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Générateur hydromagnétique.
La présente invention concerne d'une manière géné- rale des générateurs hydromagnétiques et plus particulièrement des conduits générateurs et des montages magnétiques pour ces conduits.
Suivant la théorie de l'hydromagnétisme, une tension électrique est produite entre des électrodes sur des parois es- pacées d'un conduit dans lequel un fluide conducteur ou gaz ionisé est transporté et dans lequel un champ magnétique est établi transversalement à l'intervalle entre les électrodes et au sens dans lequel circule le fluide.Cette théorie est un cas spécial de la théorie d'induction électromagnétique plus gêné- rale de Faraday suivant laquelle une force électromotrice ou
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tension est induite dans un circuit électrique chaque fois que le ;
flux magnétique qui couple le circuit change.Ainsi qu'on le sait, dans des machines électromécaniques,la théorie de Faraday explique la production d'une tension dans des conducteurs en cuivre ou autre matière solide avec lesquels des couplages inductifs subissent con- tinuellement des variations par le déplacement des conducteurs dans un champ de flux magnétique ou par le déplacement d'un champ de flux magnétique par rapport aux conducteurs,
Dans un générateur hydromagnétique.un gaz ionisé ou un ;
fluide conducteur en circulation joue le rôle d'un conducteur ou un d'agent de conduction en mouvement dans un champ de flux magnétique, et un champ électrique ainsi qu'une tension correspon- dante sont produits dans le gaz en mouvement dans un sens déter- miné par les règles directionnelles bien connues de l'induction électromagnétique.Cette tension induite apparaît sur les électro- des précitées entre lesquelles le gaz est conduit et, lorsqu'un cir@@@t de charge est connecté aux électrodes, du courant est pro- duit et @st mis en circulation dans le circuit fermé.
La tension produite ainsi que d'autres caractéristiques de fonctionnement obtenues au moyen d'un générateur donné peuvent être prévues avec un degré raisonnable de certitude. Par exemple, , la tension et le courant produit dépendent de paramètres physiques (comprenant la conductibilité électrique,la température, la pression et la vitesse) du gaz (qui peut comprendre des produits de combustion ainsi que des atomes actifs ou des molécules d'un élément à faible puissance d'ionisation tel que du césium ou du potassium) et de la façon dont .ces paramètres subissent dynami- quement des variations,en particulier lorsque le gaz circule dans le conduit générateur.Le champ de flux magnétique et les proprié. tés physiques des matériaux de construction,telles que la perméa- bilité magnétique,
la résistivité ou la conductibilité électrique et les caractéristiques température-résistance sont également des facteurs importants dans la détermination de la tension et du courant'. D'une manière plus générale, la nature d'un généra-
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teur hydromagnétique peut être analysée mathématiquement et cette analyse en termes de débit, de principes électromagnétiques et thermodynamiques peut être trouvée dans des travaux de recherches et des brevets récents.
En appliquant la théorie de l'hydromagnétisme pour obtenir des générateurs fonctionnant d'une manière efficace, on a rencontré de nombreux problèmes de construction et l'un d'eux con- cerne la production d'un champ de flux magnétique dans le conduit générateur d'une manière efficace et économique. Une façon couran- te de produire une force magnétomotrice dans le conduit générateur consiste à utiliser un aimant allongé qui enferme d'une manière générale le conduit longitudinalement. L'enroulement de l'aimant est enroulé longitudinalement par rapport au conduit de sorte que le flux magnétique produit, lorsque l'aimant est excité, est dirigé transversalement par rapport au conduit et par rapport au sens longitudinal de la circulation du fluide ou du gaz de travail.
Ce flux forme un trajet ou un circuit fermé autour de l'enroule- ment magnétique dans l'espace extérieur entourant le conduit géné- rateur et, par conséquent, une notable quantité de fer ou de noyau d'aimant est nornalement placée autour de l'enroulement de manière à abaisser la réluctance de la partie du trajet du flux qui est située à l'extérieur du conduit générateur et ainsi à as- surer une chute peu élevée d'une façon correspondante de la force magnétomotrice totale produite par l'enroulement magnétique.
Les 'investissements nécessaires pour construire l'aimant du type que l'onvient de décrire peuvent être très importants, en particulier dans des générateurs hydromagnétiques à puissance relativement grande et on peut obtenir un avantage économique intéressant en concevant une construction produisant un flux qui soit capable de produire un flux magnétique en substance uniquement dans le conduit..
La présente invention a pour but principal de procurer un tel dispositif producteur de flux et l'invention réside par
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conséquent d'une manière générale dans un générateur hydromagné- tique comprenant un conduit générateur allongé comportant des pa- rois tubulaires intérieure et extérieure en substance concentrique avec un passage de circulation de fluide annulaire allongé entre elles, des électrodes placées sur les parois et radialement opposées les unes aux autres, un enroulement producteur de flux magnétique qui s'étend longitudinalement dans le conduit et qui est disposé d'une façon torique autour des parois tubulaires de manière à produire, lorsqu'il est excité, un flux circonférentiel uniquement dans le passage,
et des moyens pour supporter les spires d'extrémité de l'enroulement près de chaque extrémité du conduit en plusieurs groupes circonférentiellement espacés comportant chacun une dimension minimum dans le sens circonférentiel du passage.
Comme le dispositif producteur de flux comprenant l'en- roulement torique produit du flux circonférentiellement dans l'es- pace annulaire uniquement,il n'est pas nécessaire de prévoir de noyau magnétique ou d'autres circuits magnétiques à l'extérieur du conduit.
Les spires d'extrémité de l'enroulement torique prés de chaque extrémité du conduit sont de préférence rassemblées en groupes qui sont disposés dans des entretoises respectives angu- lairement espacées qui s'étendent radialement entre,les parois et qui ont une dimension annulaire relativement étroite de manière à entraver le moins possible la circulation du gaz.
Un bottier tubulaire ou autre peut être placé autour de la partie extérieure de l'enroulement magnétique le long du conduit générateur. ;
L'invention ressortira clairement de,la descriptif dé- taillée d'une forme d'exécution préférée donnée ci-après, à @itre d'exemple,avec référence au dessin annexé dans lequel: la Fig.l est une coupe longitudinale d'un conduit d- nérateur et d'un montage magnétique pour ce conduit dans un é-
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nérateur hydromagnétique const@uit suivant l'invention,; la fig.2 est une coupe du conduit et du montage magné- tique suivant la ligne II-II de la Fig.1;
et, la Fig.3 est une vue schématique d'un enroulement tori- que de section rectangulaire à partir duquel on a développe la théorie de la production d'un flux torique.
La Fig.l représente un'conduit générateur allongé 10 et un enroulement magnétique torique 12 qui forme la partie généra- trice d'un générateur hydromagnétique. Si le fluide de travail conducteur ou gaz ionisé est formé par des produits de com- bustion,le générateur hydromagnétique par exemple peut comprendre un compresseur d'admission d'air (non représenté) à partir duquel de l'air sous pression est préchauffé et transporté vers une cham- bre de combustion où 11 est modifié dans sa composition par les produits de combustion et/ou le mélange gazeux résultant est chauffé à une température relativement élevée par exemple 2500 K.
Des atomes acitfs ou molécules fortement ionisables, comme du césium ou du potassium,peuvent être injectés dans le gaz par'un dispositif approprié (non représenté) de manière à améliorer le rendement de la production de courant dans le conduit généra- teur 10 et ces atomes actifs ou molécules peuvent être ultérieure- ment en substance récupérés du courant-de gaz par des moyens appro- priés.
Un appareil échangeur de chaleur (non représenté) peut être prévu dans le générateur hydromagnétique là où il le faut afin de récupérer de la chaleur des agents de refroidissement mis en circulation ou à d'autres fins. Une source d'énergie séparée (non représentée) peut être prévue pour exciter l'enroulement to- trique 12. D'autres appareils remplissant différentes fonctions coopérantes ou fortuites dans le générateur peuvent être utiliksés suivant les besoins d'un générateur hydromagnétique particulier.
Le conduit générateur 10 est pourvu de parois tubulaires
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intérieure et extérieure 14 et 16 portant des électrodes et placées concentriquement de manière à former un passage annulaire oblong
18 dans lequel un fluide conducteur ou gaz ionisé est transporté à grande vitesse et à haute température .Ce gaz peut contenir des' produits de combustion et peut donc être obtenu à partir d'un dispositif approprié tel qu'une chambre de combustion 11 et un collecteur d'admission 13.
Les parois 14 et 16 portant des électrodes présentent de préférence une section circulaire uniformément le long du conduit de manière à obtenir une symétrie du flux et par conséquent une concentration- circonférentielle du flux dansle passage annulaire 18 entre les parois 14 et 16, mais des sections ellipti- . ques ou autres de dimensions'uniformes ou variables longitudinale- . ment peuvent être utilisées, en particulier si une exigence plus Importante (telle que.le maintien de la vitesse du'fluide le long. du conduit) peut être ainsi satisfaite.
Afin de procurer une iso- lation électrique et de réduire au minimum les pertes ,de chaleur, , au moins une couche 20 ou 22 de matière de garniture thermo-iso- lante,par exemple de la zircone, est de préférence placée de ma- nière appropriée sur chaque paroi 14 ou 16.
Une électrode ou une couche portant des électrodes 24 ou 26 est à son tour convenable- ment appliquée sur chaque couche isolante 20 ou 22 et la couche 24 ou 26 peut être faite d'une matière d'électrode à haute température telle que du borure de zirconium ou peut comprendre des bagues d'électrode (non représentées) et des bagues d'espa- cement (non représentées) alternant le long du conduit.Ces bagues d'espacement peuvent être en magnésie ou en oxyde de béryllium, par exemple.
Du courant peut donc être produit entre les électrodes radialement opposées 24 et 26 et peut être.transmis à des circuits extérieurs par des bornes 25, 27 qui traversent'l'isolation avec des conducteurs appropriés dont les détails ne font pas partie
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de la présente invention.Si on le désire, un circuit d'agent de refroidissement liquide (non représenté) peut être prévu pour refroidir les électrodes et les couches isolantes 20-26 et les parois 14 et 16. ' . ,.
,
L'enroulement torique 12 qui peut être excité par un dis- positif approprié (non représenté) est enroulé longitudinalement sur le conduit 10 par exemple en des groupes d'enroulements cir- contérentiellement espacés et, d'une manière plus spécifique,il est enroulé sur la surface de la paroi extérieure 16...et sur un , ) noyau 28 (fabriqué en une matière comprenant'par exemple 18% de chrome et 8% d'acier au nickel) dans la surface intérieure de la paroi intérieure 14 de manière à contenir le passage annulaire 18 le long.du.
conduit.L'enroulement torique 12 est de préférence uniformément réparti autour du passage annulaire 18 de manière à produire un flux magnétique symétriquement et ainsi à contenir ce flux circonférentiellement dans le passage annulaire 18.
Le flux circonférentiel est déterminé sur la base de la théorie de flux bien connue. En bref.. comme le montre la fig.3, un enroulement torique 33 enferme un espace torique de, section diamétrale rectangulaire 32. Par symétrie,le flux magné- tique n'est produit circonférentiellement en substance que dans l'espace torique 32. Le flux produit dans la région diffé- rentielle hdx est donné par :
EMI7.1
, le flux total est donc par conséquent de :
EMI7.2
Cette formule est évidemment basée sur des simplifica- tions supposées, telles que la présence d'une perméabilité magné- tique uniforme dans l'espace torique 32. Dans le conduit généra- teur 10,cette précision est assez bonne car toutes les matières
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ont une perméabilité proche de celle des espaces libres.
La for- mule donne une indication de la façon dont le flux circonféren- tiel dans le passage de circulation annulaire 18 peut être déter- miné.
Des spires d'extrémité 34 de l'enroulement torique 32 ' près de chaque extrémité du conduit 10 sont divisées en plusieurs groupes étroits espacés circonférentiellement autour du passage de circulation 18 de manière à correspondre aux groupes d'enroulé- ment, et elles sont également logées à des fins de protection dans ;''des éléments de support ou des entretoises 36 quis'étendent radialement entre les parois Intérieure et extérieure 14 et.,-16.
Les entretoises 16 sont supportées par rapport aux parois 14 et
16 ou sont fixées à celles-ci, par exemple par soudure, et sont relativement étroites dans le sens circonférentiel du passage mais peuvent être relativement longues dans le'sens longitudinal du passage de manière à entraver au minimum la circulation du - fluide ou du gaz. Les surfaces exposées des entretoises 36 peuvent 'être couvertes d'une couche isolante 38 comprenant une matière telle que de la zircone et un refroidissement positif peut être effectué au moyen d'un agent de refroidissement approprié.
Un bottier tubulaire 40 (fait en acier inoxydable par exemple) est placé autour de l'enroulement torique 12 et de la paroi extérieure 16 et est convenablement supporté sur une fondation (non représentée) ou un support analogue. Le conduit générateur 10 est raccordé dans son prolongement à un conduit d'admission approprié 13 ou à un autre passage de circulation des- tiné à recevoir du gaz ionisé provenant de la chambre de combus- tion 11 ou d'une autre source de'fluide conducteur. Le conduit générateur 10 est également raccordé,dans son prolongement à un autre conduit de sortie (non représenté)ou à un autre passage de circulation conduisant le gaz,à travers un diffuseur ou un appa-
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reil servant à diminuer la v itesse du gaz, à un système d'échap- pement.
Si de la matière active est utilisée,elle peut être récupé- rée par un dispositif approprié dans le courant de gaz de sortie.
En fonctionnement, l'enroulement torique 12 est excit' . par la source de courant mentionnée plus haut. au moyen de suffisam- ment de courant pour produire un niveau prédéterminé de tlux ma-
EMI9.1
gnétique circonrèrentiellement dans le passage dydeoulementblo.
Le flux total produit par l'enroulement torique 12 est en sub- stance limité au passage d'écoulement 18 et est en substance uni- formément réparti dans ce dernier. Lorsque du fluide ou du gaz ayant une température et une vitesse appropriées est transporté dans le passage de circulation annulaire 18,une tension est effi- , cacement produite entre les couches d'électrodes 24. et 26,en par- ticulier parce que toute la force magnétomotrice ou en substance la totalité de cette force développée par l'enroulement torique
12 est appliquée au passage de circulation annulaire 18.
REVENDICATIONS. l.- Générateur hydromagnétique caractérisé en ce qu'il . comprend un conduit générateur allongé comportant des parois tubu- laires intérieure . et extérieure en substance concentriques qui délimitent entre elle un passage de circulation de fluide annu- aire allongé, des électrodes placées sur ces parois et radialement opposées les unes aux autres, un enroulement produisant un flux magnétique qui s'étend longitudinalement dans le conduit et qui est placé d'une façon torique autour des parois tabulaires de manière à produire, lorsqu'il est excité, un flux circonférentiel uniquement dans le passage,
et des moyens pour supporter les spires d'extrémité de l'enroulement près de chaque extrémité du conduit en plusieurs groupes circonférentiellement espacés dont chacun a une dimension minimum dans le sens circonférentiel du passage.