MHD発電機は、イオン化ガスやプラズマなどの移動する流体や磁場と相互作用して電力を生成するために使用されるデバイスです。電磁流体力の使用発電機流体の電気物質を固定磁場に通しながら、1791年から1867年にかけて「マイケルファラデー」によって最初に観測されました。 MHD発電所は、環境への影響を抑えながら大規模に発電する可能性を秘めています。アプリケーションの種類と使用する燃料に基づいて設計されたMHD発電機にはさまざまな種類があります。パルスMHD発電機は、遠隔地で使用され、大きなパルスの電力を生成するために使用されます。

MHD発電機とは何ですか？

定義： 電磁流体力学（MHD）発電機は、急速に移動する流体の流れ、通常はイオン化されたガス/プラズマと相互作用することによって直接電力を生成するデバイスです。 MHDデバイスは、熱または運動エネルギーをに変換します電気エネルギー。 MHD発電機の典型的なセットアップは、タービンと電気の両方です。パワー発電機は単一のユニットに合体し、可動部品がないため、振動や騒音を排除し、摩耗を制限します。 MHDは、機械式タービンよりも高温で動作するため、熱力学的効率が最も高くなります。

ジェネレーターの前に最適

発電機設計前のベスト

発電装置の運用効率を上げるには、導電性物質の効率を上げる必要があります。必要な効率は、ガスを加熱してプラズマ/流体にするか、アルカリ金属の塩などの他のイオン化可能な物質を追加することで達成できます。 MHD発電機を設計および実装するために、経済性、効率、汚染されたハイポダクトなどのいくつかの問題が考慮されます。 MHD発電機の最も一般的な3つの設計は次のとおりです。

ファラデーMHD発電機の設計

単純なファラデー発電機の設計には、非導電性物質で作られたくさび形のパイプまたはチューブが含まれています。強力な電磁石は磁場を生成し、導電性流体がそれを垂直に通過することを可能にし、電圧を誘導します。電極は磁場に対して直角に配置され、出力電力を抽出します。
この設計には、使用するフィールドの種類や密度などの制限があります。最終的に、ファラデー設計を使用して引き出される電力量は、チューブの面積と導電性流体の速度に正比例します。

ホールMHD発電機の設計

ファラデーを介して生成された非常に高い出力電流は、流体ダクトに沿って流れ、印加された磁場と反応してホール効果をもたらします。言い換えれば、流体と一緒に流れる電流はエネルギーの損失につながります。生成される合計電流は、トラバース（ファラデー）と軸方向電流の成分のベクトル和に等しくなります。このエネルギー損失を捕らえるために（ファラデーとホール効果コンポーネント）と効率を改善し、さまざまな構成が開発されました。

そのような構成の1つは、セグメントのチェーンに分割され、並べて配置された電極ペアを使用することです。各電極ペアは互いに絶縁され、直列に接続されて、より低い電流でより高い電圧を実現します。別の方法として、電極は垂直ではなく、わずかに傾斜してファラデー電流とホール効果電流のベクトル和に一致し、導電性流体から最大のエネルギーを引き出すことができます。次の図は、設計プロセスを示しています。

ホール効果ジェネレーター設計

ディスクMHD発電機の設計

ホール効果ディスクMHD発電機の設計は非常に効率的であり、最も一般的に使用される設計です。流体はディスクジェネレータの中心を流れます。ダクトはディスクと流れる流体を囲みます。ヘルムホルツコイルのペアは、ディスクの上と下に磁場を生成するために使用されます。

ファラデー電流はディスクの境界を越えて流れ、ホール効果電流はディスクの中心と境界にあるリング電極の間を流れます。

ディスク内の電流

“3極単投スイッチ ”

MHD発電機の原理

MHD発電機は一般に流体ダイナモと呼ばれ、機械式ダイナモと比較されます。金属導体が磁場を通過すると、導体に電流が発生します。

ただし、MHD発電機では、金属導体の代わりに導電性流体が使用されます。導電性流体として（運転者）磁場中を移動し、磁場に垂直な電場を生成します。 MHDによるこの発電プロセスは、次の原則に基づいています。ファラデーの法則の電磁誘導。
導電性流体が磁場を流れると、その流体の両端に電圧が生成され、フレミングの右手の法則に従って、流体の流れと磁場の両方に垂直になります。

フレミングの右手の法則をMHD発電機に適用すると、導電性流体が磁場「B」を通過します。導電性流体には、速度「v」で移動する自由電荷粒子があります。

一定の磁場内で速度「v」で移動する荷電粒子の効果は、ローレンツ力の法則によって与えられます。この記述の最も単純な形式は、ベクトル方程式によって以下に与えられます。

F = Q（v x B）

どこ、

「F」は粒子に作用する力です。
「Q」は粒子の電荷であり、
「v」は粒子の速度であり、
「B」は磁場です。

ベクトル「F」は、右手の法則に従って「v」と「B」の両方に垂直です。

MHD発電機の動作

MHD 電気生成図は、可能なシステムモジュールとともに以下に示されています。まず、MHD発電機には高温のガス源が必要です。これは、原子炉の冷却材にすることも、石炭から生成される高温の燃焼ガスにすることもできます。

mhd-generator-working

ガスと燃料が膨張ノズルを通過すると、ガスの圧力が低下し、MHDダクトを通過する流体/プラズマの速度が増加し、出力の全体的な効率が向上します。ダクトを介して流体から生成される排熱は、DC電力です。燃料の燃焼速度を上げるためにコンプレッサーを動かすために使用されました。

MHDサイクルと作動流体

石炭、石油、天然ガス、および高温を生成できるその他の燃料などの燃料は、MHD発電機で利用できます。これに加えて、MHD発電機は原子力エネルギーを使用して発電することができます。

MHD発電機には、オープンサイクルシステムとクローズドサイクルシステムの2種類があります。オープンサイクルシステムでは、作動流体はMHDダクトを1回だけ通過します。これにより、電気エネルギーを生成した後に排気ガスが生成され、スタックを介して大気に放出されます。クローズドサイクルシステムの作動流体は、熱源にリサイクルされ、繰り返し再利用されます。