Magnetohydrodynamischer Generator - Die Erfindung betrifft
einen magnetohydrodynamischen Generator zur Erzeugung von Gleich- oder Wechselstrom.
Ein magnetohydrodynamischer Generator, im folgenden kurz NIHD-Generator genannt,
arbeitet nach dem Faradayschen Prinzip. Hierbei wird in einem elektrischen Leiter,
der in einem Magnetfeld bewegt wird, eine elektromotorische Kraft erzeugt, die in
einem angeschlossenen Verbraucher verwendet werden kann. Beim MHD-Generator wird
an Stelle eines festen formstabilen Leiters eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit
bzw. ein elektrisch leitfähiges Gas benutzt. Wird der Strömungskanal von einem Magnetfeld
senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt, so wird im leitfähigen Strömungsmittel
eine elektromotorische Kraft erzeugt, deren Wirkungsrichtung senkrecht auf der örtlichen
Strömungsrichtung und auf dem dazugehörigen Vektor des magnetischen Feldes steht.
Über ein entsprechend an oder in den Kanalwänden angeordnetes Elektrodenpaar läßt
sich eine elektrische Spannung abgreifen. Es sind jedoch auch elektrodenlose NIHD-Generatoren
bekannt, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten und die zur Gewinnung von Wechselstromenergie
dienen. Die Höhe der erzielbaren Spannung ist durch das Produkt aus Leitergeschwindigkeit,
Magnetfelddichte und aktiver Leiterlänge bestimmt. Beim MHD-Generator mit Elektroden
entspricht der aktiven Leiterlänge der Elektrodenabstand.Magnetohydrodynamic Generator - The invention relates to a magnetohydrodynamic generator for generating direct or alternating current. A magnetohydrodynamic generator, hereinafter referred to as NIHD generator for short, works according to Faraday's principle. In this case, an electromotive force is generated in an electrical conductor that is moved in a magnetic field, which can be used in a connected consumer. In the MHD generator, an electrically conductive liquid or an electrically conductive gas is used instead of a solid, dimensionally stable conductor. If the flow channel is penetrated by a magnetic field perpendicular to the direction of flow, an electromotive force is generated in the conductive fluid, the direction of which is perpendicular to the local direction of flow and to the associated vector of the magnetic field. An electrical voltage can be tapped off via a pair of electrodes arranged on or in the channel walls. However, electrodeless NIHD generators are also known which operate on the induction principle and which are used to generate alternating current energy. The level of the achievable voltage is determined by the product of conductor speed, magnetic field density and active conductor length. In the MHD generator with electrodes, the active conductor length corresponds to the electrode spacing.
Besonders vorteilhaft ist es, elektrische Leistung mit möglichst hoher
Spannung zu erzeugen und zu übertragen. Das bedeutet, daß bei einem MI-ID-Generator
ein möglichst breiter spaltförmiger Kanalquerschnitt für die Strömung anzustreben
ist. Dieser Forderung steht entgegen, daß die Rückwirkung des elektromagnetischen
Vorganges auf das flüssige oder gasförmige, also nicht formstabile Leitennaterial
zu einer die hydraulischen und elektrischen Verluste vergrößernden Veränderung des
Strömungsbildes fährt, die um so stärker ist, je kleiner das Verhältnis von
Höhe zu Breite des Kanals ist. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten am Anfang
und Ende des elektromagnetisch wirksamen Teils des Strömungskanals ist es bereits
bekannt, dort isolierende Zwischenwände anzubringen. Um die Rückwirkung des elektromagnetischen
Vorganges auf das leitende Medium auch im elektromagnetisch wirksamen Teil zu verringern,
wurde bei einem MI-ID-Generator zur Erzeugung von Gleich- oder Wechselstrom bereits
vorgeschlagen, innerhalb des gesamten elektromagnetisch wirksamen Teils des Generatorströmungskanals
Zwischenwände anzuordnen. Somit erhält man an den Elektroden, die auf beiden Seiten
längs des elektromagnetisch wirksamen Teils angeordnet sind, über ihre ganze Länge
angenähert eine konstante Spannung. Diese Voraussetzungen treffen insbesondere für
inkompressible Medien näherungsweise zu. Es ist auch bekannt, dem Generatorströmungskanal
zur überwindung . des magnetohydrodynamischen Widerstandes im Bereich des
elektromagnetisch wirksamen Teils in Strömungsrichtung eine sich stetig monoton
erweiternde Kanalform zu geben.It is particularly advantageous to generate and transmit electrical power with the highest possible voltage. This means that in the case of an MI-ID generator, the greatest possible gap-shaped channel cross-section should be aimed for for the flow. This requirement is countered by the fact that the reaction of the electromagnetic process on the liquid or gaseous, i.e. not dimensionally stable, conductive material leads to a change in the flow pattern which increases the hydraulic and electrical losses and which is the greater the smaller the ratio of height to width of the channel is. To avoid eddy current losses at the beginning and end of the electromagnetically effective part of the flow channel, it is already known to attach insulating partitions there. In order to reduce the effect of the electromagnetic process on the conductive medium also in the electromagnetically effective part, it has already been proposed in an MI-ID generator to generate direct or alternating current to arrange partitions within the entire electromagnetically effective part of the generator flow channel. A constant voltage is thus obtained at the electrodes, which are arranged on both sides along the electromagnetically effective part, over their entire length. These prerequisites apply approximately to incompressible media in particular. It is also known to overcome the generator flow channel . of the magnetohydrodynamic resistance in the area of the electromagnetically effective part in the direction of flow to give a continuously monotonously widening channel shape.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines magnetohydrodynamischen
Generators mit sich stetig monoton erweiternder Kanalform zu erhöhen. Gemäß der
Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den durch die Strömungsrichtung
und die Richtung des Magnetfeldes gebildeten Ebenen innerhalb des gesamten elektromagnetisch
wirksamen Teils des Generatorströmungskanals Zwischenwände aus ganz oder teilweise
elektrisch leitendem Material im Bereich des Nutzmagnetfeldes und aus elektrisch
isolierendem Material in dem am Rand des Nutzmagnetfeldes liegenden Anfangs- und
Endbereich so angeordnet sind, daß jeder durch die Zwischenwände begrenzte Teilkanal
ün Bereich des elektromagnetisch wirksamen Teils eine in Strömungsrichtung sich
gleichmäßig erweiternde Kanalform hat. Die Zwischenwände bestehen im Bereich des
Nutzmagnetfeldes ganz oder teilweise aus elektrisch leitendem Material. In dem am
Rand des Nutzmagnetfeldes liegenden Anfangs- und Endbereich dagegen bestehen die
Zwischenwände in bekannter Weise aus elektrisch isolierendem Material. Die magnetische
Feldstärke des quer zur Hauptströmungsrichtung wirkenden Magnetfeldes ist in vorteilhafter
Weise der sich entlang des Generatorströmungskanals ändernden Strömungsgeschwindigkeit
örtlich angepaßt, damit z. B. im Fall der Gleichstromerzeugung auf der ganzen Länge
der an den Schmalseiten des Kanals angeordneten Elektroden angenähert die gleiche
elektrische Spannung entsteht.
Zur Erläuterung der Erfindung ist
in F i g. 1 ein Längsschnitt und in F i g. 2 ein Querschnitt durch
einen Strömungskanal eines MHD-Generators wiedergegeben. F i g. 3 zeigt den
Verlauf des elektromagnetischen Feldes entlang des Strömungskanals. Innerhalb des
Strömungskanals 1 befinden sich Elektroden 2 mit entsprechenden Zuführungen
3. Das elektrisch leitende Medium durchströmt den Kanal 1,
wie durch
die Pfeile 4 angedeutet ist. Es durchströmt hierbei den Anfangsbereich
5, den Magnetfeldbereich 6, der durch die gestrichelt gezeichneten
Linien 7 abgegrenzt ist, sowie den Endbereich 8. Im Magnetfeldbereich
6 wirkt das durch die Magnete 9
erzeugte Magnetfeld durch den Strömungskanal
auf das leitende Medium. Die Richtung des Feldes ist in F i g. 2 durch Krafthnien
10 angedeutet. Im Magnetfeldbereich 6 bestehen die Zwischenwände
11
ganz oder teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie durch
die verschiedene Schraffur dargestellt, während sie im Anfangs- und Endbereich aus
elektrisch isolierendem Material hergestellt sind. Die Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
durch die Zwischenwände wird bei weitem ausgeglichen durch die rückwirkungsfreie
Strömung, so daß gemäß der Erfindung eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt
wird.The invention is based on the object of increasing the efficiency of a magnetohydrodynamic generator with a channel shape that is constantly expanding monotonically. According to the invention, this object is achieved in that in the planes formed by the flow direction and the direction of the magnetic field within the entire electromagnetically effective part of the generator flow channel, partitions made of wholly or partially electrically conductive material in the area of the useful magnetic field and of electrically insulating material in the am The beginning and end regions lying at the edge of the useful magnetic field are arranged in such a way that each partial channel delimited by the partition walls in the region of the electromagnetically active part has a channel shape that widens evenly in the direction of flow. The partition walls consist entirely or partially of electrically conductive material in the area of the useful magnetic field. In contrast, in the beginning and end areas at the edge of the useful magnetic field, the partition walls are made of electrically insulating material in a known manner. The magnetic field strength of the magnetic field acting transversely to the main flow direction is advantageously locally adapted to the changing flow velocity along the generator flow channel, so that, for. B. in the case of direct current generation approximately the same electrical voltage over the entire length of the electrodes arranged on the narrow sides of the channel. To explain the invention, FIG. 1 shows a longitudinal section and in FIG. 2 shows a cross section through a flow channel of an MHD generator. F i g. 3 shows the course of the electromagnetic field along the flow channel. Within the flow channel 1 are electrodes 2 with corresponding inlets 3. The electrically conductive medium flows through the channel 1, as indicated by the arrows. 4 It flows through the starting area 5, the magnetic field area 6, which is delimited by the dashed lines 7 , and the end area 8. In the magnetic field area 6 , the magnetic field generated by the magnets 9 acts through the flow channel on the conductive medium. The direction of the field is in FIG. 2 indicated by Krafthnien 10. In the magnetic field area 6 , the partition walls 11 consist entirely or partially of an electrically conductive material, as shown by the various hatching, while they are made of electrically insulating material in the beginning and end areas. The reduction in the flow velocity through the partition walls is largely compensated for by the non-reactive flow, so that an improvement in the efficiency is achieved according to the invention.