Magneto-hydrodynamischer Generator zur Erzeugung von Wechselstromenergie Die Erfindung betrifft einen magneto-hydrodyna- mischen Generator zur Erzeugung von Wechselstrom energie.
Obwohl die Möglichkeit der Erzeugung von Ener gie durch Zusammenwirken eines leitfähigen Strö mungsmittels und eines Magnetfeldes seit langem bekannt ist, wurde dieses Prinzip nicht für die indu strielle Anwendung brauchbar gemacht. In der USA- Patentschrift Nr.<B>1717</B> 413 wir eine thermoelektri- sche Vorrichtung erläutert, woraus sich ergibt, dass das Grundprinzip bekannt ist. Dennoch haben Be schränkungen in der Praxis, so der Mangel einer Hochtemperaturquelle für ein leitendes Gas und das Fehlen von Materialien, die geeignet sind, solche Gase aufzunehmen, die Entwicklung von Generatoren ge hemmt.
Mit der Entwicklung von Wärmequellen für hohe Temperaturen und von besseren Materialien wurden in den letzten Jahren grosse Fortschritte ge macht. Die ausgeführten Arbeiten werden zur Zeit so gefördert, dass die Anwendungen dieser Gene ratoren (im allgemeinen magneto-hydrodynamische Generatoren oder kurz MHD-Generatoren genannt) für stationäre Energieerzeugungsanlagen interessant geworden ist.
MHD-Generatoren benötigen eine Quelle elek trisch leitfähigen Strömungsmittels hoher Tempera turen unter Druck. Von der Quelle fliesst das Strö mungsmittel, üblicherweise ein Gas, durch den Ge nerator, dem ein Magnetfeld und Elektroden zuge ordnet sind, zwischen denen ein elektrischer Strom durch die Bewegung des Gases relativ zu dem Ma gnetfeld induziert wird. Das Gas entweicht zu einer Senke, die in einfacher Weise die Atmosphäre sein kann oder in umfangreicheren Systemen eine Rück gewinnungsanlage mit einer Pumpe für die Rück führung des Gases zu der Quelle enthalten kann. Bei der Verwendung eines in einer Richtung wir kenden, konstanten Magnetfeldes erzeugen die üb lichen MHD-Generatoren Gleichstrom.
Obwohl Gleichstrom für viele Zwecke verwendet wird, ist Wechselstrom für industrielle Zwecke und für die Verteilung durch Hochspannungsanlagen geeigneter. Dennoch schien es eine lange Zeit, dass die den MHD- Generatoren eigenen Gleichstromeigenschaften deren Anwendung begrenzen würden, und bis jetzt war kein Weg für die Herstellung eines Wechselstrom- MHD-Generators bekannt. Nach der Theorie kann zwar Wechselstrom dadurch erzeugt werden, dass der Gasstrom pulsiert, wenn er durch den Gene rator fliesst oder durch periodisches Umkehren der Richtung des Magnetfeldes.
Dennoch sich solche theoretische Lösungen unpraktisch und erfordern das Modulieren eines Gasstromes von sehr hohen Temperaturen mit hoher Frequenz oder das Modu lieren eines Magnetfeldes hoher Energie.
Durch die Erfindung wird es möglich, eine grosse Wechselstomenergie in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu erzeugen. Gemäss der Erfindung ist ein MHD- Generator zur Erzeugung von Wechselstromenergie mit Einrichtungen versehen, die den elektrischen Strom zyklisch durch ein leitfähiges Strömungsmittel zu bestimmten Elektoden in bestimmten Zeitinter vallen lenken. Dies kann elektrisch, mechanisch oder gasdynamisch ausgeführt werden. Mechanische Sy steme können Einrichtungen verwenden, die die Elek troden in leitende Verbindung mit dem Gasstrom bringen. Die gasdynamischen Systeme sehen z. B.
Einrichtungen vor, um das leitfähige Gas in leitende Verbindung mit den Elektroden zu bringen und aus dieser Verbindung heraus zu bewegen, um Leitung anzuregen und zu beenden. Elektrische Systeme kön nen einen Stau eines gesteuerten elektrischen Po- tentials, der nahe an den Elektroden liegt, verwenden, um den Strom zu den Elektroden zu regulieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach stehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines be kannten MHD-Generators, Fig. 2 ein Schaubild eines MHD-Generators und der dazugehörigen Schaltungen, anhand dessen die grundlegenden Prinzipien der Erzeugung von Wech selstrom erläutert werden, Fig. 3 einen Querschnitt der mechanischen Ein richtung für die abwechselnde Erzeugung eines Leit- weges durch ein leitfähiges Gas zu den Elektroden eines Elektrodenpaares,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine mechanische Einrichtung für die abwechselnde Erzeugung eines Leitweges durch ein leitfähiges Gas zu zwei Elek troden in Verbindung mit einer gasdynamischen Ein richtung, die die zeitliche Beendigung der abwechseln den Leitfähigkeit des Leitweges zu den beiden Elek troden eines Paares sicherstellt, Fig. 5 eine Abwandlung einer kombinierten me- chanisch-gasdynamischen Einrichtung für die ab wechselnde Erzeugung eines Leitweges zu zwei Elek troden,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine mechanische Einrichtung zur abwechselnden Erzeugung eines Leit- weges zu zwei Elektroden durch die Verwendung von bewegbaren Steuerelektroden, Fig. 7 eine kombinierte mechanisch-gasdynami- sche Einrichtung zur Erzeugung eines abwechselnden Leitweges zu zwei Elektroden, Fig. 8 einen Querschnitt einer elektrischen Ein richtung für das abwechselnde Erzeugen eines Leit- weges zu festen Elektroden, Fig. 9 ein Bild einer Schaltung, die zur Vor spannung von Staugittern,
die den Elektroden zuge ordnet sind, verwendet werden kann, und Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung der Ver wendung eines MHD-Generators zur Erzeugung mehrphasiger Ströme.
<I>Allgemeines</I> Dem in Fig. 1 dargestellten MHD-Generator bekannter Art wird ein gasförmiger Leiter hoher Temperatur unter Druck von einer Quelle zugeführt, z. B. einem nicht dargestellten Kernreaktor oder mit Kohle beheizten Ofen. Der Gaseintritt in den Ge nerator ist durch den Pfeil 1 und der Austritt durch den Pfeil 2 dargestellt. Das Gas wird in seiner Be wegung durch den Generator mittels eines divergen ten Rohres 3 geführt und begrenzt, das von einer Gleichstromspule 4 umgeben ist, die einen Magnet fluss quer zu dem Gasstrom in einer Richtung senk recht zur Papierebene erzeugt. Innerhalb des Rohres sind Elektroden angeordnet, so eine Anode 6 und eine Kathode 5, die mittels des Leiters 7 in einen Kreis mit der Last 8 geschaltet sind.
Die Bewegung des gasförmigen Mediums durch das Magnetfeld und zwischen den Elektroden induziert eine elektromo torische Kraft (EMK) zwischen den Elektroden, wie es durch den Pfeil 9 angedeutet ist. Die Richtung des Stromes hängt von den Richtungen der Gasbe wegung und des Magnetflusses ab. Wenn das Gas von links nach rechts, wie dargestellt, fliesst und der Magnetfluss von der Spule in einem rechten Winkel zu der Papierebene auf den Betrachter zu gerichtet ist, wird die EMK in der gezeigten Rich tung induziert. Wenn die Gasbewegung gleichförmig ist und ein konstantes Magnetfeld in einer Richtung vorhanden ist, ist die induzierte EMK sowohl nach der Grösse als auch nach der Richtung konstant.
Der dargestellte Generator ist also nur für die Er zeugung von Gleichstrom geeignet. Die elektrische Leitfähigkeit des Gasstromes ist auf die lonisation zurückzuführen und ist eine Funk tion sowohl der Temperatur als auch der Zusammen setzung des Gases. Eine Ionisation des Gases, das z. B. Helium oder Argon sein kann, wird durch einen Zusatz, z. B. 1 Natrium, Kalium oder Zä- sium, und durch eine hohe Temperatur in der Grö ssenordnung von 3000=' K erreicht. Obgleich eine hohe Leitfähigkeit durch hohe Temperaturen erlangt werden kann, sind Grenzen durch die Materialien und durch die Wärmeenergiequelle, die chemische Verbrennung oder Kernreaktionen verwenden, gege ben.
Zur Zeit scheint es, dass die für die Verwendung bei MHD-Generatoren geeigneten Gastemperaturen 3000 K nicht übersteigen sollten. Das heisst, dass die Leitfähigkeit des Gases etwa 100 Siemens/m nicht viel übersteigt. Um nämlich die Gasleitfähigkeit um den Faktor 10 zu erhöhen, würde es notwendig sein, die Gastemperatur zu verdoppeln. Um mit niederer Gasleitfähigkeit auszukommen, ist es notwendig, dass ein Magnetfeld mit hoher Energie verwendet wird.
Dies macht es schwierig, wenn nicht unmöglich, einen leistungsfähigen und wirtschaftlichen Wechselstrom- MHD-Generator zu entwerfen, der ein Wechselfeld verwendet. Auf der anderen Seite ist auch ein Wechsel- strom-MHD-Generator mit einem statischen Feld, aber einem wechselnden Gasstrom wegen der hohen Gastemperatur und Strömungsgeschwindigkeit, die in einem Generator von industriellen Ausmassen be handelt werden müssen, schwierig zu konstruieren. Die Verwendung von Wechselrichterschaltungen in Verbindung mit MHD-Generatoren ist ebenfalls in Betracht gezogen worden.
Wegen des Preises und der Energieverluste der Wechselrichter ist es selbst verständlich vorteilhafter, den Umkehrvorgang in nerhalb des Generators selbst durchzuführen. Tat sächlich hat ein MHD-Generator mit stromführenden Elektroden einige der wesentlichsten Merkmale eines Wechselrichters und ist für die direkte Erzeugung von Wechselstromenergie geeignet, wie nachfolgend er läutert wird. <I>Allgemeine Prinzipien</I> <I>eines</I> Wechselstrom-MHD-Generators Fig. 2 zeigt schematisch bestimmte Teile eines MHD-Generators, der für die Erzeugung von Wech- selstromenergie ausgebildet ist.
Das divergente Rohr 10 umgibt eine Kathode 11 und mehrere in Paaren angeordnete Anoden 12a, 12b bis 16a, 16b. Dem Rohr ist eine Spule 17 zur Erzeugung eines quer verlaufenden Magnetfeldes so wie in Fig. 1 zuge ordnet.
Jedes Elektrodenpaar ist mit den Enden einer Primärwicklung eines Transformators 19 verbunden, so z. B. die Anoden 12a und 12b mit der Primär wicklung 18. Die Sekundärseite des Transformators kann mit dem nicht dargestellten Lastkreis verbunden sein. Jede Primärwicklung des Transformators weist eine Mittelanzapfung, z. B. 18a, auf, die alle über einen gemeinsamen Leiter 21 mit der Kathode 11 verbunden sind. Bei der Verwendung eines gleich mässigen Gasstromes und eines konstanten Magnet feldes kann Wechselstrom durch abwechselndes Auf treten eines Stromes von der Kathode gleichzeitig zu der entsprechenden Anode jeden Anodenpaares erzeugt werden.
Wenn so ein Stromweg abwechselnd zuerst von der Kathode zu den Anoden 12a bis 16a und dann zu den Anoden 12b bis<I>16b</I> aufgebaut werden kann, kann die Richtung des Stromes in den zugeordneten Hälften jeder Primärwicklung des Transformators zu dem Leiter periodisch umgekehrt werden, was zu einem in der Sekundärwicklung des Transformators induzierten Wechselstrom führt. Dies ist graphisch bei den Anoden 15.a und 15b dargestellt. In ausgezogenen Linien ist ein Pfeil gezeigt, der in üblicher Art die Stromrichtung von der Anode 15a zu der Kathode 11 angibt. Dieser Strom wird Null, wenn ein Strom zwischen der Anode 15b und der Kathode 11 fliesst, wie es durch den Pfeil in gestri chelten Linien dargestellt ist.
Die Erfindung befasst sich mit verschiedenen Einrichtungen zur Herstellung eines Leitweges ab wechselnd zwischen den beiden Anoden und der Kathode, so dass ein Wechselstromausgang erzeugt werden kann, wie es allgemein in bezug auf Fig. 2 beschrieben ist. <I>Mechanische Einrichtung</I> <I>zur Erzeugung eines Wechselstroms</I> In Fig. 3 ist ein Paar von Anoden 22 und 23 ge zeigt, die für eine gleitende Bewegung in Büchsen 24 und 25 geführt sind, welche in Isolierhaltern 26 und 27 befestigt sind. Die Halter selbst sind fest mit dem Äusseren des Rohres 28, das mit Fig. 1 und 2 be schrieben ist, verbunden.
Innerhalb des Rohres ist eine nicht dargestellte gemeinsame, den Anoden ge genüberliegende Kathode vorgesehen. Eine Feldspule umgibt das Äussere des Rohres und erzeugt einen Magnetfluss durch das Rohr.
Jeder Isolierhalter weist eine innere Aushöhlung 29 bzw. 30 auf, in die die Anode hineinragt. Die Anode 22, die der Anode 23 gleicht; hat die Form einer zylindrischen Stange, die vollständig durch die Büchse 24 in die Aushöhlung 29 hineinragt. Das obere Ende der Anode steht in Berührung mit einer Nocke 31, die für eine gemeinsame Drehung mit einer von einem Synchronmotor 33 angetriebenen Nockenwelle 32 verbunden ist. Die Drehung der Nocke 31 steuert die Bewegung der Anode in das Innere des Rohres 28 und aus dem Rohr heraus. Das obere Ende der Anode wird durch die Schrau benfeder 34 jederzeit in Berührung mit der Nocke gehalten.
Die Feder stützt sich an einem Ende gegen die Büchse 24 und am anderen Ende gegen einen Kragen 35 an der Anode ab. Eine gleiche Nocke 36- ist an dem anderen Ende der Nockenwelle 32 befestigt und verursacht die Bewegung der Anode 23. Die Nocken 31 und 36 sind um 180 gegeneinander versetzt und bewegen die Anoden 22 und 23 ab wechselnd in das Rohr 28 hinein und aus diesem heraus. Ringförmige, elektrisch leitende Staugitter 37 und 38 umgeben die unteren Enden der Anoden 22 und 23. Die Staugitter sind in den Isolierhaltern 26 und 27 befestigt und sind sowohl von dem Rohr 28 als auch von den Anoden durch ,Zwischenräume elektrisch isoliert.
Die Leiter 39 und 40 stehen in elektrischer Verbindung mit den Staugittern und hal ten diese auf konstantem Potential.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Einrich tung beschrieben. Ein heisser, elektrisch leitfähiger Gasstrom bewegt sich durch das Rohr 28 nach rechts, wie es durch den Pfeil 41 angedeutet ist. Der stark ionisierte und deshalb elektrisch leitfähige, sich durch ein Magnetfeld bewegende Gasstrom würde einen Leitweg zu beiden Anoden 22 und 23 infolge des ne gativen Potentials, auf dem die Gitter 37 und 38 jeder zeit gehalten sind, zur Folge haben. Um eine Leitung zwischen dem Gasstrom und den Anoden zu errei chen, werden diese abwechselnd in den und aus dem leitfähigen Strom mittels der Nocken und des damit zusammenwirkenden Antriebes bewegt.
So ist in Fig. 3 die Anode 22 in leitender Verbindung mit dem Gasstrom gezeigt, während! die Anode 23 sich in einer nicht leitenden, zurückgezogenen Stellung in nerhalb der Aushöhlung 30, durch das Staugitter 38 von dem Gasstrom elektrisch abgeschirmt, befindet. Das Zurückziehen der Anode 22, während gleich zeitig die Anode 23 in den Gasstrom bewegt wird, verursacht eine Leitung zu der Anode 23, während die Leitung zu der Anode 22 beendet wird.
Die Anoden sind mit den Enden der Primär wicklung 42 des Transformators verbunden, deren Mittelanzapfung 43 mit der Kathode an der gegen überliegenden Seite des Rohres (siehe Fig. 2) ver bunden ist. Da der Strom in jeder Hälfte der Pri märwicklung des Transformators ein Maximum er reicht und dann auf Null absinkt, wird ein Strom abwechselnd in entgegengesetzter Richtung in der Sekundärwicklung des Transformators erzeugt, was einen-Wechselstromausgang an der Sekundärseite des Transformators hervorbringt.
Die Frequenz des Wechselstromes ist durch die Geschwindigkeit, mit der die Welle 32 durch den Synchronmotor 33 an getrieben wird, bestimmt.
<I>Kombinierte mechanische rund gasdynamische</I> <I>Einrichtung zur Erzeugung von</I> Wechselstrom Fig. 4 zeigt eine mechanische Einrichtung mit bewegbaren Anoden 50 und 51, die im allgemeinen der Einrichtung nach Fig. 3 gleicht. Die Anoden sind für eine Bewegung in das und aus dem Rohr 52 mittels Isolierhaltern 53 und 54 durch die Steuerung der Nocken 55 und 56 in gleicher Weise, wie es in. Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, geführt. Ebenso sind Staugitter 57 und 58 auf einem Po tential gehalten, das eine gleichzeitige Leitfähigkeit zu den Anoden 50 und 51 verhindert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist jede Anode 50 bzw. 51 mit einem Kolben 59 bzw. 60 fest ver bunden. Die Kolben sind in zylindrischen Bohrungen 61 und 62 vertikal bewegbar. Das untere Ende jeder Bohrung arbeitet mit einem Kanal 63 bzw. 64 zusammen, in dem ein Absperrventil 65 bzw. 66 vorgesehen ist. Da sich jede Anode unter Führung der ihr zugeordneten Nocke von dem Rohr 52 wegbewegt, saugt die Aufwärtsbewegung des Kol bens Gas, das die gleiche Zusammensetzung des Gases in dem Rohr 52 "haben kann, durch das zuge ordnete Absperrventil und den Kanal. Das ange saugte Gas kann z. B.
Luft oder ein organisches Gas sein. Während der Bewegung jeder Anode in das Rohr 52 hinein wird das in das untere Ende des Zylinders eingesaugte Gas in jedem Fall durch in den Kolben 59 und 60 vorgesehene Absperrventile 67 und 68 in den oberen Teil der entsprechenden Zylinderbohrung ausgelassen. Während der Bewe gung der Anode aus dem Rohr 52 heraus wird das Gas von der Oberseite des Kolbens durch Leitung 69 bzw. 70 zu den Aushöhlungen 71 bzw. 72 aus gelassen, die die unteren Enden der Anoden 50 und 51 umgeben.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Ein richtung beschrieben. Wenn eine Anode in den leit fähigen Gasstrom vorgestossen wird, wird eine Lei tung erreicht, und beim Zurückziehen der Anode wird die Leitung beendet. Während des Zeitraums, in dem die Anoden zurückgezogen sind, wird durch ein an den Staugittern 57 bzw. 58 anliegendes kon stantes Potential jede Leitfähigkeit verhindert.
Es sei vorweggenommen, dass unter bestimmten Bedingungen ein Leiten wiederhergestellt werden kann, wenn das Anodenpotential ansteigt, insbeson dere wenn etwas leitfähiges Gas unmittelbar an den Anoden diesen in die Aushöhlungen 71 und 72 folgt, wenn die Anoden zurückgezogen werden. Um dies zu verhindern, wird in die Zylinder 61 und 62 eingesaugtes kaltes Gas in die Aushöhlungen 71 und 72 verdrängt, um das heisse leitfähige Gas von den Aushöhlungen wegzuspülen. Auf diese Weise wird eine plötzliche Unterbrechung des Weges des leit fähigen Gases sichergestellt. Die Bewegung jedes Kolbens wirkt auch unterstützend für den Aufbau der Leitung, wenn die Anode in den Gasstrom ge stossen wird.
Während der Anfangsbewegung der Anode ist der Kolben zuerst bestrebt, heisses Gas in die Aushöhlungen 71 und 72 einzusaugen, bevor das Gas aus den Ventilen 67 und 68 verdrängt wird. Die Anfangsbewegung des Gases veranlasst einen Teil des heissen leitfähigen Gases, sich auf die vorschiebenden Anoden zu bewegen, wodurch ein schneller Beginn der Leitung sichergestellt wird.
Eine andere kombinierte mechanische und gas dynamische Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Auch hier werden die Anoden 80 und 81 durch die Steuerung der Nocken 83 und 84 in das Rohr vorgeschoben und aus diesem zurückgezogen. Anstatt das Gas mittels eines Kolbens für das Ausspülen der Aushöhlungen 85 und 86 zu verdrängen, ist hier an jeder Anode ein länglicher Schlitz 87 bzw. 88 vorgesehen. Da die Anoden gleich ausgebildet sind, wird diese Ausführungsform nur anhand der Anode 80 beschrieben. An dem oberen Teil der Anode steht der Schlitz 87 mit zwei Kanälen 89 und 90 in Verbindung.
Der Kanal 89 ist mit einer nicht dargestellten Quelle eines Hochdruckgases verbunden, das in seiner Zusammensetzung dem Gas in dem Rohr 82 gleicht. Wenn sich die Anode in der ge zeigten Stellung befindet, strömt Gas von der Hoch druckquelle durch die Kanäle zu der Aushöhlung 85 und bewirkt das Ausspülen allen heissen leit fähigen Gases, das bei dem Zurückziehen der Anode in die Aushöhlung eingesogen worden ist. Dadurch wird plötzlich der Leitweg abgeschnitten und eine Wiederherstellung der Leitung verhindert.
Während der Zeit, in der die Anode in das Rohr 82 hinein bewegt wird, ist der Längsschlitz ausser Verbindung mit den Kanälen, und dadurch ist die Strömung von kaltem, nichtleitendem Gas in den Bereich der An oden verhindert. <I>Mechanische Einrichtung mit Steuerelektroden</I> In Fig. 6 ist eine Abwandlung der mechanischen Einrichtung nach Fig.3 gezeigt. Jede Anode, all gemein mit 100 bezeichnet, enthält einen feststehen den äusseren Teil 101 und eine bewegbare Steuer anode 102, die innerhalb der feststehenden Anode 101 gleitbar gelagert ist. Die Steueranode 102 ist durch Federkraft gleitbar jederzeit in Berührung mit der Nocke 103 gehalten.
Die Drehung der Nocke, verursacht durch den Synchronmotor 104, treibt die Steueranode 102, abwechselnd mit der Steuer anode 102a, in den heissen Gasstrom, der durch den Pfeil 105 angedeutet ist und aus diesem heraus.
Die näheren Einzelheiten entsprechen den im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen. So ist ein Staugitter 106 bzw. 107 mit konstantem Potential an der Stelle, wo die Steueranode in das Rohr ein tritt, vorgesehen, um ein Leiten während der Zeit, in der die Anoden zurückgezogen sind, zu verhindern.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Abmessungen der bewegbaren Anoden verringert sind. Dennoch ist die Steueranode 102 in der Lage, Leitung mit dem Gasstrom herzu stellen und, wenn sie in ihren feststehenden Anoden teil 101 zurückgezogen wird, einen Leitweg zu dem stationären Anodenteil herzustellen. So kann mit einer kleinen, leichten Steueranode eine vollständige Leitung mit einer grösseren feststehenden Anode auf gebaut werden. <I>Vollständig gasdynamische Einrichtung</I> Fig.7 zeigt feststehende Anoden<B>110</B> und 111, die in Isolierhaltern 112 und<B>113</B> befestigt sind. Diese Halter sind fest mit dem Rohr<B>1</B>14 verbunden, in dem ein heisses, leitfähiges Gas, das durch den Pfeil 115 angedeutet ist, strömt.
Das untere Ende der Anode 110, die der Anode 111 gleicht, ragt in eine Aussparung 116 vor, die durch ein ringförmiges Staugitter 117 mit dem heissen Gasstrom 115 in Verbindung steht.
An der Oberseite der Aushöhlung ist ein Teller ventil 118 vorgesehen. Wenn dieses abwärts weg von seinem Sitz bewegt wird, stellt es eine Ver bindung zwischen der Aushöhlung und einem Aus puffkanal 117a her, der zur Atmosphäre oder einer anderen Senke geöffnet sein kann. Die Bewegung des Tellerventils wird durch die Nocke 118a ge steuert, die an der von dem Synchronmotor 120 angetriebenen Nockenwelle 119 befestigt ist. Eine Feder 121 hält jederzeit die Berührung zwischen dem oberen Ende des Tellerventils und der Nocke aufrecht.
Wenn die Nocke das Tellerventil von seinem Sitz wegbewegt, strömt unter dem Einfluss des niederen Druckes in dem Auspuffkanal 117a sogleich ein heisser, unter hohem Druck stehender Gasstrom 115 in die Aushöhlung 116. Dadurch wird das stark ionisierte leitfähige Gas in den Bereich der Anode 110 gezogen und stellt die Leitung mit dieser her. Wenn sich das Tellerventil schliesst, hört die Be wegung des Gases auf die Anode zu auf und sobald das die Anode berührende Gas deionisiert ist, wird der Leitweg unterbrochen. Das Staugitter 117 ver hindert eine Leitung, bis sich das Tellerventil erneut öffnet.
Durch das abwechselnde Arbeiten der Teller ventile kann ein Strom abwechselnd zu den Anoden 110 und 111 aufgebaut werden, und es kann ein Strom abwechselnd durch die Hälften 122 und 123 der Primärwicklung des Transformators zu der ge meinsamen Mittelanzapfung 124 geführt werden. Der abwechselnde Strom in der Primärwicklung induziert einen Wechselstrom in der Sekundärwick lung des Transformators. <I>Elektrische Einrichtung</I> Bei den vorstehend beschriebenen Einrichtungen ist ein Staugitter vorgesehen, das eine wahllose Leit fähigkeit zwischen dem ionisierten Gas und den Anoden verhindert. Ein konstantes Potential kann an dem Staugitter gehalten werden, z.
B. durch Ver- wendung der in Fig. 9 dargestellten Schaltung. Für viele Zwecke können sich auch die Staugitter auf einem Potential befinden, das durch die Diffusion der Elektronen durch die Grenzschicht des Gas stromes bestimmt ist. In solchen Fällen ist zu dem Staugitter so lange keine Verbindung erforderlich, als dieses von seiner Umrandung elektrisch isoliert ist.
Es ist dennoch möglich, einen Wechselstrom generator zu bauen, in dem das Staugitter selbst das primäre Steuerelement ist, was in Fig. 8 dargestellt ist. Hier sind die Anoden 130 und 131 innerhalb der Isolierhalter 132 und 133 fest. Jeder Halter weist ebenfalls ein leitfähiges Staugitter 134 bzw. 135 auf, das am unteren Ende der Aushöhlung 136 bzw. 137 anliegt. Das Staugitter ist auch hier ringförmig. Die Aushöhlungen und die Anoden stehen mit dem leit fähigen Gasstrom 138 hoher Temperatur in Ver bindung. Ein Leiter 139 ist mit dem Staugitter 134 und entsprechend ein Leiter 140 mit dem Stau gitter 135 verbunden. Die Leiter sind mit einer Gitterpulsschaltung, z.
B. einem Oszillator, verbun den, die das Potential an den Staugittern ändert, um eine Leitung zwischen den Anoden und dem Gasstrom einzuleiten.
Das Potential des Staugitters 134 der Anode 130 kann somit periodisch positiv und negativ in bezug auf den Gasstrom, der den Gittern unmittelbar an liegt, gemacht werden. Während der Zeit, in der das Potential positiv ist, fördert das Staugitter eine Elektronenbewegung von dem ionisierten Gasstrom zu der Anode 130 und unterstützt die Ausbildung eines leitenden Weges. Während der Zeit, in der aber das Staugitter negativ ist, werden Elektronen aus dem Bereich der Anoden zurückgestossen, und eine Leitung ist nicht möglich.
Durch Synchronisation der jedem Staugitter zu geführten Potentiale kann jede Anode abwechselnd leitend gemacht werden und ein Wechselstromaus- gang wird wie bereits beschrieben erzeugt.
Der ionisierte Gasstrom enthält sowohl Elektro nen als auch positive Ionen, da die Masse der Elektronen sehr viel geringer ist als die der Ionen, wird jedoch die Bewegung der Elektronen unter dem Einfluss der Staugitter der überwiegende steuern de Faktor bei der Erzeugung eines Stromes zu den Anoden.
<I>Elektrische Schaltung</I> In Fig. 9 ist ein Bild einer Schaltung gezeigt, die verwendet werden kann, um die Staugitter auf ein konstantes negatives Potential zu bringen. Schema tisch sind die Kathode 150 und ein Anodenpaar 151, 152 mit den Gittern 153 und 154 gezeigt. Die Anoden sind mit den entgegengesetzten Enden der Primärwicklung 155 des Transformators ver bunden, deren Mittelanzapfung über den Leiter 156 mit der Kathode verbunden ist.
Die Staugitter sind über Leiter 157 und 158 mit Widerständen 159 und 160 verbunden, die mit- tels des Leiters 161 parallel geschaltet und mit einem Parallel-RC-Kreis 162 verbunden sind. Der Parallelkreis ist wiederum über den Leiter 163 mit der Kathode<B>150</B> verbunden.
Der geringe, durch die Widerstände und den RC-Kreis fliessende Gitterstrom erzeugt an den Git tern eine Spannung von ungefähr dem mittleren Po tential des Gases, das der Anodenseite des Strömungs kanals anliegt. Der Elektronenfluss durch die Git terschaltung von dem Gitter zu der Kathode wird durch den RC-Kreis geglättet, so dass eine annä hernd konstante Gleichspannung an der Schaltung auftritt. Die Staugitter könnten theoretisch mit einer Quelle konstanten Potentials verbunden werden, z. B. mit einer Batterie. Obwohl dies möglich wäre, wird dies in der Praxis für viele Zwecke als weniger geeig net befunden.
In Fig. 10 ist das Bild r iner 3-Phasenschaltung gezeigt. Die Anoden 170, 171a und 172 sind mit den Primärwicklungen 173, 174 und 175 verbunden. Die Wicklungen sind in Sternschaltung angeordnet und durch einen gemeinsamen Leiter 176 mit der Kathode 177 verbunden. Das Potential der Stau gitter 178, 179 und 180 kann nacheinander geändert werden, wie es in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben ist, um den Strom durch die Wicklungen 1.73 bis 175 in die richtige Phasenlage zu bringen.
Bei richtiger Phasenlage kann ein 3-Phasenausgang von der in Dreieck geschalteten Sekundärwicklung 181. des Transformators erhalten werden. In Fig. 10 ist auf ein 3-Phasensteuersystem Bezug genommen. Es ist selbstverständlich, dass die Er findung gleichermassen auf 3-Phasensysteme als auch auf mehrphasige Systeme unter Verwendung jeder beschriebenen Ausführungsform ausgedehnt werden kann.
Es ist die Verwendung eines einfachen Trans formators, der jedes Anodenpaar untereinander ver bindet, erläutert worden. Die Schaltung kann aber auch nach Art der bekannten Wechselrichterschal- tungen abgeändert werden, um die Ausgangswellen form zu verbessern und die Betriebssicherheit zu er höhen. In einigen Fällen kann es in Abhängigkeit von der Last wünschenswert sein, einen Kondensator parallel zu der Primärwicklung des Transformators zu schalten, um die Kommutierung der Elektroden zu sichern.
Materialien Bei der Konstruktion eines Wechselstrom-MHD- Generators kann eine grosse Vielzahl von Materialien verwendet werden. Selbstverständlich müssen die Ma terialien in der Lage sein, den hohen Temperaturen standzuhalten. Wolfram und Kohle, die hochtem- peraturbeständige leitende Materialien sind, eignen sich gut für die Herstellung der Anoden und der Staugitter. Wenn eine Wasserkühlung verwendet wird, können die Anoden und die Staugitter aus Kupfer hergestellt sein. Die Isolatoren können aus Aluminiumoxyd bestehen. Die vorstehenden Materia lien sind nur beispielsweise angeführt.
Um die Anoden von den antreibenden Nocken zu isolieren, ist es zweckmässig, die Nocken aus Isoliermaterial herzustellen. Es ist aber auch mög lich, andere bekannte Isoliermassnahmen anzuwen den. Generatorf requenzen Der beschriebene MHD-Generator ist zur Er zeugung von 60-Hz-Wechselstrom gut geeignet.
Die Frequenz des Stromes ist bestimmt durch die Dreh geschwindigkeit des Synchronmotors oder bei der elektrischen Einrichtung durch die Oszil'latorfre- quenz. Obwohl Verzögerungseffekte eventuell die maximale Arbeitsfrequenz der mechanischen und aerodynamischen Einrichtungen begrenzen können, ist die elektrische Einrichtung frei von solchen Be grenzungen und kann mit viel höheren Frequenzen in der Grössenordnung von einigen Megahertz arbei ten. Eine eventuelle Grenze in der Arbeitsfrequenz der elektrischen Einrichtung liegt in der Deionisier- zeit des an die Anoden grenzenden Gasstromes.