部分における溶液の流れ方向に対してほぼ直角の方向において互いに向き合った少なくとも一対の電極とを有しており、
運転中に、強さが流体回路の長さ部分における溶液の流速と、関連した磁界の強さと、前記電極間の電気抵抗との関数となっている電流が、前記電極間を流れるように構成されていることを特徴としている。

好ましくは、前記の少なくとも一つの加圧気体源は、微少燃焼装置から構成される。

コロイド溶液のための媒介液体は、例えば水又はアルコールとされ、またそれに分散される金属材は、一つ以上の貴金属の、又は一つ以上のアルカリ金属の、更に水銀又は錫と亜鉛の合金のマイクロ粒子又はナノ粒子から構成される。

本発明の更なる特徴と長所は、添付図面を参照して非限定的例によって提供されている次の詳細な説明から明らかになる。

図１において、本発明に係る発電機は、全体として１で示されている。この発電機は、例えば燃料の入口２ａと燃焼剤又は酸化剤の入口２ｂとを備えた微少燃焼装置から成る加圧気体源２を有している。微少燃焼装置２の排気ガスの出口２ｃは、ノズル形であり、また全体として３で示されている流体回路へのポート又は入口接続部３ａに接続されている。これは、内側でより大きい密度になっていて外側に向かって徐々に低減していて、輻射損失を最小にするために構造を断熱性にできる可変密度のセラミック材から構成されている。この回路は、基本的に、水やアルコールなどの導電性媒体液体から成るコロイド溶液で充填されたリング形でそれ自体が閉鎖されている導管から構成されており、導電性媒体液体には、例えば一つ以上の貴金属や、又は一つ以上のアルカリ金属や、更に水銀又は錫と亜鉛の合金などの或る投入量の金属材のマイクロ粒子又はナノ粒子が分散されている。

流体回路３への入口孔３ａは、運転中に、４で示された矢印で象徴的に図示されている気体流が前記溶液の局部的な流れ方向にほぼ平行な方向において回路内に流入できるように構成され且つ方向付けられている。

そのように回路３に入る高圧気体の流れは、それと共に２相の気体−液体混合物を形成しながら所定方向に前記溶液の循環を誘発することができる。図示された実施例では、この溶液は、複数の矢印で象徴的に図示されているように時計方向に循環している。

チョーク５は、前記の二相の気体−液体混合物の速度と凝縮を所定だけ高めるように寸法設定され、流れを横断した断面の絞りであり、入口孔３ａから下流側において流体回路３に設けられている。

単に表示的に、図１に図示された流体回路３は、３×５ｃｍのオーダの寸法と、チョーク５において約０．１ｃｍまで縮小する０．５ｃｍのオーダの直径を有した断面とを有することできる。

チョーク５は、更に気体相と液体相の分離を引き起こす。

チョーク５の下流側に、流体回路３は全体として３ｂで示された出口孔を有しており、それを通して、循環する溶液に混合された気体が回路から解放されて排出される。この出口孔３ｂにおいて、流体回路３は、選択的に気体のみが逃げられるようにする多孔壁部分３ｃを有している。多孔度は、高い表面張力を有した金属性液体が流体回路から透過して出て行くことができないように選択されている。都合の良いことには、ヘッド損失を低減するために、多孔壁部分３ｃは、内部回路３ｂの内側に都合の良く設けられている。このことによって、更に溶液流の連続性と方向性とが保証されるようにしている。

出口孔３ｂは、好ましくは、図１において実線で図示された位置に配置されているが、しかし、これは更にチョーク５と入口孔３ａとの間の他の場所に、例えば破線で図示された場所にも配置され得るものである。

入口孔３ａとチョーク５との間に在る回路の長さ部分は、図１において６で示されており、好ましくは真っ直になっている。流体回路３のこの長さ部分６には、磁界発生部７が組み込まれており、その磁界発生部７は、例示的に図示された実施例では、前記回路の長さ部分の対向した側に互いに向き合って配置された反対極性（ＮとＳ）の二つの磁極８、９を有している。これらの磁極は、永久磁石の磁極とすることができる。

磁界発生部７は、流体回路３の長さ部分６における溶液の流れ方向に対してほぼ直角の方向に沿って力線が延びる誘導磁束を発生するように構成されている。これらの力線は図１において１０で示されている。

線図で示された前記実施例に代えて、磁界発生部７は、一つ以上の電磁石や、又は流体回路３の長さ部分６に直接塗布された永久磁気コーティングから構成される。

運転中、誘導起電力は、速度ｖで流体回路３の長さ部分６を通る溶液の流れが誘導磁界Ｂの力線１０を通過する結果としてその溶液の流れ内に発生される。誘導される電界強度Ｅを次式で示す。

誘導電界の作用を受けて、電流は、溶液の流れ方向と磁気誘導の方向とに直交する方向において流体回路３の長さ部分６を通過する溶液内に流れる。この電流は、図２において矢印１１によって線図で示されている。

図２において、１２と１３は流体回路３の長さ部分６を流れる溶液と接触した状態で設置された二つの電極を示している。電極１２、１３は、磁極８、９によって発生される磁界の力線１０に対して、またその回路の長さ部分６における溶液の流れ方向に対してほぼ直角の方向において互いに向かい合って位置決めされている。

電極１２、１３の間における電気抵抗をＲ１で示しているが、抵抗Ｒ２で特徴付けされている外部のユーザ装置１４（図２）がそれら電極に接続されている場合、ユーザ装置に向かって流れる電流Ｉを次式で示す。

但し、Ｕ＝ｖＢｄ、そこで、ｄは電極１２、１３間の（平均）距離である。

ユーザ装置１４に転送される電力を次式で示す。

発電機１の内部抵抗Ｒ１は、流体回路３に流れる溶液の導電率と本システムの幾何学的配列とに依存している。

とにかく、流体回路３の長さ部分６で発生される磁界がほぼ一様な場合、ユーザ装置１４への電力の最大転送量は、Ｒ１がＲ２に等しいときに生じ、この場合に転送される電力を次式で示す。

但し、Ωは、流体回路３で循環する溶液の仕事量であり、またηは、前記溶液の導電率である。

上に示した最後の式は、利用できる出力電力を高めるために、流体回路における溶液の流速と循環する溶液の導電率を最適にする必要があることを明示している。

使用されるコロイド溶液は、流体力学的産出の目的のために粘度などの特性の観点からも最適な方法で調製されなければならない。

図２は、本発明に係る発電機の変形実施例を示している。この図では、既に説明した構成部品に同一か又は相当している部品と構成要素には、以前に使用したものと同じ参照番号を付与した。

図３に係る実施例では、流体回路３は、微少燃焼器などの対応源２から加圧気体の対応した流れを受け入れる複数の入口孔３ａを有している。これら入口孔３ａの各々の後ろには、上で限定された溶液流の運転方向において対応した断面の絞り５が後続し、次いで対応した出口孔３ｂが後続する。各絞り５と後続の出口孔３ｂとの間において、流体回路は微少燃焼器などの関連した加圧気体源２’に作動接続された対応した補足入口孔３’ａを有している。

図３に係る発電機では、対応した磁界発生部７が入口孔３ａと後続の断面の絞り５との間と、補足入口孔３’ａと後続の出口孔３ｂとの間に在る流体回路３の好ましくは真っ直な長さ部分６の各々と組み合わされている。

流体回路３の単一の長さ部分６に各々組み合わされ、互いに向き合った対応した対の電極を介して、運転中にユーザ装置に転送される電流を引き出すことができる。流体回路３の種々な真っ直な長さ部分６に組み合わされる複数対の電極は、例えば直列、又は並列など種々な方式で互いに相互接続され得るものである。

図３に係る発電機では、補足入口孔３’ａを設けることで、流体が膨張と凝縮の作用を受けるチョーク５から下流側で回路３を循環する流体を再圧縮できるようにしている。

勿論、本発明の原理が変わらない限り、実施例と構造の細部は、添付された特許請求の範囲で定義した本発明の技術範囲を越えないように、非限定例の中で説明し且つ図示したものから大きく変えられ得るものである。

本発明に係る第一の磁気流体力学効果の発電機の部分断面の線図である。 図１における線II−IIに沿った部分断面図である。 本発明に係る磁気流体力学効果を有した別の発電機の部分断面の線図である。

Claims (12)

1. 発電機（１）であって、
   少なくとも一つの加圧気体源（２；２’）と、
   或る投入量の金属材のマイクロ粒子、又はナノ粒子が分散されている導電性の媒介液体を有した溶液を収容した実質的にリング形状の閉鎖流体回路（３）であって、
   運転中に回路（３）内で所定方向に前記溶液を循環させて、共に二相の気体と液体の混合物を形成することができる加圧気体の流れを受け入れるように前記加圧気体源（２；２’）に接続された少なくとも一つの入口孔（３ａ；３’ａ）と、
   該入口孔（３ａ）の下流側に配置され且つ前記二相混合物の速度と凝縮を高めるように寸法設定された流れ断面の絞り（５）と、
   該絞り（５）から下流側に配置され、前記溶液と混合された気体を回路（３）から解放して、排出する少なくとも一つの出口孔（３ｂ）とを有した流体回路（３）と、
   入口孔（３ａ）と断面の絞り（５）との間に在る流体回路（３）の長さ部分（６）と組み合わされ、該回路の長さ部分（６）における溶液の流れ方向に対してほぼ直角に誘導磁束（１０）を発生することのできる磁界発生手段（７；８、９）と、
   流体回路（３）の長さ部分（６）において溶液と接触した状態で設置され且つ前記発生手段（７；８、９）によって発生された磁界の力線（１０）に対して、また前記回路の長さ部分（６）における溶液の流れ方向に対してほぼ直角の方向において互いに向き合った少なくとも一対の電極（１２、１３）とを有しており、
   運転中に、強さが、流体回路（３）の長さ部分（６）における溶液の流速（ｖ）と、関連した磁界の強さ（Ｂ）と前記電極（１２、１３）と間の電気抵抗（Ｒ１）とに依存する電流（Ｉ）が前記電極（１２、１３）間を流れるように構成されていることを特徴とする発電機。
2. 前記の少なくとも一つの加圧気体源は、微少燃焼装置（２、２’）から構成されている請求項１記載の発電機。
3. 入口孔（３ａ）は、或る流量の気体（４）が前記溶液の局部的な流れ方向にほぼ平行な方向においてそれを介して回路（３）に供給されるように構成されている請求項１又は２記載の発電機。
4. 前記出口孔（３ｂ）は、気体が流体回路（３）から逃げられるようにできる回路（３）の多孔壁部分（３ｃ）から構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の発電機。
5. 前記多孔壁部分（３ｃ）は、回路（３）の内側に配置されている請求項４記載の発電機。
6. 各々加圧気体の流れを受け入れるように設計された複数の入口孔（３ａ）を備えた流体回路（３）を有しており、またそれら入口孔（３ａ）の各々の後には、溶液流の作動方向において対応した断面の絞り（５）が後続し、次に対応した出口孔（３ｂ）が後続しており、また流体回路（３）は、各絞り（５）と後続の出口孔（３ｂ）との間において対応した加圧気体源（２’）に作動接続された対応した補足入口孔（３’ａ）を有している請求項１ないし５のいずれかに記載の発電機。
7. 磁界発生手段（７）は、各入口孔（３ａ）と後続の断面の絞り（５）との間と、各補足入口孔（３’ａ）と後続の出口孔（３ｂ）との間とに在る流体回路（３）の長さ部分（６）に組み合わされている請求項６記載の発電機。
8. 磁界発生手段（７；８，９）が組み合わされている流体回路（３）の長さ部分（６）、又は各々の長さ部分（６）は、ほぼ真っ直である請求項１ないし７のいずれかに記載の発電機。
9. 媒介液体は、水又はアルコールである請求項１ないし８のいずれかに記載の発電機。
10. 前記金属材は、一つ以上の貴金属の、又は一つ以上のアルカリ金属のマイクロ粒子か、又はナノ粒子から構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の発電機。
11. 金属材は、水銀のマイクロ粒子又はナノ粒子から構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の発電機。
12. 金属材は、錫と亜鉛の合金のマイクロ粒子又はナノ粒子から構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の発電機。
    
    

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