DE1142405B - Magnetohydrodynamischer Generator - Google Patents

Magnetohydrodynamischer Generator

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Publication number
DE1142405B
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DE
Germany
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electrode systems
channel
magnetic fields
medium
auxiliary magnetic
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Pending
Application number
DES74310A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Wilhelm Kafka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1142405B publication Critical patent/DE1142405B/de
Pending legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Magnetohydrodynamischer Generator Ein magnetohydrodynamischer Generator dient zur direkten Umwandlung von Wärme in elektrische Energie. Er besteht in der Regel aus einem Kanal, in dem ein ionisiertes Medium strömt, z. B. Verbrennungsgase hoher Temperaturen mit Zusatz von Kalium. Der Kanal wird von einem Nutzmagnetfeld durchsetzt. Bildet man die Seitenwände des Kanals als Elektroden aus, so entsteht an den Elektroden eine Spannung, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, der Stärke des Magnetfeldes und den geometrischen Abmessungen des Kanals abhängig ist.
  • In der Praxis ist aus baulichen Gründen die Elektrodenspannung auf Werte in der Größenordnung von kV beschränkt. Wünscht man höhere Gleichspannungen zu entnehmen oder eine direkte Erzeugung von Wechselströmen durch dazu geeignete Magnetfelder, so ordnet man in einem Kanal mehrere voneinander isolierte Elektrodensysteme an, die entsprechend der gestellten Aufgabe mit den äußeren Stromkreisen verbunden werden.
  • Die Elektroden benachbarter Elektrodensysteme liegen dann auf verschiedenem Potential, so daß in dem ionisierten Medium, das ja einen elektrischen Leiter darstellt, Ausgleichsströme zwischen den Elektroden fließen. Die Verlustwärme dieser Ströme wird zwar zur Wiederaufheizung des ionisierten Mediums ausgewertet, doch sinkt damit die Ausnutzbarkeit des Generators, d. h. die je Raumeinheit entnehmbare Leistung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei magnethydrodynamischen Generatoren, die mit zwei oder mehr in Längsrichtung des Kanals hintereinander angeordneten Elektrodensystemen ausgerüstet sind, Mittel zur Herabsetzung dieser Ausgleichsströme anzugeben. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß zur Verringerung der Ausgleichsströme eine Erhöhung des wirksamen elektrischen Widerstandes im Medium im Bereich zwischen zwei benachbarten Elektrodensystemen erforderlich ist. Der Idealfall wäre durch ein Medium gegeben, das in Strömungsrichtung einen unendlichen und senkrecht dazu den Widerstand Null aufweist.
  • Um diese Verhältnisse innerhalb der interessierenden Kanalstrecken annähernd herbeizuführen, sind gemäß der Erfindung zwischen den Elektrodensystemen Hilfsmagnetfelder vorgesehen, welche die von der Potentialdifferenz zwischen den Elektrodensystemen getriebenen Ladungsträger ablenken und damit den Übergangswiderstand zwischen benachbarten Elektroden erhöhen.
  • Man kann beispielsweise zwischen benachbarten Elektrodensystemen Hilfsmagnetfelder anwenden, die den Kanal senkrecht durchsetzen, jedoch um 90° gegen die Nutzmagnetfelder verdreht sind. Wenn die Nutzmagnetfelder die Teilchen nach beiden Seiten auf die Elektroden ablenken, so wirken die Hilfsmagnetfelder senkrecht hierzu nach oben und unten. Die Ladungsträger gelangen dann an die isolierenden Deckplatten des Kanals, von wo sie nicht abgeleitet werden. Hierdurch wird eine Verlängerung der Ladungsträgerbahnen im Medium bewirkt und so der wirksame elektrische Übergangswiderstand erhöht. Allerdings ist mit dem Auftreten von Raumladungen imGebiet um die isolierendenDeckplatten zu rechnen.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Hilfsmagnetfelder innerhalb des Kanals annähernd in Richtung des strömenden Mediums zu legen. Ein Ladungsträger, der sich genau längs einer magnetischen Feldlinie des Hilfsmagnetfeldes bewegt, erfährt zwar keine Ablenkung, doch treten wegen der kleinen freien Weglängen im Medium immer wieder Zusammenstöße zwischen den Ladungsträgern ein, wodurch sich eine verhältnismäßig regellose Bewegung der Ladungsträger ergibt. Dadurch wirkt das Hilfsmagnetfeld im Sinne einer Verlängerung der Bahn der Ladungsträger.
  • Zur Erzeugung eines solchen Hilfsmagnetfeldes kann man erfindungsgemäß zwischen benachbarten Elektrodensystemen Wicklungen um den Kanal legen, die von Gleichstrom durchflossen werden. Um das Magnetfeld zu bündeln, kann man die Wicklung mit einem im Querschnitt C-förmigen Eisenmantel umschließen, der gegen den Kanal hin geöffnet ist. Im Kanal entstehen dann gekrümmte Magnetfeldlinien, so daß die Ladungsträgerbahnen mit Sicherheit einen Winkel mit den Magnetfeldlinien einschließen. Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 und 2 stark schematisiert und in Fig. 3 detailliert dargestellt ist.
  • In Fig. 1, die einen Grundriß eines magnetohydrodynamischen Generators mit drei Elektrodensystemen darstellt, ist der Kanal mit 1 bezeichnet. Im Kanal sind Elektrodensysteme 2, 3 und 4 vorgesehen, denen Nutzmagnetfelder zugeordnet sind. Die Nutzmagnetfelder sind durch jeweils drei Pfeile 5, 6 und 7 angedeutet. Die Richtung der Magnetfelder kann, wie in der Fig. 1 dargestellt, abwechseln. In der Richtung des Pfeiles 8 wird das strömende Medium durch den Kanal getrieben. Es kann sich beispielsweise um die Verbrennungsgase von Dieselöl unter Zusatz von geeigneten Stoffen zur Ionisierung, etwa Kalium, handeln, die in einer Brennkammer entstehen und an deren Ausgang mittels einer Düse adiabatisch entspannt werden, so daß sie den Kanal mit hoher Geschwindigkeit durchströmen.
  • Zwischen benachbarten Elektrodensystemen sind im Querschnitt C-fönnige Eisenmäntel 9, 10 um den Kanal gelegt, in denen von Gleichstrom durchflossene Wicklungen 11, 12 angeordnet sind. Diese Wicklungen erzeugen Hilfsmagnetfelder 13, 14 zwischen den Schenkeln der C-förmigen Eisenmäntel.
  • Fig. 2 stellt einen Grundriß der Anordnung nach Fig. 1 dar, wobei übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Darüber hinaus ist die elektrische Verbindung der Elektrodensysteme angedeutet. Da wegen der wechselnden Richtung der Nutzmagnetfelder auch die Polarität der Elektroden wechselt, sind zwischen den Elektrodensystemen Verbindungsleitungen 15, 16 vorgesehen. Die erzeugte Spannung wird an den Klemmen 17, 18 abgenommen.
  • Man erkennt, daß benachbarte Elektrodensysteme auf verschiedenem Potential liegen. Es werden sich daher unerwünschte Ausgleichs- oder Nebenströme zwischen den Elektrodensystemen ausbilden. Solche Ausgleichsströme fließen beispielsweise, in Strömungsrichtung gesehen, zwischen den linken benachbarten Elektroden der Systeme 2 und 3 oder auch zwischen den rechten benachbarten Elektroden der Systeme 3 und 4. Nimmt man an, daß die Nutz- , magnetfelder nicht konstant sind, sondern z. B. zur Erzeugung von Wechselstrom periodisch ihre Richtung wechseln, so ändern sich dementsprechend auch die Verhältnisse hinsichtlich der Ausgleichsströme.
  • Zur Erhöhung des elektrischen Übergangswider- ; standes zwischen benachbarten Elektroden dienen erfindungsgemäß die Hilfsmagnetfelder 13 und 14, die in Fig. 1 und 2 schematisch angedeutet sind. Sie erzielen eine beträchtliche Verlängerung des Weges der Ladungsträger zwischen den Elektroden, verändern jedoch die Verhältnisse innerhalb der Elektrodensysteme selbst nicht.
  • Die Anordnung der Eisenmäntel mit der Wicklung zur Erzeugung der Hilfsmagnetfelder sowie die anderen Bauelemente des Generators sind in Fig. 3 vereinfacht dargestellt. Dia linke Hälfte der Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Ebene III-III der Fig. 1, während in der rechten Hälfte der Fig. 3 der Eisenmantel 9 mit der Wicklung 11 weggelassen wurde.
  • Der Kanal besteht aus hochhitzebeständigen Deckplatten 19, 20, die am Ort der Elektrodensysteme, z. B. des Systems 3, die Elektroden nach oben und unten abschließen. Die Elektroden können beispielsweise aus Graphit bestehen und mit Kupferplatten 21, 22 zum Anschluß von Leitungen 23, 24 versehen sein.
  • In Fig. 3 sind ferner die Polschuhe 25, 26 des zur Erzeugung der Nutzmagnetfelder dienenden Eisenkreises zu erkennen. Insoweit entspricht diese Anordnung bekannten Konstruktionsrichtlinien.
  • Zwischen den Elektrodensystemen sind nun erfindungsgemäß C-förmige Eisenmäntel angeordnet, wie in der linken Hälfte der Fig. 3 erkennbar. Der Mantel 9 umschließt hierbei die Erregerwicklung 11. Am Ort der Wicklung ist der Kanal auch an den Seiten durch hochhitzebeständige Platten 27 abgeschlossen. Darüber hinaus kann man in an sich bekannter Weise eine Kühlung der um den Kanal angeordneten Teile vorsehen.
  • Das Problem des Unterdrückens von Ausgleichsströmen tritt nicht nur bei der Reihenschaltung von Elektrodensystemen zur Erzeugung höherer Gleichspannung nach vorliegender Art auf, sondern auch bei sämtlichen Generatoren, bei denen durch wechselnde Magnetfelder oder räumlich bewegte Gleichfelder unmittelbarWechselstromleistung erzeugt wird. 1n allen Fällen wird man die Elektrodensysteme in nicht zu kleinem Abstand voneinander anordnen und zwischen ihnen durch Hilfsmagnetfelder gemäß der Erfindung den elektrischen Übergangswiderstand erhöhen, um die Ausnutzbarkeit des Generators zu steigern.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Magnetohydrodynamischer Generator mit einem Kanal zur Durchleitung eines ionisierten Mediums, der mit zwei oder mehr in Längsrichtung hintereinander angeordneten Elektrodensystemen ausgerüstet und von einem Nutzmagnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums durchsetzt ist. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektrodensystemen Hilfsmagnetfelder vorgesehen sind, welche die von der Potentialdifferenz zwischen den Elektrodensystemen getriebenen Ladungsträger ablenken und damit den elektrischen übergangswidcrstand zwischen benachbarten Elektroden erhöhen.
  2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmagnetfelder innerhalb des Kanals annähernd in Strömungsrichtung des Mediums liegen.
  3. 3. Generator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektrodensystemen Wicklungen zur Erregung der Hilfsmagnetfelder um den Kanal gelegt sind.
  4. 4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung von einem im Querschnitt C-förmigen Eisenmantel umschlossen ist.
DES74310A 1961-06-13 1961-06-13 Magnetohydrodynamischer Generator Pending DE1142405B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1617547A1 (de) * 2004-07-13 2006-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmachine und Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmachine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1617547A1 (de) * 2004-07-13 2006-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmachine und Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmachine
WO2006005701A1 (de) * 2004-07-13 2006-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine und verfahren zum betrieb einer strömungsmaschine

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