JP2005192390A - マイクロ燃焼発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼によって発生したプラズマの運動エネルギーを電流に変換する。
【解決手段】発電装置（１）は、互いに分離した正イオンおよび電子を含むプラズマ状態にある排気ガスの流れを発生するマイクロ燃焼器（２）と、排気出口（５）に連結された変換装置（６）とを備える。変換装置（６）は、最初の部分（７ａ）にプラズマの負電荷（電子）を捕獲するための分離および捕獲電極（１３，８；１８）が設けられた電気絶縁性のダクト（７）を備え、下流では、プラズマは正イオン（Ｉ）だけを含む。ダクト（７）は、前記プラズマから絶縁された導電性材料から成る外側クラッド（１２）が設けられた中間部分（７ｂ）を有し、その端部は負荷（Ｌ）に接続可能である。動作時には、ダクト（７）の中間部分（７ｂ）における正イオンの流れが、プラズマの流れ方向に沿ってクラッド（１２）中を伝搬する負電荷を静電的に誘導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼によって発生したプラズマの運動エネルギーを利用者装置や外部の負荷における電流に変換可能なマイクロ燃焼発電装置に関する。

イギリス特許公報ＧＢ ６４８ ２７２ Ａ 米国特許公報ＵＳ ３ ６３８ ０５４ Ａ ドイツ特許公報ＤＥ ６３９ ０００ Ｃ ベルギー特許公報ＢＥ ５２５ ３６３ Ａ

本発明に係る発電装置は、電気的に制御された少なくとも１つの燃料噴射器が設けられ、互いに分離した正イオンおよび電子を含むプラズマ状態にある排気ガスの流れを排気出口において発生可能であるマイクロ燃焼器(microcombustor)と、
マイクロ燃焼器の前記排気出口に連結された変換装置とを備え、
変換装置は、マイクロ燃焼器の前記排気出口に連結され、最初の部分にプラズマの負電荷（電子）の分離および捕獲のための手段が設けられた、電気絶縁材料から成るダクトを備え、
ダクトの前記最初の部分の下流において、プラズマは実質的に正イオンだけを含み、
前記最初の部分の下流において、ダクトは、前記プラズマから絶縁された導電性材料から成る外側クラッドが設けられた中間部分を有し、その端部は負荷または電気利用者装置に接続可能であり、
ダクトの前記中間部分における正イオンの流れが、実質的にダクトの前記中間部分でのプラズマの流れ方向に沿って前記クラッド中を伝搬する負電荷を前記導電性クラッドに静電的に誘導して、負荷において電流の流れを発生するように配置されていることを特徴とする。

本発明の更なる特徴および利点は、添付した図面を参照しつつ、単に非限定的な例を用いた下記の詳細な説明から明らかとなろう。

本発明に係るマイクロ燃焼発電装置は、大略的に図１の符号１で示している。

この発電装置は、電気的に制御された少なくとも１つの燃料噴射器３と、燃焼補助剤(supporter)の流れを供給するための装置４とが設けられ、それ自体知られたタイプのマイクロ燃焼器２を備える。

マイクロ燃焼器２は、大略的に符号６で示した変換装置の入口が連結された排気出口５を有する。変換装置６は、例えば、セラミック材料などの電気絶縁材料から成るダクト７を備える。ダクト７は、マイクロ燃焼器２の排気出口５に連結された入口端部７ａを有する。ダクト７のこの部分７ａは、その壁に相対する２つの金属電極８，９を有し、これらは互いに分離していて、排気ガスの流れ方向と平行である。

２つの電極のうちの一方（符号８）は、外部の電圧発生器１３の正極に接続されている。他方の電極９は、流れに面する側で、マイクロ燃焼器からの排気ガスで構成されるプラズマが直接には接触しないように、誘電体材料１０から成る薄い層で覆われており、前記電圧発生器１３の負極に接続されている。

電極８，９の下流において、ダクト７は、正電荷の流速を増加させるためのノズル１１を規定する絞り(restriction)を形成している。

ノズル１１の下流にあるダクト７の中間部分７ｂは、外側の金属クラッド層（符号１２）を有する。この金属クラッド層の対向端部は、ワイヤや適切な電気接点などの導体からなる手段で利用者装置や外部負荷Ｌに接続されている。

ダクト７のセクション７ｂの内部には、例えば、セラミックなどの電気絶縁材料から成る成形体１４が配置され、プラズマ流にとって円環状の断面を持つダクトを規定する。

ダクト７は、排気ガスを逃がすための出口端部（符号７ｃ）を有する。この端部は、電圧発生器１３の負極に接続された、実質的に横置きの金属グリル１５が設けられる。

動作時には、マイクロ燃焼器２は、変換装置６のダクト７の中に、互いに分離した正イオンおよび電子を含むプラズマ状態にある排気ガスの流れを放出する。

図１において、プラズマのこれらのイオンと電子は「Ｉ」と「ｅ」でそれぞれ示しており、これらの電荷の伝統的な符号を含む小さな円でシンボル的に表現している。

電圧供給器１３に接続された電極８，９は、ダクト７ａの内部において、電荷の流れ方向に垂直な電界を発生する。前記電界により、プラズマの一部を形成する電荷は、反対符号の電極に向かって向きが変えられ、電子ｅは、発生器１３の正極に接続された電極８によって捕獲されるが、他方、正イオンＩは、絶縁層１０の存在によって負極９と接触できないことから、ダクト７の出口端部に向かって進行することなる。そのため、プラズマは実質的に正電荷だけの流れになる。

ノズル１１は、イオンＩの流れをより加速する機能を有する。

ダクト７の後段セクション７ｂにおいて、正イオンＩは、外側の金属クラッド１２の上に負の電荷を出現させる（静電誘導による）。正イオンＩは、「これら負電荷を引っぱることにより」、自己の運動エネルギーの一部をこれらの負電荷に、金属導体においてプラズマの運動方向に沿って与える。

導電性のクラッド１２の端部は、電気回路である利用者装置Ｌに接続され、電流が循環するように生ずる

ダクト７において、イオンＩのプラズマと導電性クラッド１２の間の界面表面および相互作用を増加させるために、セパレータ１４が都合良く導入され、プラズマが円形リング状の断面に分布するようになる。

外側の金属層１２は、正イオンＩが接触によって中和されないように、プラズマ流から都合良く絶縁されていることが理解できよう。

出口グリル１５は、ダクト７の外側金属層１２から電気絶縁されており、ダクトを通過するプラズマの正イオンを中和する。終端部あるいはダクト７の出口７ｃは、中和されたガスの排気として機能する。

ダクト７に関して、その最小寸法が、プラズマ状態の中で存在しなければならないという条件と結びつくことが理解でき、その条件とは、１つの電子がイオンの回りで描く軌跡についてのデバイ比(Debye ratio)が、下記の関係に従って、プラズマが閉じ込められる容器の最小寸法ｄよりかなり小さくなければならないことを要する。

ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは（絶対）温度、ｅは電子の電荷、ｎはプラズマ密度である。

ダクト７でのプラズマの正電荷および負電荷の分離は、上述した２つの電極８，９だけでなく、外部の電圧発生器１３の正極と負極に接続され、プラズマの流れ方向を横断して互いに軸方向に分離配置された２つの金属グリル１８，１９によっても行うことができる。この構成は、図２に示しており、ダクト７の最初の部分７ａを概略的に断面で表現している。

当然ながら、ここに存する本発明の原理、実施形態、構成の詳細は、添付した特許請求の範囲で規定された本発明の外延から逸脱することなく、単に非限定的な例として説明、図示したものに関して、広範に変更することができる。

本発明に係るマイクロ燃焼発電装置の概略的な部分断面図である。 変形した実施形態の部分図である。

符号の説明

１ 発電装置
２ マイクロ燃焼器
３ 燃料噴射器
５ 排気出口
６ 変換装置
７ ダクト
７ａ 最初の部分
７ｂ 中間部分
８，９ 電極
１０ 絶縁層
１１ ノズル
１２ 外側クラッド
１３ 電圧発生器
１４ セパレータ
１５，１８，１９ グリル
Ｌ 負荷

Claims (9)

1. 電気的に制御された少なくとも１つの燃料噴射器（３）が設けられ、互いに分離した正イオン（Ｉ）および電子を含むプラズマ状態にある排気ガスの流れを排気出口（５）において発生可能であるマイクロ燃焼器（２）と、
   マイクロ燃焼器（２）の前記排気出口（５）に連結された変換装置（６）とを備え、
   変換装置（６）は、マイクロ燃焼器（２）の前記排気出口（５）に連結され、最初の部分（７ａ）にプラズマの負電荷（電子）の分離および捕獲のための手段（１３，８；１８）が設けられた、電気絶縁材料から成るダクト（７）を備え、
   ダクトの前記最初の部分（７ａ）の下流において、プラズマは実質的に正イオン（Ｉ）だけを含み、
   前記最初の部分（７ａ）の下流において、ダクト（７）は、前記プラズマから絶縁された導電性材料から成る外側クラッド（１２）が設けられた中間部分（７ｂ）を有し、その端部は負荷または電気利用者装置（Ｌ）に接続可能であり、
   ダクト（７）の前記中間部分（７ｂ）における正イオン（Ｉ）の流れが、実質的にダクトの前記中間部分（７ｂ）でのプラズマの流れ方向に沿って前記クラッド（１２）中を伝搬する負電荷を前記導電性クラッド（１２）に静電的に誘導して、負荷（Ｌ）において電流の流れを発生するように配置されている発電装置（１）。
2. 負電荷（ｅ）についての前記分離および捕獲のための手段（１３，８）は、動作時に、ダクト（７）の前記最初の部分（７ａ）においてプラズマと接触する電極（８）を備え、前記電極（８）は、電圧発生器（１３）の正極に接続されている請求項１記載の発電装置。
3. 第２の電極（９）が、前記第１の電極（８）に対向し、プラズマから絶縁されるように、ダクト（７）の前記最初の部分（７ａ）の壁に取り付けられ、前記第２の電極（９）は、電圧発生器（１３）の負極に接続されている請求項２記載の発電装置。
4. 負電荷（ｅ）についての前記分離および捕獲のための手段（１３，１８）は、ダクト（７）の前記最初の部分（７ａ）に横断して配置され、電圧源（１３）の正極に接続された（第１の）導電性グリル（１８）を備える請求項１記載の発電装置。
5. 第２の導電性グリル（１９）が、ダクト（７）の前記最初の部分（７ａ）に横断して、前記第１のグリル（１８）の下流側に配置され、前記第２のグリル（１９）は、前記電圧源（１３）の負極に接続されている請求項４記載の発電装置。
6. 前記電圧源（１３）の負極に接続された中和するグリル（１５）が、ダクト（７）の終端または出口部分（７ｃ）に配置されている請求項２〜５のいずれかに記載の発電装置。
7. 最初の部分（７ａ）と中間部分（７ｂ）の間において、ダクト（７）は、ノズル形状の狭い断面（１１）を有する請求項１〜６のいずれかに記載の発電装置。
8. ダクト（７）の前記中間部分（７ｂ）には、前記プラズマにとって環状の通路を規定するように機能する成形素子（１４）が配置されている請求項１〜７のいずれかに記載の発電装置。
9. ダクト（７）での狭い断面（１１）は、前記成形素子（１４）の上流に配置されている請求項７または８記載の発電装置。

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