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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur magnetohydrodynamischen Erzeugung von elektrischer Energie in einem mit Brennstoff betriebenen
MHD-Generator, bei welchem der Brennstoff zu Verbren nungsprodukten verbrennt wird und diese durch Stosswellen ionisiert dem MHD-Kanal zugeführt werden, dadurch gekenn zeichnet, dass zur mehrstufigen Ionisierung der Verbrennungs produkte die Stosswellen erst nach vollständiger Verbrennung des Brennstoffes hervorgerufen, durch Reflexion gerichtet und mehrmals durch die Verbrennungsprodukte geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsprodukte durch die mehrmals reflektier ten Stosswellen in den MHD-Kanal gezwungen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stosswellen durch Explosion erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stosswellen durch Laserstrahl-Initiierung eines
Sprengstoffes erzeugt werden.
5. Magnetohydrodynamischer Generator zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welchem Generator dem
MHD-Kanal eine Brennkammer vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (10) als Hohlraumreso nator ausgebildet und mit einer Vorrichtung (24,22,20 bzw. 30, 26) zum Zuführen und Zünden von Sprengstoff sowie mit einer
Steuereinheit (36) zum Auslösen des Zuführens von Brennstoff, der Verbrennung, des Zuführens von Sprengstoff und der Zündung des Sprengstoffs in der genannten Reihenfolge ausgerü stet ist
6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator (10) durch einander gegenüberliegende paraboloidische Wände (46,48) begrenzt ist.
7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die paraboloidischen Wände (46,48) verschiedene Brennweiten (f 1, f2) aufweisen und die Wand (46) mit geringerer Brennweite (fl) gegenüber einer Auspufföffnung (34) in der Wand (48) mit grösserer Brennweite für die Verbrennungsprodukte liegt, so dass der Kreuzungspunkt (B) der axialen Mittellinie (A-A) der Brennkammer (10) mit der axialen Mittellinie (B-B) der Sprengstoffzuführung (20) durch die beiden Wände (46,48) in die Auspufföffnung (34) abgebildet wird (Fig. 2).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur magnetohydrodynamischen Energieerzeugung in einem mit Brennstoff betriebenen MHD-Generator sowie einen MHD-Generator zur Ausführung des Verfahrens. MHD ist in bekannter Weise eine Abkürzung für magnetohydrodynamisch .
Bei mit Brennstoff betriebenen MHD-Generatoren werden Verbrennungsprodukte von billigen Brennstoffen wie Kohle, Ö1, Erdgas, Kohlenmonoxyd oder dergleichen als Arbeitsmittel verwendet. Der Wirkungsgrad derartiger MHD-Systeme nimmt mit der elektrischen Leitfähigkeit ihrer Arbeitsmittel zu, wobei die Leitfähigkeit von der Ionisation des Arbeitsmittels abhängig ist. Nun sind die Verbrennungstemperaturen der herkömmlichen Brennstoffe nicht hoch genug, um eine geeignete Ionisation der Verbrennungsprodukte herbeizuführen. Deshalb ist vorgeschlagen worden, die Ionisation von Arbeitsmitteln in MHD-Systemen in verschiedener Weise zu fördern, wie z. B.
durch Zuführung von Energie, elektrische Bogenentladung bzw. durch Zusätze von Alkalimetallen wie Zäsium oder Kalium.
Auch Stosswellen sind geeignet, die Ionisation zu fördern, da sie gerichtet sind und somit Translations- und Dissotiationsterme in der Richtung ihrer Fortpflanzung erzeugen. MHD Generatoren dieser Art sind z. B. in der GB-PT 1 296309 beschrieben. Stosswellen sind in den Verbrennungseinrichtungen von MHD-Generatoren unter anderem durch periodische Zuführung und Entzündung von Sprengstoffen erzeugt worden, wodurch elektrische Impulse hoher Spannung im Bereich von 10 bis 20 Kilovolt erreicht werden konnten. Eine Abhandlung über MHD-Generatoren dieser Art ist von Ernest H. Jager und Franz R. Thomanek unter dem Titel Untersuchungen über sprengstoffbetriebene MHD-Generatoren in Vol. 25 (1974) Journal of Applied Mathematics and Physics (ZAMP), S.47 bis 54, erschienen. Sprengstoffe sind aber verhältnismässig zu kostspielig, um als Brennstoffe verwendet zu werden.
Ausserdem sind die Zeitdauern der Explosion zu kurz, um den Sprengstoff gründlich verbrennen zu können, wodurch die Energieumwandlung unvollkommen wird und unvermeidliche Energieverluste bei niedrigem Wirkungsgrad eintreten. Deshalb werden sprengstoffbetriebene MHD-Generatoren aus wirtschaftlichen Gründen zur Zeit zurückgestellt
Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Schwierigkeit
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines MHD-Systems, das mit herkömmlichen Brennstoffen und mit Stosswellenionisation wirtschaftlich betrieben werden kann.
Zu diesem Zweck geht die Erfindung von einem Verfahren zur magnetohydrodynamischen Erzeugung von elektrischer Energie in einem mit Brennstoff betriebenen MHD-Generator aus, bei welchem der Brennstoff zu Verbrennungsprodukten verbrannt wird und diese durch Stosswellen ionisiert dem MHD-Kanal zugeführt werden. Die Erfindung selbst besteht darin, dass zur mehrstufigen Ionisierung der Verbrennungsprodukte die Stosswellen erst nach vollständiger Verbrennung des Brennstoffes hervorgerufen, durch Reflexion gerichtet und mehrmals durch die Verbrennungsprodukte geführt werden.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht vor allem darin, dass gewöhnliche Brennstoffe wie Kohle, Öl, Erdgas, Kohlenmonoxyd usw. verwendet werden können. Derartige Brennstoffe sind verhältnismässig billig und stehen in reichem Masse zur Verfügung, so dass sie besonders geeignet sind, wirtschaftliche MHD-Systeme zu schaffen. Wie bereits erwähnt, werden diese Brennstoffe vor ihrer Zuführung zu einem MHD-Generator vollständig verbrannt. Deshalb entstehen im Gegensatz zu mit Sprengstoff befeuerten MHD-Generatoren, bereits keine Energieverluste, die durch unvollständige Verbrennung des Brennstoffes bedingt wären. Es ist ferner erkannt worden, dass die Verbrennungsprodukte der vollständigen Verbrennung des Brennstoffes durch Erregung von Stosswellen mittels überraschend geringer Mengen an Spreng stoff wirksam ionisiert werden können.
Dies bedeutet aber eine erhebliche Senkung der Kosten des Sprengstoffverbrauches.
Hierzu kommt, dass die verhältnismässig langsam vor sich gehende Verbrennung eine zuverlässige Synchronisation der
Brennstoffzufuhr, der Zündung, der Verbrennung, der Stosswellenerregung, der Entweichung der Verbrennungsprodukte, sowie der Wiederholungen des Zyklus zulässt. Auf diese Weise kann ein verhältnismässig hoher Wirkungsgrad erreicht werden, der gemäss Rechnungen etwa 30 bis 40% beträgt Derart hohe Wirkungsgrade sind dem Umstand zuzuschreiben, dass die Stosswellen gerichtet sind und dadurch die Bildung von Translations- und Dissoziationsterme erheblich fördern, wie dies bereits erwähnt worden ist. Dies ist dem Umstand zuzu schreiben, dass die Stosswellen ihre Bahn durch den Feuerraum hindurch wiederholt zurücklegen.
Das vorgeschlagene Verfahren kann durch einen magnetohydrodynamischen Generator mit vorgeschalteter Brennkammer ausgeübt werden. Die Brennkammer ist als Hohlraumresonator ausgebildet und mit einer Vorrichtung zum Zuführen bzw. Zünden von Sprengstoff, sowie mit einer Steuereinheit zum Auslösen des Zuführens von Brennstoff, der Verbrennung, des Zuführens von Sprengstoff und der Zündung des Spreng
stoffs in der genannten Reihenfolge ausgerüstet.
Zweckmässig ist der Hohlraumresonator durch einander gegenüber liegende paraboloidische Wände begrenzt. Der Vorteil einer derartigen Ausbildung des Feuerraumes besteht darin, dass die Stosswellen wiederholt durch den Feuerraum hindurch laufen werden. Auf diese Weise verlängert sich die Laufbahn der Stosswellen, wodurch dann die Bildung von Translations- und Dissoziationstermen und folglich die Ionisation wesentlich zunehmen.
Die paraboloidischen Wände können dabei verschiedene Brennweiten aufweisen und die Wand mit geringerer Brennweite liegt gegenüber einer Auspufföffnung in der Wand mit grösserer Brennweite für die Verbrennungsprodukte, so dass der Kreuzungspunkt der axialen Mittelinie der Brennkammer mit der axialen Mittellinie der Sprengstoffzuführung durch die beiden Wände in die Auspufföffnung abgebildet wird. Dies hat zur Folge, dass die Stosswellen ohne wesentliche Dämpfung den Hohlraumresonator verlassen können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert.
Fig. list ein Schaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen magnetohydrodynamischen Generators.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt über die Hauptkonstruktionsteile des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist eine Verbrennungseinrichtung 10 mit einem MHD-Kanal 12 verbunden. Der Feuerraum der Verbrennungseinrichtung ist mit 1 Oa bezeich- net.
Die Verbrennungseinrichtung 10 weist eine Brennstoffeinlassöffnung 14 auf, die über eine Leitung 18 mit einer Brennstofffördereinheit 16, z. B. mit einer Brennstofförderpumpe oder Zerstäuber verbunden ist. In gleicher Weise hat die Verbrer.nungseinrichtung 10 eine Sprengstoffeinlass öffnung 20, dic iiber eine Leitung 22 an eine Sprengstoffliefereinheit 24, z. B. ebenfalls an eine Förderpumpe angeschlossen ist. Eine dritte Öffnung 28 in der Verbrennungseinrichtung 10 ist durch einen durchsichtigen Deckel 26 abgedeckt und dient als Zündungsöffnung 28.
Der Brennstoff kann z. B. durch einen Plasmabrenner, einen Glühkopf, eine Zündkerze oder dergleichen gezündet werden.
Zweckmässig wird jedoch ein Impulslaser 30 verwendet, der geeignet ist, eine Explosion des durch die Sprengstoffeinlassöffnung 20 hindurch zugeführten Sprengstoffes auszulösen. Es ist nämlich erkannt worden, dass Laserstrahlen geeignet sind, flüssige und solide Sprengstoffe zur Explosion zu bringen, da Zündungen dieser Art eine Joulesche Wärme von 0,1 bis 10 cal und eine Leistung von 0,1 bis 10 Megawatt erfordern und Laserstrahlen diesen Forderungen leicht gerecht werden. Ihre Verwendung zur Zündung ist besonders bei der Erfindung vorteilhaft, weil der Zeitpunkt der Zündung exakt bestimmt werden kann.
Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Fühler in der Verbrennungseinrichtung 10. Der Fühler 32 nimmt mindestens einen Parameter der Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung wahr und liefert in Abhängigkeit von diesem Parameter ein elektrisches Signal. Der Signalausgang des Fühlers 32 ist mit 32a bezeichnet.
Die Verbrennungseinrichtung 10 ist ferner mit einer Auspufföffnung 34 für die Verbrennungsprodukte versehen, über welche die Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungseinrichtung dem MHD-Kanal 12 zuströmen.
Mit 36 ist eine Steuereinheit bezeichnet, welche einen Steuersignaleingang 36a und zwei Steuersignalausgänge 36b bzw. 36c aufweist. Der Steuersignaleingang 36a ist über einen Stromweg 38 mit dem Signalausgang 32a des Fühlers 32 verbunden, während die Steuersignalausgänge 36b und 36c der Steuereinheit 36 sich über Stromwege 40 bzw. 42 an die Brennstoffliefereinheit 16 bzw. die Sprengstoffliefereinheit 24 anschliessen.
Die Sprengstoffliefereinheit 24 ist über einen Stromweg 44 mit dem Laser 30 verbunden.
Wie ersichtlich, liegen beim dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits der Impulslaser 30, die Zündungsöffnung 28 und die Auspufföffnung 34 für die Verwendungsprodukte in einer axialen Mittellinie A-A. Die Sprengstoffeinlassöffnung 20 ist anderseits so angeordnet, dass ihre axiale Mittellinie B-B quer zur axialen Mittellinie A-A liegt. Diese gegenseitige Anordnung der axialen Mittellinien A-A und B-B ergibt einen eindeutig bestimmten Kreuzungspunkt der beiden Linien. Die Bedeutung dieses Umstandes geht aus dem Folgenden hervor.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Feuerraum 10 durch einander gegenüber liegende paraboloide Wände 46 und 48 begrenzt. Im gezeichneten Fall weisen die paraboloiden Wände 46 und 48 verschiedene Brennweiten fl bzw. f2 auf, wobei die Brennpunkte mit F1 bzw. F2 bezeichnet sind. Die paraboloide Wand 46 mit geringerer Brennweite fl liegt der Auspufföffnung 34 gegenüber. Einander gegenüber liegende paraboloide Wände, wie im gezeichneten Fall die Wände 46 und 48 sind besonders geeignet, die Strahlen, die durch sie reflektiert werden, zu bündeln. Wenn aber die Brennweiten fl und f2 in der beschriebenen Weise, das heisst unterschiedlich gewählt werden, kann das Bild des Kreuzungspunktes der axialen Mittellinien A-A und B-B in die Auspufföffnung 34 abgebildet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Bedeutung dieser Massnahme ist bereits erläutert worden.
Der MHD-Kanal 12 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Eine Lavaldüse 50 hat einen Diffusorteil, der ein magnetisches Linsensystem 52 trägt. Elektroden 54a und 54b, die von der Lavaldüse 50 isoliert sind, liegen in einem elektrischen Stromkreis 56, der auch die Magnetspulen 58 und 60 des magnetischen Linsensystems 52 sowie eine Last 62 umfasst.
Weitere Konstruktionseinzelheiten gehen aus Fig. 2 hervor.
Die Verbrennungseinrichtung 10 besteht aus zwei Gehäuseteilen 64 und 66, die den Feuerraum 10a umschliessen. Ein Hohlraum 68 dient zur Aufnahme des Fühlers 32, der anhand der Beschreibung der Fig. 1 bereits erwähnt worden ist. Nebst der Sprengstoffeinlassöffnung 20 ist ein Hohlraum 70 für denselben Zweck vorgesehen. Diese Massnahme erleichtert den Zusammenbau. Nicht verwendete Einlassöffnungen oder Hohlräume werden z. B. durch nicht dargestellte Pfropfen geschlossen.
Die Gehäuseteile 64 und 66 werden in ihrer gegenseitigen Lage durch Schrauben 72 und 74 festgehalten.
Der MHD-Kanal 12 ist durch eine Verschraubung 76 an der Verbrennungseinrichtung 10 befestigt. Die Elektroden 54a und 54b sind vom metallischen Körper des MHD-Kanals durch eine Isolierung 78 elektrisch getrennt.
Die beschriebene magnetohydrodynamische Einrichtung arbeitet wie folgt:
Die Brennstoffliefereinheit 16 (Fig. 1) lässt dem Feuerraum 1 0a der Verbrennungseinrichtung 10 über die Leitung 18 einen herkömmlichen Brennstoff, wie z. B. Benzin, Dieselöl oder Kohlenstaub zufliessen. Menge und Zeitpunkt der Brennstofflieferung wird durch die Steuereinheit 36 bestimmt. Dem Arbeitsmittel kann dabei ein Alkalimetall wie Zesium oder Kalium zugesetzt werden, welche vor oder während der Brennstofflieferung beigemischt werden. Sauerstoff oder Sauerstoffträger, z. B. Luft können ebenfalls zugesetzt werden.
Der in den Feuerraum 10a der Verbrennungseinrichtung 10 gespeiste Brennstoff wird in an sich bekannter Weise durch den Impulslaser 30 angezündet und dann vollständig verbrannt.
Nach der vollständigen Verbrennung und nachdem ein entspre chendes Signal durch den Fühler 32 der Steuereinheit 36 zuge sandt worden ist, betätigt die letztere die Sprengstofflieferein heit 24, die über die Zulassöffnung 20 eine vorbestimmte
Menge an Sprengstoff zwischen die Brennpunkte F1 und F2 fördert. Wenn der zugeführte Brennstoff zwischen den Brenn punkten F1 und F2 angelangt ist, sendet der Impulsleser 30, der jetzt als Zündungsmittel arbeitet, einen Laserstrahl zum Sprengstoff im Feuerraum 10a und löst dadurch eine Explosion aus.
Die Explosion im Feuerraum 10a hat eine Stosswelle in den Verbrennungsprodukten zur Folge, die sich etliche Male zwischen den paraboloiden Wänden 46 und 48 hin und her fortpflanzt, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist Auf diese Weise werden die Verbrennungsprodukte stark ionisiert, bevor sie über die Auspufföffnung 34 der Lavaldüse 50 zuströmen. Wie bereits erwähnt, erfolgt diese Zuströmung ohne wesentliche Dämpfung, weil der Kreuzungspunkt der axialen Mittellinien A-A und B-B in die Auspufföffnung 34 abgebildet wird.
Die stark ionisierten Verbrennungsprodukte entweichen aus dem Feuerraum 10a bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten und bewegen sich durch ein quergerichtetes magnetisches Feld hindurch, das durch das magnetische Linsensystem 52 erregt wird. Das quergerichtete magnetische Feld bewirkt, dass die ionisierten Verbrennungsprodukte an den Elektroden 54a und 54b aufschlagen und zwischen ihnen einen Spannungsunterschied erzeugen, der im elektrischen Stromkreis 56 einen Strom bewirkt, der die Last 62 mit Energie versorgt.
Die Steuereinheit 36 gewährleistet, dass das beschriebene Verfahren periodisch wiederholt wird, wodurch der Strom im elektrischen Stromkreis 56 als pulsierender Gleichstrom erscheint
In der beschriebenen Weise wurde ermöglicht, MHD Generatoren zu bauen, die alle vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Vorrichtungen und Verfahren ohne ihre Nachteile vereinen. Insbesondere können herkömmliche Brennstoffe verwendet und vollständig verbrannt werden. Ein überwiegender Teil der nützlichen Wärme wird aus derartigen billigen Brennstoffen gewonnen. Gleichzeitig werden Stosswellen erregt, durch welche die Verbrennungsprodukte ionisiert, beschleunigt und gebündelt werden. Zu diesem Zweck genügen geringe Mengen von Sprengstoff, so dass auch die Stosswellenkosten verhältnismässig niedrig ausfallen.
Die einzelnen Phasen der Energieumwandlung folgen einander in einer koordinierten Reihenfolge, wodurch ideale Betriebsverhältnisse und hohe Wirkungsgrade im Bereich von 30 bis 40% erreicht werden können, wie dies durch Berechnungen ermittelt werden konnte.
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PATENT CLAIMS
1. Method for magnetohydrodynamic generation of electrical energy in a fuel-operated
MHD generator, in which the fuel is burned to combustion products and these are ionized by shock waves and fed to the MHD channel, characterized in that for multi-stage ionization of the combustion products, the shock waves are only caused after complete combustion of the fuel, directed by reflection and passed through the combustion products several times.
2. The method according to claim 1, characterized in that the combustion products are forced into the MHD channel by the shock waves reflected several times.
3. The method according to claim 1, characterized in that the shock waves are generated by explosion.
4. The method according to claim 3, characterized in that the shock waves by laser beam initiation of a
Explosives are generated.
5. Magnetohydrodynamic generator for performing the method according to claim 1, in which the generator
MHD channel upstream of a combustion chamber, characterized in that the combustion chamber (10) is designed as a cavity resonator and with a device (24, 22, 20 or 30, 26) for supplying and detonating explosives and with a
Control unit (36) for triggering the supply of fuel, the combustion, the supply of explosives and the ignition of the explosives is equipped in the order mentioned
6. Generator according to claim 5, characterized in that the cavity resonator (10) is delimited by mutually opposite paraboloid walls (46, 48).
7. Generator according to claim 6, characterized in that the paraboloid walls (46,48) have different focal lengths (f 1, f2) and the wall (46) with a smaller focal length (fl) compared to an exhaust opening (34) in the wall ( 48) with a larger focal length for the combustion products, so that the crossing point (B) of the axial center line (AA) of the combustion chamber (10) with the axial center line (BB) of the explosives supply (20) through the two walls (46, 48) in the exhaust opening (34) is shown (Fig. 2).
The invention relates to a method for magnetohydrodynamic energy generation in a fuel-operated MHD generator and an MHD generator for carrying out the method. MHD is an abbreviation for magnetohydrodynamic in a known manner.
In the case of fuel-operated MHD generators, combustion products from cheap fuels such as coal, oil, natural gas, carbon monoxide or the like are used as working media. The efficiency of such MHD systems increases with the electrical conductivity of their work equipment, the conductivity being dependent on the ionization of the work equipment. Now the combustion temperatures of the conventional fuels are not high enough to bring about a suitable ionization of the combustion products. Therefore, it has been proposed to promote the ionization of tools in MHD systems in various ways, such as. B.
by supplying energy, electrical arc discharge or by adding alkali metals such as cesium or potassium.
Shock waves are also suitable for promoting ionization, since they are directed and thus generate translation and dissotiation terms in the direction of their propagation. MHD generators of this type are e.g. B. described in GB-PT 1 296309. Shock waves have been generated in the combustion devices of MHD generators by, among other things, periodically supplying and igniting explosives, as a result of which electrical pulses of high voltage in the range from 10 to 20 kilovolts could be achieved. A treatise on MHD generators of this type is by Ernest H. Jager and Franz R. Thomanek under the title Studies on explosive-operated MHD generators in Vol. 25 (1974) Journal of Applied Mathematics and Physics (ZAMP), pp. 47 to 54 , appeared. However, explosives are too expensive to be used as fuels.
In addition, the duration of the explosion is too short to be able to burn the explosive thoroughly, which makes the energy conversion imperfect and inevitable energy loss occurs with low efficiency. Therefore, explosive-operated MHD generators are currently being put on hold for economic reasons
The invention aims to overcome this difficulty
The object of the invention is to provide an MHD system which can be operated economically with conventional fuels and with shock wave ionization.
For this purpose, the invention is based on a method for magnetohydrodynamic generation of electrical energy in a fuel-operated MHD generator, in which the fuel is burned to form combustion products and these are ionized and supplied to the MHD channel by shock waves. The invention itself consists in the fact that, for the multi-stage ionization of the combustion products, the shock waves are only generated after the fuel has been completely burned, directed by reflection and passed through the combustion products several times.
The main advantage of the proposed method is that ordinary fuels such as coal, oil, natural gas, carbon monoxide, etc. can be used. Such fuels are relatively cheap and are available in large quantities, so that they are particularly suitable for creating economical MHD systems. As already mentioned, these fuels are completely burned before being fed to an MHD generator. Therefore, in contrast to MHD generators fired with explosives, there are no energy losses that would be caused by incomplete combustion of the fuel. It has also been recognized that the combustion products of the complete combustion of the fuel by excitation of shock waves can be effectively ionized by means of surprisingly small amounts of explosive.
However, this means a significant reduction in the costs of explosives consumption.
In addition, the relatively slow combustion ensures reliable synchronization of the
Fuel supply, the ignition, the combustion, the shock wave excitation, the escape of the combustion products, as well as the repetitions of the cycle. In this way, a relatively high level of efficiency can be achieved, which according to calculations is approximately 30 to 40%. Such high levels of efficiency can be attributed to the fact that the shock waves are directed and thereby significantly promote the formation of translation and dissociation terms, as already mentioned is. This is due to the fact that the shock waves cover their path repeatedly through the combustion chamber.
The proposed method can be carried out by a magnetohydrodynamic generator with an upstream combustion chamber. The combustion chamber is designed as a cavity resonator and with a device for supplying or igniting explosives, and with a control unit for triggering the supply of fuel, the combustion, the supply of explosives and the ignition of the explosive
equipped in the order mentioned.
The cavity resonator is expediently delimited by mutually opposite paraboloid walls. The advantage of such a design of the combustion chamber is that the shock waves will run repeatedly through the combustion chamber. In this way, the path of the shock waves is extended, which then significantly increases the formation of translation and dissociation terms and consequently the ionization.
The paraboloid walls can have different focal lengths and the wall with a smaller focal length lies opposite an exhaust opening in the wall with a larger focal length for the combustion products, so that the point of intersection of the axial center line of the combustion chamber with the axial center line of the explosive feed through the two walls into the exhaust opening is mapped. The consequence of this is that the shock waves can leave the cavity without substantial damping.
Further details of the invention will be explained with reference to the drawings.
Fig. List is a circuit diagram of an exemplary embodiment of the magnetohydrodynamic generator according to the invention.
FIG. 2 shows a longitudinal section over the main structural parts of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
As can be seen from the drawing, a combustion device 10 is connected to an MHD channel 12. The combustion chamber's combustion chamber is designated 1 Oa.
The combustion device 10 has a fuel inlet opening 14 which is connected via a line 18 to a fuel delivery unit 16, e.g. B. is connected to a fuel feed pump or atomizer. In the same way, the combustion device 10 has an explosives inlet opening 20, via a line 22 to an explosives delivery unit 24, e.g. B. is also connected to a feed pump. A third opening 28 in the combustion device 10 is covered by a transparent cover 26 and serves as the ignition opening 28.
The fuel can e.g. B. can be ignited by a plasma torch, a glow head, a spark plug or the like.
However, a pulse laser 30 is expediently used, which is suitable for triggering an explosion of the explosive supplied through the explosive inlet opening 20. It has been recognized that laser beams are suitable for detonating liquid and solid explosives, since ignitions of this type require a Joule heat of 0.1 to 10 cal and an output of 0.1 to 10 megawatts, and laser beams easily meet these requirements satisfy. Their use for ignition is particularly advantageous in the invention because the time of ignition can be determined exactly.
Reference numeral 32 denotes a sensor in the combustion device 10. The sensor 32 senses at least one parameter of the combustion in the combustion device and supplies an electrical signal as a function of this parameter. The signal output of the sensor 32 is designated 32a.
The combustion device 10 is also provided with an exhaust opening 34 for the combustion products, via which the combustion products flow from the combustion device to the MHD channel 12.
36 designates a control unit which has a control signal input 36a and two control signal outputs 36b and 36c. The control signal input 36a is connected via a current path 38 to the signal output 32a of the sensor 32, while the control signal outputs 36b and 36c of the control unit 36 connect to the fuel supply unit 16 and the explosive supply unit 24 via current paths 40 and 42, respectively.
The explosives delivery unit 24 is connected to the laser 30 via a current path 44.
As can be seen, in the exemplary embodiment shown, the pulse laser 30, the ignition opening 28 and the exhaust opening 34 for the use products lie on the one hand in an axial center line A-A. On the other hand, the explosive inlet opening 20 is arranged such that its axial center line B-B lies transversely to the axial center line A-A. This mutual arrangement of the axial center lines A-A and B-B results in a clearly defined crossing point of the two lines. The importance of this fact follows from the following.
In the exemplary embodiment shown, the combustion chamber 10 is delimited by paraboloid walls 46 and 48 lying opposite one another. In the case shown, the paraboloid walls 46 and 48 have different focal lengths fl and f2, the focal points being designated F1 and F2. The paraboloid wall 46 with a smaller focal length fl lies opposite the exhaust opening 34. Paraboloid walls lying opposite one another, such as walls 46 and 48 in the illustrated case, are particularly suitable for concentrating the rays which are reflected by them. However, if the focal lengths f1 and f2 are selected in the manner described, that is to say differently, the image of the crossing point of the axial center lines A-A and B-B can be imaged in the exhaust opening 34, as is shown in FIG. 2.
The importance of this measure has already been explained.
The MHD channel 12 is constructed in a manner known per se. A Laval nozzle 50 has a diffuser part which carries a magnetic lens system 52. Electrodes 54a and 54b, which are insulated from Laval nozzle 50, lie in an electrical circuit 56, which also includes the magnetic coils 58 and 60 of the magnetic lens system 52 and a load 62.
Further construction details are shown in FIG. 2.
The combustion device 10 consists of two housing parts 64 and 66 which enclose the combustion chamber 10a. A cavity 68 serves to receive the sensor 32, which has already been mentioned with reference to the description of FIG. 1. In addition to the explosive inlet opening 20, a cavity 70 is provided for the same purpose. This measure makes assembly easier. Unused inlet openings or cavities are z. B. closed by grafts not shown.
The housing parts 64 and 66 are held in their mutual position by screws 72 and 74.
The MHD channel 12 is fastened to the combustion device 10 by a screw connection 76. The electrodes 54a and 54b are electrically separated from the metallic body of the MHD channel by insulation 78.
The magnetohydrodynamic device described works as follows:
The fuel delivery unit 16 (FIG. 1) leaves the combustion chamber 10a of the combustion device 10 via the line 18 a conventional fuel, such as. B. inflow gasoline, diesel oil or coal dust. The quantity and time of the fuel delivery is determined by the control unit 36. An alkali metal such as cesium or potassium can be added to the working fluid, which are mixed in before or during the delivery of the fuel. Oxygen or oxygen carrier, e.g. B. Air can also be added.
The fuel fed into the combustion chamber 10a of the combustion device 10 is ignited in a manner known per se by the pulse laser 30 and then completely burned.
After the complete combustion and after a corre sponding signal has been sent by the sensor 32 to the control unit 36, the latter actuates the explosive delivery unit 24, which has a predetermined opening 20
The amount of explosives between focal points F1 and F2 promotes. When the supplied fuel has reached the focal points F1 and F2, the pulse reader 30, which now works as an ignition means, sends a laser beam to the explosive in the combustion chamber 10a and thereby triggers an explosion.
The explosion in the combustion chamber 10a results in a shock wave in the combustion products, which propagates back and forth a number of times between the paraboloid walls 46 and 48, as indicated by broken lines in FIG. 2. In this way, the combustion products are strongly ionized, before flowing through the exhaust port 34 of the Laval nozzle 50. As already mentioned, this inflow takes place without substantial damping because the point of intersection of the axial center lines A-A and B-B is mapped into the exhaust opening 34.
The highly ionized combustion products escape from the combustion chamber 10a at very high flow rates and move through a transverse magnetic field which is excited by the magnetic lens system 52. The transverse magnetic field causes the ionized combustion products to strike electrodes 54a and 54b and create a voltage difference between them that causes a current in electrical circuit 56 to power load 62.
The control unit 36 ensures that the described method is repeated periodically, as a result of which the current in the electrical circuit 56 appears as a pulsating direct current
In the manner described, it was possible to build MHD generators that combine all the advantageous properties of the known devices and methods without their disadvantages. In particular, conventional fuels can be used and completely burned. Most of the useful heat is obtained from such cheap fuels. At the same time, shock waves are excited by which the combustion products are ionized, accelerated and bundled. Small amounts of explosives are sufficient for this purpose, so that the shock wave costs are also relatively low.
The individual phases of the energy conversion follow one another in a coordinated order, as a result of which ideal operating conditions and high efficiencies in the range from 30 to 40% can be achieved, as could be determined by calculations.