-
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.