Magnetohydrodynamischer Generator Bestrebungen, Wechselstrom bzw. Drehstrom mit magnetohydrodynamischen Generatoren (MHD-Ge- neratoren) unmittelbar zu erzeugen, dienen dem Ziel, Wechselstrom wirtschaftlicher als durch eine nach trägliche Umformung von Gleichstrom in Wechsel strom zugewinnen und die Verluste einer nachträg lichen Umformung zu vermeiden.
Bei einem MHD-Generator wird in der Regel ein Plasma mit hoher Geschwindigkeit zwischen Elek troden hindurchgeleitet. Die Elektroden können in einem Kanal angeordnet sein. Das schnell strömende Plasma kann ein ionisiertes Gas aus Verbrennungs produkten sein oder durch Strahlung und Wärme radioaktiver Prozesse zustande kommen.
Legt man senkrecht zu einer durch die Elektro den gelegten Ebene und senkrecht zur Richtung der Plasmaströme ein Magnetfeld an, so wird im Plasma eine Feldstärke hervorgerufen, die zwischen den Elek trodeneine nutzbare elektromotorische Kraft (EMK) entstehen lässt. Von den Elektroden kann Gleich strom abgenommen werden.
Es ist schon vorgeschlagen worden, das Plasma auf schraubenförmiger Bahn zwischen koaxialen zy lindrischen Elektroden in einem axialen Magnetfeld durchströmen zu lassen. Mit dieser Anordnung kann man bei gedrungener Bauform grosse Leistung er zielen. Man kann die Energie des Plasmas ausserdem mit einem zylindrisch-ringförmigen Kanal besser aus nützen als bei kastenförmigen Kanälen mit gleichem Strömungsweg, da sich das Plasma bei kleinerer Kanaloberfläche weniger abkühlt. Bei diesem Gene rator kann zwischen Innenzylinder und Aussenzylin der Gleichstrom abgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit solchen Generatoren auch Wechselstrom zu erzeugen. Sie betrifft also MHD-Generatoren mit schrauben förmiger Plasmaströmung in einem in Richtung der Schraubenachse verlaufenden Magnetfeld zwischen koaxialen zylindrischen Elektroden. Die Erfindung besteht in einer Unterteilung der Elektroden mittels zur Schraubenachse paralleler Schlitten, und Mitteln, um ein um die Schraubenachse rotierendes magne tisches Drehfeld zu erzeugen.
Bei einer dreifachen Unterteilung entstehen drei Elektrodenpaare mit sich gegenüberstehenden Elek trodenflächen. Diese Ausführungsform des Genera- tors nach der Erfindung liefert Drehstrom bzw. Wech selstrom. Zur Erzeugung von Wechselstrom genügen auch schon zwei Elektrodenpaare. Jedem Elektroden paar kann dabei Strom abgenommen werden. Es können auch mehr als drei Elektrodenpaare im zy lindrischen Ringkanal vorhanden sein.
Durch die Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeldes lässt sich die Frequenz des erzeugten Stromes fest legen. Das Drehfeld kann elektrisch durch Dreh strom erzeugt werden oder durch mechanisch umlau fende Magnete. Läuft das Drehfeld gegen die Plasma- strömung um, so wird eine besonders hohe EMK erzeugt. Es entsteht die Wirkung, als hätte das Plasma eine höhere Geschwindigkeit.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll der Ge nerator nach der Erfindung weiter erläutert werden. Fig. 1 zeigt die Plasmaströmung in einem Gene rator nach der Erfindung bei einem Querschnitt des zylindrisch-ringförmigen Kanals.
Fig. 2 veranschaulicht in schematischer Darstel lung den schraubenförmigen Strömungsverlauf beim Generator nach Fig. 1 am längsgeschnittenen Kanal dargestellt.
In Fig. 3 sind bei einem Querschnitt gemäss Fig. 1 ider Verlauf von Magnetfeld und ;Feldstärke zwischen .den Elektroden. schematisch wiedergegeben. Es ist die Elektro!denaufteilung für Drehstromerzeu- gung,angedeutet. Fig. 4 gibt die Verhältnisse nach Fig. 3 im Längsschnitt wieder.
Fig. 5 ist die Stirnansicht eines Generators nach der Erfindung.
Fig. 6 stellt den Querschnitt durch den Generator nach Fig. 5 längs VI-VI genommen dar.
Fig. 7 zeigt ein Schaltungsbeispiel für die Ab nahme von Drehstrom beim Generator nach Fig. 5. In den Figuren 1 bis 4 ist der innere Zylinder des zylindrischringförmigen Kanals mit 1, der äussere mit 2 bezeichnet. Das Plasma wird durch den Einlass 3 zugeführt, durchströmt mit Pfeilrichtung schrauben förmig den Kanal mit der Geschwindigkeit v und verlässt ihn durch den Auslass 4.
Wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen, sind äussere (2) und innere (1) Elektrodenzylinder durch drei Schnittebenen, in denen die Schraubenachse liegt, unterteilt, so dass sich drei voneinander isolierte Elektrodenpaare 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10 mit radial gegenüberliegenden Elektroden ergeben. Der innere unterteilte Elektrodenzylinder 1 kann mit elektrisch isolierender Keramik ausgefüllt sein. Alle Fügen zwischen den Elektroden können durch Kitt schichten voneinander elektrisch isoliert werden. Auf Grund der Plasmaströmung v entsteht bei einem angelegten magnetischen Drehfeld H mit einer ange deuteten Feldverteilung für einen bestimmten Augen blick die eingezeichnete Verteilung der elektrischen Feldstärke E.
Bei Weiterdrehen des Magnetfeldes wandert das elektrische Feld mit, und an den drei Elektrodenpaaren können drei Wechselstromphasen oder Drehstrom abgenommen werden.
Aus der schematischen Stirnansicht des Genera- tors nach der Erfindung in Fig. 5 ist die Anordnung der Magnetkerne 11, 12 und 13 mit den Magnet wicklungen 14 zur Erzeugung des Magnetfeldes durch Drehstrom zu ersehen. Im Längsschnitt nach Fig. 6, der den Generator nach Fig. 5 längs VI-VI genom men geschnitten darstellt, erkennt man die Polschute 11a und 11b des Magnetkernes 11, zwischen denen das Magnetfeld H im Kanal entsteht.
Bei einem Schaltungsbeispiel gemäss Fig. 7 für die Erzeugung von Drehstrom werden elektrische Anschlüsse von den Elektrodenpaaren 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10 zu Transformatoren 15, 16 und 17 geführt. Sekundärseitig stehen die drei Drehstrom phasen R, S, T und z. B. die Phase 0(Null) zur Ver fügung.
Bei einem mechanisch umlaufenden magnetischen Drehfeld könnte bei dem beschriebenen Ausführungs beispiel ein einzelner Magnet in Umlauf gebracht werden.
Magnetohydrodynamic generator Efforts to generate alternating current or three-phase current with magnetohydrodynamic generators (MHD generators) serve the goal of generating alternating current more economically than by converting direct current into alternating current and avoiding the losses of subsequent conversion.
In an MHD generator, a plasma is usually passed between electrodes at high speed. The electrodes can be arranged in a channel. The fast-flowing plasma can be an ionized gas from combustion products or it can come about through radiation and heat from radioactive processes.
If a magnetic field is applied perpendicular to a plane laid by the electrons and perpendicular to the direction of the plasma currents, a field strength is generated in the plasma that creates a usable electromotive force (EMF) between the electrodes. Direct current can be drawn from the electrodes.
It has already been proposed to let the plasma flow through on a helical path between coaxial zy-cylindrical electrodes in an axial magnetic field. With this arrangement you can achieve great performance with a compact design. The energy of the plasma can also be better utilized with a cylindrical-ring-shaped channel than with box-shaped channels with the same flow path, since the plasma cools less with a smaller channel surface. With this generator, the direct current can be drawn between the inner cylinder and the outer cylinder.
The invention is based on the object of also generating alternating current with such generators. It thus relates to MHD generators with a helical plasma flow in a magnetic field extending in the direction of the screw axis between coaxial cylindrical electrodes. The invention consists in a subdivision of the electrodes by means of slides parallel to the screw axis, and means to generate a rotating magnetic field rotating around the screw axis.
With a threefold subdivision, three electrode pairs are created with opposing electrode surfaces. This embodiment of the generator according to the invention supplies three-phase or alternating current. Two pairs of electrodes are sufficient to generate alternating current. Current can be drawn from each pair of electrodes. There can also be more than three pairs of electrodes in the cylindrical ring channel.
The frequency of the generated current can be determined by the speed of rotation of the rotating field. The rotating field can be generated electrically by three-phase current or by mechanically rotating magnets. If the rotating field runs against the plasma flow, a particularly high EMF is generated. The effect arises as if the plasma had a higher speed.
The generator according to the invention will be explained further using an exemplary embodiment. Fig. 1 shows the plasma flow in a generator according to the invention in a cross section of the cylindrical-annular channel.
Fig. 2 shows a schematic presen- tation of the helical flow course in the generator according to FIG. 1 shown on the longitudinally cut channel.
In FIG. 3, in a cross section according to FIG. 1, the course of the magnetic field and the field strength between the electrodes are shown. shown schematically. The electrical distribution for three-phase current generation is indicated. FIG. 4 shows the relationships according to FIG. 3 in a longitudinal section.
Fig. 5 is an end view of a generator according to the invention.
FIG. 6 shows the cross section through the generator according to FIG. 5 taken along VI-VI.
FIG. 7 shows an example of a circuit for the acceptance of three-phase current in the generator according to FIG. 5. In FIGS. The plasma is supplied through the inlet 3, flows through the channel in the direction of the arrow in a helical manner at the speed v and leaves it through the outlet 4.
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the outer (2) and inner (1) electrode cylinders are divided by three sectional planes in which the screw axis lies, so that three pairs of electrodes 5 and 6, 7 and 8, 9 and 10 result with radially opposite electrodes. The inner divided electrode cylinder 1 can be filled with electrically insulating ceramic. All joints between the electrodes can be electrically isolated from one another by layers of cement. Due to the plasma flow v, when a rotating magnetic field H is applied, with an indicated field distribution, the distribution of the electric field strength E.
If the magnetic field continues to rotate, the electric field moves along with it, and three alternating current phases or three-phase current can be drawn from the three pairs of electrodes.
From the schematic end view of the generator according to the invention in FIG. 5, the arrangement of the magnetic cores 11, 12 and 13 with the magnetic windings 14 for generating the magnetic field by three-phase current can be seen. In the longitudinal section according to FIG. 6, which shows the generator according to FIG. 5 along VI-VI genom men, one recognizes the pole pieces 11a and 11b of the magnetic core 11, between which the magnetic field H arises in the channel.
In a circuit example according to FIG. 7 for the generation of three-phase current, electrical connections are routed from the electrode pairs 5 and 6, 7 and 8, 9 and 10 to transformers 15, 16 and 17. On the secondary side are the three three-phase phases R, S, T and z. B. phase 0 (zero) is available.
In the case of a mechanically rotating magnetic rotating field, a single magnet could be brought into circulation in the embodiment described.