JPS5967351A - Mhd発電用耐熱壁材料及びその製造方法 - Google Patents
Mhd発電用耐熱壁材料及びその製造方法Info
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- JPS5967351A JPS5967351A JP17677082A JP17677082A JPS5967351A JP S5967351 A JPS5967351 A JP S5967351A JP 17677082 A JP17677082 A JP 17677082A JP 17677082 A JP17677082 A JP 17677082A JP S5967351 A JPS5967351 A JP S5967351A
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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。
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(j耐熱性、#4熱衝撃性、耐食性、耐酸化性、
耐電流性等に優れたMHD発電用耐熱壁材料及びその製
造方法に関するものである。
耐電流性等に優れたMHD発電用耐熱壁材料及びその製
造方法に関するものである。
M HD発電チャンネル(よ多数の電極及び電極間絶縁
物を整然と配設したma壁と、多数の電気絶縁体によ、
って整然と配置構成される絶縁壁からなる2、上記の発
電チャンネル流路内壁は強磁場条件下でカリウムを含む
高ン晶高速の燃焼ガス流に曝される。発電条件下におけ
゛ろ電極壁は電流と直接かかオ〕りを持つため、その電
気的特性が重視されると共に、その劣化損傷が発電チャ
ンネルの寿命を支配している。一方絶n壁においては電
極間の電気絶縁機能を確実に保持する乙とが要求されて
いる。電極壁における電流現象は電流集中による局所加
熱とカリウムや硫黄のアク、ツク及び脱酸素等の劣化要
因を伴い、特に電流の局所化は磁場強度や電極表面温度
に顕著な依存性が認められている。
物を整然と配設したma壁と、多数の電気絶縁体によ、
って整然と配置構成される絶縁壁からなる2、上記の発
電チャンネル流路内壁は強磁場条件下でカリウムを含む
高ン晶高速の燃焼ガス流に曝される。発電条件下におけ
゛ろ電極壁は電流と直接かかオ〕りを持つため、その電
気的特性が重視されると共に、その劣化損傷が発電チャ
ンネルの寿命を支配している。一方絶n壁においては電
極間の電気絶縁機能を確実に保持する乙とが要求されて
いる。電極壁における電流現象は電流集中による局所加
熱とカリウムや硫黄のアク、ツク及び脱酸素等の劣化要
因を伴い、特に電流の局所化は磁場強度や電極表面温度
に顕著な依存性が認められている。
この電流集中現象は電極劣化の最大要因としてあげられ
ており、これを緩和する対策がこれまで種々請じられて
来た。その一つは電流分布を均一化する抵抗電極構造で
あり、他の一つは流れ方向に対する電m諷度分布を形成
する非一様ン晶度分布電極構造である。それ等の構造に
対して、電極の表面l都度を高く設定(7た場合に電流
は拡散モードを実現し、局所加熱現象は緩和され、さら
に電極熱憤失が著しく低下する1、表面湿度の十昇(こ
基づく熱損失の低下は絶縁壁においても同様の傾向をも
ち、このため発電(本の犬へ効率を大幅に向−iユさせ
ることから電極壁及び絶縁壁共に器壁l晶度のFWが材
料及び構造両面から鋭意研究されて来た。
ており、これを緩和する対策がこれまで種々請じられて
来た。その一つは電流分布を均一化する抵抗電極構造で
あり、他の一つは流れ方向に対する電m諷度分布を形成
する非一様ン晶度分布電極構造である。それ等の構造に
対して、電極の表面l都度を高く設定(7た場合に電流
は拡散モードを実現し、局所加熱現象は緩和され、さら
に電極熱憤失が著しく低下する1、表面湿度の十昇(こ
基づく熱損失の低下は絶縁壁においても同様の傾向をも
ち、このため発電(本の犬へ効率を大幅に向−iユさせ
ることから電極壁及び絶縁壁共に器壁l晶度のFWが材
料及び構造両面から鋭意研究されて来た。
これまで高ン晶絶縁壁及び電極8Fは酸化物を中心とI
7たセラミ・、り材料が研究の対象となり、これに並行
して冷却構造が検討されて来た。その代表的構造として
M2Oに銅及びFe系合金を積層ロウ付けしたセラミッ
ク金属積層へ1+絶縁壁構造(第2図(a)参照)及び
酸化スズやZrO系セラミ・ツクを銀板に接合17た瞼
ラミ1.り銀接合型電極構造(第2図(b) 参照)が
あげられよう。
7たセラミ・、り材料が研究の対象となり、これに並行
して冷却構造が検討されて来た。その代表的構造として
M2Oに銅及びFe系合金を積層ロウ付けしたセラミッ
ク金属積層へ1+絶縁壁構造(第2図(a)参照)及び
酸化スズやZrO系セラミ・ツクを銀板に接合17た瞼
ラミ1.り銀接合型電極構造(第2図(b) 参照)が
あげられよう。
1−記のM+10絶縁壁構造てはM90磁盟を製造成型
し、さらにこれに3種類の金属を2叩類の接合技術によ
って接着する3段階の製造プロヒスが取られ、さらにこ
の構成法ではM HD運転条件下での耐熱衝撃性能を保
持するため、セラミ、・ツク(ま細分割され個々のセラ
ミ、ツクf、 Lメン1〜は独立した冷却金属基板に接
合され1個のモジュールが構成される。
し、さらにこれに3種類の金属を2叩類の接合技術によ
って接着する3段階の製造プロヒスが取られ、さらにこ
の構成法ではM HD運転条件下での耐熱衝撃性能を保
持するため、セラミ、・ツク(ま細分割され個々のセラ
ミ、ツクf、 Lメン1〜は独立した冷却金属基板に接
合され1個のモジュールが構成される。
乙のためそれ等のモジ、−ルの品質や接着の信頼性管理
がきびしく要求されている2、一方、上記のセラミ、り
銀接合型電極構造では#4熱lfi撃性能や接着の間順
点と共に通電機能が要求されているため、添JJII物
質に土ろ電気伝導率やイオン輸率等の物性制御が電流の
千ヤンネノ1.リングや直流電流にJ:る電解te除去
する目的で必要とされろ9、ZrOλ系電極材利はCe
01やLaCr0J等を添加し導電率の向」−や電子と
イオン電流の比率が制御されるが、完全にイシンによる
電流を除去ずろことがてきず、乙のため電解現象を生じ
て劣化消耗の要因となる。
がきびしく要求されている2、一方、上記のセラミ、り
銀接合型電極構造では#4熱lfi撃性能や接着の間順
点と共に通電機能が要求されているため、添JJII物
質に土ろ電気伝導率やイオン輸率等の物性制御が電流の
千ヤンネノ1.リングや直流電流にJ:る電解te除去
する目的で必要とされろ9、ZrOλ系電極材利はCe
01やLaCr0J等を添加し導電率の向」−や電子と
イオン電流の比率が制御されるが、完全にイシンによる
電流を除去ずろことがてきず、乙のため電解現象を生じ
て劣化消耗の要因となる。
この様に電極を構成する場合は電流の分散と直流電流に
よる電解現象を十分解決しなければ高性能寿命電極の出
現は不可能であろう。
よる電解現象を十分解決しなければ高性能寿命電極の出
現は不可能であろう。
この発明の目的は電流が電極面全域に均一に分散した拡
散モードによる通電を可能とする長寿命高l晶電極と高
ン晶領域で絶縁性能に曖れた絶縁壁等に用いられろ耐熱
壁用材利を提供する。さらにそれ等は器壁構造体の製作
プロセスを単純化し信頼性の著しい向1−をもたらず。
散モードによる通電を可能とする長寿命高l晶電極と高
ン晶領域で絶縁性能に曖れた絶縁壁等に用いられろ耐熱
壁用材利を提供する。さらにそれ等は器壁構造体の製作
プロセスを単純化し信頼性の著しい向1−をもたらず。
この様に本発明(こよる器壁構造体;よ高温技術をあつ
かう分野での種々の応用が期待てきるが、特に熱流束が
高く、アルカリ金属の雰囲気あるいはロケットエンジン
やガスタービン等の様な高温高速流体の条件に対して適
用することが可能であろう、 1−記目的達成のため、本発明による電極及び絶縁壁構
造に用いられろ耐熱材工しメントは海綿状の発泡金属を
セラミックスと同時焼結し、セラミックス層とセラミッ
クス金属混合層を同時に積層して形成(7たネq合エレ
メントを製造し、さらにこれを冷却基板に接合してモジ
。−ルを構成する。、この複合工しメント内部に存在す
る連結した金属相11it、を耐熱衝撃性能を著しく向
にさせ、熱伝導と電子による電気伝導性をも共に向Iさ
せる。この複合ニレメン1−表層部を構成するセラミッ
クス層の厚りは絶縁壁にあってはり−ク′Ki流や絶縁
破壊に対j7十分厚く取られ電気絶縁機能を確実に保持
することが可能である。電極に対しては通電機能を増進
させろためJ―記セラミックス層をう1(取ることによ
、って十分な電流密度を確保することができる。 乙の
発明の他の目的、其の他の特徴(よ添付の図に基(以下
の詳細説明で明らかにする。
かう分野での種々の応用が期待てきるが、特に熱流束が
高く、アルカリ金属の雰囲気あるいはロケットエンジン
やガスタービン等の様な高温高速流体の条件に対して適
用することが可能であろう、 1−記目的達成のため、本発明による電極及び絶縁壁構
造に用いられろ耐熱材工しメントは海綿状の発泡金属を
セラミックスと同時焼結し、セラミックス層とセラミッ
クス金属混合層を同時に積層して形成(7たネq合エレ
メントを製造し、さらにこれを冷却基板に接合してモジ
。−ルを構成する。、この複合工しメント内部に存在す
る連結した金属相11it、を耐熱衝撃性能を著しく向
にさせ、熱伝導と電子による電気伝導性をも共に向Iさ
せる。この複合ニレメン1−表層部を構成するセラミッ
クス層の厚りは絶縁壁にあってはり−ク′Ki流や絶縁
破壊に対j7十分厚く取られ電気絶縁機能を確実に保持
することが可能である。電極に対しては通電機能を増進
させろためJ―記セラミックス層をう1(取ることによ
、って十分な電流密度を確保することができる。 乙の
発明の他の目的、其の他の特徴(よ添付の図に基(以下
の詳細説明で明らかにする。
本発明者等はM II D発電様電極や絶n壁に対し高
ン晶度で安定した使用が可能である高温壁用材料及び構
造について鋭意研究を続けて来たが同一材料を電極及び
絶縁壁に用いる乙とによって材料相互間の影響を除去し
、さらに耐熱衝撃性能に優れた材料を得るには絶縁性セ
ラミ、ワクと気孔率が90%以」−の多孔質耐熱金属が
複合化できれば、上記の目的が達成できるという着想に
至った。乙の複合系材料は冷却面に複合金属面を露出さ
せ冷却金属との接合を容易にし、M HD @焼ガスプ
ラズマ面にはセラミ1.り面を配置すれば耐熱性、熱流
及び電流の拡散性が効果的に配分され、さらに金属部が
スポーリング等の熱応力に基く破壊に対して有利に作用
するものであると確信し、種々の器壁構造を試作し、実
験研究を行−フた。乙の結果、酸化物として高純度マグ
ネシアが、多孔質金属としてNi−Cr系百1熱合金製
発泡金PS(商品名セルメ・。
ン晶度で安定した使用が可能である高温壁用材料及び構
造について鋭意研究を続けて来たが同一材料を電極及び
絶縁壁に用いる乙とによって材料相互間の影響を除去し
、さらに耐熱衝撃性能に優れた材料を得るには絶縁性セ
ラミ、ワクと気孔率が90%以」−の多孔質耐熱金属が
複合化できれば、上記の目的が達成できるという着想に
至った。乙の複合系材料は冷却面に複合金属面を露出さ
せ冷却金属との接合を容易にし、M HD @焼ガスプ
ラズマ面にはセラミ1.り面を配置すれば耐熱性、熱流
及び電流の拡散性が効果的に配分され、さらに金属部が
スポーリング等の熱応力に基く破壊に対して有利に作用
するものであると確信し、種々の器壁構造を試作し、実
験研究を行−フた。乙の結果、酸化物として高純度マグ
ネシアが、多孔質金属としてNi−Cr系百1熱合金製
発泡金PS(商品名セルメ・。
1、住人電ゴ製)に、1、っ−C極めて良好な複合材料
が訳1造珂能であることを見出した。乙の複合オイはi
゛述した印に、マグネシアとNiCr複合面te銅製冷
却金属に接合して冷却されその表面温度が制御されろ。
が訳1造珂能であることを見出した。乙の複合オイはi
゛述した印に、マグネシアとNiCr複合面te銅製冷
却金属に接合して冷却されその表面温度が制御されろ。
その場合、両者の熱膨張差を緩和する中間層材料が高熱
流束条件下での接合部クリ離の現象と深い関連をもっこ
とを見出し、接合層キイ籾とその層構成について種々検
討を行、った、その結果最適な緩剪−の材料及び構成を
見出し、ここに木発明を完成するに至った。なお本発明
で用いられる多孔質の発泡金属として(よト記Ni
Cr系の他に、Ni。
流束条件下での接合部クリ離の現象と深い関連をもっこ
とを見出し、接合層キイ籾とその層構成について種々検
討を行、った、その結果最適な緩剪−の材料及び構成を
見出し、ここに木発明を完成するに至った。なお本発明
で用いられる多孔質の発泡金属として(よト記Ni
Cr系の他に、Ni。
Ni −Cr −Fe、 Ni −Cr −AI等も有
効であることを確五忍 し )こ 。
効であることを確五忍 し )こ 。
以下、図面8参照して木発明を具体的に説明する、第1
図1et M HD発電チうンネルの構成を示す。
図1et M HD発電チうンネルの構成を示す。
燃焼ガスプラズマの流れるヂャンネル1(ま燃焼ガスの
流れ方向に対設されt:電極nP、2.3とこれζζ垂
直方向に対設された絶縁壁4によって構成される。、こ
れ等の電極壁は冷却水路を有する銅ブロック2に電1m
材を接合した電1vi、T、 Lメン!・を多敬電極間
絶縁物5を介し、流れ方向と垂直方向に細分割して配置
することにより構成される。、絶縁壁4もこれとほぼ同
様の構造で、その単位水冷工しメン)・(1:流れ方向
及び電極方向に関し細分割され、それ等は絶縁性水冷基
板に配置固定される7、この発電ヂャンt、ルに燃焼ガ
スを高速度で流し、絶縁壁に垂直方向に磁界を印加する
と対向ずろ電1瓶間に起電力が生じ、これは個々の電1
1Jiに接続されたリード線によ、って外部回路に取9
出される。、乙の発電条件下では電流分布は電極面でか
たより、低湿電極や低温絶縁壁を用いた場合アークの発
生転移に。■、って電極や電極近傍絶縁壁が劣化損傷す
る。
流れ方向に対設されt:電極nP、2.3とこれζζ垂
直方向に対設された絶縁壁4によって構成される。、こ
れ等の電極壁は冷却水路を有する銅ブロック2に電1m
材を接合した電1vi、T、 Lメン!・を多敬電極間
絶縁物5を介し、流れ方向と垂直方向に細分割して配置
することにより構成される。、絶縁壁4もこれとほぼ同
様の構造で、その単位水冷工しメン)・(1:流れ方向
及び電極方向に関し細分割され、それ等は絶縁性水冷基
板に配置固定される7、この発電ヂャンt、ルに燃焼ガ
スを高速度で流し、絶縁壁に垂直方向に磁界を印加する
と対向ずろ電1瓶間に起電力が生じ、これは個々の電1
1Jiに接続されたリード線によ、って外部回路に取9
出される。、乙の発電条件下では電流分布は電極面でか
たより、低湿電極や低温絶縁壁を用いた場合アークの発
生転移に。■、って電極や電極近傍絶縁壁が劣化損傷す
る。
第2図(8)はこれまでに開発された低湿絶縁壁の単位
yしメントを示す。コールド壁の構成は基本的には細分
割した鋼重しメンド8を多数配列し、それ等の表面に電
気絶縁性のアルミナ7をコーティングする方式が一般的
である。同図(b)はコールド電極の構成を示す。これ
は水冷した鋼重しメント80表面に白金や桐タングステ
ン合金等の電極率49を1−1・°ノ付け1ろ構成がと
られてL)ろ、6(よ)5却水路を示す、 第3図(a)は木発明による高ン晶型単位絶縁壁σ〕−
・実施例を示すつ図中10はマグネノア層、11はマグ
ネシアとNi Cr合金の複合層で両者(よ同時(こ
焼成製造されろ、本複合材料の製造法を以下で詳細に説
明するつ先ず試薬特級のマゲネンア黴粉(純度99.9
y、、粒度111m以下)をNi−Cr多孔質合金(住
人電工製、商品名Ni−Crセルメツ)No・3)内に
充填ずろ、その方法として振動充填又はスリラー状充填
等の方法が可能である。−充填後ホ・ノトブlノスに、
1:−ッて第1次の焼結を行う、乙の条件(よ温度12
00℃〜1300℃、圧力100〜300 Kg/ C
m”て真空又はアルゴン等の雰囲気調整炉が用いられる
。
yしメントを示す。コールド壁の構成は基本的には細分
割した鋼重しメンド8を多数配列し、それ等の表面に電
気絶縁性のアルミナ7をコーティングする方式が一般的
である。同図(b)はコールド電極の構成を示す。これ
は水冷した鋼重しメント80表面に白金や桐タングステ
ン合金等の電極率49を1−1・°ノ付け1ろ構成がと
られてL)ろ、6(よ)5却水路を示す、 第3図(a)は木発明による高ン晶型単位絶縁壁σ〕−
・実施例を示すつ図中10はマグネノア層、11はマグ
ネシアとNi Cr合金の複合層で両者(よ同時(こ
焼成製造されろ、本複合材料の製造法を以下で詳細に説
明するつ先ず試薬特級のマゲネンア黴粉(純度99.9
y、、粒度111m以下)をNi−Cr多孔質合金(住
人電工製、商品名Ni−Crセルメツ)No・3)内に
充填ずろ、その方法として振動充填又はスリラー状充填
等の方法が可能である。−充填後ホ・ノトブlノスに、
1:−ッて第1次の焼結を行う、乙の条件(よ温度12
00℃〜1300℃、圧力100〜300 Kg/ C
m”て真空又はアルゴン等の雰囲気調整炉が用いられる
。
第2次の焼結はHIPに上って高度1350℃以下、圧
力500〜800 Kg/ cm”でアルゴン又は窒素
雰囲気の条件下で行われる1、この様にして焼結された
複合材は規定の寸法に切削研摩され、冷却及び緩衝用金
属の接合処卯を行う。
力500〜800 Kg/ cm”でアルゴン又は窒素
雰囲気の条件下で行われる1、この様にして焼結された
複合材は規定の寸法に切削研摩され、冷却及び緩衝用金
属の接合処卯を行う。
12は銅、及び13はNi製の稍層緩IFi層で7g合
材と金属基板接合時の熱膨張差や高い熱流束を印加した
際の熱応力による剥離を防])−ずろ。Ni製の15J
WA板はFe系系合金月利も代替することが可能である
。
材と金属基板接合時の熱膨張差や高い熱流束を印加した
際の熱応力による剥離を防])−ずろ。Ni製の15J
WA板はFe系系合金月利も代替することが可能である
。
NyJ、画用金属への複合材の接合は次の様なプロセス
に上って行う。即ち、二・ソケルーリン合金粉末を有機
溶剤によってペース!・状にしたロウ材によ、)で真空
又は水素雰囲気て850〜1000℃に加熱し一次接合
を行う。さらに旧Pによ−って加熱及び加圧を行い、ロ
ウ材の拡散が十分行われろ様にする。
に上って行う。即ち、二・ソケルーリン合金粉末を有機
溶剤によってペース!・状にしたロウ材によ、)で真空
又は水素雰囲気て850〜1000℃に加熱し一次接合
を行う。さらに旧Pによ−って加熱及び加圧を行い、ロ
ウ材の拡散が十分行われろ様にする。
#s衝材13と銅冷却基板8はスズ−銀系の高温半田を
用い酸化雰囲気で接合ずろ。
用い酸化雰囲気で接合ずろ。
14はyレメン!・周辺の電気絶縁機能を確実に維持す
るため0.3mm厚のスピネル(^1□03M90)コ
ーティングが施されている。同図(b)は単位電極エレ
メントの断面図で、11はマグネシアとNi −Cr合
金の複合層で構成しである。この部分以外の構成は基本
的には絶縁壁の場合と同様である。
るため0.3mm厚のスピネル(^1□03M90)コ
ーティングが施されている。同図(b)は単位電極エレ
メントの断面図で、11はマグネシアとNi −Cr合
金の複合層で構成しである。この部分以外の構成は基本
的には絶縁壁の場合と同様である。
1−述の絶縁壁におけるマグネシア及びマグネシアNi
Cr複合材の構成厚は設定表面高度に対し熱滞中に
応した値を決定ずろことが必要であろ7通営、熱流束1
20−150 W / cm” 、表面温度1600に
の条件に対(7絶縁壁の機能としてマグネシア1mmに
り1しマグネシアNiCr複合層の厚味は5mm程度が
適当である18.電極の構成は絶縁壁の場合と同悌の材
質や構造を用いろ乙とができるが、複合化する金属の材
質はNi含有地の低い組成、あるいは白金をNi −C
r合金セルメソトにメ・、左したもの等が耐電流損傷の
面から有利である。、絶縁壁と同一使用条件に対する電
極の機能を得るに(よマグネシア層は不要である。、乙
の場合のマグt、ンアとNi −CrWRの厚味は5m
1T+から8mmていどが適当である5、第4図及び第
5図は各々上述した本発明に7上る単位工しメントに、
1って構成した絶縁壁及び電極壁の構造例を示す。yレ
メント15は冷却供給システムを内蔵したポリイミド製
絶縁冷却基板21に2個のす、ソト20によってスプリ
ングワッシャ19とOリングホルダー18を介して固定
されろ。冷却水は]Of(g/ cm”以」−に加圧さ
れ水路6を通過]7エレメント表面から流入する高しベ
ルの熱量を外部に搬出ずろつエレメントと絶縁基板の冷
却水に対する気密は2個のOリング16及び17に1っ
て行われろ。
Cr複合材の構成厚は設定表面高度に対し熱滞中に
応した値を決定ずろことが必要であろ7通営、熱流束1
20−150 W / cm” 、表面温度1600に
の条件に対(7絶縁壁の機能としてマグネシア1mmに
り1しマグネシアNiCr複合層の厚味は5mm程度が
適当である18.電極の構成は絶縁壁の場合と同悌の材
質や構造を用いろ乙とができるが、複合化する金属の材
質はNi含有地の低い組成、あるいは白金をNi −C
r合金セルメソトにメ・、左したもの等が耐電流損傷の
面から有利である。、絶縁壁と同一使用条件に対する電
極の機能を得るに(よマグネシア層は不要である。、乙
の場合のマグt、ンアとNi −CrWRの厚味は5m
1T+から8mmていどが適当である5、第4図及び第
5図は各々上述した本発明に7上る単位工しメントに、
1って構成した絶縁壁及び電極壁の構造例を示す。yレ
メント15は冷却供給システムを内蔵したポリイミド製
絶縁冷却基板21に2個のす、ソト20によってスプリ
ングワッシャ19とOリングホルダー18を介して固定
されろ。冷却水は]Of(g/ cm”以」−に加圧さ
れ水路6を通過]7エレメント表面から流入する高しベ
ルの熱量を外部に搬出ずろつエレメントと絶縁基板の冷
却水に対する気密は2個のOリング16及び17に1っ
て行われろ。
絶縁基板21はステンしス製のケーシング22に絶縁ポ
ル)−(こ、L、って固定さ第1、両者の間隙23には
シリコン系ゴムがバソクアシプ材として装填されろ。
ル)−(こ、L、って固定さ第1、両者の間隙23には
シリコン系ゴムがバソクアシプ材として装填されろ。
次に本発明にJろ単位電極によって構成された電標壁構
造の実施例を第5図によって説明する。
造の実施例を第5図によって説明する。
マグネノアとNi−0複合材11;よ上述した接合法に
Lって洞12及びrll(又はFeCr合金)13に接
合されろ。緩衝材13と水)h銅基板8の接合は前記の
高ン晶半田によって施行する。同図では4個の電極+4
:r、 Lメント11に、上って1個の電極、てジュ
ールの構成例を示したもので、各々のモジュール電極間
絶縁物24を介してガス流方向に対して直角になる様に
順次配列し電気的に各々が分割されている。
Lって洞12及びrll(又はFeCr合金)13に接
合されろ。緩衝材13と水)h銅基板8の接合は前記の
高ン晶半田によって施行する。同図では4個の電極+4
:r、 Lメント11に、上って1個の電極、てジュ
ールの構成例を示したもので、各々のモジュール電極間
絶縁物24を介してガス流方向に対して直角になる様に
順次配列し電気的に各々が分割されている。
この電極間絶縁物材料として^1:Lo3やBNあるい
はSif%等の板状セラミックが用いられる。電極モジ
ュールには黄銅製の水冷用導水管6と電流をIJ −ド
アウドするリードタ、ツブ25がロウ付けされている。
はSif%等の板状セラミックが用いられる。電極モジ
ュールには黄銅製の水冷用導水管6と電流をIJ −ド
アウドするリードタ、ツブ25がロウ付けされている。
次に熱入力1.5MW M I(+)発電実験装置を用
いて行った実施例の実験結果を述へる、。
いて行った実施例の実験結果を述へる、。
(1)絶縁壁を構成するyしメントの表面形状を17m
m0.24mm’ 及ヒ50mm00) 3 NG ’
e K作シタ。積層構成は1−述した様にマグネシアを
1 mm、マグネシアNi−Cr19合@4mm、銅層
1 mm+ Ni層smmで各々の接合は前に記述した
N10つを用いた。Ni層と冷却銅基板は高温半田に、
J、って接合した。各々の工しメントは50mm角は1
個、24mm角は4制、17mm角は9矧を1つのテス
ト用モジュールとして構成した9、これ等のテストモジ
エールに於る高熱流束条件下での接合層の剥離、スポー
リング傾向、#4熱性等をスブラーノシュテストに、L
−)で調査したその結果を第1表に示す、 50mm角
工しメントの場合、最大熱流束φmax = 140W
/ cmL、最下表面1晶度TWmfIx−1180℃
以下で、25mm角ではφmax=2]8W/ Cm’
、TWmax = 1440℃までの条件以下で何等
の熱応力破壊、剥離、溶損等は生じなかった。1まり2
4mm角エレメント周辺に施行したスピネルコーチ(ン
グはφmax =218W/ cm” 、TWmax
=1440℃まての条件に対し何等の積重をも認め得な
がった。
m0.24mm’ 及ヒ50mm00) 3 NG ’
e K作シタ。積層構成は1−述した様にマグネシアを
1 mm、マグネシアNi−Cr19合@4mm、銅層
1 mm+ Ni層smmで各々の接合は前に記述した
N10つを用いた。Ni層と冷却銅基板は高温半田に、
J、って接合した。各々の工しメントは50mm角は1
個、24mm角は4制、17mm角は9矧を1つのテス
ト用モジュールとして構成した9、これ等のテストモジ
エールに於る高熱流束条件下での接合層の剥離、スポー
リング傾向、#4熱性等をスブラーノシュテストに、L
−)で調査したその結果を第1表に示す、 50mm角
工しメントの場合、最大熱流束φmax = 140W
/ cmL、最下表面1晶度TWmfIx−1180℃
以下で、25mm角ではφmax=2]8W/ Cm’
、TWmax = 1440℃までの条件以下で何等
の熱応力破壊、剥離、溶損等は生じなかった。1まり2
4mm角エレメント周辺に施行したスピネルコーチ(ン
グはφmax =218W/ cm” 、TWmax
=1440℃まての条件に対し何等の積重をも認め得な
がった。
mm、中M 40mm、厚さ3〜5mmの電を所工しメ
ントを軒に11.5mm、幅40mm、高さ35mmの
銅製ブロックにロウ付けし、単位電極を多敬試作し、ア
ノード及び)Jソード壁用工しメントをP備し、第5図
の如く^1703絶縁材24を介しアノ−ド及びカソー
ド用電極壁を組立てt:o各々の電極工しメントがらリ
ード線を取り出し、外部負荷抵抗に接続した。両電極間
の間隅は72mmであり、それぞれの銅冷却基板の水路
には水を通過させ、1.8テスラ(Wb/m’)の磁場
を発電ヂャンネルに印加し、カリウムをシード剤として
含む燃焼ガス(温度2800k lを流速5゜Om/s
で12時間流して、電極の電気特性、熱特性及び劣化の
状態等を測定調査した。この結果電圧電流特性として第
6図が、熱流束の経時特性として第7図が得られた。第
6図は磁場の有無及び3種類の電極材料についてその電
気的特性を比較したもので、本発明による電極材料を使
用したものが他の2種類よりも良好な特性を示している
。^9−WC電粍;よコールド用電極と(7て、MgO
−5iC程合系電極(1セミホ、y +’川主電極して
極めて有望視されている材料である17.ここてセラミ
ック系材料の消耗紙を比較すると本発明によるMgO−
Ni−Cr複合系のア、l−ドLl:0.69 、カソ
ードは0.629に対し、MgO−5iCて(:iニア
ノードs、’yqg 、カッ−ド3、989てあっt:
、1 第7図は本発明による電極モジ、−ルとMgO−5iC
系電極モジ、−ルの熱損失に関する経時特性を電流密度
に対しプロットしたものである一8後者が発電グクトの
ド流側に位置17ていること及び若干表面温度か高いこ
と等のため平均的な熱流束し。
ントを軒に11.5mm、幅40mm、高さ35mmの
銅製ブロックにロウ付けし、単位電極を多敬試作し、ア
ノード及び)Jソード壁用工しメントをP備し、第5図
の如く^1703絶縁材24を介しアノ−ド及びカソー
ド用電極壁を組立てt:o各々の電極工しメントがらリ
ード線を取り出し、外部負荷抵抗に接続した。両電極間
の間隅は72mmであり、それぞれの銅冷却基板の水路
には水を通過させ、1.8テスラ(Wb/m’)の磁場
を発電ヂャンネルに印加し、カリウムをシード剤として
含む燃焼ガス(温度2800k lを流速5゜Om/s
で12時間流して、電極の電気特性、熱特性及び劣化の
状態等を測定調査した。この結果電圧電流特性として第
6図が、熱流束の経時特性として第7図が得られた。第
6図は磁場の有無及び3種類の電極材料についてその電
気的特性を比較したもので、本発明による電極材料を使
用したものが他の2種類よりも良好な特性を示している
。^9−WC電粍;よコールド用電極と(7て、MgO
−5iC程合系電極(1セミホ、y +’川主電極して
極めて有望視されている材料である17.ここてセラミ
ック系材料の消耗紙を比較すると本発明によるMgO−
Ni−Cr複合系のア、l−ドLl:0.69 、カソ
ードは0.629に対し、MgO−5iCて(:iニア
ノードs、’yqg 、カッ−ド3、989てあっt:
、1 第7図は本発明による電極モジ、−ルとMgO−5iC
系電極モジ、−ルの熱損失に関する経時特性を電流密度
に対しプロットしたものである一8後者が発電グクトの
ド流側に位置17ていること及び若干表面温度か高いこ
と等のため平均的な熱流束し。
ベルは低い値を示している。しかし、後者において電流
による熱損失の変化傾向が特にアノード側で顕著に認め
られろ。
による熱損失の変化傾向が特にアノード側で顕著に認め
られろ。
V子連へた様に、本発明の電極を用いることによって、
電気的特性に優れ、かつ消耗量の小さな電IVLqIe
構成することが可能となる、さらに電極熱流束も電流密
度に対し大きな依存性を持たないため、電極構造の設計
が容易となることが期待てきる1、 また、絶縁壁においてはセラミ・、り壁の欠点とされて
来た、熱応力破壊傾向を大幅に低下させることができ、
かつ熱流束の大きな領域での使用が可能である1、乙の
t:め発電ダクトト流部の高熱流束領域でも本発明によ
る絶縁壁を使用する乙とが可能となるため、熱損失の極
めて小さな絶縁壁を堤供することができる。
電気的特性に優れ、かつ消耗量の小さな電IVLqIe
構成することが可能となる、さらに電極熱流束も電流密
度に対し大きな依存性を持たないため、電極構造の設計
が容易となることが期待てきる1、 また、絶縁壁においてはセラミ・、り壁の欠点とされて
来た、熱応力破壊傾向を大幅に低下させることができ、
かつ熱流束の大きな領域での使用が可能である1、乙の
t:め発電ダクトト流部の高熱流束領域でも本発明によ
る絶縁壁を使用する乙とが可能となるため、熱損失の極
めて小さな絶縁壁を堤供することができる。
以ト、本発明に上る電極及び絶縁壁を使用すると従来に
ない高性能発電グク1−を構成し得ることが期待できろ
、。
ない高性能発電グク1−を構成し得ることが期待できろ
、。
第1表
第1図はM II I)発電グク1−の概要図、第2図
(a)(b)はそれぞれ従来のM II D発電用低温
絶縁壁及び低湿電極の説明図、第3図(a) 、(bl
はそれぞれ本発明による絶縁壁及び電極を示す説明図、
第4図は本発明による絶縁壁の使用状態を示す説明図、
第5図は同電極の使用状態を示す説明図、第6図は本発
明に、Lろ電極て構成し):電極間の電圧雷、流特性を
示すグラフ、第7図は本発明に」、る電極て構成した電
極壁の熱流束の経時変化を示すグラフ。 [!1 第 4 1”’1第5
0 第6 pl
(a)(b)はそれぞれ従来のM II D発電用低温
絶縁壁及び低湿電極の説明図、第3図(a) 、(bl
はそれぞれ本発明による絶縁壁及び電極を示す説明図、
第4図は本発明による絶縁壁の使用状態を示す説明図、
第5図は同電極の使用状態を示す説明図、第6図は本発
明に、Lろ電極て構成し):電極間の電圧雷、流特性を
示すグラフ、第7図は本発明に」、る電極て構成した電
極壁の熱流束の経時変化を示すグラフ。 [!1 第 4 1”’1第5
0 第6 pl
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、Ni、 Ni−Cr、 N1−Cr−Fa又はNi
−Cr−^lより成る多孔質金属が40〜60重凧%で
残部がマグネシアなる組成から成り、上記多孔質金属と
マグネシアが均一に混合されている焼結体からなること
を特徴とするM HD発電用ffi′I熱壁材料。 2、Ni、 Ni−Cr、 Ni−Cr−Fe又はNi
−Cr−^lより成る多孔質金属の多数の空隙内にマグ
ネシア粉末を充填し、(7かtlそれらの割合は多孔質
金属が40〜60重景%、重量マグネシアとして、その
後ホ、。 ドブレス(ζよる一次焼結に次いで熱同等方圧加圧焼結
による二次焼結を行うことを特徴とずろM HD発電用
耐熱壁材訓の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17677082A JPS5967351A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | Mhd発電用耐熱壁材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17677082A JPS5967351A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | Mhd発電用耐熱壁材料及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5967351A true JPS5967351A (ja) | 1984-04-17 |
JPH0477056B2 JPH0477056B2 (ja) | 1992-12-07 |
Family
ID=16019516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17677082A Granted JPS5967351A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | Mhd発電用耐熱壁材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5967351A (ja) |
-
1982
- 1982-10-06 JP JP17677082A patent/JPS5967351A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0477056B2 (ja) | 1992-12-07 |
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