Magnetohydrodynamischer Generator Unter dem Begriff Magnetohydrodynamischer Generator wird bekanntlich eine Einrichtung zur direkten Umwandlung von Wärmeleistung in elek trische Leistung verstanden. Die Einrichtungen, auf welche sich im Hinblick auf die Erzeugung hoher elektrischer Leistungen das Interesse zur Zeit konzen triert, umfassen (Fig. <B>1)</B> einen Kanal K von beispiels weise quadratischem Querschnitt, der von ionisier tem Gas durchströmt wird. Durch das eine Paar <I>a,<B>b</B></I> der Seitenwände hindurch wird quer zur Strö mungsrichtung v des Gases ein magnetisches Feld H gelegt.
Die übrigen Wände c und<B>d</B> sind mit<B>je</B> einer Elektrode<B>E,</B> bzw. <B>E2</B> versehen, welche dem Gas ausgesetzt ist. Zwischen diesen beiden Elektro den entsteht beim Betrieb des Generators eine Gleich spannung, deren Höhe unter anderem von der Strö mungsgeschwindigkeit des Gases und von der magne tischen Feldstärke abhängt.
Untersuchungen liessen erkennen, dass mit derartigen Einrichtungen bei Kanallängen von der Grössenordnung<B>10</B> m, Kanal querschnitten von der Grössenordnung<B>1</B> ni-2, Strö mungsgeschwindigkeiten des Gases (Luft von rund 20000K) in der Grössenordnung<B>1000</B> m/s und Magnetfeldern in der Grössenordnung<B>10 000</B> Gs elek trische Leistungen von mehr als<B>100</B> MW bei Span nungen in der Grössenordnung<B>1000</B> V erzielbar sind.
Es ist auch vorgeschlagen worden, als Magnet feld ein um die Längsachse des Kanals rotierendes Drehfeld zu verwenden. Der Generator erzeugt dann Wechselstrom, dessen Frequenz mit der Drehge schwindigkeit des Drehfeldes übereinstimmt. Wird ein solcher Generator mit drei Elektroden versehen, so kann direkt Drehstrom in Dreieckschaltung abge nommen werden.
Beim Durchfluss des ionisierten Gases durch das Magnetfeld treten an dessen Anfang und Ende Wir belströme auf, welche in Flächen verlaufen, die auch die elektrischen Feldlinien zwischen den Elektroden enthalten. Durch diese Wirbelströme wird das Ma gnetfeld auf der Seite des Gaseintritts geschwächt, auf der Seite des Gasaustritts verstärkt. Dement sprechend sind die auf der Austrittsseite entstehen den Wirbelstromverluste grösser als die eintrittsseitig entstehenden.
Da zudem diese letzteren wenigstens teilweise wieder in nutzbare elektrische Leistung umgewandelt werden, während dies bei den austritts- seitig entstehenden Verlusten nicht der Fall ist, wird in der Regel danach getrachtet, wenigstens die aus- trittsseitigen Wirbelströme so klein wie möglich zu halten. Die Wirbelstromverluste sind von der Bela stung des Generators weitgehend unabhängig.
Der Anteil der Wirbelstromverluste an der vom Gene rator erzeugten elektrischen Leistung wird bei gege bener Belastung um so kleiner,<B>je</B> grösser die aktive Länge des Generators im Vergleich zum Elektro- denabstand gewählt wird. Bei einem Verhältnis von <B>1 : 1</B> beträgt der genannte Anteil, bezogen auf opti male Leistungsentnahme, etwa 3011/o-, bei wachsen der Generatorlänge wird er rasch kleiner. Die Be kämpfung der Wirbelströme ist also insbesondere bei verhältnismässig kurzen oder verhältnismässig schwach belasteten Generatoren wichtig.
Während nun Gleichstromgeneratoren in weiten Grenzen beliebig lang sein können, wodurch Mass nahmen zur Verkleinerung der Wirbelstromverluste in vielen Fällen entbehrlich werden, wird die aktive Länge bei Wechselstromgeneratoren im allgemeinen verhältnismässig ]dein sein müssen. Dies ist darin begründet, dass das rotierende Magnetfeld im Gas selbst Wirbelströme erzeugt.
Wenn nun auch die auf diesem Wege hervorgebrachte Wärme im Genera tor selbst wenigstens teilweise wieder in nutzbare elektrische Leistung umgewandelt wird, so muss sie doch durch das Magnetsystem erzeugt werden, wo- durch dieses für eine unwirtschaftlich grosse Lei stungsfähigkeit bemessen werden muss. Die Mass nahmen zur Verkleinerung der weiter oben behan delten Wirbelstromverluste sind demnach bei Wech selstromgeneratoren von besonderer Bedeutung.
Die Erfindung betrifft nun derartige Massnahmen. Sie beruht auf dem Gedanken, an den fraglichen Stellen Bewegungen von Ladungsträgern in der Richtung der elektrischen Kraftlinien zu verhindern. Demgemäss ist ein erfindungsgemässer Generator da durch gekennzeichnet, dass mindestens nahe der Austrittsstelle des Gases aus dem Magnetfeld, aber ausserhalb dieses Magnetfeldes, elektrisch isolierende Wände zur Begrenzung der Bewegungen von La dungsträgem in der Richtung senkrecht zum Magnet feld und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind.
Die Fig. 2 und<B>3</B> zeigen als erstes Ausführungs beispiel der Erfindung einen Generator zur Erzeu gung von Gleichstrom im Längsschnitt bzw. im Querschnitt. In Fig. 2 ist die Umgebung der Aus trittsstelle des Gases aus dem Magnetfeld darge stellt, welches sich yon links her bis an die Enden der Elektroden E, und<B>E,</B> erstreckt. Gemäss der Erfindung sind nahe dieser Stelle die Wände W aus Isoliermaterial angeordnet. Sie stehen senkrecht zu den zwischen den Elektroden verlaufenden elektri schen Feldlinien und verhindern daher den Trans port elektrischer Ladungen in Feldrichtung über grössere Distanzen.
Die gestrichelten Linien deuten den Verlauf der Wirbelströme an, wie er sich bei Abwesenheit der erfindungsgemäss vorzustehenden Massnahme einstellen würde. Die Wände liegen gänz lich ausserhalb des für die Stromerzeugung ausgenütz ten Magnetfeldes, damit sie nicht die beabsichtigte Verteilung der Ladungsträger (Elektronen und Ionen des Gases) auf die beiden Elektroden<B>je</B> nach dem Vorzeichen der Ladung behindern. Eine gleichartige Anordnung von isolierenden Wänden kann auch nahe der Eintrittsstelle des Gases in das Magnetfeld vor gesehen werden.
Die Fig. 4 und<B>5</B> zeigen als weitere Ausführungs beispiele Wandformen, wie sie für Generatoren zur Erzeugung von Drehstrom geeignet sind, welche drei Elektroden<B>E"<I>E2,</I> E,</B> enthalten und bei denen ein um die Achse des Kanals rotierendes magnetisches Drehfeld zur Anwendung kommt. Mit diesem Feld drehen sich auch die Kraftlinien des elektrischen Feldes, so dass jetzt eine Begrenzung der Bewegung von Ladungsträgern nicht mehr nur in senkrechter Richtung wie beim Generator nach Fig. 2 und<B>3,</B> sondern in allen Richtungen senkrecht zur Kanal achse notwendig ist.
Dies kann gemäss Fig. 4 durch eine konzentrische Anordnung von mehreren kreis- zylinderförmigen Wänden Wk- geschehen, die wenig stens in ihren äusseren Zonen durch radiale Wände W, ergänzt ist. Derselbe Effekt wird durch die in Fig. <B>5</B> gezeigte Anordnung zweier senkrecht aufein ander stehender Gruppen von ebenen Wänden er zielt.
Die Wände sind natürlich so zu gestalten, dass sie der Strömung des Gases möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Sie können auch hohl ausgebildet sein, um das Durchleiten eines kühlenden und/oder die Isoherfähigkeit verbessernden Mediums zu er lauben.
Magnetohydrodynamic generator The term magnetohydrodynamic generator is known to mean a device for the direct conversion of thermal power into elec trical power. The facilities on which the interest is currently concentrated with regard to the generation of high electrical powers include (Fig. 1) A channel K of, for example, a square cross-section through which ionized gas flows . A magnetic field H is placed through one pair of the side walls transversely to the flow direction v of the gas.
The remaining walls c and <B> d </B> are provided with <B> each </B> an electrode <B> E, </B> or <B> E2 </B>, which are exposed to the gas is. When the generator is operating, a direct voltage is generated between these two electrodes, the level of which depends, among other things, on the flow speed of the gas and the magnetic field strength.
Investigations have shown that with such devices, with duct lengths of the order of <B> 10 </B> m, duct cross-sections of the order of <B> 1 </B> ni-2, gas flow rates (air of around 20,000K) in the order of magnitude <B> 1000 </B> m / s and magnetic fields in the order of magnitude <B> 10 000 </B> Gs electrical outputs of more than <B> 100 </B> MW at voltages in the order of magnitude <B> 1000 </B> V can be achieved.
It has also been proposed to use a rotating field rotating about the longitudinal axis of the channel as the magnetic field. The generator then generates alternating current, the frequency of which corresponds to the speed of the rotating field. If such a generator is provided with three electrodes, three-phase current can be taken directly in a delta connection.
When the ionized gas flows through the magnetic field, vortex currents occur at its beginning and end, which run in areas that also contain the electric field lines between the electrodes. These eddy currents weaken the magnetic field on the gas inlet side and strengthen it on the gas outlet side. Accordingly, the eddy current losses that occur on the outlet side are greater than those that occur on the inlet side.
Since the latter are also at least partially converted back into usable electrical power, while this is not the case with the losses arising on the outlet side, efforts are generally made to keep at least the eddy currents on the outlet side as small as possible. The eddy current losses are largely independent of the load on the generator.
The share of eddy current losses in the electrical power generated by the generator becomes smaller for a given load, the greater the selected active length of the generator is compared to the electrode spacing. With a ratio of <B> 1: 1 </B>, the mentioned proportion, based on optimal power consumption, is around 3011 / o-; as the generator length increases, it quickly decreases. Fighting the eddy currents is therefore particularly important in the case of relatively short or relatively lightly loaded generators.
While direct current generators can now be of any length within wide limits, which means that measures to reduce eddy current losses can be dispensed with in many cases, the active length of alternating current generators will generally have to be relatively] your. This is due to the fact that the rotating magnetic field itself generates eddy currents in the gas.
Even if the heat produced in this way is at least partially converted back into usable electrical power in the generator itself, it still has to be generated by the magnet system, which means that it has to be measured for an uneconomically high performance. The measures to reduce the eddy current losses treated above are therefore of particular importance in the case of alternating current generators.
The invention now relates to such measures. It is based on the idea of preventing the movement of charge carriers in the direction of the electrical lines of force at the points in question. Accordingly, a generator according to the invention is characterized in that electrically insulating walls to limit the movements of charge carriers in the direction perpendicular to the magnetic field and perpendicular to the direction of flow of the gas are arranged at least near the exit point of the gas from the magnetic field, but outside this magnetic field .
2 and <B> 3 </B> show, as a first embodiment of the invention, a generator for generating direct current in longitudinal section and in cross section. In Fig. 2, the area around the exit point of the gas from the magnetic field is Darge, which extends from the left to the ends of the electrodes E, and <B> E, </B>. According to the invention, the walls W made of insulating material are arranged near this point. They are perpendicular to the electrical field lines running between the electrodes and therefore prevent the trans port of electrical charges in the field direction over greater distances.
The dashed lines indicate the course of the eddy currents as it would arise in the absence of the measure to be provided according to the invention. The walls lie completely outside of the magnetic field used to generate electricity, so that they do not hinder the intended distribution of the charge carriers (electrons and ions of the gas) on the two electrodes according to the sign of the charge. A similar arrangement of insulating walls can also be seen near the point of entry of the gas into the magnetic field.
4 and <B> 5 </B> show as further embodiment examples of wall shapes, as they are suitable for generators for generating three-phase current, which have three electrodes <B> E "<I> E2, </I> E, </B> and in which a rotating magnetic field rotating around the axis of the channel is used. With this field, the lines of force of the electric field also rotate, so that the movement of charge carriers is no longer limited in a vertical direction as with Generator according to Fig. 2 and <B> 3, </B> but in all directions perpendicular to the channel axis is necessary.
According to FIG. 4, this can be done by a concentric arrangement of several circular cylindrical walls Wk, which is supplemented by radial walls W at least in its outer zones. The same effect is achieved by the arrangement of two groups of flat walls that are perpendicular to one another, as shown in FIG. 5.
The walls must of course be designed in such a way that they offer as little resistance as possible to the flow of the gas. They can also be made hollow in order to allow the passage of a cooling medium and / or a medium which improves the insulating capacity.