Электрод мгд-генератора

 

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.

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 44/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP)

1ГЛ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4809473/25 (22) 03.04.90 (46) 23.01.93. Бюл. M 3 (71) Институт высоких температур АН СССР (72) Я.П.Гохштейн (56) Патент CLLIA N 4341965, кл. 310/11, 1982, Высокотемпературные материалы для

МГД ЭС./Под ред, А.И.Рекова, M. Наука, 1983, с. 10. (54) ЭЛЕКТРОД МГД-ГЕНЕРАТОРА (57) Назначение: изобретение относится к энергетике и может быть использовано в конструкции каналов МГД-генераторов.

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

„„5U 1790024 А1

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 6 и 7 керамики с меньшим содержанием оксида индия, С шиной 3 прослойка 5 соединена перемычками 8; 9. При работе электрода обеспечивается равномерйое распределение тока по огйевой поверхности. Слой 6 может выполнять лишь функции теплоотвода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ионной проводимости с температурой. С этим связан значительный расход дефицитного оксида индия при изготовлении изве- 3 стного электрода. О

Целью изобретения является снижение С) расхода оксида индия.

На фиг. 1 показан электрод, общий вид; . на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — р 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 М ГД-генератора. Меняясь в указа н ном направлении, концентрация оксида индия достигает максимального значения внутри

1790024 керамического блока и уменьшается к его границам. Область максимального содержания оксида индия BblllOIIHBHG в виде прослойки 5, ориентированной вдоль огневой поверхности. От дна шины и от огневой поверхности прослойка отделена слоями 6, 7 керамики с меньшим, чем у прослойки, содержанием оксида индия. В пределах прослойки концентрация оксида индия близка к постоянной.: "

С шиной 3 ripoÅëoéêý 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, эакрьгтыми со стороны огневой поверхности керамическим волокнистым материалом 15. Каждый модуль выполнен с керамическим покрытием 16 на основе оксида циркония, Пористость керамики покрытия (менее 5%) ниже, чем кера мики в объеме модуля (15 —,25%), Покрытие имеет форму чехла, вкл|очающего торцевой участок 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 MГД-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 бо ковыми стенкам и 33, пер егородкой 34, образующей дно 2 шины, и бортами 35, 36, фиксирующими модули 10, 11, 12 на шине. В бортах выполнены отверстйя

37; через которые коллектор 30 сообщается с зазорами 13, 14. Корпус и основание образуют канал 38 для охлаждающей жидкости (воды). В основайии 31 закреплены трубы 39 для пропускания жидкости через канал. Конец 40 шинй расположен над краем футеровки 41 изолирующей стенки канала генератора (см. фиг. 2; на фиг. 1 и 3 футеровка 41 не показана). У конца шины на перегородке 34 закреплена пластина 42, образующая с шиной термобиметаллическое соединение. Между футеровкой 41 и пластиной 42 помещено уплотнение 43 из керамической ваты.

Блок 1 выполнен .из керамики следующих составов (в MoflbHblx долях); прослойка

5 и перемычки 8, 9 — 0,9! п20з+ 0,12г02 (электронная проводимость п-типа), слои 6, .7, покрытие 16, материал 15, уплотнение 43—

0,88ZrOz + 0,12У20з (анионная проводимость), изоляторы 23, 25 — оксид магния.

Часть слоя 7, граничащая с прослойкой 5, может иметь состав 0,4!п20з + 0,6Ег02 (с преобладающей электронной проводимостью — 95% при 1600 К), Корпус 32 шины—

"0 медь, пластина 42 — сплав 75 ГНД (по массе

75% Мп, 15% Ni, 10% Си, температурный коэффициент линейного расширения при

100О С вЂ” 29 10 К против 17 10 К 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 Ом см в прослойке 5, 0,1 Ом см (для 0,882гОз +

0,12У20з) и 15 OM см " в перемычке 8, Ток в электроде проходит по стенкам 33 шины, перегородке 34, 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 проводимости ток переносится.за счет. электрохимических реакций, .2 — + например 20 + 2е 02 внутри модуля и

COz + 2е СО + О на его границе с плазмой. В слое 7 возможно перераспределение оксида индия эа счет диффузии in02. Потере оксида индия за пределы модуля препятст40 вуют плотное покрытие 16 и охлаждаемый слой 6. При отсутствии в покрытии открытых пор пары inzO не могут преодолеть границу

44 между чехлОм и:внутренними областями модуля. В прослойке 5 и слое 6 пар ln20

45 конденсируется из-за снижения его упругости с понижением температуры (менее 10 ат при 1500 К). Кроме того, возгонку оксида индия в модуле замедляют: насыщение пара, выделение кислорода в поры за счет

50 реакции (на аноде), приток воздуха извне (на катоде М ГД-генератора). Воздух расп ределяется по порам модуля 10, поступает в них по каналам 27, 28, коллектору 29, через отверстия 37, зазоры 13, 14 и свободные от

55 покрытия участки 20 модуля, Выполнение электрода МГД-генератора с прослойкой оксида индия обеспечивает равномерное распределение тока по огневой поверхности при меньшем, чем у иэве1790024 стного 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. Злектрод МГД-генератора, содержащий металлическую шину и скрепленный с ней керамический блок с переменным содержанием оксида индия в направлении от шины к огневой поверхности, о т л и ч а юшийся 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.

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

2.Электрод поп,1,отл ича ющийс я тем, что блок состоит из керамических модулей, закрепленных на шине с зазорами между ними, закрытыми со стороны огневой поверхности волокнистым керамическим материалом, каждый модуль выполнен с керамическим покрытием в форме чехла с торцевым и боковыми участками, причем пористость покрытия меньше пористости керамики в обьеме модуля, 17900га

17

Фиг Z

Ри"8. 5

Составитель Е.Ефимов

Редактор А.Козловская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Патрушева

Заказ 352 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101