JPS5822576A - Mhd発電用電極 - Google Patents

Mhd発電用電極

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JPS5822576A
JPS5822576A JP56029700A JP2970081A JPS5822576A JP S5822576 A JPS5822576 A JP S5822576A JP 56029700 A JP56029700 A JP 56029700A JP 2970081 A JP2970081 A JP 2970081A JP S5822576 A JPS5822576 A JP S5822576A
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JP
Japan
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electrode
current
anode
power generation
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP56029700A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayasu Okuo
奥尾 隆保
Kiyonami Takano
高野 清南
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to US06/352,464 priority patent/US4404482A/en
Publication of JPS5822576A publication Critical patent/JPS5822576A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines 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
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • H02K44/10Constructional details of electrodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はM)ID発電用電極の電流均一化構造、更に詳
しくは燃焼ガスの流れ方向に垂直に分離した電極の分割
面に適当な抵抗値を有する抵抗体を挿入することにより
、アノード及びカソードの電流集中を分散させた電極構
造に関するものである。
発電チャンネルの構成要素のうち、電極壁は電流と直接
かかわりをもつため、その電気的特性が重視されると共
に、その劣化が発電チャンネルの寿命を支配している。
電極の電流損傷は、主として電流の局所化した分布によ
る加熱に起因している。この電流集中化現象は電流密度
と磁束密度に強い依存性をもち、更に電極表面温度の低
下と共に、その集中化の傾向は増加する。
/A/cJ前後の平均電極電流密度に対し5.テスラ(
Wb/ば)程度の強磁場が作用した場合、アノード電極
では電極上流部に、カソード電極ではその下流部に電流
集中が生じ、その部分の最大電流密度は、2A /c−
以上に達するにのような高電流密度条件下ではカソード
側ではアークが発生し、この結果局所的異常加熱をうけ
て蒸発消耗し、。
アノード側においても電極上流部が加熱されその部分の
酸化や化学反応によって劣化消耗する。
このように、電流集中によって生ずる電極消耗は電極端
部に選択的に発生するため、電極壁の寿命はこの部分の
消耗速度によって決められる。
この局所電極消耗による発電チャンネルの寿命の低下を
克服するには、電極表面の電流分布を均一化し、これと
対応する消耗分布を平滑化することであり、この実現に
よって電極壁の寿命は著しく延長される。このため、電
極の電流分布を均一化できる構造や材料が強く要望され
ている。
近時、上記の要望にかなり応え得る電極の電流密度均一
化構造が開発されている。これは電極表面温度を燃焼ガ
スの流れの方向に分布させ、電流の集中しない部分の温
度を高く設定することによってその部分の電流授受をよ
り容易にさせ、電流の集中化する部分の電流密度を下げ
る構造である。しかし、この構造では電流分布の均一化
の程度に限度があり、電流分布と表面温度分布のマツチ
ングには複雑な実験の試行U誤が必要である。
本発明者等は従来から電流均一化の方式や材料について
鋭意研究を続けて来たが、この研究において電極モジュ
ールを燃焼ガスの流れ方向に分割し、この分割された電
極エレメントを適当な抵抗体によってその分割面で接合
し、上流に電流集中の生ずるアノードにあっては下流側
から、下流側に電流集中の生ずるカソード側では上流側
の電極エレメントから電流をリードアウトすることによ
って、電流分布が均一化できるという新しい着想にいた
った。引き続き種々研究を続けた結果、ついに酸化スズ
セラミックスがこの抵抗体として広範囲にわたり抵抗値
の制御が異種酸化物の添加によって可罷であり、磁場強
度や電流密度等の電流集中に関するパラメータの広領域
に及ぶ条件下で電流均一化のできることを見出し、ここ
に本発明を完成するに至った。即ち、本発明は電極モジ
ュールを燃焼ガスの流れ方向に分割し、その分割面に適
当な抵抗値をもつセラミックス抵抗体を介在させて接合
し、電流分布を均一化したMHD発電用電極極モジュー
ル、4は電極間絶縁物、8け負荷抵抗、6け燃焼ガスの
流路を示している。この電極壁構造では前述したような
欠点を持っている。
第2図は本発明の電極構造の原理図を従来の電極壁構造
と対比して示したものである。カソード及びアノード電
極モジュールは5の抵抗体によって2個の電極エレメン
ト(カソード側け1・1と1・2.アノード側は2・I
X2・2)に分割されている。この電極エレメントと負
荷抵抗を結ぶリードm7Fi、カソード側でけ上流側電
極エレメント1・lに、アノード側では下流エレメント
2・2に接続されてψる。
本発明において使用する電極はセミホット及びコードタ
イプいずれでも良いが、特に電流集中が顕著に生ずる条
件下で用いる電極に有効である。電極モジュールの分割
数は冷却水の水路構造によって制限され、電極ピッチが
20〜30mの場合は一分割、30−’l0WInでは
3個の電極エレメントに分割するのが適当である。これ
に用いる抵抗体は直流電流の下で抵抗値の安定性が保障
される材料であれば良い。その抵抗値は電流の集中化の
傾向に対応して決定する必要があり、その値の設定は低
粒体材料固有の抵抗値を製造条件によって決める方法と
抵抗体の寸法形状に−J’ − よって決める方法がある。その形状は板状、n状等が使
用できるが、比較的せまいスペースに挿入する抵抗体で
あり、その冷却をも考慮すると板状のものがどちらかと
いうと望ましい。
次に、実施例を示して本発明を具体的に説明する。第3
図(d)、(b)は本発明を実験によって実証した電極
モジュールの構造を示す。直径、zom厚み2賭の酸化
スズセラミック円板からなる電気抵抗体50両面をメタ
ライズし、この両側面に直径/ト厚み/ tImの鋲円
板11を鑞接する。これと2分割した電極エレメント8
を電気的熱的に接合する。このため鍮円板中心部に直径
ざ謔高さざ簡のダボを設け、電極エレメント側に設ケタ
直径lr、2111i!の孔14に挿入し、これ等をビ
ス18によって固定する。本構造は電極モジュールを2
分割した構造であり、電流のリードアウトはその上流(
カソード)又は下流(アノード)の電極エレメントから
取り出し、外部負荷に接続する0電極エレメントのへ基
板9には直径!鰭の冷却水通路を設は電極材8と抵抗体
5,11゜1.2を冷却する。冷却水は冷却水路10を
通過することによって電極モジュールを冷却し、これは
電極を固定する絶縁基板に設けた水路から供給する。電
極と絶縁基板間の冷却水のシールViOリングを個(図
示せず)で行う。この電極モジュールを磁場/0gテス
ラ(Wb/m’ ) 、平均電流密度0.7 A /c
+JのMHD発電条件下で電流分布を均一化するには酸
化スズの最適抵抗値は予察実験によって3Ω(アノード
)と7Ω (カソード)に決定された。これを満足する
抵抗体は高純度酸化スズに若干量のZnO(/〜2%)
を添加し電気抵抗を目標値に設定した。これ等の試作抵
抗体は3〜jAの直流電流を通電し、抵抗値及びその安
定性を確認した後アノード及びカソード電極に挿入し、
電流分布の均一化に関する実験を、前記の条件下で30
時間にわたり実施した。
この実験による電極エレメントの消耗量の比較を第1表
に示す。
この表によれば、アノード側で抵抗体設置の効果が顕著
に見られる。即ち、抵抗体のない3番電極では上流側電
流集中によりA5・1の消耗がその下流側A5・2より
2倍以上大きい値である。これに対し抵抗体を入れたA
6. A7電極の場合は、上下流の電極エレメントの消
耗がほぼ均等化されていることがわかる。
なお、上記実施例等において、発電特性、耐久性の両面
から電極ピンチはできる限り細分割することが望ましい
。本電極構造によれば、リード線の取り出しを含めて構
造上抵抗体をチャンネル内部におき、発電出力の統合を
電極モジ−・j 以上述べたように、本発明の電極を用
いるこ4Jとによって電極面の電流分布が均一化され、
アノード及びカソード電極の上流又は下流寄り表面及び
側面の電流損傷を著しく低下することができ、発電チャ
ンネルの寿命を大巾に延長することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMHD発電用電極壁の構成図、第2図は
本発明のMHD発電用電極壁の構成図、第3図は第2図
に用いた電極の一実施例の図で−ター ある。 図中、1,1・1,1・209.カソード、2.2・1
,2・201.アノード、 30.。負荷抵抗、40.。電気抵抗、680.鰹料ガ
ス通路、 76.。リード線、8゜。。電極材料、9、、、@冷却
基板、 10、、、冷却水通路、 11.12 、、、抵抗体鋼ホルダ、 18、・、抵抗体固定ビス、14.、、孔。 手 続補正 書(自発) 昭和 s7<+  5 月/ノ「1 1事件の表示 特願昭56−29700号 2発明の名称 MHD発電用電極 3補正をする者 事件との関係 東京都千代口1区霞か関1丁目3番1弓4指定代理人 内     容 明細書中を次の様に補正する。 (1)特許請求の範囲全別紙の通シ訂正。 (2)第1頁10行中、「電流均一化構造」ヲ「電流分
布の均一化を図った構造」に訂正。 (3)同頁77行中、「分離」ヲ「分割」に訂正。 (4)同頁/3行中、「挿入」を「介在させ結合」に訂
正。 (5)第2頁9行中、「カソード側では」の後に「電極
下流部に」を挿入。 (6)第3頁/6行中、「に分割し、」ヲ「に対して垂
直な方向に分割し、」と訂正。 (7)第7頁70行中、「流几方向に」の後に「対して
垂直な方向に」を挿入。 (8)  第6頁/1行中、「8」を削除。 (9)同頁73行中、「タボ」の後に112」全挿入。 00  同頁J行中、「通路」の後に「1o」?、「1
1」の前に「@円板」をそnぞn挿入。 −コー θ1)第7百1行中、12の前に「タボ」を挿入。 0つ 同頁ダ行中、「電極」の後に「エレメントの銅基
板」を挿入。 01  同頁77行中、r TIt極エレメント」を「
電イ訳材」に訂正。 0・◇ 第ざ頁第1表中、「重JIX損失」の後に「(
g)」全挿入。 09  同貞第1表中、r 9qsno2−t zn0
2」i ryv%5n02−7%ZnO2Jに訂正。 OQ  同頁第1表中、「71gテスラ」の後にr (
wb/m2) Jを挿入。 0′?)  第9頁2行中、「電極エレメント」全r 
’tJf。 極材」に訂正。 (1→ 同頁S行中、「電極ピンチ」を「電極ピッチ」
に訂正。 (1リ 第1O頁ダ行中、「電気抵抗」を「電気抵抗体
」に訂正。 翰 同頁6行中、「電極材料」を「電極材」に訂正。 (2+)同頁7行中、「銅冷却基板」全「銅冷却基板」
に訂正。 (22)同頁ヲ行中、「鋼ホルタ」ヲ「ホルタ」に訂正
。 以   上 別   紙 特許請求の範囲 り乞上で[−る−こ−と=なΣ牛1會−とよる」」(p
−命1町刃り司」東」手続補正書、7や、 昭和37年 7月、7日 2発明の名称 旧発電用電極 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞か関1丁目3番1号 4指定代理人 6補正の対象 昭和37年S月20日付提出(D7g副〉省の補正の対
象の欄−/− 7補正の内容 別紙のとおり。 Ω− ]事件の表示 特願昭左乙−;19700号 2発明の名称 MHD発電用電極 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 114 工  業  技  術  院  長   石 
 坂  誠  −4指定代理人 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 明細書中、特許請求の範囲、発明の詳細な説明及び図面
の簡単な説明の欄 6 補正の内容

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電極モジュールを燃焼ガスの流れ方向に分割し、その分
    割側面に電気抵抗体を介在させることにより、電極モジ
    ュール表面の電流分布を均一化せしめたことを特徴とす
    るMHD発電用電極。
JP56029700A 1981-03-02 1981-03-02 Mhd発電用電極 Pending JPS5822576A (ja)

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JP56029700A JPS5822576A (ja) 1981-03-02 1981-03-02 Mhd発電用電極
US06/352,464 US4404482A (en) 1981-03-02 1982-02-25 Electrodes for magnetohydrodynamic power generation

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US4404482A (en) 1983-09-13

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