CH664858A5 - Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating - Google Patents

Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating Download PDF

Info

Publication number
CH664858A5
CH664858A5 CH593184A CH593184A CH664858A5 CH 664858 A5 CH664858 A5 CH 664858A5 CH 593184 A CH593184 A CH 593184A CH 593184 A CH593184 A CH 593184A CH 664858 A5 CH664858 A5 CH 664858A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
medium
magnetic field
electrodes
housing
area
Prior art date
Application number
CH593184A
Other languages
German (de)
Inventor
Ernst Marcus
Original Assignee
Ernst Marcus
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ernst Marcus filed Critical Ernst Marcus
Priority to CH593184A priority Critical patent/CH664858A5/en
Publication of CH664858A5 publication Critical patent/CH664858A5/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • H02K44/085Magnetohydrodynamic [MHD] generators with conducting liquids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Magnetic Treatment Devices (AREA)

Abstract

A casing (1) forms a closed loop in which an electrically conducting medium flows. The casing has hot (2) and cold (3) regions. By heating the hot region convection begins and the medium circulates. A magnetic field (7,8) cuts the medium. A voltage appears at two electrodes (11,12). A non-return valve (6) lies between the hot and cold regions. In the region of the magnetic field the casing has a reduced cross-section to increase flow speed. The electrodes form part of the casing wall. The field may be produced by permanent magnets and/or coils. ADVANTAGE - cheap because mechanically simple.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie.



   Bei bekannten Vorrichtungen zur Umwandlung von Wärmeenergie in Elektrizität wird ein Medium verdampft und die im Dampf enthaltene Energie zum Antrieb eines Generators verwendet. Solche Anlagen sind aber maschinenbautechnisch aufwendig (Turbine, Generator) und demzufolge teuer und benötigen in der Regel hochwertige Wärmeenergie, d.h. hohe Temperaturen.



   Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie zu schaffen, welche mechanisch einfach und damit kostengünstig herstellbar ist.



   Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch ein mit einem fliessfähigen elektrisch leitenden Medium gefülltes, einen geschlossenen Kreislauf für das Medium bildendes Gehäuse, welches einen Wärmeeinwirkungsbereich und einen Kühlbereich aufweist, wobei durch Erwärmung des Wärmeeinwirkungsbereichs eine zirkulierende Konvektionsströmung des Mediums erzielbar ist, mindestens eine Anordnung zur Erzeugung eines das Medium durchsetzenden Magnetfeldes und mindestens eine Elektrodenanordnung mit mindestens zwei, gemäss der Dreifingerregel im Medium im Bereich der Magnetfeldanordnung angeordneten Elektroden, zur Abnahme der elektrischen Nutzspannung.



   Da die Vorrichtung einfach und im wesentlichen ohne bewegliche Teile aufgebaut ist, kann ihr Einsatz auch bei nur geringem Wirkungsgrad wirtschaftlich sein. Da das Medium nur durch Konvektion bewegt wird, ist keine hohe Temperatur der Wärmequelle erforderlich.



   Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsart der Vorrichtung.



   Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Gehäuse 1 bildet einen Zirkulationsweg für das im Gehäuse 1 befindliche elektrisch leitende Medium. Dabei kann es sich z.B. um Quecksilber oder um eine gesättigte Salzlösung handeln. Das Medium wird dabei durch eine, nur symbolisch mit einem Flammensymbol dargestellte Wärmequelle 4 durch Konvektion im Gehäuse 1 zirkuliert. Im dargestellten Beispiel sorgt ein als Klappe ausgebildetes Rückschlagventil 6 dafür, dass sich eine eindeutige Zirkulationsrichtung in Richtung des dargestellten Pfeils ergibt.



  Das erwärmte Medium steigt dabei vom Wärmeeinwirkungsbereich 2 des Gehäuses 1 her auf und fliesst durch den Kühlbereich 3 durch das Rückschlagventil 6 zurück in den Wärmeeinwirkungsbereich. Mittels eines Temperatursensors 5 wird die Temperatur des Mediums im Wärmeeinwirkungsbereich erfasst, was die Regelung der Wärmezufuhr erlaubt. Das Medium kann durch die Wärmequelle auch soweit erhitzt werden, dass es im Wärmeeinwirkungsbereich verdampft, vorausgesetzt, dass das Medium auch im gasförmigen Zustand ein Leiter ist. Im Kühlbereich findet dann ausschliesslich eine Kondensation des Mediums statt.



   Das durch die Wärmequelle im Fluss gehaltene Medium passiert ein durch die Pole 7, 8 eines oder mehrerer Permanentmagnete erzeugtes Magnetfeld. Dabei ergibt sich gemäss Induktionsgesetz und Dreifingerregel (Lenz'sche Regel) eine Verschiebung der Ladungsträger des bewegten Leiters, d.h. des Mediums, was seinerseits eine Spannungsdifferenz an den Elektroden 11 und 12 hervorruft. Die Elektroden sind derart im Gehäuse angeordnet, dass die abgelenkten freien Ladungsträger des Mediums einen Potentialunterschied an den Elektroden bewirken. In der schematischen Ansicht ist die eine Elektrode 11 durch die andere Elektrode 12 verdeckt. Zur besseren Darstellung ist deshalb die Elektrode 11 kleiner und strichliniert dargestellt. An den Elektroden 11 und 12 ist demgemäss ein Nutzstrom entsprechend der induzierten Spannung abnehmbar.



   Beim Durchfliessen des Magnetfeldes wird das Medium entsprechend der der Vorrichtung als elektrische Energie entzogenen Energie gebremst. Wenn der Konvektionsfluss genügend stark ist, können weitere Magnetfelder und Elektroden entlang des Zirkulationswegs des Mediums angeordnet werden. Um eine genügende Abkühlung des Mediums im Kühlbereich 3 zu erzielen, kann dieser z.B. mit Kühlrippen zur Luftkühlung versehen werden.



   Das Gehäuse 1 wird zweckmässigerweise in mehrere Abschnitte unterteilt. Bei einer Ausführungsform z.B. besteht der Wärmeeinwirkungsbereich 2 des Gehäuses 1 aus einem gut wärmeleitenden, metallischen Werkstoff wie z.B. Kupfer. Der Rest des Gehäuses kann dann z.B. aus Stahl bestehen, wobei dieser auf der Gehäuseinnenseite mit einem elektrisch nichtleitenden Überzug, z.B. aus Emaille, versehen ist um ein Kurzschliessen der erzeugten Spannung über das Gehäuse zu vermeiden. Die Verbindung an den Gehäuseabschnitten ist so zu gestalten, dass  der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Materialien mit den üblichen fachmännischen Massnahmen Rechnung getragen wird.

  Wird das Gehäuse im Bereich der magnetischen Pole aus Stahl ausgeführt, so sollten die Pole durch Gehäuseaussparungen in das Medium hineinragen und gegen das Gehäusematerial isoliert sein, um sicherzustellen, dass die magnetischen Feldlinien im wesentlichen durch das Medium und nicht durch die Gehäusewandung verlaufen. Daher sollte vorzugsweise das Gehäuse im Stromerzeugungsbereich aus diamagnetischem Material bestehen.



   Bei der in Fig. 2 gezeigten perspektivischen Teilansicht der Vorrichtung bilden die Elektroden 11, 12 zugleich die Seiten: wände des gezeigten Gehäuseabschnitts. Auf den Polen der teilweise dargestellten Permanentmagnete 7, 8 sind Spulen 9, 10 vorgesehen, mittels denen das das Medikum durchsetzende Magnetfeld verstärkt werden kann. Der Pfeil gibt die Strömungsrichtung des Mediums an.

 

   Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsart. Dabei wird das Medium verdampft und passiert die mehrere Magnetfeldanordnungen 7, 8; 14, 15; 16, 17 durch einen verengten Gehäuseabschnitt in dem die Geschwindigkeit des Mediums erhöht ist. Die Elektroden bei den einzelnen Magnetfeldanordnungen sind in dieser Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt, ihre Anordnung erfolgt aber wie bei den vorgehend gezeigten Ausführungsarten.



   Neben den Elektroden zur Abnahme der Nutzspannung können weitere Elektroden vorgesehen sein, mit denen ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches die Ansammlung von Ladungsträgern auf den Nutzelektroden (sog. Space-charge) verhindert. Die zusätzlichen Elektroden müssen hinter den Stromabnahme-Elektroden 11, 12 angeordnet und gegen diese isoliert sein. Sie tragen eine den Elektroden 11, 12 entgegengesetzte Ladung. 



  
 



   DESCRIPTION



   The invention relates to a device for converting thermal energy into electrical energy.



   In known devices for converting thermal energy into electricity, a medium is evaporated and the energy contained in the steam is used to drive a generator. However, such systems are technically complex (turbine, generator) and consequently expensive and generally require high-quality thermal energy, i.e. high temperatures.



   The invention is therefore based on the object of providing a device for converting thermal energy into electrical energy which is mechanically simple and therefore inexpensive to produce.



   This is achieved according to the invention by a housing which is filled with a flowable, electrically conductive medium and forms a closed circuit for the medium and which has a heat-affected area and a cooling area, wherein a circulating convection flow of the medium can be achieved by heating the heat-affected area, at least one arrangement for generating a magnetic medium penetrating the medium and at least one electrode arrangement with at least two electrodes arranged in the medium in the region of the magnetic field arrangement in accordance with the three-finger rule for reducing the useful electrical voltage.



   Since the device is constructed simply and essentially without any moving parts, its use can be economical even with only low efficiency. Since the medium is only moved by convection, a high temperature of the heat source is not required.



   In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the figures. It shows:
1 is a schematic view of a device according to the invention,
Fig. 2 is a partial perspective view of the device, and
Fig. 3 is a schematic view of another embodiment of the device.



   The housing 1 shown schematically in FIG. 1 forms a circulation path for the electrically conductive medium located in the housing 1. It can e.g. is mercury or a saturated saline solution. The medium is circulated by a heat source 4, shown only symbolically with a flame symbol, by convection in the housing 1. In the example shown, a check valve 6 designed as a flap ensures that there is a clear direction of circulation in the direction of the arrow shown.



  The heated medium rises from the heat affected area 2 of the housing 1 and flows through the cooling area 3 through the check valve 6 back into the heat affected area. A temperature sensor 5 detects the temperature of the medium in the heat affected area, which allows the regulation of the heat supply. The medium can also be heated by the heat source to such an extent that it evaporates in the heat affected area, provided that the medium is also a conductor in the gaseous state. In the cooling area, there is then only condensation of the medium.



   The medium kept in flow by the heat source passes through a magnetic field generated by the poles 7, 8 of one or more permanent magnets. According to the law of induction and the three-finger rule (Lenz's rule), there is a shift in the charge carriers of the moving conductor, i.e. of the medium, which in turn causes a voltage difference at the electrodes 11 and 12. The electrodes are arranged in the housing in such a way that the deflected free charge carriers of the medium bring about a potential difference on the electrodes. In the schematic view, one electrode 11 is covered by the other electrode 12. For a better illustration, the electrode 11 is therefore shown smaller and with dashed lines. A useful current corresponding to the induced voltage can accordingly be removed from the electrodes 11 and 12.



   When flowing through the magnetic field, the medium is braked in accordance with the energy extracted from the device as electrical energy. If the convection flow is strong enough, additional magnetic fields and electrodes can be arranged along the circulation path of the medium. In order to achieve sufficient cooling of the medium in the cooling area 3, this can e.g. be provided with cooling fins for air cooling.



   The housing 1 is expediently divided into several sections. In one embodiment e.g. the heat affected area 2 of the housing 1 consists of a good heat-conducting, metallic material such as Copper. The rest of the housing can then e.g. consist of steel, this on the inside of the housing with an electrically non-conductive coating, e.g. made of enamel, to avoid short-circuiting the generated voltage across the housing. The connection at the housing sections is to be designed in such a way that the different thermal expansion of the materials is taken into account with the usual professional measures.

  If the housing is made of steel in the area of the magnetic poles, the poles should protrude into the medium through housing recesses and be insulated from the housing material to ensure that the magnetic field lines run essentially through the medium and not through the housing wall. Therefore, the housing in the power generation area should preferably consist of diamagnetic material.



   In the partial perspective view of the device shown in FIG. 2, the electrodes 11, 12 also form the sides: walls of the housing section shown. Coils 9, 10 are provided on the poles of the partially shown permanent magnets 7, 8, by means of which the magnetic field passing through the medium can be amplified. The arrow indicates the direction of flow of the medium.

 

   Fig. 3 shows schematically a further embodiment. The medium is evaporated and passes through the multiple magnetic field arrangements 7, 8; 14, 15; 16, 17 by a narrowed housing section in which the speed of the medium is increased. The electrodes in the individual magnetic field arrangements are not shown in this drawing for the sake of clarity, but they are arranged as in the previously shown embodiments.



   In addition to the electrodes for taking off the useful voltage, further electrodes can be provided with which an electric field is generated which prevents the accumulation of charge carriers on the useful electrodes (so-called space charge). The additional electrodes must be arranged behind the current take-off electrodes 11, 12 and insulated against them. They carry a charge opposite the electrodes 11, 12.


    

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, gekennzeichnet durch ein mit einem fliessfähigen elektrisch leitenden Medium gefülltes, einen geschlossenen Kreislauf für das Medium bildendes Gehäuse (1), welches einen Wärmeeinwirkungsbereich (2) und einen Kühlbereich (3) aufweist, wobei durch Erwärmung des Wärmeeinwirkungsbereichs (2) eine zirkulierende Konvektionsströmung des Mediums erzielbar ist, mindestens eine Anordnung (7, 8) zur Erzeugung eines das Medium durchsetzenden Magnetfeldes und mindestens eine Elektrodenanordnung mit mindestens zwei, gemäss der Dreifingerregel im Medium im Bereich der Magnetfeldanordnung angeordneten Elektroden (11, 12) zur Abnahme der elektrischen Nutzspannung.  PATENT CLAIMS 1. Device for converting thermal energy into electrical energy, characterized by a housing (1) which is filled with a flowable, electrically conductive medium and forms a closed circuit for the medium and which has a heat-affected area (2) and a cooling area (3) Heating of the heat affected area (2) a circulating convection flow of the medium can be achieved, at least one arrangement (7, 8) for generating a magnetic field penetrating the medium and at least one electrode arrangement with at least two electrodes (11) arranged in the medium in the region of the magnetic field arrangement according to the three-finger rule , 12) to decrease the electrical useful voltage. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlbereich und dem Wärmeeinwirkungsbereich des Gehäuses (1) ein Rückschlagventil (6) vorgesehen ist.  2. Device according to claim 1, characterized in that a check valve (6) is provided between the cooling area and the heat affected area of the housing (1). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) in Zirkulationsrichtung in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist.  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the housing (1) is divided into at least two sections in the direction of circulation. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) im Bereich der Magnetfeldanordnung (7, 8) einen verringerten Querschnitt aufweist, um die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung in diesem Bereich zu erhöhen.  4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing (1) in the area of the magnetic field arrangement (7, 8) has a reduced cross section in order to increase the speed of the convection flow in this area.   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (11, 12) einen Teil der Gehäusewandung bilden.  5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrodes (11, 12) form part of the housing wall. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeeinwirkungsbereich ein Temperatursensor zur Erkennung der Temperatur des Mediums vorgesehen ist.  6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a temperature sensor for detecting the temperature of the medium is provided in the heat affected area. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld mittels Permanentmagneten erzeugt wird.  7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetic field is generated by means of permanent magnets. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung des Magnetfeldes Spulen auf den Permanentmagnetpolen vorgesehen sind.  8. The device according to claim 7, characterized in that coils are provided on the permanent magnet poles to reinforce the magnetic field. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Elektroden (11, 12) zur Abnahme der Nutzspannung weitere Elektroden, zur Erzeugung eines den Ladungsträgern auf den ersten Elektroden entgegengesetzten Feldes vorgesehen sind.  9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrodes (11, 12) for decreasing the useful voltage further electrodes are provided for generating a field opposite the charge carriers on the first electrodes.
CH593184A 1984-12-12 1984-12-12 Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating CH664858A5 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH593184A CH664858A5 (en) 1984-12-12 1984-12-12 Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH593184A CH664858A5 (en) 1984-12-12 1984-12-12 Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH664858A5 true CH664858A5 (en) 1988-03-31

Family

ID=4301700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH593184A CH664858A5 (en) 1984-12-12 1984-12-12 Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH664858A5 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9308240U1 (en) * 1992-03-16 1993-08-26 Heine, Bernd, 09496 Marienberg Modular system of magnetohydrodynamic generators for the direct conversion of thermal energy into electrical direct current
WO2001015305A1 (en) * 1999-08-24 2001-03-01 Samuel Hmd Energia Method for the production of electric energy and mhd generator therefor
WO2017204650A1 (en) * 2016-05-27 2017-11-30 Cronus Technology As Device and method for controlled extraction of heat from a heat source

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9308240U1 (en) * 1992-03-16 1993-08-26 Heine, Bernd, 09496 Marienberg Modular system of magnetohydrodynamic generators for the direct conversion of thermal energy into electrical direct current
WO2001015305A1 (en) * 1999-08-24 2001-03-01 Samuel Hmd Energia Method for the production of electric energy and mhd generator therefor
AU774445B2 (en) * 1999-08-24 2004-06-24 Boris Olegovich Gritskevich Method for the production of electric energy and MHD generator therefor
WO2017204650A1 (en) * 2016-05-27 2017-11-30 Cronus Technology As Device and method for controlled extraction of heat from a heat source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4335848A1 (en) Cooling arrangement for an AC machine
EP1205019A1 (en) Induction-type electric machine
DE68914512T2 (en) Winding, stand and pump.
DE3687290T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR LIQUID-METAL FLOW CONTROL.
CH664858A5 (en) Magneto-hydrodynamic system converting heat into electricity - applies magnetic field to conducting fluid made to circulate by heating
DE202014000176U1 (en) cooler
DE3942647A1 (en) BURNER FOR A VEHICLE HEATING
DE7511034U (en) LIQUID-COOLED STAND PLATE PACKAGE OF AN ELECTRIC MACHINE
DE69601545T2 (en) Device for filtering an electrically insulating and heat-conducting liquid medium and power electronics module equipped therewith
DE69009520T2 (en) Directly cooled connector in a hole.
DE10360285B4 (en) Device for introducing impregnating materials into electric assemblies, esp. windings, uses heating device with electric power coupling arrangement
DE69103931T2 (en) Electromagnetic pump with converged magnetic flux.
DE2731818A1 (en) Magnetic system for induction motor - has thin permanent magnets sandwiched between parallel soft iron cores
DE414748C (en) Electric multiphase induction furnace
DE1106440B (en) Device for heating the contents of containers consisting entirely or partially of electrically or magnetically highly conductive material, in particular for heating food in cooking pots, pans or the like by means of a rotating, mechanically driven multi-pole magnet system
DE644533C (en) Electric heating base for iron pots, pans, etc. like
DE2218404A1 (en) Pump for the demand of metal melts
DE3837198C2 (en) Electric heater for the thermal treatment of single or multi-phase fluids with a tube heated directly by electrical resistance heating
DE60315195T2 (en) ASYNCHRONOUS GENERATOR WITH GALVANOMAGNETOTHERMIC EFFECT
DE1464415A1 (en) Electromagnet
DE572653C (en) Fluid resistance
DE1538701C (en) Electrode for magnetohydrodynamic devices
AT236770B (en) Heating cylinder with electric heating for paper webs or the like.
DE102022212630A1 (en) ELECTRIC MACHINE AND VEHICLE
DE576193C (en) Absorption cold apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased