JP4941687B2 - Electric vehicle equipped with MHD generator due to steam explosion in liquid metal, MHD generator due to steam explosion in liquid metal - Google Patents

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Description

本発明は、MHD発電部を有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機、及びその液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備える電気自動車の基本技術に関する。   The present invention relates to an MHD generator by steam explosion in a liquid metal having an MHD power generation unit, and a basic technology of an electric vehicle including the MHD generator by steam explosion in the liquid metal.

水が特殊な条件下で370℃程度の高温にまで一気に加熱されると、爆発現象が生じることが知られている。前記爆発現象は一般的に「水蒸気爆発」と呼ばれ、例えば、非常に高温の金属溶融体と水の接触により生じたり、マグマと水との接触により生じたり、また、加熱された天ぷら油中で水との接触により生じたりすることが知られている。   It is known that an explosion phenomenon occurs when water is heated to a high temperature of about 370 ° C. under special conditions. The explosion phenomenon is generally called “steam explosion” and occurs, for example, due to contact between a very hot metal melt and water, contact between magma and water, or in heated tempura oil. It is known that it is caused by contact with water.

水蒸気爆発については、いくつかの文献等に研究報告がなされているものの、いまだ未知な部分が多いのが現状である。しかしながら、水の気化による体積膨張率を考慮すると、瞬間的に水が気化した際に生じる爆発エネルギーは、非常に大きなものであると考えられる。   Although research reports on steam explosions have been made in several documents, there are still many unknown parts. However, considering the volume expansion rate due to water vaporization, it is considered that the explosion energy generated when water vaporizes instantaneously is very large.

近年、この水蒸気爆発の力を動力等として利用しようとする試みがなされてきた。特許文献1においては真空中で放電させて高温状態とした部屋に水を噴射して水蒸気爆発を発生させる発明が開示されている。また、特許文献2においては、高周波電流を通電させて電磁誘導により加熱させた燃焼室内に水を噴射して水蒸気爆発を得る発明が開示されている。   In recent years, attempts have been made to use the power of steam explosion as power. Patent Document 1 discloses an invention in which a water vapor explosion is generated by jetting water into a room that is discharged in a vacuum and brought to a high temperature state. Patent Document 2 discloses an invention for obtaining a steam explosion by injecting water into a combustion chamber heated by electromagnetic induction by energizing a high-frequency current.

特願2000−106916Japanese Patent Application 2000-106916 特開平11−229965JP-A-11-229965

本件発明者は水蒸気爆発のメカニズムを解明すべくいくつかの実験を行った。まず、高温に熱した金属の表面に水滴を滴下した。金属の表面温度をいかに高くしても、また、滴下する水の量を変えてみても、滴下された水滴は金属表面にて気化蒸発するのみで爆発をおこすことは一度もなかった。この結果は、金属の温度が融点を超え、金属が溶融した場合においても変わらなかった(第一実験)。   The present inventor conducted several experiments to elucidate the mechanism of the steam explosion. First, water droplets were dropped on the surface of a metal heated to a high temperature. No matter how high the surface temperature of the metal is, or even when the amount of dripping water is changed, the dripped water droplets have only vaporized and evaporated on the metal surface and never exploded. This result did not change even when the metal temperature exceeded the melting point and the metal melted (first experiment).

次に、本件発明者は高温で液化した金属を水の中に水没させてみた。すると、溶融金属の周辺で水蒸気爆発が観察された(第二実験)。   Next, the present inventors tried to submerge the metal liquefied at high temperature in water. Then, a steam explosion was observed around the molten metal (second experiment).

さらに、本件発明者は水滴をてんぷら油の表面に滴下する実験を行った。滴下した水滴が熱された油の表面にとどまっている間は金属の場合と同様に気化蒸発を起こすのみであった。しかし、水は油よりも比重が重い。滴下した水の量が多いと全て気化蒸発し終える前に油の中に沈下することがあった。油の温度が十分高ければ、沈下した水は必ず音を立てて爆発した。油の温度は300℃程度以上であれば水蒸気爆発を起こすことができ、350℃以上でさらに激しい水蒸気爆発が発生することを確認した(第三実験)。   Furthermore, the present inventor conducted an experiment of dropping water droplets on the surface of the tempura oil. While the dropped water droplets remained on the surface of the heated oil, only vaporization and evaporation occurred as in the case of metal. However, water is heavier than oil. When the amount of dripped water was large, it could sink into the oil before it completely evaporated and evaporated. If the temperature of the oil was high enough, the sinking water would always make a noise and explode. It was confirmed that if the temperature of the oil was about 300 ° C or higher, a steam explosion could occur, and if the oil temperature was 350 ° C or higher, a more severe steam explosion occurred (third experiment).

第一実験から高温の物質の表面に水を滴下するのみでは水蒸気爆発は起こらないことが分かった。このことは物質の温度をいくら高くしても変わらない。それは高温物質に水が接触しても常気圧下では100℃で沸騰するため略100℃以上には上昇しえず、水蒸気爆発の要因である水の高温化が生じないからである。しかし、水の中に高温物質を入れた場合(第二実験)や、高温の液状物質の内部に少量の水を間欠注入した場合(第三実験)には、温度がさほど高くなくても水蒸気爆発が起こる。第二及び第三の実験に共通の特徴は、水蒸気爆発を起こす場所が液体により密閉されている点である。ここで、「〜により密閉されている」とは、単に「〜により全体を取り囲まれており外気を通じた逃げ場所がない」程度の意味で用いる。第二実験では、爆発部位は、液体である金属及び液体である水により取り囲まれている。第三実験で水が油の中に水没した場合には液体である油により取り囲まれている。このような密閉された状況下では、大きな温度差のある二種類の異質な液体が接触することで高温液体側から低温液体側に熱の移動が起こり、水の温度は100℃を超えて隣接する液体の温度と同等程度まで一気に加熱される。この過程は未だそのメカニズムが明確に解明されたとはいい難いが、このように100℃をはるかに超える水の高温化が瞬時に起こる現象によって、急速で激しい水蒸気膨張が発生し高圧力な水蒸気爆発に至ることが実験により判明した。さらに、瞬間的な水蒸気爆発によって、同時に衝撃波が生成されていて、爆発の圧力や膨張速をいっそう増大させていることも判明した。
これに対し、第一実験では水の周囲は外気で満たされており液体により密閉されている状態にないため水蒸気爆発を起こすことができなかった。
From the first experiment, it was found that a steam explosion would not occur just by dropping water on the surface of a hot substance. This does not change no matter how high the temperature of the material. This is because even if water comes into contact with a high-temperature substance, it boils at 100 ° C. under atmospheric pressure, so it cannot rise above about 100 ° C., and the temperature of water, which is a factor of steam explosion, does not increase. However, when a high-temperature substance is put in water (second experiment) or when a small amount of water is intermittently injected into a high-temperature liquid substance (third experiment), water vapor can be used even if the temperature is not so high. An explosion occurs. A feature common to the second and third experiments is that the place where the steam explosion occurs is sealed with a liquid. Here, the phrase “sealed by” means simply “being surrounded by ~ and having no escape space through outside air”. In the second experiment, the explosion site is surrounded by a liquid metal and a liquid water. In the third experiment, when water is submerged in oil, it is surrounded by liquid oil. Under such sealed conditions, heat transfer occurs from the high temperature liquid side to the low temperature liquid side due to the contact of two different kinds of liquids with a large temperature difference, and the water temperature exceeds 100 ° C and is adjacent. It is heated up to the same level as the liquid temperature. It is difficult to say that the mechanism of this process has been clearly elucidated, but rapid and intense steam expansion occurs due to the phenomenon that the temperature of water far exceeding 100 ° C instantly rises. It was proved by experiment that it leads to. It was also found that the instantaneous steam explosion generated a shock wave at the same time, further increasing the explosion pressure and expansion speed.
On the other hand, in the first experiment, the periphery of water was filled with outside air and was not sealed with a liquid, so that a steam explosion could not be caused.

前記特許文献1のエネルギー発生装置では真空中で高温に加熱した気化室に水を噴射して水蒸気爆発を得るという。しかし、いくら高温にしたところで高温の物質表面に水を噴射しただけでは水蒸気爆発が起こらないことは第一実験において確認されたところである。この装置では放電による高温状態を得るために気化室を真空状態にするものであるが、そもそも真空状態においては水蒸気爆発を起こす前に水が気化すると考えられ、この装置により水蒸気爆発を発生させられるとは到底考えられない。   In the energy generator of Patent Document 1, water is injected into a vaporization chamber heated to a high temperature in a vacuum to obtain a steam explosion. However, it has been confirmed in the first experiment that steam explosion does not occur just by spraying water onto the surface of the hot material at any temperature. In this device, the vaporization chamber is placed in a vacuum state in order to obtain a high temperature state due to discharge, but in the first place water is considered to vaporize before a steam explosion occurs, and this device can cause a steam explosion. I can't think of it.

前記特許文献2のジェットエンジンも、水蒸気爆発のメカニズムについての十分な開示がないため断言できないが、単に燃焼室内にて高温に加熱しただけでは水蒸気爆発が発生しない点は第一実験と同様である。   The jet engine of Patent Document 2 also cannot be asserted because there is no sufficient disclosure about the mechanism of steam explosion, but it is the same as the first experiment in that steam explosion does not occur just by heating to a high temperature in the combustion chamber. .

以上の実験研究の結果、本件発明者は先行技術文献には開示されていない水蒸気爆発を発生させるメカニズムを秘密裏に解明した。当該メカニズムを利用した「水蒸気爆発及び衝撃波発生装置、発電機及びタービン装置」については先に出願(特願2009−267226)を行っている。発明者は、当該水蒸気爆発及び衝撃波発生装置により発生する水蒸気爆発のエネルギーを電力として取り出すことが可能な装置についてさらに試作検証した結果、水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能な液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を解明した。   As a result of the above experimental research, the present inventor secretly elucidated a mechanism for generating a steam explosion that is not disclosed in the prior art document. An application (Japanese Patent Application No. 2009-267226) has already been filed for the “water vapor explosion and shock wave generator, generator and turbine device” using this mechanism. The inventor further prototyped and verified a device capable of taking out the steam explosion energy generated by the steam explosion and shock wave generator as electric power, and as a result, efficiently used the energy of the high-temperature liquid metal scattered by the steam explosion as electric power. The MHD generator by the steam explosion in the liquid metal which can be taken out was elucidated.

第一の発明として、300℃以上の温度の高温液体金属を保持するための液体金属保持容器と、液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせるための注入部と、を有する水蒸気爆発室と、水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、そのエネルギーを電力に変換するMHD発電部と、からなる液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。   As a first invention, a liquid metal holding container for holding a high temperature liquid metal having a temperature of 300 ° C. or higher, and intermittent injection by intermittently injecting water into the high temperature liquid metal held in the liquid metal holding container A steam explosion chamber having an injection section for causing a steam explosion, an MHD power generation section for introducing a high-temperature liquid metal scattered by a steam explosion in the steam explosion chamber as a working fluid, and converting the energy into electric power; An MHD generator by steam explosion in a liquid metal consisting of

第二の発明として、第一の発明の特徴に加えて、前記MHD発電部の上部に衝撃波を熱変換し液体金属に熱伝導する構造をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。   As a second invention, in addition to the features of the first invention, there is shown an MHD generator by steam explosion in a liquid metal further having a structure in which a shock wave is thermally converted to a liquid metal at the upper part of the MHD power generation unit. .

第三の発明として、第一の発明又は第二の発明の特徴に加えて、水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する分離部と、分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための第一誘導路と、をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。   As a third invention, in addition to the features of the first invention or the second invention, a separation part for separating liquid metal from a mixture of water vapor and liquid metal scattered by a steam explosion by a specific gravity difference, and separation at the separation part The MHD generator by the steam explosion in the liquid metal which further has the 1st induction path for returning the made liquid metal to a liquid metal holding container.

第四の発明として、第三の発明の特徴に加えて、前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための冷却部と、冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く第二誘導路と、をさらに有する、液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。   As a fourth invention, in addition to the features of the third invention, a cooling unit for returning the water vapor separated in the separation unit to water so that it can be reused for a steam explosion, and a cooling unit The MHD generator by the steam explosion in a liquid metal which further has the 2nd induction path which guides the water obtained by this to an injection | pouring part.

第五の発明として、第一から第四のいずれか一に記載の発明の特徴に加えて、運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造を有し、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水であることを特徴とする液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。     As a fifth invention, in addition to the features of the invention according to any one of the first to fourth aspects, in operation, water and liquid metal are blocked from outside air, and water is intermittently injected from the injection part. Shows an MHD generator by steam explosion in liquid metal, characterized by reduced water mixed with fine carbides.

第六の発明として、第一から第五発明のいずれか一に記載の発明の特徴に加えて、前記水蒸気爆発室と前記MHD発電部の組み合わせを複数備え、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための制御部をさらに有する液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を示す。   As a sixth invention, in addition to the features of the invention according to any one of the first to fifth inventions, a plurality of combinations of the steam explosion chamber and the MHD power generation unit are provided, and an injection part of each steam explosion chamber is water The MHD generator by the steam explosion in the liquid metal which further has a control part for controlling the timing which intermittently injects is shown.

第七の発明として、第一から第六発明のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備えた電気自動車を示す。   As a seventh invention, there is shown an electric vehicle equipped with an MHD generator by steam explosion in a liquid metal according to any one of the first to sixth inventions.

本発明によって、未だそのメカニズムが明確に解明されているとはいい難い水蒸気爆発を確実に発生させることができ、当該水蒸気爆発によって飛散する液体金属のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能になる。   According to the present invention, it is possible to reliably generate a steam explosion that is not clearly understood yet, and to efficiently extract the energy of liquid metal scattered by the steam explosion as electric power. Become.

実施例1の発電機の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the generator of Example 1. 実施例1の注入部の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the injection | pouring part of Example 1. 実施例1の注入部の構造の他の例を示す図The figure which shows the other example of the structure of the injection | pouring part of Example 1. FIG. 実施例1のMHD発電部の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the MHD electric power generation part of Example 1. 実施例1の熱伝導構造の一例を示す図The figure which shows an example of the heat conductive structure of Example 1 実施例2の発電機の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the generator of Example 2. 実施例3の発電機の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the generator of Example 3 実施例3の発電機の構造の他の例を示す図The figure which shows the other example of the structure of the generator of Example 3.

実施例1は主として第一発明と、第二の発明と、第五の発明と、第七の発明に関する。実施例2は主として第三の発明と、第四の発明と、第五の発明と、第七の発明に関する。実施例3は主として第六の発明と、第七の発明に関する。また本発明は、以下での実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができる。   Example 1 mainly relates to the first invention, the second invention, the fifth invention, and the seventh invention. Example 2 mainly relates to the third invention, the fourth invention, the fifth invention, and the seventh invention. Example 3 mainly relates to the sixth invention and the seventh invention. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

<概要>
図1は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。液体金属保持容器0103の内部には高温液体金属が保持されている。当該高温液体金属中に注入部0104によって水を注入することで水蒸気爆発を起こすことが可能である。さらに、当該水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属をMHD発電部0102に作動流体として導入することにより、水蒸気爆発のエネルギーを効率的に電力として取り出すことが可能になる。
<Overview>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the structure of the generator of the present embodiment. A high temperature liquid metal is held inside the liquid metal holding container 0103. It is possible to cause a steam explosion by injecting water into the high-temperature liquid metal through the injection unit 0104. Furthermore, by introducing the high-temperature liquid metal scattered by the steam explosion as a working fluid into the MHD power generation unit 0102, it is possible to efficiently extract the energy of the steam explosion as electric power.

<構成>
本実施例の発電機は、水蒸気爆発室0101と、MHD発電部0102とから構成される。水蒸気爆発室0101は、液体金属保持容器0103と、注入部0104とを有する。以下、各構成について説明する。
<Configuration>
The generator according to the present embodiment includes a steam explosion chamber 0101 and an MHD power generation unit 0102. The steam explosion chamber 0101 has a liquid metal holding container 0103 and an injection part 0104. Each configuration will be described below.

「液体金属保持容器」は、300℃以上の温度の高温液体金属を保持するための容器である。ここで、液体金属保持容器は、300℃以上の温度の高温液体金属を保持することが可能な程度の耐熱性を有していれば足りる。より具体的には、水蒸気爆発を発生させることが十分可能な温度である300℃〜400℃程度の耐熱性を有していれば足り、例えば鉄などを用いることが考えられる。また、水蒸気爆発によって液体金属保持容器中の気圧は数百気圧に達するため、耐圧性の高い素材・構造を備えていることが好ましい。また、液体金属保持容器には内部の高温液体金属の温度を監視するための温度計を設けることも可能である。   The “liquid metal holding container” is a container for holding a high-temperature liquid metal having a temperature of 300 ° C. or higher. Here, it is sufficient that the liquid metal holding container has heat resistance enough to hold a high-temperature liquid metal having a temperature of 300 ° C. or higher. More specifically, it is sufficient to have heat resistance of about 300 ° C. to 400 ° C., which is a temperature at which steam explosion can be sufficiently generated, and for example, iron may be used. Further, since the atmospheric pressure in the liquid metal holding container reaches several hundred atmospheric pressure due to the steam explosion, it is preferable to provide a material / structure with high pressure resistance. Further, the liquid metal holding container may be provided with a thermometer for monitoring the temperature of the internal high temperature liquid metal.

高温液体金属は、予め液体金属保持容器の外部で300℃以上に加熱した上で容器に注入する構成とすることも考えられるが、液体金属保持容器の内部で300℃以上に加熱することが可能な構成とすることも可能である。具体的には、液体金属保持容器の周囲を電熱線等の加熱装置で覆うことが考えられる。この場合、液体金属保持容器は、加熱装置からの熱を内部の液体金属に伝導しやすいように、熱伝導性の高い素材を用いることが好ましい。   It is conceivable that the high temperature liquid metal is heated to 300 ° C. or more in advance outside the liquid metal holding container and then poured into the container, but can be heated to 300 ° C. or more inside the liquid metal holding container. It is also possible to adopt a simple configuration. Specifically, it is conceivable to cover the periphery of the liquid metal holding container with a heating device such as a heating wire. In this case, the liquid metal holding container is preferably made of a material having high thermal conductivity so that heat from the heating device can be easily conducted to the internal liquid metal.

加熱装置の一例としては、電熱線を液体金属保持容器外部に巻きつけたものが考えられる。また、液体金属保持容器内部を貫通する管を多数設置してその管内部に電熱線を通すことにより熱伝導効率を高める方法を採用してもよい。また、熱効率を高めるために加熱装置の周囲を断熱材で包む構造とすることも可能である。   As an example of the heating device, a heating wire wound around the liquid metal holding container can be considered. Alternatively, a method may be adopted in which a large number of pipes penetrating the liquid metal holding container are installed and the heat conduction efficiency is increased by passing a heating wire through the pipes. Moreover, it is also possible to make it the structure which wraps the circumference | surroundings of a heating apparatus with a heat insulating material in order to improve thermal efficiency.

高温液体金属の加熱方法としては、上記電熱加熱の他に、燃焼物の燃焼による加熱、太陽光をリニアフレネルレンズ等により集束することによる加熱、などが考えられる。それらは本案の利用目的によって適宜選択すればよい。   As a method for heating the high-temperature liquid metal, in addition to the above-mentioned electrothermal heating, heating by burning of combustion products, heating by focusing sunlight with a linear Fresnel lens or the like can be considered. They may be appropriately selected according to the purpose of use of the present plan.

なお、加熱装置によって加熱する部分は、液体金属保持容器そのものである必要は必ずしもなく、液体金属保持容器に液体金属を導入するための導入路や、水蒸気爆発により飛散した液体金属を液体金属保持容器に戻すための循環路などを加熱することで、液体金属を高温に保持する構成も可能である。   The portion heated by the heating device does not necessarily have to be the liquid metal holding container itself, but the introduction path for introducing the liquid metal into the liquid metal holding container, or the liquid metal scattered by the steam explosion is used as the liquid metal holding container. It is also possible to maintain the liquid metal at a high temperature by heating the circulation path for returning to the temperature.

「高温液体金属」は融点が300℃以下の金属が好適であるが、融点が300℃以上の金属でもよい。融点が300℃以下の金属としては、錫、ビスマス、ポロニウムまたは低融点合金等がある。そのうち錫は融点が232℃と低く扱いやすいこと、手に入れやすいことから、本発明の発電機では錫を主に用いている。また、ビスマスでも問題なく水蒸気爆発が発生することが発明者の実験により確認できている。ただし、ポロニウムは放射性物質であり、取扱いが難しい。融点が300℃を超える金属でも問題がないことは、精練所での事故の報告等から容易に推察される。但し、この場合には液体金属保持容器や注入部の強度と耐熱性について特別の配慮を要する。   The “high temperature liquid metal” is preferably a metal having a melting point of 300 ° C. or lower, but may be a metal having a melting point of 300 ° C. or higher. Examples of the metal having a melting point of 300 ° C. or lower include tin, bismuth, polonium, and a low melting point alloy. Of these, tin has a low melting point of 232 ° C. and is easy to handle and easy to obtain. Therefore, the generator of the present invention mainly uses tin. In addition, it has been confirmed by experiments of the inventors that steam explosion occurs without any problem even with bismuth. However, polonium is a radioactive substance and is difficult to handle. It is easily inferred from reports of accidents at a smelter that there is no problem with metals having a melting point exceeding 300 ° C. However, in this case, special consideration is required for the strength and heat resistance of the liquid metal holding container and the injection part.

高温液体金属の温度を何度に設定するかは水蒸気爆発の成否や大きさに影響するため重要である。錫を高温液体金属として使用した場合、300℃程度では小規模な爆発が発生し、350℃から370℃程度で激しい爆発が得られた。特許文献1では、水蒸気爆発を発生させるための加熱室の温度を3000℃程度の高温にするとしているが、そのような高温でなくても水蒸気爆発を発生させることができることは前述のとおりである。   How many times the temperature of the high-temperature liquid metal is set is important because it affects the success or magnitude of the steam explosion. When tin was used as a high-temperature liquid metal, a small-scale explosion occurred at about 300 ° C., and a severe explosion was obtained at about 350-370 ° C. In Patent Document 1, the temperature of the heating chamber for generating the steam explosion is set to a high temperature of about 3000 ° C. However, as described above, the steam explosion can be generated even at such a high temperature. .

「注入部」は、液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせる機能を有する。高温液体金属中に水を間欠注入するものであるため、注入部の注入口は高温液体金属中に配置される。例えば、液体金属保持容器の底部に設けることが主として考えられるが、高温液体金属の上面よりも下の側面部に設けることも可能である。ただし、水蒸気爆発を効率的に発生させる上では、高温液体金属の上面から離れた容器底部近くに注入口を設けることが好ましい。   The “injection part” has a function of intermittently injecting water into the high-temperature liquid metal held in the liquid metal holding container to cause a steam explosion intermittently. Since water is intermittently injected into the high temperature liquid metal, the injection port of the injection portion is arranged in the high temperature liquid metal. For example, although it is conceivable mainly to be provided at the bottom of the liquid metal holding container, it is also possible to provide it at the side surface below the upper surface of the high temperature liquid metal. However, in order to efficiently generate a steam explosion, it is preferable to provide an injection port near the bottom of the container away from the upper surface of the high-temperature liquid metal.

また、水蒸気爆発発生時点よりも前に注入口を閉じて高温液体金属が注入口内部に流入することを防止することは非常に重要である。高温液体金属が注入口から内部に侵入して冷やされると、注入口に金属が固着して注水プロセスに支障をきたす危険があるからである。具体的には、水蒸気爆発は水の注入から数ミリ秒のオーダーで引き起こされるため、その前に注入口を閉じる構成とすることが考えられる。   In addition, it is very important to close the injection port before the steam explosion occurs to prevent the high temperature liquid metal from flowing into the injection port. This is because when the high-temperature liquid metal enters the inside from the inlet and is cooled, the metal adheres to the inlet and there is a risk of hindering the water injection process. Specifically, since the steam explosion is caused on the order of several milliseconds from the injection of water, it can be considered that the injection port is closed before that.

上記のように、注入部は高温液体金属中に水を間欠注入するために注入口を開閉する機能を備える。ここで、注入口の大きさや開口時間、注入周期については、注入する水量や水圧、高温液体金属の量や温度などによって相対的に決められるものである。なお、水蒸気爆発によって飛散する高温液体金属が注入口から入ってこないようにするために、水蒸気爆発よりも高い水圧で水を間欠注入し、水蒸気爆発が引き起こされても爆発流体は注入口に逆流しない構成とすることが考えられる。   As described above, the injection unit has a function of opening and closing the injection port in order to intermittently inject water into the high-temperature liquid metal. Here, the size, opening time, and injection cycle of the injection port are relatively determined by the amount of water to be injected, the water pressure, the amount and temperature of the high-temperature liquid metal, and the like. In order to prevent high-temperature liquid metal scattered by the steam explosion from entering the inlet, water is intermittently injected at a higher water pressure than the steam explosion, and even if a steam explosion occurs, the explosive fluid flows back to the inlet. It is conceivable to adopt a configuration that does not.

また、水蒸気爆発による衝撃波の影響を注入部が受けにくくするために、水蒸気爆発発生時において液体金属保持容器内部に注入部が突き出ないようにすることが好ましい。具体的には、注入部は、図2に示すような構造とすることが考えられる。この図の例では、注入部は、注入口0201と、円錐頭頂シャフト0202と、タイミングカム0203と、から構成される。円錐頭頂シャフト0202は、頭頂部が円錐形状となっており、押し上げられた状態で注入口を塞ぐことが可能になっている。水蒸気爆発時の爆圧で注入口0201から内部へ高温液体金属が逆流するのを防ぐため、注入口0201から注入する水の水圧を水蒸気爆発の圧力を上まわるよう加圧ポンプ等によって加圧保持しておくことが考えられる。水を注入する際には、タイミングカム0203により円錐頭頂シャフト0202を押し下げて開口する。なお、注水量のコントロールは注入口の微小な噴射口径の調整とバルブの瞬間的な開口時間の調整で実現できる。   Further, in order to make the injection part less susceptible to the impact of the shock wave due to the steam explosion, it is preferable that the injection part does not protrude into the liquid metal holding container when the steam explosion occurs. Specifically, the injection part may be structured as shown in FIG. In the example of this figure, the injection part is composed of an injection port 0201, a conical top shaft 0202, and a timing cam 0203. The top of the conical head shaft 0202 has a conical shape, and the injection port can be closed while being pushed up. In order to prevent the high-temperature liquid metal from flowing back from the inlet 0201 to the inside due to the explosion pressure at the time of the steam explosion, the pressure of the water injected from the inlet 0201 is maintained under pressure by a pressure pump or the like so as to exceed the pressure of the steam explosion. It is possible to keep it. When water is injected, the timing cam 0203 pushes down the conical head shaft 0202 to open it. In addition, control of the amount of water injection can be realized by adjusting the minute diameter of the injection port and adjusting the instantaneous opening time of the valve.

間欠注入する水量のコントロールは、注入される水の水圧や、注入口の開口サイズ、開口時間の長さによって調節することが可能である。例えば、図2に示す注入部の構造を採用する場合は、円錐頭頂シャフト部分を下げる空間的長さや下げている時間的長さによって調節することが考えられる。当該調節は、円錐頭頂シャフトの上下運動を駆動するタイミングカムの回転速度や、形状などによって行うことが考えられる。なお、タイミングカムは減速モータで回転させることが主として考えられる。   Control of the amount of water to be intermittently injected can be adjusted by the water pressure of the injected water, the opening size of the inlet, and the length of the opening time. For example, when the structure of the injection part shown in FIG. 2 is adopted, it is conceivable to adjust according to the spatial length for lowering the cone-top shaft portion or the temporal length for lowering. The adjustment may be performed according to the rotational speed or shape of the timing cam that drives the vertical motion of the conical head shaft. The timing cam is mainly considered to be rotated by a reduction motor.

また、水蒸気爆発が発生すると液体金属保持容器の内部の圧力が瞬時に高まるため、それを利用して注水口を閉じる構成とすることも考えられる。(但し、この方法では注入水圧は、水蒸気爆発圧より小さい場合である。)図3は、本実施例の注入部の構造の他の例を示す図である。この図に示すように、注入部は、注入口側シャフト0301と、タイミング側シャフト0302と、バネ0303と、タイミングカム0304と、から構成される。注入口側シャフト0301は、頭頂部が逆円錐形状となっており、押し下げた状態で注入口を埋めることが可能になっている。また、注入口側シャフト0301は、タイミング側シャフト0302と軸方向に伸縮可能なように、バネ0303によって接続されている。図3(A)は注入口側シャフトがタイミングカム0304により押し上げられ、注入口0305から所定の少量の水0306が高温液体金属0307中に間欠注入された様子を表している。図3(B)は水と高温液体金属が接触して水蒸気爆発0308を起こし、それにより発生した圧力0309により注入口側シャフト0301が押し下げられた状態を表している。このときタイミングカム側シャフト0302はまだタイミングカムにより持ち上げられており下に下がることができない状態となっている。図3(C)はタイミングカムがさらに回転してタイミングカム側シャフトの底部からはずれ、注入口側シャフトに続いてタイミングカム側シャフトも下に下がった様子を表している。当該方法により、水蒸気爆発発生後速やかに注入口を閉じ高温液体金属が注入口内部に侵入することを防止している。   Moreover, since the internal pressure of the liquid metal holding container increases instantaneously when a steam explosion occurs, it is conceivable to use the configuration to close the water inlet. (However, in this method, the injection water pressure is smaller than the steam explosion pressure.) FIG. 3 is a diagram showing another example of the structure of the injection part of this embodiment. As shown in this figure, the injection part is composed of an injection port side shaft 0301, a timing side shaft 0302, a spring 0303, and a timing cam 0304. The inlet shaft 0301 has an inverted conical shape at the top, and can be filled with the injection port in a depressed state. In addition, the inlet-side shaft 0301 is connected to the timing-side shaft 0302 by a spring 0303 so that it can expand and contract in the axial direction. FIG. 3A shows a state where the injection shaft is pushed up by the timing cam 0304 and a predetermined small amount of water 0306 is intermittently injected into the high-temperature liquid metal 0307 from the injection port 0305. FIG. 3B shows a state in which water and a high-temperature liquid metal come into contact with each other to cause a steam explosion 0308, and the inlet shaft 0301 is pushed down by the pressure 0309 generated thereby. At this time, the timing cam side shaft 0302 is still lifted by the timing cam and cannot be lowered. FIG. 3C shows a state in which the timing cam further rotates and is disengaged from the bottom of the timing cam side shaft, and the timing cam side shaft also descends following the inlet side shaft. By this method, the inlet is closed immediately after the occurrence of the steam explosion to prevent the high temperature liquid metal from entering the inside of the inlet.

「MHD発電部」は、水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、発電する機能を有する。当該MHD発電部は、図4に示すように、作動流体導入路0401と、磁場発生部0402と、絶縁体0403と、電極部0404と、から構成される。作動流体導入路は水蒸気爆発室と連結されており、水蒸気爆発室から飛散してくる高温液体金属をMHD発電のための作動流体として導入することが可能である。   The “MHD power generation unit” has a function of generating electric power by introducing a high-temperature liquid metal scattered by a steam explosion in a steam explosion chamber as a working fluid. As shown in FIG. 4, the MHD power generation unit includes a working fluid introduction path 0401, a magnetic field generation unit 0402, an insulator 0403, and an electrode unit 0404. The working fluid introduction path is connected to the steam explosion chamber, and the high-temperature liquid metal scattered from the steam explosion chamber can be introduced as a working fluid for MHD power generation.

また、磁場発生部は、作動流体導入路において流路を横切る方向に磁場を発生させ、作動流体(高温液体金属)が当該磁場領域を通過すると、ファラデーの電磁誘導の法則に従って作動流体中に起電力を発生させる。磁場発生部としては、例えば永久磁石や電磁石などが考えられる。ここで、磁場発生部の磁場が大きいほど、作動流体中に発生する起電力も大きくなる。   The magnetic field generator generates a magnetic field in a direction crossing the flow path in the working fluid introduction path, and when the working fluid (high-temperature liquid metal) passes through the magnetic field region, the magnetic field generator is generated in the working fluid according to Faraday's law of electromagnetic induction. Generate power. As the magnetic field generator, for example, a permanent magnet or an electromagnet can be considered. Here, the greater the magnetic field of the magnetic field generation unit, the greater the electromotive force generated in the working fluid.

なお、水蒸気爆発の大きさに応じて磁場発生部から発生させる磁場の大きさを変化させる構成とすることも可能である。この場合、水蒸気爆発の大きさを監視するための水蒸気爆発スケール監視部をさらに設け、当該監視部の結果に応じて磁場発生部にて発生させる磁場の強さを変化させることになる。このような制御は、電子計算機による制御によって実現することが可能である。また、水蒸気爆発の大きさを監視する方法としては、内部の圧力を計測するセンサー等に基づいて行う方法が考えられる。当該構成とすることにより、水蒸気爆発によって発生するエネルギーをより余すことなく電力に変換することが可能になる。   It is also possible to adopt a configuration in which the magnitude of the magnetic field generated from the magnetic field generator is changed according to the magnitude of the steam explosion. In this case, a steam explosion scale monitoring unit for monitoring the magnitude of the steam explosion is further provided, and the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating unit is changed according to the result of the monitoring unit. Such control can be realized by control by an electronic computer. As a method for monitoring the magnitude of the steam explosion, a method based on a sensor or the like for measuring the internal pressure can be considered. By setting it as the said structure, it becomes possible to convert into the electric power, without leaving more energy generated by a steam explosion.

また、電極部は、作動流体導入路の側面片側に配置された電極と、反対側に配置された電極と、から構成される。ここで、ファラデーの電磁誘導の法則に従って発生する起電力は、流路を横切る方向で、かつ、磁場に対して直角方向に発生するものである。よって、各電極の配置も当該起電力の方向に合わせることが好ましい。   Further, the electrode portion is composed of an electrode disposed on one side surface of the working fluid introduction path and an electrode disposed on the opposite side. Here, the electromotive force generated according to Faraday's law of electromagnetic induction is generated in a direction crossing the flow path and in a direction perpendicular to the magnetic field. Therefore, it is preferable that the arrangement of each electrode is also matched with the direction of the electromotive force.

なお、作動流体が電極間を隙間無く流れるようにする必要があるため、作動流体導入路の内径は通過する高温液体金属の流量などに基づいて適切に選択する必要がある。なお、作動流体導入路の内径を適宜調節可能な構成としておくことも可能である。さらに、作動流体導入路の磁場領域内面壁は絶縁体施工であり、また、電極部を構成する部材としては、種々考えられるが、例えばセラミック絶縁体を用いることが考えられる。   Since the working fluid needs to flow between the electrodes without any gap, the inner diameter of the working fluid introduction path needs to be appropriately selected based on the flow rate of the high-temperature liquid metal passing through. In addition, it is also possible to set it as the structure which can adjust the internal diameter of a working fluid introduction path suitably. Further, the inner wall of the magnetic field region of the working fluid introduction path is constructed by an insulator, and various members may be used as the electrode part. For example, a ceramic insulator may be used.

上記のように磁場領域を通過する作動流体には起電力が生じ、電極部を介して電流が流れる。当該プロセスによって発生する電力を蓄電池に蓄電する構成とすることも可能であるし、外部の電気機器や、電気モータ等を駆動する構成とすることも可能である。なお、用途に応じて交流変換器や変圧器等を設けることも考えられる。   As described above, an electromotive force is generated in the working fluid that passes through the magnetic field region, and a current flows through the electrode portion. The power generated by the process can be stored in a storage battery, or an external electric device, an electric motor, or the like can be driven. It is also conceivable to provide an AC converter, a transformer or the like depending on the application.

また、図4の例では、MHD発電部は単体としたが、当該MHD発電部を複数連結する構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発の断続間隔が調整でき、エネルギーをより余すことなく電力として取り出すことが可能になる。   In the example of FIG. 4, the MHD power generation unit is a single unit, but a configuration in which a plurality of MHD power generation units are connected is also possible. By setting it as the said structure, the intermittent interval of a water vapor explosion can be adjusted, and it becomes possible to take out as electric power, without leaving more energy.

なお、必須の構成ではないが、図5に示すように、MHD発電部0501の上部に衝撃波0502を熱変換し液体金属0503に熱伝導する熱伝導構造0504をさらに備える構成とすることも可能である。水蒸気爆発においては高いエネルギーを有する衝撃波が発生するため、当該衝撃波のエネルギーをさらに利用して、液体金属を高温に保持することが可能である。上記熱伝導構造に用いる物質としては、熱伝導性が良く、さらに300℃以上の高温と高圧に耐えられるものであることを要する。具体的には、鉄などの金属を用いることが考えられる。   Although not an essential configuration, as shown in FIG. 5, it is possible to further include a heat conduction structure 0504 that heat-converts the shock wave 0502 and conducts heat to the liquid metal 0503 on the MHD power generation unit 0501. is there. Since a shock wave having high energy is generated in the steam explosion, the energy of the shock wave can be further used to keep the liquid metal at a high temperature. The substance used for the heat conduction structure needs to have good heat conductivity and can withstand high temperatures of 300 ° C. or higher and high pressure. Specifically, it is conceivable to use a metal such as iron.

なお、間欠注入する水は、高温液体金属の酸化を防ぐため、いったん充分に沸騰させて水に溶解している酸素を除去した無酸素水を使用するのが好ましい。また水温は、水の沸点直前くらいが高温液体の温度低下を抑えられて好ましい。   In addition, in order to prevent the oxidation of a high temperature liquid metal, it is preferable to use oxygen-free water from which oxygen which has been sufficiently boiled to remove oxygen dissolved in water is used as water to be intermittently injected. The water temperature is preferably about immediately before the boiling point of water because the temperature drop of the high temperature liquid can be suppressed.

また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物(木炭粉)を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化をより防止しやすくなる。   In addition, as a structure in which water and liquid metal are blocked from the outside air during operation of the generator, the water intermittently injected from the injection portion can be reduced water mixed with fine carbides (charcoal powder). By adopting such a configuration, it is possible to deoxygenate because fine carbide and oxygen in the generator react when a steam explosion occurs. This makes it easier to prevent oxidation of the high-temperature liquid metal.

なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。   Note that the generator described in this embodiment can be used as a power source for an electric vehicle. Also, it can be used for other electric products that are driven by electric power.

<効果>
本実施例の発電機により、未だそのメカニズムが明確に解明されているとはいい難い水蒸気爆発を確実に発生させることができ、当該水蒸気爆発によって飛散する液体金属のエネルギーを効率的に電力に変換して取り出すことが可能になる。
<Effect>
The generator of the present embodiment can surely generate a steam explosion, whose mechanism has not been clearly elucidated, and efficiently converts the energy of the liquid metal scattered by the steam explosion into electric power. And can be taken out.

<概要>
本実施例の発電機は、基本的に実施例1の発電機と同様であるが、水蒸気爆発によって飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差によって液体金属を分離し、分離した液体金属を液体金属保持容器に戻すための誘導路を備えることを特徴とする。また、分離した水蒸気を水蒸気爆発のために再利用するために水に戻し、得られた水を注入部に導くことが可能な誘導路をさらに設けることも可能である。
<Overview>
The generator of this embodiment is basically the same as the generator of Embodiment 1, but the liquid metal is separated from the mixture of water vapor and liquid metal scattered by the steam explosion by the specific gravity difference, and the separated liquid metal is liquid. A guide path for returning to the metal holding container is provided. It is also possible to provide a further guide path that can return the separated water vapor to water for reuse for a steam explosion and can guide the obtained water to the injection part.

<構成>
図6は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。実施例1で示した発電機の特徴とは別に、「分離部」0601と、「第一誘導路」0602と、「冷却部」0603と、「第二誘導路」0604を有する。
<Configuration>
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the structure of the generator of the present embodiment. In addition to the characteristics of the generator shown in the first embodiment, a “separation part” 0601, a “first induction path” 0602, a “cooling part” 0603, and a “second induction path” 0604 are provided.

「分離部」は、水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する機能を有する。水蒸気は相対的に比重が軽く、上方向に移動しやすい。これに対して、液体金属は相対的に比重が重いため、上方向に移動しにくい。このため、水蒸気爆発により飛散した水蒸気及び液体金属の混合物は、時間の経過に伴って、飛散した領域の上側に水蒸気、下側に液体金属が存在しやすくなる。分離部は、水蒸気及び液体金属のこれらの性質を利用して、水蒸気及び液体金属の混合物から液体金属を分離するものである。   The “separating unit” has a function of separating the liquid metal from the mixture of water vapor and liquid metal scattered by the water vapor explosion by the specific gravity difference. Water vapor has a relatively low specific gravity and is likely to move upward. On the other hand, since the specific gravity of liquid metal is relatively heavy, it is difficult to move upward. For this reason, in the mixture of water vapor and liquid metal scattered by the steam explosion, water vapor tends to exist on the upper side of the scattered region and liquid metal on the lower side as time elapses. A separation part isolate | separates a liquid metal from the mixture of water vapor | steam and a liquid metal using these characteristics of water vapor | steam and a liquid metal.

分離部の具体的な構成としては、図6で示すように、MHD発電部の上部に混合物を収納するための混合物収納容器を設け、当該容器の上側部分(又は側面部の上部)に水蒸気を排出させるための水蒸気排出口を設けることが考えられる。ただし、水蒸気爆発によって飛散する混合物の速度が大きい場合、そのままでは水蒸気排出口から液体金属も排出されてしまう可能性がある。このため、図6に示すように、液体金属の上側方向の運動を阻害するための障害物を適所に設けることが好ましい。   As a specific configuration of the separation unit, as shown in FIG. 6, a mixture storage container for storing the mixture is provided in the upper part of the MHD power generation unit, and water vapor is supplied to the upper part (or the upper part of the side surface part) of the container. It is conceivable to provide a water vapor outlet for discharging. However, when the speed of the mixture scattered by the steam explosion is high, the liquid metal may be discharged from the steam discharge port as it is. For this reason, as shown in FIG. 6, it is preferable to provide an obstacle in place for inhibiting the upward movement of the liquid metal.

「第一誘導路」は、分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための機能を有する。分離部にて分離された液体金属は相対的に比重が重いため、重力を考慮した経路により適切に誘導して、液体金属保持容器に戻すことが可能になる。なお、誘導路は混合物収納容器の内側形状そのものによって形成されるものであってもよい。また、分離部としての機能を有する障害物がさらに誘導路としての機能を備えていてもよい。   The “first guiding path” has a function for returning the liquid metal separated by the separation unit to the liquid metal holding container. Since the liquid metal separated by the separation unit has a relatively heavy specific gravity, it can be appropriately guided by a path considering gravity and returned to the liquid metal holding container. The guide path may be formed by the inner shape itself of the mixture storage container. An obstacle having a function as a separation unit may further have a function as a guide path.

なお、連続して複数回水蒸気爆発を引き起こすことを想定している場合は、液体金属保持容器又は第一誘導路にて液体金属を300℃以上の温度にまで加熱する構成が好ましい。   In addition, when it is assumed that the steam explosion is caused a plurality of times in succession, a configuration in which the liquid metal is heated to a temperature of 300 ° C. or higher in the liquid metal holding container or the first induction path is preferable.

図6の例では、水蒸気と分離された液体金属は障害物や混合物収納容器の内側をつたって液体金属保持容器に戻される構造となっている。この図の例では障害物は略水平や略垂直方向を向いているが、斜め方向の障害物を設けて液体金属を液体金属保持容器に誘導することも可能である。   In the example of FIG. 6, the liquid metal separated from the water vapor is returned to the liquid metal holding container through the inside of the obstacle or mixture storage container. In the example of this figure, the obstacle is oriented substantially horizontally or substantially vertically, but it is also possible to provide an oblique obstacle to guide the liquid metal to the liquid metal holding container.

「冷却部」は、前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための機能を有する。水蒸気爆発を引き起こすためには、水は液体の状態で存在する必要がある。このため、分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能とするために水に戻す。冷却部の具体的な構成としては、分離部にて分離された水蒸気を収納するための水蒸気収納容器と、当該容器を100℃以下に維持するための冷却機構と、を設けることが考えられる。ここで、冷却機構は、外気温による空冷装置や水冷装置や機械的冷房など種々のものが考えられる。   The “cooling unit” has a function of returning the water vapor separated in the separation unit to water so that it can be reused for a steam explosion. In order to cause a steam explosion, water needs to exist in a liquid state. For this reason, the water vapor separated in the separation unit is returned to the water so that it can be reused for the steam explosion. As a specific configuration of the cooling unit, it is conceivable to provide a water vapor storage container for storing the water vapor separated in the separation unit, and a cooling mechanism for maintaining the container at 100 ° C. or lower. Here, as the cooling mechanism, various devices such as an air cooling device, a water cooling device, and a mechanical cooling according to the outside air temperature are conceivable.

「第二誘導路」は、冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く機能を有する。ここで、水を注入部に導く機能としては、冷却されて得られる水を注入部への誘導路の途中で加圧する構造も含まれるものである。当該加圧する構造は、圧力ポンプ等が考えられる。   The “second guiding path” has a function of guiding water obtained by cooling in the cooling unit to the injection unit. Here, the function of guiding water to the injection part includes a structure in which water obtained by cooling is pressurized in the middle of the guide path to the injection part. The pressure structure may be a pressure pump or the like.

また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化による劣化が防止できる。 Further, as a structure in which water and liquid metal are shut off from the outside air during operation of the generator, the water intermittently injected from the injection portion can be reduced water mixed with fine carbides. By adopting such a configuration, it is possible to deoxygenate because fine carbide and oxygen in the generator react when a steam explosion occurs. Thereby, deterioration due to oxidation of the high-temperature liquid metal can be prevented.

なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。   Note that the generator described in this embodiment can be used as a power source for an electric vehicle. Also, it can be used for other electric products that are driven by electric power.

<効果>
上記のように、分離部と第一誘導路を設けることにより、水蒸気爆発によって飛散した高温液体金属を再度液体金属保持容器に収納することが可能になる。これにより、水蒸気爆発を繰り返し引き起こすことが可能になる。また、冷却部と第二誘導路をさらに設けることにより、水蒸気爆発を引き起こすために利用された水も再利用することが可能になる。
<Effect>
As described above, by providing the separation portion and the first guiding path, the high-temperature liquid metal scattered by the steam explosion can be stored again in the liquid metal holding container. This makes it possible to cause repeated steam explosions. Further, by further providing the cooling unit and the second induction path, it is possible to reuse the water used for causing the steam explosion.

<概要>
本実施例の発電機は、基本的に実施例1又は2に記載の発電機と同様であるが、水蒸気爆発室とMHD発電部の組み合わせを複数備えており、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御することが可能な特徴を有する。
<Overview>
The generator of this example is basically the same as the generator described in Example 1 or 2, but includes a plurality of combinations of steam explosion chambers and MHD power generators, and the injection part of each steam explosion chamber has It has a feature that can control the timing of intermittent injection of water.

<構成> <Configuration>

図7は、本実施例の発電機の構造の一例を示す図である。実施例1、2で示した発電機の特徴とは別に、「水蒸気爆発室」0701と「MHD発電部」0702の組み合わせを複数備え、「制御部」0703をさらに有する。なお、この図においては「水蒸気爆発室」と「MHD発電部」が二組存在するが、それ以上の組み合わせも可能である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the structure of the generator of the present embodiment. In addition to the characteristics of the generator shown in the first and second embodiments, a plurality of combinations of “steam explosion chamber” 0701 and “MHD power generation unit” 0702 are provided, and a “control unit” 0703 is further provided. In this figure, there are two sets of “steam explosion chamber” and “MHD power generation unit”, but more combinations are possible.

「水蒸気爆発室」と「MHD発電部」の組み合わせを複数備えることにより、例えば同時に水蒸気爆発を引き起こして、瞬間的に大きな電力を取り出す構成とすることも可能である。また、タイミングをずらして順次水蒸気爆発を引き起こし、継続的に電力を取り出す構成とすることも可能である。   By providing a plurality of combinations of “steam explosion chambers” and “MHD power generation units”, for example, it is possible to cause a steam explosion at the same time to take out large electric power instantaneously. Moreover, it is also possible to adopt a configuration in which the electric power is continuously taken out by sequentially causing the steam explosion by shifting the timing.

「制御部」は、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための機能を有する。上記のように、「水蒸気爆発室」と「MHD発電部」の組み合わせを複数備えているため、各水蒸気爆発室への注入タイミングを制御して、多様な態様で水蒸気爆発を引き起こすことが可能になる。このような制御は、例えば電子計算機により制御されるモータでタイミングカムを回転駆動することにより実現することが可能である。また、その他の電磁的・機械的な方法で実現することも可能である。   The “control unit” has a function for controlling the timing at which the injection unit of each steam explosion chamber intermittently injects water. As described above, since there are multiple combinations of “steam explosion chambers” and “MHD power generation units”, it is possible to control the timing of injection into each steam explosion chamber and cause steam explosions in various ways. Become. Such control can be realized, for example, by rotationally driving the timing cam with a motor controlled by an electronic computer. It can also be realized by other electromagnetic and mechanical methods.

なお、図8に示すように、飛散する液体金属や水蒸気を再利用可能なように、分離部0801や、第一誘導路0802、冷却部0803、第二誘導路0804等をさらに設ける構成も可能である。   In addition, as shown in FIG. 8, the structure which further provides the isolation | separation part 0801, the 1st induction path 0802, the cooling part 0803, the 2nd induction path 0804, etc. is also possible so that the scattered liquid metal and water vapor | steam can be reused. It is.

また、発電機の運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造として、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水とする構成も可能である。当該構成とすることにより、水蒸気爆発が生じた際に微粒炭化物と発電機内の酸素が反応するために脱酸素化することが可能になる。これにより、高温液体金属の酸化をより防止しやすくなる。 Further, as a structure in which water and liquid metal are shut off from the outside air during operation of the generator, the water intermittently injected from the injection portion can be reduced water mixed with fine carbides. By adopting such a configuration, it is possible to deoxygenate because fine carbide and oxygen in the generator react when a steam explosion occurs. This makes it easier to prevent oxidation of the high-temperature liquid metal.

なお、本実施例で説明した発電機は、電気自動車の電源として用いることが可能である。また、その他電気製品など電力にて駆動されるものについて用いることも同様に可能である。   Note that the generator described in this embodiment can be used as a power source for an electric vehicle. Also, it can be used for other electric products that are driven by electric power.

<効果>
本実施例の発電機により、複数の水蒸気爆発室にて同時的又は連続的に水蒸気爆発を引き起こすことが可能になり、瞬間的に大きな電力を取り出したり、継続的に電力を取り出したりすることが可能になる。
<Effect>
With the generator of this embodiment, it becomes possible to cause a steam explosion simultaneously or continuously in a plurality of steam explosion chambers, and it is possible to take out a large amount of power instantaneously or take out power continuously. It becomes possible.

0101…水蒸気爆発室、0102…MHD発電部、0103…液体金属保持容器、0104…注入部、0201…注入口、0202…円錐頭頂シャフト、0203…タイミングカム、0301…注入口側シャフト、0302…タイミング側シャフト、0303…バネ、0304…タイミングカム、0305…注入口、0401…作動流体導入路、0402…磁場発生部、0403…絶縁体、0404…電極部、0504…熱伝導構造、0601…分離部、0602…第一誘導路、0603…冷却部、0604…第二誘導路、0703…制御部 0101 ... Steam explosion chamber, 0102 ... MHD power generation unit, 0103 ... Liquid metal holding container, 0104 ... Injection unit, 0201 ... Injection port, 0202 ... Conical top shaft, 0203 ... Timing cam, 0301 ... Inlet side shaft, 0302 ... Timing Side shaft, 0303 ... Spring, 0304 ... Timing cam, 0305 ... Injection port, 0401 ... Working fluid introduction path, 0402 ... Magnetic field generating part, 0403 ... Insulator, 0404 ... Electrode part, 0504 ... Heat conduction structure, 0601 ... Separation part , 0602: First guiding path, 0603: Cooling unit, 0604: Second guiding path, 0703: Control unit

Claims (7)

300℃以上の温度の高温液体金属を保持するための液体金属保持容器と、
液体金属保持容器中に保持されている高温液体金属中に水を間欠注入して間欠的に水蒸気爆発を起こさせるための注入部と、を有する水蒸気爆発室と、
水蒸気爆発室での水蒸気爆発により飛散する高温液体金属を作動流体として導入し、そのエネルギーを電力に変換するMHD発電部と、
からなる液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
A liquid metal holding container for holding a high-temperature liquid metal at a temperature of 300 ° C. or higher;
A steam explosion chamber having an injection part for intermittently injecting water into a high-temperature liquid metal held in a liquid metal holding container to cause a steam explosion intermittently;
An MHD power generation unit that introduces a high-temperature liquid metal scattered by a steam explosion in a steam explosion chamber as a working fluid and converts the energy into electric power;
MHD generator by steam explosion in liquid metal consisting of
前記MHD発電部の上部に衝撃波を熱変換し液体金属に熱伝導する熱伝導構造をさらに有する請求項1に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。   The MHD generator by steam explosion in liquid metal according to claim 1, further comprising a heat conduction structure that converts shock waves into heat and conducts heat to the liquid metal above the MHD power generation unit. 水蒸気爆発により飛散する水蒸気及び液体金属の混合物から比重差により液体金属を分離する分離部と、
分離部にて分離された液体金属を液体金属保持容器に戻すための第一誘導路と、
をさらに有する請求項1又は2に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
A separation unit for separating the liquid metal from the mixture of water vapor and liquid metal scattered by the steam explosion by a specific gravity difference;
A first guiding path for returning the liquid metal separated in the separation unit to the liquid metal holding container;
The MHD generator by the steam explosion in the liquid metal of Claim 1 or 2 which further has these.
前記分離部にて分離された水蒸気を水蒸気爆発のために再利用可能に水に戻すための冷却部と、
冷却部にて冷却されて得られる水を注入部に導く第二誘導路と、
をさらに有する、請求項3に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。
A cooling section for returning the water vapor separated in the separation section to water so that it can be reused for a steam explosion;
A second induction path for guiding water obtained by cooling in the cooling section to the injection section;
The MHD generator by the steam explosion in the liquid metal of Claim 3 which further has these.
運転時には水、液体金属が外気と遮断される構造を有し、注入部から間欠注入される水は微粒炭化物を混入した還元水である請求項1から4のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。   5. The liquid metal according to claim 1, which has a structure in which water and liquid metal are blocked from outside air during operation, and the water intermittently injected from the injection portion is reduced water mixed with fine carbides. MHD generator due to steam explosion. 前記水蒸気爆発室と前記MHD発電部の組み合わせを複数備え、各水蒸気爆発室の注入部が水を間欠注入するタイミングを制御するための制御部をさらに有する請求項1から5のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that includes a plurality of combinations of the steam explosion chamber and the MHD power generation unit, and further controls a timing at which the injection unit of each steam explosion chamber intermittently injects water. MHD generator with steam explosion in liquid metal. 請求項1から6のいずれか一に記載の液体金属中の水蒸気爆発によるMHD発電機を備えた電気自動車。   The electric vehicle provided with the MHD generator by the steam explosion in the liquid metal as described in any one of Claim 1 to 6.
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