DE1230899B - Magnetohydrodynamischer Generator - Google Patents

Magnetohydrodynamischer Generator

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DE1230899B
DE1230899B DES86509A DES0086509A DE1230899B DE 1230899 B DE1230899 B DE 1230899B DE S86509 A DES86509 A DE S86509A DE S0086509 A DES0086509 A DE S0086509A DE 1230899 B DE1230899 B DE 1230899B
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DE
Germany
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generator
winding
electrodes
magnetic field
plasma
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Pending
Application number
DES86509A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing R Gebel
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • 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
    • H02K44/12Constructional details of fluid channels
    • H02K44/14Circular or screw-shaped channels
    • 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
    • H02K44/18Magnetohydrodynamic [MHD] generators for generating AC power
    • H02K44/20Magnetohydrodynamic [MHD] generators for generating AC power by changing the polarity of the magnetic field

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Description

  • Magnetohydrodynamischer Generator Bei einem magnetohydrodynamischen Generator, nachfolgend mit MHD-Generator abgekürzt, wird einem rasch strömenden Arbeitsmedium (Plasma bzw. ionisiertes Gas) elektrische Energie entzogen. Wird das Plasma bzw. seine Strömungsgeschwindigkeit thernlisch erzeugt, so handelt es sich um eine Direktumwandlung thermischer in elektrische Energie. Zur Erhöhung des Ionisationsgrades und der Leitfähigkeit des Arbeitsgases werden sogenannte Saatmaterialien verwandt. Zur Erzeugung elektrischer Energie wird das Plasma durch ein zur Strömung transversales Magnetfeld geführt, Senkrecht zur Strömung und zum Magnetfeld entsteht an Elektroden eine nutzbare elektromotorische Kraft.
  • Besonders gedrungene Bauweise ergibt sich mit schraubenlinienförmig geführtem Plasma. Dazu ist bereits bekannt, Plasma zwischen koaxialen Elektroden in einem axialen Gleichmagnetfeld auf einer Schraubenbahn durchzuführen. Auf diese Weise wird Gleichstrom gewonnen.
  • Zur unmittelbaren Erzeugung elektrischen Wechselstromes ist bekanntlich eine der maßgebenden Größen für die Stromerzeugung periodisch zu ändern. So kann man z. B. magnetische Wanderfelder und Drehfelder oder pulsierendes Plasma verwenden. Um im MHD-Generator Verluste durch Kurzschlußströme zu vermeiden, müssen neben der Isolation der Elektroden meist auch Maßnahmen getroffen werden, die einen Kurzschluß über das Plasma außerhalb des angelegten Magnetfeldes vermeiden. Bei einem bekannten MHD"Generator zur Wechselstromerzeugung wird, um Verluste durch Kurzschlußströme zu verhindern, zwischen koaxialen Wandungen eine axiale Plasmaströmung in einem radialen Magnetfeld verwendet. Dadurch ergeben sich zirkulare Kreisströme im Plasma, die mit der Plasmaströmung axial weiterwandern und an einer kanalabwärts angeordneten Wicklung eine elektromotorische Kraft (EMK) induzieren. Die bekannte Ausführung benötigt also eine Wicklung für das Magnetfeld und eine Wicklung, um die erzeugte elektrische Energie abzunehmen. Als Nachteil ergibt sich eine relativ große Baulänge des Kanals, wobei nur Teilbereiche des Generatorkanals zur Stromgewinnung ausgenutzt werden können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem MHD-Generator gedrungener Bauart und großer wirksamer Länge des Generatorkanals unter Vermeidung von Kurzschlußverlusten Wechselstrom mit nur einer Spule zu erzeugen. Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen MHD-Generator mit koaxialen Elektroden, zwischen denen auf einer Schraubenbahn ein ionisiertes Arbeitsmedium, z. B. ein Gas, in einem elektrisch erzeugten axialen Magnetfeld geführt ist. Die Erfindung liegt darin, daß die Elektroden miteinander leitend verbunden sind und die Magnetwicklung an ein Wechselstronmetz angeschlossen ist. Dabei wird dem Netz durch die Magnetwicklung induktive Blindleistung zum Aufbau des Magnetfeldeg entnommen, und zugleich wird Wirkleistung aus derselben Wicklung ins Netz eingespeist, Der Generator ist daher besonders geeignet, an Verbundnetzen mitzulaufen.
  • Durch tangentiale Plasmaströmung v (nach F i g. 1 der Zeichnung) entsteht im Zusammenhang mit dein axialen Magnetfeld H ein radiales elektrisches Feld E zwischen den Elektroden, das sich über die leitfähigen Wände sofort ausgleichen kann. Das verursacht einen Strom I, der über die leitend verbundenen koaxialen Elektroden als Wandstrom geschlossen ist. Wegen des radialen Stromes I ergibt sich durch das axiale Magnetfeld H ein kräftiger Halleffekt, der im Plasma zwischen den leitend verbundenen Elektroden einen zirkularen Hallstrom Ill ergibt. Da dieser entlang der ganzen Kanalachse auftretende Hallstrom zeitlich sinusförmig verläuft, wenn die Magnetwicklung Wechselstrom durchfließt, wird in der Magnetwicklung eine Spannung induziert, die dem Erregerstrom I, für das Magnetfeld um etwa 90 elektrische Grad voreilt und damit der Erregerspannung proportional ist und diese unterstützt. Wie bei den bekannten Generatoren wird dem Netz also Blindleistung zum Aufbau des Magnetfeldes entnommen. über die Magnetwicklung wird aber zugleich dem Netz Wirkleistung für Verbraucher eingespeist.
  • Mit dem Generator nach der Erfindung wird eine Spule eingespart, und es entfällt das Isolationsproblem bei den Elektroden. Der Kanal läßt sich einfach aus leitendem Material wie Thermaxstahl aufbauen, das mit Wasser gekühlt werden kann. Auch die Brennkammer kann ohne Isolierung mit dem Generatorkanal verbunden werden. Ohne Isoliermaterial auszukommen, das hochtemperaturbeständig sein müßte, ist so bedeutsam, weil neben anderen technologischen Schwierigkeiten bekanntes Isoliermaterial nicht so widerstandsfähig wie Spezialstähle ist. Darüber hinaus sind auch Elektrodenableitungsverluste durch das Gas außerhalb des Magnetfeldes bei dem Generator gemäß der Erfindung nicht möglich.
  • Die weitere Erläuterung des Generators nach der Erfindung soff an Hand von Beispielen durchgeführt werden. Die Zeichnung zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für Generatorkanäle gemäß der Erfindung. Die Bezeichnung gleichartiger Teile und physikalischer Größen in den drei Figuren stimmen überein.
  • F i g. 1 zeigt schematisch einen Generatorkanal zu-sammen mit der Wicklung im Längsschnitt; mit den Pfeilen sind die Vektoren der physikalischen Größen eingetragen; F i g. 2 ist schematisch der Querschnitt des Generators mit eingetragenen Vektoren nach F i g. 1 längs 11-II genommen; in F i g. 3 ist ein weiterer Generator im Längsschnitt gezeigt.
  • .. Nachfolgend wird eine Zusammenstellung für die Bezeichnungen der in der Zeichnung eingetragenen physikalischen Größen gegeben: E = elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden auf Grund der im Plasma induzierten Feldstärke, der sie entgegen zeigt.
  • EH = Hallfeldstärke ' die auf Grund des zwischen den Elektroden fließenden StromesI im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld H entsteht.
  • H = Angelegtes Magnetfeld, das durch den vom Netz entnommenen ErregerstromI, entsteht. I = über die Elektroden fließender Strom, der durch die im Plasma induzierte Feldstärke entsteht.
  • 1,7 = Hallstrom, der auf Grund derHallfeldstärkeE,9 fließt.
  • I, = Erregerstrom zum Aufbau des angelegten Magnetfeldes H, der aus dem Netz entnommen wird.
  • v = TangentialeKomponentederPlasmaströmung. F i g. 1 zeigt den von elektrisch leitenden koaxialen Zylindern2 und 3 und von kreisförmigen Stirnllächen4 als leitende Wandungen begrenzten Generatorkanal 1. Die Wandungen 2, 3 und 4 können aus wassergekühltem Thermaxstrahl bestehen. Die zylindrischen Elektroden 2 und 3 sind also über die Stimflächen 4 leitend miteinander verbunden. Durch einen Einlaßstutzen 5 tritt das Plasma in Pfeilrichtung ein, durchläuft wendelförmig den Generatorkanal 1 und verläßt den Kanal durch den Austritt 6 in Pfeilrichtung. Eine ringförmige Spule 7 erzeugt das axiale Magnetfeld und dient zur Abnahme der induzierten Spannung bzw. Wirkleistung. Die magnetischen Feldlinien werden durch das Jochstück 9 aus Transformatorblech durch den Generatorkanal 1 in axialer Richtung geführt.
  • Die Querschnittsansicht nach F i g. 2 vermittelt von der zylindrischen Form des Generatorkanals 1 einen deutlichen Eindruck.
  • Der Generator nach F i g. 3, die eine Ansicht im Längsschnitt gibt, arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Generator nach F i g. 1. Dadurch, daß die Wicklung 7 innerhalb der kleineren, 3, der koaxialen Elektroden 2 und 3 angeordnet ist, ergibt sich ein größerer Kanaldurchmesser ohne Vergrößerung der gesamten Baueinheit. Das bedeutet einen größeren nutzbaren Strömungsweg durch den Kanal bei kleinerer Wicklung 7. Der größere Kanaldurchmesser bedingt kleinere Strömungsverluste an den Wandungen 2 bei gleicher Plasmageschwindigkeit. Der Führung der magnetischen Feldlinien dient hier ein Kern 8 und Joch 9, die wieder aus Transformatorenblech bestehen können.
  • Unter Verwendung von drei Generatoren nach der Erfindung kann ohne weitere Umstellung Drehstrom erzeugt werden. Dabei ist je ein Generator an eine Netzphase anzuschließen. Nach Auswechseln der leitenden Stirnflächen 4 des Kanals durch isolierende Wandungen können die Generatoren jederzeit wieder auf Gleichstromerzeugung umgestellt werden. Die Generatorwicklung 7 ist dazu mit Gleichstrom zu speisen, und von den Elektroden 2 und 3 kann erzeugter Gleichstrom abgenommen werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Magnetohydrodynamischer Generator mit koaxialen Elektroden, zwischen denen auf einer Schraubenbahn ein ionisiertes Arbeitsmedium, z. B. ein Gas, in einem elektrisch erzeugten axialen Magnetfeld geführt ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Elektroden miteinander leitend verbunden sind und die Magnetwicklung an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist.
  2. 2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Magnetwicklung innerhalb der kleineren der koaxialen Elektroden. 3. Generator nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwicklung auf einem Kein aufsitzt, der mit einem Joch verbunden ist, das mantelförmig die Wicklung bis auf einen zylindrischen ringförmig ausgesparten Mittelteil umschließt, in dem der Generatorkanal mit den koaxialen Elektroden angeordnet ist.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1293 491.
DES86509A 1963-08-02 1963-08-02 Magnetohydrodynamischer Generator Pending DE1230899B (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES86509A DE1230899B (de) 1963-08-02 1963-08-02 Magnetohydrodynamischer Generator
US386652A US3355608A (en) 1963-08-02 1964-07-31 Magnetohydrodynamic generator
GB31086/64A GB1024320A (en) 1963-08-02 1964-08-04 Magnetohydrodynamic generators
DES98810A DE1230889B (de) 1963-08-02 1965-08-12 Mehrpoliges elektrisches Schaltgeraet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES86509A DE1230899B (de) 1963-08-02 1963-08-02 Magnetohydrodynamischer Generator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH442495A (fr) * 1964-07-28 1967-08-31 Comp Generale Electricite Générateur magnétohydrodynamique
AU5392686A (en) * 1985-02-12 1986-08-26 Energy Conversion Trust Energy conversion system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1293491A (fr) * 1961-06-29 1962-05-11 Thomson Houston Comp Francaise Générateur électrique magnétohydrodynamique de courants polyphasés

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FR1293491A (fr) * 1961-06-29 1962-05-11 Thomson Houston Comp Francaise Générateur électrique magnétohydrodynamique de courants polyphasés

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US3355608A (en) 1967-11-28

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