JP3201071B2 - 爆薬発電機 - Google Patents

爆薬発電機

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JP3201071B2
JP3201071B2 JP11508493A JP11508493A JP3201071B2 JP 3201071 B2 JP3201071 B2 JP 3201071B2 JP 11508493 A JP11508493 A JP 11508493A JP 11508493 A JP11508493 A JP 11508493A JP 3201071 B2 JP3201071 B2 JP 3201071B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば電磁加速装置
や電磁波発生装置などの電源に使用される大電流パルス
発電機、とくに、爆薬の爆発エネルギーを大電流に変換
して出力する発電機に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、爆薬発電機の発電原理を説明す
る分解斜視図であり、それぞれ(A)は動作前、(B)
はプラズマ流の生成中、(C)は、発電中の爆薬発電機
の状態を示している。図4(A)は、ライナ1がガス空
間2を内部に形成し、右方端に開口部1Aを備えてい
る。ライナ1の外側には爆薬3が配され、爆薬3の左端
に接するように起爆装置4が嵌挿されている。ガス空間
2の開口部1A側に隣接して空隙部9が配され、この空
隙部9の上下には電極対6A,6Bが設けられている。
この空隙部9内には電極対6A,6Bに平行な方向に図
示されていない磁石装置によって磁界が形成され、磁束
Φが矢印のように貫通している。さらに、電極対6A,
6Bは電流リード7を介して負荷8に並列接続されてい
る。
【0003】図4(A)の状態において、起爆装置4を
動作させると、爆薬3が左端から爆発を開始する。これ
に伴って、ガス空間2は、爆発の伝搬速度(約9km/
s)と同一の速度で左側から右側へ潰されて行く。その
途中の状態を示した図が図4(B)である。爆薬3の爆
発による爆轟波3Aによってライナ1が圧縮されガス空
間2が潰されている。このガス空間2内に予めガス体を
介在させておくと、爆発力によって圧力が数万気圧、温
度が数万度のプラズマが形成される。このプラズマは、
図4(B)における点々で示された領域で発生し、これ
らがすべてプラズマ流5となって矢印のように右方へ高
速で進む。
【0004】図4(B)において、プラズマ流5がライ
ナ1の開口部1Aまで来ると、電極対6A,6B間の空
隙部9に入り込んで行く。その状態を示した図が図4
(C)である。図4(C)において、プラズマ流5の方
向と磁束Φの方向とが直交している。一般に、磁界中を
導電性物質が運動するとき、電磁誘導の法則により磁界
と運動方向に対して垂直な方向に電圧が誘起される。プ
ラズマと導電性を有しているので、電極対6A,6B間
に起電力Eが発生し負荷8に電流IO が出力される。
【0005】この起電力Eは、プラズマ流5の速度u
と、磁界の強さBと、電極対6A,6Bの間隙長dとの
積で決まる。これらのディメンジョンをそれぞれE
〔V〕、u〔m/s〕、B〔T〕、d〔m〕とすると、 E=B・u・d ・・・(1) となる。
【0006】例えば、間隙長d=2cmの空隙部9に磁
界B=0.5Tを加え、そこに速度u=9km/sのプ
ラズマ流5と通すと、(1)式によりE=90Vの起電
力が発生する。プラズマ流に磁界をかけて発電させるこ
の発電原理は、一般にMHD(Magnet Hydro Dynamics)
型発電と呼ばれ従来からよく知られている。図5は従来
の爆薬発電機の構成を示す断面図である。アルミニウム
材よりなるライナ1の外周に爆薬3が装填され、上部に
伝爆薬4Aを介して起爆装置4が嵌挿されている。ライ
ナ1内のガス空間2の上部には円錐状の駒10が配され
るとともに、その中心にガス流通穴11が貫通してい
る。爆薬3の下部には、保護板13を介して絶縁ジョイ
ント27が配され、この絶縁ジョイント27には、電極
対6A,6Bが両側から嵌挿され空隙部9を形成してい
る。また、絶縁ジョイント27の下部には、プラズマ排
気管16が配されている。さらに、プラズマ排気管16
の下部出口はガス流通穴12の貫通した通気栓17が取
り付けられている。なお、図示されていないが、空隙部
9の電極対6A,6B附近には、紙面の手前側と奥行側
とに永久磁石が配されている。この永久磁石によって電
極対6A,6B間に紙面と垂直な方向の磁界を形成させ
ている。
【0007】図5の装置を発電させる前準備として、ま
ず、ガス流通穴11,12を介して、アルゴンガスを流
通させ、ガス空間2と空隙9内にアルゴンガスを充填す
る。この状態で起爆装置4を動作させると、伝爆薬4A
を介して爆薬3が上方から爆発し、ライナ1が上部から
潰れて行く。駒10の存在によってライナ1が図4
(B)で示したようにテーパ状に潰れ、ガスをより高圧
に圧縮することができプラズマ流の形成を容易にしてい
る。プラズマ流が空隙部9に流れ込むと、図4におい
て、説明した原理に基づいて電極対6A,6B間に起電
力が発生する。発電に使用されたプラズマ流はプラズマ
排気管16を介して下方に排気され、通気栓17を破壊
して外部へ吹き出す。なお、保護板13は爆薬3の爆轟
波から下部の発電側を守るための衝壁である。
【0008】図5において、ガス空間2と空隙部9はそ
れぞれ内径a,dを備えた円腔である。しかも、内径d
は内径aより大きく形成されている。d=aの条件でも
発電は可能であるが、内径dは電極対6A,6Bの間隙
長でなので、(1)式よりdは出来るだけ大きい方が高
い起電力が得られるので有利である。そのために、ガス
空間2の開口部に段差を設けて、より大きい空隙部9を
形成している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、電極対の間隙長に比例して起電
力が高くならないという問題があった。プラズマ流が内
径の小さいガス空間から内径の大きいガス空間に流れ込
むので、電極対の間隙長の中央附近のプラズマ密度は、
ガス空間で生成されたプラズマ流の密度がそのまま維持
される。しかし、電極対の間隙長の電極表面附近のプラ
ズマ密度は、プラズマ流がまだ拡散して来ないので低
い。すなわち、プラズマ流の通路に段差を設けると、そ
の段差部分がプラズマ密度の分布が不均一になる。従来
の装置においては、その段差の部分に電極対が配されて
いたので、電極対の間隙内のプラズマ密度が不均一にな
り、その間隙長に比例して起電力が高くならなかった。
この段差は大きくすればするほど、起電力の上昇分は少
なくなってくる。
【0010】この発明の目的は、電極対の間隙長に比例
して起電力が高くなる装置を提案することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、爆薬を爆発させて得られるプラ
ズマ流に磁界をかけてパルス電流を発生させるものであ
って、一方端に開口部を備え内部にガス空間を形成する
ライナと、このライナの外側に沿って配され爆発するこ
とによってガス空間にプラズマ流を発生させる爆薬と、
ライナの反開口部側に配され爆薬に接するように嵌挿さ
れた起爆装置と、ライナ開口部に隣接されガス空間から
プラズマが流れ込む空隙部と、この空隙部の両側に配さ
れプラズマの流れに直角な方向に磁界を発生させる磁石
装置と、空隙部の両側に配されプラズマの流れ方向およ
び磁界の方向に平行な電極対と、この電極対の反ライナ
側に配され、空隙部内を流れるプラズマ流を排出させる
プラズマ排気管とにより構成され、電極対の間隙長がガ
ス空間の内径より大きく形成されたものにおいて、ライ
ナと電極対との間にプラズマ流をガス空間から空隙部へ
導くプラズマガイド管が介装され、このプラズマガイド
管の内腔を空隙部と段差なく連通させてなるものとす
る。
【0012】かかる構成において、金属円管の軸方向の
一方を押圧することによって円管部から楕円管部に変形
する管が形成され、円管部をライナとし、楕円管部をプ
ラズマガイド管としたものとし、さらに、プラズマ排気
管がプラズマガイド管の楕円管部と同じ断面形状のもの
より形成されたものとする。
【0013】
【作用】この発明の構成によれば、ライナと電極対との
間にプラズマ流をガス空間から空隙部へ導くプラズマガ
イド管が介装されたことにより、ガス空間からのプラズ
マ流はプラズマガイド管内を軸方向に進みながら管内の
半径方向外方にも拡散する。プラズマ流が空隙部に到達
したときにはプラズマガイド管の内腔内はプラズマ流が
均一に分布するようになる。プラズマガイド管の内腔は
空隙部と段差なく連通させたので、電極対の間隙長内で
のプラズマ密度が均一になる。これによって、電極対の
間隙長が大きくなっても、起電力がその間隙長に比例し
て増加するようになる。
【0014】かかる構成において、円管部と楕円管部と
が一体につながる管を形成し、円管部をライナとし、楕
円管部をプラズマガイド管とする。楕円管部の内径のう
ち、長径側が間隙長となるように電極対を配置すれば、
電極対の間隙長をガス空間の内径より大きく形成するこ
とができる。金属円管の一方を押圧するだけで円管部と
構内管部とを形成することができるので、プラズマガイ
ド管の支持が容易になり構成がシンプルになる。
【0015】かかる構成において、プラズマ排気管もプ
ラズマガイド管の楕円管部と同じ断面形状にする。これ
によって、プラズマ排気管をプラズマガイド管側に固定
する構造が簡素化される。
【0016】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例にかかる爆薬発電機の構成を示
す断面図である。円筒状のプラズマガイド管24が保護
板13と絶縁ジョイント23との間に介装され、プラズ
マガイド管24の内径は電極対6A,6Bの間隙長dと
等しくなっている。その他の構成は図5の従来の装置と
同じである。同じ部分には同一参照符号を用いることに
より詳細な説明を省略する。
【0017】図1において、ガス空間2の内径aが間隙
長dより小さくても、プラズマ流はプラズマガイド管2
4内を下方に進みながら管内の半径方向にも拡散する。
したがって、プラズマ流が空隙部9に到達したときは、
プラズマ密度が、空隙部9内で均一になる。そのため
に、電極対6A,6Bからの起電力は間隙長dに比例し
て高くなるようになる。
【0018】図2は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる爆薬発電機の構成を示す断面図である。ライナ1
とプラズマガイド管25とが一体の金属管で形成され、
ライナ1側は円管、プラズマガイド管25側は楕円管で
ある。また、プラズマ排気管26も、プラズマガイド管
25と同じ楕円管である。その他の構成は図1と同じで
ある。
【0019】図3は図2のA−AまたはB−B断面図で
ある。プラズマガイド管25とプラズマガイド管26の
内径は、いずれも長径がd、短径がbより構成され、ガ
ス空間2の内径aとの関係はそれぞれd>a、b<aと
なる。図2に戻り、ガス空間2からのプラズマ流はガス
空間2の出口で内径が変わることによって管内のプラズ
マ密度が不均一になっても、プラズマ流がプラズマガイ
ド管25を下方に進むにつれてプラズマ密度が管内で均
一になる。プラズマガイド管25は、金属円筒の一方を
押圧するだけでライナ1と一体に形成されるので、その
支持が容易になり構造もシンプルになる。さらに、プラ
ズマ排気管26もプラズマガイド管25の断面と同じ楕
円管なので、絶縁ジョイント23が上下同じ形状とな
り、プラズマ排気管26を固定する。絶縁ジョイント2
3の構造が簡素化される。
【0020】
【発明の効果】この発明は前述のように、ライナと電極
対との間にプラズマガイド管が介装されたことにより、
起電力が電極対の間隙長に比例するようになり発電効率
が向上した。かかる構成において、円管状のライナと楕
円管状のプラズマガイド管とを一体に形成した。これに
より、プラズマガイド管の支持が容易になり、また、装
置の製作も安価になった。
【0021】さらに、かかる構成において、プラズマ排
気管も楕円管にした。これにより、プラズマ排気管の固
定が簡素化され、装置の製作がさらに安価になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例にかかる爆薬発電機の構成を
示す断面図
【図2】この発明のさらに異なる実施例にかかる爆薬発
電機の構成を示す断面図
【図3】図2のA−AまたはB−B断面図
【図4】爆薬発電機の発電原理を説明する分解斜視図で
あり、(A)は動作前、(B)はプラズマ流の生成中、
(C)は発電中の爆薬発電機の状態を示す図
【図5】従来の爆薬発電機の構成を示す断面図
【符号の説明】
1:ライナ、2:ガス空間、3:爆薬、4:起爆装置、
9:空隙、10:駒、11,12:ガス流通穴、13:
保護板、16,26:プラズマ排気管、24,25:プ
ラズマガイド管、23:絶縁ジョイント、6A,6B:
電極対、17:通気栓、4A:伝爆薬
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 44/12 H02K 44/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】爆薬を爆発させて得られるプラズマ流に磁
    界をかけてパルス電流を発生させるものであって、一方
    端に開口部を備え内部にガス空間を形成するライナと、
    このライナの外側に沿って配され爆発することによって
    ガス空間にプラズマ流を発生させる爆薬と、ライナの反
    開口部側に配され爆薬に接するように嵌挿された起爆装
    置と、ライナ開口部に隣接されガス空間からプラズマが
    流れ込む空隙部と、この空隙部の両側に配されプラズマ
    の流れに直角な方向に磁界を発生させる磁石装置と、空
    隙部の両側に配されプラズマの流れ方向および磁界の方
    向に平行な電極対と、この電極対の反ライナ側に配さ
    れ、空隙部内を流れるプラズマ流を排出させるプラズマ
    排気管とにより構成され、電極対の間隙長がガス空間の
    内径より大きく形成されたものにおいて、ライナと電極
    対との間にプラズマ流をガス空間から空隙部へ導くプラ
    ズマガイド管が介装され、このプラズマガイド管の内腔
    を空隙部と段差なく連通させてなることを特徴とする爆
    薬発電機。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、金属円管の
    軸方向の一方を押圧することによって円管部から楕円管
    部に変形する管が形成され、円管部をライナとし、楕円
    管部をプラズマガイド管としたことを特徴とする爆薬発
    電機。
  3. 【請求項3】請求項2記載のものにおいて、プラズマ排
    気管がプラズマガイド管の楕円管部と同じ断面形状のも
    のより形成されたことを特徴とする爆薬発電機。
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