Magnetogasdynamischer Generator Ein magnetogasdynamischer Generator weist be kanntlich einen von einem ionisierten Gas, beispiels weise einem heissen Gas durchströmten Kanal auf. Wenn senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases ein Magnetfeld erzeugt wird, so wird in der Richtung senkrecht - zur Strömungsrichtung des Gases und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes eine elek trische Spannung induziert. Mittels geeigneter Elek troden kann ein elektrischer Strom abgenommen und einem äusserenLastwiderstand als elektrische Leistung zugeführt werden.
Der Strom erzeugt mit dem Magnetfeld eine Lorentzsche Bremskraft gegen die Gasströmung, so dass ein entsprechend hoher Druckgradient im Kanal notwendig ist, um die Strömung aufrechtzu erhalten. Bei einer Änderung des Lastwiderstandes ändert sich in der Regel der Strom oder die Spannung oder beide zusammen. Hierdurch ändert sich aber auch die Bremskraft des Magnetfeldes gegen die Gas strömung und damit der Druckgradient im Kanal. Diese Störung der Gasströmung muss durch eine ent sprechende Änderung des Gasmassenstromes, also beispielsweise durch die Regelung der Drehzahl eines Kompressors ausgeglichen werden.
Während sich nun aber die Bremskraft augenblicklich mit einer Last änderung ändert, macht sich der Einfluss einer Re gelung des Gasmassenstromes nur verzögert bemerk bar, da der Kompressor eine gewisse mechanische Trägheit aufweist und im Zeitpunkt des. Regeleingriffs die Gasmassen als Speichermenge und daher als Ver zögerungsglied wirken. Dadurch stellen sich für das Regelsystem sehr hohe Anforderungen bei entspre chend hohem Aufwand an Regeleinrichtungen.
Die Erfindung betrifft einen magnetogasdynami- schen Generator, der einen -von ionisiertem Gas durchströmten Kanal, Mittel zur Erzeugung eines senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases verlaufen den Magnetfeldes sowie mehrere senkrecht zur Strö mungsrichtung des Gases und senkrecht zum Magnet feld längs des Kanals angeordnete Elektrodenpaare aufweist, die spannungsmässig in Reihe geschaltet und mit einem Lastwiderstand verbunden sind.
Sie ist da durch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Längs abstandes zweier miteinander verbundener Elektro- denpaare zum Querabstand der Elektroden eines Paares mindestens angenähert gleich dem Verhältnis der an den betreffenden Elektrodenpaaren erzeugten Hall-Spannung zu der an den Elektroden eines Paares erzeugten ohmschen Spannung ist.
Anhand der einzigen Zeichnung werden im fol genden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In der Zeichnung ist der mit 1 bezeichnete Kanal eines magnetogasdynamischen Generators ausschnitt- weise schematisch gezeigt. Der Kanal weist die isolie renden Wände 2 auf und ist vom ionisierten Gas in der gezeigten Richtung mit der Geschwindigkeit u durchströmt. Der Kanal kann beispielsweise von recht eckigem Querschnitt sein, wobei in der Zeichnung die Kanalhöhe mit D bezeichnet ist.
In bekannter Weise ist ferner ein senkrecht zur Zeichenebene den Kanal durchstossendes, mit B bezeichnetes Magnetfeld durch nichteingezeichnete Mittel erzeugt.
Durch die Strömung des ionisierten Gases wird ein elektrisches Feld senkrecht zur Gasströmung und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes induziert, welches bekanntlich proportional dem Produkt der Strömungsgeschwindigkeit<I>u</I> mit dem Magnetfeld<I>B</I> ist. Die induzierte Spannung ist dann durch das Pro dukt der elektrischen Feldstärke mit der Kanalhöhe D gegeben.
In die parallel zum Magnetfeld liegenden Wände sind Elektroden eingelassen, die parallel zum Magnet- feld über die ganze Breite der Wände verlaufen. In der Zeichnung sind nur die drei ersten Elektroden- paare 3/3', 4/4', 5/5' sowie das letzte Elektrodenpaar 6/6' eingezeichnet. Es sind aber derartige Elektroden paare über die ganze Länge des gezeigten Kanals an geordnet. Die Elektrodenpaare sind spannungsmässig in Reihe geschaltet.
Es ist demnach die obere Elek trode 3' des Elektrodenpaares 3/3' mit der unteren Elektrode 4 des Elektrodenpaares 4/4' elektrisch ver bunden. In gleicher Weise ist die obere Elektrode 4' mit der unteren Elektrode 5 des Elektrodenpaares <B>515'</B> elektrisch verbunden. Ebenso sind die weiteren in Strömungsrichtung liegenden Elektrodenpaare mit einander verbunden. Die Verbindungsleitungen zwi schen den einzelnen Elektroden sind hierbei sche matisch eingezeichnet, da sie natürlich um den Kanal zu führen sind.
Die untere Elektrode 3 des ersten Elektrodenpaares 3/3' und die obere Elektrode 6' des letzten Elektrodenpaares 6/6' sind als Generatorklem- men mit dem Lastwiderstand 7 verbunden, der bei spielsweise ein Wechselrichter sein kann, der ein Netz speist.
Der Querabstand der Elektroden jedes Elektroden- paares ist gleich gross wie die Kanalhöhe D. Der Längsabstand des zweiten Elektrodenpaares 4/4' vom ersten Elektrodenpaar 3/3' ist mit<I>a D</I> bezeichnet. a ist demnach das Verhältnis des Längsabstandes zweier miteinander verbundener Elektrodenpaare zum Querabstand der Elektroden eines Paares.
Bekanntlich erzeugt in einem hohen Magnetfeld eine zum Magnetfeld senkrecht stehende Spannung nicht nur einen Strom in der gleichen Richtung wie diese Spannung, sondern auch einen Strom, der senk recht zum Magnetfeld und senkrecht zu der genann ten Spannung verläuft. Dieser Effekt wird mit Hall- Effekt und die durch den Strom erzeugte Querspan nung mit Hall-Spannung bezeichnet.
Das Verhältnis der Spannung in Querrichtung zu der erstgenannten Spannung ist der Hall-Effekt-Faktor und wird mit ss bezeichnet.
In dem in der Zeichnung gezeigten Kanal eines magnetogasdynamischen Generators tritt also nicht nur die ohmsche Spannung, das heisst die Differenz der induzierten und der Klemmenspannung, zwischen den gegenüberliegenden Elektroden in Stromrichtung senkrecht zur Gasströmung auf, sondern auf Grund des Hall-Effektes auch eine Hall-Spannung,
welche senkrecht zum Strom in Richtung der Gasströmung liegt. Diese Hall-Spannung kann beispielsweise zwi schen zwei Elektrodenpaaren gemessen werden, deren Verbindungsleitung getrennt worden ist. Das Verhält nis der Hall-Spannung zur ohmschen Spannung liegt bei einem magnetogasdynamischen Generator bekann ter Bauart zwischen 1 und 10.
Wenn das Verhältnis des Längsabstandes zweier miteinander verbundener Elektrodenpaare zum Querabstand der Elektroden eines dieser Paare min destens angenähert gleich dem Verhältnis der an den betreffenden Elektrodenpaaren erzeugten Hall-Span- nung zu der an den Elektroden eines dieser Paare erzeugten ohmschen Spannung ist, das heisst, wenn a .- ;
ss ist, wird der Druckgradient im Kanal min destens angenähert unabhängig vom Lastwiderstand. Bezeichnet man mit R den Lastwiderstand und mit Y eine dem Druckabfall des Gases im Kanal propor tionale Grösse, so ist die Änderung des Druckgradien ten bei Änderungen des Lastwiderstandes durch die Beziehung
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verknüpft, in welcher<I>A</I> und<I>B</I> die vom Lastwider stand unabhängigen Grössen sind. Hieraus ist er sichtlich, dass für a .@: ss der Druckabfall angenähert unabhängig vom Lastwiderstand ist.
Durch die Wahl des Längsabstandes a D zweier miteinander verbun dener Elektrodenpaare bei gegebenem Querabstand D kann demnach erreicht werden, dass a .- : ss wird und damit ein von Belastungsänderungen unabhängiger Gasdruckgradient resultiert. Durch die Unabhängig keit des Druckabfalls von Belastungsänderungen wird die Regelung eines magnetogasdynamischen Genera- tors wesentlich erleichtert.
Zudem bleibt die Wahl des Längsabstandes a D zweier Elektrodenpaare im mer angenähert richtig, da ss bei einem gegebenen Magnetfeld im wesentlichen nur vom Gasdruck ab hängt, welcher dank der Wahl des Längsabstandes a D konstant bleibt.
Die Verhältnisse ändern sich nicht, falls längs des Kanals mehrere ineinandergefügte Gruppen in Reihe geschalteter Elektrodenpaare angeordnet sind, wobei jede Gruppe mit einem Lastwiderstand verbunden ist, der von den übrigen Lastwiderständen galvanisch ge trennt ist.
Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, wenn das Verhältnis ss der Hall-Spannung zur ohmschen Spannung gross ist und deshalb für einen von Last änderungen unabhängigen Druckabfall im Kanal der Längsabstand aD miteinander verbundener Elektro- denpaare gross würde. In der Zeichnung ist eine der- artige eingefügte Gruppe von Elektrodenpaaren ein gezeichnet.
Sie umfasst die Elektrodenpaare 8/8', 9/9' und weitere, nicht eingezeichnete Elektroden paare bis zum letzten Paar 10/10' am Kanalende.
Diese durch die gestrichelten Verbindungen span- nungsmässig in Reihe geschalteten Elektrodenpaare sind über die erste Elektrode 8 und die letzte Elek trode 10' als Generatorklemmen mit dem Lastwider stand 11 verbunden.
Der Längsabstand der Elek- trodenpaare 8/8' und 9/9' wie auch derjenige der weiteren Paare beträgt ebenfalls aD. Weitere Grup pen von spannungsmässig in Serie geschalteten Elek- trodenpaaren mit dem gegenseitigen Längsabstand aD können bei Bedarf angeordnet sein, wobei sich der Strom oder die Leistung auf mehrere Stromkreise ver teilt.
Falls der Hall-Effekt-Faktor ss über die ganze Kanallänge unverändert ist, ergibt sich für einen Kanal gleichbleibender Kanalhöhe D, und damit gleichbleibenden Querabstandes der Elektroden, ein einheitlicher Abstand aD der miteinander verbunde nen Elektrodenpaare. Wenn sich aber der Faktor ss längs des Kanals ändert, sei es wegen einer Änderung des Magnetfeldes oder des Gaszustandes oder beider zusammen, in Abhängigkeit vom Ort längs des Ka nals,
so ist für den Abstandsfaktor a zur Erhaltung des gleichen Einflusses einer Laständerung auf den Druckabfall im Kanal auch ein entsprechend dem Wert von ss geänderter Wert für a zu wählen. Dadurch ändert sich auch der Abstand aD zweier Elektroden paare bei gleichbleibender Kanalhöhe D.
Dieselben tlberlegungen gelten für den Fall, dass die Kanalhöhe D längs des Kanals nicht konstant ist. Auch wenn ss und damit a konstant sind, ändert sich der vorzusehende Abstand aD zweier Elektroden paare je nach dem Ort längs des Kanals und der an diesem Ort vorliegenden Kanalhöhe D.