PL60126B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 22.111.1966 Francja Opublikowano: 30.V.1970 60126 KI. 21 d1, 5 MKP Hol* MJ •HUOTEKAl Twórcawynalazku: inz. David Yerouchalmi Wlasciciel patentu: Commissariat a TEnergie Atomiaue, Paryz (Francja) Elektroda zlozona, dysa& do konwersji magnetohydrodynamicznej Wynalazek dotyczy elektrody zlozonej dyszy do konwersji magnetohydrodynamicznej generatora elektrycznego pracujacego w obiegu otwartym.Generatory te zawieraja dysze o przekroju pro¬ stokatnym, w której gazy spalinowe, majace tem¬ perature rzedu 2700—3000°K na skutek utleniania sie lub pod wplywem doprowadzonego powietrza o wy¬ sokiej temperaturze, sa jonizowane przez rodniki alkaliczne uzyskujac wlasciwa przewodnosc ele¬ ktryczna rzedu 10 do 40 S/m.Te zjonizowane gazy znajdujace sie w silnym po¬ lu magnetycznym (wiekszym od 2 Tesli) poruszajac .sie w kierunku prostopadlym do dwóch przeciwle¬ glych scianek dyszy z predkoscia okolo 700 do 800 m/sek. staja sie zródlem pradu elektrycznego, którego kierunek jest prostopadly do kierunku prze¬ plywu gazów i do kierunku pola magnetycznego, zgodnie z prawem Laplace'a, Prad ten moze byc ze¬ brany w zewnetrznym obwodzie obciazenia pod warunkiem, ze dwie pozostale przeciwlegle scianki dyszy sa elektrycznie przewodzace, a przewodnictwo elektryczne miedzy gazami goracymi zjonizowany¬ mi i powierzchnia czolowa elektrody przebiega bez znacznego spadku napiecia.Tego rodzaju kontakt elektryczny istnieje wów¬ czas, gdy graniczna warstwa gazowa miedzy scian¬ ka przewodzaca, zwana elektroda MHD, a gazami ma wysoka temperature, tj. gdy sama elektroda na powierzchni styku ma równiez wysoka temperatu¬ re. W tym celu nalezy blokowac przeplyw strumie- 10 20 25 30 nia cieplnego poprzez scianke tej elektrody przez odpowiednia izolacje cieplna.Izolacja ta powinna ustalac temperature powierz¬ chni czolowej elektrody wymagana przez warunki cieplne dyszy, która powinna byc rzedu 1900— 20006K. Stosowane materialy powinny wiec byc od¬ porne termicznie i na korozje oraz powinny zapew¬ niac utrzymywanie wszystkich czterech scianek dy¬ szy w tej samej temperaturze, aby uniknac zakló¬ cen w obiegu gazów zjonizowanych. Temperatura goracych powierzchni scianek izolujacych elektrycz¬ nie powinna wynosic od 1900—2(KM)0K, gdyz przy temperaturach wyzszych nie mozna stosowac zna¬ nych materialów izolujacych poniewaz ich przewod¬ nosc wlasciwa wynosi ponizej 5 S/m, co powoduje powstawanie zwarc miedzy sciankami. Przy tempe¬ raturze scianki izolujacej elektrycznie nizszej niz 1900—2000°K równiez wystepuja zwarcia miedzy sciankami wskutek odkladania sie czastek na scian¬ kach.W celu utrzymania na powierzchni czolowej ce¬ ramik temperatury 1900—2000°K prz/ gazach o tem¬ peraturze 2700—3000°K staje sie konieczne chlo¬ dzenie stykowe tych ceramik, których grubosc za¬ lezy od ich przewodnictwa cieplnego i strumienia ciepla jaki powinien byc odprowadzany, co odby¬ wa sie dotychczas na ogól za pomoca biezacej wody o temperaturze rzedu 350°K. Kontrolowane chlo¬ dzenie czesci ceramiki, która stanowi polaczenie z obudowa, uzyskuje sie przez umocowanie ich za po- 6012660126 moca powiazania mechanicznego, spojenia cerami¬ ka — metal. Mozna zastosowac tez oba rozwiazania w chlodzonej obudowie miedzianej.Przykladowo zaleznosci miedzy gruboscia elemen¬ tu ceramicznego a wartoscia strumienia cieplnego dyszy, wynosza: przy strumieniu 60 do 70 watów/ /cm2 grubosc ceramiki wynosi okolo 10 mm, co umozliwia wykonanie scianek ceramicznych z mo¬ nolitów spiekanych tej grubosci, zas dla strumienia od 400 do 500 watów/cm2 dla dyszy przemyslowej o mocy cieplnej 500,MW grubosc ta wynosi juz za¬ ledwie 1—1,5 mm.Celem wynalazku jest skonstruowanie takiej ele¬ ktrody zlozonej dyszy do konwersji magnetohydro- dynamicznea^Htóra bylaby wytrzymala na udar ter¬ miczny oraz mialaby duza zdolnosc odprowadzania ciepla, utrzymujac dzieki temu niska temperature powierzchni czolowej.Istota wynalazku polega na tym, ze elektroda zlozona zawiera z jednej strony obudowe, z mate¬ rialu o dobrym przewodnictwie cieplnym, która jest utrzymywana w niskiej temperaturze i jest zaopatrzona w,przegrody i plytki prostopadle wzgle¬ dem siebie, tworzace wneki w które zamocowuje sie kostki wykonane z ceramiki o pelnej strukturze.Kostki te sa polaczone z obudowa za pomoca ele¬ mentów metalowych, które zabezpieczaja przeplyw pradu elektrycznego miedzy czolowa powierzchnia elektrody, a obudowa metalowa. Plytki rozszerzaja sie ku powierzchni czolowej w celu utrzymywania kostek i stanowia równiez wzmocnienie obudowy.Plytki te umocowuje sie w obudowie przez polacze¬ nie wsuwane na jaskólczy ogon.Dla zapewnienia dobrego przewodnictwa elek¬ trycznego miedzy powierzchnia czolowa elektrody a obudowa stosuje sie siatki metalowe oddzielajace kostki miedzy soba i od obudowy. Dla zwiekszenia przewodnosci cieplnej miedzy kostkami ceramicz¬ nymi, a elementami metalowymi na powierzchnie przylegle nanosi sie warstwe z zawiesiny srebra w postaci lakieru, a na powierzchnie miedzy przegro¬ dami i plytkami metalowymi oraz obudowa chlo¬ dzona nanosi sie warstwe cyny stopiona w tempe¬ raturze 400°C.Elektroda zlozona dyszy do konwersji magneto- hydrodynamicznej jest dokladnie wyjasniona na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czesciowy widok dyszy z elektroda zlozona, pokazana w prze¬ kroju w plaszczyznie prostopadlej do kierunku przeplywu gazu, fig. 2 — widok perspektywiczny z przekrojem czesciowym, fig. 3 jest widokiem z przodu elektrody z czesciowym przekrojem wzdluz jej plaszczyzny srodkowej zas fig. 4 jest widokiem odmiany elektrody wedlug wynalazku pokazanej w perspektywie z czesciowym przekrojem.Czesc dyszy MHD pokazana na fig. 1 w przekroju poprzecznym do kierunku przeplywu gazów. Dysza ta zawiera dwie przeciwlegle elektrody, z których jedna 10 jest widoczna oraz dwie równolegle scian¬ ki elektrycznie izolujace, z których jedna 12 jest czesciowo widoczna.Elektroda 10 przedstawiona na fig. 2 w perspek¬ tywie, zawiera obudowe 14 z materialu przewodza¬ cego (np. z miedzi), w której znajduje sie kanal 16 do przeplywu wody chlodzacej (fig. 1). Miedzy scianka izolujaca 12 i obudowa 14 elektrody 10 sa umieszczone plytki izolujace 18, na przyklad z ce¬ ramiki. Na powierzchni czolowej obudowy 14 sa wyciete pod katem prostym dwa rzedy rowków 20- 5 i 22. Rowki 20, równolegle do kierunku nfeeplywu gazów w przekroju poprzecznym maja ksztalt ja¬ skólczego ogona, natomiast rowki 22 prostopadle da poprzednich, maja przekrój prostokatny. W row¬ kach 22 sa umocowane przegrody 24 o sciankach równoleglych, laczace sie krancowymi powierzch¬ niami ich boków 39 z przeciwleglymi sciankami bocznymi 36.Plytki 28 maja podstawe odpowiadajaca ksztaltem rowkom 20, w których sa osadzone, przy czym sa 15 poprzedzielane i usztywnione przegrodami 24 i dwo¬ ma plaskimi kolnierzami 30, umocowanymi do obu¬ dowy 14 srubami 32. Wystajace z rowków 20 czesci plytek 28 w przekroju poprzecznym rozszerzaja sie ku górze i tworza z przegrodami 24 wneki 34, o- 2u dnach prostokatnych, wneki 34 zwezaja sie ku gó¬ rze, poczawszy od obudowy 14. W celu zapewnie¬ nia dobrej przewodnosci miedzy obudowa 14 z jed¬ nej strony, a przegrodami 24 i plytkami 28 z drugiej strony polaczenie ich dokonane jest za pomoca cy- 25 ny, o czym blizej bedzie mowa. W ten sposób wy¬ konano przegrodzenie metalowe, które jest chlo¬ dzone ciecza przeplywajaca przez kanal 16 obudo¬ wy 14.We wneki 34 osadza sie kostki ceramiczne 36 30 wykonane na przyklad z tlenku cyrkonu. Wymiarjr kostek 36 oraz grubosc przegród metalowych obli¬ cza sie lak, aby zapewnic wymagane odprowadze¬ nie ciepla. Kostki sa wykonane przewaznie przez spiekanie z ceramiki o zwartej strukturze, a wiec 35 sa malo porowate, co przeciwdziala nasycaniu pa¬ rami metalu.Przykladowo do utrzymania temperatury powierz¬ chni czolowych ceramik, nie przekraczajacej 1900— 2000°K wymagane sa nastepujace, wartosci D = 40 = 16 mm i H = 12 mm dla strumienia cieplnego- 40—50 watów/ cm2, gdy elementy ceramiczne sa wy¬ konane z tlenku cyrkonu.Kontakt cieplny miedzy kostkami ceramicznymi 36 i plytkami metalowymi 28 moze byc bardzo do¬ bry i zalezy od precyzji ich wykonania. Przewod¬ nictwo cieplne moze byc Jeszcze zwiekszone przez, naniesienie w miejscach styku warstwy stopowejT utworzonej z warstewki srebra.Zastosowanie spieków ceramicznych o zwartej strukturze stalo sie mozliwe wskutek zniesienia, ograniczenia,, które istnialo w przypadku stosowa¬ nia stalej grubosci ceramiki na calej powierzchni czolowej. 55 Kostki ceramiczne 36 posiadaja w swej dolnej czesci zewnetrznej rowek 37, w którym umieszcza sie element metalowy 41 na przyklad w ksztalcie klina, który swa podstawa jest zamocowany w obu¬ dowie metalowej 14 w wykonanym do tego celu 60 rowku 40. Element metalowy 41 zabezpiecza prze¬ plyw pradu z powierzchni czolowej elektrody da obudowy. Element ten jest wykonany z metalu ognioodpornego i nie utleniajacego sie, takiego jak platynorod, gdy ceramiczny przewodnik jest z tlen- 65 ku cyrkonu i zawiera domieszke metali ziem rzad- 45 50Witt kich, albo ze stali i/lub stopu nieutleniajacych sie metali ziem rzadkich.Montaz elektrody odbywa sie bardzo prosto. Do obudowy zaopatrzonej w jeden z kolnierzy 30 wsu¬ wa sie w odpowiednie rowki pierwsza boczna scian¬ ke 38, rzad plytek 28 i elementów metalowych 41, a nastepnie osadza sie odpowiednie kostki 36. Kostki 36 i plytki 28 sa nastepnie unieruchamiane przez wstawienie pierwszej przegrody 24. Nastepnie mon¬ tuje sie dalsze rzedy plytek 28, elementów metalo¬ wych 41, kostek 36 i przegród 24, az dc* umocowa¬ nia drugiej scianki bocznej 38 i drugiego kolnie¬ rza 30.Przed zamontowaniem plytek 28 wklada sie do rowków 20 kawaleczki cyny, które zostaja stopio¬ ne po zamontowaniu przegród 24 i plytek 28 przez ogrzanie calosci do 400°G. W ten satin sposób na plytki 28 naklada sie lakier zawierajacy zawiesine srebra, które stapia sie w czasie dzialania dyszy, co zwieksza przewodnosc cieplna. Zaleta elektrody zlozonej wedlug wynalazku jest bardzo latwa wy- miennosc jej elementów po dluzszym okresie Uzyt¬ kowania i wymiany na nowe, co pozwala w dalszym ciagu uzywac obudowe 14.Na fig. 3 przedstawiono przekrój poprzeczny obudowy metalowej, zawierajacej mise 42, w któ¬ rej znajduja sie dwa wydrazenia prostokatne do przeplywu cieczy chlodzacej, cyrkulujacej od laczni¬ ka doplywu 50 do lacznika odplywu 52, oraz ramy 43, utrzymujacej plytki 28, przegrody 24 i kostki ceramiczne 36. Te dwie czesci sa ze soba polaczone na przyklad za pomoca lutowania. W zmodyfiko¬ wanej odmianie elektrody zlozonej wedlug wyna¬ lazku pokazanej na fig, 4, przegrodzenie poprzecz¬ ne elektrody zostalo skasowane.Mocowanie kostek ceramicznych 36 w obudowie metalowej odbywa sie za pomoca plytek 28 osadzo¬ nych w rowkach 20 i plaskich kolnierzy SÓ, które przymocowuje sie do obudowy srubami 32. W tej odmianie elektrody stosuje sie siatki metalowe 41, które przedzielaja elementy ceramiczne miedzy so¬ ba, jak równiez — te elementy od obudowy meta¬ lowej. Siatki metalowe 41 zapewniaja jednoczes¬ nie przejscie pradu z powierzchni czolowej ele¬ ktrody do obudowy metalowej i sa wykonane na przyklad z platyaiorodu albo ze stali nieutlenia- jacej sie odpowiednio do rodzaju ceramiki. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Elektroda zlozona, dyszy do konwersji magne- 10 tohydrodynamicznej zmontowana na obudowie wy¬ konanej z materialu o dobrym przewodnictwie cieplnym, znamienna tym, ze sklada sie z plytek (28) i przegród (24), które tworza wneki (34), w któ¬ rych zamocowane sa kostki z ceramiki (36), przy 15 czym kostki te sa polaczone z obudowa (14) za po¬ moca elementów metalowych (41) zabezpieczaja¬ cych przeplyw pradu elektrycznego z powierzchni czolowej elektrody do obudowy (14).

2. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, M ze plytki (2S) i przegrody (24) sa wzgledem siebie prostopadle, przy czym plytki (28) rozszerzaja sie ku powierzchni czolowej. 3. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze plytki (28) moga miec ksztalt podluzny o dlugo- 25 sci równej szerokosci obudowy (14) miedzy plaski¬ mi kolnierzami (30). 4. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze plytki (28) sa umocowane w obudowie przez po¬ laczenie na jaskólczy ogon. 30 5. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze element metalowy (41) wykonany jest w posta¬ ci siatki metalowej oddzielajacej kostki miedzy so¬ ba i od obudowy. 6. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, 35 ze na przylegajacych do siebie plaszczyznach ko¬ stek ceramicznych (36), plytek (28) i przegród (24) jest osadzona warstwa zawiesiny srebra w postaci lakieru, co zwieksza przewodnosc cieplna. 7. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, 40 ze powierzchnia miedzy plytkami (28) a obudowa (14) oraz- miedzy przegrodami (24) 9. obudowa (14) pokryta jest warstwa cyny stepiolLfeJ przez ogrza¬ nie do 400°C.KI. 21 d1, 5 60126 MKP H 02 k K/4 ye FIG.2KI. 21 d1,5 60126 MKP H 02 k 38 ,56 28 41 FIG.

3. FIG.

4. PL PL