JP2545708B2 - 石炭ｍｈｄ発電方法 - Google Patents
石炭ｍｈｄ発電方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K44/00—Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
- H02K44/08—Magnetohydrodynamic [MHD] generators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は石炭燃焼電MHD発電に関するものである。
（従来の技術） MHD発電は電磁流体発電のことであり、電離しやすい
カリウム等アルカリ金属化合物を添加した高温（2000〜
3000K）の燃焼ガスを差動流体として磁界中に置かれた
発電流路に沿つて高速（約1000m/s）で流す直接発電方
式である。タービン等の可動部が無いため、発電機の構
造が簡単で種々な燃料を使用できる。MHD発電機は汽力
発電プラントと結合させると総合熱効率を汽力発電プラ
ントの約40％から約50％に上げ、石炭等の化石エネルギ
ー資源を有効に利用できる省エネルギー発電技術であ
る。MHD発電機は第１図に示すように磁界１に対して直
角の方向に燃焼ガス２を通すとそれらに対して直角の方
向に起電力３を発生するものである。磁界中で（発電
時）燃焼ガスに電流が流れると、その燃焼ガス中で電荷
を運ぶイオンと電子の磁界に対する回転半径の差から燃
焼ガスの流れ方向に電圧を発生する、これをホール電圧
という。このホール電圧を短絡すると発電機内の電流に
偏りが生じ、発電出力が低下する。そのため、発生電流
を取り出す陰極４、陽極４′は第１図のように燃焼ガス
の流れ方向に分割して、電極間に絶縁性の目地材５を入
れホール電圧を絶縁する。MHD発電機は高温高速の燃焼
ガスを作動流体として用いる新しい発電方式のため発電
機流路内部の消耗が激しく、比較的丈夫な水等で冷却し
た金属等の電極と水等で冷却した絶縁壁を用いた壁温度
が比較的に低いMHD発電機で千時間余りの耐久性が実証
されている。尚、第１図中６は陰極４、陽極４′、目地
材５と協同して発電流路を構成する絶縁壁を示す。
カリウム等アルカリ金属化合物を添加した高温（2000〜
3000K）の燃焼ガスを差動流体として磁界中に置かれた
発電流路に沿つて高速（約1000m/s）で流す直接発電方
式である。タービン等の可動部が無いため、発電機の構
造が簡単で種々な燃料を使用できる。MHD発電機は汽力
発電プラントと結合させると総合熱効率を汽力発電プラ
ントの約40％から約50％に上げ、石炭等の化石エネルギ
ー資源を有効に利用できる省エネルギー発電技術であ
る。MHD発電機は第１図に示すように磁界１に対して直
角の方向に燃焼ガス２を通すとそれらに対して直角の方
向に起電力３を発生するものである。磁界中で（発電
時）燃焼ガスに電流が流れると、その燃焼ガス中で電荷
を運ぶイオンと電子の磁界に対する回転半径の差から燃
焼ガスの流れ方向に電圧を発生する、これをホール電圧
という。このホール電圧を短絡すると発電機内の電流に
偏りが生じ、発電出力が低下する。そのため、発生電流
を取り出す陰極４、陽極４′は第１図のように燃焼ガス
の流れ方向に分割して、電極間に絶縁性の目地材５を入
れホール電圧を絶縁する。MHD発電機は高温高速の燃焼
ガスを作動流体として用いる新しい発電方式のため発電
機流路内部の消耗が激しく、比較的丈夫な水等で冷却し
た金属等の電極と水等で冷却した絶縁壁を用いた壁温度
が比較的に低いMHD発電機で千時間余りの耐久性が実証
されている。尚、第１図中６は陰極４、陽極４′、目地
材５と協同して発電流路を構成する絶縁壁を示す。
（発明が解決しようとする問題点） 石炭燃焼ガスを作動流体とし、発電流路壁の表面温度
が比較的低いMHD発電機では燃焼ガス中の石炭や添加し
たアルカリ金属化合物が流路壁表面に付着する。電極で
は付着物中を電流が流れるため電気化学反応が起こり、
電極中の陰極では付着物の電気抵抗が減少し、ホール電
圧を絶縁する目的で流れ方向に分割絶縁した隣接陰極電
極間を短絡する。その結果、発電出力が低下すると共
に、局所的に過大な隣接陰極間電圧や局部的な電流集中
が起こり発電機の寿命を低下させる。
が比較的低いMHD発電機では燃焼ガス中の石炭や添加し
たアルカリ金属化合物が流路壁表面に付着する。電極で
は付着物中を電流が流れるため電気化学反応が起こり、
電極中の陰極では付着物の電気抵抗が減少し、ホール電
圧を絶縁する目的で流れ方向に分割絶縁した隣接陰極電
極間を短絡する。その結果、発電出力が低下すると共
に、局所的に過大な隣接陰極間電圧や局部的な電流集中
が起こり発電機の寿命を低下させる。
この様な陰極壁付着物の電気抵抗の減少は、通電に伴
う電気化学反応により陰極近傍が強い還元雰囲気となり
石炭灰中の成分例えばFe2O3が電気抵抗の低いFe3O4に還
元されること、カリウム等アルカリ金属化合物及び石炭
灰中の金属化合物が還元されて純金属となること等によ
ると考えられている。石炭燃焼MHD発電機において、通
電後の陰極電極付着物中にFe3O4が増加することや純鉄
や金属カリウムが析出することは実験的に確認されてい
る。
う電気化学反応により陰極近傍が強い還元雰囲気となり
石炭灰中の成分例えばFe2O3が電気抵抗の低いFe3O4に還
元されること、カリウム等アルカリ金属化合物及び石炭
灰中の金属化合物が還元されて純金属となること等によ
ると考えられている。石炭燃焼MHD発電機において、通
電後の陰極電極付着物中にFe3O4が増加することや純鉄
や金属カリウムが析出することは実験的に確認されてい
る。
（問題点を解決するための手段） そこで本発明は発生電流を取り出すための電極を石炭
燃焼ガスの流れ方向に分割して配置すると共に、上記電
極相互の隣接間隔に絶縁性の目地材を設けて発生するホ
ール電圧を絶縁した石炭MHD発電方法において、上記電
極中、陰極に酸化剤の吹き込み装置を設け、該吹き込み
装置から陰極付着物に対して上記石炭燃焼ガスに対して
極少量の酸化剤を吹き付けて上記陰極付着物の低抵抗化
を防ぎ、相互に隣接した陰極間の短絡を防止するように
したことを特徴とする。
燃焼ガスの流れ方向に分割して配置すると共に、上記電
極相互の隣接間隔に絶縁性の目地材を設けて発生するホ
ール電圧を絶縁した石炭MHD発電方法において、上記電
極中、陰極に酸化剤の吹き込み装置を設け、該吹き込み
装置から陰極付着物に対して上記石炭燃焼ガスに対して
極少量の酸化剤を吹き付けて上記陰極付着物の低抵抗化
を防ぎ、相互に隣接した陰極間の短絡を防止するように
したことを特徴とする。
（作用） 陰極壁に供給した酸化剤により、陰極における通電に
伴う還元作用を中和し、付着物の低抵抗化を防止し、ま
た通電に伴う電気化学的反応により陰極付着物の中に析
出したカリウム等の金属や電気抵抗の低いFe3O4を吹き
出した酸化剤により酸化し、より電気抵抗の高い物質に
変化し隣接陰極間の短絡を防止、または解消する。
伴う還元作用を中和し、付着物の低抵抗化を防止し、ま
た通電に伴う電気化学的反応により陰極付着物の中に析
出したカリウム等の金属や電気抵抗の低いFe3O4を吹き
出した酸化剤により酸化し、より電気抵抗の高い物質に
変化し隣接陰極間の短絡を防止、または解消する。
（実施例） 第２図及び第３図は本発明の二つの実施例を示すもの
で、第２図に示すように、酸化剤供給系９から発電流路
の陰極電極間の目地５で保つた間隔５′へ酸化剤を吹き
出すか、第３図のように陰極表面を流体が通過できる多
孔質等の物質７で作り、酸化剤供給系９を陰極母材に通
し陰極表面へ酸化剤を吹き出すことによつて、隣接陰極
間の短絡を防止しようとするものである。酸化剤は陰極
の付着物８の間へ入り陰極の還元作用を中和するか、ま
たは、還元されてできた物質を酸化し、陰極付着物の低
抵抗化を防ぎ隣接陰極間短絡を防止する。酸素を酸化剤
として用いた場合、この反応に必要な単位電極当たりの
供給酸素量は下式で示される。
で、第２図に示すように、酸化剤供給系９から発電流路
の陰極電極間の目地５で保つた間隔５′へ酸化剤を吹き
出すか、第３図のように陰極表面を流体が通過できる多
孔質等の物質７で作り、酸化剤供給系９を陰極母材に通
し陰極表面へ酸化剤を吹き出すことによつて、隣接陰極
間の短絡を防止しようとするものである。酸化剤は陰極
の付着物８の間へ入り陰極の還元作用を中和するか、ま
たは、還元されてできた物質を酸化し、陰極付着物の低
抵抗化を防ぎ隣接陰極間短絡を防止する。酸素を酸化剤
として用いた場合、この反応に必要な単位電極当たりの
供給酸素量は下式で示される。
Ｑ＝α／η×I/（4F） 但し、Q:供給酸素量（mol/s）、α：絶縁に必要な反
応割合（１以下）、η：反応効率、I:単位電極当たりの
電流、F:フアラデー定数。
応割合（１以下）、η：反応効率、I:単位電極当たりの
電流、F:フアラデー定数。
MHD発電機の一部を第２図のように改造し、酸化剤と
して酸素を用い本発明の効果を実験により確認した。第
４図は実験結果の陰極電位分布を示す。10は電位、15は
陰極の電極番号である。燃焼ガスは電極番号の小さい方
から大きい方へ流れる。11は酸素を吹き込まないとき、
12は総量0.01g/sの酸素を吹き込んだときの電位分布を
示し、13は総量0.1g/sの酸素を吹き込んだときの電位分
布を示す。なお酸素を吹き込む目地を持つ範囲を14で示
す。このように酸素を吹き込むと電位の傾が急になり、
高いホール電圧が発生しており、これは短絡が解消でき
たこととを意味する。また、本発明の酸素吹き込み量は
0.01〜0.1g/sと、作動燃焼ガス流量（150g/s）に比べ、
1,500〜15,000分の１と極めて少量である。ここで、15,
000分の１以下では陰極間の短絡防止の効果がなく、ま
た1,500分の１以上では石炭燃焼ガスの温度が低下して
発電効率が大幅に低下する。
して酸素を用い本発明の効果を実験により確認した。第
４図は実験結果の陰極電位分布を示す。10は電位、15は
陰極の電極番号である。燃焼ガスは電極番号の小さい方
から大きい方へ流れる。11は酸素を吹き込まないとき、
12は総量0.01g/sの酸素を吹き込んだときの電位分布を
示し、13は総量0.1g/sの酸素を吹き込んだときの電位分
布を示す。なお酸素を吹き込む目地を持つ範囲を14で示
す。このように酸素を吹き込むと電位の傾が急になり、
高いホール電圧が発生しており、これは短絡が解消でき
たこととを意味する。また、本発明の酸素吹き込み量は
0.01〜0.1g/sと、作動燃焼ガス流量（150g/s）に比べ、
1,500〜15,000分の１と極めて少量である。ここで、15,
000分の１以下では陰極間の短絡防止の効果がなく、ま
た1,500分の１以上では石炭燃焼ガスの温度が低下して
発電効率が大幅に低下する。
（発明の効果） 本発明により石炭燃焼MHD発電機の隣接陰極短絡が解
消されることで、ホール電圧短絡による発電出力の低下
分が無くなり発電出力が増加できる。さらに電流の偏り
や過大な隣接電極間電圧が発生しないため電極等MHD発
電機部品の消耗が均一化され、発電機の寿命が伸びる。
隣接電極間の局所的に過大な電圧の発生を防げるため、
MHD発電機を設計する上でより高い平均ホール電界を許
容できるようになり、磁界や作動流体の流速をより増加
できる。従つて出力密度が増加でき、MHD発電機を高性
能小型化できる。以上のことは燃焼ガス流量に比べて極
めて微量の酸化剤を陰極へ添加することで達成できる。
例えば、出力60万kW級の実用プラントでの必要酸素量は
全ガス流量の0.0015％程度と見積られる。
消されることで、ホール電圧短絡による発電出力の低下
分が無くなり発電出力が増加できる。さらに電流の偏り
や過大な隣接電極間電圧が発生しないため電極等MHD発
電機部品の消耗が均一化され、発電機の寿命が伸びる。
隣接電極間の局所的に過大な電圧の発生を防げるため、
MHD発電機を設計する上でより高い平均ホール電界を許
容できるようになり、磁界や作動流体の流速をより増加
できる。従つて出力密度が増加でき、MHD発電機を高性
能小型化できる。以上のことは燃焼ガス流量に比べて極
めて微量の酸化剤を陰極へ添加することで達成できる。
例えば、出力60万kW級の実用プラントでの必要酸素量は
全ガス流量の0.0015％程度と見積られる。
第１図はMHD発電機の一部を欠截した概略斜視図、第２
図は本発明の一実施例の断面図、第３図は本発明の他の
一実施例の断面図、第４図は本発明を用いた熱入力1.5M
WのMHD発電機で行なつた実験結果で、図中、２は燃焼ガ
ス、４は電極、５はホール電圧を絶縁する電極間目地、
７は空隙のある電極材料、８は電極付着物、９は酸化剤
の供給系である。
図は本発明の一実施例の断面図、第３図は本発明の他の
一実施例の断面図、第４図は本発明を用いた熱入力1.5M
WのMHD発電機で行なつた実験結果で、図中、２は燃焼ガ
ス、４は電極、５はホール電圧を絶縁する電極間目地、
７は空隙のある電極材料、８は電極付着物、９は酸化剤
の供給系である。
Claims (1)
- 【請求項１】発生電流を取り出すための電極を石炭燃焼
ガスの流れ方向に分割して配置すると共に、上記電極相
互の隣接間隔に絶縁性の目地材を設けて発生するホール
電圧を絶縁した石炭MHD発電方法において、 上記電極中、陰極に酸化剤の吹き込み装置を設け、該吹
き込み装置から陰極付着物に対して上記石炭燃焼ガスの
1,500〜15,000分の１の酸化剤を吹き付けて上記陰極付
着物の低抵抗化を防ぎ、相互に隣接した陰極間の短絡を
防止するようにしたことを特徴とする石炭MHD発電方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60049878A JP2545708B2 (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 石炭ｍｈｄ発電方法 |
| US06/838,821 US4663548A (en) | 1985-03-13 | 1986-03-12 | Magnetohydrodynamic power generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60049878A JP2545708B2 (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 石炭ｍｈｄ発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61210868A JPS61210868A (ja) | 1986-09-19 |
| JP2545708B2 true JP2545708B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=12843300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60049878A Expired - Lifetime JP2545708B2 (ja) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | 石炭ｍｈｄ発電方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4663548A (ja) |
| JP (1) | JP2545708B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030001439A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-02 | Schur Henry B. | Magnetohydrodynamic EMF generator |
| CN110224573B (zh) * | 2019-06-21 | 2024-06-07 | 南方科技大学 | 一种磁流体发电装置及其制作方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3259767A (en) * | 1962-07-13 | 1966-07-05 | Westinghouse Electric Corp | Electrode protection for magnetohydrodynamic generators |
| US3309545A (en) * | 1962-07-17 | 1967-03-14 | Westinghouse Electric Corp | Gaseous insulation for magneto-hydrodynamic energy conversion apparatus |
| US3355607A (en) * | 1964-08-27 | 1967-11-28 | Avco Corp | Means for and method of preventing flow of hall currents in electrical equipment |
| US3397331A (en) * | 1965-07-20 | 1968-08-13 | Avco Corp | Electrode structure for a magnetohydrodynamic device |
| US3508087A (en) * | 1966-06-13 | 1970-04-21 | Electricite De France | Hot electrodes for magnetohydrodynamic generators,in particular of the open cycle type |
| FR1554815A (ja) * | 1967-11-30 | 1969-01-24 | ||
| JPS5427703B2 (ja) * | 1971-09-06 | 1979-09-11 | ||
| US4268765A (en) * | 1979-02-28 | 1981-05-19 | Westinghouse Electric Corp. | Transpiration cooled electrodes and insulators for MHD generators |
| US4447748A (en) * | 1981-04-27 | 1984-05-08 | Westinghouse Electric Corp. | High temperature corrosion and erosion resistant electrode |
-
1985
- 1985-03-13 JP JP60049878A patent/JP2545708B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-03-12 US US06/838,821 patent/US4663548A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4663548A (en) | 1987-05-05 |
| JPS61210868A (ja) | 1986-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |