CH421270A - Magnetohydrodynamic generator - Google Patents

Magnetohydrodynamic generator

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CH421270A
CH421270A CH999164A CH999164A CH421270A CH 421270 A CH421270 A CH 421270A CH 999164 A CH999164 A CH 999164A CH 999164 A CH999164 A CH 999164A CH 421270 A CH421270 A CH 421270A
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CH
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rotating
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magnetic field
screw axis
generator according
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Application number
CH999164A
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Rudolf Dipl Ing Gebel
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Siemens Ag
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    • H02K44/26Magnetohydrodynamic [MHD] generators for generating AC power by creating a travelling magnetic field

Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Magnetohydrodynamischer Generator mit schraubenförmiger Plasmaströmung mit einem in Rich tung der Schraubenachse verlaufenden Magnetfeld zwischen koaxialen zylindrischen Elektroden, gekenn zeichnet durch mittels zur Schraubenachse paralleler Schlitten unterteilte Elektroden und durch Mittel, um ein um die Schraubenachse rotierendes magne tisches Drehfeld zu erzeugen. II. PATENT CLAIMS I. Magnetohydrodynamic generator with helical plasma flow with a magnetic field running in the direction of the screw axis between coaxial cylindrical electrodes, characterized by electrodes subdivided by means of slides parallel to the screw axis and means to generate a rotating magnetic field rotating around the screw axis. II. Verfahren zum Betrieb eines Generators nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, :dass .das Mittel .zur Erzeugung eines um die Schraubenachse rotierenden magnetischen Drehfeldes so eingesetzt wird, @dass das Drehfeld zur Plasmaströmung gegen läu fig ist. Method for operating a generator according to patent claim 1, characterized in that .the means .for generating a rotating magnetic field rotating about the screw axis is used in such a way that the rotating field is counter-rotating to the plasma flow. UNTERANSPRUCH Generator nach Patentanspruch I, gekennzeich- net durch idrei Elektroidenpaare mit sich radmal igeigea überstehenden Elektroden. SUBCLAIM Generator according to patent claim I, characterized by three pairs of electroids with electrodes protruding rad times igeigea.
CH999164A 1963-09-21 1964-07-30 Magnetohydrodynamic generator CH421270A (en)

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