DE1253403B

DE1253403B - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Gasstroemung

Info

Publication number: DE1253403B
Application number: DEC27364A
Authority: DE
Inventors: Pierre Ricateau; Camille Vavasseur
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1961-07-03
Filing date: 1962-07-02
Publication date: 1967-11-02
Also published as: LU41932A1; BE619474A; NL280458A; US3241490A; GB976113A; FR1301307A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Gasströmung durch eine Zone, die der Einwirkung eines Magnetfeldes und eines hierzu senkrecht stehenden elektrischen Feldes ausgesetzt ist, sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zum Erzeugen von Gasströmungen finden meist Pumpen Verwendung, die mechanisch bewegte Teile enthalten. Bei der Herstellung dieser Pumpen müssen verhältnismäßig enge Toleranzen eingehalten werden. Außerdem unterliegen die beweglichen Teile der Pumpen einem erheblichen Verschleiß, der insbesondere dann sehr groß wird, wenn Gase mit ätzenden Eigenschaften oder sehr hoher Temperatur gefördert werden müssen.
Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit deren Hilfe sich unter Abkehr von den bisher üblichen Pumpen eine Gasströmung erzeugen läßt, ohne daß dazu bewegliche Teile oder Teile, bei deren Fertigung enge Herstellungstoleranzen einzuhalten sind, verwendet werden müssen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß am Eingang der der Einwirkung der Felder ausgesetzten Zone ein sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes ausbildender Lichtbogen entzündet wird, der unter der Blaswirkung des Magnetfeldes zum Ausgang wandert, hierbei das nicht ionisierte Gas vor sich her schiebt und am Ausgang der Zone abreißt, woraufhin am Eingang der Zone ein neuer Lichtbogen gezündet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Blaswirkung eines Magnetfeldes auf einen zu der Feldrichtung senkrechten Lichtbogen als Mittel zum mechanischen Antrieb des vor dem Lichtbogen liegenden Gases ausgenutzt. Insofern unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch grundlegend von dem Prinzip der Ionenpumpen, bei denen ein Gas ebenfalls unter der Einwirkung eines magnetischen und eines elektrischen Feldes beschleunigt wird, die Beschleunigungswirkung indessen im wesentlichen darauf beruht, daß Elektronen hin- und herpendeln oder zumindest auf verlängerten Wegen laufen und das Gas ionisieren, worauf dann die Gasionen unter der Wirkung des elektrischen Feldes in eine bestimmte Richtung beschleunigt bzw. herausgezogen werden.
Daß bei Lichtbogenanordnungen unter der gleichzeitigen Einwirkung eines magnetischen und eines elektrischen Feldes Blaswirkungen auftreten, ist zwar aus anderem Zusammenhang (deutsche Patentschrift 97 608, 463 244 und 684 301) an sich bereits bekannt, das erfindungsgemäße Verfahren stellt jedoch die erstmalige Ausnutzung dieser Blaswirkung zur Erzeugung einer Gasströmung dar.
Dabei gelangt man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer sehr einfach aufgebauten Vorrichtung zur Erzeugung der Gasströmung, bei der keine mechanisch bewegten Teile erforderlich sind. Kernstück dieser Vorrichtung ist eine am Eingang der der Einwirkung der Felder ausgesetzten Zone angeordnete Ionisierungsvorrichtung, die eine Ionisierung des Gases mit einer derartigen Impulsfolge bewirkt, daß jeweils dann, wenn der Lichtbogen am Ausgang der Feldzone abgerissen ist, eine Wiederzündung an ihrem Eingang erfolgt.
Diese Ionisierungsvorrichtung kann in sehr verschiedener Weise aufgebaut sein. Sie kann aus zwei mit Gleichstrom gespeisten Hilfselektroden bestehen, deren Verbindungslinie parallel zu den magnetischen Feldlinien verläuft; sie kann wenigstens eine Hilfselektrode enthalten, die mit einem Pol einer Hochfrequenzstromquelle verbunden ist, deren anderer Pol an eine zweite Hilfselektrode oder an eine der beiden Hauptelektroden angeschlossen ist; sie kann aus einer an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossenen Spule bestehen, und sie kann einen etwa senkrecht zu dem magnetischen Feldlinien liegenden über den Eingang der Antriebszone ringartig geschlossenen Hilfsluftspalt zwischen einer der Hauptelektroden und einer Hilfselektrode aufweisen, in welchem ein Hilfslichtbogen unter der Wirkung des Magnetfeldes umläuft, wobei diese Hilfselektrode in einer nach der Feldzone zu offenen Ausnehmung der Hauptelektrode liegen kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben, die alle wesentlichen Einzelheiten erkennen lassen. Dabei zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung (ohne Darstellung der Ionisierungsvorrichtung), F i g. 2 bis 5 perspektivische Ansichten von verschiedenen Ausführungsformen für die Ionisierungsvorrichtung und F i g. 6 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung.
Die in F i g.1 schematisch dargestellte, zur Erzeugung einer Gasströmung dienende Vorrichtung enthält einen Gaszuführungskanall und einen Gasaustrittskanal 2. Zwischen diesen beiden Kanälen 1 und 2 liegt eine der gleichzeitigen Einwirkung magnetischer und elektrischer Felder ausgesetzte Zone 5, die seitlich von zwei Hauptelektroden 6 und 7 begrenzt wird, während- sie nach oben und unten durch Platten aus feuerfestem Material abgeschlossen wird, über bzw. unter denen die Pole 3 und 4 eines Magneten angeordnet sind.
Die Hauptelektroden 6 und 7, die beispielsweise durch eine im Innern der Elektroden umlaufende Kühlflüssigkeit gekühlt werden können, sind an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, die einen Lichtbogen zwischen den Elektroden 6 und 7 erzeugt. Da die Feldlinien des von den Polen 3 und 4 erzeugten Magnetfeldes etwa senkrecht zu dem Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden 6 und 7 verlaufen, wird auf diesen Lichtbogen eine Kraft ausgeübt, unter deren Wirkung er in Längsrichtung der Feldzone 5 vom Gaszuführungskanal 1 zum Gasaustrittskanal 2 wandert, bis er am rechten Ende der Hauptelektroden 6 und 7 abreißt. Der Lichtbogen schiebt dabei das vor ihm befindliche, nicht ionisierte Gas in Richtung auf den Gausaustrittsknal 2.
Um eine kontinuierliche Strömung des Gases zu erreichen, ist am Eingang 8 der Feldzone 5 eine - an Hand der F i g. 2 bis 5 im einzelnen erläuterte -lonisierungsvorrichtung vorgesehen, die eine Ionisierung des dort befindlichen Gases mit einer solchen Impulsfolge bewirkt, daß jeweils dann, wenn der Lichtbogen am Ausgang der Feldzone 5 abgerissen ist, am Eingang 8 der Feldzone 5 eine Widerzündung erfolgt.
Die F i g. 2 bis 5 zeigen einige Ausführungsbeispiele für derartige Ionisierungsvorrichtungen. Gemäß F i g. 2 sind zwei mit Gleichstrom gespeiste Hilfselektroden 10 und 11 vorgesehen, deren Verbindungslinie parallel zu den von den Polen 3 und 4 erzeugten magnetischen Feldlinien verläuft. Diese Hilfselektroden 10 und 11 halten am Eingang 8 der Feldzone 5 ständig ein ionisiertes Plasma aufrecht, in dem der Lichtbogen, nachdem er am rechten Ende der Feldzone 5 abgerissen ist, unter der Wirkung der zwischen den Hauptelektroden 6 und 7 vorhandenen Spannung sofort wieder zündet.
Die in F i g. 3 schematisch dargestellte Ionisierungsvorrichtung enthält eine Hilfselektrode 12, die mit dem einen Pol einer Hochfrequenzstromquelle verbunden ist, deren anderer Pol entweder an eine (nicht dargestellte) zweite Hilfselektrode oder an eine der beiden Hauptelektroden 6, 7 angeschlossen ist. Die durch die Hilfselektrode 12 erzeugte Hochfrequenzentladung bewirkt gleichfalls am Eingang 8 der Feldzone 5 eine Ionisierung des Gases, die ein sofortiges Wiederzünden des am anderen Ende abgerissenen Lichtbogens gewährleistet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 wird die Ionisierungsvorrichtung durch eine Spule gebildet, die an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossen ist.
F i g. 5 veranschaulicht schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ionisierungsvorrichtung einen etwa senkrecht zu den magnetischen Feldlinien B liegenden Hilfsluftspalt aufweist, der zwischen der Hauptelektrode 6 und einer Hilfselektrode 9 vorhanden ist und sich über den Eingang 8 der Feldzone 5 ringartig schließt. Die Hauptelektrode 6 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine nach der Feldzone 5 zu offene Ausnehmung auf, in der die Hilfselektrode 9 unter Bildung des erwähnten Hilfsluftspaltes angeordnet ist.
Wird zwischen die Elektroden 6 und 9 Spannung gelegt, so tritt in dem Hilfsluftspalt ein Lichtbogen auf, der unter der Wirkung des Magnetfeldes wandert und dabei periodisch den Eingang 8 der Feldzone 5 durchsetzt. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig so bemessen, daß der Hilfslichtbogen jeweils dann durch den Eingang 8 der Feldzone 5 wandert, wenn der Hauptlichtbogen gerade am rechten Ende der Feldzone 5 abgerissen ist. Die Vorrichtung gemäß F i g. 5 besitzt den Vorteil, daß der Hilfslichtbogen nicht ständig zwischen zwei Punkten der beiden Elektroden brennt, sondern wandert, wodurch sich ein geringerer Abbrand ergibt.
F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch eine vollständige erfindungsgemäße Vorrichtung. Außer den bereits genannten Teilen sind aus F i g. 6 die Magnetspulen 13 und 14 sowie die die Feldzone 5 oben und unten begrenzenden Platten 15,16 zu sehen. Bei einer praktischen Ausführung werden beispielsweise als magnetische Induktion in der Feldzone 2000 Gauß gewählt, als Seitenlänge des etwa quadratischen Querschnitts der Feldzone 6 mm, für die Stärke des Lichtbogens zwischen den Hauptelektroden 150 A bei 45 V Elektrodenspannung und für die Stärke des Hilfslichtbogens zwischen den Hilfselektroden und 40 A bei 40 V Elektrodenspannung gewählt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Erzeugen einer Gasströmung durch eine Zone, die der Einwirkung eines Magnetfeldes und eines hierzu senkrecht stehenden elektrischen Feldes ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Zone ein sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes ausbildender Lichtbogen gezündet wird, der unter der Blaswirkung des Magnetfeldes zum Ausgang der Zone wandert, hierbei das nicht ionisierte Gas vor sich her schiebt und am Ausgang der Zone abreißt, woraufhin am Eingang der Zone ein neuer Lichtbogen gezündet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Eingang (8) der der Einwirkung der Felder ausgesetzten Zone (5) angeordnete Ionisierungsvorrichtung (9,10,11,12), die eine Ionisierung des Gases mit einer derartigen Impulsfolge bewirkt, daß jeweils dann, wenn der Lichtbogen am Ausgang der Feldzone (5) abgerissen ist, eine Wiederzündung an ihrem Eingang erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsvorrichtung aus zwei mit Gleichstrom gespeisten Hilfselektroden (10, 11) besteht, deren Verbindungslinie parallel zu den magnetischen Feldlinien verläuft (F i g. 2).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsvorrichtung wenigstens eine Hilfselektrode (12) enthält, die mit dem einen Pol einer Hochfrequenzstromquelle verbunden ist, deren anderer Pol an eine zweite Hilfselektrode oder an eine der beiden Hauptelektroden (6, 7) angeschlossen ist (F i g. 3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsvorrichtung aus einer an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossenen Spule besteht (F i g. 4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsvorrichtung einen etwa senkrecht zu den magnetischen Feldlinien liegenden, über den Eingang (8) der Antriebszone (5) ringartig geschlossenen Hilfsluftspalt zwischen einer der Hauptelektroden (6) und einer Hilfselektrode (9) aufweist, in welchem ein Hilfslichtbogen unter der Wirkung des Magnetfeldes umläuft (F i g. 5).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode (6) eine nach der Feldzone (5) zu offene Ausnehmung aufweist, in der die Hilfselektrode (9) unter Bildung des Hilfsluftspaltes angeordnet ist (F i g. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 463 244, 684 301, 97608.