Электрод мгд-генератора

(56) Патент США1982,ВысокотемперМГД ЭС,/Под ред1983, с. 10. температур АН ССС Ь 4341965,турные материалыА,И.Рекова, М,: На ЕНЕРАТОРАетение относится кыть использовано вМГД-генераторов. О О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВ(54) ЭЛЕКТРОД МГД-Г (57) Назначение: изоб энергетике и может б конструкции каналов 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 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 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 внутрикерамического блока и уменьшается к его границам. Область максимального содержания оксидаиндия выполнена 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"и рослойка 5 соединена перемычками 8, 9, выполненными изкерамики наоснове оксида индия. Блок 1 составлен из керамических модулей 10, 11, 12, которые закреплены на шине и разделены междусобой зазорами 13, 14, закрытыми 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 керамики в объеме модуля (15 - ,25%), Покрытие имеет форму чехла, включающего торцевойучасток 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 21смежных 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 продольныеканалы 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 родкой 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 основании 31 закреплены трубы 39 для пропускания жидкости через канал. Конец 40 шинй расположен над краем футеровки 41 изолирующей стенки каналагенератора (см. фиг. 2; на фиг, 1 и 3 футеровка 41 не показана), У конца шины на перегородке 34 закреплена пластина 42, образующая с шиной термобиметаллической соединение. Между футеровкой 41 ипластиной 42 помещено уплотнение 43 изкерамической ваты. " Блок 1 выполнен.из керамики следующих составов (в мольных долях); прослойка 5 и перемычки 8, 9 - 0,91 п 20 з+ 0,12 г 02 (электронная проводимость п-типа), слои 6, .7,покрытие 16, материал 15, уплотнение 43 -0,882 г 02 + 0,12 У 20 з (анионная проводи 5 мость), изоляторы 23, 25 - оксид магния.Часть слоя 7, граничащая с прослойкой 5,может иметь состав 0,41 пзОз + 0,62 гОг (спреобладающей электронной проводимостью - 95% при 1600 К), Корпус 32 шины -10 медь, пластина 42 - сплав 75 ГНД (по массе75% Мп, 15% В, 10% Со, температурныйкоэффициент линейного расширения при100 О С - 29 10 К против 17 10 Ку чистой меди),При работе электрода МГД-генераторатемпература в керамическом блоке 1 меняется от 500 К на дне шины до 2200 К наогневой поверхности 4, принимая в прослойке 5 значения, близкие к 1500-1800 К, 20 При этом значения удельной электропроводности керамики превышают: 400 Ом см в прослойке 5, 0,1 Ом см (для 0,882 г 02+ 0,12 У 20 з) и 15 Ом см в перемычке 8, Ток в электроде проходит по стенкам 33 шины, перегородке 34, перемычкам 8, прослойке 5, которая распределяет ток по сечению слоя7, Из слоя 7 ток через покрытие 16 проходит.в плазму,З 0 . Через границы между областями с разными типами проводимости ток переносится.за счет. электрохимических реакций,.2 -например 20 + 2 е 02 внутри модуля и 35 - 2 С 02+ 2 е СО+ 0 на его границе с плазмой. В слое 7 возможно перераспределениеоксида индия за счет диффуэии 1 п 02. Потере оксида индия за пределы модуля препятст вуют плотное покрытие 16 и охлаждаемыйслой 6. При отсутствии в покрытии открытых пор пары 1 п 20 не могут преодолеть границу44 между чехлОм и внутренними областямимодуля. В прослойке 5 и слое 6 пар 1 пгО 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), притоквоздуха извне(на катоде М ГД-генератора). Воздух расп ределяется по порам модуля 10, поступает вних 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 оксидаиндия в направлении от шины к огневой поверхности, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижениярасхода 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 по п,1, отл и ча ю щи йс 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,179 ООга а аказ 352 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГК кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 вен но-издат и Фиг, дСоставитель Е.Ефимоведактор А.Козловская Техред М.Моргентал Корректор С,Пат