DE1244989B - Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles und Anwendung der Vorrichtung in einem MHD-Generator - Google Patents

Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles und Anwendung der Vorrichtung in einem MHD-Generator

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DE1244989B
DE1244989B DEE26693A DEE0026693A DE1244989B DE 1244989 B DE1244989 B DE 1244989B DE E26693 A DEE26693 A DE E26693A DE E0026693 A DEE0026693 A DE E0026693A DE 1244989 B DE1244989 B DE 1244989B
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gas
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gas jet
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DEE26693A
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Jean Fabre
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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

Description

  • Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles und Anwendung der Vorrichtung in einem MHD-Generator Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles mit Hilfe von elektrischen Gasentladungen; diese Aufgabe stellt sich beispielsweise in Verbindung mit MHD-Generatoren zur Erzeugung eines praktisch nutzbaren elektrischen Stroms im Weg der direkten Umwandlung -von Wärme- in elektrische Energie.
  • Es ist in diesem Zusammenhang bereits bekannt, die lonisation eines Gasstrahles mittels elektrischer Gasentladungen durch den Gasstrahl hindurch vorzunehmen. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist typischerweise nur eine einzige Gasentladungseinrichtung mit zwei üblicherweise gegenüberliegend angeordneten Entladungselektroden vorgesehen. Selbst wenn sich diese Entladungseinrichtung bzw. ihre Elektroden über eine größere Strecke entlang der Achse der Gasstrahlkammer erstrecken, erfüllte der zwischen den Elektroden gezündete Bogen jeweils nur ein verhältnismäßig kleines Volumen; selbst wenn eine Verlagerung des Bogens entlang der Achse der Gasstrahlkamnier im Verlauf eines Arbeitszyklus vorgesehen ist, läßt sich mit den bekannten Anordnungen keine räumlich und zeitlich gleichförmige lonisierung des gesamten Kammervolumens erzielen, wie dies für einen optimalen Wirkungsgrad beispielsweise bei einem MHD-Generator von wesentlicher Bedeutung ist.
  • Durch die vorliegende Erfindung soll somit eine Vorrichtung zur lonisation eines Gasstrahles, insbesondere zur Anwendung in MI-ID-Generatoren, geschaffen werden, mittels welcher eine zeitlich und räumlich gleichförmige Ionisation im wesentlichen des gesamten Strahlvolumens erzielbar ist.
  • Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß mehrere Gasentladungseinrichtungen in Strahlrichtung nebeneinander angeordnet sind und die Entladungsfrequenz dieser Gasentladungseinrichtungen in der Größenordnung von 1000 Hz liegt.
  • Indem gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Gasentladungseinrichtungen in Strahlrichtung nebeneinander angeordnet und kontinuierlich zu Bogenentladungen mit einer geeigneten Frequenz erregt wird, erhält man einen in allen seinen Teilen und zu jeder Zeit stark ionisierten Gasstrahl; der durch .die Erfindung erzielbare hohe Ionisationsgrad erbringt bei Anwendung in einem MHD-Generator eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jede der Gasentladungseinrichtungen jeweils zwei paarweise mit ihren Entladungsenden einander gegenüberliegend an den Seitenwandungen eines von dem Gasstrahl durchströmten Kanals angeordnete lonisationselektroden sowie Einrichtungen aufweist, mittels welcher den Ionisationselektroden an ihren außerhalb des Kanals befindlichen Speiseenden Spannungsirnpulse zur Erzeugung von Bogenentladungen zwischen den Entladungsenden der lonisationselektrode zugeführt werden.
  • Zweckmäßig ist dabei vorgesehen,- daß die Entladungsenden jedes Paares von lonisationselektroden im wesentlichen ohne Vorsprung in das Innere des Kanals in den Kanalwandungen angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die insbesondere die Anwendung in einem MHD-Generator betrifft, ist vorgesehen, daß der Gasstrahlkanal von einem Magnetfeld durchsetzt ist, dessen Richtung im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Gasstrahles in dem Kanal verläuft, und daß die lonisationselektroden jeder Entladungseinrichtung so angeordnet sind, daß die ihre Entladungsenden verbindenden Geraden im wesentlichen parallel zur Richtung des Magnetfelds sind. Bei dieser gegenseitigen geometrischen Anordnung der Entladungselektroden in bezug auf das Magnetfeld läßt sich für einen gegebenen Aufwand an Ionisierungsenergie eine optimale Ionisierung erzielen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser zeigen F i g. 1 und 2 in perspektivischer, schematisierter Ansicht zwei Ausführungsformen von Vorrichtungen (F .,emäß der Erfindung mit entlang einem Gasstrahlkanal angeordneten Gasentladeeinrichtungen; F i g. 3 veranschaulicht die Speiseschaltung zur Erregung der elektrischen Entladeeinrichtungen.
  • In F i g. 1 und 2 ist angenommen, daß ein Gasstrom F mit großer Geschwindigkeit durch einen Kanal 1 (von beispielsweise quadratischem oder rechteckigem Querschnitt) strömt, welcher aus einem Isolationsstoff, z. B. Glas, besteht. Dieser Kanal kann insbesondere Teil eines magnetohydrodynamischen Generators sein, wobei er dann in einem praktisch gleichförmigen, z. B. zu den Seitenwänden 2 des Kanals 1 senkrechten Magnetfeld H liegt und eine Reihe von Elektrodenpaaren 3, 4 zum Auffangen der elektrischen positiven und negativen Ladungen aufweist; die Elektroden sind so angeordnet, daß ihre Flächen parallel zu dem Magnetfeld H und zu der Richtung des Gasstroms F liegen, z. B. längs der Seitenwände 5 des Kanals 1. Die so erzeugte elektrische Spannung kann in einer Belastung benutzt werden, welche in F i g. 1 durch Widerstände 10 dar-Clestellt ist; in F i g. 2 sind die Lastwiderstände zur Vereinfachung weggelassen.
  • Die Ionisierung des Gasstroms F (in dem Kanal 1) wird dadurch erzeugt oder erhöht, daß eine Folge von elektrischen Gasentladungen, insbesondere von Lichtbögen, verhältnismäßig kurzer Dauer in mehreren örtlichen Zonen des Gasstroms (d. h. innerhalb des Kanals 1) hervorgerufen wird.
  • Die Entladungen (Bögen) erzeugen die Ionisierung des Gasstroms innerhalb des Kanals 1 dadurch, daß sie freie negative Elektronen sowie positive Ionen erzeugen. Diese Elektronen und Ionen diffundieren durch den Gasstrom und suchen sich praktisch gleichförmig in diesem zu verteilen, wenn die erwähnten örtlichen Zonen genügend nahe beieinanderliegen. Nach etwa einigen Millisekunden vereinigen sich die negativen Elektronen und die positiven Ionen wieder, wenn jedoch die Entladungen oder Bögen genügend häufig sind, d. h., wenn die Wiederholungsfrequenz z. B. über 1000 Hz liegt, kann praktisch ein statistisches Gleichgewicht erhalten werden, bei welchem die Zahl der Ionen-Elektronenpaare praktisch in einem bestimmten Volumen zeitlich konstant ist.
  • Wenn ferner der Gasstrom einen leicht ionisierbaren Stoff enthält, insbesondere ein Alkalimetall, wie Caesium, z. B. in pulverförmigem oder gasförmigem Zustand, ionisieren die Entladungen oder Bögen nicht nur das Gas des Gasstroms, sondern auch den leicht ionisierbaren Stoff, wodurch die lonisierung des gesamten Gasstroms mit einer genügenden Ausbeute hergestellt oder vergrößert werden kann.
  • Eine Reihe von Paaren von (von den Auffangelektroden 3, 4 verschiedenen) Ionisierungselektroden 6, 7 oder 8, 9, welche von den Seitenwänden (5 bei der Ausführungsfonn der F i g. 1, oder 2 bei der Ausführungsform der F i g. 2) des Kanals 1 getragen werden, sind so angeordnet, daß die Entladungsenden 6a, 7a oder 8a, 9a eines jeden Paares einander innerhalb des Kanals 1 in dem Gasstrom gegenüberliegen. Ferner sind (in F i g. 1 und 2 nicht dargestellte) Einrichtungen vorhanden, welche zwischen die Speisungsenden 6 b, 7 b oder 8 b, 9 b eines jeden Paares, welche außerhalb des Kanals 1 angeordnet sind, Spannungsimpulse legen, deren Amplitude ausreicht3 um Lichtbögen zwischen den entsprechenden Entladungsenden 6 a, 7 a oder 8 a, 9 a zu zünden.
  • Der Abstand zwischen den beiden Ionisierungselektroden eines jeden Paares ist zweckmäßig praktisch gleich dem Abstand zwischen den die Elektroden tragenden Wänden des Kanals 1, so daß vermieden wird, daß diese Elektroden weit in das Innere des Kanals 1 vorspringen, was die Gefahr mit sich bringen würde, daß sie durch das im allgemeinen heiße bewegte Gas angegriffen werden.
  • Die Wiederholungsfrequenz wird unter Berücksichtigung der Wiedervereinigungsgeschwindigkeit der Ionen und Elektronen gewählt und kann z. B. größenordnungsmäßig 1000 Hz betragen.
  • Wie in F i g. 2 dargestellt, sind die lonisierungselektroden 8 und 9 vorzugsweise so angeordnet, daß die die Entladungsenden 8 a, 9 a eines jeden Paares vereinigenden Geraden praktisch parallel zu der Richtung des Magnetfeldes H sind, was gestattet mit dem gleichen Aufwand an Ionisierungsenergie eine kräftigere lonisierung zu enthalten, als wenn diese Geraden einen erheblichen Winkel mit dieser Richtung bilden würden, da der übergang der elektrischen ionisierenden Impulse in einer zu dem Magnetfeld parallelen Richtung bequemer als quer zu dieser Richtung ist.
  • Die Einrichtungen zur Anlegung der Spannungsimpulse können durch Anordnungen gebildet werden, welche denen zur Erzeugung von Stoßwellen entsprechen. Die durch diese Anordnungen erzeugten Spannungsimpulse können durch elektronische z. B. mit Thyratrons bestückte Einheiten an die verschiedenen Ionisierungselektroden entweder gleichzeitig oder nacheinander angelegt werden. Für jedes Paar von Ionisierungselektroden kann auch die an sich bekannte in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen benutzt werden. Diese Vorrichtung enthält einen Ladekreis, welcher durch einen (grundsätzlich für die Gesamtheit der Stromkreise für die verschiedenen Paare von Ionisierungselektroden gemeinsamen) Hochspannungsgenerator 11, einen Kondensator 12 und einen Widerstand 13 gebildet wird, wobei der Kondensator 12 während eines ersten Betriebszustands allmählich von dem Generator 11 über den Widerstand 13 geladen wird; einen Entladekreis, welcher außer dem Kondensatof 12 eine Funkenstrecke 14 enthält und zur Speisung der Enden 6 b, 7 b oder 8 b, 9 b eines Paares von Ionisierungselektroden 6, 7 oder 8, 9 dient, wobei der zwischen den Entladungsenden 6a, 7a oder 8a, 9a der Elektroden strömende ionisierte Gasstrom den elektrischen Stromkreis zwischen diesen Entladungsenden schließt. Wenn der Kondensator 12 am Ende des ersten Betriebszustands auf eine genügende Potentialdifferenz aufgeladen ist, springt ein Funke zwischen den entgegengesetzten Enden der Funkenstrecke 14 über, und eine Entladung tritt zwischen den Enden 6 a, 7 a oder 8 a, 9 a auf. Dies ist der zweite Betriebszustand, welcher mit dem ersten ein Arbeitsspiel der Vorrichtung bildet.
  • Es beginnt dann ein neues Arbeitsspiel (Ladung des Kondensators 12 über den Ladekreis und Entladung des Kondensators 12 über den Entladekreis mit Erzeugung von Entladungen bei 6a, 7a oder 8 a, 9 a) usf., wobei der Wert C der Kapazität des Kondensators 12 die Dauer der Entladungen in dem Gasstrom zwischen den lonisierungselektroden bestimmt, während das Produkt CR (wobei R der ohmsche Wert des Widerstands 12 ist) die Wiederholungsfrequenz der Entladungen bestimmt.
  • Wenn eine praktisch zeitlich und räumlich gleichförmige Ionisierung innerhalb des Kanals 1 erhalten werden soll, werden die aufeinanderfolgenden Paare von lonisierungselektroden einander genügend genähert, und die Spannungsimpulse werden mit einer genügend großen Wiederholungsfrequenz erzeugt, damit die statistische Verteilung der Elektronen und der Ionen innerhalb des Kanals praktisch homogen ist.
  • So kann z. B. die spezifische elektrische Leitfähigkeit eines Gasstroms (welcher z. B. elektrischen Strom in einer magnetohydrodynamischen Maschine liefern soll und durch Argon mit 0, 1 % Kalium unter dem Atmosphärendruck und bei 20001 K gebildet wird) auf einen zwischen etwa 10 und mehreren Hundert Siemens/Meter liegenden Wert gebracht werden, z. B. auf etwa 50 Siernens/Meter.
  • Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Vorrichtung ist sehr ausgedehnt, da mit ihnen die Ionisierung eines Gasstroms hergestellt oder vergrößert werden kann und die Anwendungen eines ionisierten Gasstroms sowohl in der Physik als auch in der Technik sehr zahlreich sind.
  • Als Beispiel wurde bereits die Umwandlung der Wärme in Elektrizität in einem magnetohydrodynamischen Generator angeführt. Die Erfindung ist auch auf Vorrichtungen zur Umwandlung von Wärme in Elektrizität durch einen thermoelektrischen Effekt und andere Effekte anwendbar, bei welchen ein stark ionisierter Gasstrom oder ein Plasma benutzt wird.
  • Ferner kann die Erfindung angewandt werden, um die mittlere Leitfähigkeit eines Gasstroms zu verändern. Zur Herstellung einer derartigen Veränderung genügt es, die Wiederholungsfrequenz der Entladungen oder Bögen zu verändern, d. h. die Wiederholungsfrequenz der an die Speisungsenden 6 b, 7 b oder 8b, 9b der Ionisierungselektroden6, 7 oder 8, 9 angelegten Spannungsimpulse.
  • Es ist sogar möglich, die mittlere Leitfähigkeit eines Gasstroms durch Modulierung der Wiederholungsfrequenz der Entladungen oder Bögen zu modulieren.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles mit Hilfe von elektrischen Gasentladungen, d a - durch gekennzeichnet, daß mehrere Gasentladungseinrichtungen in Strahlrichtung nebeneinander angeordnet sind und die Entladungsfrequenz dieser Gasentladungseinrichtungen in der Größenordnung von 1000 Hz liegt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gasentladungseinrichtungen jeweils zwei paarweise mit ihren Entladungsenden (6a, 7a; 8a, 9a) einander gegenüberliegend an den Seitenwandungen (5; 2) eines von dem Gasstrahl (F) durchströmten Kanals (1) angeordnete Ionisationselektroden (6, 7; 8, 9) sowie Einrichtungen (11, 12, 13, 14) aufweist, mittels welcher den Ionisationselektroden an ihren außerhalb des Kanals befindlichen Speiseenden (6 b, 7 b; 8 b, 9 b) Spannungsimpulse zur Erzeugung von Bogenentladungen zwischen den Entladungsenden der Ionisationselektrode zugeführt werden. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsenden (6 a, 7 a; 8a, 9a) jedes Paares von Ionisationselektroden (6, 7; 8, 9) nicht in das Innere des Kanals (1) in den Kanalwandungen (5; 2) vorspringen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrahlkanal (1) von einem Magnetfeld (H) durchsetzt ist, dessen Richtung quer zur Strömungsrichtung des Gasstrahles (F) in dem Kanal verläuft, und daß die Ionisationselektroden (8, 9) jeder Entladungseinrichtung so angeordnet sind, daß die ihre Entladungsenden (8 a, 9 a) verbindenden Geraden parallel zur Richtung des Magnetfelds (F) sind. 5. Anwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 in einem MHD-Generator. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 3 080 515; Nuclear Energy, 1963, März, S. 60 bis 66; The Institution of Electrical Engineers, Paper Nr. 3044 S, August 1959, S. 311 bis 318; M. S. B i s h o p, »Projeet Sherwood«, 1958, S. 129; J. S. F o r r e s t, »Gas discharges and the Eleetricity Supply Industry«, 1962, London, S. 583 bis 595.
DEE26693A 1963-04-01 1964-03-23 Vorrichtung zur Ionisation eines Gasstrahles und Anwendung der Vorrichtung in einem MHD-Generator Pending DE1244989B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT509031A3 (de) * 2008-07-31 2015-05-15 Marek Höpfler Plasmadynamischer generator mit innerer, elektrischer ionisation des arbeitsmediums

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3080515A (en) * 1960-03-28 1963-03-05 Kehoe Edward Charles Methods and apparatus for generating electricity

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3080515A (en) * 1960-03-28 1963-03-05 Kehoe Edward Charles Methods and apparatus for generating electricity

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT509031A3 (de) * 2008-07-31 2015-05-15 Marek Höpfler Plasmadynamischer generator mit innerer, elektrischer ionisation des arbeitsmediums

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