Электрод МГД-генератора Советский патент 1993 года по МПК H02K44/10 

Ё

Назначение: изобретение относится к энергетике и может быть использовано в конструкции каналов МГД-генераторов. . . .2... .. Сущность изобретения: электрод содержит металлическую шину 3 и скрепленный с ней керамический блок 1, выполненный из оксидов индия, циркония и иттрия. Область с максимальным содержанием оксида индия выполнена в виде прослойки 5, ориентированной вдоль огневой поверхности и отделенной от шины и огневой поверхности слоями б и 7 керамики с меньшим содержанием оксида индия. С шиной 3 прослойка 5 соединена перемычками 8. 9. При работе электрода обеспечивается равномерное распределение тока по огневой поверхности. Слой 6 может выполнять лишь функции теплоотвода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в конструкции каналов магнитогидродинамических генераторов, работающих на продуктах сгорания.

Известен электрод МГД-генератора с переменным содержанием оксида индия по толщине керамического блока в направлении, от дна металлической шины к огневой поверхности. Прилегающий к дну шины внутренний слой блока выполнен из керамики на основе оксида.индия, а выходящий на огневую поверхность наружный слой - из керамики на основе оксида циркония. Внутренний слой обладает электронной проводимостью, наружный - ионной. При этом внутренний слой в известном электроде выполняет две функции - токовывода и теплоизоляции, достаточная толщина которой должна обеспечить наружному слою требуемую электропроводность за счет роста

ионной проводимости с температурой. С этим связан значительный расход дефицитного оксида индия при изготовлении известного электрода.

Целью изобретения является снижение расхода оксида индия.

На фиг. 1 показан электрод, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Электрод МГД-генератора содержит керамический блок 1, скрепленный с дном 2 металлической шины 3. Керамика блока включает оксиды индия, циркония, иттрия. Концентрация оксида индия изменяется по толщине блока в направлении от дна шины к огневой поверхности 4 электрода, обтекаемой потоком ионизированного газа в канале МГД-генератора. Меняясь в указанном направлении, концентрация оксида индия достигает максимального значения внутри

VJ

ч о о

ю

керамического блока и уменьшается к его границам. Область максимального содержания Ьксида ий дия выполнена в виде прослойки 5, ориентированной вдоль огневой поверхности. От дна шины и от огневой по- верхности прослойка отделенд слоями б, 7 керамики с меньшим, чем у прослойки, со- держанием оксида индия. В пределах про- слойки концентрация оксида индия близка к постоянной. ; J.

С шиной 3 пройлойка 5 соединена перемычками 8, 9, выполненными из керамики на основе оксида индия. Блок 1 составлен из керамических модулей 10, 11, 12, которые закреплены на шине и разделены между собой зазорами 13, 14, закрытыми со стороны огневой поверхности керамическим волокнистым материалом 15. Каждый модуль выполнен с керамическим покрытием 16 на основе оксида циркония. Пористость кера- мики покрытия (менее 5%) ниже, чем керамики в объеме модуля (15-25%). Покрытие имеет форму чехла, включающего торцевой учарток 17, обращенный к потоку, и боковые участки 18, 19. Прилегающая к шине часть 20 боковой грани модуля свободна от покрытия .- ,., : .. ;-..-. : ; .

Между керамическими блоками 1 и 21 смежных электродов МГД-генератора, а также между шинами 3 и 22 этих электродов установлены изоляторы 23, 24, 25, 26 в форме керамических плит с покрытием из волокнистого керамического материала, закрывающего тепловые зазоры на границах изоляторов с керамическим блоком 1, В изоляторах 23, 24 выполнены продольные каналы 27, поперечные каналы 28 и коллекторы 29, 30, соединяющие зазоры 13, 14.

Шина 3 включает основание 31 и надетый на основание корпус 32 Н-образного профиля с .боковыми .стенками 33, перего: род ко и 34, образующей дно 2 шины, и бортами 35, 36, фиксирующими, модули ТО, 11, 12 на шине. В бортах выполнены отверстия 37, чёр ез kbfopbie коллектор 30 сообщается с зазорами 13,14. Корпус и основание образуют канал 38 для охлаждающей жидкости (воды). В основании 31 закреплены трубы 39 для пропускания жидкости через канал. Конец 40 шй ны расположен над краем футе- ровки 41 изолирующей стенки канала генератора (см. фиг. 2; на фиг. 1 и 3 футеровка 41 не показана). У конца шины на перего- родкё 34 закреплена, пластина 42, образующая с шиной термобиметалличе- ское соединение. Между футеровкой 41 и пластиной 42 помещено уплотнение 43 из керамической вать|. ; ; - .

Блок 1 выподнен .из керамики следующих составов (в мольных долях): прослойка

5 и перемычки 8,9 - 0,91 П20з + 0,1 ZrOa (электронная проводимость n-типа), слои б, .7, покрытие 16, материал 15, уплотнение 43 - 0,88Zr02 + 0,12Y20s (анионная проводимость), изоляторы 23, 25 - оксид магния. Часть слоя 7, граничащая с прослойкой 5, может иметь состав 0, + 0,6Zr02 (с преобладающей электронной проводимостью - 95% при 1600 К). Корпус 32 шины - медь, пластина 42 - сплав 75 ГНД (по массе 75% Мп, 15% Ni, 10% Си, температурный коэффициент линейного расширения при 100°С-29-10 6К 1 против 17-10 6К 1 у чистой меди).

При работе электрода МГД-генератора температура в керамическом блоке 1 меняется от 500 .К на дне шины до 2200 К на огневой поверхности 4, принимая в прослойке 5 значения, близкие к 1500-1800 К. При этом значения удельной электропроводности керамики превышают: 400 в прослойке 5, 0,1 (для 0,88Zr02 + 0,12У20з) и 15 в перемычке 8. Ток в электроде проходит по стенкам 33 шины, перегородке34, перемычкам 8, прослойке 5, которая распределяет ток по сечению слоя 7. Из слоя 7 ток через покрытие 16 проходит в плазму,

. Через границы между областями с разными типами про водимбстй ток переносится за счет, электрохимических реакций,

например 202 + 2е

.02 внутри модуля и

Г) .

С02 + 2е СО + О на его границе с плазмой. В слое 7 возможно перераспределение оксида индия за счет диффузии In02. Потере оксида индия за пределы модуля препятствуют плотное покрытие 16.и охлаждаемый слой 6. При отсутствии в покрытии открытых пор пары 1п20 не могут преодолеть границу 44 между чехлом и внутренними областями модуля. В прослойке 5 и слое 6 пар In20 конденсируется из-за снижения его упругости с понижением температуры (менее ат при 1500 К). Кроме того, возгонку оксида индия в модуле замедляют: насыщение пара, выделение кислорода в поры за счёт реакции (на аноде), приток воздуха извне (на катоде МГД-генератора). Воздух распределяется по порам модуля .10, поступает в них по каналам 27, 28, коллектору 29, через отверстия 37, зазоры 13, 14 и свободные от покрытия участки 20 модуля..

Выполнение электрода МГД-генератора с прослойкой оксида индия обеспечивает равномерное распределение тока по огневой поверхности при меньшем, чем у известного электрода, расходе оксида индия за счет разделения путей переноса тока и тепла. За слоем 6 можно оставить функцию только теплоотвода, так что этот слой может

Формула изобретения . 1. Электрод МГД-генератора, содержащий металлическую шину и скрепленный с ней керамический блок с переменным содержанием оксида индия в направлении от шины к огневой поверхности, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью снижения расхода индия, область с максимальным содержанием оксида индия выполнена в виде прослойки, ориентированной вдоль огневой поверхности и отделенной от дна шины и огневой поверхности слоями керамики с меньшим содержанием оксида индия, при

быть выполнен без оксида индия. Чехол, создаваемый покрытием модуля/уменьшает потери оксида индия во время работы электрода, увеличивает срок его службы.

этом прослойка соединена с шиной перемычками из керамики на основе оксида индия.

А.Козловская

Риг,3 Составитель Е.Ефимов Техред М.Моргентал

Корректор С.Патрушева