DE1093472B

DE1093472B - Magnetogas dynamic generator

Info

Publication number: DE1093472B
Application number: DEA32707A
Authority: DE
Inventors: Dipl-El-Techn Alfred Kaech
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1959-08-12
Filing date: 1959-08-21
Publication date: 1960-11-24

Description

Magnetogasdynamischer Generator Unter dem Begriff »magnetogasdynamischer Generator« ist eine Einrichtung zur direkten Umwandlung von Wärmeleistung in elektrische Leistung zu verstehen. Die zur Zeit im Hinblick auf die Erzeugung großer elektrischer Leistungen im Vordergrund des Interesses stehenden Einrichtungen solcher Art umfassen (Fig.l) einen von ionisiertem Gas durchströmten Kanal K von beispielsweise quadratischem Querschnitt und Mittel zur Erzeugung eines diesen Kanal quer zur Strömungsrichtung v des Gases durchsetzenden Magnetfeldes H. Beim Betrieb des Generators entsteht zwischen den Elektroden El und E2 eine elektrische Spannung, deren Höhe unter anderem von der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und von der Stärke des Magnetfeldes abhängt. Beträgt beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit v 1000m/s, das Magnetfeld H 10 000 Gs, die wirksame Länge L des Kanals 10 m, der Kanalquerschnitt 1 m2 und die elektrische Leitfähigkeit s des Gases 1 (Qcm) -1 (etwa bei Luft von 2000° K), so darf von einem solchen Generator eine elektrische Leistung von mehr als 100 MW bei einer Spannung in der Größenordnung 1000V erwartet werden.Magnetogasdynamic generator Under the term »magnetogasdynamic Generator «is a device for the direct conversion of thermal power into electrical power Understand performance. Currently with a view to producing large electrical Services in the foreground of interest include institutions of this kind (Fig.l) a channel K through which ionized gas flows, for example square Cross section and means for creating one of these channels transversely to the direction of flow v of the gas penetrating magnetic field H. When the generator is operating, it arises between the electrodes E1 and E2 an electrical voltage, the level of which, among other things depends on the flow rate of the gas and on the strength of the magnetic field. For example, if the flow velocity v is 1000 m / s, the magnetic field H. 10 000 Gs, the effective length L of the duct 10 m, the duct cross-section 1 m2 and the electrical conductivity s of the gas 1 (Qcm) -1 (for example with air at 2000 ° K), see above Such a generator may have an electrical output of more than 100 MW a voltage of the order of 1000V can be expected.

Genauere Untersuchungen der beim Betrieb eines solchen Generators ablaufenden Vorgänge ließen folgendes erkennen: Der quer durch den Kanal von einer Elektrode zur anderen verlaufende Belastungsstrom erzeugt ein Magnetfeld, welches sich dem von außen applizierten Magnetfeld H überlagert. Dadurch tritt gegen die Gaseintrittsseite hin eine Schwächung, gegen die Gasaustrittsseite hin eine Verstärkung des Magnetfeldes auf. Dies hat zur Folge, daß auf der Eintrittsseite eine niedrigere Spannung induziert wird als auf der Austrittsseite. Es entstehen daher Ausgleichsströme längs der Elektroden, welche ihrerseits eigene Magnetfelder aufbauen. Die Folge dieses Verhaltens des Generators ist, daß sich der Belastungsstrom nicht gleichmäßig auf die Elektrodenflächen verteilt; die Stromdichte ist vielmehr auf der Eintrittsseite des Gases kleiner als auf der Austrittsseite. Das Verhältnis dieser Stromdichten hängt von der Größe des Produktes L-v- s ab. Bei einem nach dem oben gegebenen Zahlenbeispiel gebauten Generator ist beispielsweise die austrittsseitige Stromdichte 3,5mal so groß wie die eintrittsseitige.More detailed investigations of the processes taking place during the operation of such a generator revealed the following: The load current running across the channel from one electrode to the other generates a magnetic field which is superimposed on the externally applied magnetic field H. As a result, there is a weakening of the magnetic field towards the gas inlet side and a strengthening of the magnetic field towards the gas outlet side. As a result, a lower voltage is induced on the entry side than on the exit side. Compensating currents therefore arise along the electrodes, which in turn build up their own magnetic fields. The consequence of this behavior of the generator is that the load current is not distributed evenly over the electrode surfaces; the current density is rather smaller on the inlet side of the gas than on the outlet side. The ratio of these current densities depends on the size of the product Lv- s . In the case of a generator built according to the numerical example given above, the current density on the outlet side is, for example, 3.5 times as large as that on the inlet side.

Wird das genannte Produkt größer - es wäre ja an sich technisch vorteilhaft, die Strömungsgeschwindigkeit und die Leitfähigkeit des Gases möglichst hoch zu wählen -, so spielt sich der generatorische Prozeß in zunehmendem Maße vorwiegend auf der Austrittsseite ab. Die Stromdichte an der Eintrittsseite nähert sich dem Wert Null, diejenige an der Austrittsseite wird übermäßig groß. Leistungsabgabe und Innenwiderstand des Generators streben Grenzwerten zu, die nicht mehr von der Leitfähigkeit des Gases und von der wirksamen Länge des Kanals abhängen. Der Generator kann also, insbesondere wenn er mit Gas von, hoher Temperatur, d. h. hoher Leitfähigkeit und von hoher Strömungsgeschwindigkeit betrieben wird, nur verhältnismäßig sehr schlecht ausgenutzt werden.If the named product becomes larger - it would be technically advantageous in itself, to choose the flow velocity and the conductivity of the gas as high as possible - so the regenerative process is increasingly played out primarily on the Exit side. The current density on the inlet side approaches zero, the one on the exit side becomes excessively large. Power output and internal resistance of the generator strive to limit values that no longer depend on the conductivity of the Gas and depend on the effective length of the channel. So the generator can especially when working with high temperature gas, i. H. high conductivity and operated at a high flow rate, only relatively very poor be exploited.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die ungünstigen Auswirkungen des quer durch den Kanal verlaufenden Belastungsstromes zu beseitigen. Der Erfindungsgedanke sieht vor, das durch diesen Belastungsstrom hervorgerufene störende Magnetfeld dadurch zu kompensieren, daß im Luftspalt der das Magnetfeld H erzeugenden Mittel ein zusätzlicher Strom aufrechterhalten wird, der gleich groß ist wie der Belastungsstrom, der aber in entgegengesetzter Richtung fließt. Dadurch verschwindet das Linienintegral der durch den Belastungsstrom hervorgerufenen magnetischen Feldstärke auf jedem längs des Kanals um den Luftspalt herum gelegten Weg. Ein erfindungsgemäßer Generator ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich im Magnetfeld mindestens ein senkrecht zur Feldrichtung und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases verlaufender Leiter befindet, wobei dessen Strom bzw. die Summe deren Ströme wenigstens angenähert gleich groß wie der im Gas fließende Belastungsstrom und diesem entgegengesetzt gerichtet ist. Mit Vorteil wird der vorzusehende Leiter durch die Zuleitung zu wenigstens einer Elektrode gebildet.The invention aims to reduce the adverse effects of the to eliminate the load current running across the canal. The idea of the invention provides for the disruptive magnetic field caused by this load current to compensate that in the air gap of the magnetic field H generating means an additional Current is maintained, which is the same as the load current, but which flows in the opposite direction. As a result, the line integral of the disappears Magnetic field strength caused by the load current on each longitudinal of the channel around the air gap. A generator according to the invention is accordingly characterized in that there is at least one perpendicular in the magnetic field conductors running to the direction of the field and perpendicular to the direction of flow of the gas is located, its current or the sum of their currents at least approximately the same as large as the load current flowing in the gas and directed in the opposite direction is. Advantageously, the conductor to be provided becomes at least through the supply line an electrode.

Ausführungsbeispiele für solche Generatoren sind in den Fig.2 bis 4 dargestellt. Alle diese Figuren zeigen, wie auch die Fig. 1, Querschnitte durch den Kanal.Exemplary embodiments of such generators are shown in FIGS 4 shown. All of these characters show, like FIG. 1, cross-sections through the canal.

Die Fig.2 zeigt außer dem Kanal mit den beiden Elektroden El, E2 die Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes H. Sie umfassen den Eisenkern A und die mit Gleichstrom gespeisten. Erregerwicklungen Bi und B2. Der Kanal liegt im Luftspalt dieser Mittel. Die Ableitung Z1 der Elektrode Ei führt direkt vom Generator weg und bildet dessen eine Klemme. Die Ableitung der Elektrode E2 ist zweiteilig ausgeführt. Jeder der Teile Z2 und Z," verläuft erfindungsgemäß senkrecht zur Richtung v der Gasströmung und senkrecht zur Feldrichtung durch das Magnetfeld H, wobei im gezeigten Beispiel der eine Teil oberhalb, der andere Teil unterhalb des Kanals verlegt ist. Die beiden Teile können außerhalb des Generators zusammengefaßt sein und gemeinsam dessen zweite Klemme darstellen. Es ist leicht erkennbar, daß in jedem der beiden Teile die Hälfte des Belastungsstromes i des Generators fließt. Dadurch wird das Feld des im Gas fließenden Belastungsstromes genau kompensiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen die beiden Klemmen auf derselben Seite des Generators. Die anderen Seiten stehen daher uneingeschränkt für die Unterbringung der Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes zur Verfügung. Auch ergibt sich nach diesem Beispiel eine sehr einfache und gegenüber den auftretenden Gasdrücken (etwa 10 at) widerstandsfähige Konstruktion des Kanals. Dieser braucht an wesentlichen Bauteilen lediglich die schon besprochenen Elektroden, die ebenfalls plattenförmig ausgebildeten Zuleitungsteile Z2 und Z2 " und die zwei Isolierplatten Cl' C2 zu umfassen.In addition to the channel with the two electrodes E1, E2, FIG. 2 shows the means for generating the magnetic field H. They include the iron core A and those fed with direct current. Excitation windings Bi and B2. The channel lies in the air gap of these funds. The lead Z1 of the electrode Ei leads directly away from the generator and forms one of its clamps. The derivation of the electrode E2 is made in two parts. According to the invention, each of the parts Z2 and Z " runs perpendicular to the direction v of the gas flow and perpendicular to the field direction through the magnetic field H, with one part being laid above and the other part below the duct in the example shown. The two parts can be outside the generator It is easy to see that half of the load current i of the generator flows in each of the two parts. This compensates exactly for the field of the load current flowing in the gas. In this embodiment, the two terminals are on the same The other sides are therefore unrestrictedly available for accommodating the means for generating the magnetic field. This example also results in a very simple construction of the channel that is resistant to the gas pressures (approx. 10 at) which occur Components only the already besp nosed electrodes, the also plate-shaped lead parts Z2 and Z2 "and the two insulating plates Cl 'C2.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 können vorteilhaft sein, wenn die Last aus mehreren zueinander in Serie geschalteten Teilen besteht und/oder wenn der Generator in Serie zu weiteren Generatoren geschaltet werden soll.The embodiments according to FIGS. 3 and 4 can be advantageous when the load consists of several parts connected in series and / or if the generator is to be connected in series with other generators.

Gemäß Fig. 3 gelangt der von der Elektrode E2 kommende Strom zunächst über die Ableitung Z2 zu einem Lastteil bzw. zu einem weiteren Generator X1 und durchläuft dann, je zur Hälfte auf die Leiter Z2' und Z,"" aufgeteilt, das Magnetfeld. Der Stromkreis schließt sich über die Last X2 und die Elektrode El.According to FIG. 3, the current coming from the electrode E2 comes first via the derivation Z2 to a load part or to a further generator X1 and then passes through the magnetic field, divided equally between the conductors Z2 'and Z, "". The circuit closes via the load X2 and the electrode El.

Gemäß Fig.4 sind die Ableitungen der beiden Elektroden El, E2 in svmmetrischer Weise jeweils bis zur Mitte des Elektrodenabstandes geführt; sie verlaufen anschließend durch die Polschuhe des Eisenkerns A nach außen. Es ist leicht erkennbar, daß auch bei dieser Ausführungsform die beabsichtigte Kompensation zustande kommt.According to FIG. 4, the derivatives of the two electrodes E1, E2 are symmetrical Way up to the middle of the electrode spacing; they then run through the pole pieces of the iron core A to the outside. It's easy to see that too in this embodiment the intended compensation comes about.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Magnetogasdynamic generator, one of ionized gas flowed through channel with electrodes for current take-off as well as means to generate a penetrating channel perpendicular to the direction of flow of the gas Includes magnetic field, characterized in that there is at least one in the magnetic field perpendicular to the direction of flow of the gas is located conductor, its Current or the sum of their currents at least approximately the same as that in the gas flowing load current and this is directed in the opposite direction.

2nd generator according to claim 1, characterized in that the conductor through the supply line to at least an electrode is formed.

3. Generator according to claim 1, characterized in that that the lead to an electrode is made in two parts and that the two Parts are laid between each magnetic pole and the channel.

4. Generator after Claim 2, characterized in that the electrodes and those with insulating plates covered supply line parts are designed as pressure-resistant walls of the channel.

5. Generator according to claim 1, characterized in that the supply lines to both electrodes are made in two parts and that the supply line parts in a symmetrical manner up to to the center of the electrode gap and from there through the magnetic poles to the outside are.